10万吨每年湿法磷酸过滤工艺初步设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上 四川理工学院毕业设计 100kt/a磷酸过滤工艺初步设计学 生：刘昭华 学 号：专 业：化学工程与工艺班 级：08级2班指导老师： 杜怀明 四川理工学院材料与化学工程学院二一二 年 六 月专心-专注-专业摘 要 本文针对目前磷矿品位较低的情况，对湿法磷酸二水法流程的过滤工艺进行初步设计。选择品位较低的四川省金河原矿与云南昆阳混矿进行设计， 主要包括工艺参数确定、物料衡算、热量衡算、以及对主要设备转台式真空过滤机进行计算选型等。关键词：工艺设计；物料衡算；热量衡算；设备选型AbstractIn view of the current situation of low

2、content of phosphate rock, the wet-process phosphoric acid filtration process are preliminary designed. Selected low content of gold river ore in Sichuan province and Yunnan Kunyang mixed ore to design, mainly including the determination of process parameters，material balance, heat balance calculati

3、on ,as well as the rotary filter equipment selection.Key words: process design; material balance ;heat balance calculation; equipment selection目 录第一章 工艺参数的确定1.1磷矿组成随着全球磷矿资源的大量开采利用，目前磷矿资源越来越匮乏，且品位越来越低。因此，对中低品位磷矿的有效利用在当前尤为重要，所以，本设计以中品位的四川省金河原矿与云南昆阳混矿为例进行设计，磷矿组成如表1-11。表1-1 磷矿组成名称P2O5CaOSO3FSiO2MgOCO2组成

4、/%26.339.80.62.413.1361.2 成品酸浓度提高成品酸浓度，可节约浓缩部分的能耗，降低生产成本。但成品酸浓度越高，其粘度越大，离子扩散速度降低，制约其反应速度，使硫酸钙结晶变得细小。反之，适当降低其浓度，可使硫酸钙结晶变得粗大，有利于过滤分离，同时减少氟硅盐沉积和堵塞滤布的程度。成品酸浓度在生产中通过调节返回淡磷酸浓度与用量来实现，而返回淡磷酸浓度和用量通过改变洗涤水量和改变成品酸产量实现。当使用质量较好的商品磷矿时，成品酸浓度范围大致为26%30% P2O5，中品位磷矿，其浓度在20%25% P2O5中选择。本设计中磷矿品位较低，因此选择成品酸浓度为22%1。1.3 料浆液

5、固比料浆液固比低，料浆则稠厚，会增多输送能耗，不利于搅拌，也不利于硫酸钙结晶的成长和反应的进行。但易于提高生产能力，提高设备利用率。采用杂质少、质量好的磷矿时，液固比一般为1.92.1:1，当采用杂质较多的原矿时，液固比一般为2.53:1。本设计采用中品位的原矿，液固比取3:11。1.4 SO3浓度硫酸用量不足会导致与磷矿的反应不完全，磷矿中五氧化二磷转化率下降。SO42-浓度适当提高能减少硫酸钙结晶中HPO42-对SO42-的取代作用，从而减少“共晶磷”的损失。但过高的SO42-会增加硫酸的消耗，增大生产成本。本设计考虑成本问题，采用93%的硫酸，用量为理论用量的105%1。1.5 温度的确

6、定1.5.1 反应温度在湿法磷酸二水法工艺流程中，对磷矿质量差，反应温度控制高些有利。因为温度高能加快反应速度，降低液相粘度，减少离子扩散阻力。同时，温度高，硫酸钙在磷酸溶液中的溶解度随之增加，从而降低硫酸钙过饱和度，反应温度一般控制在7080。本设计考虑磷矿品位较低，取反应温度为80，即料浆温度为801。1.5.2 洗涤水温度洗涤水温度高，洗涤过程中离子扩散速度快，有利于洗涤，但温度越高，能耗就越高，增大生产成本。反之，洗涤水温度低，洗涤效果差。本设计洗涤水温度控制在60。1.5.3 石膏温度本设计中选用的过滤机为转台式真空过滤机，抽真空的过程会带走大量的热量，因此在过滤和洗涤过程中石膏的温

7、度降比较大，本设计中二水石膏温度为50。1.5.4 成品酸和返回淡磷酸温度料浆在过滤机的过滤区进行过滤，抽真空回带走部分热，因此，滤液即成品酸的温度会较料浆低，本设计成品酸温度为75。返回淡磷酸是取部分成品酸和一洗液混合作为淡磷酸返回，取返回淡磷酸温度为70。1.6 滤饼含液量滤饼中的含液量会受到磷矿品位、洗涤水用量、成品酸产量等很多因素的影响，对于磷矿品位较低的原矿，在反应结晶过程中的晶体较大，形成的滤饼空隙率也较大，含液量相对磷矿品位高的也较大。在工业生产中，二水石膏的含液量在20%左右，本设计的各效洗涤和过滤滤饼含液量如表1-22。表1-2 滤饼含液量名称过滤滤饼一洗滤饼二洗滤饼三洗滤饼

8、含液量/%453527201.7 其它工艺参数各组分转化率如表1-32。表1-3 各组分转化率名称P2O5SiO2MgO转化率/%981298磷矿中氟在萃取过程中的分配如表1-41。表1-4 氟的分配名称气相液相固相氟分配/%137017整个系统中（包括反应部分和过滤部分）的水分蒸发量为20kg/100kg磷矿，其中反应部分12kg/100kg磷矿，过滤部分8kg/100kg磷矿（在第三章热量衡算部分核算），过滤过程中相对于总P2O5的机械损失取2%，洗涤过程中相对于总P2O5的洗涤率取98.5%。第二次洗涤后滤饼中水溶性P2O5残留率取0.3，第三次洗涤后滤饼中水溶性P2O5残留率取0.15

9、。第二章 物料衡算本文的设计是基于湿法磷酸的二水法工艺流程，过滤过程中的衡算参数与萃取过程密切相连，需要通过萃取过程的衡算得出过滤过程的设计参数。因此，本章将对萃取过程和过滤过程都作物料衡算。二水法流程框图如图2-1。混合滤饼二洗液三洗水三洗液成品酸返酸萃取二洗一洗过滤图2-1 湿法磷酸二水法流程框图本章的物料衡算取100kg磷矿为衡算基准2，将设计任务给的成品酸产量除以100kg磷矿为基准算得的成品酸产量，所得系数乘上100kg磷矿为基准衡算的各项数据，就可得设计任务下即100kt/aP2O5的物料衡算数据。过滤过程中主要设备包括过滤机和真空泵，物料衡算得到的衡算结果将为主要设备选型提供条件

10、。2.1 计算条件1. 四川省金河原矿与云南昆阳混矿组成如表2-1所示。表2-1 磷矿组成名称P2O5CaOSO3FSiO2MgOCO2组成/%26.339.80.62.413.1362. 磷矿中各组分转化率如表2-2所示。表2-2 各组分转化率名称P2O5SiO2MgO转化率/%9812983. 磷矿中氟在萃取过程中的分配如表2-3所示。表2-3 氟的分配名称气相液相固相氟分配/%1370174. 过滤洗涤过程中滤饼各效含液量如表2-4所示。表2-4 滤饼含液量名称过滤滤饼一洗滤饼二洗滤饼三洗滤饼含液量/%453527205. 成品酸浓度：22%。6. 硫酸用量：硫酸浓度93%（质量浓度），

11、用量为理论用量的105%。7. 料浆液固比：3:1。8. 萃取部分水分蒸发量12kg/100kg磷矿，过滤洗涤部分水分蒸发量8kg/100kg磷矿。9. 机械损失：2%（相对于总P2O5）。10. 洗涤率：98%（相对于总P2O5）。11. 第二次洗涤后滤饼中水溶性P2O5残留率0.3，第三次洗涤后滤饼中水溶性P2O5残留率0.15。2.2萃取和过滤洗涤整个系统平衡将萃取和过滤洗涤作为一个整体，系统物流示意如图2-1所示，其中进料包括磷矿J1、硫酸J2、洗涤水J3，出料包括废气C1、成品酸C2、机械损失C3、二水石膏C4。 进料 出料全系统废气 C1J1 磷矿 成品酸 C2J2 硫酸 机械损失

12、 C3J3 水 二水石膏 C4图2-1 全系统物流示意图1. 进料 磷矿 J1=100kg硫酸 磷矿中含SO3，折合成H2SO4量：100×0.6%×98/80=0.74 kg J2=mCaO×M硫酸MCaO×105%硫酸=39.8×9856×105%93%-0.74=77.9 kg水 J3=？进料总和 J=J1+J2+J3=177.9+J32. 出料 (1) 成品磷酸 C1=mP2O5×1-1-转化-1-洗涤-机损成品酸 =26.3×1-1-98%-1-98.5%-2%22%=112.97 kg 其中：SO3=7

13、8.64×105%-1×93%×1-1-98.5%-2%×80/98112.97×105%=2.43% MgO=3×98%×96.5%112.97=1.69% SiO2 =13.1×12%×96.5%112.97=1.69% F =2.4×70%×96.5%112.97=1.44% 以上计算中，96.5%是扣除洗涤和机械损失后的收率。成品酸组成如表2-1。表2-1 成品酸组成名称P2O5MgOSiO2FSO3组成/%221.691.341.442.43(2) 溢出废气 CO2 100&

14、#215;6%=6 kg VCO2=644×22.4=3.05 m3（标准态）F 100×2.4%×13%=0.31 kg折合成SiF4：0.31×10476=0.42 kg VSiF4=0.42104×22.4=0.09 m3（标准态） H2O 100×0.2=20 kg V水汽=2018×22.4=24.89 m3（标准态） C2=6+0.42+20=26.24 kg V气=3.05+0.09+24.89=28.03 m3（标准态）(3) 机械损失 C3=mP2O5×机损成品酸=26.3×2%22%=

15、2.39 kg其中P2O50.35kg(4) 磷石膏 CaO 100×39.8%=39.8 kg 折合成CaSO4·2H2O:39.8×17256=122.4 kg MgO 3×2%=0.06 kg SiO2 13.1×88%=11.53 kg F 2.4×17%=0.41 kg干基磷石膏=122.24+0.06+11.53+0.4= 134.24 kg 湿石膏含湿量20%，C4=132.241-20%=167.8 kg其中液相33.56kg。出料总和C=C1+C2+C3+C4=112.97+26.42+2.39+167.8 =309

16、.58kg因为J=C，即177.90+J3=309.58所以，加水量J3=309.58-177.90=131.68 kg2.3 对萃取系统做平衡 反应部分即萃取部分的物流示意图如图2-2，其中进料包括磷矿J1、硫酸J2、返酸J3，出料包括废气C1和料浆C2。进料 出料萃取系统 J1 磷矿 废气 C1J2 硫酸 J3 返酸 料浆 C2图2-2 萃取系统物流示意图1. 进料磷矿 J1=100 kg硫酸 J2=77.90 kg返酸 J3=？2. 出料废气 C1=m总废气-m过滤废气=26.42-8=18.42 kg料浆 已知石膏值为134.24kg，料浆固液比为3:1 所以生成料浆C2=134.24

17、×1+3=536.96 kg 其中，固相134.24kg，液相402.72kg出料总和C=C1+C2=18.42+536.96=555.38 kg因为J=C，即177.90+J3=555.38所以，返酸J3=555.38-177.90=377.48 kg2.4 对过滤部分作平衡 过滤部分即料浆三次洗涤之前的过滤过程，过滤部分物流示意图如图2-3，其中进料为料浆J，出料包括成品酸C1、过滤滤饼C2、机械损失C3、配酸用滤液C4。 进料 出料过滤 系统 成品磷酸C1 过滤 滤饼C2 J 料浆 机械损失C3 配酸用滤液C4 图2-3 过滤部分物流示意图1.进料由2.3知料浆 J=536.9

18、6 kg2.出料由2.2知成品磷酸 C1=112.97 kg滤饼含湿45% C2=134.241-45%=244.07 kg其中，固相134.24kg，液相109.83kg机械损失 C3=2.39 kg令过滤部分真空抽走的水蒸气为3kg（在热量衡算部分将作核算）。水分蒸发 C4=3 kg配酸用滤液 C5=？出料总和C=C1+C2+C3+C4+C5=112.97+244.07+2.39+3+C5=362.43+C5因为J=C，即536.96=362.43+C4所以，配酸用滤液C4=536.96-362.43=174.53 kg2.5 对第三次洗涤作平衡 第三次洗涤部分物流示意图如图2-4，其中进

19、料包括洗涤水J1和二水石膏J2，出料包括三洗石膏C1和三洗液C2。进料 出料三 洗过 程J1 洗涤水 三洗石膏 C1J2 二洗石膏 三洗液 C2图2-4 第三次洗涤部分物流示意图1. 进料由2.2知洗涤水 J1=131.68 kg二洗石膏含液27% J2=134.241-27%=183.89 kg其中，固相134.24kg，液相49.65kg进料总和J=J1+J2=131.68+183.89=315.57 kg2. 出料三洗石膏含液量20% C1=134.241-20%=167.8 kg其中，固相134.24kg，液相49.65kg令第三次洗涤部分真空抽走的水蒸气为1kg（在热量衡算部分将作核

20、算）。水分蒸发 C2=1 kg三洗液 C3=？因为J=C，即315.57=168.8+C3所以三洗液C2=315.57-168.8=146.77 kg2.6 对第二次洗涤作平衡第二次洗涤部分物流示意图如图2-4，其中进料包括一洗石膏J1和三洗液J2，出料包括二洗石膏C1和二洗液C2。 进料 出料二 洗过 程 J1 一洗石膏 二洗石膏C1 J2 三洗液 二洗液C2 图2-5 第二次洗涤部分物流示意图1. 进料一洗石膏含液量35% J1=134.241-35%=206.52 kg其中，固相134.24kg，液相72.28kg由2.5知三洗液 J2=146.77 kg进料总和J=206.52+146

21、.77=353.29 kg2. 出料由2.5知二洗石膏 C1=183.89 kg令第二次洗涤部分真空抽走的水蒸气为2kg（在热量衡算部分将作核算）。水分蒸发 C2=2 kg二洗液 C3=？因为J=C，即353.29=183.89+C2所以，二洗液C2=353.29-185.89=167.4 kg2.7 对第一次洗涤作衡算第一次洗涤部分物流示意图如图2-4，其中进料包括过滤滤饼J1和一洗液J2，出料包括一洗石膏C1和一洗液C2。 进料 出料二 洗过 程 J1 过滤滤饼 一洗石膏C1 J2 二洗液 一洗液C2图2-6 第一次洗涤部分物流示意图1. 进料过滤石膏含液45% J1=134.241-45

22、%=244.07 kg由2.6知二洗液 J2=167.4 kg进料总和J= J1+ J2=244.07+167.4=411.47 kg2. 出料由2.5知一洗石膏 C1=206.52 kg令第一次洗涤部分真空抽走的水蒸气为2kg（在热量衡算部分将作核算）。水分蒸发 C2=2 kg一洗液 C3=411.47-208.52=202.95 kg2.8 P2O5分布 磷矿在萃取工段与硫酸进行反应，P2O5即在此过程中转换成水溶性的P2O5存在于料浆中，料浆在过滤工段进行过滤和三次逆流洗涤，过滤得到的滤液作为成品酸，部分水溶性P2O5残留在滤饼中，通过洗涤水三次逆流洗涤，滤饼中残留极少P2O5，一洗液和

23、部分成品酸混合作为返回淡磷酸返入萃取工段。 1. 磷矿中P2O5=26.35 kg 2. 石膏中P2O5不溶=26.3×1-98%=0.53 kg 3. 料浆中P2O5水溶=402.72×22%=88.6 kg 4. 返酸中的P2O5水溶=88.6+0.53-26.3=62.83 kg 返酸浓度=62.83377.48×100%=16.6% 5. 成品酸中P2O5水溶=112.97×22%=24.85 kg 6. 配酸用滤液中P2O5水溶=174.53×22%=38.4 kg 7. 过滤滤饼中含P2O5水溶=109.83×22%=24

24、.16 kg 8. 一洗液含P2O5水溶=返酸中P2O5-配酸用滤液中P2O5 =62.83-38.4=24.43 kg 一洗液浓度=24.43202.95×100%=12% 9. 令二洗液含P2O5水溶为m1，三洗液含P2O5水溶为m2，一洗滤饼含P2O5水溶为M1， 二洗滤饼含P2O5水溶为M2，三洗滤饼含P2O5水溶为M3。 则 24.16+m1=24.43+M1 M1+m2=M2+m1 M2=M3+m2 M2M1=0.3 M3M2=0.15 解以上方程组得：m1=8.51 kg，m2=2.27 kg M1=8.9 kg，M2=2.67 kg，M3=0.4 kg 即 二洗液含P

25、2O5水溶=8.57 kg二洗液浓度=8.57170.4×100%=5%三洗液含P2O5水溶=2.27 kg三洗液浓度=2.27147.77×100%=1.54%一洗滤饼含P2O5水溶=8.9 kg二洗滤饼含P2O5水溶=2.67 kg三洗滤饼含P2O5水溶=0.4 kgP2O5分配情况如图2-7以100kg磷矿为基准的物料平衡图和图2-8以每小时物料为基准的物料平衡图。工厂一年运行300天，一天运行24小时，成品酸含量22%，100kt/aP2O5换算为以小时为单位的成品酸：100××24×22%=63131.3 kg/h以100kg磷矿为基

26、准可得成品酸112.97kg，换算成上列物料的系数：63131.3112.97=558.83 以100kg磷矿为基准和以每小时物料为基准的物料平衡图见图2-7，将物料衡算的各项均乘以系数558.83，即得每小时物料为基准的物料平衡图2-8。料浆 536.96固相 134.24液相 402.72P2O5不溶 0.53 机械损失 2.39P2O5可溶 88.6过滤成品酸 112.97 配酸 174.53P2O5 22% P2O5 22%滤饼 244.07混合 水分蒸发 3 固相 134.24 返酸 液相 109.83P2O5不溶 0.53P2O5可溶 24.16一洗二洗液 170.4 一洗液 20

27、2.95P2O5 5% P2O5 16.17%滤饼 206.52 固相 134.24 水分蒸发 2液相 72.28二洗三洗P2O5不溶 0.53P2O5可溶 8.9 三洗液 147.77 P2O5 1.54%水分蒸发 2 滤饼 183.89固相 134.24液相 49.65P2O5不溶 0.53P2O5可溶 2.67 水 131.68滤饼 167.8 水分蒸发 1固相 134.24液相 33.56P2O5不溶 0.53P2O5可溶 0.4图2-7以100kg磷矿为基准的物料平衡图（单位：kg）三洗二洗一洗过滤混合料浆 .36固相 75017.34液相 .02P2O5不溶 296.18 机械损失

28、 1335.6P2O5可溶 49512.34成品酸 63131.3 配酸 97532.6P2O5 22% P2O5 22%滤饼 .64 水分蒸发 1676.5 固相 75017.34 返酸 液相 71376.3P2O5不溶 296.18P2O5可溶 13501.33二洗液 93548.14 一洗液.55P2O5 9.38% P2O5 16.6%滤饼 .57固相 75017.34 水分蒸发 1117.66液相 40392.23P2O5不溶 296.18P2O5可溶 4973.79 三洗液 82019.48 P2O5 3.17%水分蒸发 1117.66 滤饼 .25固相 75017.34液相 27

29、745.91P2O5不溶 296.18P2O5可溶 2680.67 水 73586.73滤饼 93771.67 水分蒸发 558.83固相 75017.34液相 18754.33P2O5不溶 296.18P2O5可溶 223.53图2-8 以每小时物料量为基准的物料平衡图（单位：kg/h）通过以上的计算，得出湿法磷酸过滤整个系统进料和出料的物料流量，湿法磷酸过滤系统物料平衡如表2-5。表2-5 湿法磷酸过滤系统物料衡算表进料出料名称流量(kg/h）所占比例(%）名称流量(kg/h）所占比例(%）料浆.3680.31成品酸63131.3016.70洗涤水73586.7319.69返酸.1556.

30、64二水石膏93771.6725.1 机械损失水分蒸发1335.604470.170.361.20合计.09100.00合计.09100.00第三章 热量衡算在湿法磷酸二水法流程过滤系统中，萃取系统输送来的料浆在此进行液固分离，分别经过过滤、一洗、二洗、三洗四个过程，在每次洗涤和过滤中，滤饼的温度不断降低，所含显热也不断降低，新鲜洗涤水在三洗时加入系统，经过三次逆流洗涤，洗液温度不断升高，显热也随之增加，部分成品酸和一洗液混合作为返回淡磷酸返回萃取系统。本章将对整个过滤系统作能量衡算。3.1 对整个过滤系统作衡算 将过滤和洗涤过程作为一个整体，其热量流动示意图如图3-1，系统输入热量为洗涤水显

31、热Q1和料浆显热Q2，输出热量为成品酸显热 Q1'、返酸显热 Q2'、二水石膏显热 Q3'和热量损失Q损。 输入 输出过滤系统 洗涤水 成品酸 返酸 二水石膏 料浆 热量损失图3-1 过滤系统热流示意图1. 输入热量a 洗涤水 由磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册查得60时饱和水的比热容 c水=0.998 kcal(kg)=4.174 kJ(kg)洗涤水含显热：Q1=w水× c水×t水=4.174×60×73586.73 =18.43×106 kJhb 料浆 Q2=.36×c料浆×80 式中，c料浆=c液

32、x液+c固x固 当不考虑杂质时，料浆中的固相就是二水石膏，液相就是磷酸溶液，料浆中P2O5浓度为22%。查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得P2O5浓度为22%时c液=0.7958kcal(kg)=3.332kJ(kg)。查实用无机热力学数据手册（第二版）得80时 c固=203.627J(mol)=1.184kJ(kg) x固=1(1+3)=0.25，x液=1-0.25=0.75 则c料浆=3.332×0.75+1.184×0.25=2.795 kJ(kg) Q2=w料浆c料浆t料浆=.36×2.795×80=67.1×106 kJh Q=Q1+

33、Q2=18.43+67.1×106=85.53×106 kJh2. 输出热量a 成品酸 Q1'=w成品酸c成品酸t成品酸=63131.3×3.334×75=15.79×106 kJ/hb 返酸 查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得70的P2O5浓度为16.3%时c液=0.8512kcal(kg)=3.564kJ(kg) Q2'=w返酸c返酸t返酸=.15×3.564×70=53.74×106 kJ/hc 二水石膏查实用无机热力学数据手册（第二版）得50时c石膏=194.7J(mol)= 1.128kJ

34、(kg) Q3'=w石膏c石膏t石膏=93771.67×1.128×50=5.29 ×106kJ/h Q'= Q1'+ Q2'+ Q3'=15.79+53.74+5.29×106=74.82×106 kJ/h3.2 各过滤洗涤区域能量损失分布 各个过滤区都在真空状态下过滤，抽真空时会带走部分热量，这部分热量以水蒸气的形式被带走，由于各个过滤洗涤区域的真空度相同，各洗液温度变化不大，所以各个区域的能量损失近似看作仅与各区域的滤液流量相关。总能量损失Q损=85.53×106-74.82×1

35、06=10.71×106 kJ/h过滤区能量损失=w成品酸+w配酸w成品酸+w配酸+w一洗液+w二洗液+w三洗液 =63131.3+97532.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48× 10.71×106 =3.81×106 kJ/h一洗区能量损失=.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =2.73×106 kJ/h二洗去能量损失=93548.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =2.23

36、×106 kJ/h三洗区能量损失=82019.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =1.94×106 kJ/h3.3 核算过滤洗涤区的水分蒸发量查化工原理上册饱和水蒸气表得各过滤洗涤区水的汽化热，得各效水汽化热如表3-1。表3-1 各温度下水的汽化热名称过滤滤液一洗液二洗液三洗液温度 75686562汽化热 KJ/kg2319.523372343.42349过滤区：以1h物料为基准的水分蒸发量3.81×.5=1642.9 kg 100kg磷矿基准的水蒸发量1642.9558.83=3 kg一洗区：

37、以1h物料为基准的水分蒸发量2.73×=1168.2 kg 100kg磷矿基准的水蒸发量1168.2558.83=2 kg二洗区：以1h物料为基准的水分蒸发量2.23×.4=951.8 kg 100kg磷矿基准的水蒸发量958.1558.83=1.9 kg三洗区：以1h物料为基准的水分蒸发量1.94×=825.9 kg 100kg磷矿基准的水蒸发量825.9558.83=1.1 kg各区域的水分蒸发量与第二章各区域设定的值相吻合，故物料衡算部分设定的水分蒸发量成立。3.4 对过滤部分作衡算 料浆过滤滤液为成品酸的过程即为过滤过程，其热量流动示意图如图3-2，系统输

38、入热量为料浆显热Q，输出热量为成品酸显热 Q1'、配酸用滤液显热 Q2'、过滤滤饼显热 Q3'和热量损失 Q4'。 输入 输出 过 滤过 程 成品酸 料浆 配酸用滤液 过滤滤饼 热量损失图3-2 过滤过程热流示意图1. 输入热量 由3.1知料浆 Q1=67.1×106 kJ/h 2. 输出热量 由3.1知成品酸 Q1'=15.79×106 kJ/h 配酸用滤液 Q2'=w配酸c配酸t配酸=99209.1×75×3.334 =24.81×106 kJ/h由3.2知能量损失 Q3'=3.81&

39、#215;106 kJ/h 过滤滤饼 Q4'=？ 因为Q=Q'，即67.1×106=15.79+24.81+3.81×106+ Q4' 所以 Q4'=22.69×106 kJ/h 假设过滤滤饼温度为76，查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得滤饼中22%P2O5的液相比热容c液=3.35kJ/(kg)，查实用无机热力学数据手册（第二版） 3得干基滤饼比热容c固=1.182kJ/(kg)，过滤滤饼含液量45%，则滤饼比热为c=0.45×3.35+0.55×1.182=2.158kJ/(kg)。滤饼显热Q=2.158&#

40、215;76×.64=22.69×106 kJ/h，所以假设成立。过滤滤饼温度为76。3.5 对一洗部分作衡算第一次洗涤过程热量流动示意图如图3-3，系统输入热量为二洗液显热Q1和过滤滤饼显热Q2，输出热量为一洗液显热 Q1'、一洗滤饼显热 Q2'、热量损失 Q3'。 输入 输出一 洗过 程 过滤滤饼 一洗液 一洗滤饼 二洗液 热量损失 图3-3 一洗过程热流示意图 1. 输入热量 由3.4知过滤滤饼 Q1=22.69×106 kJ/h 二洗液 查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得65的5%P2O5溶液即7%H3PO4溶液的c二洗液=3.98

41、2kJ(kg) Q2=w二洗液c二洗液t二洗液=3.982×65×95224.6 =24.27×106 kJ/h 2. 输出热量 一洗液 Q1'=Q返酸-Q成品酸=53.74-24.81×106 =28.93×106 kJ/h 查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得一洗液温度为68。 由3.2知热量损失 Q2'=2.73×106 kJ/h 一洗滤饼 Q3'=？ 因为Q=Q'，即（22.69+24.27）×106=28.93+2.73×106+ Q3' 所以 Q3'=15.

42、3×106 kJ/h 假设过滤滤饼温度为65，查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得滤饼中12.3%P2O5的液相比热容c液=3.43kJ/(kg)，查实用无机热力学数据手册（第二版）得干基滤饼比热容c固=1.178kJ/(kg)，过滤滤饼含液量35%，则滤饼比热为c=0.35×3.43+0.65×1.178=2.06kJ/(kg)。滤饼显热Q=2.06×65×.57=15.3×106 kJ/h，所以假设成立。过滤滤饼温度为65。3.6 对二洗过程作衡算第二次洗涤过程热量流动示意图如图3-4，系统输入热量为一洗滤饼显热Q1和三洗液显热Q2

43、，输出热量为二洗液显热 Q1'、二洗滤饼显热 Q2'、热量损失 Q3'。 输入 输出二 洗过 程 一洗滤饼 二洗液 二洗滤饼 三洗液 热量损失图3-4 二洗过程热流示意图 1. 输入热量 由3.5知一洗滤饼 Q1=15.3 kJ/h 三洗液 查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册知62P2O51.54%即H3PO42%时c三洗液=4.13kJ(kg) Q2=w三洗液c三洗液t三洗液=4.13×62×82758.3 =21.14×106 kJ/h 2. 输出热量 由3.5知二洗液 Q1'=24.27×106 kJ/h 由3.2知热

44、量损失 Q2'=2.23×106 kJ/h 二洗滤饼 Q3'=？ 因为Q=Q'，即（15.3+21.14）×106=24.27+2.23×106+ Q3' 所以 Q3'=9.94×106 kJ/h 假设过滤滤饼温度为55，查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得滤饼中3.7%P2O5的液相比热容c液=3.361kJ/(kg)，查实用无机热力学数据手册（第二版）得干基滤饼比热容c固=1.168kJ/(kg)，过滤滤饼含液量27%，则滤饼比热为c=0.27×3.361+0.73×1.168=1.76kJ/

45、(kg)。滤饼显热Q=1.76×55×.25=9.94×106 kJ/h，所以假设成立。过滤滤饼温度为55。3.7 对三洗过程作衡算第三次洗涤过程热量流动示意图如图3-5，系统输入热量为洗涤水显热Q1和二洗滤饼显热Q2，输出热量为三洗液显热 Q1'、三洗滤饼显热 Q2'、热量损失 Q3'。 输入 输出三 洗过 程二洗滤饼 三洗液 三洗滤饼 洗涤水 热量损失图3-5 三洗过程热流示意图 1. 输入热量 由3.1知洗涤水 Q1=18.43×106 kJ/h 由3.6知二洗滤饼 Q2=9.94×106 kJ/h Q=15.43

46、×106+9.94×106=28.37×106 kJ/h 2. 输出热量 由3.5知三洗液 Q1'=21.14×106 kJ/h 由3.1知三洗滤饼 Q2'=5.29×106 kJ/h 由3.2知热量损失 Q3'=1.94×106 kJ/h Q'=21.14×106+5.29×106+1.94×106=28.37×106 kJ/h Q=Q'，衡算成立。 通过上述计算，得出湿法磷酸过滤系统进料和出料的热量衡算结果如表3-1。表3-1 湿法磷酸过滤系统热量衡算

47、表输入输出名称热量(×106kJ/h）所占比例(%）名称热量(×106kJ/h）所占比例(%）料浆带入67.178.5成品酸带出15.7918.5洗涤水带入18.4321.5返回淡磷酸带出53.7462.8二水石膏带出5.296.2热量损失10.7112.5合计85.53100合计85.53100第四章 设备选型4.1 过滤机选型4.1.1 过滤机的确定 湿法磷酸二水法流程中过滤机通常使用的有带式过滤机、翻盘式真空过滤机和转台式真空过滤机。带式过滤机虽对磷酸浓度影响极小，但维持费用高，维护难度较大；翻盘式过滤机采用反吹滤布卸料，卸料方便，但传动部件多，机械故障较高；而转台式过滤机运行平稳，吸干效果好。因此转台式过滤机在目前使用最为广泛。 此次设计针对我国的中低品位磷矿，萃取槽中的磷酸浓度不高，采用滤盘底部和抽液管的角度大、滤液流速快的转台式过滤机将会提高生产能力。所以，本次设计最终选用转台式过滤机。查磷酸，磷铵，重钙技术与设计手册得各洗液、成品酸、配酸用滤液、石膏的数据如表4-1。表4