t_a低砷黄磷生产项目设计方案.doc

2000t/a低砷黄磷生产项目设计方案1 低砷黄磷产品简介低砷黄磷：P49995、As 10ppm，主要作为食品、医药及电子等工业部门的原料。在食品工业中，用于生产各种食品添加剂；在医药行业中，用于免疫抑制剂、血管扩张药、脑代谢改善药等药品的原料；在电子工业中，用作电子设备和半导体的原料；也用作制造磷化物的原料。2 生产原理国内生产的黄磷产品含砷量较高，一般在100ppm300 ppm是黄磷生产最难除去的一种杂质。而砷又是有毒有害物质，含砷量高使黄磷产品价值大打折扣。 本项目采用化学氧化法，由于磷和砷同属 V 族元素，但磷是典型非金属元素，而砷具有金属的某些特点，利用磷、砷之间化学性质差异，在液态黄磷中加入10%稀硝酸和脱砷剂，使黄磷中的砷先行被氧化为氧化物，进而水合成亚砷酸 H3AsO3或 H3AsO 进入水相中，经热水洗涤后将砷脱除。其反应机理如下： 3As+5HNO3+2H2O=一 3H3AsO4+5NO 3 工艺流程 2kta低砷黄磷系统工艺流程示意图见图 1。 黄磷黄磷保温槽1#压磷槽脱硝 砷废液贮槽反应液配制槽脱砷反应器酸 剂2#压磷槽 水洗涤器2#压磷槽成品槽 含磷污水处理 低砷黄磷产品图1 黄磷精制脱砷工艺流程示意图2kta精制低砷黄磷脱砷生产装置厂址选择在新三磷化工有限公司生产区厂内。总占地面积约l600m2 ，距锅炉房约 100m，距赤磷车间100m，距10KV总配电室约150m，距黄磷车间污水处理池约 200m。（1）原料供应：新三磷化工有限公司生产区现拥有黄磷电炉2台，工业黄磷产能12000ta。考虑到运输及操作安全，黄磷车间用黄磷槽车将黄磷桶运至本车间使用。(2)车间供水：由公司水塔清水管路引入，水管表压0.25MPa，供水量10 m3/h。 (3)车间供电：由总配电室低压侧引入车间配电箱，车间动力与照明用电的总负荷为100kW。 (4)车间供汽：由锅炉房输送蒸汽至车间，供汽量 0.8th，压力0.5 MPa。 （5）系统中产生的含磷废水汇集至黄磷污水处理系统统一处理，本系统不另设含磷废水处理系统。4 工艺设备布置及选型 2000ta黄磷精制脱砷系统厂房为二层钢筋混凝土框架结构。主反应器脱砷反应器、洗涤器和成品槽位于二楼平台。黄磷保温槽、压磷槽、反应液配制槽及废液贮槽布置于车间底层；二楼屋面布置热水高位槽、冷水高位槽、硝酸高位槽和脱砷剂高位槽。 4.1 黄磷保温槽 液态黄磷由槽车放入黄磷保温槽中，通过输磷泵送至1#压磷槽。黄磷保温槽由普通碳钢制作，设计尺寸为6000mm1600mm1200mm，总容 积 12.5m3，有效容积11m3，可贮熔融黄磷 l7t。黄磷保温槽采用夹套蒸汽加热、保温。输磷泵型号DB40Y一16，其流量为 7.2m3/h，扬程 15.7m，电机功率 2.2kW。 4.2 压磷槽布置于厂房底层的主反应器下方，采用夹套蒸汽加热、保温。上设黄磷和水的进出管各 1根。由黄磷保温槽输入的液态黄磷经表压为02MPa的水压人主反应器中，通过压磷槽上安装的浮球液位计准确计量。压磷槽黄磷出口与主反应器黄磷进口位差 3.5m。压磷槽设计尺寸为1200mm1680mm,共3套。2#和3#槽用于中间输送黄磷。 4.3 脱砷反应器脱砷反应器为主反应器，是装置的关键设备。工业黄磷由压磷槽压至脱砷反应器后，与加入的稀硝酸溶液和脱砷剂在此混合反应，使黄磷中的砷被氧化后以亚砷酸或砷酸的形式转人水溶液中而实现脱砷过程。由于黄磷难溶于水或稀硝酸溶液，熔融态时比重约 1.763gL ，粘度 0.014P，表面张力为0.043N/m，因此它与水或稀硝酸溶液的均匀混合很困难。但因黄磷所含杂质砷，属磷的同族元索，两者性质极为相似，以单质形式存在的砷完全溶于黄磷之中，加之其含量仅为100一300ppm，所以，若要将之从工业粗黄磷中除去，除选择恰当的脱砷剂外，主反应器中两相系统的充分接触(即均匀混合)显得极为重要。为了使脱砷剂与微量砷有充分接触进而发生反应的机会，本反应器选择直立式机械搅拌器进行搅拌，搅拌浆叶设计直径 450mm，浆叶设计宽度 100mm，搅拌器搅拌速度 130rrain。同时，主反应器内设计4 块挡板，尺寸为 1500mm100mm6mm，均布于内壁上。 为了确保主反应器顺利完成脱砷操作，应选择合适的设备尺寸和结构，同时设备应具有一定的刚性、强度和耐腐蚀性能。为移走反应过程放出的热量，设备还须加夹套通水冷却，换热面积设计值为 10m2。反应器设计计算如下： 装置生产能力：2kt/a低砷黄磷 日生产能力：6.67t/d(设计取7t/d计算) 根据批料处理周期4h计，日处理批料数为6次，每批处理黄磷量为 1.1667t。 按磷水比 l:3，每批处理物料量为4.667t，每批处理物料容积为 4.162m3，取反应器中物料容积占总容积 80，H/D：1.3，即可由下式0.8D21.3D/4=4.162 求出 D=1.721(m)(取 1.8m) H=131721=224(m)(实际取23m) 根据以上计算，最终确定主反应器设计尺寸为1800mm2300mn，黄磷虹吸管口离反应器底部50mm。 4.4 洗涤器 在主反应器中脱砷处理后的黄磷，经虹吸进入2#压磷槽后再压至洗涤器中进行处理。洗涤器与脱砷反应器布置于二层平台。经脱砷反应器处理后的黄磷，其被氧化的大部分杂质砷已进入含砷 废液中，但仍有少部分残留在黄磷中，同时还夹杂有少量的硝酸根等其它杂质。为了保证精制低砷黄磷产品的纯度，必须对其进行洗涤处理。本洗涤器设计尺寸为1800mm2300mm，配置机械搅拌装置。搅拌器浆叶设计直径450mm,浆叶宽度100mm。本洗涤器的主要作用是使经脱砷处理后的黄磷消除硝酸根等少量杂质，使其通过物理扩散由黄磷中进人水相。采用低转速搅拌，搅拌器转速选取60rmin，在此条件下，两相均处于层流状态。4.5 成品槽 低砷黄磷包装采用虹吸法通过皮管注入黄磷桶，成品槽与包装场地之间需有一定位差，所以成品槽布置于二层平台。成品槽采用夹套蒸汽加热，设计尺寸为4000mm2000mm1400mm，有效容积 9.5m3。为了操作方便并保证产品的质量，设置2个成品槽轮换使用。24小时内同一的产品经3#压磷槽压入同一成品槽。 4.6 反应液配制槽 为了准确控制反应液各组分浓度而设置此配制槽。在该槽中预先配制了反应液，然后通过车间中控分析室监控，分析各成分指标，确保反应液配制的准确性。反应液配制槽布置于车间底层， 设计尺寸为1500mm1600mm，并设置浮球液位计和输液泵，将配制的合格反应液通过液位计准确计量后送至反应器。 输液泵为DB40Y 16耐腐蚀液下泵。4.7 废液贮槽脱砷反应器中经脱砷反应后的含砷反应液，经虹吸管吸人位于车间底层的废液贮槽中，废液贮槽设计尺寸为2000mm1600mm，容积为5m3，并设置浮球式液位计。 5化学氧化法生产低砷黄磷的优点工艺流程简单，如图 l所示主流程仅需两步即可得到产品；能耗低，每吨产品耗电 7551kWh，耗蒸汽0.50t；因为黄磷的输送均采用输磷泵及水压操作，反应器和洗涤器的操作控制主要是起动搅拌装置及磷的虹吸排放，所以生产过程易于操作，设备运行是可靠。由于在主反应器中采用约 1