年產25000噸P2O5濕法磷酸工藝設計

1、淮 海 工 學 院專業(yè)設計報告書 題 目： 25000噸/年P2O5 濕法磷酸廠工藝設計 系（院）： 化學工程學院 專 業(yè)： 化學工程與工藝 班 級： 姓 名： 學 號： 2010年 12月 16 日設計任務書一、設計題目： 25000 噸/年P2O5濕法磷酸廠工藝設計。二、設計條件：1、 原料磷礦的主要成分（%）：P2O5 29.39 F 3.18 CaO 49.34 Fe2O3 1.58 Al2O3 1.42 A·I 2.77 CO 2.35 SiO2 2.67 MgO 0.42、 硫酸用量：為理論用量的102%3、硫酸濃度：含H2SO4 98%4、轉化率：98.6%5、洗滌效率

2、：98.7%6、料漿液固比：2.47、成品稀磷酸濃度：含P2O5 32%8、氟逸出率（%）：二水法：1.46半水法：45。9、機械損失（P2O5）： 3 % 。10、水份蒸發(fā)量（以100kg磷礦為基準）： 17.53 kg；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 68.56 一次洗滌后濾餅43.66 二次洗滌后濾餅26.27 三次洗滌后濾餅10.3212、洗液濃度（P205）%：一次洗液22.8 二次洗液5.5三次洗液2.313、返回淡磷酸的溫度（）；6114、萃取槽排出料漿的溫度（）；7515、萃取槽排出廢氣的溫度（）；5516、料漿循

3、環(huán)比：6917、磷灰石分解率（%）99.118、萃取槽排出廢氣的相對濕度：.9319、料漿在萃取槽中的停留時間： 6 小時。20、料漿的密度（kg/m3）:155021、夏季最高月平均溫度（）:3022、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±時取1300-2800Pa。24、過濾機漏氣量：1.35m3/m2·min（按過濾機總面積計算）。25、原料硫酸溫度：22；26、過濾常數(shù)：qe=0.94m3/m2；K過濾=5.25；K一洗=3.42。27、洗液粘度：一洗=1.6×10-3Pa·s， 二洗

4、=1.2×10-3Pa·s， 三洗=1.1×10-3Pa·s。28、密度：成品磷酸1260kg/m3,一洗液1210kg/m3，二洗液1060kg/m3，三洗液1020kg/m3目 錄1 緒論 11.1設計任務的依據(jù)及產品概況 11.2建廠地理位置概況 11.3廠址的選擇依據(jù) 21.4產品方案和技術指標 42總圖運輸 52.1概述 52.2總平面布置 52.3豎向布置 63工藝設計 63.1生產工藝綜述 63.2生產方法和工藝流程的選擇與評述 63.3工藝過程的物料和熱料衡算 93.4主要的設備選型計算 143.5附屬設備的選型與計算 174自動控制要求

5、 184.1控制水平和范圍 184.2儀表選型 184.3復雜控制系統(tǒng) 185給、排水要求 185.1概況 185.2設計范圍 185.3給水 185.4循環(huán)水 195.5排水 196環(huán)境保護要求 196.1廢氣治理 196.2廢水治理 196.3廢渣治理 197廠化驗室要求 20結論 21致謝 22參考文獻 23附圖圖1帶控制點的工藝流程圖圖2 萃取槽圖3 物料平衡圖第23頁 共23頁1 緒論1.1 設計任務依據(jù)及產品概況本設計是根據(jù)淮海工學院化學工程系下達的畢業(yè)設計任務書，即年產25000 t P2O5濕法磷酸生產工藝設計，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

6、含有一些雜質，因而濕法磷酸一般呈灰色，視雜質含量的多少其灰色或深或淺。濕法磷酸主要用于生產重過磷酸鈣和磷酸銨類肥料，還可以用來生產各種工業(yè)磷酸鹽及磷飼料1。1.2 建廠地理位置概況本設計中廠區(qū)在海州區(qū)內，地理位置優(yōu)越，靠近連云港新浦市區(qū)，臨近連云港港口，廠區(qū)內可設置鐵路專用線與東隴海國鐵接軌，有優(yōu)越的運輸條件。1.2.1 氣象條件連云港的海州區(qū)屬暖溫帶向亞熱帶過度的季風海洋性氣候地帶，年平均氣溫為14，最冷月份為1月，最熱月份為7月。年降雨量為1000mm左右。無霜期為220天左右。四季分明，氣候宜人。根據(jù)連云港新浦氣象臺的觀測記錄其具體的氣象特征如下氣溫：年平均氣溫 14.7最高氣溫 40(

7、8月)最低氣溫 -18.1(2月)氣壓：年最高氣壓 1016.7 Pa最高月平均氣壓 1026.9 Pa(1月)最低月平均氣壓 1003.3 Pa(7月)相對濕度：最高月平均相對濕度 82(7月)最底月平均相對濕度 64(34月)降雨量：年平均降雨量 93.69 mm最大降雨量 264.4 mm 蒸發(fā)量： 一般為降雨量的1.62.3倍 凍結深度：湖塘凍結深度為20 cm土壤凍結深度為30 cm風向：常年主導的風向為東南鳳，風頻為12310月以東南風為主11月次年3月以北、東風為主風速：最大風速 29.8m/s(5月)常風速 56m/s 1.2.2 交通運輸鐵路： 有鐵路專用線通往連云港，可根據(jù)

8、當?shù)貙嶋H情況配置裝卸線，并在廠區(qū)旁邊設有一個分支，便于把空的裝料箱運走，把生產成品運出。公路： 廠區(qū)鄰近公路路面寬敞，可容納兩輛裝運卡車并排而行，路面結構為水泥路，交通便利。水路： 廠區(qū)不僅臨近薔薇河、鹽河，且濱臨黃海，水路的運輸能力很好，在各個季節(jié)，行道寬度、水深變化情況不大。通過水路運輸，在碼頭卸貨，再通過公路運輸?shù)竭_廠區(qū)。 1.2.3 水源、能源水源充足，廠區(qū)濱臨黃海，臨近薔薇河、鹽河，在廠區(qū)附近有供電站，能源供應方便。水：水質： 濁度20mg/L水壓： 0.3 MPa水量： 常態(tài)81.2 t/h；最大139 t/h；消防54 t/h 用電設備臺數(shù)：149臺蒸汽：壓力： 0.2 MPa(

9、表壓) 0.7(表壓)氣量： 8 t/h1.3 廠址的選擇依據(jù)廠址的選擇是工業(yè)基本建設的一個重要環(huán)節(jié)。廠址選擇工作的好壞對工廠的建設進度、投資數(shù)量、經濟效益以及環(huán)境保護等方面會帶來重大的影響。1.3.1 地理位置、地形地貌國家四大磷礦之一的錦屏磷礦位于海州區(qū)，其地形以平原為主，境內地勢低平，平原高山齊觀，河湖丘陵、灘涂俱備，平均海拔為5m。錦屏山馬耳峰海拔為427.7m，為全區(qū)最高。平原占總面積80。地區(qū)南側有錦屏山、白虎山，東部有較著名的孔望山、石棚山等。境內河流縱交錯，水陸交通便利，連云港白塔埠機場距海州25km，有飛往上海、廣州、廈門、北京、沈陽等地的航班。南面是與灌云縣交界的泊陽河，向

10、東直通黃海。城西有全市最大的薔薇河。1.3.2 水文、地質條件潛表地下水初見水位一般，適宜建造廠房，地質堅硬，對混凝土基礎無腐蝕性。無洪水，泥石流，滑坡等危害，地震基本烈度符合化學工廠選址的原則。1.3.3 原材料的供應與產品貯存、運輸條件原材料：(1)磷礦中國磷礦資源比較豐富。全國26個省(區(qū))有磷礦產出。探明儲量的礦區(qū)有412處，總保有儲量礦石152億噸，居世界第2位。從分布看，以湖北、云南為多，分別占22%和21%；貴州、湖南次之。以上4省合計占全國儲量的71%。我國重要磷礦床有云南昆陽磷礦、貴州開陽磷礦、湖北王集磷礦、湖南瀏陽磷礦、四川金河磷礦、江蘇錦屏磷礦等。磷礦礦床類型以沉積磷塊巖

11、型為主，儲量約占80%；多為磷灰石礦床、沉積變質型磷礦床次之；鳥糞型磷礦探明儲量極少。我國磷礦的成礦時代主要為震旦紀和早寒武世，前震旦紀、古生代也有磷礦產出?！昂Ｖ菔健绷椎V。分布于海州至大浦一帶，主要工業(yè)礦體集中在錦屏、陶灣、新浦、大浦、顧莊等地，王寨、小李莊、穆跳、新浦南部也有礦點。 海州式磷礦礦體形態(tài)呈層狀、似層狀、透鏡狀，產于大理巖、云母片巖中，與圍巖呈過渡關系，規(guī)模大者斷續(xù)長2000m多，一般長200800m。礦體延深550 m多，平均厚度23m。礦石品位較高，含P2O5一般在13.2224.18%，最高達29.82%。(2)硫酸本設計采用濃度為98%H2SO4，由火車送來，卸車后貯存

12、在硫酸大罐中，經泵送至本裝置硫酸計量槽內。(3)成品包裝袋采用規(guī)格為50kg的編織袋，外購。(4)原料需要量名稱及規(guī)格 單位 每小時量磷精礦(P2O5 ：29.39%) t 13.35硫酸(98% H2SO4 ) t 12.78包裝袋(50kg/個) t 2裝置的運輸量：運入：磷礦 90122.6t/y硫酸 80993.2t/y 包裝袋 13500只/y運出：磷酸（P2O5計） 25000t/y 磷石膏 139149.3t/y1.3.4 原材料的供應與產品貯存、運輸條件廠區(qū)布置如圖（附后）21.3.5 “三廢”治理(1)廢氣磷礦中含有F約3.18%，在磷礦萃取反應時，氟的分布因磷礦種類及所用的

13、工藝不同而有所不同，以二水法為例，呈氣態(tài)逸出的氟約占磷礦含氟量的212%，留在磷酸中的約為2075%，石膏中約占磷酸含氟量的1525%，排出的氟的形態(tài)，主要以四氟化硅(SiF4)存在，排出的氣量同反應熱的排出方式有關。萃取反應排出的含氟尾氣，在吸收器內用水將四氟化硅(SiF4)吸收生成氟硅酸溶液，然后送污水處理站處理，經洗滌后的尾氣由排氣筒放空。(2)廢水磷酸生產中當濾盤翻轉傾倒石膏后，殘存在濾盤濾布上的磷石膏需用水沖洗，以使濾布再生。沖洗后產生含有少量磷石膏的含P2O5,F的污水，將污水封閉循環(huán)使用，即將沖洗濾盤后的污水通過稀漿槽經旋流器將少量顆粒較大的磷石膏先行分離進入稠漿槽，含有細小磷石

14、膏顆粒的漿液(沉降速度很慢)，由漩流器頂部流出流入混合槽，在此加入已配制好的絮凝液，使污水中的石膏細顆粒形成絮團狀沉降，然后進入沉降槽進行第二次分離。由底部流出的稠漿也流入稠漿槽。清液(含顆粒200mg/Kg的液體)溢流至清液槽。該清液繼續(xù)用來沖洗濾盤的濾布，循環(huán)使用。而一、二分離后所得的含P2O5、F及含石膏固相達2535%的稠漿，用泵送至過濾機的二洗區(qū)，由于此時濾盤上已有一定厚度的濾餅，故稠漿中的石膏會覆蓋在濾餅的表面，而含P2O5、F的污水進入磷酸液相系統(tǒng)。這一技術不但不外排含P2O5、F的污水，節(jié)省了新鮮水用量而且還使污水中的P2O5進入磷酸成品中，提高了磷酸生產P2O5總收率。當磷酸

15、裝置剛開車或生產不正常需要排出含P2O5,F的污水時，可進入廢水收集池，待生產正常后，適當減少進入文丘里吸收塔的水量，而將廢水收集池中的污水慢慢補充入清液池，就可做到污水不外排。(3)廢渣萃取磷酸過濾機排出的磷石膏是推存還是綜合利用，往往是大，中型磷酸項目建設的重大研究內容之一。因為磷石膏排放量大，常年堆存不但占用大量土地，耗用巨額資金，而且處理不好會于推存過程造成水溶性P2O5,F對環(huán)境的污染。排放磷石膏最簡單的方法是把石膏用水調成稀漿(一般石膏10%)，再把石膏漿經泵送到水流量大的河流或海洋里。為加大經濟收入，磷石膏堆放在廠區(qū)內，由卡車送出外賣，磷石膏可以制成熟石膏、石膏板、水泥緩凝劑及石

16、膏磚等建筑材料。1.4 產品方案和技術指標等1.4.1 產品的方案及建設規(guī)模(1)產品名稱：磷酸副產品：磷石膏(2)設計規(guī)模：磷酸, 25000 t(P2O5計)(3)產品規(guī)格：磷酸，P2O5約32%1.4.2 設計指導思想(1)技術方案的選擇在已學知識的基礎上，力求先進，運行可靠，護理，維修方便，以期取得較好的經濟效益。(2)磷酸的主要設備立足于國內自己開發(fā)，制造，運行可靠。(3)貫徹工廠布置一體化，部分裝置露天化，建(構)筑物輕型化，公用工程社會化，引進技術國產化等“五化”原則，以求達到節(jié)省投資和用地之目的。1.4.3 生產方法和主要技術方案本設計萃取磷酸采用二水物流程。萃取磷酸的生產，由

17、于反應生成硫酸鈣結晶中的水合物形成不同而有多種流程，其中二水物流程比較成熟，而且對磷礦的品位和類型的適應性較廣，因而在國內外獲得廣泛的采用。本設計的萃取磷酸的生產采用傳統(tǒng)的二水物流程。 1.4.4 操作制度本裝置磷酸每天三班連續(xù)操作，每年運行300天，每天運行22.5h即每年運行6750h。大修一次：30天中修三次：15天，每次5天小修十次：20天，每次2天1.4.5 存在問題及建設在磷石膏的長期堆積處，天然鈾系列放射性元素和其他雜質嚴重影響了環(huán)境也阻止了石膏本身的使用。2 總圖運輸2.1 概述錦屏鎮(zhèn)屬近郊區(qū)，位于風景秀麗的錦屏山南麓。歷史悠久，古跡眾多，資源豐富，交通便捷，東臨運輸繁忙的東鹽

18、河，西傍景色如畫的薔薇河地理位置十分優(yōu)越，距市政府所在地5km，距連云港市民航機場8km，距中國八大港口之一連云港港口20km，連徐、同三高速公路交匯于此，東隴海鐵路延伸至鎮(zhèn)區(qū)。全鎮(zhèn)面積56.6km2，轄10個行政村，總人口3.5萬人。工廠位于西礦區(qū)東南200m左右，西2km為礦區(qū)總部，及選礦廠，家屬區(qū)等，西臨磷肥廠，東臨木材廠，北有飼料廠，南有通往連云港之鐵路專用線，北南緊臨廠區(qū)均為西礦井之職工宿舍區(qū)，并有礦區(qū)通往連云港公路在此通過。廠區(qū)地形平坦，最高為5.2m，最低為4.8m左右，鐵路軌頂標高6.396.44m之間，故廠區(qū)低洼，經常積水，為保證雨天不積水，廠區(qū)標高需抬高到5.66.0m。2

19、.2 總平面布置從工廠的組成、運輸、氣象及地質等情況，共排三個方案，均以磷酸為主體，其他輔助裝置圍繞磷酸裝置布置，經過比較差異不大，僅是物料輸送皮帶機的長短和管線長短而已，最終經過比較確定此方案為初步設計總平面布置，該方案的特點是物料輸送距離最短，主廠房布置在地質條件較好之地段，污水處理站和污水排放泵房布置在磷酸廠房東側，有利于污水排放。外來硫酸的裝卸站臺及罐區(qū)緊臨鐵路，且于磷酸裝置硫酸中間罐區(qū)僅一路之隔，磷礦庫在磷酸廠北側，因磷精礦用汽車運輸入廠，這樣汽車運距短，不用穿過廠區(qū)，僅磷石膏需用汽車運至尾礦堆場，而磷石膏堆放根據(jù)工藝要求只能布置在磷酸廠房南面，緊臨鐵路，如果磷石膏的有了新的開發(fā)和利

20、用可以直接用火車運走。2.3 豎向布置由于原廠區(qū)比較低洼，經常的積水，為了保證廠區(qū)自身的廢水和雨水方便的排放，廠區(qū)標高必須由原來的4.85.2m抬高到5.66.0m，廠區(qū)需填土近3萬立方米。3 工藝設計3.1 生產工藝綜述本設計采用錦屏精選礦及外購商品硫酸制成濃度約為32% P2O5的稀磷酸。3.2 生產方法和工藝流程的選擇與評述磷酸的基本生產方法有熱法和濕法。熱法是以黃磷為原料，使之在過量的空氣中燃燒再水合而制得。其特點是產品純度高，可得到食品級、試劑級的磷酸；缺點是成本高。而濕法磷酸是由酸性較強的無機酸分解磷礦而得。其優(yōu)點是成本低；缺點是產品的濃度低，雜質含量高，提純困難。目前世界各國大多

21、采用濕法，并不斷研究濕法磷酸的提純技術以達到以較低的生產成本制得純度較高的磷酸。本設計采用濕法磷酸。3.2.1 濕法磷酸工藝流程3濕法磷酸生產中，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。(1)二水物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CaSO4·2H2O)形式沉淀的工藝流程稱為二水物流程，反應式如下：Ca5F(PO4

22、)3 + 5H2SO4 + 10H2O 3H3PO4 + 5CaSO4·2H2O + HF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流程要以硫酸鈣結晶水形式來分類的原因。二水物濕法磷酸生產工藝流程圖4：1-硫酸計量槽;2-硫酸泵;3-鼓風機;4-料漿泵;5-酸解(萃取)槽;6-盤式過濾機;7-氟吸收液循環(huán)泵;8-文丘里吸收塔;9-排風機;10-排氣筒;11,12-氣液分離器;13-冷凝器;14-石膏運輸皮帶;15a,15b,15c,15d-濾洗液中間槽;16,18-水環(huán)式真空泵;17-液封槽;19-冷卻水泵;20-冷卻水池;21-冷凝水池;2

23、2-冷凝水泵目前中小型化工企業(yè)中，二水物濕法磷酸生產流程占主導地位，其優(yōu)點是：二水物結晶在稀磷酸溶液中具有很好的穩(wěn)定性，能形成足夠大而且比較整齊的結晶有利于過濾和洗滌，相應的減少磷酸的損失；生產中工藝條件控制幅度相對地大一些，運轉時間長或開工率高，通?？蛇_有效操作時間的85%95%(不包括每年兩周的定期清理)，每年操作時間一般為298333天；對設備，材料腐蝕也相對小一些；對礦種的適應性強，生產用礦可以改變；正因為上述的原因，濕法磷酸的生產以二水物流程起步至今已有百余年的歷史，經過不斷改進，完善，二水物流程已發(fā)展成為一個現(xiàn)代化的工業(yè)流程。(2)半水物流程半水物流程的最大優(yōu)點在于半水物結晶能在高

24、的磷酸濃度及溫度下以介穩(wěn)定形式存在；同時，半水物結晶可以形成粗大的晶體，在濃磷酸介質中有較好的過濾性能，這就使半水物流程具備了實現(xiàn)工業(yè)化的必要條件。目前，大部分半水物結晶都可以控制形成粗大的聚合晶體，這類晶體過濾速度快，洗滌容易，且穩(wěn)定性好。然而，作為工業(yè)化裝置，半水物流程也有它的不足。首先是P2O5轉化率低，影響經濟效益，在一般控制條件下，轉化率可降至92%94%，其實，介穩(wěn)定的半水物結晶在操作運轉中，常會帶來許多難以預期和克服的麻煩。(3)半水-二水再結晶流程再結晶流程中，硫酸鈣結晶先以半水物析出，再轉化成二水物的流程稱為“半水二水再結晶流程”，其中只一次過濾的，稱為“一步法”流程。同所有

25、的再結晶流程一樣，稀酸(一步法)流程也是由磷礦分解過程(半水部分)與結晶轉化過程(二水部分)組成的。由于只安排了最后一次過濾，這就決定了前，后兩個過程的磷酸濃度相同，或基本相同。一般選用3032% P2O5，在此濃度下，即使轉化過程中吸水轉化仍能進行，其困難的程度也是可以想象的。磷礦分解過程中，要在稀的磷酸溶液中形成半水物結晶也是困難的，流程中采取的措施是提高分解溫度到80110。(4)二水-半水再結晶流程該流程是以二水物流程為基礎的再結晶過程，只能生產與二水物流程相接近的稀磷酸，全系統(tǒng)也可以分為磷礦分解過程及結晶轉化(再結晶)過程。磷礦在分解過程中酸化，并首先析出二水物，在轉化過程中又脫水轉

26、化為半水物。該流程的特點是：全系統(tǒng)只經一次過濾，所以是“一步法”的再結晶流程，轉化過程的磷酸濃度與分解過程基本相同；只能得到與二水物相似的磷酸濃度；結晶轉化過程是由二水物脫水轉化成半水物，這種從溶液中析出的半水物為型(-CaSO4·1/2H2O)；從表面上分析，這類流程存在著某些不足之處。第一，成品磷酸濃度偏低與二水物流程相接近。第二，全系統(tǒng)的熱過程不盡合理，如在分解過程中為了形成二水物結晶相對比較低的溫度，需移走大量的熱，但在轉化過程中為了二水物的脫水，又需加大量的熱來提高脫水的溫度。第三，半水物結晶是一個穩(wěn)定的固相，在稀磷酸溶液中形成的半水物的穩(wěn)定性更差。因此，對濾渣的處理經常碰

27、到麻煩，通常的做法是令其自行吸水轉化為二水物。這樣，全系統(tǒng)的轉化過程實際上成了二水物半水物二水物。第四，在轉化過程的溶液中，形成的半水物“過渡脫水”成無水物的趨勢是存在的。綜上所述，選擇二水物流程生成磷酸是最好的工藝流程。3.2.2 工藝流程簡述(1)原料工段本工段的主要任務是對汽車運輸?shù)牧拙V、硅藻土進行貯存，并通過機械運輸設備將磷精礦與硅藻土按一定的配比計量混合后加入萃取槽。磷精礦的年耗量約90122.6t/y，粒度(0.075)50%。(2)磷酸工段由原料工段送來的磷精礦、硅藻土經螺旋計量后由埋刮板送入脫氟工段。設置一個脫氟工段為的是生產出來的磷酸在用來生產飼鈣的時候里面的氟符合國家的標

28、準。在脫氟工段出來的料漿與硫酸貯槽的硫酸經硫酸泵一起通過自控調節(jié)，按比例加入萃取槽。萃取槽所獲得的H3PO4 和CaSO4結晶混合料漿泵通過料漿泵送至盤式過濾機進行過濾。為了降低萃取槽中料漿的溫度，用鼓鳳機送入空氣冷卻。萃取槽排出的含氟氣體通過文丘里吸收塔用水循環(huán)吸收，吸收液用氟吸收循環(huán)泵送至文丘里吸收塔進行循環(huán)吸收，凈化尾氣經排氣機和排氣筒排空。為減少污水排放，正常生產中，部分含氟污水集中清液池供沖洗過濾機的濾水用。當發(fā)生事故時，該含氟污水送污水處理站處理。萃取料漿經過過濾所獲的濾液，通過氣液分離器分離后，液體即為成品磷酸，并進入濾洗液中間槽，由立式泵送入淡磷酸中間槽使用。過濾所獲石膏濾餅經

29、洗滌后，由濾盤翻轉卸入螺旋輸送機，并用膠帶輸送機送往磷石膏堆場。濾餅的洗滌采用逆流三次洗滌流程。清液池中的含氟，含磷污水，經清液循環(huán)泵送去沖洗濾布，由此下來的含有石膏的污水于沉降槽中沉降，清液溢流回至清液池中再利用，含石膏的稠漿進入稠漿槽，通過蒸汽加熱后，再用稠漿泵送往過濾機用以洗滌濾餅。與此同時，稠漿中的石膏亦被濾出，并與大宗石膏一起被排除。各洗液進入氣液分離器的相應格內，被分離出的液體經三洗泵，二洗泵將洗液相繼返回過濾機洗滌濾餅，一次洗液將由泵全部送至萃取槽。過濾工序所需真空由水環(huán)式真空泵產生。抽出的氣體經冷凝器用水冷卻。真空泵冷卻水集中在冷卻水池，通過泵送至冷凝器作冷卻水。從冷凝器中排出

30、的廢水，進液封槽排入冷凝水池后，由泵將部分冷凝液送至文丘里吸收塔。當萃取崗位停車處理時，殘存的料漿用料漿泵送往過濾機中過濾。3.3 工藝過程的物料和熱量衡算3.3.1 物料平衡計算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 ：29.39；F：3.18；CaO：49.34；Fe2O3 ：1.58； Al2O3：1.42；A·I：2.77；CO：2.35；SiO2：2.67；MgO：0.4(2)硫酸用量：為理論用量的102%(3)硫酸濃度：含H2SO4 98%(4)轉化率：98.6%(5)洗滌效率：98.7%(6)料漿液固比：2.4(7)成品稀

31、磷酸濃度：含P2O5 32%(8)氟逸出率（%）：二水法：1.46；半水法：45。(9)機械損失（P2O5）：3 % (10)水份蒸發(fā)量（以100kg磷礦為基準）： 17.53kg；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：68.56；一次洗滌后濾餅：43.66； 二次洗滌后濾餅：26.27；三次洗滌后濾餅：10.32(12)洗液濃度（P205）%：一次洗液：22.8二次洗液：5.5洗液：2.3(13)返回淡磷酸的溫度（）：61(14)萃取槽排出料漿的溫度（）：75(15)萃取槽排出廢氣的溫度（）：55(16)料漿循環(huán)比：69(17)磷

32、灰石分解率：（%）99.1(18)萃取槽排出廢氣的相對濕度：0.93(19)料漿在萃取槽中的停留時間： 6 h(20)料漿的密度（kg/m3）：1550(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50006000Pa，廢氣溫度為55±時取1300-2800Pa。(24)過濾機漏氣量：1.35m3/m2·min（按過濾機總面積計算）。(25)原料硫酸溫度：22(26)過濾常數(shù)：qe=0.94m3/m2；K過濾=5.25；K一洗=3.42；(27)洗液粘度：一洗=1.6×10-3Pa·s；二洗=1

33、.2×10-3Pa·s；三洗=1.1×10-3Pa·s；(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，計算物料平衡如下(以100kg磷礦來計算) 5 6：(1)硫酸用量(kg)100%的H2SO4 100×0.4934×102%×98/56=88.0798%的H2SO4 88.07/0.98=89.87(2)逸出氣體量(kg)CO2： 100×2.35%=2.35F ： 100×3.18%×1.46%=0.

34、04643以SiF4計算 0.04643×104/76=0.06109H2O： 17.53合計：2.35+0.06109+17.53=19.94(3)磷石膏值(kg)100×49.34%×172.1/56+100×2.77%=154.40其中總含P2O5： 100×29.39%(1-98.6%×98.7%)=0.79未分解P2O5：29.39×(1-98.6%)=0.41水溶性P2O5：0.79-0.41=0.38(4)生成循環(huán)料漿量(kg)154.40×(2.4+1)=524.96液相量：524.95-154.4

35、0=370.56含P2O5：370.56×32%=118.58(5)成品磷酸量(kg)100×29.39%×98.6%×98.7%×(100-3)%÷32%=86.7含P2O5:86.7×32% =27.74(6)機械損失(kg)29.39×3%=0.882(7)過濾后濾餅含液量(kg)154.40×68.56%=105.86含P2O5：105.86×32%=33.88(8)一次洗滌后濾餅含液量(kg)154.40×43.66%=67.41(9)二次洗滌后濾餅含液量(kg)154.40

36、×26.27%=40.56(10)三次洗滌后濾餅含液量(kg)154.40×10.32%=15.93(11)回入系統(tǒng)的濾液量(kg)370.56-86.7-105.86=178含P2O5: 178×32%=56.96(12)洗滌用水量(kg)86.7+154.40+15.93+19.94-(100+89.87)=87.1(13)淡磷酸量(kg)524.96+19.94-(100+89.87)=355.01含P2O5：118.58+0.882+0.41-29.39=90.48P2O5濃度：90.48/355.01×100%=25.49%(14)一次洗滌量(

37、kg)355.01-178=177.01含P2O5：90.48-56.96=33.52P2O5 的濃度：33.52/177.01×100%=18.94%(15)二次洗滌量(kg)177.01+67.41-105.86=138.56含P2O5：138.56×5.5%=7.62(16)三次洗滌量(kg)87.1+40.56-15.93=111.73含P2O5：111.73×2.3%=2.57(17)一次洗滌后濾餅液相含P2O5(kg)33.88+7.62-33.52=7.98液相P2O5濃度：7.98/67.41×100%=11.84%(18)吸干濾液計算(

38、kg)設吸干濾液與一次洗滌混和后的總量為X，吸干濾液量為YXY=177.0122.8%·X=32%·Y+33.52解得：X=251.57 Y=74.56(19)吸干濾液含P2O5(kg)74.56×32%=23.86(20)吸干溶液與一次洗滌混合液含P2O5(kg)251.57×22.8%=57.36(21)回磷酸量(kg)17874.56=103.44含P2O5：103.44×32%=33.103.3.2 熱量平衡計算7在工藝概述中已經闡述的那樣采用鼓鳳機吹入空氣帶走萃取槽中的熱量。按每年生產300天，每天工作22.5h計算，為了完成2500

39、0噸/年P2O5濕法磷酸的生產。每小時的消耗量為：磷礦13.35噸，100%硫酸11.76噸，98%硫酸12.00噸，返回淡磷酸量47.39噸，料漿量70.08噸，原料硫酸溫度22，淡磷酸含25.91%P2O5，返回淡磷酸的溫度:61，空氣溫度30，萃取槽排出料漿的溫度75，排出廢氣的溫度55，廢氣相對濕度0.94。(1)收入熱量：總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q磷礦）；硫酸（Q硫酸）；淡磷酸（Q淡磷酸），以及反應熱（Q反應）和萃取槽中硫酸稀釋熱（Q稀釋）。另外，還有空氣（Q空氣）即：Q進=Q磷礦+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反應+Q稀釋+Q空氣下面分別求每一項帶入的熱量：Q磷礦=1335

40、0×0.783×30313.6×106J (0.783磷精礦比熱，kJ/kg·K；30夏季月平均溫度，即車間熱負荷最大期間的溫度)Q硫酸=12000×1.39×22337.0×106J(1.3998%H2SO4的比熱，kJ/kg·K；22原料硫酸溫度) Q淡磷酸=47390×3.170×619163.8×106J（3.17025.91%P2O5磷酸溶液的比熱kJ/kg·K）硫酸與磷精礦的反應熱（磷精礦中的全部P2O5都按氟磷灰石計）：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H

41、2O=5CaSO4·2H2O+3H3PO4+HF+q2根據(jù)蓋斯定律：q2=(5×2022.6+3×1278.2+269.6)-(6828.7+5×839.5+10×286.4)=327(kJ/mol)q2=327（kJ/mol）上式中反應物和生成物的生成熱（kJ/mol）：CaSO4.2H2O(固體)： 2022.6；H3PO4（溶液）： 1278.2；Ca5F(PO4)3(固體)： 6828.7；H2SO4（溶液）： 839.5；H2O（液體）： 286.4；HF（氣體）： 269.6由此可得：Q反應=13350×0.695

42、5;0.991×327×1000/504 5965.6×106J(0.2939÷3÷142)×2×504=0.695磷精礦中氟磷灰石含量，單位分數(shù)；0.991氟磷灰石的分解率，單位分數(shù)；504氟磷灰石的分子量；142P2O5的分子量；) 萃取槽中H2SO4稀釋熱按下式確定：Q稀釋=G硫酸×q2/98=（11760×q2）/98上式中：G硫酸無水硫酸的量；q2硫酸的比稀釋熱(kJ/mol)，按下式確定： 式中n1和n2為硫酸進入萃取槽稀釋前后溶液中H2O/H2SO4摩爾比。n1=（2×98）/（1

43、8×98）=0.11,為了確定n2，必須知道稀釋后萃取槽中硫酸的濃度C2（假定硫酸同其他的液體組分混合以后，才同磷灰石反應）此濃度可根據(jù)100千克磷精礦為基準的物料衡算數(shù)據(jù)確定：C2=88.07×100%/88.07+1.8+355.01×(1-0.352)+524.96×(1-0.591)=16.47%式中：88.07和1.8分別為無水硫酸量和含水硫酸帶入的水量（kg）； 355.01和524.96分別為淡磷酸量和循環(huán)料漿液相量 kg 0.352和0.591分別為淡磷酸和循環(huán)料漿液相中磷酸的濃度單位分數(shù)從而 n2=（100-16.47）/18×

44、;（98/16.47）=27.61算出 q2=65893.18因此Q稀釋=11760×65893.18÷98=7909.18×106 J進入萃取槽空氣帶入的熱量：Q空氣=1.004×1.29×30 V +4242×18×0.94×2555.35 V /(101323×22.4-4242×0.94×22.4)=112.59V(式中：1.004空氣熱容，kJ/kg·K；1.290和1.013×105Pa時的空氣密度，kg/m3；424230空氣中飽和水蒸氣的分壓Pa；0

45、.94空氣的相對濕度；2555.3530時水蒸氣的焓，kJ/kg）所以，萃取槽的總收入熱量為：Q收入=313.6+377.0+9163.8+5965.6+7907.18+112.59V=23727.2+112.59V(2)支出熱量：帶走的熱量是下列熱量總和：送去過濾的料漿（Q料漿）；從萃取槽排出的氣體（Q氣體）和熱損失（Q熱損）。下面分別求每一項帶出的熱量：75時，送去過濾的料漿帶走的熱量為：Q料漿=70082.2×C料漿×75（式中: 70082.2料漿量，kg75溫度， ）C料漿料漿比熱，kJ/kg·K，其值按下式確定，C料漿=C液X液+C固X固（C液和C固料

46、漿中液相和固相的熱容，kJ/kg·K; X液和X固料漿中液相和固相的質量分數(shù)）當不考慮雜質時，料漿中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。C料漿=(4.2324-0.02968×59.1)×370.56/524.96+1.072×154.40/524.96=2.07 kJ/Kg·K（4.2324-0.02968×59.1濃度為32% P2O5即59.1% H3PO4的比熱；1.072 石膏熱容 ；370.56/524.96=0.71 液固比為2.8時料漿中磷酸的質量分數(shù)；154.40/524.96=0.29 料漿中石膏的質量分數(shù)；）從而

47、：Q料漿=70082.2×2.07×75=10880.26×106J55時，從萃取槽排出氣體帶走的熱量 Q氣體=V·1.004×1.29×55 + V·15731×18×0.93×2600.02/(101323×22.4-15731×0.93×22.4) =423.8·V(式中：1.004空氣熱容，kJ/kg·K；1.290和1.013×105Pa時的空氣密度，kg/m3；0.93空氣的相對濕度；1650555空氣中飽和水蒸氣的分壓Pa

48、；260155時水蒸氣的焓，kJ/kg ）則萃取槽總的支出熱量為：Q支出=10880.26×106+423.8VQ收入=Q支出即23590200kJ+112.59V=10880260kJ+423.8V則每小時鼓空氣量V=40840.4m3選用風機： 離心通風機型號： 4-68 全壓范圍(mmH20)： 20237風量范圍(m3/h)： 1000239654功率范圍(kW)： 0.55245輸送介質最高允許溫度t()：803.4 主要的設備選型與計算3.4.1 設備布置說明磷酸工段聯(lián)合廠房呈長條型，跨度15m，總長度42.77m，座北向南看。自廠房的左端至右端（向北看）按照工藝流程順序

49、布置以上工序的設備：萃取槽，過濾機及配套設備，石墨列管換熱器，軸流泵，氟回收及配套設備。萃取布置在廠房的最左端，從原料工段來的磷精礦、硅藻土經混合后進入萃取槽；此外考慮到萃取槽攪拌裝置和料漿泵的安裝檢修，設單梁吊車一臺。由于大氣壓的要求，盤式過濾機布置在三樓平面，二樓平面上設置了氣液分離器和磷石膏膠帶輸送機等設備。一樓布置有濾洗液中間槽、水環(huán)式真空泵等。3.4.2 過濾機8，9該機系水平回轉翻盤式連接真空過濾設備。在一個圓環(huán)形柜架上設置了20個梯形濾盤。每個濾盤兩端用軸承支撐。濾盤小端出液口用貯管同位于中央的分配頭上錯氣盤相連接，上錯氣盤在轉動桿的帶動下，與轉盤同步回轉、上錯氣盤固定不動，憑借

50、吸液管與真空系統(tǒng)相連。濾盤的翻轉是裝在濾盤大端的，翻盤又和滾輪通過曲線導軌來控制的。每只濾盤公轉一周，連接完成加料，出濾，過濾，洗滌，翻盤，反吹，卸渣，清洗濾布，吸干，復位等操作過程。該機主要特點如下：(1)渣斗大，使濾盤傾復后，濾餅全部落在干渣斗內，盡量減少磷石膏帶入濾布清洗區(qū)，有利于污水循環(huán)系統(tǒng)的正常工作。(2)濾盤內所采用的聚丙烯柵板，格柵樅向筋條加高，增大斷面尺寸，增加了剛性、不易變形。(3)濾板四周采用條加契緊扶壓緊，避免因螺釘固定造成四角蹺曲而漏氣并損壞濾布的弊病。濾布的固定采用平壓板結構，安裝可靠，拆卸方便。(4)增加濾布沖洗水裝置，使設備配套附件完善。(5)原轉動桿斷面尺寸加大

51、，提高轉動剛性。(6)三洗洗液汁底部由平底改成斜底，以防洗液堵塞。(7)分配頭上，各個操作區(qū)間的作業(yè)界線可以調整，以利于個工序間協(xié)調工作。過濾機過濾面積計算方法：采用精確計算法：計算生產能力為41000噸/年P2O5所需盤式真空過濾機的有效過濾面積。表1 原始數(shù)據(jù)產物產量(t/h)密度(kg/m3)粘度(Pa·s)成品磷酸11.571260返回磷酸23.761260一次洗液23.6312101.6×10-3二次洗液18.5010601.2×10-3三次洗液14.9210201.1×10-3qe=0.94m3/m2；K主濾5.25 m2/h；K一洗3.42 m2/h；成品磷酸含P2O5：32。解：主過濾區(qū)的必需面積：A主濾=G主濾/q主濾 (m2)G主濾時間的濾液量(m3)。由恒壓過濾方程式得：q2主濾+2q主濾qe=K主濾（以一小時為計算基準，即1小時）代入數(shù)據(jù)解二次方程得：q主濾1.54（m3/m2·h）；而 G主濾=(11570+23760)/1260=28.04（m3/h） A主濾=28.04/1.54=18.21(m2)(2)一次洗滌區(qū)的必需面積：按照上述同樣方法求得：q一洗1.13（m3/m2·h）； A一洗=23630/(1210