Физические свойства фтористого водорода
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Рисунок 6. Подогреватель серной кислоты Характеристика отходов, их обезвреживание В результате процесса получают готовый продукт фтороводородный газ с примесями: SiF4; H2O; CO2; H2SO4; и фторангидрит: CaSO4; Al2(SO4)3; Fe2(SO4)3, который является отходом производства. Перед сбросом в отвал его целесообразно нейтрализовать. Примененеие для этой цели суспендированного в воде тонкоразмолотого известняка, даже при значительном его избытке, не дает полной нейтрализации серной кислоты вследствие покрытия зерен CaCO3 коркой сульфата. Предложено нейтрализовать сульфат кальция доменным шлаком (15%) при их совместном размоле до размера частиц 90 мк с последующей добавкой в смесителе CaO или Ca(OH). Полная нейтрализация кислых примесей во фторангидрите достигается в процессе хранения его на шламовых полях. Для повышения скорости и полноты нейтрализации известняк берут с 10% избытком. Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта Сернокислотный способ получения фтороводорода разложением флюоритового концентрата с высоким содержанием CaF2 (95% мас и более) является технологически современным и эффективным процессом. Повышение эффективности существующего процесса возможно при внедрении следующих основных мероприятий: - утилизация фторангидрита с получением товарных продуктов; - усовершенствование контроля и локальная автоматизация технологического процесса (автоматизация дозировки серной кислоты, измерения концентрации образующейся фтороводородной кислоты, анализа отходящих газов, температурного режима в реакционной печи, анализа состава фторангидрита, выходящего из печи); - внедрение эффективного смешения флюоритового концентрата и серной кислоты; - ведение процесса разложения CaF2 в две стадии, обеспечивая высокую степень разложения флюорита (20-50%) на стадии смешения исходных реагентов в реакторе-смесителе с получением порошкообразной реакционной массы, используя при этом моногидрат серной кислоты или олеум с повышением суммарной степени обесфторивания сырья до 98,0-98,5%; - изменение температурного режима по длине печи с использованием новых более эффективных горелочных устройств; - переход на низкосортный флюоритовый концентрат в условиях проведения абсорбции фтороводорода с получением «конденсатной» кислоты в первой башне и очищенной кислоты во второй башне; - повышение эффективности работы аппарата-подогревателя серной кислоты, обеспечивая в нем первую стадию очистки газов от пыли и сульфатов, а также значительное охлаждение газов с нагревом серной кислоты до 120-130 «С, что приведет к значительному сокращению расхода природного газа для разложения CaF2. Технологические расчеты Расчеты материального баланса производства Метод получения HF - газа основан на разложении плавикового концентрата серной кислотой по реакции: CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF (1) Флюорит (98%) содержит примеси: SiO2; CaCO3; Al2O3; Fe2O3. И наряду с основной протекает целый ряд побочных реакций: SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O (2) CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2 (3) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O (4) Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (5) Исходные данные для расчета: - состав флюорита: CaF2 - 98%; SiO2 - 0,5%; CaCO3 - 1%; Al2O3 - 0,25%; Fe2O3 - 0,25%; - серная кислота: 97%; - степень разложения: 98%; - производительность: 10000 кг/ч флюорита; - избыток серной кислоты: 7%. Таблица 3. Молекулярные массы исходных веществ и продуктов реакций
Теоретический расчет. В 10000 кг флюорита содержится: 9800 кг CaF2; 50 кг SiO2; 100 кг CaCO3; 25 кг Al2O3; 25 кг Fe2O3. При разложении 10000 кг породы (флюорита) по реакции (1) образуется: mHF = (9800*20*2)/78 = 5025,641 кг по реакции (2) расходуется mHF = (50*20*4)/78 = 51,282 кг В результате реакций (1) и (2) из 10000 кг породы получается: mHF = 5025,641 - 51,282 = 4974,359 кг По (1) реакции: расходуется mH2SO4 = (9800*98)/78 = 12312,821 кг образуется mCaSO4 = (9800*136)/78 = 17087,179 кг По (2) реакции: образуется mSiF4 =(50*104)/60 = 86,667 кг mH2O = (50*18*2)/60 = 30 кг По (3) реакции: расходуется mH2SO4 = (100*98)/100 = 98 кг образуется mCaSO4 = (100*136)/100 = 136 кг mH2O = (100*18)/100 = 18 кг mCO2 = (100*44)/100 = 44 кг По (4) реакции: расходуется mH2SO4 = (25*98*3)/100 = 73,5 кг образуется mAl2(SO4)3 = (25*340)/100 = 85 кг mH2O = (25*18*3)/100 = 13,5 кг По (5) реакции: расходуется mH2SO4 = (25*98*3)/160 = 45,938 кг образуется mFe2(SO4)3 = (25*400)/160 = 62,5 кг mH2O = (25*18*3)/160 = 8,438 кг mH2SO4 = 12312,821 + 98 + 73,5 + 45,938 = 12530,259 кг Практический расчет с учетом степени разложения 98%. mфлюорита = (10000*98)/100 = 9800 кг В 9800 кг флюорита содержится: 9604 кг CaF2; 49 кг SiO2; 98 кг CaCO3; 24,5 кг Al2O3; 24,5 кг Fe2O3. При разложении 9800 кг породы (флюорита) по реакции (1) образуется: mHF = (9604*20*2)/78 = 4925,128 кг по реакции (2) расходуется mHF = (49*20*4)/78 = 50,256 кг В результате реакций (1) и (2) из 10000 кг породы получается: mHF = 4925,128 - 50,2562 = 4874,872 кг По (1) реакции: расходуется mH2SO4 = (9604*98)/78 = 12066,564 кг образуется mCaSO4 = (9604*136)/78 = 16745,436 кг По (2) реакции: образуется mSiF4 =(49*104)/60 = 84,933 кг mH2O = (49*18*2)/60 = 29,4 кг По (3) реакции: расходуется mH2SO4 = (98*98)/100 = 96,04 кг образуется mCaSO4 = (98*136)/100 = 133,28 кг mH2O = (98*18)/100 = 17,64 кг mCO2 = (98*44)/100 = 43,12 кг По (4) реакции: расходуется mH2SO4 = (24,5*98*3)/100 = 72,03 кг образуется mAl2(SO4)3 = (24,5*340)/100 = 83,3 кг mH2O = (24,5*18*3)/100 = 13,23 кг По (5) реакции: расходуется mH2SO4 = (24,5*98*3)/160 = 45,019 кг образуется mFe2(SO4)3 = (24,5*400)/160 = 61,25 кг mH2O = (24,5*18*3)/160 = 8,269 кг mH2SO4 = 12066,564 + 96,04 + 72,03 + 45,019 = 12279,653 кг С учетом избытка серной кислоты 7%. mH2SO4теор = 12530,259 + (24,5*7)/100 = 13407,377 кг mH2SO4 + H2O = 13407,377/0,97 = 13822,038 кг mH2O = 414,661 кг mH2SO4остаток = 13407,377 - 12279,653 = 1127,724 кг mH2O = 29,4 + 17,64 + 13,23 + 8,269 + 414,661 = 483,21 кг mCaF2остаток = 9800 - 9604 = 196 кг m SiO2остаток = 50 - 49 = 1 кг Таблица 4. Материальный баланс сернокислотного разложения флюоритового концентрата 10000 кг/ч
Примечание. Материальный баланс стадии разложения дан для печи наружного обогрева. Невязка материального баланса 0,05% Таблица 3. Состав газа
Молекулярные массы: МHF = 20*10-3 кг/моль МsiF4 = 104*10-3 кг/моль МH2O = 18*10-3 кг/моль МCO2 = 44*10-3 кг/моль n = m/М (1) где n - число молей, моль; m - масса, кг; М - молекулярная масса, кг/моль. nHF = 4874,872/ 20*10-3 = 243743,6 моль nSiF4 = 84,933/ 104*10-3 = 816,663 моль nH2O = 483,2/ 18*10-3 = 26844,44 моль nCO2 = 43,12/ 44*10-3 = 980 моль V = n*Vm (2) где V - объем, м3; Vm - мольный объем, л/моль. VHF = 243743,6*22,4 = 5459856,64 л = 5459,857 м3 VsiF4 = 816,663*22,4 = 18293,251 л = 18,293 м3 VH2O = 26844,44*22,4 = 601315,556 л = 601,316 м3 VCO2 = 980*22,4 = 21952 л = 21,952 м3 W = (Vi/ Vобщ)*100% (3) где W - объемная концентрация, %об; V i - масса i-го компонента, кг; Vобщ - общая масса, кг. WHF = (5459? 857/6101,418)*100 = 89,49% WsiF4 = (18,293/6101,418)*100 = 0,30% WH2O = (601,316/6101,418)*100 = 9,85% WCO2 = (21,952/6101,418)*100 = 0,36% Расчет теплового баланса Реакции в печи: CaF2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HF (1) SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O (2) CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2 (3) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O (4) Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (5) Реакция при наружном обогреве печи: CН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О (6) Исходные данные для расчета: - исходные и полученные данные при расчете материального баланса; - температура флюорита на входе в печь: 25оС; - температура серной кислоты на входе в печь: 60оС; - температура твердого потока на выходе из печи: 200оС; - температура газового потока на выходе из печи: 250оС; - Qпот1 - 3% от Qфизпр (потери при процессах в печи); - Qпот11 - 5% от Qр-ии(6) (потери при наружном обогреве); - состав природного газа: CH4 - 98%, N2 - 2%. Таблица 5. Стандартные мольные характеристики веществ
|