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

Q

淡磷酸

=47160×3.214×64≈9700.6×106J（3.214——24.85%P2O5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P2O5都按氟磷灰石计）：

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO4·2H2O+3H3PO4+HF+q2

根据盖斯定律：q2=(5×2022.6+3×1278.2+269.6)-(6828.7+5×839.5+10×286.4)=327(kJ/mol)

q2=327（kJ/mol）上式中反应物和生成物的生成热（kJ/mol）： CaSO4.2H2O(固体)： 2022.6； H3PO4（溶液）： 1278.2； Ca5F(PO4)3(固体)： 6828.7； H2SO4（溶液）： 839.5； H2O（液体）： 286.4； HF（气体）： 269.6 由此可得：

Q反应=12190×0.803×0.988×327×1000/504 ≈6279.1×106J

((0.3395÷3÷142)×2×504=0.803——磷精矿中氟磷灰石含量，单位分数；

0.988——氟磷灰石的分解率，单位分数； 504——氟磷灰石的分子量； 142——P2O5的分子量；) 萃取槽中H2SO4稀释热按下式确定：

Q稀释=G硫酸×q2/98=（16360×q2）/98

上式中：G硫酸——无水硫酸的量；

q2——硫酸的比稀释热(kJ/mol)，按下式确定：

q2?74776n274776n1?(KJ/kmol)

n2?1.7983n1?1.7983式中n1和n2为硫酸进入萃取槽稀释前后溶液中H2O/H2SO4摩尔比。

n1=（8×98）/（18×92.5）=0.47,

为了确定n2，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=86.00×100%/[86.00+7.47+386.88×(1-0.343)+560.84×(1-0.428)]=14.72%

式中：86.00和7.47分别为无水硫酸量和含水硫酸带入的水量（kg）；

386.88和560.84分别为淡磷酸量和循环料浆液相量 kg

0.343和0.428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 n2=[（100-14.72）/18]×（98/14.72）=31.54

算出 q2=55158.64

因此Q稀释=10480×55158.64÷98=5901.88×106 J

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进入萃取槽空气带入的热量： Q

空气

=1.004×1.29×30 V +4242×18×0.94×2555.35 V /(101323×22.4-4242×0.94×22.4)

=112.59V

(式中：1.004——空气热容，kJ/kg·K；

1.29——0℃和1.013×105Pa时的空气密度，kg/m3； 4242——30℃空气中饱和水蒸气的分压Pa； 0.94——空气的相对湿度；

2555.35——30℃时水蒸气的焓，kJ/kg）

所以，萃取槽的总收入热量为：

Q收入=286.3+362.5+9700.6+6274.7+5901.9+112.59V =22526×106J+112.59V

(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： 76℃时，送去过滤的料浆带走的热量为：

Q料浆=68366.6×C料浆×76

（式中: 68366.6——料浆量，kg

76——温度，℃ ）

C料浆——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

（C液和C固——料浆中液相和固相的热容，kJ/kg·K; X液和X固——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=(4.2324-0.02968×42.8)×413.252/560.842+1.072×147.59/560.842

=2.49 kJ/Kg·K

（4.2324-0.02968×42.8——浓度为30% P2O5即41.4% H3PO4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=68366.6×2.46×76=12811.21×106J

55℃时，从萃取槽排出气体带走的热量 Q

气体

=V·1.004×1.29×55 + V·15731×18×0.94×2600.02/(101323×22.4-15713

×0.94×22.4) =429.1·V

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(式中：1.004——空气热容，kJ/kg·K；

1.29——0℃和1.013×105Pa时的空气密度，kg/m3； 0.94——空气的相对湿度；

15713——55℃空气中饱和水蒸气的分压Pa； 2600.02——55℃时水蒸气的焓，kJ/kg ）

则萃取槽总的支出热量为：

Q支出=12811.21×106+429.1V Q收入=Q支出

即22526000kJ+112.59V=12811210kJ+429.1V 则每小时鼓空气量V=30722.16m3

选用风机： 离心通风机 型号： 4-68 全压范围(mmH20)： 20～237 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≤(℃)：80

3.4 主要的设备选型与计算

3.4.1 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。

由于大气压的要求，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。 3.4.2 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。

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