Комплексные удобрения, их характеристика и влияние на почу и севооборот (стр. 5 из 7)

В результате обработки фосфорной кислоты аммиаком образуется пульпа и испаряется некоторое количество воды. Состав образующейся массы определяет-ся взаймодействием кислоты с содержащейся в ней примесями и аммиаком. В основу расчета количеств получаемых солей берем следующие стехиометричес-кие соотношения:

MgO + Н₃РО₄ + 2Н₂О = MgНРО₄ ∙ 3Н₂О

СаО + Н₃РО₄ + Н₂О = СаНРО₄ ∙ 2Н₂О

Al₂O₃+ 2Н₃РО₄ = 2AlРО₄ + 3Н₂О

Fe₂O₃ + 2Н₃РО₄ = 2 FeРО₄ + 3Н₂О

2NН₃ + Н₂SiF = (NH₄)₂SiF₆

2NН₃ + Н₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

NН₃ + Н₃РО₄ = NH₄H₂РО₄

2NН₃ + Н₃РО₄ = (NH₄)₂HРО₄

При нейтрализации раствора фосфорной кислоты аммиаком в отделении сатурации получаются следующие соли, кг:

5000·0,036·174

димагнийфосфат = 783

40

в том числе кристаллизационной воды —

5000·0,036·3·18

= 243

40

5000·0,036·142

в том числе Р₂О5 = 319,5

40·2

[40, 174, 18, 142 - молекулярные массы MgO, MgНРО₄ ∙ 3Н₂О, Н₂О и Р₂О₅]

5000·0,002·172

дикальцийфосфат = 30,7

56

в том числе кристаллизационной воды —

5000·0,002·2·18

= 64,3

56

5000∙0,002∙142

в том числе Р₂О5 = 12,7

56·2

[56 и 172 - молекулярные массы СаО и СаНРО₄∙2Н₂О]

5000·0,013·2·122

фосфат аллюминия = 155,5

102

5000∙0,013∙142

в том числе Р₂О5 = 90,5

102

[102 и 122 - молекулярные массы Al₂O₃ и AlРО₄]

5000·0,013·2·207

фосфат железа = 168

160

5000∙0,013∙142

в том числе Р₂О5 = 57,5

160

[160 и 207 - молекулярные массы Fe₂O₃ и FeРО₄]

5000·0,0186·178

кремнийфосфат аллюминия = 145

6·19

5000∙0,0186∙2·17

в том числе NН₃

= 27,5

6·19

[178, 17 и 19 - молекулярные массы (NH₄)₂SiF₆, NН₃ и молеклярная масса фтора]

5000·0,0375·132

сульфат аммония

= 309,4

80

5000∙0,0375∙2·17

в том числе NН₃

= 79,5

80

[132 и 80 - молекулярные массы (NH₄)₂SO₄и SO₃]

Количество Р₂О₅, связанной по первым четырем стехиометрическим соотношениям:

319,5 + 12,5 + 90,5 + 57,5 = 480 кг

Остальное количество Р₂О₅ связывается с аммиаком, образуя фосфаты аммония. Количество Р₂О₅, нейтрализуемого аммиаком:

5000·0,25 - 480 = 770 кг

Содержание аммиака в нейтрализованной пульпе составляет 27% от общего количества Р₂О₅. Израсходовано аммиака на образование кремнифторида и сульфата аммония:

27,5 + 79,5 = 107 кг

Следовательно, на образование фосфатов аммония пошло аммиака:

1250·0,27-107 = 230,5

Количество аммиака, необходимое для связывания всей Р₂О₅ (770 кг) в моноаммонийфосфат:

2·17·770

= 184,4 кг

142

Но при этом остается избыточного аммиака 230,5 - 184,4 = 46,1 кг, который идет на образование диаммонийфосфата. Его количество:

46,1·132

= 178,9 кг

2·17

Это количество требует моноаммонийфосфата

(178,9·115)/132 z ≈ 155,8

где 115 и 132 — молекулятные массы NH₄HРО₄ и (NH₄)₂HРО₄

Так как из 770 кг Р₂О₅ могло образоваться мноаммонийнофосфата

(115·184,4)/17 = 1248

то после образования диаммонийфосфата остается моноаммонийфосфата:

1248 — 155,8 = 1092,2 кг

Выход сухих солей (с учетом кристаллизационной воды) составляет:

783 + 30,5 + 155,5 + 168 + 145 + 309,5 + 1092,2 + 178,9 = 2862,6 кг

в том числе воды кристаллизационной: 243 + 6,5 = 249,5 кг.

Выход сухих солей без кристаллизационной воды:

2862,6 - 249,5 = 2613 кг.

Приводим состав сухих с учетом кристаллизационной воды:

кг %

MgНРО₄ 3Н₂О.......................................783 27,35

СаНРО₄ ∙ 2Н₂О......................................30,5 1,07

AlРО₄ …............................................... 155,5 5,43

FeРО₄..................................................... 168 5,87

(NH₄)₂SiF₆.............................................. 145 5,07

(NH₄)₂SO₄............................................. 309,5 10,81

NH₄H₂РО₄..............................................178,9 6,24

(NH₄)₂HРО₄..........................................1092,2 38,16

Всего . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2862,6 100

В систему поступает материалов (фосфорной кислоты, аммиака и воды с ним):

5000 + 337,5 + 3,4 = 5340,9

В процессе сатурации из систем испаряется 390 кг воды на 5000 кг кислоты. Количество пульпы после испарения воды равно:

5341- 390 = 4951 кг

В конечной пульпе содержиться свободной воды:

4951 - 2862,6 = 2088,4

Всего воды в пульпе:

2088,4 + 249,5 ≈ 2338 кг

Процентное содержание общей влаги в пульпе:

(2338·100)/ 4951 = 47,2%

Составляем материальный баланс сатурации в производстве аммофоса (на 5000 кг фосфорной кислоты):

Приход кг % Расход кг %

25%-ная по Р₂О₅ экс- солевая масса пульпы 2862,5 53,6

тракционная кислота в персчете на в то числе

моногидрат (100% Н₃РО₄).......................1725 32,30 MgНРО₄·3Н₂О 783

вода с фосфорной кислотой.................. .3275 61,32 СаНРО₄ ∙ 2Н₂О 30,5

аммиак..................................................... 337,5 6,32 AlРО₄ 155,5

вода с аммиаком...................................... .3,5 0,06 FeРО₄ 168

(NH₄)₂SiF₆ 145

(NH₄)₂SO₄ 309,5

NH₄H₂РО₄ 178,5

(NH₄)₂HРО₄ 1092,5

вода в пульпе (свобод-

ная)............................2088,5 39,1

водяной пар........................390 7,3

Всего…................ 5341 100 Всего …..............5341 100

3.2 Расчет теплового баланса

Ипользуя данные материального баланса, рассчитать тепловой баланс сатурации в производстве аммофоса на 5000 кг фосфорной кислоты указанного выше состава. Температуры: поступающей кислоты 60⁰С, аммиака -27⁰С, при давлении 152 кПа (1,5 атм), отходящей пульпы 102⁰С.

Решение

П р и х о д т е п л о т ы

Выделение теплоты за счет реакции, кДж:

образования моноаммонийфосфата —

Н₃РО₄ + NH₃ = NH₄H₂PO₄ + 75 362 кДЖ

(184,5·73 392)/17 = 817 900

[184,5 - количество (в кг) вступившего в реакцию аммиака]

образования диаммонийфосфата из моноаммонийфосфата —

NH₄H₂PO₄ + NH₃ = (NH₄)H₂PO₄+ 96 296 кДж/кмоль

(46·96 296)/17 = 260 565

[46 - количество (в кг) аммиака, реагирующего с моноаммонийфосфатом]

Н₂SO₄ + NH₃ = (NH₄)₂SO₄ + 193 849 кДж/кмоль

(79,5·193 849)/(2·17) = 453 265

[79,5 - количество (в кг) аммиака, связываемого в сульфат]

Н₂SiF₆ + 2NH₃ = (NH₄)₂SiF₆ + 159 089 кДж/кмоль

(27,5·159 089)/(2·17) = 128 680

[27,5- количество (в кг) аммиака, вступившего в реакцию]

Всего за счет химических реакции …..........................1 660 410

(В расчете не включены из-за их малости тепловые эффекты других реакции).

Теплота, вносимая кислотой и аммиаком:

5000·2 868·60 + (-117,2·67,5) = 820 845 кДж

где 5000 - количество фосфорной кислоты, кг;

2 868 - средняя удельная теплоемкость кислоты, кДж/(кг·К);

60 - температура кислоты, ⁰С;

-117,2 - энтальпия аммиака при -27⁰С и 152 кПа (1,5 атм), кДж/кг;

67,5 - количество аммиака, кг;

Всего поступает теплоты: 1 660 410 + 820 845 = 2 481 255кДж

Р а с х о д т е п л о т ы

Нагревание пульпы до 102⁰С:

5341·2 721·102 = 1 387 710 кДж

где 5341 - количество пульпы, кг;

2 721 - средняя удельная теплоемкость пульпы, кДж/(кг·К);

102 - температура пульпы, ⁰С;

Теплопотери в окружающую среду принимаем равными 3% от общего количества подводимой теплоты:

2 481 255 · 0,03 = 74 437,65 кДж

Всего расходуется теплоты: 1 387 710 + 74 437,65 = 1 462 147,6 кДж

Избыток теплоты расходуется на испарение воды: 2 481 255 - 1 462 147,6 ≈ 1 019 108 кДж.

Количество испаряющейся воды составит:

1 019 108/2 253 = 452,3 кг

где 2 253 - скрытая теплота испарения воды при 102⁰С, кДж/кг.

Общий расход теплоты: 1 387 710 + 74 437,65 + 1 019 108 = 2 481 255 к Дж

Составляем тепловой баланс сатурации фосфорной кислоты аммиаком (на 5000 кг фосфорной кислоты):