【正文】 在 454～ 523℃條件下，與為理論量 120%～ 130%的空氣混合，使磷蒸汽和磷化氫氣體氧化，而 CO 僅氧化了 %～ 7%，然后用稀磷酸吸收磷酸酐制成熱法磷酸，此法尚未工業(yè)化。 窯法磷酸 最近美國西方研究公司為了進一步減少電耗，研究在以油為燃料的旋轉(zhuǎn)窯中，用磷礦石、焦炭、和硅石的混合物生產(chǎn)熱磷酸，在旋轉(zhuǎn)窯中有兩個性質(zhì)完全不同的區(qū)域：在底層的還原區(qū)中球狀的反應(yīng)物料用碳將磷還原并升華出磷蒸汽；在固體層上的磚窯空間為氧化區(qū)，在這里升華出的磷蒸汽被氧化燃燒生成五氧化二磷，再將含 P2O5 的熱爐氣送入吸收裝置冷卻，吸收制成熱法磷酸。西方研究公司僅在爐內(nèi)進行過數(shù)次開發(fā)性研究，在窯體內(nèi)嚴(yán)格分開氧化和還原區(qū)域使一項有待進一步開發(fā)的難題。塔中流出的磷酸濃度微微 86%～ 88% H3PO4，酸的溫度約為 85℃，出酸量為總量的 75%。電除霧器流出的磷酸濃度 75%～ 77%H3PO4，其量約為酸總量的 25%。后再在淋灑冷卻器冷卻到30～ 35℃ .一部分磷酸送至燃燒水化塔作為噴灑酸 。 熱法磷酸不僅比濕法磷酸濃度高，而且產(chǎn)品較純，但電耗高。 綜上分析可知選用是法制磷酸比較符合目前的發(fā)展?fàn)顩r，尤其是二水法制磷酸。 濕法磷酸生產(chǎn)的理論基礎(chǔ) 用酸（硫酸、硝酸、鹽酸等）分解磷礦制得的磷酸統(tǒng)稱濕法磷酸。即對應(yīng)的方法是無水物法、半水物法、二水物法。 磷礦中所含的雜質(zhì)能與酸作用，發(fā)生各種副反應(yīng) ，如碳酸鈣悲酸分解生成硫酸鹽和磷酸鹽，并放出二氧化碳。用二水物法生產(chǎn)磷酸時，靠對流、輻射、熱傳導(dǎo)和水分蒸發(fā)等方式的自然熱損失不能消除過剩熱量，因此應(yīng)采用空氣冷卻或真空冷卻等方法以除去過剩熱量。濕法磷酸的生 產(chǎn)工藝指標(biāo)主要是保證達到最大的 P2O5 回收率和最地的硫酸消耗量。在分離部分則要求硫酸鈣晶體粗大、均勻穩(wěn)定過濾強度高和洗滌率高，盡量減少水溶性 P2O5 損失。 （ 1） 液相 SO3濃度 液相 SO3濃度是操作控制中的一個重要因素，它表示液相中游離硫酸的含量。 一般認(rèn)為，按二水物法制濕法磷酸時， SO3控制在 ～ ；按半水物法操作時控制在 ～ g/，操作控制的 SO3 范圍也有一些差異，應(yīng)根據(jù)實驗情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 （ 2） 反應(yīng)溫度 反應(yīng)溫度的選擇和控制是非常重要的，提高反應(yīng)溫度能加速反應(yīng)、提高分解率、降低液相粘度；同時又由于溶液中硫酸鈣溶解度隨溫度升高而增加，并相應(yīng)的降低過飽和度 ，這些有利于形成粗大晶體和提高過濾強度。而且隨著溫度的升高，雜質(zhì)溶解度也相應(yīng)增大，勢必影響產(chǎn)品質(zhì)量。半水物流程一般為95～ 105℃ .在生產(chǎn)上多采用空氣冷卻或真空閃蒸冷卻以除去料漿中過多的熱量，并要求在生產(chǎn)操作中溫度波動幅度不大。因此反應(yīng)料漿中 P2O5 濃度穩(wěn)定，可以保證硫酸鈣溶解度變化不大和相應(yīng)的過飽和度穩(wěn)定，這在濕法磷酸生產(chǎn)控制 中也很重要。一般在二水法流程中，當(dāng)操作溫度控制在 70～ 80℃范圍內(nèi)，料漿中 P2O5濃度為 25％～ 30％；含雜質(zhì)較多的磷礦料漿中 P2O5濃度為 22％～ 25％。 （ 4）反應(yīng)料漿中固體物的濃度 反應(yīng)料漿中固體物的濃度既是料漿的液固比。提高液相含量會改善操作條件；但液固比過大會降低設(shè)備生產(chǎn)能力。 （ 5）回漿 返回大量料漿可以提供大量晶種，并可以防止局部游離硫酸濃度過高可以降低過飽和度和減少新生晶核量，這樣。在實際生產(chǎn)操作中，回漿量一般為形成料將加入物料量的 100～ 150 倍。 （ 7） 料漿的攪拌 攪拌可以改善反應(yīng)條件和結(jié)晶成長條件，有利于顆粒表面更新和消除局部游離硫酸濃度過高，對防止包裹現(xiàn)象和消除泡沫起一定作用。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第三章 濕法磷酸生產(chǎn)流程 及主要設(shè)備 生產(chǎn)流程及主要設(shè)備 濕法磷酸包括酸解和過濾兩個主要工序。酸解得道德磷酸和磷石膏的混合料漿用料漿泵送值班室過濾機進行過濾分離。酸解曹排出的含氟氣體通過文丘里吸收塔用水循環(huán)吸收。凈化尾氣經(jīng)排風(fēng)機和排氣筒排空。濾餅采用三次逆流洗滌流程沖洗過濾機濾盤及地坪的污水送至污水封閉循環(huán)系統(tǒng)。 濾液磷酸經(jīng)濾液泵，一部分送至磷酸中間槽儲存。另一部分返回一洗液格內(nèi)。二洗液和三洗液分別經(jīng)二洗液泵和三洗液泵返回過濾機逆流洗滌濾餅。水環(huán)真空泵的壓出氣則送至過濾機作反吹石膏渣卸。此外還要計算料漿量、排出廢氣量、各次洗液量等。 磷酸組成為： 組分 P2O5 SO3 Fe2O3 Al2O3 MgO F ％ b 逸出廢氣 C2 （ a） CO2 100*％＝ ㎏ 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積 V CO2＝ *＝ 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 酸解 系統(tǒng) (b) F 100*％ *3％＝ ㎏ 折合 SiF4 *104/76= ㎏ 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積 V SiF4=* (c) 水汽 100*＝ ㎏ 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積 V 水汽 ＝ *＝ m3 C2＝ ++20= ㎏ 標(biāo)準(zhǔn)狀況下廢氣的體積 ＋ ＋ ＝ m3 c 機械損失 ％ C3＝ *％ /22％＝ ㎏，其中 P2O5 ㎏ d．磷石膏 (a)石膏值 =172/56+= (b)濕石膏量（含濕量 25% C4=()= 其中液相 45kg 總出料量： ∑C=C1+C2+C3+C4=+++= ∵ ∑C=∑J,即 +J3= ∴ 加水量 J3== ② 酸解系統(tǒng)平 衡 磷礦 廢氣 H2SO4 稀磷酸 酸解料漿 a． 磷礦 J1=100kg b． 硫酸 J2= c． 稀磷酸 J3=? a． 廢氣 C1= b． 料漿 已知磷礦石膏值為 ，料漿液固比為 3： 1 ∴ 生成料漿量 C2=(1+3)= 其中固相 ，液相 出料總和 ∑C=C1+C2=+= ∵ ∑C=∑J,即 +J3= ∴ 返回系統(tǒng)稀磷酸 J3== ③ 過濾系統(tǒng)平衡 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 過 濾 成品磷酸 料 漿 濾 餅 機械損失 配酸用濾液 A．進料 酸解料漿 J= B．出料 a．成品磷酸 C1= b．過濾濾餅（含水分 45%） C2=()= 其中固相 ，液相 c．機械損失 C3=（磷酸） d．用于配酸用的溶液 C4=？ 出料總和： ∑C=C1+C2+C3+C4 =+++C4=+C4 ∵ ∑C=∑J,即 =+C4 ∴ C4== ④ 二次洗滌平衡 A．進料 a．洗水 J1= b．一洗石膏（含水分 35%） J2=()= 其中固相 ，液相 B．出料 a．二洗石膏 C1= b．二洗液 C2=? 出料總和 ∑C=C1+C2=+C2 ∵ ∑C=∑J,即 =+C2 ∴ 二洗液 C2== ⑤ 一次洗滌平衡 A．進料 a．過濾濾餅 J1= b．二洗液 J2= 進料總和 ∑J=J1+J2=+= B．出料 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 a．一洗濾餅 C1= b．一洗液 C2=？ 出料總和 ∑C=C1+C2=+C2 ∵ ∑C=∑J,即 =+C2 ∴ 一洗液 C2== ⑥ P2O5平衡 A．磷礦中 P2O5量 = B．石膏中 P2O5 不容量 =（ 196%） = C．酸解料漿中的 P2O5 水容量 =40522%= D．返回稀磷酸中的 P2O5 水容量 =+= 返酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) =100%=% E．成品酸中 P2O5 水容量 =22%= F．配酸用濾液濃度與成品酸相同，所含的 P2O5 水容量 =22%= G．過濾濾餅液濃度與成品酸濃度相同，所含的 P2O5 水容量 =22%= H．一洗液中含 P2O5 水容量 =返酸中 P2O5 水容量 －配酸濾液中 P2O5 水容量 == I．一洗液質(zhì)量分?jǐn)?shù) =100%=% J．二洗液中 P2O5 水容量 =2%= K．一洗濾餅中 P2O5 水容量 =+= 二洗濾液中 P2O5 水容量 == （ 1） 列出總物料平衡表并畫出物料平衡圖 生產(chǎn)中，以小時物料量為基準(zhǔn)比較實用。 先算出裝置每小時成品磷酸成品磷酸產(chǎn)量：（ 20200103） /(300)=2963 kg 由于以 100kg 磷礦為基準(zhǔn)可得成品磷酸 ，所以換算為上列無聊時的系數(shù)為：2963/= 將物料平衡中的各項均乘以系數(shù) ，即得以小時物料量為基準(zhǔn)的物料平衡。以 小時物料量為基準(zhǔn)的物料平衡列于 表 1并繪 于 2 上。熱量衡算的參考溫度選為 0攝氏度。忽略標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱（ 25℃ ， ）與參考溫度下的反應(yīng)熱（ 0℃ ， ）之間的差別。 P2O5： （ 1000） /142= CaO： Fe2O3： 27/160= 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 Al2O3： MgO： CO2： F： Ai： （以 SiO2 計） 將以上結(jié)果列表如下： 組分 P2O5 CaO Fe2O3 Al2O3 CO2 F MgO Ai % mol/kg礦 將化學(xué)分析結(jié)果按礦中可能存在的化合物形式組成各種化合物，并計算各物質(zhì)的量。磷礦中 P2O5相當(dāng)于 1mol Ca5F(PO4)3，故 Ca5F(PO4)3=② CaF2。因 1molMgO 相當(dāng)于 1mol MgCO3,1kg 礦中含 ，故 MgCO3= ④ CaCO3。各種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱均寫在反應(yīng)式中該物質(zhì)的下方。2 H2O（ s） +3H3PO4（ 30%） +HF（ aq ） 52023 31292 316 △ H○1= (52023+31292+316)(6872581510286) =500kg/mol Ca5F(PO4)3 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 ② CaF2 ( s )+ H2SO4（ 98%） +2H2O（ 1） → 1215 815 2286 5CaSO42 H2O（ s） 21871 △ H○4=21871( 82421292286)=48 kJ/mol Fe2O3 ⑤ Al2O3 (s )+ 2H3PO4（ 30%） + H2O( l ) → 1610 21292 286 2Al PO42 H2O（ s） + CO2（ g） 2023 394 △