Тепловой баланс

Приход теплоты

Выделение теплоты за счет реакций:

• образования моноаммонийфосфата

Н₃РО₄ + NH₃ = NH₄H₂PO₄ + 75 362 кДж/кмоль;

Q₁ = m_ост(NH₃) ∙ ΔН₁ / М(NH₃) = 73,1 ∙ 75362 / 17 = 324056,6 кДж

m_ост(NH₃) – масса (в кг) вступившего в реакцию аммиака;

• образования диаммонийфосфата из моноаммонийфосфата

NH₄H₂PО₄ + NH₃ = (NH₄)₂HPО₄ + 96 296 кДж/кмоль;

Q₂ = m_изб(NH₃) ∙ΔН₂ / М(NH₃) = 5.6 ∙ 96296 / 17 = 31721,0, кДж,

где m_изб(NH₃) - масса (в кг) аммиака, реагирующего с моноаммонийфосфатом;

• образования сульфата аммония

H₂SО₄ + 2NH₃ = (NH₄)₂SО₄ + 193 849 кДж/кмоль;

Q₃ = m(NH₃) ∙ ΔН₃ / (2∙ М(NH₃)) = 12,3 ∙ 193 849 / (2 ∙ 17) = 70127,7 ,кДж:

m(NH₃) —масса (в кг) аммиака, связываемого в сульфат аммония.

Всего за счет химических реакций

Q_х.р = Q₁ + Q₃ + Q₃ = 324056,6 + 31721,0 + 70127,7 = 425905,3 кДж

(Тепловые эффекты дру­гих реакций в расчет не включены из-за их малости).

Теплота, вносимая кислотой и аммиаком

Q_к = m(фосфорной кислоты)∙ c_{кислоты} ∙ t_{кислоты} + ΔН ∙ m_о(NН₃) = 1000 ∙ 2,868 ∙ 60 + (-117,2∙ 94,5)= 161004,6 кДж,

где m(фосфорной кислоты) — масса фосфорной кислоты, кг;

c_{кислоты} — средняя удельная теплоемкость кислоты, кДж/(кг ∙ К);

t_{кислоты} — температура кислоты, °С;

ΔН — энтальпия аммиака при -27 °С и 152 кПа (1,5 атм), кДж/кг;

m_о(NН₃) —масса аммиака, кг.

Всего поступает теплоты

Q_приход = Q_х.р + Q_к = 425905,3 + 161004,6 = 586909,9 кДж.

Расход теплоты

Нагревание пульпы до 102°С

Q_пульпы = m(материала) ∙ c_пульпы ∙ t_пульпы = 1097,4∙ 2,721 ∙ 102 = 304574,6 кДж

где m(материала) — количество пульпы, кг;

c_пульпы — средняя удельная теплоемкость пульпы, кДж/(кг∙К);

t_пульпы — температура пульпы, °С.

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

Q_потерь = Q_приход ∙ 0,03 = 586909,9 ∙ 0,03 = 17607,3 кДж

Всего расходуется теплоты

Q_расх. = Q_потерь + Q_пульпы = 17607,3 + 304574,6 = 322181,9 кДж.

Избыток теплоты расходуется на испарение воды:

Q_{испарение} = Q_приход - Q_расх. = 586909,9 – 322181,9 = 264728,0 кДж.

Количество испаряющейся воды составит:

m_воды = Q_{испарение} / q = 264728,0 / 2253 = 117,5 кг

где q — теплота испарения воды, кДж/кг.

Общий расход теплоты:

Q_расход = Q_пульпы + Q_потерь + Q_{испарение} = 304574,6 + 17607,3 + 264728,0= 586909,9 кДж

Результаты расчетов представляем в виде таблицы (табл.3 ).

Таблица 3

Тепловой баланс сатурации фосфорной кислоты аммиаком (на 1000 кг фосфорной кислоты)

Приход	кДж	%	Расход	кДж	%
Теплота реакции образования: NH4H2РО4 (NH4)2HРО4 (NH4)2SО4	324056,6 31721,0 70172,7	55,21 5,40 11,96	На нагревание пульпы	304574,6	51,89
			На испарение воды	26472,80	45,10
Теплота, вносимая кислотой и аммиаком	160959,6	27,43	Теплопотери	17607,3	3,00
Итого	586909,9	100	Итого	586909,9	100