Материальный баланс процесса растворения

Реакция процесса:

(NH₄)₂SiF₆ + 4NH₄OH = SiO₂ + 6NH₄F + 2H₂O

М 178 35 60 37 18

Массовый расход NH₄OH (сухого):

С_NH4OH = 25%

Массовый расход воды для разбавления аммиака:

Массовый расход SiO₂:

 

Массовый расход NH₄F:

 

Массовый расход H₂O (реакция):

 

 

На основании расчета материальных потоков составим таблицу мате­риального баланса (таблица 10).

 

Таблица 10 – Материальный баланс процесса растворения

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	Статьи расхода	т/сут
ГФСА	327,428	SiO2	110,36
NH4OH	257,52	NH4F	408,36
H2Oразб	772,56	H2O	66,22
		H2Oразб	772,56
Σ	1357,51	Σ	1357,51

 

Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.

 

 

3.2.3 Материальный баланс процесса утилизации NH₄F

Реакция процесса:

2NH₄F + Ca(OH)₂ = CaF₂ + 2NH₃ + 2H₂O

М 37 74 78 17 18

C_Ca(OH)2 = 30%

Массовый расход Ca(OH)₂ (сухого):

 

Массовый расход воды для разбавления Ca(OH)₂ :

 

Массовый расход CaF₂:

 

Массовый расход NH₃:

 

Массовый расход H₂O:

 

На основании расчета материальных потоков составим таблицу мате­риального баланса (таблица 11).

 

Таблица 11 – Материальный баланс процесса утилизации NH₄F

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	Статьи расхода	т/сут
NH4F	408,36	CaF2	430,43
Ca(OH)2	408,36	NH3	187,62
H2Oразб	952,84	H2Oреакция	198,66
		H2Oразб	952,84
Σ	1769,56	Σ	1769,56

 

Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.

По итогам всех материальный расчетов составим общий материальный баланс технологической схемы (таблица 12).

 

Таблица 12 – Общий материальный баланс

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	т/год	Статьи расхода	т/сут	т/год
Руда	1917,8		Руда^*	1807,431	659712,315
БФА	314,54	114807,1	SiO2	110,36	40281,4
NH4OH	257,52	93994,8	H2Oреакция1	62,221	22710,665
Ca(OH)2	408,36	149051,4	H2Oреакция2	62,22	24170,3
H2Oразб	4556,36	1663071,4	H2Oреакция3	198,66	72510,9
			NH3(1)	187,22	68481,3
			NH3(2)	31,271	11413,915
			CaF2	430,43	157106,95
			H2Oразб	4556,36	1663071,4
Σ	7454,248	2720924,7	Σ	7454,248	2720924,7

 

 

Материальный баланс по урану

Содержание урана в руде составляет 0,2%. Следовательно, массовое содержание урана в исходной руде будет составлять:

G_руда = 700000 т/год = 1917,8 т/сут

G_U1 = 3,8356 т/сут

После процесса фторирования часть урана остается в осадке, а часть (3-5% от G_U1) переходит в раствор ГФСА в виде коффинита.

G_U2 = 3,8356 ∙ 0,05 = 0,1917 т/сут урана переходит в раствор ГФСА

G_U3 = 3,8356-0,1917 = 3,6439 т/сут урана ушло вмесет с осадком на выщелачивание.

На основании расчета материальных потоков составим таблицу мате­риального баланса (таблица 13).

 

Таблица 13 – Материальный баланс по урану

Приход	Расход
Статьи прихода	т/сут	т/год	Статьи расхода	т/сут	т/год
GU1	3,8356		GU2	0,1917
			GU3	3,6439
Σ	3,8356		Σ	3,8356

 

 

Тепловая нагрузка аппарата

Тепловая нагрузка аппарата определяется на основании теплового балан­са. В общем виде тепловой баланс запишется уравнениями:

 

 

 

 

где		–	количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем;
		–	количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду;
		–	тепло вносимое в аппарат с рудой,
		–	удельная теплоемкость руды, при t=25°С;
		–	начальная температура при входе в аппарат, tн =25 ^0С;
		–	тепло вносимое в аппарат с раствором БФА,
		–	удельная теплоемкость раствора БФА, при t=25°С;
		–	тепло вносимое в аппарат с водой,
		–	удельная теплоемкость воды, при t=25°С;
		–	тепло химической реакции
		–	энтальпия химической реакции, ;
		–	тепло уходящее из аппарата с рудой,
		–	конечная температура, tк = 80 ^0С;
		–	тепло, необходимое для нагрева аппарата, ;
		–	Энтальпия пара, при Р=0,1МПа;
		–	тепло уходящее из аппарата с водой, ;
		–	удельная теплоемкость воды, при t=80°С;
		–	тепло уходящее из аппарата с раствором ГФСА,
		–	удельная теплоемкость ГФСА, при t=80°С;
		–	количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду,
		–	Количество тепла, уносимое из аппарата вместе с аммиаком,
		–	удельная теплоемкость , при t=80°С;
		–	количество тепла, уходящее из аппарата с конденсатом,
		–	удельная энтальпия конденсата греющего пара, iконд =415,2 кДж/кг при Р=0,1МПа.

 

Так как все теплоемкости даны в Дж/(моль∙К) то полученные теплоты необходимо будет разделить на молярную массу. Также нам необходимо все массы перевести из т/сут в кг/сек (таблица 14).

Таблица 14 – Массовые расходы веществ

 

Статьи прихода	т/сут	кг/сек	Статьи расхода	т/сут	кг/сек
Руда	1917,8	22,196	Руда^*	1807,431	20,919
H2Oразб1	958,9	11,098	H2Oразб1	958,9	11,098
БФА	314,551	3,64	H2Oразб2	1872,06	21,667
H2Oразб2	1872,06	21,667	ГФСА	327,428	3,789
			NH3	31,271	0,361
			H2O(реакция)	66,22	0,766

 

Определим количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем:

 

 

 

 

Чтоб аппарат не перегрелся, компенсируем тепло химической реакции:

Определим количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду:

Определим расход пара

Отсюда расход пара равен:

Определим тепло конденсата:

Определим тепло воды, которая образуется при конденсировании острого пара:

Определим тепло потерь:

 

Результаты теплового баланса сведены в таблицу 15.

 

Таблица 15 – Тепловой баланс процесса

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество тепла, кВт	Статьи расхода	Количество тепла, кВт
	2136,57		4430,406
	1160,819		290,406
	170,441		41,56
	2266,308		176,26
	2221,98		2553,803
	10393,04		4985,877
			1298,679
			1610,976
			2961,556
Σ	18349,158	Σ	18349,158

 

 

Конструктивный расчет

Определение объема аппарата

При заданной производительности процесса рабочий объем аппаратов [12] определяют по формуле:

 

 

Где		–	рабочий объем аппаратов, м^3;
		–	массовый расход реагентов, кг/с;
		–	плотность реагентов, кг/м.

 

 

Где		–	плотность руды, при t=80°C;
		–	плотность БФА, при t=80°C;
		–	плотность H2O, при t=80°C.
		–	массовый расход воды для руды,
		–	массовый расход воды для разбавления БФА,
		–	массовый расход руды,
		–	массовый расход БФА,
		–	массовый расход конденсата,

 

 

Определим объем одного аппарата, используя формулу:

 

(1)

 

Где		–	коэффициент заполнения объема аппарата, принимаемый равным 0,7-0,85;
		–	число аппаратов, n=4;
		–	рабочий объем одного аппарата, м^3.

 

Выразим из формулы (1) объем одного аппарата и получим: