年产21000tp2o5湿法磷酸生产工艺设计-学位论文

年产21000tP2O5湿法磷酸生产工艺设计

取槽。

萃取槽所获得的H3PO4 和CaSO4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。

3.3 工艺过程的物料和热量衡算

3.3.1 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 ：32.39；F：4.02；CaO：44.98；Fe2O3 ：1.46； Al2O3：1.63；A·I：2.27；CO２：2.56；SiO2：2.17；MgO：0.4 (2)硫酸用量：为理论用量的104% (3)硫酸浓度：含H2SO4 98% (4)转化率：98.1% (5)洗涤效率：98.6% (6)料浆液固比：2.8

(7)成品稀磷酸浓度：含P2O5 30%

(8)氟逸出率（%）：二水法：1.42；半水法：45。 (9)机械损失（P2O5）：3 %

(10)水份蒸发量（以100kg磷矿为基准）： 18.65kg； 如采用真空冷却，则冷却器中的蒸发水量占80%。 (11)滤饼含液量（以干磷石膏为准%）：

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过滤后滤饼：68.30； 一次洗涤后滤饼：45.52； 二次洗涤后滤饼：26.11； 三次洗涤后滤饼：10.43 (12)洗液浓度（P205）%：一次洗液：19； 二次洗液：6.5； 三次洗液：1.9 (13)返回淡磷酸的温度（℃）：63 (14)萃取槽排出料浆的温度（℃）：77 (15)萃取槽排出废气的温度（℃）：56 (16)料浆循环比：72 (17)磷灰石分解率：（%）98.7 (18)萃取槽排出废气的相对湿度：0.96 (19)料浆在萃取槽中的停留时间：4 h (20)料浆的密度（kg/m3）：1470 (21)夏季最高月平均温度（℃）：30 (22)不考虑萃取槽中的热量损失；

(23)喷嘴风压：废气温度为60℃时取5000～6000Pa，废气温度为55℃±时取1300-2800Pa。

(24)过滤机漏气量：1.35m3/m2·min（按过滤机总面积计算）。 (25)原料硫酸温度：26℃；

(26)过滤常数：qe=0.94m3/m2；K过滤=5.25；K一洗=3.42； (27)洗液粘度：μ μ μ

一洗二洗三洗

=1.6×10-3Pa·s； =1.2×10-3Pa·s； =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 按照上述已知条件，计算物料平衡如下(以100kg磷矿来计算) [5] [6]： (1)硫酸用量(kg)

100%的H2SO4 100×0.4498×104%×98/56=81.864 98%的H2SO4 81.864/0.98=87.76 (2)逸出气体量(kg)

CO2： 100×2.56%=2.56

F ： 100×4.02%×1.42%=0.05708 以SiF4计算 0.05708×104/76=0.07811 H2O： 18.65

合计：2.56+0.07811+18.65=21.29 (3)磷石膏值(kg)

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100×44.98%×172.1/56+100×2.27%=140.50 其中总含P2O5： 100×32.39%(1-98.1%×98.6%)=1.06 未分解P2O5：32.39×(1-98.1%)=0.62 水溶性P2O5：1.06-0.62=0.44

(4)生成循环料浆量(kg)

140.50×(2.8+1)=533.9 液相量：533.9-140.5=393.4 含P2O5：393.4×30%=118.02

(5)成品磷酸量(kg)

100×32.39%×98.1%×98.6%×(100-3)%÷30%=101.3 含P2O5:101.3×30% =30.39

(6)机械损失(kg)

32.39×3%=0.97

(7)过滤后滤饼含液量(kg)

140.5×68.3%=95.96 含P2O5：95.96×30%=28.79

(8)一次洗涤后滤饼含液量(kg)

140.5×45.52%=63.96

(9)二次洗涤后滤饼含液量(kg)

140.5×26.11%=36.68

(10)三次洗涤后滤饼含液量(kg)

140.5×10.43%=14.65

(11)回入系统的滤液量(kg)

393.4-101.3-95.96=196.14 含P2O5: 196.14×30%=58.84

(12)洗涤用水量(kg)

101.3+140.5+14.65+21.29-(100+88.50)=89.98

(13)淡磷酸量(kg)

533.9+21.29-(100+88.50)=367.43 含P2O5：118.02+0.97+0.62-32.39=87.22 P2O5浓度：87.22/367.43×100%=23.74%

(14)一次洗涤量(kg)

367.43-196.14=171.29 含P2O5：87.22-58.84=28.38

P2O5 的浓度：28.38/171.29×100%=16.58%

(15)二次洗涤量(kg)

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171.29+63.96-95.96=139.29 含P2O5：139.29×6.5%=9.05

(16)三次洗涤量(kg)

89.98+36.68-14.65=112.01 含P2O5：112.01×1.9%=2.13

(17)一次洗涤后滤饼液相含P2O5(kg)

28.79+9.05-28.38=9.44

液相P2O5浓度：9.44/63.96×100%=14.76%

(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Y

X–Y=171.29

19%·X=30%·Y+28.38

解得：X=208.97 Y=37.68

(19)吸干滤液含P2O5(kg)

37.68×30%=11.30

(20)吸干溶液与一次洗涤混合液含P2O5(kg)

208.97×19%=39.70

(21)回磷酸量(kg)

196.14–37.68=158.46

含P2O5：158.46×30%=47.54

3.3.2 热量平衡计算[7]

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22.5h计算，为了完成21000吨/年P2O5湿法磷酸的生产。每小时的消耗量为：磷矿12.19吨，100%硫酸10.48吨，92.5%硫酸11.40吨，返回淡磷酸量47.16吨，料浆量68.37吨，原料硫酸温度20℃，淡磷酸含24.85%P2O5，返回淡磷酸的温度:64℃，空气温度30℃，萃取槽排出料浆的温度76℃，排出废气的温度55℃，废气相对湿度0.94。

(1)收入热量：

总的热量由下列物料带入的热量确定：磷矿粉（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：

Q进=Q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=12190×0.783×30≈286.3×106J (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℃)

Q硫酸=11400×1.59×20≈362.5×106J(1.59——92.5%H2SO4的比热，kJ/kg·K)

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