【正文】 目 錄摘要 IV第一章 總論 1第一節(jié) 濕法磷酸生產(chǎn)的發(fā)展歷程 1第二節(jié) 產(chǎn)品說明 3： 3 磷酸的化學(xué)性質(zhì)： 4 5第三節(jié)：原料說明 7 7第四節(jié) 磷礦質(zhì)量的評價 9 9 磷礦中有害雜質(zhì)含量 10 1抗阻緩性及發(fā)泡性 13 13第五節(jié) 濕法磷酸的生產(chǎn)對磷礦的要求 13第六節(jié) 硫酸 15 硫酸的物化性質(zhì) 15 16 濕法磷酸生產(chǎn)對硫酸的要求 17第七節(jié) 磷酸在國民生產(chǎn)中的重要性 18 18 19 19 20第八節(jié) 建廠位置的選擇 20第九節(jié) 全廠生產(chǎn)路線的選擇論證 23： 23 工藝要求 23 主要系統(tǒng)的介紹 24第十節(jié) 年工作日和年工作制度的確定 26第二章 工藝部分 27第一節(jié) 濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理 27 濕法磷酸生產(chǎn)的主要化學(xué)反應(yīng) 27第二節(jié) 濕法磷酸生產(chǎn)過程中的相平衡 28 28 29 31第三節(jié) 磷酸的生成過程 32 磷礦的酸解過程 32 硫酸鈣的結(jié)晶過程 33第四節(jié) 濕法磷酸生產(chǎn)方法的選擇論證 34 35 磨礦 36 反應(yīng)料漿的冷卻(方法) 36 37第五節(jié) 工藝流程圖示意圖的繪制 38第六節(jié) 設(shè)備的選擇論證 39 39 40 40第七節(jié) 工藝操作條件的確定 41 41 過濾過程工藝條件的確定 45第三章 二水物濕法磷酸工藝計算 47第一節(jié) 物料及熱量計算 47第二節(jié) 設(shè)備計算 62第四章 非工藝部分設(shè)計 65 65 66 粉塵 66 二氧化硫 66 67 67參考文獻(xiàn) 69致謝 70年產(chǎn)15萬噸濕法磷酸工程項目工藝設(shè)計（重點設(shè)計：萃取和過濾工序）摘要本設(shè)計主要介紹了采用硫酸分解磷礦（濕法磷酸）制取磷酸。設(shè)計的主要內(nèi)容有設(shè)計總論、工藝設(shè)計和非工藝設(shè)計三部分?？傉摬糠衷敿?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)備計算。非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，工藝計算。With an annual output of 150，000 tons of WPA projects process design( foucs extraction and filtration processes )Abstractthis design mainly introduced uses the sulfuric acid deposition phosphorus ore (aqueous method phosphoric acid) the system to take the phosphoric acid. The design main content has the design general remarks, the technological design and the non technological design three parts. The general remarks partial in detail introduced the product specification, the raw material selection, the entire factory produce the route the choice as well as the phosphoric acid lives the midproduction importance in the national. The craft are partial mainly is analyzes the aqueous method phosphoric acid production the basic principle, the crystal process, the production method choice, the craft condition determination, the equipment choice, Material balance ， the thermal graduated arm calculates with the equipment putation. The non craft partial mainly introduced the ground water pollution, the air pollution and the waste gas pollution processing situation. According to designed has drawn the aqueous method sulfuric acid workshop production flow chart. Key word: Aqueous method phosphoric acid, technological design, process design第一章 總論第一節(jié) 濕法磷酸生產(chǎn)的發(fā)展歷程 濕法磷酸成批生產(chǎn)用于肥料及其它工業(yè)迄今已有一百多年的歷史了18701872年間德國首次開始成批生產(chǎn)磷酸，反應(yīng)槽和過濾機(jī)都是用木材制成的，用間歇方式分批生產(chǎn)，每批約l2噸磷酸，％P2O5，1890年1915年間已開始采用間歇式的壓濾機(jī)來分離磷石膏固化同時，為了解決碳酸強(qiáng)烈的腐蝕性，磷酸濃縮也開始用巖石或鉛作設(shè)備材料，加熱器也是用鉛管制成的。用連續(xù)方式生產(chǎn)濕法磷酸是相在1915年采用道爾流程(Dorrr Process)以后，當(dāng)時己開始用幾只連續(xù)的稠厚器。用逆流程浸取的方式連續(xù)進(jìn)行磷石膏的分離， 磷酸的濃度可達(dá)2223%P2O5 .1920年后該流程采用連續(xù)鼓式過濾機(jī)以取代最后一只稠厚器。 使磷酸濃度提高到25%(Trai．)建成磷酸工廠， 在生產(chǎn)技術(shù)上作了兩項重大的改革，不僅強(qiáng)化了濕法磷酸的生產(chǎn)而且還可以制得濃度為32％P2O5的磷酸。這個生產(chǎn)流程當(dāng)時稱為“道爾濃酸流程”，在生產(chǎn)技術(shù)上是具有劃時代的進(jìn)步意義的，并為以后半個多世紀(jì)中二水物流程的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。 與此同時道爾公司還在研究能直接制取濃磷酸的生產(chǎn)方法。 他們開發(fā)了一個新的流程，并以拉森名義獲得了一系列專利。 該流程是將磷礦用硫酸分解，首先形成半水硫酸鈣，料漿經(jīng)過濾后再將濾渣進(jìn)行水化，使半水物轉(zhuǎn)化為二水物，得到的磷酸濃度為35% P2O5。實際人這是六十年代末期到七十年代初期開發(fā)的半水二水再結(jié)晶流程的雛型。但在當(dāng)時的技術(shù)條件下要實現(xiàn)這樣的工業(yè)生產(chǎn)顯然是很困難的。 三十年代以后。 已有不少的專家注意到直接生產(chǎn)濃磷酸工藝的研究，除拉森流程以外，1930年諾登格倫及共同事也獲得了無水物流程及半水物沉程的專利。 四十年代特別是第二改世界大戰(zhàn)以后,世界濕法磷酸的生產(chǎn)技術(shù)獲得了明顯的進(jìn)展,它的特征表現(xiàn)在： (1)．新的生產(chǎn)流程不斷涌現(xiàn),逐步取代了三十年代的道爾流程。雖然在生產(chǎn)上絕大部分依舊采用二水物流程，但是這些新流程在技術(shù)上、設(shè)備上都有自己的特色。(2)產(chǎn)設(shè)備上不斷地更新，提高了生產(chǎn)強(qiáng)度。在此時期提出了不少新型的反應(yīng)單槽，結(jié)構(gòu)緊湊節(jié)省動力，完全取代了沿用的階梯式多槽，對過濾機(jī)進(jìn)行的改進(jìn)尤為顯著，先后出現(xiàn)了道爾—沃里弗(DWv—oliver)盤帶式過濾機(jī)、普朵昂傾覆盤式過濾機(jī)以及水平轉(zhuǎn)臺式過濾機(jī)等，它們的操作性能及生產(chǎn)強(qiáng)度都較轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)及帶式過濾機(jī)為優(yōu)。(3)加強(qiáng)了理論研究。對濕法磷酸的反應(yīng)過程及硫酸鈣的結(jié)晶機(jī)理進(jìn)行了大量研究為有效地推動濕法磷酸的快速發(fā)展起了積極的作用。 六十年代期間,濕法磷酸生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志是擴(kuò)大單系統(tǒng)生產(chǎn)的規(guī)模，以及工藝流程的選一步改革。隨著濕法磷酸需要量的大幅度增加，磷酸生產(chǎn)中單系統(tǒng)的規(guī)模日益增大,其目的除增加產(chǎn)量以外，力求降低生產(chǎn)中的間接成本, 在此期間已經(jīng)出現(xiàn)了日產(chǎn)1000噸P2O5。的單系統(tǒng)生產(chǎn)裝置同時也完善了生產(chǎn)操作的自控水平,這一切使?jié)穹姿峁I(yè)步入了現(xiàn)代化的大型生產(chǎn)。 工藝流程改革具體表現(xiàn)是再結(jié)晶工藝流程大量出現(xiàn)，提高了磷的得率和磷石膏的質(zhì)量。首先提出的是被稱為“日本式流程”的一步法半水—二水再結(jié)晶流程，而后則是普萊昂公司的二—半水再結(jié)晶流程。 這些流程雖然不能提高磷酸的濃度，但是它們的出現(xiàn)證明工業(yè)上實現(xiàn)硫酸鈣的“再結(jié)晶”過程是可能的,而且是優(yōu)越的。六十年代末及七十年初期，磷酸工業(yè)中又出現(xiàn)了一大批能生產(chǎn)4050％P2O5的濃磷酸的二步法半水—二水再結(jié)晶流程，這些流程可同時實現(xiàn)磷酸濃度高*得率高及石膏質(zhì)量純的目的，這些都是濕法磷酸生產(chǎn)中長期以來未能實現(xiàn)的愿望。到目前為止，二步法流程雖然還存在某些困難，建成的工廠還為數(shù)不多，但它是濕法磷酸生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，前景是很有希望的。我國濕法磷酸工業(yè)是從1953年開始的，迄今只有二十余年歷史,很多的研究工作是向上?；ぱ芯吭哼M(jìn)行的，不少省、市的科研單位以及有關(guān)院校也做了大量工作．上海化工研究院采用國產(chǎn)磷礦研究了二水物流程的工藝過程， 1963年完成中間試驗以后， 在南京建成年產(chǎn)2萬噸磷酸的試驗性工廠。1957年以后開始了半水物流程的研究，持續(xù)多次中間試驗后于1968年結(jié)束試驗階段接著于1971年開始進(jìn)行二步法半水—二水再結(jié)晶流程的開發(fā)。到目前止，全國建成十多個中、小型的濕法磷酸工廠，用以生產(chǎn)磷酸銨及工業(yè)磷酸鹽?，F(xiàn)在隨著磷肥生產(chǎn)的需要我國濕法磷酸正在積極發(fā)展中。[1]第二節(jié) 產(chǎn)品說明：磷酸，又名正磷酸、一縮原磷酸、 ，分子量98. 純磷酸在常溫下為透明單斜結(jié)晶，在空氣中易潮解， g?cm3 ，℃磷酸與水能以任意比互溶且易溶于乙醇；88%的磷酸長時間放在冷處，易生成結(jié)晶(℃，半水磷酸) ；當(dāng)溫度升到150℃時變?yōu)闊o水物，約在284℃時脫水并轉(zhuǎn)變?yōu)榻沽姿帷８哂?00℃時變?yōu)槠?；純磷酸含P2O5 %；磷酸與水的相圖中還存在半水物H3PO4?，含P2O5 %.H3PO4－H2O體系的相圖示于下：－H2O體系的相圖半水物磷酸與冰的低共熔點為85℃，% % H3PO4或85% H3PO4，溶液的冰點分別為20℃及21℃，% H3PO4時進(jìn)入無結(jié)晶區(qū)，包括一組鏈長不同的縮合磷酸，以焦磷酸H4P2O7為起點，接著是三聚磷酸H5P3O四聚磷酸H6P4O13等飽和區(qū)域.[2]當(dāng)正磷酸溶液加熱蒸發(fā)時，可以得到一組各種鏈長不同的縮合磷酸混合物，磷酸的脫水作用將達(dá)到更高的程度，亦即正磷酸不斷減少，縮合磷酸（如三聚磷酸、四聚磷酸、偏磷酸等）不斷增加。這時，磷酸的含量已經(jīng)大于100%H3PO4，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，常常用P2O5含量來表示磷酸的含量，而不是用H3PO4的含量來表示.將磷酸繼續(xù)濃縮可以得到一組恒沸點混合物，%～% P2O5，相應(yīng)的沸點從694℃提高到869℃.其水溶液的蒸汽壓p與溶液組成% P2O5及沸點T的關(guān)系可表示如下： kpa式中P2O5在60%～95%之間.接近1000℃時，磷酸蒸汽將離解成H2O與P4O10焦磷酸H4P2O7的熔點為61℃，熔融后很難重結(jié)晶，在室溫下，熔融后的焦磷酸的固化時間很長，要幾周或幾個月。這主要是由于焦磷酸已被離解成正磷酸與多磷酸的混合物。[10] 偏磷酸[HPO3]n為一無定形磷酸的混合物，%～80% P2O5時，偏磷酸為一油狀液體；在80%～89% P2O5時，呈焦油狀或脂肪狀；高于90% P2O5時呈透明玻璃狀.任何組成的聚合磷酸溶解于水均水解成正磷酸，水解速度決定于水解溫度：25℃時形成正磷酸，溫度提高到100℃時，可以在室溫下研究聚磷酸在水溶液中的性質(zhì).磷酸的稀釋熱隨著稀釋倍數(shù)的增大，例如：1mol ，磷酸溶液的密度與黏度在一定溫度下，℃下，%%時，*103Pa?*102Pa?s， g?cm3 ?cm3.磷酸水溶液（44% P2O5）在20～100℃范圍內(nèi)的比熱容可按下式計算：cp= 式中 x為磷酸中P2O5含量，P2O5%. 磷酸的化學(xué)性質(zhì)：磷酸為三元中強(qiáng)酸，具有酸的所通性，在室溫下有較活潑的化學(xué)性質(zhì)，在高溫下還可以和金屬及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)磷酸加熱至漿狀的時候還能腐蝕石英。濃溶液能刺激皮膚、黏膜。磷酸的氧化性很弱即使在350—400℃下和氫、碳等強(qiáng)還原劑作用也不能發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。磷酸在水溶液中的電離分三步進(jìn)行，并且電離度越來越弱： H+ + K1=102 H+ + K2=108 H+ + K3=1012 磷酸溶液的PH值對磷酸和磷酸鹽溶液的離子存在形式有決定性作用。當(dāng)PH=2時，溶液中約有一半以一代磷酸離子存在；當(dāng)PH=，才是穩(wěn)定的；而則必須在強(qiáng)堿性溶液(PH=)中才能穩(wěn)定存在.[3]因為磷酸難揮發(fā)，沒強(qiáng)氧化性，可跟鹽反應(yīng)生成有還原性的易揮發(fā)酸H3PO4+NaBr=NaH2PO4+HBr↑（制易揮發(fā)、還原性強(qiáng)的酸）H3PO4+NaI=NaH2PO4+HI↑ （制易揮發(fā)、還原性強(qiáng)的酸）某些不溶性磷酸正鹽可跟磷酸反應(yīng)，生成可溶性酸式磷酸二氫鹽，如：Ca3(PO4)2+4H3PO4=3Ca(H2PO4)2磷酸跟堿性物質(zhì)作用時，磷酸和堿性物質(zhì)的比例不同反應(yīng)也不一樣，可生成正鹽、一氫鹽、二氫鹽，：正鹽 H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2O H3PO4+3NH3=(NH4)3PO4一氫鹽 H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O二氫鹽 H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O H3PO4+NH3=NH4H2