4万吨过磷酸钙工艺设计说明书

昆明理工大学毕业设计年产 4 万吨过磷酸钙工艺流程设计学 生：学 号：专 业： 班 级： 指导教师： 昆明理工大学二一年 月昆明理工大学毕业设计 摘 要过磷酸钙是由磷矿粉和硫酸起化学反应后制成的一种含磷的化学肥料。由于具有生产工艺简单，生产操作易于掌握；生产设备容易制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点，使其在各种磷肥新品种不断涌现的情况下产销量仍然持高不下。本设计采用干法来生产过磷酸钙，原料矿与硫酸在混合机内进行混合，然后进入化成室再经过熟化、中和及造粒干燥后得到成品过磷酸钙。通过物料衡算、热量衡算以及设备选型设计出能符合国家标准的产品的工艺流程。关键词：过磷酸钙，磷矿，生产，干法Abstractcalcium superphosphate (SSP) is a containing phosphorus chemical fertilizers which was made of phosphate rock and sulfuric acid from the chemical reactions because of the production process, and operation simple is easy to master；production equipment easy to make, invest save; It will become effective quickly after used, Increase notable and so on characteristics, so that Under the situation that the new various phosphate fertilizer breed springs up unceasingly ，production and sales remained stubbornly high. This design uses a dry process to produce superphosphate,the raw material ore and sulfuric acid carry out commixture within blending machine, and then enter kasei room and curing and after drying and granulation to get finished superphosphate. Through material accounting、quantity of heat accounting and equipment chooses a type to designs a design which conform to the national standards product。Key words: calcium superphosphate, Phosphorus ore, production, dry-process目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III1 绪论 .11.1 引言 .11.2 过磷酸钙的特性 .11.2.1 物理、化学性质 .11.2.2 产品的质量标准 .11.3 过磷酸钙的生产工艺 .21.3.1 磷肥加工方法的分类 .21.3.2 硫酸生产过磷酸钙的原理 .31.3.3 干法和湿法的优缺点 .31.4 原料矿和产品的储存和运输 .31.4.1 磷矿的储存和运输 .31.4.1 过磷酸钙的储存和运输 .41.5 文献综述 .41.5.1 过磷酸钙的产量及施用现状 .41.5.2 过磷酸钙的发展前景 .51.5.3 国内外过磷酸钙需求情况 .51.6 本设计的立体思想 .52 生产工 艺 .72.1 过磷酸钙生产中的化学反应 .72.1.1 主要化学反应 .72.1.2 生产过程中的副反应 .82.2 生产工艺流程图 .92.3 过磷酸钙生产工艺流程简介 .92.3.1 混合化成 .92.3.2 含氟气体的处理与吸收 .102.3.3 熟化工序 .112.3.3.1 降温熟化流程 .112.3.3.2 保温熟化流程 .112.3.4 中和工序 .112.3.5 造粒与干燥 .122.4 工艺操作条件和生产指标 .132.4.1 磷矿的细度和水分 .132.4.2 硫酸的用量 .132.4.2 硫酸的浓度和温度 .132.4.3 搅拌强度和时间 .142.4.4 化成条件 .142.4.5 熟化条件 .142.4.6 造粒与干燥条件 .143 工艺计算书 .153.1 物料衡算 .153.1.1 原始数据 .153.1.2 混化熟化过程的物料衡算 .153.1.2.1 磷矿的组成 .153.1.2.2 第一阶段的物料衡算 .173.1.2.3 第二阶段的物料衡算 .193.1.2.4P2O5 平衡计算 .213.1.2.5 氟平衡计算 .223.1.2.6 水平衡计算 .243.1.3 中和过程物料衡算 .263.14 造粒与干燥过程物料衡算 .273.2 热量衡算 .293.2.1 混化熟化过程的热量衡算 .293.2.1.1 输入热量 .293.2.1.2 输出热量 .313.2.2 造粒过程的热量衡算 .323.2.2.1 输入热量 .323.2.2.1 输出热量 .333.2.3 干燥过程的热量衡算 .333.2.3.1 输入热量 .333.2.3.2 输出热量 .343.3 投矿量 .353.4 硫酸用量 .353.5 空气用量 .363.6 尾气的组成及含量 .364 主要的设备选型 .374. 1 卧式混合机 .3742 皮带化成机 .3743 筒形泼水轮吸收室 .3844 挤压造粒机 .39设计评述与心得体会 .41致 谢 .42文献参考 .43昆明理工大学毕业设计 绪论11 绪论1.1 引言过磷酸钙工艺流程设计的目的是培养理论联系实际的设计思想，综合运用有关理论知识去分析和解决一些化工实际问题。掌握设计的一般方法，了解一些化工设备，化工工艺流程的设计过程和设计方法，使自己具备一定的设计能力。通过设计计算、绘图、查阅有关设计资料、手册、标准和规范、数据处理等进行基本设计技能的训练。了解和学习计算机辅助设计的方法和过程。 （如：利用 AUTOCAD 制图）1.2 过磷酸钙的特性 1.2.1 物理、化学性质过磷酸钙是以硫酸混合磷矿制得的一种单一磷肥，外观通常呈灰白色、深灰色、灰黑色的疏松多孔性粉末(或颗粒)。粉状过磷酸钙的堆密度 8001250/m3，粒状过磷酸钙的堆密度 8501120/m 3，颗粒强度 19. 649. 0N/粒。其成分比较复杂，虽然不同磷矿其组成会发生变化，但其主要成分为一水合磷酸二氢钙Ca(H 2PO4) 2H2O和无水硫酸钙（ CaSO4）。 此外，还有游离的磷酸、游离水、磷酸铁、磷酸铝、二水合磷酸二氢镁、氟硅酸、氟硅酸盐、硅酸和其他杂质。磷酸二氢钙和游离磷酸是磷的水溶性化合物，而磷酸铁和磷酸铝能部分或全部地溶解到柠檬酸铵溶液中，简称枸溶性磷。水溶性磷和枸溶性磷通称为过磷酸钙中的磷化合物为过磷酸钙的有效部分，可换算成五氧化二磷（P 2O5），称为有效 P2O5,而所有含磷化合物换算成 P2O5，称为总的 P2O5。过磷酸钙中有效 P2O5 的含量是评定过磷酸钙质量的主要标准。过磷酸钙在一般情况下，吸湿性较小，如果空气相对湿度达 80 以上时，就有吸湿现象。因其本身还含大量的难溶性物质，如硫酸钙，所以不致引起潮解流失。当含有过量游离酸或经常接触潮湿空气时，就能吸湿结块。1.2.2 产品的质量标准根据国家标准 GB20143-2006 要求：粒状过磷酸钙外观应该呈有色颗粒并且无机械杂质。产品质量应该符合表1 要求，同时应符合标明值。昆明理工大学毕业设计 绪论2表 119项目 优等品 一等品 合格品I II有效（以 P2O5 计）的质量分数/% 18.0 16.0 14.0 12.0游离酸（以 P2O5 计）的质量分数/% 5.5 5.5 5.5 5.5水分的质量分数/% 10粒度（1mm4.75mm 或 3.35mm5.6mm）的质量分数/% 801.3 过磷酸钙的生产工艺1.3.1 磷肥加工方法的分类由磷矿制取磷肥根据加工工艺条件不同可以分为用无机酸处理和高温处理两大类。用无机酸(硫酸、磷酸、硝酸、盐酸等或者它们的混和酸)分解磷矿加工制成的磷肥通常称为酸法磷肥。例如，硫酸分解磷矿制得的含有以磷酸一钙Ca(H2PO4)2H2O为主体，以及少量游离磷酸和其他磷酸盐(磷酸铁、铝等)的磷肥称为普通过磷酸钙。用湿法磷酸或热法磷酸分解磷矿制成的以磷酸一钙为主体的肥料( 亦含有少量游离磷酸和其他磷酸盐)称为重过磷酸钙，其有效 P2O5 含量一般为普通过磷酸钙的 23 倍。用硫酸和稀磷酸的混酸处理磷矿可以制成富过磷酸钙其有效 P2O5 含量在重过磷酸钙与普通过磷酸钙之间，一般为20% 30%P2O5。用氨中和过磷酸钙所含的游离磷酸以改善产品的物理性质，这样制得的产品称为氨化普通过磷酸钙或氨化重过磷酸钙。湿法磷酸与氨反应制得磷酸铵类肥料。本设计采用硫酸与磷矿反应再经过其他工序制得过磷酸钙。以上肥料产品中所含的有效 P2O5 是水溶性 P2O5，又称为速效肥料，适用于各种土壤。沉淀磷酸钙是用磷酸萃取液(可用无机酸分解磷矿所得到)加石灰乳或石灰石进行中和反应制得以磷酸二氢钙(CaHPO 42H2O)为主的肥料，是一种枸溶性肥料。经过高温处理制成的磷肥称为热法磷肥。例如，钙镁磷肥、脱氟磷肥、钢渣磷肥、烧结钙钠磷肥等，属于枸溶性磷肥。磷肥中所含的磷，习惯上用 P2O5 的重量百分数表示，但它们实际上是以磷酸盐形式存在的。根据加工方法不同可以分为间歇法、半连续法和连续法三种工艺流程。间歇法是磷矿与硫酸的混合、化成分别在间歇操作的设备中分批进行。早期过磷酸钙的生产均采用这种方法。半连续法则是酸、矿混合在间歇操作的设备中进昆明理工大学毕业设计 绪论3行。而化成工序为连续运行;或者相反，即酸、矿在连续操作的设备中混合，而化成工序间歇操作少数中、小型工厂采用半连续法生产。连续法是各生产工序都是在连续操作的设备中进行。这是现今过磷酸钙工厂普遍采用的生产方法。本设计采用连续干法来生产过磷酸钙。1.3.2 硫酸生产过磷酸钙的原理用酸处理磷矿根据不同的原料工艺条件.过磷酸钙的生产方法可分为稀酸矿粉法( 简称干法) 和浓酸矿浆法 (简称湿法) 。稀酸矿粉法是世界上广泛采用的一种方法，故又称为传统法。它是用浓度为 6872%的稀硫酸与磷矿粉混合，再经过化成及熟化工序制成粉状过磷酸钙。此处的所谓稀硫酸是相对于 92.5%及 98%浓度的浓硫酸而言，实际上此法所用的硫酸浓度是根据所用磷矿的特性以及其他的工艺条件来确定。按照不同的工艺条件.稀酸矿粉法中又有常规法、三高一细法(即高硫酸浓度、高硫酸温度、高搅拌强度及细矿粉)与两高两低法(即低硫酸浓度、低硫酸温度、高搅拌强度及高的矿粉细度) 三种不同的操作法。浓酸矿浆法则是以浓硫酸与经过加水湿磨的磷矿浆进行混合，然后同样经化成与熟化工序制成粉状过磷酸钙。1.3.3 干法和湿法的优缺点湿法的优点在于硫酸经计量后直接加入混合机与磷矿浆进行反应，省去了加水稀释和调温的麻烦；磷矿加水湿磨，故磷矿不需干燥，因而可以露天堆存.既节省仓库的投资，又节约燃料；湿磨磷矿较干磨磷矿的电耗低，生产强度高，劳动和环境条件好。湿磨磷矿的缺点是磨机中的钢球消耗较干磨磷矿时高约46 倍。但是为了使矿浆具有流动性，矿浆的最低水分含量因矿种而有所不同、亲水性磷矿的矿浆最低水分含量偏高，致使用它生产的过磷酸钙成品含水超过质量标准要求，并影响成品的物理性质。所以湿法虽然比干法具有很多优点但是还是得不到推广。1.4 原料矿和产品的储存和运输1.4.1 磷矿的储存和运输在大，中型生产规模的普钙厂其原料工段一般采用桥式抓斗仓库作为磷矿的卸矿和储存及加工转运中心昆明理工大学毕业设计 绪论4铁路直接进入仓库，矿石卸于路基两旁；在地下设料仓和胶带运输机，火车开至料仓顶部直接卸入料仓； 厂房内运输：1.桥式抓斗吊车（将原矿送到破碎系统的加料斗） ，2.胶带运输机（利用橡胶帆布带的回转运行连续将物料从一端送到另一端） ，3.斗式提升机（将松散固体物料作垂直提升或作倾斜角度较大的上升运输过程） 。1.4.1 过磷酸钙的储存和运输过磷酸钙不能与草木灰、石灰、石灰氮或碱性土肥料混合，在大量保管和储存过程中，应特别注意防潮，如露天堆放，应盖防雨蓬布，以防止地面水浸湿，以避免有效磷溶解流失和吸湿结块，造成物料物理性能变坏。长期堆放过磷酸钙，间隔一定时间应翻堆一次，并应堆放于干燥通风处。过磷酸钙可部分溶于水，当散装在车、船内运输时，车厢应密封，车门应紧闭，轮船应有垫板，并用耐腐蚀的篷布等物遮盖。1.5 文献综述1.5.1 过磷酸钙的产量及施用现状中国从50年代开始发展普钙。经过近50年的发展，现在全国已有普钙厂400多个，达到或大于20万吨/年的厂有20多家。普钙年产量在 360万吨P 2O5左右，占磷肥产量的55%。目前，虽然国内农业上使用的磷肥主要是磷酸二铵和含磷复混肥，过磷酸钙的使用量逐年降低，但由于过磷酸钙施用历史比较长，许多农民仍有一定需求，特别是在小麦、棉花主产区，一些农民还习惯施用过磷酸钙作底肥。尤其是在近年磷酸二铵大幅涨价的情况下，农民更倾向于购买施用过磷酸钙。河北省土壤多为石灰性土壤，土壤有效磷含