【文章內(nèi)容簡介】 20噸鍋爐附帶除氧水調(diào)節(jié)加入蒸汽管道的水量進行控制。溫度太高，會損壞石墨列管；溫度太低，帶水嚴重，同樣會損壞石墨列管。磷酸濃度通過調(diào)節(jié)稀酸加入量和進加熱器蒸汽流量進行。磷酸濃度太低，不能滿足商品磷酸要求，同時氟回收部份會產(chǎn)生大量硅膠，堵塞噴頭及設備管道。磷酸濃度太高，會降低生產(chǎn)負荷，增加蒸汽消耗，同時加快酸加熱器石墨列管的結垢速度，縮短運行同期。蒸發(fā)器酸溫通過調(diào)節(jié)進酸加熱器蒸汽流量和蒸發(fā)器真空度進行控制，酸溫太高（超過90℃）會燒壞設備橡膠襯里，酸溫太低水蒸發(fā)量小，不能滿足生產(chǎn)負荷的需要。蒸發(fā)器真空度通過調(diào)節(jié)進濃縮冷凝器循環(huán)冷卻水量和濃縮真空泵進口泄真空閥的開度進行控制。真空度控制不宜太高，能滿足酸溫控制即可，太高會引起真空系統(tǒng)設備、管道、橡膠襯里脫落，損壞設備管道。（1）溶劑萃取除氟該法將粗磷酸在分離器中與非水溶性有機溶劑(萃取劑)逆流接觸，磷酸溶解于有機相，而雜質(zhì)則留在水相。然后再用水將有機相的磷酸反萃出來，即為提純后的稀磷酸，經(jīng)濃縮、脫色后即得精制磷酸。常用的萃取劑有雜醇油[5]、正丁醇、異戊醇、二丁基亞砜、胺類等。溶劑萃取法制得的產(chǎn)品純度較高，在以色列首先實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化。該法的缺點：磷酸與溶劑的分離需蒸餾，能耗大（以堿進行反萃時例外），且溶劑回收時有一定損失，雜質(zhì)去除率不高。 （2）蒸發(fā)濃縮除氟此法是將磷酸直接或間接加熱，濃縮至50~54%，除去70%~80%的氟化物，然后加入活性二氧化硅和氯化鈉等除氟劑，并通蒸汽或熱空氣將氟SiF4的形式吹出，同時液相中殘余的氟以Na2SiF6沉淀的形式析出?；?qū)⑾×姿岱磸驼舭l(fā)，反復稀釋直至氟含量符合要求[6~9]。采用該方法除能耗大外，尚需要加入除氟劑。此外，該工藝必須使用優(yōu)質(zhì)磷礦或精選礦，并要分離出濃縮磷酸的淤渣，否則產(chǎn)品純度過低。（3）化學沉淀除氟該法是在粗磷酸中加入活性SiO2或MgSiOCaSiO3，和鈉鹽或鉀鹽、鈣鹽等脫氟劑脫氟[10]。脫氟原理可用如下化學反應方程式表示:4HF + SiO2 = SiF4 ↑ + 2H2O 3SiF4 + 2H2O = H2SiF6 + SiO2 2Na+／K﹢ + SiF6178。﹣ = Na2SiF6／K2SiF6 ↓ Ca2+ + SiF62 = CaSiF6 ↓ 或2HF + MgSiO3／CaSiO3 = MgF2／CaF2↓ + H2SiO3 6HF + H2SiO3 = H2SiF6 + 3H2O 2Na+／K+ + SiF62 = Na2SiF6／K2SiF6 ↓ Ca2+ + SiF62 = CaSiF6↓ 這些化學反應一般只能脫除濕法磷酸中70%左右的氟，尚不能達到脫氟磷酸的要求，故多用于預脫氟工序。該法工藝路線成熟，除氟效果明確。但需要加入一定量的除氟劑，增加了工業(yè)廢渣和原料成本。 （4）兩段中和法除氟該方法是將粗磷酸用石灰乳或氨水中和至pH=2~3，這時溶液中的氟大部分以MgF2／CaF2以及Fe(NH4)HF2POA1(NH4)HF2PO4 、Mg(NH4)HFPO4等沉淀形式析出，同時還析出一部分磷酸氫鈣，過濾后再將溶液中和至pH = 4~5，得到飼料級磷酸氫鈣[11]。我國大多數(shù)企業(yè)采用兩段中和法除氟。由于工序較多，且有20%~40%的磷酸氫鈣只能當肥料用，技術經(jīng)濟指標不高。（5）結晶法除氟根據(jù)磷酸析出方式的差異，結晶法分為：①在高濃度磷酸溶液中結晶析出；②結晶形成復鹽。前一種方法可得到高純度磷酸，但由于濕法磷酸雜質(zhì)含量較多，直接結晶相當困難，容易形成混晶，所以往往需進行多次結晶，工藝復雜，尚未有工業(yè)化的報道[12]。后者用粗磷酸于尿素在50~70℃下反應，冷卻至20℃得到尿素磷酸鹽晶體，然后采用50%~72%硝酸使結晶分解而得到較純凈的磷酸，%。也可采用三聚氰胺替代尿素，但氟脫除率僅70%。 （6）重力浮選法除氟該項技術對傳統(tǒng)的二水法濕法磷酸凈化工藝進行了改進，其特征為使分解液中形成的A1F63絡離子中的鋁以A1PO4沉淀析出，從而釋放出氟離子以CaF2[13]形式存在。由于為細小而難以沉淀的懸浮物，可用虹吸方式將它分離出來，從而達到除氟的目的。該法構思新穎，但仍有部分磷降為肥料級磷酸氫鈣。 第二章 工藝設計本設計是即年產(chǎn)24000t P2O5濕法磷酸生產(chǎn)工藝設計，開展了濕法磷酸車間裝置的設計。純凈的濕法磷酸是無色的，但由于一般都含有一些雜質(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）產(chǎn)品名稱：磷酸 副產(chǎn)品： 磷石膏（2）設計規(guī)模：磷酸24000噸（P2O5）（3）產(chǎn)品規(guī)格：成品磷酸中含32%P2O5萃取磷酸的生產(chǎn)，由于反應生成硫酸鈣結晶中的水合物形成不同而有無水物法、半水法、二水法及半水二水法等多種流程，其中其中，二水法由于技術成熟、操作穩(wěn)定可靠、對礦石的適應性強等優(yōu)點，在濕法磷酸工藝中居于主導地位。目前，我國80%以上的磷酸都采用濕法磷酸二水法流程生產(chǎn)。二水法流程具有工藝簡單、技術成熟、對礦石種類適應性強的特點，特別適用于中低品位礦石，在濕法磷酸生產(chǎn)中居于統(tǒng)治地位。本設計的萃取磷酸的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的二水物流程。濕法磷酸生產(chǎn)中，用來分解磷礦的無機酸有硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、氟硅酸等。用這些酸與磷礦反應都生成磷酸和氟化氫，而不同的酸根則與磷礦中的鈣結合生成不同的鈣鹽。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晶的水合物來命名工藝流程。硫酸分解磷礦制濕法磷酸時，控制硫酸鈣以二水物(石膏CaSO42H2O)形式沉淀的工藝流程稱為二水物流程，反應式如下：二水物流程的反應機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)流程要以硫酸鈣結晶水形式來分類的原因。（1）原料工段本工段的主要任務是對汽車運輸?shù)牧椎V石、硅藻土進行貯存，并通過機械運輸設備將磷礦石與硅藻土按一定的配比計量混合后加入萃取槽。（2）磷酸工段圖21 磷酸裝置工藝流程示意圖磷礦石經(jīng)粗破碎、滾筒篩篩分后（見圖21），塊礦經(jīng)細破碎后進人球磨機研磨，篩分下的粉礦直接送球磨機研磨成礦漿，礦漿用滾筒篩、振動篩進行二級篩分，篩分出的細礦石顆粒返回至球磨機重新研磨，篩分后的礦漿經(jīng)計量進入預反應槽，與來自過濾的洗液、磷酸澄清池的沉積淤酸反應，得到的Ca(H2PO4)2料漿由料漿泵送人萃取槽，硫酸經(jīng)計量后進入萃取槽，Ca(H2PO4)2與硫酸反應得到的磷酸和磷石膏混合料漿由料漿泵送至盤式過濾機過濾。過濾所得的磷石膏濾餅經(jīng)水二次并流洗滌后卸人石膏堆場，過濾所得濾液送人磷酸澄清池澄清，澄清液作為成品磷酸送人磷酸貯槽，沉積淤酸與洗滌所得的洗液作為淡磷酸送至預反應槽。 本裝置磷酸每天三班連續(xù)操作，每年運行280天，每天運行20h，即每年運行5600h。大修一次：40天中修三次：15天，每次5天小修十次：20天，每次2天第三章 工藝過程的衡算及設備選型（1）定義：指根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關系對進出整個生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設備的各股物料的數(shù)量及組成進行平衡計算，它是在工藝流程確定后最先進行的工藝計算。（2）作用：物料衡算是整個工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié)，有很重要的作用。①為熱量衡算、設備工藝計算、管道計算、輔助工序及公用工程設計計算、生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù)。②在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)線組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用。③是指導生產(chǎn)過程的重要依據(jù)。設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 ：；F：；CaO：；Fe2O3 ：； Al2O3：；AI：；CO2：；SiO2：；MgO：（2）硫酸用量：為理論用量的106%（3）硫酸濃度：含H2SO4 %（4）轉(zhuǎn)化率：%（5）洗滌效率：%（6）料漿液固比：（7）成品稀磷酸濃度：含P2O5 32%（8）氟逸出率（%）：二水法：；半水法：45。（9）機械損失（P2O5）： % （10）水份蒸發(fā)量（以100kg磷礦為基準）：；如采用真空冷卻，則冷卻器中的蒸發(fā)水量占80%。（11）濾餅含液量（以干磷石膏為準%）：過濾后濾餅：；一次洗滌后濾餅：； 二次洗滌后濾餅：；三次洗滌后濾餅：（12）洗液濃度（P2O5）%：一次洗液：20；二次洗液：；三次洗液：（13）返回淡磷酸的溫度（℃）：63（14）萃取槽排出料漿的溫度（℃）：77（15）萃取槽排出廢氣的溫度（℃）：56（16）料漿循環(huán)比：72（17）磷灰石分解率：（%）（18）萃取槽排出廢氣的相對濕度：（19）料漿在萃取槽中的停留時間：4 h（20）料漿的密度（kg/m3）：1470（21）夏季最高月平均溫度（℃）：30（22）不考慮萃取槽中的熱量損失；（23）噴嘴風壓：廢氣溫度為60℃時取5000~6000Pa，廢氣溫度為55℃177。時取1300~2800Pa。（24）過濾機漏氣量：min（按過濾機總面積計算）。（25）原料硫酸溫度：27℃；（26）過濾常數(shù)：qe=；K過濾=；K一洗=；（27）洗液粘度：μ一洗=103Pas；μ二洗=103Pas；μ三洗=103Pas；（28）密度：成品磷酸1260kg/m3；一洗液1210kg/m3；二洗液1060kg/m3；三洗液1020kg/m3按照上述已知條件，計算物料衡算如下(以100kg磷礦來計算)：（1）硫酸用量根據(jù)化學反應式：CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O56 98 100 m則硫酸用量為：即：（2）逸出氣體量已知：，%，% 則 以SiF4計算 4F → SiF4 76 104 m （3）磷石膏值 CaO → CaSO42H2O 56 172 100 m (%為轉(zhuǎn)化率，%為洗滌效率) （4）生成循環(huán)料漿量 ∵，即液相：磷石膏=:1 （5）成品磷酸量 （6）機械損失 （7）過濾后濾餅含液量 ∵ 濾餅含液量（以干磷石膏為基準）% ∴過濾后濾餅含液量為： （8）一次洗滌后濾餅含液量 ∵一次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準）% ∴（9）二次洗滌后濾餅含液量 ∵二次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準）% ∴（10）三次洗滌后濾餅含液量 ∵三次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準）% （11）回入系統(tǒng)的濾液量 （指返回到萃取槽的濾液量=料漿中的液相量成品酸濾餅中含液量） （12）洗滌用水量磷石膏磷礦洗滌用水 系統(tǒng)硫酸逸出氣體成品酸 對系統(tǒng)作物料衡算： 已知： 其中： = = = = 所以： = = 校正： = == 校正合格。（13）淡磷酸量生成循環(huán)料漿逸出氣體磷礦硫酸萃取槽 淡磷酸 對萃取槽作物料衡算： 已知： 其中： = = = = 所以：