產(chǎn)噸PO濕法磷酸工藝方案(張?zhí)锾?

1、中國石油大學(xué) 北京）成人教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文） 年產(chǎn) 138000 噸濕法磷酸工藝設(shè)計(jì) 姓 名：張?zhí)锾?學(xué) 號(hào)： 性 別：女 專 業(yè) : 化學(xué)項(xiàng)目與工藝 電子郵箱： www.聯(lián)系方式：函授站：指導(dǎo)教師：2018 年 12月 20 日138000 噸濕法磷酸工藝設(shè)計(jì)摘要 本設(shè)計(jì)主要介紹了采用硫酸分解磷礦 濕法磷酸）制取磷酸。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有設(shè) 計(jì)總論、工藝設(shè)計(jì)和非工藝設(shè)計(jì)三部分。總論部分詳細(xì)介紹了產(chǎn)品的規(guī)格、原料選取、 全廠生產(chǎn)路線的選擇以及磷酸在國民生產(chǎn)中的重要性。工藝部分主要是分析濕法磷酸生 產(chǎn)的基本原理、結(jié)晶過程、生產(chǎn)方法選擇、工藝條件的確定、設(shè)備的選擇、物料衡算、 熱量衡算和設(shè)備計(jì)算。非

2、工藝部分主要介紹了地面水污染、大氣污染和廢氣污染的處理 情況。根據(jù)設(shè)計(jì)畫出了濕法硫酸車間的生產(chǎn)工藝流程圖。 關(guān)鍵詞：濕法磷酸，工藝設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算。目錄第一章引言11.1設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)及產(chǎn)品簡況 11.2原材料供給和貯存 11.3三廢治理11.4產(chǎn)品方案和技術(shù)指標(biāo) 2第二章工藝設(shè)計(jì) 32.1生產(chǎn)工藝概述 32.2生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇與評(píng)述 32.3工藝過程的物料和熱料衡算 62.4主要的設(shè)備選型計(jì)算 122.5附屬設(shè)備的選型與計(jì)算 14第三章自動(dòng)控制方法 153.1控制水平和范圍 153.2儀表選型 153.3復(fù)雜控制系統(tǒng) 15第四章給、排水要求 154.1簡況 154.2設(shè)計(jì)范圍 154.

3、3給水 154.4循環(huán)水 154.5排水 15第五章環(huán)境保護(hù)要求 165.1廢氣治理 165.2廢水治理 165.3廢渣治理 16第六章總結(jié) 1819參考文獻(xiàn)第一章 引言1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)依據(jù)及產(chǎn)品簡況本設(shè)計(jì)是根據(jù)北京石油大學(xué)南京函授站下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，即年產(chǎn)138000 tP2Q濕法磷酸生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，開展了濕法磷酸車間裝置的設(shè)計(jì)。純凈的濕法磷酸是無色的，但因?yàn)橐话愣己幸恍╇s質(zhì)，因而濕法磷酸一般呈灰 色，視雜質(zhì)含量的多少其灰色或深或淺。濕法磷酸主要用于生產(chǎn)重過磷酸鈣和磷酸銨類 肥料，還可以用來生產(chǎn)各種工業(yè)磷酸鹽及磷飼料 1 。1.2 原材料的供應(yīng)與產(chǎn)品貯存、運(yùn)輸條件原材料：(1磷礦中國磷礦

4、資源比較豐富。全國 26 個(gè)省(區(qū)有磷礦產(chǎn)出。探明儲(chǔ)量的礦區(qū)有 412 處， 總保有儲(chǔ)量礦石 152 億噸，居世界第 2 位。從分布看，以湖北、云南為多，分別占 22%和 21%；貴州、湖南次之。以上 4 省合計(jì)占全國儲(chǔ)量的 71%。我國重要磷礦床有云南昆陽磷 礦、貴州開陽磷礦、湖北王集磷礦、湖南瀏陽磷礦、四川金河磷礦、江蘇錦屏磷礦等。 磷礦礦床類型以沉積磷塊巖型為主，儲(chǔ)量約占 80%；多為磷灰石礦床、沉積變質(zhì)型磷礦床 次之；鳥糞型磷礦探明儲(chǔ)量極少。我國磷礦的成礦時(shí)代主要為震旦紀(jì)和早寒武世，前震 旦紀(jì)、古生代也有磷礦產(chǎn)出?！昂Ｖ菔健绷椎V。分布于海州至大浦一帶，主要工業(yè)礦體集中在錦屏、陶灣、新浦

5、 、 大 浦 、 顧 莊 等 地 ， 王 寨 、 小 李 莊 、 穆 跳 、 新 浦 南 部 也 有 礦 點(diǎn) 。 海州式磷礦礦體形態(tài)呈層狀、似層狀、透鏡狀，產(chǎn)于大理巖、云母片巖中，與圍巖呈過 渡關(guān)系，規(guī)模大者斷續(xù)長 2000m多，一般長200800m礦體延深550 m多，平均厚度 23m 礦石品位較高，含 RQ 般在13.2224.18%,最高達(dá)29.82%。(2硫酸本設(shè)計(jì)采用濃度為 92.5%H2SO4。(3成品包裝袋采用規(guī)格為 50kg 的編織袋，外購。1.3 “三廢”治理(1 廢氣磷礦中含有F約4.58%,在磷礦萃取反應(yīng)時(shí)，氟的分布因磷礦種類及所用的工藝不同 而有所不同，以二水法為例，呈

6、氣態(tài)逸出的氟約占磷礦含氟量的212%，留在磷酸中的約為 2075%，石膏中約占磷酸含氟量的 1525%，排出的氟的形態(tài)，主要以四氟化硅 (SiF 4存在，排出的氣量同反應(yīng)熱的排出方式有關(guān)。萃取反應(yīng)排出的含氟尾氣，在吸收器內(nèi)用水將四氟化硅 (SiF 4吸收生成氟硅酸溶液， 然后送污水處理站處理，經(jīng)洗滌后的尾氣由排氣筒放空。(2廢水磷酸生產(chǎn)中當(dāng)濾盤翻轉(zhuǎn)傾倒石膏后，殘存在濾盤濾布上的磷石膏需用水沖洗，以使 濾布再生。沖洗后產(chǎn)生含有少量磷石膏的含 P2O5,F 的污水，將污水封閉循環(huán)使用，即將 沖洗濾盤后的污水通過稀漿槽經(jīng)旋流器將少量顆粒較大的磷石膏先行分離進(jìn)入稠漿槽， 含有細(xì)小磷石膏顆粒的漿液 (沉

7、降速度很慢 ，由漩流器頂部流出流入混合槽，在此加入 已配制好的絮凝液，使污水中的石膏細(xì)顆粒形成絮團(tuán)狀沉降，然后進(jìn)入沉降槽進(jìn)行第二 次分離。由底部流出的稠漿也流入稠漿槽。清液 (含顆粒v 200mg/Kg的液體溢流至清液 槽。該清液繼續(xù)用來沖洗濾盤的濾布，循環(huán)使用。而一、二分離后所得的含P2Q、F及含石膏固相達(dá)2535%勺稠漿，用泵送至過濾機(jī)的二洗區(qū)，因?yàn)榇藭r(shí)濾盤上已有一定厚度的 濾餅，故稠漿中的石膏會(huì)覆蓋在濾餅的表面，而含 P2Q、F的污水進(jìn)入磷酸液相系統(tǒng)。這一技術(shù)不但不外排含P2Q、F的污水，節(jié)省了新鮮水用量而且還使污水中的 P2Q進(jìn) 入磷酸成品中，提高了磷酸生產(chǎn) 2Q總收率。當(dāng)磷酸裝置剛開

8、車或生產(chǎn)不正常需要排出含 P2O5,F 的污水時(shí)，可進(jìn)入廢水收集池， 待生產(chǎn)正常后，適當(dāng)減少進(jìn)入文丘里吸收塔的水量，而將廢水收集池中的污水慢慢補(bǔ)充 入清液池，就可做到污水不外排。(3廢渣 萃取磷酸過濾機(jī)排出的磷石膏是推存還是綜合利用，往往是大，中型磷酸項(xiàng)目建設(shè) 的重大研究內(nèi)容之一。因?yàn)榱资嗯欧帕看螅Ｄ甓汛娌坏加么罅客恋?，耗用巨額資 金，而且處理不好會(huì)于推存過程造成水溶性 P2O5,F 對(duì)環(huán)境的污染。排放磷石膏最簡單的方法是把石膏用水調(diào)成稀漿 (一般石膏 10%，再把石膏漿經(jīng)泵送 到水流量大的河流或海洋里。為加大經(jīng)濟(jì)收入，磷石膏堆放在廠區(qū)內(nèi)，由卡車送出外賣，磷石膏可以制成熟石 膏、石膏板、

9、水泥緩凝劑及石膏磚等建筑材料。1.4 產(chǎn)品方案和技術(shù)指標(biāo)等1.4.1 產(chǎn)品的方案及建設(shè)規(guī)模(1產(chǎn)品名稱：磷酸副產(chǎn)品：磷石膏(2設(shè)計(jì)規(guī)模：磷酸,138000t(P 2Q計(jì)(3產(chǎn)品規(guī)格：磷酸，P2Q約28%1.4.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 (1技術(shù)方案的選擇在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，力求先進(jìn)，運(yùn)行可靠，護(hù)理，維修方便，以期取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。(2磷酸的主要設(shè)備立足于國內(nèi)自己開發(fā)，制造，運(yùn)行可靠。(3貫徹工廠布置一體化，部分裝置露天化，建 (構(gòu)筑物輕型化，公用項(xiàng)目社會(huì)化， 引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化等“五化”原則，以求達(dá)到節(jié)省投資和用地之目的。1.4.3 生產(chǎn)方法和主要技術(shù)方案本設(shè)計(jì)萃取磷酸采用二水物流程萃取磷酸的生產(chǎn)，因?yàn)?/p>

10、反應(yīng)生成硫酸鈣結(jié)晶中的水合物形成不同而有多種流程，其中二水物流程比較成熟，而且對(duì)磷礦的品位和類型的適應(yīng)性較廣，因而在國內(nèi)外獲得廣 泛的采用。本設(shè)計(jì)的萃取磷酸的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的二水物流程。1.4.4 存在問題及建設(shè) 在磷石膏的長期堆積處，天然鈾系列放射性元素和其他雜質(zhì)嚴(yán)重影響了環(huán)境也阻止 了石膏本身的使用。第二章 工藝設(shè)計(jì)2.1 生產(chǎn)工藝綜述本設(shè)計(jì)采用錦屏精選礦及外購商品硫酸制成濃度約為28%P2O5 的稀磷酸。2.2 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇與評(píng)述磷酸的基本生產(chǎn)方法有熱法和濕法。熱法是以黃磷為原料，使之在過量的空氣中燃燒再水合而制得。其特點(diǎn)是產(chǎn)品純度高，可得到食品級(jí)、試劑級(jí)的磷酸；缺點(diǎn)是成本高。

11、而濕法磷酸是由酸性較強(qiáng)的無機(jī)酸分解磷礦而得。其優(yōu)點(diǎn)是成本低；缺點(diǎn)是產(chǎn)品的濃度低，雜質(zhì)含量高，提純困難。目前世界各國大多采用濕法，并不斷研究濕法磷酸的 提純技術(shù)以達(dá)到以較低的生產(chǎn)成本制得純度較高的磷酸。本設(shè)計(jì)采用濕法磷酸。2.2.1 濕法磷酸工藝流程 3 濕法磷酸生產(chǎn)中，用來分解磷礦的無機(jī)酸有硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、氟硅酸等。用這些酸與磷礦反應(yīng)都生成磷酸和氟化氫，而不同的酸根則與磷礦中的鈣結(jié)合生成不同的鈣鹽。從磷酸溶液中分離這些不同的鈣鹽，因其性質(zhì)不同，分離的方法各異，從而生成了各種不同的濕法磷酸生產(chǎn)工藝過程。所以，通常用生成硫酸鈣結(jié)晶的水合物來命名 工藝流程。(1二水物流程硫酸分解磷礦制濕法磷

12、酸時(shí)，控制硫酸鈣以二水物(石膏CaS©20形式沉淀的工藝流程稱為二水物流程，反應(yīng)式如下：C5F(PO3 + 5H 2S0 + IOH2O = 3H3PQ + 5CaSQ - 2HH0 + HF 二水物流程的反應(yīng)機(jī)理和工藝條件與半水物流程，無水物流程等截然不同，這就是 濕法磷酸生產(chǎn)流程要以硫酸鈣結(jié)晶水形式來分類的原因。二水物濕法磷酸生產(chǎn)工藝流程圖 4 ：來自訶*加？系昴M 211-硫酸計(jì)量槽。2-硫酸泵。3-鼓風(fēng)機(jī)。4-料漿泵。5-酸解（萃取槽。6-盤式過濾機(jī)。7-氟吸收液循環(huán)泵。8-文丘里吸收塔。9-排風(fēng)機(jī)。10-排氣筒。11,12-氣液分離器。13-冷凝器。14-石膏運(yùn)輸皮帶。15

13、a,15b,15c,15d-濾洗液中間槽。16,18-水環(huán)式真空泵。17-液封槽。19-冷卻水泵。20-冷卻水池。21-冷凝水池。22-冷凝水泵圖2-1目前中小型化工企業(yè)中，二水物濕法磷酸生產(chǎn)流程占主導(dǎo)地位，其優(yōu)點(diǎn)是： 二水物結(jié)晶在稀磷酸溶液中具有很好的穩(wěn)定性，能形成足夠大而且比較整齊的結(jié) 晶有利于過濾和洗滌，相應(yīng)的減少磷酸的損失； 生產(chǎn)中工藝條件控制幅度相對(duì)地大一些，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長或開工率高，通?？蛇_(dá)有效操作時(shí)間的85%-95%不包括每年兩周的定期清理 ，每年操作時(shí)間一般為298333天； 對(duì)設(shè)備，材料腐蝕也相對(duì)小一些； 對(duì)礦種的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)用礦可以改變；正因?yàn)樯鲜龅脑?，濕法磷酸的生產(chǎn)以二水

14、物流程起步至今已有百余年的歷史，經(jīng)過不斷改進(jìn)，完善，二水物流程已發(fā)展成為一個(gè)現(xiàn)代化的工業(yè)流程。（2半水物流程半水物流程的最大優(yōu)點(diǎn)在于半水物結(jié)晶能在高的磷酸濃度及溫度下以介穩(wěn)定形式存在；同時(shí)，半水物結(jié)晶可以形成粗大的晶體，在濃磷酸介質(zhì)中有較好的過濾性能，這就 使半水物流程具備了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的必要條件。目前，大部分半水物結(jié)晶都可以控制形成 粗大的聚合晶體，這類晶體過濾速度快，洗滌容易，且穩(wěn)定性好。然而，作為工業(yè)化裝置，半水物流程也有它的不足。首先是P2Q轉(zhuǎn)化率低，影響經(jīng)濟(jì)效益，在一般控制條件下，轉(zhuǎn)化率可降至92%94%其實(shí)，介穩(wěn)定的半水物結(jié)晶在操作運(yùn)轉(zhuǎn)中，常會(huì)帶來許多難以預(yù)期和克服的麻煩。（3半水-

15、二水再結(jié)晶流程再結(jié)晶流程中，硫酸鈣結(jié)晶先以半水物析出，再轉(zhuǎn)化成二水物的流程稱為“半水一二水再結(jié)晶流程”，其中只一次過濾的，稱為“一步法”流程。同所有的再結(jié)晶流程一樣，稀酸 （一步法流程也是由磷礦分解過程（半水部分與結(jié) 晶轉(zhuǎn)化過程（二水部分組成的。因?yàn)橹话才帕俗詈笠淮芜^濾，這就決定了前，后兩個(gè)過程的磷酸濃度相同，或基本相同。一般選用3032% P2Q,在此濃度下，即使轉(zhuǎn)化過程中吸水轉(zhuǎn)化仍能進(jìn)行，其困難的程度也是可以想象的。磷礦分解過程中，要在稀的磷酸溶液中形成半水物結(jié)晶也是困難的，流程中采取的 措施是提高分解溫度到80110C。(4二水- 半水再結(jié)晶流程 該流程是以二水物流程為基礎(chǔ)的再結(jié)晶過程，

16、只能生產(chǎn)與二水物流程相接近的稀磷 酸，全系統(tǒng)也可以分為磷礦分解過程及結(jié)晶轉(zhuǎn)化( 再結(jié)晶 過程。磷礦在分解過程中酸化，并首先析出二水物，在轉(zhuǎn)化過程中又脫水轉(zhuǎn)化為半水物。該流程的特點(diǎn)是： 全系統(tǒng)只經(jīng)一次過濾，所以是“一步法”的再結(jié)晶流程，轉(zhuǎn)化過程的磷酸濃度與 分解過程基本相同； 只能得到與二水物相似的磷酸濃度； 結(jié)晶轉(zhuǎn)化過程是由二水物脫水轉(zhuǎn)化成半水物，這種從溶液中析出的半水物為a型(a -CaSQ 1/2H2O從表面上分析，這類流程存在著某些不足之處。 第一，成品磷酸濃度偏低與二水物流程相接近。第二，全系統(tǒng)的熱過程不盡合理，如在分解過程中為了形成二水物結(jié)晶相對(duì)比較低 的溫度，需移走大量的熱，但在轉(zhuǎn)

17、化過程中為了二水物的脫水，又需加大量的熱來提高 脫水的溫度。第三，半水物結(jié)晶是一個(gè)穩(wěn)定的固相，在稀磷酸溶液中形成的半水物的穩(wěn)定性更 差。因此，對(duì)濾渣的處理經(jīng)常碰到麻煩，通常的做法是令其自行吸水轉(zhuǎn)化為二水物。這 樣，全系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化過程實(shí)際上成了二水物半水物二水物。第四，在轉(zhuǎn)化過程的溶液中，形成的半水物“過渡脫水”成無水物的趨勢(shì)是存在 的。綜上所述，選擇二水物流程生成磷酸是最好的工藝流程。2.2.2 工藝流程簡述(1 原料工段 本工段的主要任務(wù)是對(duì)汽車運(yùn)輸?shù)牧拙V、硅藻土進(jìn)行貯存，并通過機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備 將磷精礦與硅藻土按一定的配比計(jì)量混合后加入萃取槽。磷精礦的年耗量約134912.8t/y，粒度(V

18、0.075伽 50%(2磷酸工段 由原料工段送來的磷精礦、硅藻土經(jīng)螺旋計(jì)量后由埋刮板送入脫氟工段。設(shè)置一個(gè)脫氟工段為的是生產(chǎn)出來的磷酸在用來生產(chǎn)飼鈣的時(shí)候里面的氟符合國家 的標(biāo)準(zhǔn)。在脫氟工段出來的料漿與硫酸貯槽的硫酸經(jīng)硫酸泵一起通過自控調(diào)節(jié)，按比例加入 萃取槽。萃取槽所獲得的 H3PQ4 和 CaSQ4 結(jié)晶混合料漿泵通過料漿泵送至盤式過濾機(jī)進(jìn)行過濾。為了降低萃取槽中料漿的溫度，用鼓鳳機(jī)送入空氣冷卻。萃取槽排出的含氟氣體通 過文丘里吸收塔用水循環(huán)吸收，吸收液用氟吸收循環(huán)泵送至文丘里吸收塔進(jìn)行循環(huán)吸 收，凈化尾氣經(jīng)排氣機(jī)和排氣筒排空。為減少污水排放，正常生產(chǎn)中，部分含氟污水集 中清液池供沖洗過濾

19、機(jī)的濾水用。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，該含氟污水送污水處理站處理。萃取料漿經(jīng)過過濾所獲的濾液，通過氣液分離器分離后，液體即為成品磷酸，并進(jìn) 入濾洗液中間槽，由立式泵送入淡磷酸中間槽使用。過濾所獲石膏濾餅經(jīng)洗滌后，由濾盤翻轉(zhuǎn)卸入螺旋輸送機(jī)，并用膠帶輸送機(jī)送往磷 石膏堆場(chǎng)。濾餅的洗滌采用逆流三次洗滌流程。清液池中的含氟，含磷污水，經(jīng)清液循環(huán)泵送 去沖洗濾布，由此下來的含有石膏的污水于沉降槽中沉降，清液溢流回至清液池中再利 用，含石膏的稠漿進(jìn)入稠漿槽，通過蒸汽加熱后，再用稠漿泵送往過濾機(jī)用以洗滌濾 餅。與此同時(shí)，稠漿中的石膏亦被濾出，并與大宗石膏一起被排除。各洗液進(jìn)入氣液分 離器的相應(yīng)格內(nèi)，被分離出的液體經(jīng)三洗

20、泵，二洗泵將洗液相繼返回過濾機(jī)洗滌濾餅， 一次洗液將由泵全部送至萃取槽。過濾工序所需真空由水環(huán)式真空泵產(chǎn)生。抽出的氣體經(jīng)冷凝器用水冷卻。真空泵冷 卻水集中在冷卻水池，通過泵送至冷凝器作冷卻水。從冷凝器中排出的廢水，進(jìn)液封槽 排入冷凝水池后，由泵將部分冷凝液送至文丘里吸收塔。當(dāng)萃取崗位停車處理時(shí)，殘存的料漿用料漿泵送往過濾機(jī)中過濾。2.3 工藝過程的物料和熱量衡算2.3.1 物料平衡計(jì)算設(shè)磷酸工廠所用磷礦的主要組成以及已知條件如下：（1原料磷礦的主要成分 %）： P2O5 ：26.84；F：2.65 ；CaO：40.23；Fe2O3 ： 2.70 ；Al2Q： 4.03 ; A- I : 11.

21、43 ; CO: 5.78 ; SQ： 2.17 ; MgO 1.50（2硫酸：92.5%，用量為理論用量的 105%（3轉(zhuǎn)化率： 97.5%（4 洗滌效率： 94%（5 料漿液固比： 3：1（6 成品稀磷酸濃度：含 P2O528%（7水份蒸發(fā)量： 20kg/100kg 磷礦（8氟逸出率%）：氣相 1.42（9機(jī)械損失P2O）: 3 %（1 0濾餅含液量 以干磷石膏為準(zhǔn) %）：過濾后濾餅： 68.30；一次洗滌后濾餅： 45.50； 二次洗滌后濾餅： 25.85；三次洗滌后濾餅： 10.43（1 1 洗液濃度 P205） %：一次洗液： 19；二次洗液： 6.5 ；三次洗液： 1.9（12返回

22、淡磷酸的溫度C）： 63(13萃取槽排出料漿的溫度C)： 77(14萃取槽排出廢氣的溫度C)： 56 (15料漿循環(huán)比： 72( 1 6磷灰石分解率： %) 98.7(17萃取槽排出廢氣的相對(duì)濕度： 0.96 (18料漿在萃取槽中的停留時(shí)間： 4h (19料漿的密度 kg/m3)： 1470(20夏季最高月平均溫度 C)： 30 (21不考慮萃取槽中的熱量損失(22噴嘴風(fēng)壓：廢氣溫度為 60C時(shí)取50006000PQ廢氣溫度為55C±時(shí)取1300- 2800Pa。(23過濾機(jī)漏氣量：1.35m3/m2 minv按過濾機(jī)總面積計(jì)算)。(24原料硫酸溫度： 27C(25過濾常數(shù)：qe=0

23、.94m3/m2; K過濾=5.25 ; K-洗=3.42(26洗液粘度：卩一洗=1.6 x 10-3Pa- s;卩二洗=1.2 x 10-3Pa- s;卩三洗=1.1 x 10-3Pa- s(27密度：成品磷酸1260kg/m3; 洗液 1210kg/m3;二洗液 1060kg/m;三洗液31020kg/m3(28按每年生產(chǎn)300天，每天工作24h計(jì)算按照上述已知條件，計(jì)算物料平衡如下(以100kg磷礦來計(jì)算 呵：(1 硫酸用量 (kg100%的 H2SO4100 x0.4498x105%x98/56=82.65192.5%的 H2SO482.651/0.925=89.35(2逸出氣體量 (

24、kgCO2：100 x 5.78%=5.78F ：100 x 2.65%x 1.42%=0.03763以 SiF4計(jì)算 0.03763 x 104/76=0.05149H2O： 20合計(jì)： 5.78+0.05149+20=25.83(3 磷石膏值 (kg 100x40.23%x172.1/56+100x11.43%=135.07 其中總含 P2O5： 100 x26.84%(1-97.5%x 94%=1.99 未分解 P2O5： 26.84x (1-97.5%=0.67 水溶性 P2O5： 1.99-0.67=1.32(4 生成循環(huán)料漿量 (kg 135.07x (3+1=540.28 液相量

25、： 540.28-135.07=405.21 含 P2O5： 405.21 x 28%=113.46(5> 成品磷酸量 (kg>100X 26.84%X 97.5%X 94%< (100-3>%十 28%=85.22 含 P2Q:85.22 X 28% =23.86(6> 機(jī)械損失 (kg>26.84X3%=0.81(7> 過濾后濾餅含液量 (kg>135.07X 68.3%=92.25含 P2Q: 92.25 X 28%=25.83(8 >一次洗滌后濾餅含液量 (kg>135.07X 45.50%=61.46(9>二次洗滌后濾

26、餅含液量 (kg>135.07X 25.85%=34.92(1 0>三次洗滌后濾餅含液量 (kg>135.07X 10.43%=14.09(1 1 >回入系統(tǒng)的濾液量 (kg>405.21-85.22-92.25=227.74含 P2O5: 227.74 X 28%=63.77(12>洗滌用水量 (kg>85.22+135.07+14.09+25.83-(100+89.35>=70.86(1 3>淡磷酸量 (kg>540.28+25.83-(100+89.35>=376.76含 P2O5: 113.46+0.81+0.67-26

27、.84=88.10P2Q 濃度：88.10/376.76 X 100%=23.38%(1 4>一次洗滌量 (kg>386.16-226.39=149.02含 P2O5： 88.10-63.77=24.33P2O5 的濃度： 24.33/149.02 X100%=16.33%(1 5>二次洗滌量 (kg>149.02+61.46-92.25=118.23含 P2O5： 118.23X 6.5%=7.68(1 6>三次洗滌量 (kg>70.86+34.92-14.09=91.69含 P2Q: 91.69 X 1.9%=1.74(1 7>一次洗滌后濾餅液相含

28、 P2O5(kg>25.83+7.68-24.33=9.18液相 RQ 濃度：9.18/61.46 X 100%=14.94%(18>吸干濾液計(jì)算 (kg>設(shè)吸干濾液與一次洗滌混和后的總量為 X,吸干濾液量為丫X 訐=149.0219% X=28% Y+24.33解得：X=193.24Y=44.22(19>吸干濾液含 P2O5(kg>44.22 X 28%=12.38(20>吸干溶液與一次洗滌混合液含 P2O5(kg>193.24X 19%=36.72(21> 回磷酸量 (kg>22.74 -4.22=183.52含 P2O5： 183.5

29、2X 28%=51.392.3.2 熱量平衡計(jì)算 在工藝概述中已經(jīng)闡述的那樣采用鼓鳳機(jī)吹入空氣帶走萃取槽中的熱量。按每年生產(chǎn)300天，每天工作24h計(jì)算，為了完成138000噸/年P(guān)2Q濕法磷酸的生 產(chǎn)。每小時(shí)的消耗量為：磷礦 80.33 噸, 100%硫酸 66.39 噸, 92.5%硫酸 71.87 噸,返回 淡磷酸量32.66噸，料漿量405.09噸，原料硫酸溫度27C，淡磷酸含23.38%PQ，返回 淡磷酸的溫度:63 C,空氣溫度 30 T，萃取槽排出料漿的溫度77 T，排出廢氣的溫度56C,廢氣相對(duì)濕度0.96。(1> 收入熱量：總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉<

30、;Q磷礦)；硫酸<Q硫酸)；淡磷酸<Q淡磷酸),以及反應(yīng)熱<Q反應(yīng))和萃取槽中硫酸稀釋熱<Q稀釋)。另外，還有空氣<Q空氣)即： 0進(jìn)=0磷礦+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反應(yīng)+Q稀釋+Q空氣下面分別求每一項(xiàng)帶入的熱量：Q磷礦=80330X 0.783 X 30" 1886.95 X 106J(0.783磷精礦比熱，kJ/kg - K;30夏季月平均溫度，即車間熱負(fù)荷最大期間的溫度C>Q硫酸=71780X 1.49 X 27"2887.71 X 106J(1.49 92.5%HSO的比熱，kJ/kg - K>Q 淡磷酸=302660X 3.

31、246 X 63" 61893.36 X 106J<3.246 23.38%PQ 磷酸溶液的比熱 kJ/kg - K)硫酸與磷精礦的反應(yīng)熱 <磷精礦中的全部P2Q都按氟磷灰石計(jì))：Ca5F(PQ>s+5HSQ+10HO=5CaSO 2H2O+3HPQ+HF+q根據(jù)蓋斯 定律： q2=(5 X 2022.6+3 X 1278.2+269.6>-(6828.7+5 X 839.5+10 X 286.4>=327(kJ/mol>q2=327<kJ/mol)上式中反應(yīng)物和生成物的生成熱<kJ/mol ):CaSO2H2O(固體>:2022

32、.6 ;HPOv 溶液)：1278.2;C&F(PQ>3(固體 >:6828.7 ;HSQv 溶液）：839.5;HO<液體）：286.4;HF體）：269.6由此可得：Q反應(yīng)=80030X 0.635 X 0.987 X 327X 1000/50432665.24 X 106J（0.2684 - 3- 142>X 2X 504=0.635 磷精礦中氟磷灰石含量，單位分?jǐn)?shù);0.987 氟磷灰石的分解率，單位分?jǐn)?shù)；504氟磷灰石的分子量；142RQ的分子量；>萃取槽中H2SQ稀釋熱按下式確定：Q稀釋=G硫酸 X q2/98=<55070 X q2） /

33、98上式中：無水硫酸的量；q2硫酸的比稀釋熱（kJ/mol>，按下式確定：式中n1和n2為硫酸進(jìn)入萃取槽稀釋前后溶液中 HbO/HbSQ摩爾比。ni=<7.5 X 98） /<18 X 92.5 ） =0.44,為了確定 化，必須知道稀釋后萃取槽中硫酸的濃度C2<假定硫酸同其他的液體組分混合以后，才同磷灰石反應(yīng)）此濃度可根據(jù)100千克磷精礦為基準(zhǔn)的物料衡算數(shù)據(jù)確定：C2=73.92 X 100%/81.864+6.64+362.35 X （1-0.332>+533.9 X （1-0.414>=11.49%式中：81.864和6.64分別為無水硫酸量和含水硫酸

34、帶入的水量<kg）;362.35和533.9分別為淡磷酸量和循環(huán)料漿液相量kg0.332和0.414分別為淡磷酸和循環(huán)料漿液相中磷酸的濃度單位分?jǐn)?shù)從而 n 2=<100-11.49 ） /18 X <98/11.49 ） =41.94算出 q2=38294.1因此 Q稀釋=66390X 38294.1 - 98=25942.30 X 106 J進(jìn)入萃取槽空氣帶入的熱量：Q 空氣=1.004 X 1.29 X 30 V +4242 X 18X 0.96 X 2555.35 V /（101323 X 22.4-4242 X 0.96 X22.4>=124.84V（式中：1.

35、004 空氣熱容，kJ/kg K；1.29 0C和1.013 X 105Pa時(shí)的空氣密度，kg/m3；4242 30C空氣中飽和水蒸氣的分壓 Pa；0.96 空氣的相對(duì)濕度；2555.35 30E時(shí)水蒸氣的焓，kJ/kg ）所以，萃取槽的總收入熱量為：Q 收入=1886.95+2887.71+61893.36+32665.2+25942.3+124.84V=125275.52 X 106J+124.84V（2>支出熱量：帶走的熱量是下列熱量總和：送去過濾的料漿 <Q 料漿）；從萃取槽排出的氣體 <Q 氣體） 和熱損失<Q熱損）。下面分別求每一項(xiàng)帶出的熱量：77 r時(shí)，送

36、去過濾的料漿帶走的熱量為：Q料漿=405090X C 料漿 X 77<式中: 106726.6 料漿量， kg77溫度，r ）C料漿一一料漿比熱，kJ/kg K,其值按下式確定，C料漿=C液X液+C固X固VC液和C固一一料漿中液相和固相的熱容，kJ/kg KoX液和X固一一料漿中液相和固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 當(dāng)不考慮雜質(zhì)時(shí)，料漿中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。C料漿=（4.2324-0.02968 X 41.4> X 413.252/560.842+1.072 X 147.59/560.842 =2.49 kJ/Kg K<4.2324-0.02968 X 41.4 濃度為 3

37、0% PQ 即 41.4% fPQ 的比熱；1.072 石膏熱容 ；413.252/560.842=0.74 液固比為 2.8 時(shí)料漿中磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；147.59/560.842=0.26 料漿中石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；）從而：Q料漿=405090X 2.49 X 77=77667.91 X 106J56 r時(shí)，從萃取槽排出氣體帶走的熱量Q 氣體=V- 1.004 X 1.29 X 56 + V 16505X 18 X 0.96 X 2601/（101323 X 22.4-16505 X0.96X 22.4>=459.93 V（式中：1.004 空氣熱容，kJ/kg K；1.29 0r和1.0

38、13 X 105Pa時(shí)的空氣密度，kg/m3;0.96 空氣的相對(duì)濕度；16505 56 r空氣中飽和水蒸氣的分壓 Pa；2601 56 r時(shí)水蒸氣的焓，kJ/kg ）則萃取槽總的支出熱量為：Q支出=77161.74 X 106+459.93VQ收入=Q支出即 114051600kJ+124.84V=77667910kJ+459.93V則每小時(shí)鼓空氣量 V=98045.46m3選用風(fēng)機(jī)： 離心通風(fēng)機(jī)型號(hào)：4-68全壓范圍(mm20:20237風(fēng)量范圍(m3/h :1000 239654功率范圍 (kW:0.55 245輸送介質(zhì)最高允許溫度t C : 802.4 主要的設(shè)備選型與計(jì)算2.4.1

39、設(shè)備布置說明磷酸工段聯(lián)合廠房呈長條型，跨度15m總長度42.77m,座北向南看。自廠房的左端至右端 向北看)按照工藝流程順序布置以上工序的設(shè)備:萃取槽，過濾機(jī)及配套設(shè)備，石墨列 管換熱器，軸流泵，氟回收及配套設(shè)備。萃取布置在廠房的最左端，從原料工段來的磷精礦、硅藻土經(jīng)混合后進(jìn)入萃取槽； 此外考慮到萃取槽攪拌裝置和料漿泵的安裝檢修，設(shè)單梁吊車一臺(tái)。因?yàn)榇髿鈮旱囊?，盤式過濾機(jī)布置在三樓平面，二樓平面上設(shè)置了氣液分離器和 磷石膏膠帶輸送機(jī)等設(shè)備。一樓布置有濾洗液中間槽、水環(huán)式真空泵等。2.4.2 過濾機(jī) 8，9 該機(jī)系水平回轉(zhuǎn)翻盤式連接真空過濾設(shè)備。在一個(gè)圓環(huán)形柜架上設(shè)置了 20 個(gè)梯形濾盤。每個(gè)

40、濾盤兩端用軸承支撐。濾盤小端出液口用貯管同位于中央的分配頭上錯(cuò)氣盤相 連接，上錯(cuò)氣盤在轉(zhuǎn)動(dòng)桿的帶動(dòng)下，與轉(zhuǎn)盤同步回轉(zhuǎn)、上錯(cuò)氣盤固定不動(dòng)，憑借吸液管 與真空系統(tǒng)相連。濾盤的翻轉(zhuǎn)是裝在濾盤大端的，翻盤又和滾輪通過曲線導(dǎo)軌來控制 的。每只濾盤公轉(zhuǎn)一周，連接完成加料，出濾，過濾，洗滌，翻盤，反吹，卸渣，清洗 濾布，吸干，復(fù)位等操作過程。該機(jī)主要特點(diǎn)如下: (1渣斗大，使濾盤傾復(fù)后，濾餅全部落在干渣斗內(nèi)，盡量減少磷石膏帶入濾布清洗 區(qū)，有利于污水循環(huán)系統(tǒng)的正常工作。(2濾盤內(nèi)所采用的聚丙烯柵板，格柵樅向筋條加高，增大斷面尺寸，增加了剛性、 不易變形。(3濾板四周采用條加契緊扶壓緊，避免因螺釘固定造成四角

41、蹺曲而漏氣并損壞濾布 的弊病。濾布的固定采用平壓板結(jié)構(gòu)，安裝可靠，拆卸方便。(4增加濾布沖洗水裝置，使設(shè)備配套附件完善。 (5原轉(zhuǎn)動(dòng)桿斷面尺寸加大，提高轉(zhuǎn)動(dòng)剛性。(6 三洗洗液汁底部由平底改成斜底，以防洗液堵塞。 (7分配頭上，各個(gè)操作區(qū)間的作業(yè)界線可以調(diào)整，以利于個(gè)工序間協(xié)調(diào)工作。 過濾機(jī)過濾面積計(jì)算方法:采用精確計(jì)算法:計(jì)算生產(chǎn)能力為138000噸/年RQ所需盤式真空過濾機(jī)的有效過濾面積。表 1 原始數(shù)據(jù)產(chǎn)物產(chǎn)量（t/h>密度（kg/m 3>粘度卩（Pa s>成品磷酸68.451260返回磷酸147.421260一次洗液119.71121031.6 X 10-二次洗液94

42、.96106031.2 X 10-三次洗液73.6610201.1 X 10-3qe=0.94m3/m2;2K主濾=5.25 m /h ;2K一洗=3.42 m /h ;成品磷酸含RQ: 28%解：主過濾區(qū)的必需面積：A主濾=G主濾/q主濾(m2>G主濾0時(shí)間的濾液量(m?。由恒壓過濾方程式得：q2主濾+2q主濾qe=K主濾0<以一小時(shí)為計(jì)算基準(zhǔn)，即0二1小時(shí))代入數(shù)據(jù)解二次方程得：q 主濾=1.54<m3/m2 h);而 G 主濾=(68450+147420>/1260=171.33<m7h ) A主濾=171.33/1.54=111.25(m 2>(2&

43、gt; 一次洗滌區(qū)的必需面積：按照上述同樣方法求得：q -洗=1.13<m3/m2 h); A-洗=119710/(1210 X 1.13>=87.55(m2>(3>二次2洗滌區(qū)的面積： 其過濾常數(shù)K二洗由下式確定：K一洗X卩一洗=K二洗X卩二洗X 0.8(式中：0.8 考慮到濾布上濾餅密實(shí)度的系數(shù) >代入數(shù)據(jù)求得：K二洗二5.7 m2/h 代入恒壓過濾方程式求得：q二洗=1.62<m/m2 h); A二洗=94960/(1060 X 1.62>=55.30(m2>(4>三次洗滌區(qū)的面積：由 K二洗X卩二洗=K三洗X卩三洗X 0.8232求

44、得 K 三洗=7.77 m /h ; q 三洗=1.99<m/m h);2二 A三洗=73660/(1020 X 1.99>=36.29(m >則A有效=A主濾+ A一洗+ A二洗+ A三洗q 290.39(m?>選用PF-盤式過濾機(jī)，盤式過濾機(jī)是一種連續(xù)真空過濾設(shè)備，用于萃取磷酸生產(chǎn)中料 漿的過濾，使磷酸與磷石膏分離。型號(hào)：PF-802總過濾面積m：80有效過濾面積：71轉(zhuǎn)速 r/min :0.50.1電動(dòng)機(jī)功率 KW：11濾盤數(shù)量 ( 個(gè)：24外形尺寸直徑 X高mm© 12400X 18002.4.3 萃取槽 8采用單槽多漿式，槽體為兩個(gè)用鋼筋混凝土搗制的

45、同心圓筒組成，內(nèi)外筒環(huán)形部分 的器壁上裝有導(dǎo)流板。槽體防腐襯里為酚醛泥粘石墨板，槽蓋為碳鋼板，襯貼酚醛環(huán)氧玻璃鋼。環(huán)室換相等同心角設(shè)置，八臺(tái)攪拌漿，中心圓筒設(shè)置一臺(tái)攪拌漿，每個(gè)攪拌軸(1 料漿量(2料漿密度(3反應(yīng)時(shí)間(4料漿體積流量 (5反應(yīng)槽有效容積405090kg/h1470 kg/ m上裝有通向雙層渦輪式攪拌器，九漿轉(zhuǎn)向相同。除第一漿向下翻動(dòng)外，其余個(gè)漿均向上翻動(dòng),驅(qū)動(dòng)裝置采用 便。BLA 加長型專用擺線針輪減速器,使轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單,安裝維修方4h3405090/1470=275.57 m 3 /h3275.57X 4 1102m(6 在反應(yīng)槽有效容積中同心圓單槽體積占 69%,其余占

46、31%(7同心圓單槽體積 1102X0.69=760.38(8同心圓中單槽中的內(nèi)筒 ,隔墻及擋墻占容積約 10 m3(9同心圓中單槽直徑為D,有效高度為H,取H/D=0.6反應(yīng)槽有效容積為： 760.38+10=0.785 D2H D=11.78m H=7.07m(10自由空間高度取0.4m,取反應(yīng)槽總高度為5.0m(11同心圓單槽內(nèi)筒的直徑 d,取d/D=0.33，d=3.89 主要參數(shù)：直徑 X 高度m11.8X 7.1中心筒直徑mm3890攪拌泵轉(zhuǎn)速r/min101攪拌器直徑mm680攪拌器形式 折葉二層透平電機(jī) q X 18.5 kW 380V 主要用材：碳剛,不銹鋼,石墨板,玻璃鋼等

47、。2.5 附屬設(shè)備的選型與計(jì)算2.5.1 水環(huán)式真空泵 10SZ 型水環(huán)式真空泵及壓縮機(jī)用于吸,壓縮空氣或其他無腐蝕性,不溶于水,不含有 固體顆粒的氣體，氣體溫度在2040 r為宜。性能范圍氣量： 1.52.7m3/min真空度：700760 mmHg壓力：0 1.5 kg f/cm 3本設(shè)計(jì)中根據(jù)過濾機(jī)的漏氣量1.35 nV m min ,則過濾機(jī)總漏氣量為，80X1.35=108m3/ min根據(jù)漏氣量查 設(shè)計(jì)手冊(cè) 得：選用型號(hào)為 SK- 1 20的水環(huán)式真空泵，其主要參數(shù)：轉(zhuǎn)速： 490 r/min電動(dòng)機(jī)： 185 kW口徑： 300 mm供應(yīng)量： 200 L/min第三章 自動(dòng)控制要求

48、3.1 控制水平和范圍3.1.1 控制水平( 1 在萃取區(qū)域設(shè)置了控制室，其它區(qū)域分別設(shè)置就地設(shè)置操作儀表盤，實(shí)現(xiàn)集中控 制操作或就地集中操作。(2主要工藝參數(shù)可通過儀表盤上的指示儀，記錄儀或半模擬盤進(jìn)行監(jiān)視報(bào)警，同時(shí) 半模擬盤上顯示出主要工藝路線及控制回路。(3儀表和電器部分的控制操作分開設(shè)置。 (4控制室設(shè)有空洞、鋪水磨石地面、格板吊頂和油漆墻裙。3.1.2 控制范圍 本設(shè)計(jì)包括了在生產(chǎn)裝置區(qū)域內(nèi)部原料、萃取等各種化工參數(shù)，包括流量、物位、溫度、壓力成分分析等參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、自控和報(bào)警。3.2 儀表選型( 1 變送采用電容式變送器。 (2對(duì)具有腐蝕和易結(jié)晶的工藝管路上設(shè)置的閥門，多數(shù)采用氣

49、動(dòng)隔膜閥。 (3流量測(cè)量主要用電磁流量計(jì)。3.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)礦粉和 H2SO4 比例調(diào)節(jié)。第四章 給、排水要求4.1 簡況該礦用水來自薔薇河，在薔薇河?xùn)|岸已有一級(jí)泵站一座，由直徑 500 鑄鐵管輸送至 礦區(qū)凈化，河水供水能力為 771t/h。凈化站內(nèi)設(shè)有4000斥預(yù)沉池二座。目前，該礦的斜 管沉淀池，豎流式沉淀池的總沉淀能力為347m3/h ，無閥濾池過濾能力為 370m3/h ，實(shí)際使用為 245m3/h 。該礦區(qū)目前生產(chǎn)用水，來自于預(yù)沉池，生活用水來自于無閥濾池。4.2 設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)范圍為裝置區(qū)的室內(nèi)外給排水，循環(huán)水站。本裝置所需生產(chǎn)、消防、生活用水由廠方接管供至界區(qū)外im生活廢水由泵

50、送至尾砂轉(zhuǎn)運(yùn)泵站，雨水就近排入裝置區(qū)附近。4.3 給水本裝置根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，分渾水 ( 主要為消防 給水，生產(chǎn)給水，生活給水三個(gè)系 統(tǒng)，供水方式分直流水、循環(huán)水，部分為二次、三次利用水。消防系統(tǒng)采用低壓消費(fèi)制，室外為地上式消火栓，室內(nèi)主要廠房內(nèi)設(shè)小型滅火器。4.4 循環(huán)水循環(huán)水含F(xiàn)為0.0114%,循環(huán)水量為500t/h , t=8 C,為考慮今后的發(fā)展，本設(shè)計(jì) 選用 200 t/h 。鼓鳳式冷卻塔三座。4.5 排水裝置區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)廢水，經(jīng)污水處理的清夜及生活用水，用管道自流入廢水池，然后經(jīng)泵送至2km外的尾砂轉(zhuǎn)運(yùn)泵站，雨水就近排近裝置區(qū)附近的明溝。第五章 環(huán)境保護(hù)要求磷酸及重過磷酸鈣生產(chǎn)過程