【文章內(nèi)容簡介】 全有效的質(zhì)量保證體系。因此為滿足客戶的要求和市場需求量，生產(chǎn)食品級磷酸，調(diào)整磷化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加強技術(shù)更新，開發(fā)高附加值、高技術(shù)含量的磷化工產(chǎn)品，產(chǎn)品在國際、國內(nèi)市場將具有較強競爭實力。 價格預(yù)測食品級磷酸價格同其它商品一樣，與市場供需關(guān)系緊密相關(guān)，供大于求價格下跌，求大于供價格上揚。若，勢必會對市場造成沖擊，價格回落，影響經(jīng)濟效益，且食品級磷酸的出口退稅率若進一步降低，也會造成同樣影響。本可研中食品級磷酸定價為10200元/噸。目前國際市場為1550美元/噸。3 建設(shè)方案及規(guī)模 生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案。同時采用云南化工研究院黃磷燃燒制磷酸余熱回收裝置，（）。建設(shè)地點該項目裝置擬建在化工有限責(zé)任公司內(nèi)，位于湖北省黃岡市小池鎮(zhèn)沿江路108號。 產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格產(chǎn)品及中間產(chǎn)品質(zhì)量符合以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。見下表。 熱法食品磷酸質(zhì)量指標(biāo)（添加劑GB/T31492004）項 目指 標(biāo)色度 ≤20磷酸（H3PO4），% ≥砷（As），% ≤氟（F），% ≤重金屬（以Pb計）% ≤氯化物（以Cl計），% ≤硫酸鹽（以SO4計），% ≤易氧化物（以H3PO4計），% ≤4 工藝技術(shù)方案 工藝技術(shù)方案選擇工藝技術(shù)概況 磷酸食品磷酸作為酸味劑、酵母的營養(yǎng)劑，廣泛用于食品工業(yè)，同時作為食品級磷酸鹽原料具有廣泛的用途。由于食品級磷酸中的雜質(zhì)指標(biāo)要求特別嚴(yán)格，目前，食品級磷酸可由濕法磷酸和熱法磷酸精制制得。其中濕法磷酸得精致難度較大，但因其成本低、耗能少，仍被采用。目前，許多國家都已能大規(guī)模生產(chǎn)濕法食品磷酸。熱法磷酸精制食品磷酸的工藝簡單，但成本較高。 由濕法磷酸凈化精制的方法主要有兩種：(1) 化學(xué)凈化精制法：利用化學(xué)物質(zhì)進行中和沉淀或硫化物沉淀法。(2) 物理凈化精制法：離子交換法、離子交換膜電滲析法，電化學(xué)沉淀法、磷酸濃縮結(jié)晶法或復(fù)鹽結(jié)晶法、有機溶劑萃取法等。采用單一的凈化精制方法凈化濕法磷酸，基本上不可能；一般采用復(fù)合方法可制得食品級磷酸。由濕法磷酸制取食品級磷酸的典型流程有：以色列IMI開發(fā)的鹽酸法精制磷酸和日本開發(fā)的兩次化學(xué)精制、一次有機溶劑萃取精制制食品磷酸的P－4流程?；瘜W(xué)精制工序主要使用堿調(diào)pH值，使金屬離子雜質(zhì)沉淀并用活性碳吸附過濾。過濾酸用有機溶劑萃取。磷酸溶入有機相而與雜質(zhì)分離，再制得食品級磷酸。熱法磷酸的凈化主要是除去磷酸中砷、鉛等金屬離子?！?的砷，形態(tài)為亞砷酸As（OH）3。可在60～80℃下用H2S或用Na2S、P2S5處理，生成As2S3再通過過濾除去。工藝技術(shù)方案的比較和選擇 磷酸磷酸的生產(chǎn)可分為濕法磷酸和熱法磷酸兩種工藝。即：①磷礦用硫酸分解制取磷酸的濕法磷酸工藝；②將磷礦轉(zhuǎn)化成黃磷然后生產(chǎn)磷酸的熱法磷酸工藝。由于濕法磷酸工藝的產(chǎn)品磷酸濃度低，通常只有28% P2O5，進行深度加工生產(chǎn)各種磷酸鹽，還需進行濃縮，加之濕法濃磷酸有較強的繼沉淀傾向，磷酸中含有較多鐵、鋁、鎂、鈉和鉀的磷酸鹽，因此不易生產(chǎn)高品級深度加工產(chǎn)品。而熱法較濕法具有流程短、收率高、磷酸產(chǎn)品質(zhì)量較好、污染小的特點，所以選擇采用熱法磷酸工藝。熱法磷酸生產(chǎn)根據(jù)不同的黃磷處理方式又分成“一步法”（即黃磷的燃燒氧化與五氧化二磷的水合吸收在一個設(shè)備內(nèi)進行）和“二步法” （即黃磷的燃燒氧化與五氧化二磷的水合吸收分別在二個設(shè)備內(nèi)進行）。整個生產(chǎn)過程需要控制燃燒、水合、熱交換和除霧四個環(huán)節(jié)。工藝特點如下：①磷的燃燒氧化、水合。多數(shù)裝置均采用不銹鋼制的燃燒水合塔（水冷卻）的一步法酸冷流程，只有少數(shù)小型裝置采用碳鋼內(nèi)襯耐火材料或石墨板制成的燃燒塔（爐），并且含P2O5的氣體經(jīng)水冷不銹鋼水化塔吸收，即二步法。②出塔氣體的吸收凈化。多數(shù)裝置采用文丘里洗滌器，稀酸循環(huán)吸收除霧，并由排風(fēng)機將尾氣排空。少數(shù)裝置采用空氣噴射洗滌器等凈化設(shè)備，由壓縮空氣噴射引氣，尾氣氣量較大。③磷燃燒熱的交換。多數(shù)裝置采用循環(huán)酸移走熱量，然后循環(huán)酸經(jīng)波紋板式不銹鋼冷卻器或石墨冷卻器將酸冷卻至4045℃送回燃燒水化塔循環(huán)使用。少數(shù)小型二步法工藝裝置靠燃燒塔、水化塔（水冷）的塔體散熱，配一些不銹鋼蛇管（或排管）冷卻磷酸。④事故磷酸（又稱紅酸）處理。基本上是將這些磷酸少量、逐步地加入循環(huán)酸中，經(jīng)過多次反復(fù)循環(huán)而成為合格的酸，也可加入適量的雙氧水進行處理。由于兩步法磷酸工藝黃磷燃燒更加充分，減少了磷的低級氧化物如P2O3的產(chǎn)生，延長了水合時間，提高了磷酸的質(zhì)量，下一步產(chǎn)品如磷酸鹽等質(zhì)量更加有保證；同時可以采用特種鍋爐帶走黃磷燃燒的輻射熱副產(chǎn)蒸汽，后續(xù)換熱器也將相應(yīng)改小，減少了冷卻水使用量，更進一步減少了供水能耗，具有消除視覺污染和明顯節(jié)水的功效。因此本可行性研究推薦采用“二步法”?！?的砷，形態(tài)為亞砷酸As(OH)3。為除去這些砷，可在酸中，于60～80℃下用H2S或用Na2S、P2S5處理，生成As2S3再通過過濾除去。本可行性研究推薦采用Na2S處理，生成的H2S氣體用液堿吸收生成Na2S濃縮后可以循環(huán)利用。 工藝流程和消耗定額化學(xué)反應(yīng)式 磷酸磷酸生產(chǎn)工藝的主要化學(xué)反應(yīng)式如下：P4 + 5O2 = 2P2O5P2O5 + 3H2O = 2H3PO4熱法磷酸凈化主要化學(xué)反應(yīng)式如下：2As（OH）3 ＋ 3H2S ＝ As2S3＋ 6H2O工藝流程概述 食品級磷酸工藝流程說明將黃磷在熔磷槽內(nèi)熔化成液體，經(jīng)磷噴嘴送入特種燃磷爐，同時用壓縮空氣（一次空氣）將磷霧化，使磷氧化燃燒生成五氧化二磷，同時放出大量熱量，這些熱能通過輻射換熱的形式被設(shè)置于燃磷爐壁面的一系列上升管內(nèi)的水吸收從而副產(chǎn)蒸汽。為了使磷氧化完全，在塔頂還需補充二次空氣。從燃磷爐出來的含P2O2氣體進入水化塔，在塔頂壁淋灑30～40℃的循環(huán)磷酸，使五氧化二磷氣體進一步冷卻，同時水合成磷酸，使循環(huán)磷酸的濃度不斷提高至一定濃度后輸送到后一工序。循環(huán)磷酸通過板式換熱器與水換熱，降低溫度后返回塔內(nèi)，在塔壁形成酸膜保護塔避免受高溫?zé)煔馇治g，并繼續(xù)吸收燃燒產(chǎn)生的熱量和五氧化二磷氣體，排出的氣體進入文丘里除沫器以回收磷酸，經(jīng)冷卻至30～40℃后得到85%的磷酸。再經(jīng)硫化鈉除砷和雙氧水脫色后即可得到食品級磷酸。除砷過程產(chǎn)生的尾氣中的硫化氫氣體經(jīng)堿洗吸收后放空（硫砷化合物沉淀分離后包裝庫存）。圖41 食品級磷酸工藝流程圖消耗定額表41 食品級磷酸消耗定額序號項 目單位消耗定額備 注一原輔料及輔助材料1黃磷P4≥%t2硫化鈉t3雙氧水H2O2≥%t4包裝桶35Kg/只29只/噸二動力1電kwh1802循環(huán)冷卻補充水t3工藝純水t4軟水t5副產(chǎn)蒸汽t1．512 主要設(shè)備表43 主要設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī) 格單位數(shù)量一磷酸裝置主要設(shè)備1熔磷槽臺12液磷貯槽臺13司磷釜ф20005000臺14熱水槽臺15旋渦泵臺46特種燃磷爐D均=2700，H=16600臺17水化塔臺18循環(huán)酸泵IJ300250400A臺29板式換熱器BR06（16/150）180MS臺110空氣壓縮機臺111文丘里除霧器ф170臺112復(fù)檔除霧器ф1200臺113文丘里酸槽臺114文丘里酸泵臺115燃磷尾氣堿洗塔ф160010000臺116H2S尾氣堿洗塔規(guī)格：φ25006500 材質(zhì)：304臺117液堿泵材質(zhì)：304臺118堿液貯槽材質(zhì)：304臺119風(fēng)機臺220硫化鈉溶解槽臺121除砷釜V＝5m3 材質(zhì)：316L臺422過濾機臺223脫氣塔臺124脫色釜臺225磷酸貯槽V=500m3 材質(zhì)：316L臺226全自動軟化水處理設(shè)備套1 自動控制設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定《自動化儀表選型規(guī)定》 HG20507—92《控制室設(shè)計規(guī)定》 HG20508—92《儀表供電設(shè)計規(guī)定》 HG20509—92《儀表供氣設(shè)計規(guī)定》 HG20510—92《信號報警連鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定》 HG20511—92《石油化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定》 CD50A3—81自控技術(shù)方案 自控水平及主要技術(shù)方案根據(jù)所確定的工藝技術(shù)方案和工藝流程，結(jié)合目前國內(nèi)同類裝置的成功經(jīng)驗，本著“技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、運行可靠、操作方便”的原則，本研究采用DCS系統(tǒng)，以完成整個生產(chǎn)過程的主要工藝參數(shù)的在線監(jiān)測、分析、顯示、記錄、報警和實時控制，本設(shè)計設(shè)置兩個控制室，四個控制站或工程師站。主要控制方案為：依據(jù)工藝裝置的規(guī)模、工藝流程的特點及操作上的要求，采用DCS自動控制系統(tǒng)和手動遙控對工藝參數(shù)進行檢測、調(diào)節(jié)。從生產(chǎn)裝置的實際情況考慮，調(diào)節(jié)系統(tǒng)都由DCS控制系統(tǒng)來完成，對生產(chǎn)過程的重要控制點及安全設(shè)有報警系統(tǒng)并與相關(guān)動力進行聯(lián)鎖。同時考慮本裝置的安全性，防止終端爆燃的發(fā)生，還在自動控制的平臺對主要參數(shù)進行顯示和報警，及時發(fā)現(xiàn)故障，并對主要點設(shè)立安全聯(lián)鎖和后備操作器。 儀表類型的確定DCS系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)采用性能價格比高的DCS系統(tǒng)。選用比較實用、組態(tài)和操作方便以及有成功經(jīng)驗的控制系統(tǒng)，能滿足生產(chǎn)的需要，并要求系統(tǒng)供應(yīng)商技術(shù)過硬，售后服務(wù)好。溫度儀表集中檢測點選用防腐型鎳鉻鎳硅熱電偶、防腐型型Pt100熱電阻，能直接輸入至控制系統(tǒng)的模塊上，現(xiàn)場溫度測量選取用雙金屬溫度計。壓力儀表集中檢測點選用智能型壓力變送器，輸出信號為4~20mA,對于結(jié)晶、腐蝕、高粘度場合，采用法蘭遠(yuǎn)傳壓力變送器。就地壓力檢測選用彈簧管壓力表、氨用壓力表、膜片壓力表，隔膜壓力表。流量測量儀表流量測量對于強腐蝕性或含有固體顆粒的導(dǎo)電介質(zhì)的流量測量選用電磁流量計。腐蝕性較小、粘度不大的液體測量選取用不銹鋼渦輪流量計。蒸汽、氣體和液體寬量程且管道振動不足以影響儀表正常使用的場合的流量測量選取用旋渦流量計。關(guān)鍵計量儀表選用質(zhì)量流量計。管道內(nèi)徑小于50mm的一般流量測量，一般采用金屬轉(zhuǎn)子流量計。液位儀表按被測介質(zhì)選用單/雙法蘭遠(yuǎn)傳液位變送器，現(xiàn)場液位采用磁翻板液位計。執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥選用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，閥體、閥芯的材質(zhì)按照工藝介質(zhì)選用304或316L，填料采用石墨或聚四氟乙烯填料，對于開關(guān)閥則采用開關(guān)球閥。分析儀器分析儀器選用進口或合資的在線式氣體分析儀。PH值的測量選取用PH計。 集散控制系統(tǒng)（DCS）DCS采用集中監(jiān)視、分散控制的方式對生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)采集、處理及控制，具有很高的安全性。除基本的反饋控制、順序控制、邏輯控制的功能外，DCS還具有串級、前饋、比值、大滯后補償?shù)雀呒壙刂乒δ埽梢赃\用各種運算單元，組成綜合控制算式，實現(xiàn)更復(fù)雜的綜合控制功能。DCS具有完善的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及自診斷功能，使設(shè)備的維護更加容易。操作員站操作員站主要配置高性能主機、大屏幕彩色CRT、單/彩色打印機、工業(yè)鍵盤、光標(biāo)、控制設(shè)備等I/O接口以及大容量存貯介質(zhì)，為用戶提供工藝參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)、動態(tài)流程圖畫面的顯示，檢測控制儀表及運轉(zhuǎn)設(shè)備的顯示操作、實時趨勢記錄、報表顯示打印等操作功能。必要時還選用后備操作器。同時配置網(wǎng)卡后可以與調(diào)度中心聯(lián)系，生產(chǎn)調(diào)度員可以通過網(wǎng)絡(luò)看到生產(chǎn)狀況。控制站主要配置高性能控制單元，各種過程接口及網(wǎng)絡(luò)接口單元，提供現(xiàn)場儀表的供電和隔離。在控制站中實現(xiàn)過程量的數(shù)據(jù)采集，并按組態(tài)要求實現(xiàn)過程的控制，同時把采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到操作站、工程師站及其它控制站?？刂普镜闹骺貑卧?、電源、網(wǎng)絡(luò)接口等均可冗余配置，重要控制回路的過程接口也可冗余配置，以提高系統(tǒng)可靠性。工程師站工程師站提供在線和離線組態(tài)功能，并對DCS本身的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。工程師站也可以由操作員站兼用，通過設(shè)置口令來實現(xiàn)分級操作。 動力供應(yīng)儀表電源各裝置控制室儀表電源取自電氣獨立供電回路，為220VAC，50HZ，DCS電源采用10KVA不間斷UPS電源。5 原料、輔助材料及動力供應(yīng) 主要原料供應(yīng)磷酸，磷酸生產(chǎn)的原料黃磷消耗9520噸/年，為外購。主要原料、輔助材料年耗量見表51。表51 主要原料、輔助材料年耗量序號項 目單位年用量備 注食品級磷酸1黃磷P4≥%萬t2硫化鈉萬t3雙氧水H2O2≥%萬t 動力供應(yīng)動力電本項目年新增用電量為630萬kwh，工廠總變電所現(xiàn)有1000kV