Calcul Du Bilan Matières [PDF]

Zitiervorschau

chapitre4: Calcul du bilan matières Atelier phosphorique Données de bases 

   

Production : 360 tonnes P2O5/ jour en acide phosphorique à 25% en P2O5 Rendement global (attaque +filtration) = 94,5% Taux d’acidulation :(H2SO4 à 100% monohydrate/ tonne phosphate mise en œuvre = 0,76) % P2O5(phosphate) = 27 Facteur gypse : tonne de gypse/ tonne phosphate mise en œuvre, ce facteur est déterminé expérimentalement donc subit l’erreur de l’expérience et reste légèrement imprécis.

 

Facteur gypse = 1,42 Taux de solide dans la bouille phosphorique= 30%

Bilan matière 1. Entrée réacteur  Consommation phosphate : Qm(P2O5)à l'entrée=

Qm(P2O5)produite 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡

% P2O5(phosphate) = 27% =

=

360 𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒𝑠/𝑗𝑜𝑢𝑟 0,945

= 380,95𝑡𝑜𝑛𝑛𝑒𝑠/𝑗𝑜𝑢𝑟

Qm(P2O5)àl′entrée QmPhosphate

→ QmPhosphate=Qm(P2O5)àl′entrée =1410,93tonnes/jour 0,27 

Consommation acide sulfurique à 100%:

Qm(H2SO4)(100%)=Qm(Phosphate)*0,76=1072,31tonnes/jour 

Consommation acide sulfurique à 98%: 𝑄𝑚(𝐻2𝑆𝑂4)(100%)

Qm(H2SO4)(98%)=

0,98

=1094,19tonnes/jour

2. Sortie réacteur  Bouille phosphorique: Qm(gypse)

Facteur gypse=Qm(phosphate)

→ Qm(gypse)=Qm(phosphate)*1,42=2003,52tonnes/jour Qm(gypse)

or le taux de solide dans la bouille phosphorique= 30%=Qm(Bouillie)

→ Qm(Boillie)=2003,52 =6678,4tonnes/jour 0,3

Calcul du bilan thermique Données: 

Cp



Cp



Cp

 

Agitation : 6,5 KW/h Cp à 78 °C = 0.60 kcal/kg °C



Chaleur de la réaction 220 kcal/kg de phosphate mise en service.

à 40 °C = 0.34 kcal/kg °C à 40 °C = 0.25 kcal/kg °C à 40 °C = 0.85 kcal/kg °C

N.B: Tous les réactifs sont considérés à 25 °C et dans leurs état normal. Bilan thermique 1. Entrée réacteur 

Chaleur apportée par H2SO4 :

Q=Qm(H2SO4)* Cp 

1000

*(Tsortie-Tentrée)=1094,19*0,34*(40-25)*4,18*24∗3600=269,98KW

Chaleur apportée par le phosphate :

Q=Qm(Phosphate)* Cp

*(Tsortie-Tentrée) 1000

=1410,93*0,25*(40-25)*4,18*24∗3600=255,98KW 

Chaleur apportée par l’acide moyen (2,73 T/H):

Q=Qm(acide)* Cp 

1000

*(Tsortie-Tentrée) = 2,73*0,85*(60-25)*4,18*3600=94,3KW

Chaleur apportée de la réaction : 1000

Q=220*Qm(phosphate)*4,18= 220*1410,93*4,18*24∗3600= 15017,26 KW 

Chaleur apportée par l’agitation :

Q= 6,5 KWh 

Total entrée :

Q Entrée = ∑Qi = 15644,02 KW

2. Sortie réacteur 

Chaleur dissipée par la bouille :

Q= Qm(Boillie)*CpBoillie*(Tsortie-TEntrée) 1000

=6678,4*0,6*(78-25)* 4,18*24∗3600 = 10274,53 KW 

Chaleur à dissiper par les gaz :

Qgaz= QEntrée - QBoillie = 5369,49 KW  La température de la bouillie dans le réacteur se situant vers 78°C, l’expérience de notre type de refroidissement nous permet de prévoir que la température des gaz issus du réacteur sera comprise entre 70 et 75°C avec 90-95% d’humidité.  On suppose que l’influence des autres composés gazeux (CO2, HF, SiF4,….) étant négligeable, nous pouvons assimiler les gaz à un mélange d’air et de vapeur d’eau à 70°C et 90°C d’humidité.  Ce qui correspond à de l’air contenant 240 g de vapeur d’eau par Kg d’air sec et une chaleur de 167 Kcal/ Kg d’air sec.



Si l’air ambiant est à 30°C et 80% d’humidité, chaque Kg d’air balayant le réacteur entraine : l'enthalpie massique de l'air sec : Hair sec= Hgaz échappé- Hair humide = 167 - 20 =147 Kcal/Kg air sec la quantité de vapeur d'eau dans l'air :Y(H2O) = Ygaz échappé - Yair humide =240 -21=219 gH2Ovapeur/Kgair sec



Le débit d’air sec nécessaire est alors : Qgaz

Qm(air sec)= H(air sec) = 

5369,49 147

= 31455,91 Kg/h

La quantité d’eau évaporée est : Qm(H2Oévaporée) =

Qm(air sec) Y(H2O)

=

31455,91 219

= 6888,84 Kg/h

Calcul du bilan eau 1. Entrée réacteur 

H2O phosphate à 1,5% humidité: Qm(H2Ophosphate) = Qm(phosphate)*0,015 = 21,16 tonnes/jour =0,882 tonnes/h



H2O composition acide sulfurique à 100%: M(H2O)

Qm(H2Oacide sulfurique) = Qm(H2SO4(100%))*M(H2SO4) = 

1094,19 24

-

1072,31 24

H2O sur filtre Qm(H2Ofiltre) = X tonnes/h



24

*98 = 8,21tonnes/h

H2O de dilution de l’acide sulfurique à 100%: Qm(H2SO4(98%)) - Qm(H2SO4(100%)) =



1072,31 18

H2O total entrée réacteur: Qm(H2Ototale) = X+(0,882+0,912+8,21) = X+ 10,004

2. Sortie réacteur

= 0,912tonne/h



H2O cristallisation gypse (CaSO4, 2H2O): M(H2O)

Qm(H2Ogypse) =Qm(gypse)*2*M(gypse) = 17,46 tonnes/h 

H2Oimprégnation gypse à 30% : Qm(H2Oimpégnation gypse)=Qm(gypse)*0,3= 25,04 tonnes/h

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H2O de dilution de l’acide phosphorique à 5% impureté : Qm(H3PO4(produit)) = Qm(H2Ode dilution) + Qm(P2O5(produit)) + Qm(impureté) Qm(P2O5(produit))

or Qm(H3PO4(produit)) =

0,25

= 60 tonnes/h

et Qm(impureté) = Qm(H3PO4(produit)) * 0,05 donc Qm(H2Ode dilution) = Qm(H3PO4(produit)) - Qm(P2O5(produit)) - Qm(impureté) = 42tonnes/h 

H2O évaporée: Qm(H2Oévaporée) = 6,89tonnes/h

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H2O total sortie réacteur : Qm(H2O(sortie)) = 91,39tonnes/h

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H2O de procédé sur filtre (X): Qm(H2O(entré)) = Qm(H2O(sortie)) donc X= 81,39tonnes/h

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Débit d’acide recyclé : Bilan global sur le filtre ,on obtient Qm(acide recyclé) = 216 tonnes/h

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Titre de l’acide recyclé : Si on néglige le P2O5 perdu dans le phosphogypse