【正文】 高位真空閃蒸冷卻法出去多余熱量。 磷酸工序方塊流程圖 設(shè)備選擇論證 萃取槽的選擇論證反應(yīng)槽是濕法磷酸生產(chǎn)的主體設(shè)備，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，反應(yīng)器已從過去的多臺(tái)串聯(lián)的多槽系統(tǒng)，傾向于單一分解槽的單槽系統(tǒng)，但磷酸反應(yīng)器工藝仍采用多種不同的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在常用的反應(yīng)槽有多漿同心圓單漿單槽，方格多漿單槽，單槳單槽及等溫反應(yīng)器等。單槽多漿反應(yīng)器的回漿量很大、可以避免出現(xiàn)硫酸根含量過高或過低的區(qū)域，有利于形成過濾、洗滌性能良好的石膏結(jié)晶；反應(yīng)器中設(shè)有冷卻裝置、以導(dǎo)出分解反應(yīng)多余的熱量；反應(yīng)器的頂蓋上設(shè)有排氣孔，可以將分解反應(yīng)釋放出的含氟氣體抽入凈化系統(tǒng)。單槳單槽反應(yīng)器，礦粉是從中央喂料管中加入，落入攪拌漿附近的位置，硫酸加到表面攪拌器上設(shè)置的硫酸分布盤上，利用攪拌槳旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力分散到周圍的料將表面。故本次設(shè)計(jì)采用方格多漿單槽反應(yīng)器。 過濾機(jī)的選擇論證濕法磷酸生產(chǎn)中，常用的過濾機(jī)有轉(zhuǎn)臺(tái)式過濾機(jī)、盤式過濾機(jī)和帶式過濾機(jī)三種，前兩種使用最多。轉(zhuǎn)臺(tái)式過濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：①采用螺旋卸料機(jī)卸料，不用翻盤，沒有殘留酸排除，機(jī)械損失少。②不用反復(fù)排渣，能耗??；③斜度大，濾液流速快，生產(chǎn)能力大；④過濾面積?。虎菪矢?，生產(chǎn)成本低等。翻盤式過濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：①連續(xù)能完成加料、過濾、濾餅洗滌、翻盤排渣、濾布沖洗、吸干、復(fù)位等操作；②真空吸濾的方向與重力沉降方向一致；③結(jié)構(gòu)合理；④對(duì)性質(zhì)不同的料漿、可根據(jù)要求調(diào)整最佳轉(zhuǎn)速，使生產(chǎn)能力最大。因此本次設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)臺(tái)式過濾機(jī)過濾機(jī)。 其他設(shè)備的選型（1）換熱器：選用列管式石墨熱交換器，可以組裝成很大的加熱面積。（2）閃蒸室：選用帶有圓錐形體的襯膠容器，可以防止酸沫飛出，減少P2O5的損失。（3）冷凝器：選用多層多孔板式冷凝器，其水汽接觸面積大，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。（4）氟吸收塔：選用旋風(fēng)吸收塔，它具有氣液交換面積大，除沫效率高，好不會(huì)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。（5）循環(huán)泵：一般選用大揚(yáng)程、低壓頭的軸流泵。 工藝操作條件的確定 萃取溫度反應(yīng)溫度的選擇與控制是非常重要的。提高反應(yīng)溫度能加速磷礦的分解，提高分解率，降低液相粘度。同時(shí)磷酸溶液中的硫酸鈣溶解度隨著溫度的升高而增加，并相應(yīng)地降低了過飽和度。這些都有利于粗大晶體的形成，有利于過濾。但是，溫度度過高將導(dǎo)致形成不穩(wěn)定的半水物，甚至生成無水物，使過濾困難。另為，隨著溫度的升高，雜質(zhì)的溶解度也相應(yīng)的增大，影響產(chǎn)品質(zhì)量一般情況下，二水物工藝流程控制的溫度為70～80℃，但是，在實(shí)際生產(chǎn)中影磷酸濃度的因素還很多，應(yīng)視具體情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。本次設(shè)計(jì)的溫度確定為77 ℃。 液相SO3含量液相中SO3的含量也是液相中SO42的濃度也是指溶液中總的SO42濃度，控制硫酸濃度的重要目的是有利于磷礦的分解，硫酸鈣晶核的形成。過低的SO42會(huì)促使硫酸鈣結(jié)晶成為薄片狀難于過濾和洗滌，所以應(yīng)該避免。過高的SO42濃度不但增加了硫酸消耗量，降低磷酸純度。也會(huì)減少硫酸鈣結(jié)晶中HPO42對(duì)SO42的取代作用，從而減少“共晶磷”的損失，降低磷礦的分解率。在生產(chǎn)中，由于使用的磷礦品位與雜質(zhì)含量有所不同，所以要控制的SO42濃度范圍也有差異。通常情況下，磷礦的雜質(zhì)含量越高，相應(yīng)的SO42濃度范圍也越高?！?。 液相P2O5含量理論上，80℃下，二水物法磷酸中五氧化二磷的極限含量約33%P2O5，但在實(shí)際中，當(dāng)用質(zhì)量好的磷礦石時(shí)?？蛇x26～30%P2O5的磷酸；如果采用含鐵、鋁、鎂有害雜質(zhì)較高的中品味磷礦時(shí)，可選擇20～25%P2O5的磷酸，但不應(yīng)低于20%P2O5。 料漿液固比濕法磷酸料漿是由磷酸溶液與磷石膏固體所組成的。常用液相與固相的比值來表示。在實(shí)際生產(chǎn)中，增加料漿中的液相量,既可以加強(qiáng)液體的流動(dòng)，也有利于分解過程的進(jìn)行。然而過多的增大料漿中的液相量，不僅降低了分解槽的生產(chǎn)能力；同時(shí)由于濾液回流量增加，加大了過濾機(jī)的負(fù)荷,使過濾能力下降。另外，在生產(chǎn)操作上。料漿液固比還與料漿的輸送情況有很大程度的關(guān)系。如液固比控制過低，使料漿粘度增高，不利于攪拌和運(yùn)輸，還會(huì)降低反應(yīng)速度。～3：1之間，如果所用磷礦中鎂、鐵、鋁等雜質(zhì)含量高時(shí)，液固比還應(yīng)適當(dāng)提高一點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)取3：1. 回漿回漿也叫循環(huán)料漿，是將大量的料漿送回酸解槽的加礦區(qū)進(jìn)行循環(huán)。是將最后一槽的料漿送到第一槽，如此循環(huán)?；貪{的量與單位小時(shí)生產(chǎn)的料漿量之比稱為回漿倍數(shù)，在單槽系統(tǒng)中，回漿是靠攪拌槳的推動(dòng)作用從最后一區(qū)返回到第一區(qū)，回漿量可在150倍以上。加大回漿倍數(shù)是制得粗大、整齊石膏結(jié)晶的有效措施之一。 攪拌強(qiáng)度濕法磷酸礦粉與硫酸反應(yīng)時(shí)，放出二氧化碳、氟化氫。四氟化硅等氣體，形成大量的泡沫，容易將礦粉顆?！鞍逼饋?，影響分解過程進(jìn)行。因此，只有在強(qiáng)烈的攪拌作用下，才可以改善反應(yīng)條件和結(jié)晶成長(zhǎng)條件，有利于礦粉顆粒表面更新和消除局部游離硫酸濃度過高，對(duì)防止“包裹”現(xiàn)象和消除泡沫影響均起積極作用，但攪拌強(qiáng)度也不宜過高，以免晶體被打碎。當(dāng)然，酸解槽各區(qū)因反應(yīng)的情況不一樣，對(duì)攪拌的要求也不一樣。加礦區(qū)、硫酸區(qū)及回漿區(qū)對(duì)攪拌的要求要高。最好采用強(qiáng)度較高的透平漿，線速度5～7m/s。其余各區(qū)采用傾斜平板漿。 反應(yīng)時(shí)間磷礦粉被硫酸和磷酸混合液的分解速率是非常迅速的，有實(shí)驗(yàn)表明，～，反應(yīng)時(shí)間分別為8h、6h及5h，%、%%，幾乎沒有差別。在濕法磷酸生產(chǎn)中，反應(yīng)時(shí)間的實(shí)際含義是指物料在分解槽內(nèi)的停留時(shí)間。縮短反應(yīng)時(shí)間，每小時(shí)加入的礦粉、硫酸就會(huì)按比例增加。這樣就會(huì)增大反應(yīng)液相的過飽和度，影響石膏的結(jié)晶過程，從而無法獲得易過濾的石膏結(jié)晶。反應(yīng)時(shí)間影響著工廠生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它與分解槽容積的利率、工廠的生產(chǎn)能力、消耗功率以及過濾強(qiáng)度等密切相關(guān)。二水物工藝流程一般選用4～5小時(shí)，本次設(shè)計(jì)反應(yīng)時(shí)間取5小時(shí)。 礦粉細(xì)度降低顆粒的直徑有利于提高磷礦的分解速度。但是礦粉過細(xì)也不合適。因?yàn)榈V粉過細(xì)不但增加了動(dòng)力消耗，而且由于加礦區(qū)反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致該區(qū)硫酸鈣的過飽和度增加，使槽內(nèi)過飽和度的均勻程度降低，不利于結(jié)晶的形成。如果顆粒過細(xì)，還可能產(chǎn)生分散性泥質(zhì)的不良影響，使得濾布和濾餅孔隙堵塞，嚴(yán)重影響過濾。二水物法磷酸生產(chǎn)中，礦粉細(xì)度一般為85%～90%。 過濾的操作條件過濾真空度過濾區(qū)：（～）104Pa洗液各區(qū)：（～）104Pa濾布及濾盤吸干：104Pa濾餅厚度：25～50mm過濾機(jī)轉(zhuǎn)速：3～5min/r洗滌溫度：≦60℃濾餅液含量：﹤45%（干基）洗滌效率：﹥%[17]過濾能力：500～600kg（干渣）/m2h濾液濃度：%177。%P2O5,177。三洗液濃度：﹤1～%P2O5，比重﹤ 控制點(diǎn)的說明萃取槽的多余溫度由低位閃冷器移走，流量安裝流量控制閥控制流量，通過溫度顯示儀表、壓力顯示儀表和控制閥等顯示其數(shù)據(jù)。即物料經(jīng)過預(yù)熱器進(jìn)入反應(yīng)槽，通過改變進(jìn)入反應(yīng)槽的物料溫度，從而達(dá)到控制反應(yīng)槽內(nèi)物料的溫度。另外再安裝控制閥，控制進(jìn)料的流量。過濾機(jī)利用換熱器控制溫度在60℃，用壓力顯示儀表將過濾真空度控制住（～）104Pa，洗滌真空度控制在（～）104Pa，104Pa。3 工藝計(jì)算 物料恒算 工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (1) 磷礦組成 磷礦組成表組分 P2O5 CaO Fe2O3 Al2O3 MgO CO2 SO3 SiO2 Na2O K2O F 其他 % (2) 硫酸:選濃度為98%的H2SO4.(3)反應(yīng)部分工藝數(shù)據(jù)① 磷礦漿的含水率取35%(濕基)② %③ 率餅的含液量(濕基) a第一次過濾50% b第二次過濾40% c第三次過濾35% d第四次過濾29%(4) 第二次過濾后水溶性P2O5殘留率R1==R2==(5)過濾部分工藝數(shù)據(jù)① 成品磷酸主要組成：%；游離H2%。② %。③%。(6) 磷礦中次要組分在反應(yīng)過程中的分配如下 磷礦中次要組分在反應(yīng)過程中的分配表組分 CO2 F Fe2O3 Al2O3 MgO Na2O SiO2 K2O 其他 率酸%╱ 7091829820101368石膏%╱13918280868732氣相%100170000400以1000kg磷礦(干基)為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算1000kg(干基)，磷礦漿量: 成品磷酸量為： 折算小時(shí)磷礦消耗量為： 干基量： 礦漿量： 硫酸用量(1) 假定磷礦中的MgO全部以MgCO3的形式存在。多余的CO2以CaCO3的形式存在。礦中的F及P2O5分別以Ca5F(PO4)3及CaF2的形式存在。MgCO3與H2SO4反應(yīng)生成MgSO4，而MgSO4在磷酸溶液中呈離子狀態(tài)，因此計(jì)算成品磷酸中游離硫酸時(shí)將MgSO4計(jì)入，而計(jì)算硫酸消耗時(shí)不再列入。假定成品磷酸中不含Ca2+。（2）計(jì)算1000Kg磷酸礦中各種Ca的量。Ca5F(PO4)3的量 的量： 的量： 的量： (3) 各種鈣鹽消耗硫酸量： Ca5F(PO4)3的消耗量 CaF2的消耗量： CaCO3的消耗量： (4)成品酸中的游離硫量 (5) 磷礦中含SO3折算成Ｈ2SO4量 (6)消耗硫酸總計(jì) 折算成SO3的量為： 成品磷酸組成(1)成品磷酸中個(gè)組分量P2O5： SO3： Fe2O3： Al2O3 ： SiO2： K2O： Na2O： MgO： F： 其他： (2)總磷酸量：247。%= kg(3)成品磷酸中水的計(jì)算在磷酸中的水可分為自由水和結(jié)合水兩種。結(jié)合水的計(jì)算采用陰陽離子平衡方法。非金屬和其他氧化物（陰離子組）： SO3 SiF4 F等。金屬及其他氧化物（陽離子組）：Fe2O3 Al2O3 MgO Na2O K2O等。判斷F與Si是否平衡，首先判斷磷酸中F與Si是否平衡。如果是Si過量，則酸中F以SiF62的形式存在，多余的Si以SiO2的形式存在。如果是F過量，則酸中Si全部以 SiF62的形式存在，多余的F以F形式存在。 =＜ 說明F過量。陰離子組 物質(zhì)的量： P2O5： SO3： SiO2： F： )]小計(jì)： 陽離子組物質(zhì)的量：Fe2O3: Al2O3： MgO： 假設(shè)Na2O、K2O及其他物質(zhì)的量均用Na2O的值代替小計(jì)： 結(jié)合水量： kg由于在計(jì)算干物質(zhì)時(shí)以氧原子代替SiF6F等形式等量的氧為： SiO2→SiF6→OF→O 小計(jì) ： 總干物質(zhì)的量：++++++++++= kg自由水量：= kg（4）成品磷酸組成：組分 P2O5 Fe2O3 Al2O3SiO2 F MgO Na2O K2O SO3 其他 結(jié)合水 自由水% 以上合計(jì) % %，總計(jì)100% 磷石膏組成（1） 磷石膏的組成量（kg）CaO： P2O5： SO3： Fe2O3： Al2O3： SiO2： Na2O： MgO： K2O： F： 其他： 結(jié)晶水： （2） 干物質(zhì)中扣除與F相當(dāng)?shù)难醯奈镔|(zhì)的量為：F→O （3） 干物質(zhì)總量為：+++++++++++= kg（4） 磷石膏的組成 磷石膏的組成表組成P2O5 CaO SO3 Fe2O3 Al2O3 SiO2 MgO Na2O K2O F 其他 結(jié)晶水 % ，總計(jì)100 反應(yīng)料漿量.已知料漿含固量為33%所以料漿量：kg 反應(yīng)過程中排出氣體的量排出氣體含COHF、SiF4和H2O。各組分的量分別為：CO2： kgSiF4： kgHF： 反應(yīng)槽排出的水與閃蒸冷卻蒸發(fā)水的計(jì)算， kg 回磷酸量及其組成對(duì)反應(yīng)槽進(jìn)行物料衡算，則有回磷酸量+磷礦漿量+硫酸量=磷酸料漿量+反應(yīng)過程中排出的氣體量+閃蒸冷卻水量+反應(yīng)槽蒸發(fā)水量回磷酸= 對(duì)反應(yīng)槽進(jìn)行P2O5再平衡 熱量恒算 顯熱熱量平衡計(jì)算的溫度基準(zhǔn)：20℃磷礦漿： （3520）= KJ濃硫酸： （5020）=