10000噸年飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計(原料濕法磷酸)

1、材料科學與工程學院化工工藝課程設計說明書論文題目：10000噸/年飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計（原料濕法磷酸）專業(yè)班級：2010年12月30日目錄一、概述21. 工藝現(xiàn)狀22. 本工藝技術特點2二、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量要求 21. 生產(chǎn)規(guī)模22. 產(chǎn)品質(zhì)量要求23. 主要副產(chǎn)品種類3三、原材料方案3四、技術路線41.1 生產(chǎn)方法41.1.1 硫酸分解磷礦51.1.2 脫氟5A. 一段月氟5B. 二段月氟51.1.3 中和51.1.4 離心分離61.1.5 干燥61.1.6 成品包裝61.1.7 廢渣的來源和處理 61.2 主要設備一覽表7五、物料流程及衡算75.1 主要物料流程75.2 各單元物料

2、計算75.2.1 濕法磷酸單元計算75.2.2 一段脫氟單元計算75.2.3 二段脫氟單元計算85.2.4 中和單元計算95.2.5 各單元計算匯總 95.3 物料計算匯總 10六、生產(chǎn)制度及開工時數(shù)的說明 106.1 生產(chǎn)制106.2 開工時數(shù)10七、附圖10八、總結(jié)10一、概述1、工藝現(xiàn)狀目前，以濕法磷酸為原料,生產(chǎn)分子式為 CaHPO- 2HO的飼料級磷酸氫鈣的方法主要 有兩種。一種是濕法磷酸深度凈化法。該法通過濃縮或溶劑萃取制得深度脫氟磷酸，再與石灰或石灰石反應，制得飼料級磷酸氫鈣。該法是國外目前采用的主要方法，問題是對磷礦質(zhì)量要求高，投資大，工藝復雜，成本高。第二種是濕法磷酸化學預脫

3、氟二段中和法。該法以濕法磷酸為原料，經(jīng)加純堿或氯化鈉預脫氟，然后二段中和，即先用石灰或石灰粉中和，去除殘留氟，產(chǎn)出肥料級沉淀磷酸鈣，然后含氟合格溶液再進行第二段中和，制得飼料級磷酸氫鈣。該法是國內(nèi)目前采用的主要方法，其實用性強，可產(chǎn)出少量低品級氟硅酸鈉副產(chǎn) 品，缺點是操作周期長，占地面積大，約20%勺磷以低價值的肥料形式產(chǎn)出，飼料產(chǎn)品中 磷收率低,最高只能達80% 2、本工藝技術特點本工藝提供一種濕法磷酸循環(huán)脫氟制飼料級磷酸氫鈣的方法。該法采用濕法磷酸為原料生產(chǎn)工藝包括：原料選擇、循環(huán)脫氟、過濾、氟硝洗滌、中和除氟、過濾、飼料鈣合成、過 濾洗滌、烘干、包裝入庫工序。循環(huán)脫氟是在有加熱攪拌的容器

4、內(nèi)進行，過濾采用真空過濾機，烘干采用氣流干燥機，烘干溫度為60130 C。循環(huán)脫氟是采用中和除氟形成的含氟沉 淀物（濾餅）與磷酸反應,邊攪拌邊加入,攪拌反應1030 min,待大部分磷酸氫鈣溶解, 然后升溫到95110C,保溫520 min;中和脫氟是將循環(huán)脫氟溶液和氟硝洗滌液合并注 入加熱攪拌的容器內(nèi)，邊攪拌邊加入6%-10%勺石灰乳，加入量（以CaO十）為磷酸量（以 BQ計）的30%-60%相當量白石灰粉，反應溫度3550C,保溫攪拌530 min。 二、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量要求 1、生產(chǎn)規(guī)模 10000噸/年飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計 2、產(chǎn)品質(zhì)量要求參考GB/T 22549-2008飼料

5、級磷酸氫鈣本標準規(guī)定了飼料級磷酸氫鈣的分類、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、標簽、運輸 以及包裝和貯存。本標準適用用飼料級磷酸氫鈣該產(chǎn)品在飼料加工中作為磷、鈣的補充劑。 2.1分子式、相對分子質(zhì)量2.1.1 主成分分子式：CaHPO2H2O.2.1.2 相對分子質(zhì)量：172.10 （按2007年國際相對原子質(zhì)量）。2.2要求2.2.1 外觀：白色或略帶微黃色粉末或顆粒。2.2.2 飼料級磷酸氫鈣應符合表1要求。表1項目指標I型n型出型總磷(P)含量/%>16.519.021.0枸溶性磷(P)含量/%>14.016.018.0水溶性磷(P)含量/%>-810鈣(Ca)含量/%&

6、gt;20.015.014.0氟(F)含量/%0.18神(As)含量/%<0.003鉛(Pb)含量/%<0.003鎘(Cd)含量/%<0.001細度(粉狀通過0.5mm式驗篩)/%>(粒狀 通過2mrM驗篩)/%>95903、主要副產(chǎn)品種類磷石膏肥料級磷酸二氫鈣三、原材料方案1 .原料磷灰石石灰乳硫酸絮凝劑1.1 主要原料來源氟磷灰石是該公司對天然磷酸鹽礦物進行提純而成，它利用高溫下氟磷灰石中的磷在釉中形成玻璃分相，導致光的散射，從而表現(xiàn)乳蝕代替硅酸粉。它不但可以大幅度降低成本 又能緩解目前硅酸錯供應緊張的不足。本原料從四會市飛來峰非金屬礦物材料有限公司購 頭。主

7、要化學成分FP2O5Fe2O3CaOMgO粒度白度3.2-3.4%>36%<0.3%>52%<0.38%-200 目>70%1.2 原料物理化學性質(zhì)鈣氟磷灰石，其化學式為CaF(PO4)3,純的鈣氟磷灰石含 P2O5 42.26%、CaO 55.56%、F3.77%,但由于同晶取代作用與半生雜質(zhì)的影響，天然磷灰石往往比純氟磷灰石品味低，其 BQ最高含量為40.70%, F為2.8-3.4%。同晶取代是指氟磷灰石CaF(PQ) 3晶格中的一些獨立離子被某些結(jié)晶化學半徑相近的其它離子所取代，如CaF(PQ)3中的陽離子 Ca2+,可部分被其它陽離子 Ba2+、M等取代

8、，陰離子F-、PO3-的一部分可能被 OH、Cl-、CO2-、SO2-、SiO42- 等離子取代。磷灰石屬六角晶系， 其結(jié)構呈六方雙錐晶型結(jié)晶， 晶型常呈六方柱形或六方錐狀， 但多 數(shù)是不太規(guī)則的結(jié)晶顆粒，結(jié)構堅固致密，不含結(jié)晶水，一般磷灰石的密度為3.18-3.41 ,氟磷灰石的比熱容為 0.832J/g C,標準生成熱為 6829.0KJ/mol 。四、技術路線1.1 生產(chǎn)方法硫酸法生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣硫酸法以硫酸和磷礦為原料制得粗磷酸，經(jīng)脫氟、中和、分離、干燥等工序最終制得磷酸氫鈣產(chǎn)品。國內(nèi)磷酸氫鈣骨干企業(yè)均采用此工藝，其工藝流程如下：由磷石灰與硫酸反應后加入絮凝劑進行沉降分離，上層清液去

9、一段脫氟進行磷酸凈化。在加入脫氟劑石灰乳調(diào)節(jié)PH值后，濕法磷酸中所含的氟、鐵、等雜質(zhì)約90吐成的沉淀物,在使用壓濾機進行分離。濾液為初步凈化磷酸送至二段脫氟再次凈化，再在一段脫氟和二段脫氟的濾餅中加入磷酸， 在使用壓濾機進行分離， 所得濾液和二段脫氟所得濾液混合，最終磷酸凈化到滿足生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣的要求 P/F比大于100。然后再加入石灰乳進行中和，料漿使用臥式離心機進行 分離，離心出含有游離水的半成品經(jīng)過氣流干燥制得飼料級磷酸氫鈣產(chǎn)品。word文檔可自由復制編輯圖1、工藝流程1.1.1Ca1.1.2A.一硫酸分解磷礦(鈣氟磷灰石)制濕法磷酸反應如下：5F(PQ)3 +5H2SO+nH2O

10、- 3H3P04+5CaSO nHaO+HFT 脫氟一段脫氟濕法磷酸含有大量的鐵、鎂、氟等有害雜質(zhì)，通過加入碳酸鈣、石灰乳調(diào)節(jié)PH值，除去濕法磷酸中鐵、氟等大部分有害雜質(zhì),初步凈化濕法磷酸。反應機理HPO = H + + H2POHPO2 = h+pq32+2H +CaCO= Ca + H2O+ COT2HCs2+ + 2F- = CaF4Fe3 + + PO3 =FePOj工藝指標Ca_+22PO = H + HPOH2SO= 2H+ + SO2+ + Ca(OH)2= Cai+ 2H2O2+SO2 = CaSOja.脫氟稠漿返溶溫度 50 -60C;b.脫氟重鈣終點 PH值:2.0-2.3

11、;c.脫氟石灰終點 PH值:2.3-2.5;d.脫氟清液P2O5/F:200 ;B.二段脫氟凈化后的磷酸完全能對一段脫氟粗凈化的磷酸再進行深度凈化，去除有害雜質(zhì)，使深度 達到生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣的標準。反應原理Fe3+PQ3-=FePQj2F-+Ca2+=CaF2Ca2+HPO2-=CaHPOM工藝指標a. PH值控制范圍:2.6-3.2 ;b.脫氟清液P2O/F:300 ;1.1.3 中和經(jīng)過脫氟凈化后的磷酸用石灰乳進行中和，反應如下：HPO+Ca(OH)=CaHPO- 2H2O2HPO+Ca(OH)2=Ca(H2PO)2 H20+H2O中和過程中，終點 pH值應在5. 05. 5之間，若終點

12、pH <5.磷的利用率降低；若終點 關鍵。pH>5. 5,產(chǎn)品質(zhì)量就會受到影響。因此，終點0,中和反應不完全，pH值的控制是個工藝指標a.中和后PH值：5.5-6.5b.反應前的溫度:36-40C;c.中和終點溫度：40-50 C;1.1.4 離心分離把中和后得飼料級磷酸氫鈣與液漿清液分離。為了使磷酸氫鈣沉降快.這樣磷酸氫鈣結(jié)晶顆粒大、沉降快，產(chǎn)品易干燥。終點pH值不能高于6.2。1.1.5 干燥將含有游離水的半成品進行烘干，得到符合標準的飼料級磷酸氫鈣產(chǎn)品。工藝指標a. 爐溫：500-800 C,烘干溫度：80-160 C；b. 產(chǎn)品內(nèi)在指標：符合 GB-T22549-2008標

13、準： P% > 16.5 ; Ca% > 20.0 ; F% W 0.18 ;產(chǎn)品的水份w 3.0%;飼料級磷酸氫鈣含兩個結(jié)晶水，溫度過高易脫去結(jié)晶水，使產(chǎn)品枸溶率降低，質(zhì)量下 降.故應嚴格控制干燥溫度與時間。一般在 100c下干燥12h,使曲宇離水脫除即可。因 中和產(chǎn)品結(jié)晶顆粒大、過濾后游離水少、干燥容易。1.1.6 成品包裝該工序是將烘干成品通過計量、包裝后使最終產(chǎn)品符合GB-T22549-2008標準。控制要求a. 包裝總重量：每袋 50.20Kg 或 25.10Kg (±0.1Kg);b.使用的包裝應符合包裝規(guī)定標準；c.產(chǎn)品外觀質(zhì)量符合內(nèi)定要求1.1.7 廢渣的

14、來源和處理硫酸與磷礦粉反應，生成粗磷酸及磷石膏HSQ+Ca(OH%- CaSO-2H2。J 經(jīng)分離后，磷石膏可用作建筑材料。硫酸分解磷礦生成 HF;中和時：2HF+Ca(0H% CaF4+2HO HSiF 5+3Ca(OH)2 3CaF2 J 十 Si0 2 J +4H2O由于磷礦粉中含有Fe,所以 H3FeF6+HPO+3Ca(OH)>FePO H2OJ +3CaF4 +4H2O 硫酸分解磷礦生成磷酸，中和時會發(fā)生副反應：2H3PO+Ca(OHL Ca(H 2PO)2 - 2H2OCa(H2PO)2- 2H2O +Ca(OH)2-2CaHPO HbOj從以上反應式可見，在中和工序濕法磷

15、酸中的F、SiF62-、FeF63-、Fe3+、SO2-等雜質(zhì)均生成沉淀被除去，經(jīng)過濾分離出的廢渣主要成分為CaF2、FePQ - 2H2Q CaHPO-2H2QCaSO-2H20、SiO2等。廢渣中含有的磷酸氫鈣，已有相應的回收方法，主要是用酸(硫酸、鹽酸、磷酸等)與渣中的磷酸氫鈣反應，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘牧姿岫溻}，進入溶液中從而 與渣分離，從而制得肥料級磷酸二氫鈣。1.2主要設備一覽表溶解槽2個 2500X2200,附攪拌槳、電機減速機脫氟槽2個 2500X 2200,附攪拌槳、電機減速機；壓濾器3個 2500X 2200,附攪拌槳、電機減速機；壓濾中轉(zhuǎn)泵2臺工程立式泵；65FYUC-50

16、-55/50-1500,N=30KW-4洗滌水泵2臺65FYUB-45-30/25-1000+500mm 吸入管 N=7.5KW-2壓濾液泵2臺65FYUB-45-30/25-1000+500mm 吸入管 N=7.5KW-2壓濾液U集池1個4500X 2 400X 3305洗滌水U集池1個4500X 2 400X 3305石灰乳槽1個容積()4000 X 4000,附攪拌槳，電機，減速機石灰乳槽泵2臺65FYUB-45-30/50-1000+500 吸管，N=18.5KW-2澄清池容積6000X 3500X 4000;容積 5250X 5000X 2500稠漿收集地池容積 10500X 1 0

17、50X1600自動封包機25.0Kg/袋，50.0Kg/袋，誤差土 0.1kg;包裝袋有內(nèi)膜，需排氣后捆綁七、物料流程及衡算PaSQ |H2SQH3P04、CasF(Pa)3CaE.CaSQHFJH2SQ .Ca(0H)2J h3P&HFH2SO4 【Ca(H2P04)2)Ca(0H)2CaD， CaSQ.H3 P04 Ca(H2P04)2Ca(0H)2 Ca(H2P04)25.1主要物料流程濕法磷酸一段脫氟二段脫氟中和5.2各單元物料計算5.2.1 濕法磷酸單元計算設所加原料鈣氟磷灰石質(zhì)量為x噸/年，則原料有效成分含量m(P205): 42.26%x噸,m(F):3.77%x(噸)。

18、與過量硫酸反應得磷酸質(zhì)量m(H3P04)和氫氟酸質(zhì)量m(HF):m(H3PO4)=42.26%xM (P2O5)M (H3PO4) 2 =42.26%x141.9498 2 = 0.588xm(HF) =3.77%x M (HF ) = 3.77%x 20 =0.039x M(F)195.2.2 一段脫氟單元計算由工藝指標脫氟清液P2O5/F:150 ,可得反應后剩余的含氟量m1(F):m1(F)m(P2O5)15042.26%x150一一一 -3= 2.817 10 x則反應脫去的含氟量 m2(F)：m2(F) =m(F) -mF) =0.039x-2.817 10-x = 0.036x由此

19、可得脫氟反應所消耗氫氧化鈣的質(zhì)量mF(Ca(OH>):mF(Ca(OH )2)=m2(F) M (Ca(OH )2)2 M (F)0.036x 74.092 19= 0.070x由工藝條件得一段脫氟所加氫氧化鈣為原料P2O5的50%所加氫氧化鈣質(zhì)量為 m1(Ca(OH)2):m1(Ca(OH )2) =42.26%x 50% =0.211x與磷酸反應的氫氧化鈣的量mp1(Ca(OH)2):mP1 (Ca(OH )2) = m(Ca(OH )2) - mF (Ca(OH )2) = 0.211x -0.070x = 0.141x生成磷酸二氫鈣的量為：m1Ca(H2PO4)2 =mP1(Ca

20、(OH)2) M (Ca(H2PO4月)0.14僅 234_1 1_二= 0.445xM (Ca(OH)z)74.09反應的磷酸量為:m1(H3PO4)m1(Ca(H 2Po4)2) 2 M(H 3Po4)M (Ca(H2PO4”)0.445x 2 98234= 0.373x剩余的磷酸量為:m2(H 3PO4) =m(H3PO4)-E(H 3PO4) = 0.588x - 0.373x = 0.215x及剩余的原料有效成分含量為：m2(P2O5)=m2(H3PO,)"(吵)_0.215x>141.94 =0 156xM (H3PO4) 298 25.2.3二段脫氟單元計算由工藝

21、指標脫氟清液P2O/F:300 ,可得反應后剩余的含氟量m3(F):mh(F)=mzg)3000.156x300=5.200 10'x則反應脫去的含氟量m4(F)：二/工mk(F) =m,(F)-ms(F) =2.817 10 x-5.200 10 x = 2.297 10 x由此可得脫氟反應所消耗氫氧化鈣的質(zhì)量mF2(Ca(OH)2):3mF2(Ca(OH)2):強 M(Ca(OH)2)= 2.297 10 x 7409 二語 心2 M(F)2 19由工藝條件得二段脫氟所加氫氧化鈣為原料P2O5的50%所加氫氧化鈣質(zhì)量為 m2(Ca(OH)2):m2(Ca(OH )2) =0.156

22、x 50% -0.078x與磷酸反應的氫氧化鈣的量mp2(Ca(OH)2):_ ._ ._ . _ _3mP2(Ca(OH)2) =m2(Ca(OH)2)-mF2(Ca(OH)2) =0.078x-4.478 10 x = 0.073x生成磷酸二氫鈣的量為mzCa(H2P。4)2 =mP2(Ca(OH)2) M (Ca(H2P04)2)0.073x 2340.231xM (Ca(OH)2)74.095.2.4中和單元計算段脫氟所得磷酸氫鈣的量為m12Ca(H2PO4)2 = m1Ca(H2PO4)2 m2Ca(H2PO4)2 = 0.445x 0.231x = 0.676x通過一段、二段脫氟所

23、消耗的磷酸的量為:m反應(H3PO4)=m總(Ca(H2PO4)2»2MM (H3PO4)M(Ca(H2P。4%)0.676x 2 98二 0.566x234通過一段、二段脫氟所剩余的磷酸及中和的磷酸的量為:m剩余(H3P04) =m(H3P04)m反應(H3P04) =0.588x 0.566x = 0.022x中和剩余磷酸生成磷酸二氫鈣的量為：m 乘馀(Ca(HPO4)2)M(H3P04KM (Cqg):)J022x，234=0.026x2 M(H3P04 )2 98中和剩余磷酸生成磷酸二氫鈣所消耗的氫氧化鈣的量為：m 剩余(Ca(0H)2)=m馀(H3PO,KM (Ca(0H)

24、2)2 M(H3PO4)0.022x 74.092 98= 8.316 10x通過一段、二段脫氟、中和所得磷酸二氫鈣的量為m 總 Ca(H2 P04)2 = m12Ca(H2P04)2 + m 剩余 Ca(H2P04)2 = 0.676x + 0.022x = 0.698x中和磷酸二氫鈣生成產(chǎn)品磷酸氫鈣的量為：c -Mm總,Ca(H2P。4)2父2MM (CaHP。,) 0.698x2172.1 八mCaHP04- 匚=1.026xMCa(H2 P04)2234中和磷酸二氫鈣所消耗的氫氧化鈣的量為：m 中和(Ca(0H)2)m總Ca(H2P04)2 M MCa(0H )2)MCa(H2P04)

25、20.698x 74.09234=0.221x中和段所消耗的總的氫氧化鈣的量為：m中和總(Ca(0H )2) = m剩余(Ca(0H )2) +m中和(Ca(0H)2) =8.316父10”乂 十0.221x = 0.229x5.2.5各單元計算匯總由10000噸/年的計算指標，得所加原料鈣氟磷灰石質(zhì)量為(噸 /年)：1.026x =10000 x =9.747 103所消耗的總的氫氧化鈣的量為:m總(Ca(OH )2) =n(Ca(OH )2) +m2(Ca(OH )2) +m中和總(Ca(OH )2)= 0.21僅 0.078x 0.221x= 0.510x3= 0.510 9.747 103=4.971 10則所加入的石灰乳(10%的量為:4.971 X 104噸/年5.3物料計算匯總表1各單元操作加入物料匯總項目物料名稱理論計算量噸/年濕法磷酸單元鈣氟磷灰石9747H3PO45731HF380一