Расчет материального баланса процесса разложения германиевого концентрата, страница 7

X₁ = 1,16 · 10^-4 · 70,90 / 181,27 = 0,45 · 10^-4 кг Cl₂,

X₂ = 1,16 · 10^-4 · 141,92 / 181,27 = 0,91 · 10^-4 кг H₃AsO₄,

Для более равномерного распределения Cl₂ по объёму используют перекись водорода, которая при взаимодействии с HCl образует Cl₂:

                                    X₃                            0,45 · 10^-4  

                            H₂O₂ + 2HCl ® Cl₂  + H₂O                                   (2.17)

                                       34,00                           70,90      

X₃ = 0,45 · 10^-4 · 34,00 / 70,90 = 0,21·10^-4 кг H₂O₂

Подача H₂O₂ по данным практики составляет 0,5 л/час или 12 л в сутки.

На основании практических данных принимаем расход HCl 8 л/час, или

8 · 1,16  · 24= 222,72 кг/сут,

где 1,16 – плотность 31,5 %-й HCl, которая используется при экстракции.

Число ступеней экстракции 3 исходя из того, что с уменьшением кислотности увеличиваются потери Ge вследствие повышенной растворимости в HCl меньших концентраций. С увеличением кислотности коэффициент распределения повышается.

Учитываем потери GeCl₄ в процессе экстракции, по данным практики принимаем потери равными 0,5 %:

38,62 – 38,62 · 0,005 = 38,43 кг.

Материальный и баланс процесса экстракции представлен в таблице 2.7.

Таблица 2.7 – Материальный баланс процесса экстракции, кг/сут.

Загружено	кг	Получено	Кг
GeCl4 (дистиллят) Cl2 HCl H2O2	38,62 4,5 · 10-5 222,72 2,1 · 10-5	GeCl4 (экстрагированный) H3AsO4 HCl Примеси	38,43 0,91·10-4 222,720 0,192
Итого	261,34	Итого	261,34

2.1.4 Расчёт материального баланса процесса ректификации

Сырьём для ректификации является GeCl₄ после экстракции. Состав исходного продукта и получаемого ректификата, принятые по данным практики[10], сводим в таблицу 2.8[12].

Таблица  2.8 – Состав исходного продукта и получаемого ректификата

Компоненты	GeCl4 экстрагированный,%	Ректификат, %
GeCl4 AsCl3 Примеси	99,98 1,0·10-6 1,02	99,99999 5,0·10-7 0,998·10-3

Расчёт ведём на суточную производительность 38,43 кг тетрахлорида германия экстрагированного.

Количество отведённого кубового остатка рассчитаем по формуле:

                            W = F · (X_p - X_f) / (X_p - X_w),                                           (2.14)         

где  X_p, X_f, X_w, - концентрации GeCl₄ в конечном, исходном продуктах и потерях соответственно.

Потери при ректификации принимаем 0,5% (по данным практики):

X_w = 99,98 · 0,5/100 = 0,49 %,

W = 38,43 · (99,99999 – 99,98) / (99,99999 – 0,49) = 0,0077 кг/сут.

Количество очищенного продукта (ректификата):

                                               D = F – W                                          (2.15)

D = 38,43 – 0,0077 = 38,42 кг/сут.

Потери с отходящими газами принимаем равными 0,5 % от количества ректификата:

38,42 – 38,42 · 0,005 = 38,23 кг/час.

Материальный баланс процесса дистилляции приведен в таблице  2.9.

Таблица  2.9 – Материальный баланс процесса ректификации, кг/сут.

Исходное сырьё			Ректификат		Остаток		Отходящие газы
	кг/сут	%	кг/сут	%	кг/сут	%	кг/сут	%
GeCl4 тех В т.ч.GeCl4 Прочие	38,43 38,42 0,01	100 99,98 0,02	38,23 38,22 0,000038	100 99,99999 0,00001	0,0077 0,00754 0,00015	100 98,0 2,0	0,1911	100

2.1.5 Расчёт материального баланса процесса гидролиза

Очищенный тетрахлорид германия, поступающий с ректификации служит исходным сырьём для получения диоксида германия. Содержание мышьяка в тетрахлориде не должно превышать 5·10^-7 (по данным практики[11]).

Гидролиз протекает по реакции:

                  GeCl₄ + (n + 2)H₂O ® GeO₂·nH₂O + 4HCl                              (2.18)

Для гидролиза применяют ионоочищенную воду с сопротивлением 1,5·10^-7 Ом·См.

Расчёт ведем на суточную производительность 38,23 кг GeCl₄ ректификата.