畢業(yè)設(shè)計(論文)-年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的畢業(yè)設(shè)計

年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計PAGEPAGE33科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文題目：年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的設(shè)計學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名：XXX導(dǎo)師姓名：XXX完成時間：2016.5.25年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的設(shè)計目錄TOC\o"1-3"摘要 (4)1. 前言 (5)1.1過磷酸鈣的產(chǎn)量及施用現(xiàn)狀 (5)1.2過磷酸鈣的發(fā)展前景 (5)2. 設(shè)計原則 (6)2.1工藝路線的選擇 (6)2.1.1現(xiàn)有工藝路線的比較及分析 (6)2.1.2工藝路線影響因素分析 (7)2.2生產(chǎn)過程中的主要化學(xué)反應(yīng)方程式 (9)3. 產(chǎn)品方案 (9)3.1產(chǎn)品 (9)3.2產(chǎn)品規(guī)格 (9)3.3產(chǎn)品的主要物性 (10)3.4包裝貯運 (10)4. 生產(chǎn)方法及工藝過程 (10)4.1生產(chǎn)方法 (10)4.2原料準備 (11)4.3混合化成 (11)4.4熟化中和 (12)4.4.1熟化工序 (12)4.4.2中和工序 (13)4.5含氟氣體的吸收處理 (14)4.6造粒與干燥 (15)5. 計算 (17)5.1物料衡算 (17)5.1.1數(shù)據(jù)計算 (17)5.1.2反應(yīng)式 (18)5.1.3計算 (19)5.2熱量衡算 (25)5.2.1輸入熱量 (25)5.2.2輸出熱量 (27)6. 設(shè)備選型 (28)6.1臥式混合機 (28)6.2擠壓造粒機 (29)7. 總結(jié) (30)參考文獻 (32)年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的設(shè)計學(xué)生：XXX指導(dǎo)教師：XXX（三峽大學(xué)材料與化工學(xué)院）摘要:過磷酸鈣是由磷礦粉和硫酸起化學(xué)反應(yīng)后制成的一種含磷的化學(xué)肥料。由于具有生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)操作易于掌握；生產(chǎn)設(shè)備容易制造，投資較??；施用后見效快，增產(chǎn)顯著等特點，使其在各種磷肥新品種不斷涌現(xiàn)的情況下產(chǎn)銷量仍然持高不下。本設(shè)計采用干法來生產(chǎn)過磷酸鈣，原料礦與硫酸在混合機內(nèi)進行混合，然后進入化成室再經(jīng)過熟化、中和及造粒干燥后得到成品過磷酸鈣。通過物料衡算、熱量衡算以及設(shè)備選型設(shè)計出能符合國家標(biāo)準的產(chǎn)品的工藝流程。關(guān)鍵詞：Thedesignoftheannualoutputof200000tonsofcalciumsuperphosphateproductionprocessStudent:ShiTengkunTutor:ChenWeifeng(CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,ThreeGorgesUniversity)Abstract:calciumsuperphosphateisacontainingphosphoruschemicalfertilizerswhichwasmadeofphosphaterockandsulfuricacidfromthechemicalreactionsbecauseoftheproductionprocess,andoperationsimpleiseasytomaster;productionequipmenteasytomake,investsave;Itwillbecomeeffectivequicklyafterused,Increasenotableandsooncharacteristics,sothatUnderthesituationthatthenewvariousphosphatefertilizerbreedspringsupunceasingly,productionandsalesremainedstubbornlyhigh.Thisdesignusesadryprocesstoproducesuperphosphate,therawmaterialoreandsulfuricacidcarryoutcommixturewithinblendingmachine,andthenenterkaseiroomandcuringandafterdryingandgranulationtogetfinishedsuperphosphate.Throughmaterialaccountingquantityofheataccountingandequipmentchoosesatypetodesignsadesignwhichconformtothenationalstandardsproduct。Key

words:calcium

superphosphate,

Phosphorus

ore,

production,dry-process前言1.1過磷酸鈣的產(chǎn)量及施用現(xiàn)狀過磷酸鈣在中國是從50年代開始發(fā)展的。經(jīng)過60年的發(fā)展，現(xiàn)在全國已經(jīng)有過磷酸鈣廠400多個，達到甚至大于20萬噸/年的廠有20多家。過磷酸鈣年產(chǎn)量在400萬噸P2O5左右，占肥產(chǎn)量的55%。目前，雖然在國內(nèi)農(nóng)業(yè)上使用的磷肥主要是磷酸二銨和含磷復(fù)混肥，過磷酸鈣的用量也在逐年降低，但是由于過磷酸鈣施用的歷史比較長，許多農(nóng)民仍然還有一定需求，特別是在小麥、棉花主產(chǎn)區(qū)，有一些農(nóng)民還習(xí)慣施用過磷酸鈣去作為底肥。尤其是在近幾年磷酸銨大幅漲價的情況下，農(nóng)民更加傾向于購買施用過磷酸鈣。過磷酸鈣的使用有效的提高了土壤中含磷水平，尤其是在小麥、棉花上使用，增加產(chǎn)兩效果非常明顯。雖然施用過磷酸鈣有著明顯的增加產(chǎn)量的效果，但據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過磷酸鈣在生產(chǎn)、施用中仍然還存在著一些問題。1995年原國家化工部修訂頒布了過磷酸鈣行業(yè)標(biāo)準，確定了過磷酸鈣的合格品、一等品、優(yōu)等品的技術(shù)指標(biāo)，并規(guī)定過磷酸鈣的有效磷（P2O5）含量不得低于12％，游離酸含量不得高于5.5％，水分含量不得高于15％。該標(biāo)準的頒布對于加強企業(yè)質(zhì)量管理，保證產(chǎn)品質(zhì)量起到了特別好的促進作用。但由于過磷酸鈣生產(chǎn)工藝比較簡單，企業(yè)規(guī)模也相對較小，產(chǎn)品質(zhì)量仍然不夠穩(wěn)定。在歷年來有關(guān)部門的質(zhì)量抽檢中，過磷酸鈣、復(fù)混肥合格率都相對較低。主要問題是由于有效磷含量不達標(biāo)或游離酸、水分含量超標(biāo)嚴重。另外不合格的過磷酸鈣產(chǎn)品中含有來自磷礦粉的重金屬和來自硫酸的三氯乙酸、三氯乙醛等，使得有害物質(zhì)污染和減產(chǎn)事故也時有發(fā)生，因此除了企業(yè)自身要嚴以自律，切實按照國家標(biāo)準進行生產(chǎn)以外，有關(guān)部門去也要加強監(jiān)管力度，杜絕劣質(zhì)過磷酸鈣產(chǎn)品的上市1.2過磷酸鈣的發(fā)展前景過磷酸鈣雖然充分利用中低品位磷礦資源、滿足市場不同消費層次和習(xí)慣需求等方面具備一定的優(yōu)勢，由于受高濃度磷肥的沖擊，加上過磷酸鈣本身存利潤薄等問題，預(yù)計其產(chǎn)量以及施在新工藝技術(shù)開發(fā)、市場開拓等方面去改進突破的話，其生存的空間可能會變的越來越狹窄。另外，為保證過磷酸鈣的施用后的效果，過磷酸鈣施入土壤以后，其有效成分磷酸一鈣容易與土壤中的某些既要減少肥料與土壤的接觸避免水溶性的磷酸鹽被固定，又要盡量將肥料施用在根利于植物吸收。據(jù)此可推廣采取缺鈣的土地上，充分的發(fā)揮過磷酸鈣的綜合增產(chǎn)作用。根據(jù)有關(guān)資料報道，目前世界化肥年生產(chǎn)能力大約22400萬噸，其中氮肥大約14170萬噸，磷肥大約4050萬噸，鉀肥大約4180萬噸?；誓戤a(chǎn)量大約14320萬噸，其中氮肥大約8670萬噸，磷肥大約3380萬噸，鉀肥大約2270萬噸。世界化肥年貿(mào)易量大約5500萬噸，其中氮肥大約2400萬噸，磷肥大約1100萬噸，鉀肥大約2000萬噸。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織預(yù)測，今后5年以內(nèi)世界化肥生產(chǎn)和消費增長緩慢，年均增長2％左右。2005年世界化肥消費量大約為15600萬噸，其中氮肥大約9400萬噸，磷肥大約3800萬噸，鉀肥大約2500萬噸。世界磷肥消耗量將從1995年的2962.5萬噸增加到2000年的3359.5萬噸。目前世界磷肥生產(chǎn)形勢是供大于求，但從亞洲的生產(chǎn)與消費形勢總的來看，磷肥供求矛盾還是比較大，我國仍然將是世界上磷肥進口最多的國家之一。設(shè)計原則2.1工藝路線的選擇2.1.1現(xiàn)有工藝路線的比較及分析根據(jù)不同的原料工藝條件.過磷酸鈣的生產(chǎn)方法可分為干法(稀酸礦粉法)和濕法(濃酸礦漿法)。稀酸礦粉法是目前世界上廣泛采用的一種方法，故又稱為傳統(tǒng)法。它是用濃度為60％～78%的稀硫酸和磷礦粉混合，再經(jīng)過化成和熟化工序制成粉狀過磷酸鈣。此處的所謂稀硫酸是相對于95%-98%濃度的濃硫酸而言，而實際上此法所用的硫酸濃度是根據(jù)所用磷礦的特性以及其他的工藝條件來具體確定。濃酸礦漿法是以濃硫酸與經(jīng)過加水濕磨的磷礦漿來進行混合，然后同樣經(jīng)過化成與熟化工序制成粉狀的過磷酸鈣。此法的特點是濃硫酸經(jīng)過計量后直接加入混合機與磷礦漿來進行反應(yīng)，省去了加水稀釋配酸和調(diào)溫帶來的麻煩；磷礦加水濕磨后磷礦不需干燥，因此可以露天堆存.既可以節(jié)省倉庫的投資，又能夠節(jié)約燃料；濕磨磷礦與干磨磷礦相比較的電耗低，生產(chǎn)強度高，勞動和環(huán)境條件好。濕磨磷礦的缺點是磨機中的鋼球消耗比干磨磷礦時高大約5倍。為了使磷礦漿具有流動性，礦漿的最低水分含量因礦種從而有所不同、親水性磷礦的礦漿最低水分會含量偏高，導(dǎo)致使用它生產(chǎn)的過磷酸鈣成品含水量超過質(zhì)量標(biāo)準要求，并影響生產(chǎn)成品的物理性質(zhì)。經(jīng)過科研單位和生產(chǎn)企業(yè)的后來不斷努力開發(fā)了多種添加劑(即所謂的稀釋劑、減水劑等)。使礦漿在水分含量偏高的問題基本上得到解決。論文中將對干法（稀酸礦漿法）生產(chǎn)過磷酸鈣工藝路線進行詳細介紹。2.1.2工藝路線影響因素分析影響硫酸與磷礦粉(或磷礦漿)的反應(yīng)過程的主要因素有：礦粉的粒度、硫酸的濃度、溫度和用量、混合時間及攪拌強度等，具體分析如下：（1）礦粉的粒度由于硫酸與磷礦粉的反應(yīng)為液固相反應(yīng)，因此反應(yīng)速率會與液固相接觸面積成正比，而礦粉的比表面積會與礦粉的粒徑成反比。即礦粉越細，比表面積越大，與硫酸的反應(yīng)也會就越快。礦粉由大小不同的顆粒組成，以致于粒度較會細的先與硫酸反應(yīng)，余下較粗的礦粒會與磷酸反應(yīng)。這是第二階段反應(yīng)比第一階段反應(yīng)所需要時間長的原因之一。（2）硫酸的濃度按照磷礦的P2O5、CO2、Fe2O3及A12O3組分來計算硫酸定額(100份質(zhì)量磷礦需用的100％H2SO4質(zhì)量數(shù))，如生產(chǎn)時提高硫酸定額，第一階段反應(yīng)終了時，新鮮過磷酸鈣的產(chǎn)率、水分和游離P2O5都將增加。但新鮮過磷酸鈣的總P2O5含量將會降低(因加入的硫酸及水量增加)(參見圖2-1)。游離P游離P2O5，％圖2-1H2SO4質(zhì)定額與過磷酸鈣的游離P2O5關(guān)系1—第一階段反應(yīng)剛結(jié)束時的過磷酸鈣；2—化成室的過磷酸鈣由于游離P2O5增加了必須用中和劑中和超過產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準規(guī)定的游離P2O5同時增加硫酸用量將提高生產(chǎn)成本。因在實際生產(chǎn)的硫酸定額一般僅較計算的硫酸定額會稍稍高一點。（3）溫度和用量過磷酸鈣生產(chǎn)是所用的硫酸濃度對產(chǎn)品的各項工藝指標(biāo)也會有一定的影響。同時不同濃度的硫酸各自都會有一個最適宜的溫度。如H2SO4濃度為61.1%時，H2SO4的初溫宜為65～75℃；當(dāng)濃度為62.5%時，H2SO4的初溫宜為60～70℃；當(dāng)濃度為64%時，H2SO4的初溫則應(yīng)為50～60℃。如果提高硫酸的濃度及初溫，開始時與磷礦的反應(yīng)速度加快，因而形成硫酸鈣過飽和溶液的速度與硫酸鈣結(jié)晶速度也隨之增大，很快會在尚未反應(yīng)的磷礦顆粒.上形成致密的硫酸鈣薄膜，從而使反應(yīng)受到阻滯，磷礦的進一步分解變慢。（4）混合時間及攪拌強度磷礦粉與硫酸的混合時間以及攪拌強度，也是過磷酸鈣生產(chǎn)過程中的重要工藝指標(biāo)?；旌蠑嚢枘康氖菫榱颂岣咭合嘣诹椎V顆粒表面的流動速度，強化離子在邊界層及溶液內(nèi)的擴散交換，從而提高磷礦的分解反應(yīng)速度。同時，湍流的攪拌狀態(tài)可以降低邊界層中溶液過飽和度，利于生成較粗大的硫酸鈣結(jié)晶，在磷礦顆粒上形成滲透性較好的薄膜。使磷礦的分解過程加快。磷礦粉與硫酸的混合時間以及攪拌強度。既與磷礦的特性有關(guān)，又會不同的工藝設(shè)備而有差別。如在同樣的攪拌強度下，容易分解的磷礦混合時間會較短，從而較難分解的磷礦混合時間會較長。至于不同型式的混合設(shè)備，其攪拌方式及混合時間也會各有不同。因此當(dāng)原料磷礦確定以后，應(yīng)該取具有代表性的礦樣在模擬裝置中進行評價試驗，以便求取最優(yōu)化的各項工藝條件。硫酸與磷礦粉在第一階段反應(yīng)會較為激烈，生成的CaSO4·H2O結(jié)晶呈細小的針狀、棒狀或帚形晶簇交叉堆積從而形成骨架。在反應(yīng)過程中逸出的二氧化碳等氣體會使反應(yīng)物料出現(xiàn)許多孔隙。它們吸附會大量的液相。而促使反應(yīng)料漿逐漸固化成為疏松多孔。反應(yīng)生成的CaSO4·H2O系介穩(wěn)態(tài)。隨著反應(yīng)過程的進行，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO4。因此，第一階段反應(yīng)將結(jié)束時。CaSO4常在磷礦顆粒的表面形成致密的薄膜，而使磷酸與磷礦反應(yīng)的阻力增加。又磷酸二氫鈣在磷酸中的溶解度較大，當(dāng)磷酸為磷酸二氫鈣所飽和時，其中氫離子濃度降低，液相的反應(yīng)能力相應(yīng)下降，由于這些原因，從而致使第二階段反應(yīng)需要較長的時間。在第二階段反應(yīng)中，除進行主要反應(yīng)以外，Ca(H2PO4)2還會與第一階段反應(yīng)生成(Fe,Al)2(SO4)3)相互作用生成酸性磷酸鹽，化學(xué)反應(yīng)式如下：(Fe,Al)2(SO4)3＋3Ca(H2PO4)2(Fe,Al)(H2PO4)3＋CaSO4(2-1)在第二階段反應(yīng)的后期，液相量會逐漸減少，液相的P2O5濃度逐漸降低。這時，上述性磷酸鹽會轉(zhuǎn)變成難溶的中性磷酸鹽析出，反應(yīng)式如下：(Fe,Al)(H2PO4)3＋2H2O(Fe,Al)PO4·2H2O＋2H3PO4(2-2)因此在過磷酸鈣的生產(chǎn)中，原料磷礦中的倍半氧化物諸反應(yīng)，合并成如下的總反應(yīng)式:(Fe,Al)2O3＋H2SO4＋Ca(H2PO4)2(Fe,Al)PO4＋CaSO4＋3H2O(2-3)第二階段反應(yīng)的所需時間，取決于原料磷礦的特性及生產(chǎn)工藝條件，通過評價試驗即可得知。一般所需的時間5～30天，轉(zhuǎn)化率能達到95％左右。2.2生產(chǎn)過程中的主要化學(xué)反應(yīng)方程式第一階段反應(yīng)需時數(shù)分鐘至1h不等。其中主要的化學(xué)反應(yīng)式如下：7Ca5F(PO4)3＋35H2SO4＋17H2O21H3PO4＋35CaSO4·H2O＋7HF(2-4)第二階段的主要化學(xué)反應(yīng)式如下：3Ca5F(PO4)3＋21H2PO4＋15H2O15Ca(H2PO4)2·H2O＋3HF(2-5)2CaSO4·H2OCaSO4＋H2O(2-6)將以上三式合并得到的總的化學(xué)反應(yīng)式如下：2Ca5F(PO4)3＋7H2SO4＋3H2O3Ca(H2PO4)2·H2O＋7CaSO4＋2HF(2-7)產(chǎn)品方案3.1產(chǎn)品成品名稱及生產(chǎn)規(guī)模產(chǎn)品名稱：過磷酸鈣年產(chǎn)量：20萬噸/年3.2產(chǎn)品規(guī)格（1）中文名稱：過磷酸鈣（2）中文別稱：普通過磷酸鈣普鈣（3）英文名稱：

Calciumsuperphosphate（4）分子式：

（5）分子量：234.05表3-1過磷酸鈣的物理性質(zhì)熔點114-118℃沸點158℃at760mmHg閃點203℃蒸氣壓1.41mmHgat25℃CAS數(shù)據(jù)庫10031-30-83.3產(chǎn)品的主要物性深灰色、灰白色、疏松狀物。水溶性速效磷肥、弱酸性。含有效P4O10高達30%～45%為普通過磷酸鈣的兩倍以上。過磷酸鈣主要用作酸性磷肥。將過磷酸鈣與碳酸氫鈉作用，可以放出二氧化碳氣體，用于食品發(fā)酵。過磷酸鈣為混合物。3.4包裝貯運用編織袋內(nèi)襯塑料薄膜，襯袋材料可用高密度聚氯乙烯薄膜、改性聚乙烯薄膜或低密度聚乙烯薄膜。貯運中能防潮，以避免結(jié)塊溶失，要避免日曬雨淋，減少養(yǎng)分的損失。車船上要鋪墊耐腐蝕的墊板及蓬布。生產(chǎn)方法及工藝過程4.1生產(chǎn)方法過磷酸鈣的干法生產(chǎn)工藝一般分成五個主要工序：原料準備、混合化成、熟化中和、含氟氣體吸收、造粒與干燥。目前工業(yè)上大多數(shù)會采用連續(xù)生產(chǎn)。圖4-1為過磷酸鈣連續(xù)生產(chǎn)工藝流程圖4-1磷酸鈣連續(xù)生產(chǎn)工藝流程圖4.2原料準備在生產(chǎn)過磷酸鈣的主要原料為磷礦與硫酸。二者在進入混合化成工序之前.應(yīng)該分別按照選用的生產(chǎn)方法和其工藝條件作好充分準備，各項指標(biāo)符合工藝要求能連續(xù)供應(yīng)，以保證整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。磷礦是生產(chǎn)過磷酸鈣的主要原料。在過磷酸鈣的生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝條件對磷礦有一定的控制指標(biāo)要求，其中主要的有磷礦的P2O5含量、含水率及粒度等。因此對磷礦必須進行加工處理以達到生產(chǎn)工藝條件的要求。作為原料的硫酸應(yīng)首先檢查質(zhì)量是否符合要求。如是來自其他行業(yè)的廢酸。則應(yīng)該要嚴格檢查其中所含的雜質(zhì)對過磷酸鈣的質(zhì)量和生產(chǎn)消耗定額的影響，特別不得含有任何危害農(nóng)作物的雜質(zhì)。如有可能應(yīng)先針對廢酸所含雜質(zhì)采取適當(dāng)措施來進行凈化處理。使廢酸的質(zhì)量符合過磷酸鈣的要求。其次是檢查硫酸的濃度能否到達適合工藝條件的要求。工業(yè)生產(chǎn)上使用硫酸質(zhì)量分數(shù)為68%~72%。4.3混合化成作為過磷酸鈣生產(chǎn)的混合化成工序，是將已按照工藝操作條件要求準備好的硫酸和磷礦粉，進行混合和化成作業(yè)去完成第一階段反應(yīng)，為第二階段反應(yīng)創(chuàng)造條件。磷礦粉與一定濃度(按照工藝條件要求)的硫酸經(jīng)過計量以后同步進入錐形混合器進行混合，經(jīng)1～5min反應(yīng)以后生成料漿。料漿流入鏈板化成室繼續(xù)反應(yīng)逐漸固化。當(dāng)其中隨鏈板運行至端部時被切削器切碎。隨后同皮帶化成室流程一樣，經(jīng)過撒揚后再送往熟化倉庫去進行熟化(第二階段反應(yīng))。混合、化成過程中產(chǎn)生的含氟氣體和水蒸氣，由排風(fēng)機通過鏈板化成室上方的排氣管抽送氟吸收系統(tǒng)處理。圖4-2為鏈板化成室混合化成工藝流程。圖4-2鏈板化成室混合化成工藝流程圖4.4熟化中和磷礦與硫酸通過混合、化成工序來完成了第一階段反應(yīng)，所得到的新鮮過磷酸鈣送入熟化倉庫去進行第二階段反應(yīng)，通常所稱的熟化。熟化過程的操作方法和熟化需要的時間，均需要與磷礦的組成及其特性，混合化成的工藝條件等密切的相關(guān)。熟化與中和兩個工序分述如下。4.4.1熟化工序用硫酸分解磷礦生產(chǎn)過磷酸鈣的第一階段反應(yīng)灰比較迅速，然而第二階段反應(yīng)是由第一階段反應(yīng)生成的磷酸和第一階段尚未反應(yīng)的磷礦來進行反應(yīng)。第二階段反應(yīng)通常需要持續(xù)5～30天。時間長短取決于原料磷礦的組成、特性、礦粉細度、硫酸的濃度與用量、熟化溫度等等。如果用容易分解的磷塊巖作為生產(chǎn)過磷酸鈣的原料時。一般比以磷灰石為原料所需的熟化時間短些，對于同一磷礦，提高礦粉的細度或者增加硫酸用量。都能夠在一定程度上去縮短熟化期。但前者將降低磨機的出力和增加電耗，而后者會相應(yīng)提高過磷酸鈣的游離酸含量。從而不得不增加中和劑的用量，不同的磷礦用來生產(chǎn)過磷酸鈣的最優(yōu)化熟化溫度也不一樣。.因此工業(yè)生產(chǎn)中常采取降溫熟化法。新鮮過磷酸鈣剛離開化成室時的溫度常達100℃左右，而且含有較多的水分。實踐表明適宜的熟化溫度在35～45℃之間。離開化成室的新鮮過磷酸鈣，如在被切削后就轉(zhuǎn)送熟化倉庫大堆存放熟化30天，堆中央的溫度仍可能有60～70℃，然而轉(zhuǎn)化率難以迅速提高。再者當(dāng)原料磷礦含鐵、鋁等雜質(zhì)較高時，所生產(chǎn)的新鮮過磷酸鈣在熟化過程中因為游離酸濃度逐漸降低，液相中鐵、鋁及稀土元素磷酸鹽的溶解度也會隨之下降，從而成為溶解度小的中性磷酸鹽析出，導(dǎo)致水溶性P2O5下降，溶性P2O5也有所減少?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：Fe(H2PO4)3＋2H2OFePO4·2H2O十2H3PO4(3-1)A1(H2PO2)3＋2H2OA1PO4·2H2O+2H3PO4(3-2)FePO4·2H2O與A1PO4·2H2O均屬于中性鹽。不溶于水，僅部分溶于檸檬酸氨溶液(PH＝7)。發(fā)生這樣的反應(yīng)，表明有效P2O5退化了。為了避免或減少有效P2O5的退化，首先應(yīng)該在混合反應(yīng)時提高硫酸用量(可以為理論用量的110～115%)，以便加快磷礦在第一階段反應(yīng)速度，然而磷礦中的鐵、鋁雜質(zhì)被硫酸分解的速度與氟磷酸鈣被硫酸分解的速度相比較慢很多。提高硫酸用量就就使氟磷酸鈣在鐵、鋁雜質(zhì)尚未被硫酸分解之前光被硫酸大部分分解，以便減輕鐵、鋁雜質(zhì)對過磷酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量的影響。其次新鮮過磷酸鈣在離開化成室的時候。經(jīng)過切削和撒揚后轉(zhuǎn)送至熟化倉庫進行熟化，并且在熟化過程中定期翻堆。對新鮮過磷酸鈣切削和撒揚，在熟化過程中進行翻堆，都有助于新鮮過磷酸鈣中的一部分水分蒸發(fā)，溫度能夠有所下降，以便促使第一階段反應(yīng)中生成的Ca(H2PO4)2·H2O的溶解度降低而從中結(jié)晶析出。由于一部分水分的蒸發(fā)，液相中P2O5濃度隨之也提高，從而有利于第二階段反應(yīng)的進行。游離酸含量下降，有效P2O5含量和轉(zhuǎn)化率也提高。因此，當(dāng)使用含MgO≤2%，鐵、鋁雜質(zhì)較高的磷礦生產(chǎn)過磷酸鈣之時，應(yīng)采取降溫熟化法既能夠縮短熟化期，又能夠有效地阻止鐵、鋁雜質(zhì)在熟化過程中可能會引起的退化。4.4.2中和工序生產(chǎn)廠為了使磷礦迅速分解，縮短熟化的時間，防止或減少有效P2O5的退化，常常會將硫酸實際用量增加到理論用量的110%～115%。隨之而來的就是熟化過磷酸鈣的游離酸含量也比較高。游離酸含量高的過磷酸鈣具有吸濕性和腐蝕性。具有吸濕性的產(chǎn)品，將因為吸收空氣中的水分而影響產(chǎn)品的物理性質(zhì)，而且在施用時容易沾污播撒設(shè)備，粘附于施肥機械的料斗壁上，導(dǎo)致很難均勻施肥。過磷酸鈣如果含有較多的游離酸，不僅會腐蝕其包裝的材料和施肥的機械。而且施用這種高游離酸含量的產(chǎn)品將使種籽的發(fā)芽率也會降低。為了出廠的過磷酸鈣必須得到嚴格控制其游離酸含量不得超過產(chǎn)品標(biāo)準的規(guī)定。有些過磷酸鈣生產(chǎn)的工廠，為了充分挖掘設(shè)備的生產(chǎn)潛力，常常在生產(chǎn)中提高會硫酸用量，從而使磷礦得以迅速分解并且加快熟化進程，然后用中和劑將熟化過磷酸鈣中過多的游離酸中和去掉。但是新鮮過磷酸鈣不應(yīng)該在未經(jīng)熟化的情況下進行中和，因為這樣會使其中尚未及分解的磷礦反應(yīng)停止，從而降低了磷礦的分解率。石灰石粉、石灰、白云石粉、氨、碳酸氫銨、過磷酸鈣氨、氨的溶液、碳酸氫銨等均可以用作過磷酸鈣中和劑。用氨或碳酸氫氨中和過磷酸鈣的游離酸時，如果用量適當(dāng)，不僅可以改善物料的物理性質(zhì)，同時還會使產(chǎn)品含有10％～5%的氮。當(dāng)中和游離酸的第一個氫離子時，生成的是磷酸一氨，所以不會影響過磷酸鈣的水溶性P2O5。用不同的中和劑中和所需要的時間有所不同。如果用氨中和僅需時1～2min；兒用骨粉或石灰石粉、白云石粉中和，則需要數(shù)小時;而用磷塊巖粉中和，甚至需要3-4天的時間。因此差異較大，中和工藝流程也應(yīng)該根據(jù)所用的中和劑作出相應(yīng)的選擇。當(dāng)用骨粉或鈣鎂磷肥、石灰石粉、白云石粉作中和劑的時候，可以將中和劑裝入料斗，再經(jīng)過料斗出料口下面的調(diào)速螺旋加料機(或皮帶加料機、星形加料機等)定量地將中和劑加到正在以一定速度運送熟化過磷酸鈣的膠帶輸送機面上。撒有中和劑的熟化過磷酸鈣被送到打散機打散混合。塌后通過膠帶輸送機送過磷酸鈣的造粒系統(tǒng)或者直接裝車出廠。一般工業(yè)生產(chǎn)多使用氨，產(chǎn)品稱為氨化過磷酸鈣。為避免發(fā)生有效P2O5的退化，通常通氨量為過磷酸鈣質(zhì)量的2％～3％，使控制的pH4.2～4.5，產(chǎn)品含氮約3%氨化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所用氣氨中和時，每千克NH3的反應(yīng)熱為6116.9kJ，而可使物料的溫度升高，物料中的一部分水分得以蒸發(fā)，蒸發(fā)的水量常相當(dāng)于通入的氨量。4.5含氟氣體的吸收處理在過磷酸鈣生產(chǎn)的混合、化成的過程中。磷礦含氟總量的30%～45%呈SiF4逸出；余剩的氟，一部分以氟硅酸的形式留存于過磷酸鈣的液相中，另部分則以各種氟硅酸鹽和氟氫酸鹽的形式留存在過磷酸鈣中。隨同SiF4一起逸出的有水蒸氣和CO2，有時還會夾雜有少量酸霧、硅膠等。在干法生產(chǎn)時，氣體中常常會帶有少量磷礦粉塵。如果所用的原料硫酸系其他工業(yè)生產(chǎn)的廢硫酸，而且其中含有低沸點的有機物時，則低沸點的有機物也將會隨含氟廢氣一并逸出。為了符合勞動保護和環(huán)境保護規(guī)定的要求，過磷酸鈣工廠通常都是將混合、化成的系統(tǒng)應(yīng)保持在大約300Pa的負壓下操作。其中具體的作法是用排風(fēng)機將混合甲化成系統(tǒng)生產(chǎn)時會逸出的含氟氣體引入氟吸收系統(tǒng)用水逆流循環(huán)的吸收，達到排放標(biāo)準后經(jīng)過排氣筒放空。含氟氣體吸收工藝流程如圖4–3所示。圖4-3含氟氣體吸收工藝流程圖1-1號吸收室；2-1號除沫器；3-2號吸收室；4-2號除沫器；5-吸收塔；6-3號除沫器；7-排風(fēng)機由混合、化成系統(tǒng)過來的含氟氣體，在排風(fēng)機的抽引下依次經(jīng)過1號吸收室、1號除沫器、2號吸收室、2號除沫器、吸收塔、3號除沫器，最后經(jīng)過排氣簡放空。各除沫器分離的氣體攜帶的液沫以后，分別由循環(huán)泵送回到吸收室、吸收塔循環(huán)的使用。吸收塔中的洗滌液根據(jù)需要送往吸收室，以便維持其吸收液液面高度。同時用新鮮水補充吸收塔作為洗滌液。排風(fēng)機應(yīng)能夠使混合、化成系統(tǒng)維持295Pa的負壓，以免含氟氣體外逸污染的操作環(huán)境。但是負壓也不宜過高，否則將有過多的空氣會進入系統(tǒng)。從而降低含氟氣體的濃度，影響吸收的效率。4.6造粒與干燥粉狀過磷酸鈣通常是指經(jīng)過熟化以后的過磷酸鈣。，但它實際上并非全是粉末。由于它具有一定的粘結(jié)性和可塑性，因此其中常混有數(shù)十毫米的大顆粒，不便用于機械施用。粉狀過磷酸鈣在施入土壤以后，其中大部分水溶性P2O5容易被土壤中的鐵、鋁、鈣等氧化物化合成難溶于水的磷酸鹽。即使過磷酸鈣的有效P2O5被土壤固定，從而導(dǎo)致其應(yīng)該有的肥效不能發(fā)揮。粉狀過磷酸鈣造粒以后，因為其比表面積小，被土壤固定的情況下而大為減少；同時粒狀過磷酸鈣通常會有良好的物理性質(zhì)，利于機械化施肥。因此粒狀過磷酸鈣可以獲得比較同樣P2O5含量的粉狀的過磷酸鈣高的P2O5利用率。生產(chǎn)粒狀過磷酸鈣之時，上述的中和作業(yè)既可以在熟化倉庫內(nèi)進行。也可在粉狀過磷酸鈣由熟化倉庫往造粒工段輸送過程中進行。如需要生產(chǎn)含有微量元素的過磷酸鈣，可以在加中和劑的同時，將微量元素均勻加入粉狀的過磷酸鈣中，或?qū)⑽⒘吭氐娜芤簢娫谠炝C中的過磷酸鈣料的床上。熟化過磷酸鈣含有一定量的液相(水及游離酸等)，如經(jīng)過機械攪動會促使過磷酸鈣的粒子會互相碰撞，液相的表面張力引起的毛細管力使得粒子團聚成較大的顆粒。熟化過磷酸鈣的含水率低的時候，造粒需要的時間也會較長，甚至不能夠成粒。如果適當(dāng)加入水，則造粒所需要的時間隨過磷酸鈣的濕含量增加從而急劇減少。過磷酸鈣的濕含量也會增加，其中造粒時間是縮短了，但是要增加下一工序(干燥)的能量消耗。因此應(yīng)該通過試驗確定熟化過磷酸鈣造粒時的最佳濕含量，而使物料的造粒時間比較短，同時干燥的能量消耗比較少。過磷酸鈣造粒所用的方法有：盤式造粒法、同轉(zhuǎn)圓筒造粒法和擠壓造粒法。工業(yè)生產(chǎn)中采用的比較多為回轉(zhuǎn)圓筒造粒法。具有代表性的粒狀的過磷酸鈣生產(chǎn)工藝流程圖如圖4-4所示。圖4-4粒狀過磷酸鈣生產(chǎn)工藝流程圖1-皮帶輸送機；2-貯斗；3-皮帶加料器（可以計量）；4-轉(zhuǎn)鼓造粒機；5-回轉(zhuǎn)干燥機；6，8-斗式提升機；7-回轉(zhuǎn)冷卻機；9-雙層振動篩；10-粉碎機熟化過磷酸鈣經(jīng)過皮帶輸送機、貯斗和皮帶加料器加入到造粒機。與此同時返料也經(jīng)過貯斗、皮帶加料器加入造粒機當(dāng)中，并且適當(dāng)噴水使過磷酸鈣增加濕度，在造粒機的轉(zhuǎn)動下而團聚成粒。濕的粒狀過磷酸鈣落入干燥機和熱爐氣并流進行干燥。干燥后的粒狀過磷酸鈣離開干燥機后，經(jīng)過斗式提升機進入冷卻機，在冷卻機內(nèi)與進行空氣逆流冷卻。冷卻后的粒狀過磷酸鈣經(jīng)過一4一式提升機送去篩分＞14mm的大顆粒，經(jīng)過破碎后再次篩分，<lmm的粉粒，作為返料送回造粒機與粉狀過磷酸鈣一起進行造粒；1～4mm的顆粒，為粒狀過磷酸鈣成品，送到包裝工序裝袋出廠。干燥過程逸出的廢氣，先經(jīng)過收塵，再洗滌凈化以后放空。從冷卻機逸出來的廢氣，經(jīng)過收塵后放空。計算5.1物料衡算5.1.1數(shù)據(jù)計算 （1）磷礦組成（干基）如表：表5-1磷礦粉組成（干基）組分P2O5CaOMgOCO2FFe2O3Al2O3酸不溶物%（質(zhì)量）28.7938.911.611.353.0211.781.3920.35表5-2原始數(shù)據(jù)年生產(chǎn)能力20000噸日生產(chǎn)能力120（按一年333天每天24小時生產(chǎn)）硫酸濃度68%有效P2O516%磷礦含水量1%磷礦轉(zhuǎn)化率95%石灰粉含水1%，aCO395%造粒時含水量18%粒狀過磷酸鈣含水量3%干燥過程中質(zhì)量損失0.6%篩選、破碎中質(zhì)量損失0.3%表5-3有關(guān)物質(zhì)的標(biāo)準生成熱與比熱容（25℃）物質(zhì)名稱標(biāo)準生成熱Δ：kJ/mol比熱容cpkJ/(kg·K)物質(zhì)名稱標(biāo)準生成熱Δ：kJ/mol比熱cpkJ/(kg·K)Al2O3-1676.8(c)0.837FePO4·2H2O-0.1817(s)0.968AlPO4-1735.0(s)93.24HF-299.98(L)1.455CaCO3-1027.68(c)0.896H2O-271.3(g)4.188CaF2-1215.4(c)0.869H3PO4-1279.9(L)1.866Ca5F(PO4)3-6872(s)0.746H2SiF6-2332.88CaHPO4-1822.1(c)0.809H2SO4-814.53(L)1.415CaHPO4·2H2O-2411.6(c)1.146MgCO3-1113.690.902Ca(H2PO4)2-3116.6(c)MgO-602.23Ca(H2PO4)2·H2O-3439.41.026MgSO4-1278(s)0.801CaO-635.510.7742SiF4-1549.1(g)0.708CaSO4-1433.6(c)0.735SiO2-909.66(c)0.694CaSO4·H2O-1574.110.843CaSO4·2H2O-2022.4(c)1.047CO2-393.770.837Fe2O3-824.8(c)0.665FePO4-1297(s)5.1.2反應(yīng)式：總反應(yīng)：2Ca5F(PO4)3＋7H2SO4＋3H2O3Ca(H2PO4)2·H2O＋7CaSO4＋2HF第一階段：7Ca5F(PO4)3＋35H2SO4＋17H2O21H3PO4＋35CaSO4·H2O＋7HF第二階段：3Ca5F(PO4)3＋21H2PO4＋15H2O15Ca(H2PO4)2·H2O＋3HF2CaSO4·H2OCaSO4＋H2O(Ca,Mg)CO3＋H2SO4(Ca,Mg)SO4＋CO2＋H2O(Fe,Al)2O3＋3H2SO4(Fe,Al)＋H2O4HF＋SiO2SiF4＋2H2O3SiF4＋3H2OH2SiF6SiO2·H2OSiF4＋2HFH2SiF65.1.3計算計算基準：1000kg磷礦粉(干基，下同)(1)混合化成及熟化部分物料平衡可按如下方法計算。磷礦中各組分物質(zhì)的量計算如下。P2O5：=2.0275mol/kg磷礦CaO：＝6.9482mol/kg磷礦F：＝1.5895mol/kg磷礦CO2：＝0.3068mol/kg磷礦MgO：＝0.4025mol/kg磷礦Fe2O3：＝0.1113mol/kg磷礦Al2O3：＝0.1363mol/kg磷礦酸不容物（SiO2計）：＝3.3917mol/kg磷礦因1molCa5F(PO4)3內(nèi)含有1.5molP2O5，則磷礦中的Ca5F(PO4)3＝＝1.3517mol/kg磷礦1kg磷礦含F(xiàn)1.5895mol，其中來自Ca5F(PO4)3的F為＝1.3517mol，尚余F＝1.5895-1.3517=.0.2378mol/kg磷礦。余F來自CaF2，則磷礦的CaF2＝0.1189mol/kg磷礦1kg磷礦含CaO6.9482mol1.3517molCa5F(PO4)3含有CaO＝5×1.3517＝6.7585mol則CaCO3＝6.9482-(6.7585+0.1189)＝0.0708mol/kg磷礦1kg磷礦含有0.4025molMgO，亦即含0.4025molMgCO3根據(jù)以上計算，磷礦中的各組分量如下：組分Ca5F(PO4)3CaCO3CaF2MgCO3Fe2O3Al2O3SiO2mol/kg磷礦 1.35170.07080.11890.40250.11130.13633.3917分解磷礦的100%H2SO4需用量計算如下：2Ca5F(PO4)3＋35H2SO4＋3H2O3CaH2PO4＋7CaSO4＋2HF由上式可見：3molP2O5需用7molH2SO4，即＝1.61kgH2SO4/kgP2O51000kg磷礦中的P2O5耗用H2SO4量：28.79%×1000×1.61＝463.519kg在生產(chǎn)中的硫酸實際用量常取硫酸理論用量的110％，則實際用量為463.519×110％＝509.871kg第一階段反應(yīng)計算如下7Ca5F(PO4)3＋35H2SO4＋17H2O21H3PO4＋35CaSO4·H2O＋7HF分解的Ca5F(PO4)3量：＝524.4387kg耗用H2O：＝46.8249kg生產(chǎn)H3PO4：＝305.9226kg生成CaSO4·H2O：＝754.401kg生成HF：＝20.8111kg按式(Ca,Mg)CO3＋H2SO4(Ca,Mg)SO4＋CO2＋H2O0.0708molCaCO3/kg磷礦相當(dāng)于＝7.08kgCaCO3kg/1000kg磷酸分解7.08kgCaCO3耗用H2SO4：7.08×98100=6.9384生成CaSO4：7.08×＝9.6288kg生成H2O：7.08×＝1.2744kg生成CO2：7.08×＝3.1152kg0.0496molMgCO3/kg磷礦相當(dāng)于＝33.931kgMgCO3/1000kg磷酸分解33.931kgMgCO3耗用H2SO4：33.931×＝39.4453kg生成MgSO4：33.931×＝48.3kg生成H2O：33.931×＝7.2451kg生成CO2：33.931×＝17.7101kg硫酸分解CaF2的化學(xué)反應(yīng)式：CaF2＋H2SO4CaSO4＋2HF0.1189molCaF2/kg磷酸相當(dāng)于=9.2742CaF2/1000kg磷酸分解3.3072kgCaF2耗用H2SO4：9.2742×＝11.6522kg生成CaSO4：9.2742×＝16.1704kg生成HF：9.2742×＝4.756kg第一階段中：耗用H2SO4＝509.871+6.9384+39.4453+11.6522=567.9069kg生成CaSO4總量=9.6288+16.1704=25.7992kg生成HF總量=4.756+20.8111=25.5671kg生成CO2總量=3.1152+17.7101=20.8253kg生成H2O總量=1.2744+7.2451=8.5195kg第二階段反應(yīng)計算如下：依據(jù)式1000kg磷礦分含Ca5F(PO4)3：28.79%×1000×=681.2282kg由于轉(zhuǎn)化率為95%，則違背分解的Ca5F(PO4)3：681.2282×5%=34.0614kgH3PO4分解的Ca5F(PO4)3：681.2822—（524.4387+34.0614）=122.7821kg分解145.7050kgCa5F(PO4)3需用H3PO4：=167.2411kg生成Ca(H2PO4)2·H2O：=307.1775kg生成HF：=4.8723kg耗用H2O：=21.9254kg熟化過磷酸鈣含游離H3PO4：307.1775—167.2411=139.9364kg754.401CaSO4·H2O脫水后的CaSO4：=707.5761kg相應(yīng)生成H2O；=46.8249kg根據(jù)式Fe2O3耗H2SO4：1.78%×1000×=10.9298kg耗Ca(H2PO4)2：1.78%×1000×=26.0977kg生成FePO4；1.78%×1000×=33.6371kg生成CaSO4：1.78%×1000×=15.1679kg生成H2O；1.78%×1000×=6.0226kgAl2O3耗H2SO4：1.39%×1000×=13.3549kgAl2O3耗Ca(H2PO4)2：1.39%×1000×=13.3549kg耗Ca(H2PO4)2：1.39%×1000×=31.8882kg生成AlPO4；1.39%×1000×=41.1004kg生成CaSO4：1.39%×1000×=18.5333kg生成H2O；1.39%×1000×=7.3588kg(Fe,Al)2O3共耗Ca(H2PO4)2：26.0977+31.8882=57.9859kg57.9859kgCa(H2PO4)2耗Ca(H2PO4)2·H2O：57.9859×=62.4464kg生成水：57.9859kg×=4.4605kg剩余Ca(H2PO4)2·H2O：307.1775—62.4464=244.7311kg共生成CaSO4：707.5761+15.1679+18.5333=741.27737kg第二階段共耗H2SO4H2O；46.8249+6.0226+7.3588+4.4605=64.6668kg第一階段及第二階段反應(yīng)的F平衡計算如下：第一階段逸出氟25.5671kg，內(nèi)含F(xiàn)：25.5671×=24.2887kg第二階段逸出氟4.8723kg，內(nèi)含F(xiàn)：4.8723×=4.6287kg34.0614kg為分解的Ca5F(PO4)3含氟：34.0614×=1.2841kg取與HF反應(yīng)的SiO2SiO2HF：=24.0kg相應(yīng)生成SiF4：=31.2kg生成H2O；=10.8kg剩余的HF：25.5671+4.8723-24=6.4394kg按式:反應(yīng)6.4394kgHF需耗SiF4：=16.7424kg生成H2SiF6:=23.1818kgSiF4除與HF反應(yīng)生成H2SiF6外。隨氣相排出的SiF4為：31.2—23.1818=8.0182kg由于氟的逸出率為10%，則逸出的F：3.02%×1000×40%=12.08kg8.0182kgSiF4含F(xiàn)：8.0182×19×4104＝氣相中除有5.8595kgF的SiF4外，還有F：12.08—5.8595=6.2205kg6.2205kgF相當(dāng)于H2SiF6：6.2205×=7.8575kg存在于熟化過磷酸鈣的H2SiF6：23.1818—7.8575=15.3243kgH2SO4567.9069H2SO4H2SO4—=278.6784kg從生產(chǎn)系統(tǒng)抽吸的空氣量取為260m3/t磷礦粉。設(shè)空氣溫度為15℃。相對濕度為70%，飽和空氣含水為12.8g/m3空氣。則由空氣帶入系統(tǒng)的水：260××70%=2.3296kg/t磷礦。過磷酸鈣生產(chǎn)過程中逸出的水蒸氣，按照生產(chǎn)數(shù)據(jù)取為磷礦粉及硫酸帶入系統(tǒng)水量的27%，則逸出水蒸氣:（10.101+278.6784）×27%=77.9704kg第一階段反應(yīng)凈耗水：46.8249—8.5195=38.3054kg第二階段反應(yīng)凈生成水：64.6668—21.9254=42.7414kgHF與SiO2反應(yīng)生成水：10.8kg整個反應(yīng)凈生成水：（42.7414+10.8）—38.3054=15.236kg熟過磷酸鈣濕存水：（10.101+278.6784+2.3296+15.236）—77.9704=228.3746kg熟化過磷酸鈣：307.1775+741.2773+48.3+33.6371+41.1004+15.3243+139.9364+228.3746+77.9704+20.8253+8.0182+7.8578+1000(1-28.79%-38.91%-1.61%-1.35%-3.02%-1.78%-1.39%-20.35%)=1697.799kg表5-4過磷酸鈣混化熟化物料平衡表進料kg%出料kg%磷礦粉(含水1%)硫酸（68%）空氣帶入水1010.101870.872.329653.6346.240.13Ca(H2PO4)2·H2OCaSO4MgSO4FePO4AlPO4H2SiF6H3PO4雜質(zhì)濕存水廢氣水蒸氣CO2SiF4H2SiF6307.1775741.277348.333.637141.100415.3243139.936428228.3746185.501677.970420.82538.01827.857816.3139.362.561.792.180.817.431.4912.139.830.42共計1883.3006100.0共計1883.3006100.05.2熱量衡算5.2.1輸入熱量A、磷礦粉帶入熱量，Q1磷礦粉用量：1000kg，溫度t=15℃。磷礦粉比熱容cp=0.7955kJ/(kg·K)Q：=1000×0.7955×15=11932.5kJB、硫酸帶入熱量，Q268%H2SO4℃68%H2SO4℃時比熱容cp=2.3149kJ/(kg·K)Q2=×2.3149×60=120958.618kJC、空氣帶入熱量，Q3進入系統(tǒng)的空氣量=260m3/1000kg磷礦粉溫度t=15℃，比熱容cp=1.011kJ/(kg·K)相對濕度為70%，濕含量X=0.009kg/kg空氣空氣中水蒸汽比熱容cp=1.937kJ/(kg·K)空氣密度=1.29kg/m3Q3=260×1.29×1.011×12+260×1.29×0.009×1.937×15=5174.046kJD、化學(xué)反應(yīng)熱，Q4現(xiàn)將各物質(zhì)的標(biāo)準生成熱(單位:k/mol)分別標(biāo)注在反應(yīng)式各族物質(zhì)的下面。標(biāo)準反應(yīng)熱為產(chǎn)物生成熱之和減反應(yīng)物生成熱之和。如結(jié)果為負值表示放熱，正值表示吸熱.按式:2Ca5F(PO4)3(s)+7H2SO4(L)＋3H2O3Ca(H2PO4)2·H2O(s)＋7CaSO4＋2HF(l)-2×6872-7×814.53-3×286.03-3×3439.4-7×1433.64-2×298.98ΔH1=－(3×3439.4＋7×1433.64＋2×299.98)-(-2×6872-7×814.53-3×286.03)=649.84kJ/molCa5F(PO4)3按式:CaF2（s）＋7H2SO4(L)CaSO4（s）＋2HF(L)－1215.4－814.53－1433.64－2×299.98ΔH2=－(1433.64+2×299.98)－(－1215.4－814.53)=－3.67kJ/molCaF2按式:CaCO3（c）＋H2SO4(L)=CaSO4（c）＋H2O(L)+CO2（g）－1027.68－814.53－1433.64－286.03－393.77ΔH3=－(1433.64+286.03+393.77)－(-1027.68-814.53)=－91.23kJ/molCaCO3按式:MgCO3（c）＋H2SO4(L)=MgSO4（c）＋H2O(L)+CO2（g）－1113.69－814.58－1278－286.03－393.77ΔH4=－(1278+286.03+393.77)－(－1113.69－814.58)=-29.58kJ/molMgCO3按式:Fe2O3（c＋H2SO4(L)＋Ca5F(PO4)3(s)=2FePO4(s)＋CaSO4(c)＋3H2O(L)－824.8－814.53－3116.65－2×1297－1433.64 －3×286.03ΔH5=－(2×1297+1433.64+3×286.03)－(－824.8－814.53－3116.65)=－129.75kJ/molFe2O3按式:Al2O3(c)＋H2SO4(L)＋Ca5F(PO4)3(s)=2AlPO4(s)＋CaSO4(c)＋3H2O(L)－1676.8－814.53－3116.65－2×1735－1433.64 －3×286.03ΔH6=－(2×1735+1433.64+3×286.03)-(-1676.8－814.53－3116.65)=-153.75kJ/molAl2O3按式:4HF(L)＋SiO2（c）SiF4（g）＋2H2O(L)－4×299.98－909.66－1549.1－2×286.03ΔH7=－(1549.1+2×286.03)－(－4×299.98－909.66)=－11.58kJ/molHF按式:SiF4（g）＋2HF(L)H2SiF6（aq）－1549.1－2×299.98－2332.88ΔH7=－2332.88－(－1549.1－2×299.98)=－183.82kJ/molSiF4根據(jù)物料衡算：磷礦分解率為95%，1000kg磷礦粉內(nèi)含Ca5F(PO4)3681.2282kg。其中參與反應(yīng)的為647.1668kg，余下的未參與反應(yīng)，又在反應(yīng)過程中有24kgHF與SiO2反應(yīng)生成31.2kgSiF4與6.4394kgHF反應(yīng)生成23.1818kgH2SiF6按磷礦的組分計算1000kg磷礦與硫酸反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH：ΔH=649.84××1000+3.67×9.2742+91.23×7.08+29.58×33.931+129.75×10.9298+153.75×13.3549+11.58××1000+183.82××1000=894459.185kJ輸入總熱量=Q1+Q2+Q3+Q4=11932.5+120958.618+5174.046+894459.185=1032524.349kJ5.2.2輸出熱量A、過磷酸鈣帶出的熱量，Q1Q1=1697.799×2.6464×100=449305.527kJ式中1697.799——過磷酸鈣的產(chǎn)量，kg2.6464——過磷酸鈣的比熱容，kJ/（kg·K)100——過磷酸鈣卸出時的溫度，℃B、水蒸氣帶出的熱量，Q2Q2=77.9704×2659.455=207358.77kJ式中77.9704——逸出量，kg2.6464——過磷酸鈣的比熱容，kJ/（kg·K)C、尾氣帶出熱量，Q3尾氣中包含有260m3空氣，8.0182kgSiF4、7.8578kgH2SiF6及20.8253kgCO2Q3=260×1.29×1.017×90+8.0182×2.052×90+7.8578×4.187×90+20.8253×0.843×90=36721.033kJ式中260——逸出空氣量，kg1.29——空氣密度，kg/m31.017——空氣比熱容，kJ/（kg·K)90——尾氣溫度，℃2.052——SiF4比熱容，kJ/（kg·K)4.187——H2SiF6比熱容，kJ/（kg·K)0.843——CO2比熱容，kJ/（kg·K)D、熱損失Q4輸出總熱量=Q1+Q2+Q3+Q4+=449305.527+207358.77+36721.033+Q4=693385.33+Q4輸入總熱量=輸出總熱1032524.349=693385.33+Q4Q4=1032524.349—693385.33=339139.019kJ表5-5過磷酸鈣混化熟化熱量平衡表輸入熱量kJ%輸入熱量kJ%磷礦粉11932.51.16熟化過磷酸鈣449305.50743.5168%H2SO4120958.61811.71水蒸氣207358.7720.08空氣5174.0460.50尾氣36721.0333.56反應(yīng)熱894459.18586.63熱損失339139.01932.85共計1032524.349100.00共計1032524.349100.00設(shè)備選型6.1臥式混合機臥式混合機又稱Broadfield混合機。它是用鋼制內(nèi)襯防腐蝕材料的長槽，上部長方形，底部半圓形。進料(磷礦粉及硫酸)端的截面比較大，攪拌強度也比較大。出料(料漿)端的截面比較小，攪拌強度也比較低。料漿在混合機內(nèi)的停留時間與立式多槳混合機一樣，需要根據(jù)根磷礦特性及工藝操作條件來定。料漿的停留時間除可以相應(yīng)調(diào)節(jié)磷礦粉與硫酸的加料速度外，還可以用改變軸的轉(zhuǎn)速來進行調(diào)節(jié)。圖6-1臥式混合機結(jié)構(gòu)示意圖l-出料口；2-軸支承裝置；3-殼體;4-吊杯；5-上蓋；6-攪拌槳；7-軸臥式混合機規(guī)格：mm型號規(guī)格：SYLW2；裝機功率：3kW；容積：0.1m3；電動機型號JO2－41－1；筒體尺寸：Ф400×616；6.2擠壓造粒機擠壓造粒機是將造粒物料在兩個表面中進行擠壓。當(dāng)物料在一對相向旋轉(zhuǎn)的輥隙中受到擠壓的時候，物料因分子的內(nèi)聚力和靜電力而粘結(jié)成為5～20mm(根據(jù)產(chǎn)品粒度要求調(diào)節(jié)輥隙)的連續(xù)薄板，然后將薄板破碎、篩分。大粒作為成品，小粒將作為返料。對于某些物料在施壓后物料粒子接觸點處產(chǎn)生熱點，導(dǎo)致使物料熔融形成熔結(jié)橋、待物料溫度下降后成為固體橋。因此擠壓造粒不加或加少量粘結(jié)劑即可以使物料有效成型。如果控制造粒物料的含水量≤5％，則擠壓成粒以后無需于燥。成粒率可達到90％。顆粒強度不小于I5N。在這種情況下擠壓造粒的投資省，能耗低。但是經(jīng)過破碎、篩分的產(chǎn)品上外形不如盤式造粒及轉(zhuǎn)鼓造粒的圓，并且在儲運和施用時難免不產(chǎn)生粉塵。為了彌補這一缺陷，不少生產(chǎn)廠將經(jīng)過篩分粒度合格面，外形不夠圓整的粒料進行磨角、拋光、調(diào)理，制成正式的成品。擠壓造粒工藝對物料的自由水分也有嚴格要求(一般是50%)，從而通常過磷酸鈣的水分為12％~15%，部分酸化磷礦的水分為8%~10%。因此過磷酸鈣以及部分酸化磷礦均不能直接的進行擠壓造粒，除非事先經(jīng)過干燥或延長熟化期而使其自然干燥，待其水分符合要求以后再進行擠壓造粒。當(dāng)然過磷酸鈣和部分酸化磷礦均可一添加其他適當(dāng)?shù)呐淞希脭D壓造粒的方法生產(chǎn)二元或三元復(fù)合肥料。目前過磷酸鈣以及部分酸化磷礦的生產(chǎn)工廠采用擠壓造粒的并不多。圖6-2擠壓造粒機結(jié)構(gòu)示意圖料斗;2-擠壓軋輥;3,6,8-軸承;4-齒輪;5-整形輪;7-分料篩;9-電動機;10-鏈輪;11-聯(lián)軸器;12-減速箱;13.14-傳動皮帶.擠壓造粒機主要參數(shù)：型號：DZJ25A；成粒率：＞80；顆粒形狀：扁球狀；額定生產(chǎn)率：1.9t/h；顆?？箟簭姸龋骸?N；電動機型號，功率：JO2－71－4，22kW；外型尺寸：1450×1000×2250mm。總結(jié)：本設(shè)計是采用干法來生產(chǎn)過磷酸鈣,通過對過磷酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)的方法、原理、工藝條件及主要設(shè)備的介紹，對混合化成、熟化中和、含氟氣體吸收、造粒與干燥四個方面重點介紹了過磷酸鈣生產(chǎn)的過程。并對單位質(zhì)量參加反應(yīng)的原料進行了物料衡算和熱量衡算，以獲得低耗能、低污染、高產(chǎn)出的過磷酸鈣生產(chǎn)工藝。通過本設(shè)計，我對過磷酸鈣的生產(chǎn)工藝流程有了更加深入的認識。也掌握了過磷酸鈣生產(chǎn)中的工藝流程以及工藝條件，并且懂得如何將所學(xué)知識運用到實際中去，由于實際生產(chǎn)經(jīng)驗的欠缺，和查閱的資料過于陳舊，并且與工廠實際生產(chǎn)中存在一些差距，故本次設(shè)計還存在一些不足。不僅如此我還通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗及自學(xué)，并且向老師請教等等方式，使自己學(xué)到了不少知識，擴大了我的知識面。在整個設(shè)計過程中使我的學(xué)習(xí)能力得到了很好鍛煉，同樣培養(yǎng)了我獨立的工作能力，樹立了對自己工作能力的信心。相信會對我今后的學(xué)習(xí)、工作、生活有非常重要的影響致謝感謝我的畢業(yè)論文指導(dǎo)老師陳衛(wèi)豐老師，正是在陳衛(wèi)豐老師的悉心指導(dǎo)和耐心修改下，我的論文最終才得以完稿。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染與激勵著我。從課題的選擇到設(shè)計的最終完成，陳老師都始終給予了我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。正是在陳老師的悉心指導(dǎo)中，我不僅學(xué)到了許多扎實的專業(yè)知識，同時在怎樣處人處事等方面收益很多，他對工作的積極熱情、認真負責(zé)、有條不紊、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象使我受益非淺，在此我謹向陳老師表示衷心的感謝和深深的敬意。在設(shè)計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我許多無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!2016年5月25日參考文獻：[1]何小明.過磷酸鈣干濕法結(jié)合的生產(chǎn)工藝[J].磷肥與復(fù)肥，2009.[2]吳汝林，古國今.普通過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的探討[J].化肥工業(yè)，1984.[3]李國安，郭振強.兩種粒狀過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的比較[J].磷肥與復(fù)肥，2005.[4]陳思敏.粒狀過磷酸鈣生產(chǎn)工藝[J].磷肥與復(fù)肥，2000.[5]湯建偉，許秀成，張寶林.改善過磷酸鈣生產(chǎn)的新工藝和理論研究[J].全國化肥工業(yè)技術(shù)交流會論文資料集，2004.[6]何小明.鈦白廢酸用于過磷酸鈣生產(chǎn)的工藝[J].磷肥與復(fù)肥，2007.[7]夏永妹，鐘耀榮，樊春升.尿素過磷酸鈣復(fù)肥生產(chǎn)工藝[J].化工礦物與加工，2001.[8]許寧，

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