Решение задачи: Производство экстракционной фосфорной кислоты

Для решения данной задачи по технологии неорганических веществ (производство экстракционной фосфорной кислоты) необходимо выполнить расчет материального баланса. Ниже представлен ход решения, удобный для переписывания в тетрадь. Дано: Производительность \( \Pi = 300\,000 \) т/год (по 100% \( P_2O_5 \)). Число рабочих дней: \( N = 320 \). Содержание \( P_2O_5 \) в апатите: \( a = 39\% \). Коэффициент разложения: \( \eta_{разл} = 0,987 \). Коэффициент отмывки: \( \eta_{отм} = 0,985 \). Влажность апатита: \( W = 1,0\% \). Решение: 1. Определим суточную производительность системы по 100% \( P_2O_5 \): \[ G_{P_2O_5} = \frac{\Pi}{N} = \frac{300\,000}{320} = 937,5 \text{ т/сут} \] 2. Определим общий коэффициент использования сырья (выход \( P_2O_5 \) в раствор): \[ \eta_{общ} = \eta_{разл} \cdot \eta_{отм} = 0,987 \cdot 0,985 \approx 0,9722 \text{ (или 97,22%)} \] 3. Рассчитаем необходимое количество сухого апатитового концентрата: Для получения 937,5 т \( P_2O_5 \) с учетом потерь требуется: \[ G_{сух.ап} = \frac{G_{P_2O_5}}{a \cdot \eta_{общ}} = \frac{937,5}{0,39 \cdot 0,9722} \approx 2472,6 \text{ т/сут} \] 4. Рассчитаем количество влажного апатитового концентрата (с учетом влажности 1%): \[ G_{вл.ап} = \frac{G_{сух.ап}}{1 - 0,01} = \frac{2472,6}{0,99} \approx 2497,6 \text{ т/сут} \] 5. Расчет расхода серной кислоты (92,5% \( H_2SO_4 \)): Основная реакция разложения апатита (фторапатита): \[ Ca_5(PO_4)_3F + 5H_2SO_4 + 10H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5CaSO_4 \cdot 2H_2O + HF \] Теоретический расход 100% \( H_2SO_4 \) на 1 тонну \( P_2O_5 \) при разложении \( CaO \) (содержание \( CaO = 52\% \)): Стехиометрическое соотношение \( \frac{M(H_2SO_4)}{M(CaO)} = \frac{98}{56,08} \approx 1,747 \). Масса \( CaO \) в суточном количестве апатита: \[ G_{CaO} = G_{сух.ап} \cdot 0,52 = 2472,6 \cdot 0,52 = 1285,75 \text{ т/сут} \] Расход 100% \( H_2SO_4 \): \[ G_{H_2SO_4(100\%)} = G_{CaO} \cdot 1,747 \cdot \eta_{разл} = 1285,75 \cdot 1,747 \cdot 0,987 \approx 2217,0 \text{ т/сут} \] Расход технической серной кислоты (92,5%): \[ G_{H_2SO_4(техн)} = \frac{2217,0}{0,925} \approx 2396,8 \text{ т/сут} \] 6. Расчет выхода фосфогипса (осадка): Основную массу осадка составляет дигидрат сульфата кальция \( CaSO_4 \cdot 2H_2O \). Стехиометрический коэффициент перехода от \( CaO \) к \( CaSO_4 \cdot 2H_2O \): \[ K = \frac{M(CaSO_4 \cdot 2H_2O)}{M(CaO)} = \frac{172}{56,08} \approx 3,067 \] Масса сухого фосфогипса: \[ G_{фгипс} = G_{CaO} \cdot \eta_{разл} \cdot 3,067 + \text{нерастворимый остаток} \] Принимая во внимание нерастворимые примеси и неразложившийся апатит, масса сухого осадка составит примерно: \[ G_{тв} \approx 1285,75 \cdot 0,987 \cdot 3,067 + 2472,6 \cdot (1 - 0,987) \approx 3892,1 + 32,1 = 3924,2 \text{ т/сут} \] 7. Определение количества жидкой фазы в пульпе: По условию отношение Ж:Т = 2,5:1. \[ G_{жидк} = G_{тв} \cdot 2,5 = 3924,2 \cdot 2,5 = 9810,5 \text{ т/сут} \] Ответ: Для обеспечения заданной производительности требуется 2497,6 т/сут влажного апатитового концентрата и 2396,8 т/сут серной кислоты (92,5%). Суточный выход \( P_2O_5 \) в готовую продукцию составляет 937,5 т.