Расчеты материального баланса производства

Производительность = 5 т/ч=5000кг/ч

за 1 циклm(А1F3) = 8000кг

m А1F3 = 0,89*8000 = 7120 кг

Основная реакция:

ЗНF+Аl(ОН)3 = ЗА1FЗ + ЗН2O (1)

По реакции

m(HF) = 7120*3*20/84=5085,71кг

С учетом степень нейтрализации HF 96%

m(HF) = 5085Ю71*100/96 = 6240,25кг

5297,62 - 31%

m(HF)общ. – 100% m(HF)общ.= 5297,62*100/31 = 20800.83 кг

Образование побочных продуктов происходит в результате протекания реакций:

2 Аl(ОН)3+ H2SiF6= 2А1FЗ+ SiO2+4H2O (2)

2 Аl(ОН)3+ 3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O (3)

Al2(SO4)3+ 6HF=2А1FЗ+3H2SO4 (4)

Na2O+ H2SO4=Na2SO4 + H2O (5)

m(Аl(ОН)3) = 7120*78/84 = 6611,43кг

6611,43 – 89,5% m(Аl(ОН)3) = 6611,43*100/89,5 = 7387,1кг

m(Аl(ОН)3) – 100%

С учётом 96%

m(Al(OH3) = 7387,1/0,86 = 7694,896 кг

mSiO2 =mH2SiF6* M SiO2/M H2SiF6= 52,27*60/144 = 21,36 кг

m H2SO4: по реакции 2 расход H2SO4 равен её приходу по реакции 4 => сульфат алюминия не остаётся в продукте

m Na2SO4 = m H2SO4 * M Na2SO4 /M H2SO4 = 34,18*112/98 = 49,53кг

m Na2O = 27,7 - m H2SO4*M Na2O /M H2SO4 = 27,7 – 34,18*62/98 = 6,08кг

m А1FЗ = mHF*0,96* MА1FЗ/ 3*MHF + 2* mH2SiF6* M А1FЗ /M H2SiF6 + 2* mH2SO4*MА1FЗ /MH2SO4 = 5297,62*0,96*84 /3*20 + 2*51,27*84 /144 + 2*34,18*84 /3*98 = 7199,35кг

mHF(ост) = 0,04*5297,62 – 34,18*84/98 = 197.,95 кг

m Аl(ОН)3 = 6885,94*0,04 - 2 mH2SO4* M Аl(ОН)3 /3* MH2SO4 – 2* mH2SiF6* M Аl(ОН)3 /M H2SiF6 = 6885,94 – 2*34,18*78 /3*98 – 2* 51,27*78 /141 = 201,76кг

Расчет баланса по воде:

По 1-ой реакции m(H2O)= 0б96*mHF*MH2O /MHF = 0,96*5297,62*18 /20 = 4577,14кг

По 2-ой реакции m(H2O)=m H2SO4*2*MH2O /MH2SO4 = 34,18*2*18/96=12,81кг

По 3-ей реакции m(H2O)=m H2SiF6*4*M H2O/M H2SiF6 = 51,27*4*18 /144=25,63кг

По 5-ой реакции m(H2O)= m H2SO4*MH2O /MH2SO4 = 34,18*18/98=6,28кг

m(H2O)общ.=4577,14 + 12,81 +25,63 + 6,28 + 11706,03+769,49 (m H2O (нач)) = 17097,13кг

Составим таблицу материального баланса при варке.

Таблица 3.2

Материальный баланс при варке.

Приход			расход
Статья прихода	Количество		статья расхода	Количество
	поток	компонент		поток	компонент
1.Плавиковая кислота, в т.ч.	17089,1		1Пульпа фторида алюминия в т.ч.	24773,16
HF		5297,62	AlF3		7199,35
H2SO4		34,18	SiO2		21,36
H2SiF6		51,27	Na2SO4		49,53
H2O		11706,03	AL(OH)3		201,76
			HF		197,95
2. Гидроксид алюминия, в т.ч.	7694,896		H2O		17097,13
AL(OH)3		6885,94	Na2O		6,08
H2O		769,49
SiO2		11,77
Na2O		27,7
Итого	24783,996	24783,996	Итого	24773,16	24773,16

Образующийся пересыщенный раствор фторида алюминия кристаллизуется в течение 3-х часов.

Найдем массу жидкого раствора.

m(жид.раствора)=m(Na2SO4)+m(H2SO4)+m(HF)+m(H2O)общ=73,11+53,54+82,35+20936,14=21145,14кг

Трифторид алюминия- вещество слабо растворимое в воде. При Т=90°С растворимость равна 1,17%.

21145,14-98,83

m(А1F3)рас-ое=21145,14*1,17/98,83=250,33кг

m(А1F3)тв.=8718,13-250,33=8467,81кг

m(А1F3*3H2O)=8467.81*138/84=13911.39кг

Масса воды в кристаллогидрате:

m(H2O)=8467,83*54/84=5443,59кг

Масса воды в жидкой фазе:

m(H2O)=20936,14-5443,59=15492,55кг

Составим таблицу материального баланса при кристаллизации:

Таблица 3.3

Материальный баланс при кристаллизации

Приход			расход
Статья прихода	Количество		статья расхода	Количество
	поток	компонент		поток	компонент
1Пульпа фторида алюминия в т.ч.	29921,65		Сгущенная пульпа фторида
AlF3		8718,13	алюминия в т.ч.
SiO2		58,38	1. Твердая фаза в т.ч.	13969,77
Na2SO4		73,11	AlF3*3H2O		13911,39
H2SO4		53,54	SiO2		58,38
HF		82,35	2.Жидкая фаза в т.ч	15951,88
H2O		20936,14	Na2SO4		73,11
			H2SO4		53,54
			HF		82,35
			H2O		15492,55
			AlF3		250,33
Итого	29921,65	29921,65	Итого	29921,65	29921,65

Осадок А1F3*3H2O отделяется фильтрованием, репульпируется в горячей воде.

mвлажного осадка=mосадка+mвлаги mвлаги=0,2* mосадка/0,8=0,2*13969,77=3492,44кг

mвлаги/ mвлажного осадка=0,2

mосадка=13911,39+58,38=13969,77кг

W(SO4)=M(SO4)/ M(Na2SO4)=96/142=67.6%

73.11 -100% m(SO4)=73.11*67.6/100=49.43кг

m(SO4)-67.6%

m(H2O)в осадке=3492,44-49,43=3443,01кг

m(Na2SO4)=73,11-49,43=23,68кг

m(H2O)в мат. рас-ре=15492,55-3443,01=12049,54кг

Составим таблицу материального баланса при фильтрации.

Таблица 3.3

Материальный баланс при фильтрации

Приход			расход
Статья прихода	Количество		статья расхода	Количество
	поток	компонент		поток	компонент
Сгущенная пульпа фторида			1.Влажный осадок в т.ч.	17469,21
алюминия в т.ч.			AlF3*3H2O		13911,39
1. Твердая фаза в т.ч.	13969,77		SiO2		58,38
AlF3*3H2O		13911,39	H2O		3443,01
SiO2		58,38	SO4		49,43
2.Жидкая фаза в т.ч	15951,88		2.Маточный раствор в т.ч.	12459,44
Na2SO4		73,11	Na2SO4		23,68
H2SO4		53,54	H2SO4		53,54
HF		82,35	HF		82,35
H2O		15492,55	H2O		12049,54
AlF3		250,33	AlF3		250,33
Итого	29921,65	29921,65	Итого	29921,65	29921,65

После фильтрации направляется на сушку.

Удаление свободной и частично связанной воды по реакциям:

2 AlF3*3H2O = AlF3*0,5H2O + 2,5H2O (6)

2 AlF3*0,5H2O +2H2O = Al2O3 + 6HF (7)

AlF3*0,5H2O = AlF3 + 0,5H2O (8)

Предположим, что потери AlF3 составляют 4%.

8718,13 -100% 8718.13*4/100=348.72кг

m(А1F3)- 4%

m(А1F3)=8718,13-348,72=8364,40кг

m(А1F3*0,5H2O)=8364,4*93/84=9266,12кг (по 8-ой реакции)

m(А1F3*0,5H2O)=13911,39*93/138=9375,07кг (по 6-ой реакции)

m(А1F3*0,5H2O)=9375,07-9266,12=108,95кг (по 7-ой реакции)

m(Al2O3)=108.95*102/93=119.49кг

m(HF) =108,95*20*6/2*93=70,29кг

Расчет баланс по воде:

m(H2O)=13911,39*45/138=4536,32кг(по 6-ой реакции)

m(H2O)=9266,12*9/93=896,72кг(по 8-ой реакции)

m(H2O)в паре=4536,32+896,72+3443,01=8791,70кг

m(H2O)=5390,87-42,17=5348,69кг

m(H2O)=119,49*2*18/102=42,17кг

Составим таблицу материального баланса при сушке.

Таблица 3.4.

Материальный баланс при сушке.

Приход			расход
Статья прихода	Количество		статья расхода	Количество
	поток	компонент		поток	компонент
1.Влажный осадок в т.ч.	17469,21		1.Фторид алюминия в т.ч.	8596,7
AlF3*3H2O		13911,39	AlF3		8369,4
SiO2		58,38	SiO2		58,38
H2O		3443,01	Al2O3		119,49
SO4		49,43	SO4		49,43
			2.Отходящие газы в т.ч.	8872,51
			HF		70,29
			AlF3пыль		10,52
			H2O		8791,7
Итого	17469,21	17469,21	Итого	17469,21	17469,21

3.6.2 Расчет теплового баланса.

CH4+2O2=CO4+2H2O + 890950 кДж/кмоль.

Qфиз.+Qпод.= Qфиз.+ Qпот.

(C_p*m_AlF3*T+C_H2O*m_H2O*T)+Q_под.=С_p*m_H2O*T₁+0.05(Cp*m_AlF3*T+C_H2O*m_H2O*T)

m(А1F3)=13911,39*84/138=8467,80кг

m(H2O)=13911,39-8467,80=5443,59+3443,02=8886,6кг

75,1*8467,80*100+75,31*100*8886,6+Qпод.=8596,7*400*75,1+0,05*(75,1*8467,80*100+75,31*100*8886,6=134,25ГДж

Qр-ии=0,89ГДж

U(CH4)=134,25/0,89=150,84кмоль

150,84-98%

Uгаза -100% Uгаза=150,84*0,98=153,92кмоль.

Vгаза=153,92*22,4=3447,77м

3.6.3 Расчет исходных коэффициентов

ЗНF+Аl(ОН)3 = ЗА1FЗ + ЗН2O

Таблица 3.5

Расходные коэффициенты при получении фторида алюминия

Исходное сырье	Значение расходного коэффициента
	Теоретическое	Практическое
1.Плавиковая кислота	0.731	0.746
2.Гидроксид алюминия	0.949	0.964

Вывод.

В ходе данного курсовой работы изучил производство фторида алюминия. Подробно рассмотрел «сухой» метод получение фторида алюминия. В промышленности технический трифторид алюминия применяется в производстве алюминия электролитическим методом - добавка в качестве флюса в электролитические ванны вместе с криолитом и плавиковым шпатом. Добавка фторидов облегчает проведение электролиза, так как они хорошо растворяют А12O3, понижают температуру плавле­ния и повышают текучесть электролита. На производство 1 тонны алюминия расходуется 31 кг А1F3. Кроме того, трифторид алюми­ния может применяться в химической, стекольной и керамической отраслях промышленности.

Оглавление: стр.