产吨PO湿法磷酸工艺方案(张田田)

1、中国石油大学 北京）成人教育 毕业设计 论文） 年产 138000 吨湿法磷酸工艺设计 姓 名：张田田 学 号： 性 别：女 专 业 : 化学项目与工艺 电子邮箱： www.联系方式：函授站：指导教师：2018 年 12月 20 日138000 吨湿法磷酸工艺设计摘要 本设计主要介绍了采用硫酸分解磷矿 湿法磷酸）制取磷酸。设计的主要内容有设 计总论、工艺设计和非工艺设计三部分。总论部分详细介绍了产品的规格、原料选取、 全厂生产路线的选择以及磷酸在国民生产中的重要性。工艺部分主要是分析湿法磷酸生 产的基本原理、结晶过程、生产方法选择、工艺条件的确定、设备的选择、物料衡算、 热量衡算和设备计算。非

2、工艺部分主要介绍了地面水污染、大气污染和废气污染的处理 情况。根据设计画出了湿法硫酸车间的生产工艺流程图。 关键词：湿法磷酸，工艺设计，工艺计算。目录第一章引言11.1设计任务的依据及产品简况 11.2原材料供给和贮存 11.3三废治理11.4产品方案和技术指标 2第二章工艺设计 32.1生产工艺概述 32.2生产方法和工艺流程的选择与评述 32.3工艺过程的物料和热料衡算 62.4主要的设备选型计算 122.5附属设备的选型与计算 14第三章自动控制方法 153.1控制水平和范围 153.2仪表选型 153.3复杂控制系统 15第四章给、排水要求 154.1简况 154.2设计范围 154.

3、3给水 154.4循环水 154.5排水 15第五章环境保护要求 165.1废气治理 165.2废水治理 165.3废渣治理 16第六章总结 1819参考文献第一章 引言1.1 设计任务依据及产品简况本设计是根据北京石油大学南京函授站下达的毕业设计任务书，即年产138000 tP2Q湿法磷酸生产工艺设计，开展了湿法磷酸车间装置的设计。纯净的湿法磷酸是无色的，但因为一般都含有一些杂质，因而湿法磷酸一般呈灰 色，视杂质含量的多少其灰色或深或浅。湿法磷酸主要用于生产重过磷酸钙和磷酸铵类 肥料，还可以用来生产各种工业磷酸盐及磷饲料 1 。1.2 原材料的供应与产品贮存、运输条件原材料：(1磷矿中国磷矿

4、资源比较丰富。全国 26 个省(区有磷矿产出。探明储量的矿区有 412 处， 总保有储量矿石 152 亿吨，居世界第 2 位。从分布看，以湖北、云南为多，分别占 22%和 21%；贵州、湖南次之。以上 4 省合计占全国储量的 71%。我国重要磷矿床有云南昆阳磷 矿、贵州开阳磷矿、湖北王集磷矿、湖南浏阳磷矿、四川金河磷矿、江苏锦屏磷矿等。 磷矿矿床类型以沉积磷块岩型为主，储量约占 80%；多为磷灰石矿床、沉积变质型磷矿床 次之；鸟粪型磷矿探明储量极少。我国磷矿的成矿时代主要为震旦纪和早寒武世，前震 旦纪、古生代也有磷矿产出。“海州式”磷矿。分布于海州至大浦一带，主要工业矿体集中在锦屏、陶湾、新浦

5、 、 大 浦 、 顾 庄 等 地 ， 王 寨 、 小 李 庄 、 穆 跳 、 新 浦 南 部 也 有 矿 点 。 海州式磷矿矿体形态呈层状、似层状、透镜状，产于大理岩、云母片岩中，与围岩呈过 渡关系，规模大者断续长 2000m多，一般长200800m矿体延深550 m多，平均厚度 23m 矿石品位较高，含 RQ 般在13.2224.18%,最高达29.82%。(2硫酸本设计采用浓度为 92.5%H2SO4。(3成品包装袋采用规格为 50kg 的编织袋，外购。1.3 “三废”治理(1 废气磷矿中含有F约4.58%,在磷矿萃取反应时，氟的分布因磷矿种类及所用的工艺不同 而有所不同，以二水法为例，呈

6、气态逸出的氟约占磷矿含氟量的212%，留在磷酸中的约为 2075%，石膏中约占磷酸含氟量的 1525%，排出的氟的形态，主要以四氟化硅 (SiF 4存在，排出的气量同反应热的排出方式有关。萃取反应排出的含氟尾气，在吸收器内用水将四氟化硅 (SiF 4吸收生成氟硅酸溶液， 然后送污水处理站处理，经洗涤后的尾气由排气筒放空。(2废水磷酸生产中当滤盘翻转倾倒石膏后，残存在滤盘滤布上的磷石膏需用水冲洗，以使 滤布再生。冲洗后产生含有少量磷石膏的含 P2O5,F 的污水，将污水封闭循环使用，即将 冲洗滤盘后的污水通过稀浆槽经旋流器将少量颗粒较大的磷石膏先行分离进入稠浆槽， 含有细小磷石膏颗粒的浆液 (沉

7、降速度很慢 ，由漩流器顶部流出流入混合槽，在此加入 已配制好的絮凝液，使污水中的石膏细颗粒形成絮团状沉降，然后进入沉降槽进行第二 次分离。由底部流出的稠浆也流入稠浆槽。清液 (含颗粒v 200mg/Kg的液体溢流至清液 槽。该清液继续用来冲洗滤盘的滤布，循环使用。而一、二分离后所得的含P2Q、F及含石膏固相达2535%勺稠浆，用泵送至过滤机的二洗区，因为此时滤盘上已有一定厚度的 滤饼，故稠浆中的石膏会覆盖在滤饼的表面，而含 P2Q、F的污水进入磷酸液相系统。这一技术不但不外排含P2Q、F的污水，节省了新鲜水用量而且还使污水中的 P2Q进 入磷酸成品中，提高了磷酸生产 2Q总收率。当磷酸装置刚开

8、车或生产不正常需要排出含 P2O5,F 的污水时，可进入废水收集池， 待生产正常后，适当减少进入文丘里吸收塔的水量，而将废水收集池中的污水慢慢补充 入清液池，就可做到污水不外排。(3废渣 萃取磷酸过滤机排出的磷石膏是推存还是综合利用，往往是大，中型磷酸项目建设 的重大研究内容之一。因为磷石膏排放量大，常年堆存不但占用大量土地，耗用巨额资 金，而且处理不好会于推存过程造成水溶性 P2O5,F 对环境的污染。排放磷石膏最简单的方法是把石膏用水调成稀浆 (一般石膏 10%，再把石膏浆经泵送 到水流量大的河流或海洋里。为加大经济收入，磷石膏堆放在厂区内，由卡车送出外卖，磷石膏可以制成熟石 膏、石膏板、

9、水泥缓凝剂及石膏砖等建筑材料。1.4 产品方案和技术指标等1.4.1 产品的方案及建设规模(1产品名称：磷酸副产品：磷石膏(2设计规模：磷酸,138000t(P 2Q计(3产品规格：磷酸，P2Q约28%1.4.2 设计指导思想 (1技术方案的选择在已学知识的基础上，力求先进，运行可靠，护理，维修方便，以期取得较好的经济效益。(2磷酸的主要设备立足于国内自己开发，制造，运行可靠。(3贯彻工厂布置一体化，部分装置露天化，建 (构筑物轻型化，公用项目社会化， 引进技术国产化等“五化”原则，以求达到节省投资和用地之目的。1.4.3 生产方法和主要技术方案本设计萃取磷酸采用二水物流程萃取磷酸的生产，因为

10、反应生成硫酸钙结晶中的水合物形成不同而有多种流程，其中二水物流程比较成熟，而且对磷矿的品位和类型的适应性较广，因而在国内外获得广 泛的采用。本设计的萃取磷酸的生产采用传统的二水物流程。1.4.4 存在问题及建设 在磷石膏的长期堆积处，天然铀系列放射性元素和其他杂质严重影响了环境也阻止 了石膏本身的使用。第二章 工艺设计2.1 生产工艺综述本设计采用锦屏精选矿及外购商品硫酸制成浓度约为28%P2O5 的稀磷酸。2.2 生产方法和工艺流程的选择与评述磷酸的基本生产方法有热法和湿法。热法是以黄磷为原料，使之在过量的空气中燃烧再水合而制得。其特点是产品纯度高，可得到食品级、试剂级的磷酸；缺点是成本高。

11、而湿法磷酸是由酸性较强的无机酸分解磷矿而得。其优点是成本低；缺点是产品的浓度低，杂质含量高，提纯困难。目前世界各国大多采用湿法，并不断研究湿法磷酸的 提纯技术以达到以较低的生产成本制得纯度较高的磷酸。本设计采用湿法磷酸。2.2.1 湿法磷酸工艺流程 3 湿法磷酸生产中，用来分解磷矿的无机酸有硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、氟硅酸等。用这些酸与磷矿反应都生成磷酸和氟化氢，而不同的酸根则与磷矿中的钙结合生成不同的钙盐。从磷酸溶液中分离这些不同的钙盐，因其性质不同，分离的方法各异，从而生成了各种不同的湿法磷酸生产工艺过程。所以，通常用生成硫酸钙结晶的水合物来命名 工艺流程。(1二水物流程硫酸分解磷矿制湿法磷

12、酸时，控制硫酸钙以二水物(石膏CaS©20形式沉淀的工艺流程称为二水物流程，反应式如下：C5F(PO3 + 5H 2S0 + IOH2O = 3H3PQ + 5CaSQ - 2HH0 + HF 二水物流程的反应机理和工艺条件与半水物流程，无水物流程等截然不同，这就是 湿法磷酸生产流程要以硫酸钙结晶水形式来分类的原因。二水物湿法磷酸生产工艺流程图 4 ：来自诃*加？系昴M 211-硫酸计量槽。2-硫酸泵。3-鼓风机。4-料浆泵。5-酸解（萃取槽。6-盘式过滤机。7-氟吸收液循环泵。8-文丘里吸收塔。9-排风机。10-排气筒。11,12-气液分离器。13-冷凝器。14-石膏运输皮带。15

13、a,15b,15c,15d-滤洗液中间槽。16,18-水环式真空泵。17-液封槽。19-冷却水泵。20-冷却水池。21-冷凝水池。22-冷凝水泵图2-1目前中小型化工企业中，二水物湿法磷酸生产流程占主导地位，其优点是： 二水物结晶在稀磷酸溶液中具有很好的稳定性，能形成足够大而且比较整齐的结 晶有利于过滤和洗涤，相应的减少磷酸的损失； 生产中工艺条件控制幅度相对地大一些，运转时间长或开工率高，通常可达有效操作时间的85%-95%不包括每年两周的定期清理 ，每年操作时间一般为298333天； 对设备，材料腐蚀也相对小一些； 对矿种的适应性强，生产用矿可以改变；正因为上述的原因，湿法磷酸的生产以二水

14、物流程起步至今已有百余年的历史，经过不断改进，完善，二水物流程已发展成为一个现代化的工业流程。（2半水物流程半水物流程的最大优点在于半水物结晶能在高的磷酸浓度及温度下以介稳定形式存在；同时，半水物结晶可以形成粗大的晶体，在浓磷酸介质中有较好的过滤性能，这就 使半水物流程具备了实现工业化的必要条件。目前，大部分半水物结晶都可以控制形成 粗大的聚合晶体，这类晶体过滤速度快，洗涤容易，且稳定性好。然而，作为工业化装置，半水物流程也有它的不足。首先是P2Q转化率低，影响经济效益，在一般控制条件下，转化率可降至92%94%其实，介稳定的半水物结晶在操作运转中，常会带来许多难以预期和克服的麻烦。（3半水-

15、二水再结晶流程再结晶流程中，硫酸钙结晶先以半水物析出，再转化成二水物的流程称为“半水一二水再结晶流程”，其中只一次过滤的，称为“一步法”流程。同所有的再结晶流程一样，稀酸 （一步法流程也是由磷矿分解过程（半水部分与结 晶转化过程（二水部分组成的。因为只安排了最后一次过滤，这就决定了前，后两个过程的磷酸浓度相同，或基本相同。一般选用3032% P2Q,在此浓度下，即使转化过程中吸水转化仍能进行，其困难的程度也是可以想象的。磷矿分解过程中，要在稀的磷酸溶液中形成半水物结晶也是困难的，流程中采取的 措施是提高分解温度到80110C。(4二水- 半水再结晶流程 该流程是以二水物流程为基础的再结晶过程，

16、只能生产与二水物流程相接近的稀磷 酸，全系统也可以分为磷矿分解过程及结晶转化( 再结晶 过程。磷矿在分解过程中酸化，并首先析出二水物，在转化过程中又脱水转化为半水物。该流程的特点是： 全系统只经一次过滤，所以是“一步法”的再结晶流程，转化过程的磷酸浓度与 分解过程基本相同； 只能得到与二水物相似的磷酸浓度； 结晶转化过程是由二水物脱水转化成半水物，这种从溶液中析出的半水物为a型(a -CaSQ 1/2H2O从表面上分析，这类流程存在着某些不足之处。 第一，成品磷酸浓度偏低与二水物流程相接近。第二，全系统的热过程不尽合理，如在分解过程中为了形成二水物结晶相对比较低 的温度，需移走大量的热，但在转

17、化过程中为了二水物的脱水，又需加大量的热来提高 脱水的温度。第三，半水物结晶是一个稳定的固相，在稀磷酸溶液中形成的半水物的稳定性更 差。因此，对滤渣的处理经常碰到麻烦，通常的做法是令其自行吸水转化为二水物。这 样，全系统的转化过程实际上成了二水物半水物二水物。第四，在转化过程的溶液中，形成的半水物“过渡脱水”成无水物的趋势是存在 的。综上所述，选择二水物流程生成磷酸是最好的工艺流程。2.2.2 工艺流程简述(1 原料工段 本工段的主要任务是对汽车运输的磷精矿、硅藻土进行贮存，并通过机械运输设备 将磷精矿与硅藻土按一定的配比计量混合后加入萃取槽。磷精矿的年耗量约134912.8t/y，粒度(V

18、0.075伽 50%(2磷酸工段 由原料工段送来的磷精矿、硅藻土经螺旋计量后由埋刮板送入脱氟工段。设置一个脱氟工段为的是生产出来的磷酸在用来生产饲钙的时候里面的氟符合国家 的标准。在脱氟工段出来的料浆与硫酸贮槽的硫酸经硫酸泵一起通过自控调节，按比例加入 萃取槽。萃取槽所获得的 H3PQ4 和 CaSQ4 结晶混合料浆泵通过料浆泵送至盘式过滤机进行过滤。为了降低萃取槽中料浆的温度，用鼓凤机送入空气冷却。萃取槽排出的含氟气体通 过文丘里吸收塔用水循环吸收，吸收液用氟吸收循环泵送至文丘里吸收塔进行循环吸 收，净化尾气经排气机和排气筒排空。为减少污水排放，正常生产中，部分含氟污水集 中清液池供冲洗过滤

19、机的滤水用。当发生事故时，该含氟污水送污水处理站处理。萃取料浆经过过滤所获的滤液，通过气液分离器分离后，液体即为成品磷酸，并进 入滤洗液中间槽，由立式泵送入淡磷酸中间槽使用。过滤所获石膏滤饼经洗涤后，由滤盘翻转卸入螺旋输送机，并用胶带输送机送往磷 石膏堆场。滤饼的洗涤采用逆流三次洗涤流程。清液池中的含氟，含磷污水，经清液循环泵送 去冲洗滤布，由此下来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，含石膏的稠浆进入稠浆槽，通过蒸汽加热后，再用稠浆泵送往过滤机用以洗涤滤 饼。与此同时，稠浆中的石膏亦被滤出，并与大宗石膏一起被排除。各洗液进入气液分 离器的相应格内，被分离出的液体经三洗

20、泵，二洗泵将洗液相继返回过滤机洗涤滤饼， 一次洗液将由泵全部送至萃取槽。过滤工序所需真空由水环式真空泵产生。抽出的气体经冷凝器用水冷却。真空泵冷 却水集中在冷却水池，通过泵送至冷凝器作冷却水。从冷凝器中排出的废水，进液封槽 排入冷凝水池后，由泵将部分冷凝液送至文丘里吸收塔。当萃取岗位停车处理时，残存的料浆用料浆泵送往过滤机中过滤。2.3 工艺过程的物料和热量衡算2.3.1 物料平衡计算设磷酸工厂所用磷矿的主要组成以及已知条件如下：（1原料磷矿的主要成分 %）： P2O5 ：26.84；F：2.65 ；CaO：40.23；Fe2O3 ： 2.70 ；Al2Q： 4.03 ; A- I : 11.

21、43 ; CO: 5.78 ; SQ： 2.17 ; MgO 1.50（2硫酸：92.5%，用量为理论用量的 105%（3转化率： 97.5%（4 洗涤效率： 94%（5 料浆液固比： 3：1（6 成品稀磷酸浓度：含 P2O528%（7水份蒸发量： 20kg/100kg 磷矿（8氟逸出率%）：气相 1.42（9机械损失P2O）: 3 %（1 0滤饼含液量 以干磷石膏为准 %）：过滤后滤饼： 68.30；一次洗涤后滤饼： 45.50； 二次洗涤后滤饼： 25.85；三次洗涤后滤饼： 10.43（1 1 洗液浓度 P205） %：一次洗液： 19；二次洗液： 6.5 ；三次洗液： 1.9（12返回

22、淡磷酸的温度C）： 63(13萃取槽排出料浆的温度C)： 77(14萃取槽排出废气的温度C)： 56 (15料浆循环比： 72( 1 6磷灰石分解率： %) 98.7(17萃取槽排出废气的相对湿度： 0.96 (18料浆在萃取槽中的停留时间： 4h (19料浆的密度 kg/m3)： 1470(20夏季最高月平均温度 C)： 30 (21不考虑萃取槽中的热量损失(22喷嘴风压：废气温度为 60C时取50006000PQ废气温度为55C±时取1300- 2800Pa。(23过滤机漏气量：1.35m3/m2 minv按过滤机总面积计算)。(24原料硫酸温度： 27C(25过滤常数：qe=0

23、.94m3/m2; K过滤=5.25 ; K-洗=3.42(26洗液粘度：卩一洗=1.6 x 10-3Pa- s;卩二洗=1.2 x 10-3Pa- s;卩三洗=1.1 x 10-3Pa- s(27密度：成品磷酸1260kg/m3; 洗液 1210kg/m3;二洗液 1060kg/m;三洗液31020kg/m3(28按每年生产300天，每天工作24h计算按照上述已知条件，计算物料平衡如下(以100kg磷矿来计算 呵：(1 硫酸用量 (kg100%的 H2SO4100 x0.4498x105%x98/56=82.65192.5%的 H2SO482.651/0.925=89.35(2逸出气体量 (

24、kgCO2：100 x 5.78%=5.78F ：100 x 2.65%x 1.42%=0.03763以 SiF4计算 0.03763 x 104/76=0.05149H2O： 20合计： 5.78+0.05149+20=25.83(3 磷石膏值 (kg 100x40.23%x172.1/56+100x11.43%=135.07 其中总含 P2O5： 100 x26.84%(1-97.5%x 94%=1.99 未分解 P2O5： 26.84x (1-97.5%=0.67 水溶性 P2O5： 1.99-0.67=1.32(4 生成循环料浆量 (kg 135.07x (3+1=540.28 液相量

25、： 540.28-135.07=405.21 含 P2O5： 405.21 x 28%=113.46(5> 成品磷酸量 (kg>100X 26.84%X 97.5%X 94%< (100-3>%十 28%=85.22 含 P2Q:85.22 X 28% =23.86(6> 机械损失 (kg>26.84X3%=0.81(7> 过滤后滤饼含液量 (kg>135.07X 68.3%=92.25含 P2Q: 92.25 X 28%=25.83(8 >一次洗涤后滤饼含液量 (kg>135.07X 45.50%=61.46(9>二次洗涤后滤

26、饼含液量 (kg>135.07X 25.85%=34.92(1 0>三次洗涤后滤饼含液量 (kg>135.07X 10.43%=14.09(1 1 >回入系统的滤液量 (kg>405.21-85.22-92.25=227.74含 P2O5: 227.74 X 28%=63.77(12>洗涤用水量 (kg>85.22+135.07+14.09+25.83-(100+89.35>=70.86(1 3>淡磷酸量 (kg>540.28+25.83-(100+89.35>=376.76含 P2O5: 113.46+0.81+0.67-26

27、.84=88.10P2Q 浓度：88.10/376.76 X 100%=23.38%(1 4>一次洗涤量 (kg>386.16-226.39=149.02含 P2O5： 88.10-63.77=24.33P2O5 的浓度： 24.33/149.02 X100%=16.33%(1 5>二次洗涤量 (kg>149.02+61.46-92.25=118.23含 P2O5： 118.23X 6.5%=7.68(1 6>三次洗涤量 (kg>70.86+34.92-14.09=91.69含 P2Q: 91.69 X 1.9%=1.74(1 7>一次洗涤后滤饼液相含

28、 P2O5(kg>25.83+7.68-24.33=9.18液相 RQ 浓度：9.18/61.46 X 100%=14.94%(18>吸干滤液计算 (kg>设吸干滤液与一次洗涤混和后的总量为 X,吸干滤液量为丫X 讦=149.0219% X=28% Y+24.33解得：X=193.24Y=44.22(19>吸干滤液含 P2O5(kg>44.22 X 28%=12.38(20>吸干溶液与一次洗涤混合液含 P2O5(kg>193.24X 19%=36.72(21> 回磷酸量 (kg>22.74 -4.22=183.52含 P2O5： 183.5

29、2X 28%=51.392.3.2 热量平衡计算 在工艺概述中已经阐述的那样采用鼓凤机吹入空气带走萃取槽中的热量。按每年生产300天，每天工作24h计算，为了完成138000吨/年P2Q湿法磷酸的生 产。每小时的消耗量为：磷矿 80.33 吨, 100%硫酸 66.39 吨, 92.5%硫酸 71.87 吨,返回 淡磷酸量32.66吨，料浆量405.09吨，原料硫酸温度27C，淡磷酸含23.38%PQ，返回 淡磷酸的温度:63 C,空气温度 30 T，萃取槽排出料浆的温度77 T，排出废气的温度56C,废气相对湿度0.96。(1> 收入热量：总的热量由下列物料带入的热量确定：磷矿粉<

30、;Q磷矿)；硫酸<Q硫酸)；淡磷酸<Q淡磷酸),以及反应热<Q反应)和萃取槽中硫酸稀释热<Q稀释)。另外，还有空气<Q空气)即： 0进=0磷矿+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反应+Q稀释+Q空气下面分别求每一项带入的热量：Q磷矿=80330X 0.783 X 30" 1886.95 X 106J(0.783磷精矿比热，kJ/kg - K;30夏季月平均温度，即车间热负荷最大期间的温度C>Q硫酸=71780X 1.49 X 27"2887.71 X 106J(1.49 92.5%HSO的比热，kJ/kg - K>Q 淡磷酸=302660X 3.

31、246 X 63" 61893.36 X 106J<3.246 23.38%PQ 磷酸溶液的比热 kJ/kg - K)硫酸与磷精矿的反应热 <磷精矿中的全部P2Q都按氟磷灰石计)：Ca5F(PQ>s+5HSQ+10HO=5CaSO 2H2O+3HPQ+HF+q根据盖斯 定律： q2=(5 X 2022.6+3 X 1278.2+269.6>-(6828.7+5 X 839.5+10 X 286.4>=327(kJ/mol>q2=327<kJ/mol)上式中反应物和生成物的生成热<kJ/mol ):CaSO2H2O(固体>:2022

32、.6 ;HPOv 溶液)：1278.2;C&F(PQ>3(固体 >:6828.7 ;HSQv 溶液）：839.5;HO<液体）：286.4;HF体）：269.6由此可得：Q反应=80030X 0.635 X 0.987 X 327X 1000/50432665.24 X 106J（0.2684 - 3- 142>X 2X 504=0.635 磷精矿中氟磷灰石含量，单位分数;0.987 氟磷灰石的分解率，单位分数；504氟磷灰石的分子量；142RQ的分子量；>萃取槽中H2SQ稀释热按下式确定：Q稀释=G硫酸 X q2/98=<55070 X q2） /

33、98上式中：无水硫酸的量；q2硫酸的比稀释热（kJ/mol>，按下式确定：式中n1和n2为硫酸进入萃取槽稀释前后溶液中 HbO/HbSQ摩尔比。ni=<7.5 X 98） /<18 X 92.5 ） =0.44,为了确定 化，必须知道稀释后萃取槽中硫酸的浓度C2<假定硫酸同其他的液体组分混合以后，才同磷灰石反应）此浓度可根据100千克磷精矿为基准的物料衡算数据确定：C2=73.92 X 100%/81.864+6.64+362.35 X （1-0.332>+533.9 X （1-0.414>=11.49%式中：81.864和6.64分别为无水硫酸量和含水硫酸

34、带入的水量<kg）;362.35和533.9分别为淡磷酸量和循环料浆液相量kg0.332和0.414分别为淡磷酸和循环料浆液相中磷酸的浓度单位分数从而 n 2=<100-11.49 ） /18 X <98/11.49 ） =41.94算出 q2=38294.1因此 Q稀释=66390X 38294.1 - 98=25942.30 X 106 J进入萃取槽空气带入的热量：Q 空气=1.004 X 1.29 X 30 V +4242 X 18X 0.96 X 2555.35 V /（101323 X 22.4-4242 X 0.96 X22.4>=124.84V（式中：1.

35、004 空气热容，kJ/kg K；1.29 0C和1.013 X 105Pa时的空气密度，kg/m3；4242 30C空气中饱和水蒸气的分压 Pa；0.96 空气的相对湿度；2555.35 30E时水蒸气的焓，kJ/kg ）所以，萃取槽的总收入热量为：Q 收入=1886.95+2887.71+61893.36+32665.2+25942.3+124.84V=125275.52 X 106J+124.84V（2>支出热量：带走的热量是下列热量总和：送去过滤的料浆 <Q 料浆）；从萃取槽排出的气体 <Q 气体） 和热损失<Q热损）。下面分别求每一项带出的热量：77 r时，送

36、去过滤的料浆带走的热量为：Q料浆=405090X C 料浆 X 77<式中: 106726.6 料浆量， kg77温度，r ）C料浆一一料浆比热，kJ/kg K,其值按下式确定，C料浆=C液X液+C固X固VC液和C固一一料浆中液相和固相的热容，kJ/kg KoX液和X固一一料浆中液相和固相的质量分数） 当不考虑杂质时，料浆中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。C料浆=（4.2324-0.02968 X 41.4> X 413.252/560.842+1.072 X 147.59/560.842 =2.49 kJ/Kg K<4.2324-0.02968 X 41.4 浓度为 3

37、0% PQ 即 41.4% fPQ 的比热；1.072 石膏热容 ；413.252/560.842=0.74 液固比为 2.8 时料浆中磷酸的质量分数；147.59/560.842=0.26 料浆中石膏的质量分数；）从而：Q料浆=405090X 2.49 X 77=77667.91 X 106J56 r时，从萃取槽排出气体带走的热量Q 气体=V- 1.004 X 1.29 X 56 + V 16505X 18 X 0.96 X 2601/（101323 X 22.4-16505 X0.96X 22.4>=459.93 V（式中：1.004 空气热容，kJ/kg K；1.29 0r和1.0

38、13 X 105Pa时的空气密度，kg/m3;0.96 空气的相对湿度；16505 56 r空气中饱和水蒸气的分压 Pa；2601 56 r时水蒸气的焓，kJ/kg ）则萃取槽总的支出热量为：Q支出=77161.74 X 106+459.93VQ收入=Q支出即 114051600kJ+124.84V=77667910kJ+459.93V则每小时鼓空气量 V=98045.46m3选用风机： 离心通风机型号：4-68全压范围(mm20:20237风量范围(m3/h :1000 239654功率范围 (kW:0.55 245输送介质最高允许温度t C : 802.4 主要的设备选型与计算2.4.1

39、设备布置说明磷酸工段联合厂房呈长条型，跨度15m总长度42.77m,座北向南看。自厂房的左端至右端 向北看)按照工艺流程顺序布置以上工序的设备:萃取槽，过滤机及配套设备，石墨列 管换热器，轴流泵，氟回收及配套设备。萃取布置在厂房的最左端，从原料工段来的磷精矿、硅藻土经混合后进入萃取槽； 此外考虑到萃取槽搅拌装置和料浆泵的安装检修，设单梁吊车一台。因为大气压的要求，盘式过滤机布置在三楼平面，二楼平面上设置了气液分离器和 磷石膏胶带输送机等设备。一楼布置有滤洗液中间槽、水环式真空泵等。2.4.2 过滤机 8，9 该机系水平回转翻盘式连接真空过滤设备。在一个圆环形柜架上设置了 20 个梯形滤盘。每个

40、滤盘两端用轴承支撑。滤盘小端出液口用贮管同位于中央的分配头上错气盘相 连接，上错气盘在转动杆的带动下，与转盘同步回转、上错气盘固定不动，凭借吸液管 与真空系统相连。滤盘的翻转是装在滤盘大端的，翻盘又和滚轮通过曲线导轨来控制 的。每只滤盘公转一周，连接完成加料，出滤，过滤，洗涤，翻盘，反吹，卸渣，清洗 滤布，吸干，复位等操作过程。该机主要特点如下: (1渣斗大，使滤盘倾复后，滤饼全部落在干渣斗内，尽量减少磷石膏带入滤布清洗 区，有利于污水循环系统的正常工作。(2滤盘内所采用的聚丙烯栅板，格栅枞向筋条加高，增大断面尺寸，增加了刚性、 不易变形。(3滤板四周采用条加契紧扶压紧，避免因螺钉固定造成四角

41、跷曲而漏气并损坏滤布 的弊病。滤布的固定采用平压板结构，安装可靠，拆卸方便。(4增加滤布冲洗水装置，使设备配套附件完善。 (5原转动杆断面尺寸加大，提高转动刚性。(6 三洗洗液汁底部由平底改成斜底，以防洗液堵塞。 (7分配头上，各个操作区间的作业界线可以调整，以利于个工序间协调工作。 过滤机过滤面积计算方法:采用精确计算法:计算生产能力为138000吨/年RQ所需盘式真空过滤机的有效过滤面积。表 1 原始数据产物产量（t/h>密度（kg/m 3>粘度卩（Pa s>成品磷酸68.451260返回磷酸147.421260一次洗液119.71121031.6 X 10-二次洗液94

42、.96106031.2 X 10-三次洗液73.6610201.1 X 10-3qe=0.94m3/m2;2K主滤=5.25 m /h ;2K一洗=3.42 m /h ;成品磷酸含RQ: 28%解：主过滤区的必需面积：A主滤=G主滤/q主滤(m2>G主滤0时间的滤液量(m?。由恒压过滤方程式得：q2主滤+2q主滤qe=K主滤0<以一小时为计算基准，即0二1小时)代入数据解二次方程得：q 主滤=1.54<m3/m2 h);而 G 主滤=(68450+147420>/1260=171.33<m7h ) A主滤=171.33/1.54=111.25(m 2>(2&

43、gt; 一次洗涤区的必需面积：按照上述同样方法求得：q -洗=1.13<m3/m2 h); A-洗=119710/(1210 X 1.13>=87.55(m2>(3>二次2洗涤区的面积： 其过滤常数K二洗由下式确定：K一洗X卩一洗=K二洗X卩二洗X 0.8(式中：0.8 考虑到滤布上滤饼密实度的系数 >代入数据求得：K二洗二5.7 m2/h 代入恒压过滤方程式求得：q二洗=1.62<m/m2 h); A二洗=94960/(1060 X 1.62>=55.30(m2>(4>三次洗涤区的面积：由 K二洗X卩二洗=K三洗X卩三洗X 0.8232求

44、得 K 三洗=7.77 m /h ; q 三洗=1.99<m/m h);2二 A三洗=73660/(1020 X 1.99>=36.29(m >则A有效=A主滤+ A一洗+ A二洗+ A三洗q 290.39(m?>选用PF-盘式过滤机，盘式过滤机是一种连续真空过滤设备，用于萃取磷酸生产中料 浆的过滤，使磷酸与磷石膏分离。型号：PF-802总过滤面积m：80有效过滤面积：71转速 r/min :0.50.1电动机功率 KW：11滤盘数量 ( 个：24外形尺寸直径 X高mm© 12400X 18002.4.3 萃取槽 8采用单槽多浆式，槽体为两个用钢筋混凝土捣制的

45、同心圆筒组成，内外筒环形部分 的器壁上装有导流板。槽体防腐衬里为酚醛泥粘石墨板，槽盖为碳钢板，衬贴酚醛环氧玻璃钢。环室换相等同心角设置，八台搅拌浆，中心圆筒设置一台搅拌浆，每个搅拌轴(1 料浆量(2料浆密度(3反应时间(4料浆体积流量 (5反应槽有效容积405090kg/h1470 kg/ m上装有通向双层涡轮式搅拌器，九浆转向相同。除第一浆向下翻动外，其余个浆均向上翻动,驱动装置采用 便。BLA 加长型专用摆线针轮减速器,使转动结构简单,安装维修方4h3405090/1470=275.57 m 3 /h3275.57X 4 1102m(6 在反应槽有效容积中同心圆单槽体积占 69%,其余占

46、31%(7同心圆单槽体积 1102X0.69=760.38(8同心圆中单槽中的内筒 ,隔墙及挡墙占容积约 10 m3(9同心圆中单槽直径为D,有效高度为H,取H/D=0.6反应槽有效容积为： 760.38+10=0.785 D2H D=11.78m H=7.07m(10自由空间高度取0.4m,取反应槽总高度为5.0m(11同心圆单槽内筒的直径 d,取d/D=0.33，d=3.89 主要参数：直径 X 高度m11.8X 7.1中心筒直径mm3890搅拌泵转速r/min101搅拌器直径mm680搅拌器形式 折叶二层透平电机 q X 18.5 kW 380V 主要用材：碳刚,不锈钢,石墨板,玻璃钢等

47、。2.5 附属设备的选型与计算2.5.1 水环式真空泵 10SZ 型水环式真空泵及压缩机用于吸,压缩空气或其他无腐蚀性,不溶于水,不含有 固体颗粒的气体，气体温度在2040 r为宜。性能范围气量： 1.52.7m3/min真空度：700760 mmHg压力：0 1.5 kg f/cm 3本设计中根据过滤机的漏气量1.35 nV m min ,则过滤机总漏气量为，80X1.35=108m3/ min根据漏气量查 设计手册 得：选用型号为 SK- 1 20的水环式真空泵，其主要参数：转速： 490 r/min电动机： 185 kW口径： 300 mm供应量： 200 L/min第三章 自动控制要求

48、3.1 控制水平和范围3.1.1 控制水平( 1 在萃取区域设置了控制室，其它区域分别设置就地设置操作仪表盘，实现集中控 制操作或就地集中操作。(2主要工艺参数可通过仪表盘上的指示仪，记录仪或半模拟盘进行监视报警，同时 半模拟盘上显示出主要工艺路线及控制回路。(3仪表和电器部分的控制操作分开设置。 (4控制室设有空洞、铺水磨石地面、格板吊顶和油漆墙裙。3.1.2 控制范围 本设计包括了在生产装置区域内部原料、萃取等各种化工参数，包括流量、物位、温度、压力成分分析等参数的自动检测、自控和报警。3.2 仪表选型( 1 变送采用电容式变送器。 (2对具有腐蚀和易结晶的工艺管路上设置的阀门，多数采用气

49、动隔膜阀。 (3流量测量主要用电磁流量计。3.3 复杂控制系统矿粉和 H2SO4 比例调节。第四章 给、排水要求4.1 简况该矿用水来自蔷薇河，在蔷薇河东岸已有一级泵站一座，由直径 500 铸铁管输送至 矿区净化，河水供水能力为 771t/h。净化站内设有4000斥预沉池二座。目前，该矿的斜 管沉淀池，竖流式沉淀池的总沉淀能力为347m3/h ，无阀滤池过滤能力为 370m3/h ，实际使用为 245m3/h 。该矿区目前生产用水，来自于预沉池，生活用水来自于无阀滤池。4.2 设计范围本设计范围为装置区的室内外给排水，循环水站。本装置所需生产、消防、生活用水由厂方接管供至界区外im生活废水由泵

50、送至尾砂转运泵站，雨水就近排入装置区附近。4.3 给水本装置根据生产工艺条件，分浑水 ( 主要为消防 给水，生产给水，生活给水三个系 统，供水方式分直流水、循环水，部分为二次、三次利用水。消防系统采用低压消费制，室外为地上式消火栓，室内主要厂房内设小型灭火器。4.4 循环水循环水含F为0.0114%,循环水量为500t/h , t=8 C,为考虑今后的发展，本设计 选用 200 t/h 。鼓凤式冷却塔三座。4.5 排水装置区内的生产废水，经污水处理的清夜及生活用水，用管道自流入废水池，然后经泵送至2km外的尾砂转运泵站，雨水就近排近装置区附近的明沟。第五章 环境保护要求磷酸及重过磷酸钙生产过程