湿法磷酸工艺设计毕业设计

1、毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 134kt/a 湿法磷酸工艺设计 姓 名： 学 号： 性 别： 专 业: 化学工程与工艺 电子邮箱： 联系方式： 指导教师： 毕业设计（论文）毕业设计（论文） i 134kt/a 湿法磷酸工艺设计 摘 要 磷酸是一种三元酸，属中强酸，它的工业生产方法可分为两大类。一类 是热法生产，制得的产品为热法磷酸，酸的质量较好。另一类是湿法生产， 产品称为湿法磷酸，酸的质量较差，通常用以生产废料或制造某些磷酸产品。 此次设计采用的是湿法生产中的二水物法生产磷酸。湿法磷酸生产的主 要原料是磷矿及硫酸。此法的特点是矿石分解后的产物磷酸为液相，副产物 硫酸钙是溶解度很小的

2、固相。两者的分离是简单的液固分离，具有其他工艺 方法无可比拟的优越性。因此，二水法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于 主导地位。 关键词关键词：热法磷酸；湿法磷酸；二水物法 毕业设计（论文）毕业设计（论文） ii 设计任务书设计任务书 一、设计题目： 134kt/a 磷酸工艺设计(转化率 94%,洗涤率 97%)。 二、设计条件： 1、磷矿的化学组成： 组分p2o5caofe2o3al2o3mgofco2a.i %26.8440.232.704.031.502.655.7811.43 2、 硫酸： 92.5%,用量为理论用量的 105% 3、转化率：94% 4、洗涤效率：97% 5、料浆液固比：

3、3:1 6、成品稀磷酸浓度：含 p2o5 28% 7、水份蒸发量：20kg/100kg 磷矿 8、氟逸出率（%）：气相1.42 9、机械损失（p2o5）： 3 % 。 10、滤饼含湿量（以干磷石膏为准；%）： 11、洗液浓度（p205）%：一次洗液：19；二次洗液：6.5；三次洗液：1.9 12、返回淡磷酸的温度（）：63 13、萃取槽排出料浆的温度（）：77 14、萃取槽排出废气的温度（）:56 15、料浆循环比：72 16、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： 4 小时。 19、料浆的密度（kg/m3）:1470 20、夏季

4、最高月平均温度（）:30 21、不考虑萃取槽中的热量损失 22、喷嘴风压：废气温度为 60时取 5000-6000pa，废气温度为 55时取 1300-2800pa。 23、过滤机漏气量：1.35m3/m2min（按过滤机总面积计算） 。 24、原料硫酸温度：27 25、过滤常数：qe=0.94m3/m2；k过滤=5.25；k一洗=3.42 26、洗液粘度：一洗=1.610-3pas；二洗=1.210-3pas；三洗=1.110-3pas 27、密度：成品磷酸 1260kg/m3；一洗液 1210kg/m3；二洗液 1060kg/m3；三洗液 1020kg/m3 滤饼过滤后滤饼一洗滤饼二洗滤饼

5、三洗滤饼 %68.3045.5025.8510.43 毕业设计（论文）毕业设计（论文） iii 28、按每年生产 300 天，每天工作 24h 计算 毕业设计（论文）毕业设计（论文） iv 目 录 第一章第一章 引引 言言.1 1.1 设计任务的依据.1 1.2 产品概况.1 1.3 产品方案和技术指标.1 第二章第二章 工艺设计工艺设计.3 2.1生产工艺综述.3 2.2生产方法和工艺流程的选择与评述.3 2.3工艺过程的物料和热料衡算.7 2.4主要的设备选型计算.14 2.5附属设备的选型与计算.17 第三章第三章 自动控制要求自动控制要求.18 4.1控制水平和范围.18 4.2仪表选

6、型.18 4.3复杂控制系统.18 第四章第四章 给、排水要求给、排水要求.18 4.1概况.19 4.2设计范围.19 4.3给水.19 4.4循环水.19 4.5排水.19 第五章第五章 环境保护要求环境保护要求.19 毕业设计（论文）毕业设计（论文） v 5.1废气治理.19 5.2废水治理.20 5.3废渣治理.20 第六章第六章 厂化验室要求厂化验室要求.20 第七章第七章 总总 结结.21 参考文献参考文献.22 谢词谢词.22 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 1 第一章第一章 引引 言言 1.11.1 设计任务依据设计任务依据 本设计是根据中国石油大学化学工程系下达的毕业设计任

7、务书，即年产 134kt/a p2o5湿法磷酸生产工艺设计，开展了湿法磷酸车间装置的设计。 1.21.2 产品概况产品概况 1.2.11.2.1 磷酸的化学性质磷酸的化学性质 物理性质： 纯净的磷酸是无色晶体，熔点 42.3 摄氏度，高沸点酸，易溶于水。市售 磷酸试剂 hi 粘稠的、不挥发的浓溶液，磷酸含量 83-98%。 化学性质： 磷酸是三元中强酸，分三步电离，不易挥发，不易分解，几乎没有氧化 性。具有算的通性 蒸汽或雾对眼、鼻、喉有刺激性。口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、 血便或休克。皮肤或眼部接触可致灼伤。慢性影响：鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿 孔。长期反复皮肤接触，可引起皮肤刺激。 纯净的湿

8、法磷酸是无色的，但由于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。 1.2.21.2.2 磷酸的用途磷酸的用途 磷酸（h3po4）一种重要的无机酸，是化肥工业生产中重要的中间产品， 用于生产高浓度磷肥和复合肥料。磷酸还是肥皂、洗涤剂，金属表面的原料。 作为磷肥生产的原料，是正磷酸或多磷酸的水溶液。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。 1.31.3 产品方案和技术指标等产品方案和技术指标等 1.3.11.3.1 产品的方案及建设规模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,

9、 134 kt/a(p2o5计) 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 2 (3)产品规格：磷酸，p2o5约 28% 1.3.21.3.2 设计指导思想设计指导思想 (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，公用工 程社会化，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。 1.3.31.3.3 生产方法和主要技术方案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，由于反应生成硫酸

10、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。 1.3.41.3.4 操作制度操作制度 本装置磷酸每天三班连续操作，每年运行 300 天，每天运行 22.5h 即每 年运行 6750h。 1.3.51.3.5 存在问题及建设存在问题及建设 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。 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 3 第二章第二章 工艺设计工艺设计 2.2. 1 1 生产工艺综述生产工艺综述 本设计采用锦屏精选矿及

11、外购商品硫酸制成浓度约为 28% p2o5 的稀磷 酸。 2.2. 2 2 生产方法和工艺流程的选择与评述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。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. 2.2. 1 1 湿法磷酸工艺流程湿法磷酸工艺流程3 3 湿法磷酸生产

12、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酸时，控制硫酸钙以二水物(石膏 caso42h2o)形 式沉淀的工艺流程称为二水物流程，反应式如下： ca5f(po4)3 + 5h2so4 + 10h2o 3h3po4 + 5caso42h2o + hf 二水物流程的反应机理和工艺条件与半水物流程，无

13、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。 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 4 二水物湿法磷酸生产工艺流程图 图 2-1 1-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;15a,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 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

14、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； 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 5 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

15、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 p2o5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-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“半水二水再结晶流程” ，其中只一次过滤的，称为“一步法”流

16、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。由于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% p2o5，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 80110。 (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，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

17、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； 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 6 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 型(-caso41/2h2o)； 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

18、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. 2.2. 2 2 生产工艺综述生产工艺综述 (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(0.075)50%。 (2)磷酸

19、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 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 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 7 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

20、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

21、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。 2.2. 3 3 工艺过程的物料和热量衡算工艺过程的物料和热量衡算 2.2. 3.3. 1 1 物料平衡计算物料平衡计算 一、设计题目： 134kt/a 磷酸工艺设计(转化率 94%,洗涤率 97%)。 二、设计条件： 1、磷矿的化学

22、组成： 组 分 p2 o5 ca o f e2o3 a l2o3 m go f c o2 a. i % 26 .84 40 .23 2 .70 4 .03 1 .50 2 .65 5 .78 11 .43 3、硫酸： 92.5%,用量为理论用量的 105% 3、转化率：94% 4、洗涤效率：97% 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 8 5、料浆液固比：3:1 6、成品稀磷酸浓度：含 p2o5 28% 7、水份蒸发量：20kg/100kg 磷矿 8、氟逸出率（%）：气相1.42 9、机械损失（p2o5）： 3 % 。 10、滤饼含湿量（以干磷石膏为准；%）： 组分p2o5caofe2o3al2o

23、3mgofco2a.i %26.8440.232.704.031.502.655.7811.43 11、洗液浓度（p205）%：一次洗液：19；二次洗液：6.5；三次洗液： 1.9 12、返回淡磷酸的温度（）：63 13、萃取槽排出料浆的温度（）：77 14、萃取槽排出废气的温度（）:56 15、料浆循环比：72 16、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： 4 小时。 19、料浆的密度（kg/m3）:1470 20、夏季最高月平均温度（）:30 21、不考虑萃取槽中的热量损失 22、喷嘴风压：废气温度为 60时取 5000-60

24、00pa，废气温度为 55 时取 1300-2800pa。 23、过滤机漏气量：1.35m3/m2min（按过滤机总面积计算） 。 24、原料硫酸温度：27 25、过滤常数：qe=0.94m3/m2；k过滤=5.25；k一洗=3.42 26、洗液粘度：一洗=1.610-3pas；二洗=1.210-3pas；三洗 =1.110-3pas 27、密度：成品磷酸 1260kg/m3；一洗液 1210kg/m3；二洗液 1060kg/m3；三洗液 1020kg/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)： 毕业设计（论文

25、）毕业设计（论文） 9 (1)硫酸用量(kg) 100%的 h2so4 1000.4023105%98/56=73.923 92.5%的 h2so4 73.923/0.925=79.917 (2)逸出气体量(kg) co2： 1005.78%=5.78 f ： 1002.65%1.42%=0.03763 以 sif4计算 0.03763104/76=0.05149 h2o： 18.65 合计：5.78+0.05149+20=25.83 (3)磷石膏值(kg) 10040.23%172.1/56+10011.43%=134.9936 其中总含 p2o5： 10026.84%(1-94%97%)=

26、2.3672 未分解 p2o5：26.84(1-94%)=1.6104 水溶性 p2o5：2.3672-1.6104=0.7568 (4)生成循环料浆量(kg) 134.9936(3+1)=539.9744 液相量：539.9744-134.9936=404.9808 含 p2o5：404.980828%=113.3946 (5)成品磷酸量(kg) 10026.84%94%97%(100-3)%28%=84.78 含 p2o5:84.7828% =23.7384 (6)机械损失(kg) 26.843%=0.8052 (7)过滤后滤饼含液量(kg) 134.993668.3%=92.2 含 p2

27、o5：92.228%=25.816 (8)一次洗涤后滤饼含液量(kg) 134.993645.50%=60.8146 (9)二次洗涤后滤饼含液量(kg) 134.993625.85%=34.8958 (10)三次洗涤后滤饼含液量(kg) 134.993610.43%=14.0798 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 10 (11)回入系统的滤液量(kg) 404.9808-84.78-92.2=228 含 p2o5: 22828%=63.84 (12)洗涤用水量(kg) 84.78+134.9936+14.0798+25.83-(100+79.917)=79.7664 (13)淡磷酸量(kg)

28、 539.9744+25.83-(100+79.917)=385.8874 含 p2o5：113.3946+0.8052+1.6104-26.84=88.9702 p2o5浓度：88.9702/385.8874100%=23.056% (14)一次洗涤量(kg) 385.8874-228=157.8874 含 p2o5：88.9702-63.84=25.1302 p2o5 的浓度：25.1302/157.8874100%=15.917% (15)二次洗涤量(kg) 157.8874+60.8146-92.2=126.502 含 p2o5：126.5026.5%=8.22263 (16)三次洗涤

29、量(kg) 79.7664+34.8958-14.0798=100.5824 含 p2o5：100.58241.9%=1.911 (17)一次洗涤后滤饼液相含 p2o5(kg) 25.816+8.22263-25.1302=8.91 液相 p2o5浓度：8.91/60.8146100%=14.65% (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 xy=157.8874 19%x=28%y+25.1302 解得：x=211.9808 y=54.0934 (19)吸干滤液含 p2o5(kg) 54.093428%=15.146 (20)吸干溶液与一次洗涤混

30、合液含 p2o5(kg) 211.980819%=40.276 (21)回磷酸量(kg) 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 11 22854.0934=173.91 含 p2o5：173.9128%=48.69 2.2. 3.3. 2 2 热量平衡计算热量平衡计算 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 134000 吨/年湿法磷 酸的生产。每小时的消耗量为：磷矿 21.95 吨，100%硫酸 16.23 吨，92.5%硫 酸 17.54 吨，返回淡磷酸量 71.82 吨，料浆量 100.5 吨，原料硫酸温度

31、27， 淡磷酸含 23.056%p2o5，返回淡磷酸的温度:63，空气温度 30，萃取槽排 出料浆的温度 77，排出废气的温度 56，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（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=219500.78330515.6106j (0.783磷精矿比热，kj/kgk； 30夏季月平均温度，即车间热负荷最大期间的温度) q硫酸=17

32、5401.4927705.6106j(1.4992.5%h2so4的比热， kj/kgk) q淡磷酸=718203.2466314687106j（3.24624.07%p2o5磷酸溶 液的比热 kj/kgk） 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=5caso42h2o+3h3po4+hf+q2 根据盖斯定律：q2=(52022.6+31278.2+269.6)- (6828.7+5839.5+10286.4)=327(kj/mol) q2=327（kj/mol）上式中反应物和生成物的生成热（kj/mol）： caso4

33、.2h2o(固体)： 2022.6； h3po4（溶液）： 1278.2； ca5f(po4)3(固体)： 6828.7； 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 12 h2so4（溶液）： 839.5； h2o（液体）： 286.4； hf（气体）： 269.6 由此可得： q反应=219500.6780.9873271000/504 9530106j (0.26843142)2504=0.678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； 142p2o5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=（162

34、30q2）/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： )/( 7983.1 74776 7983.1 74776 1 1 2 2 2 kmolkj n n n n q 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=（7.598）/（1892.5）=0.44, 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=73.923100%/73.923+6+385.8874(1-0.318)+ 53

35、9.9744(1- 0.386)=10.96 % 式中：73.923 和 6 分别为无水硫酸量和含水硫酸带入的水量（kg） ； 385.8874 和 539.9744 分别为淡磷酸量和循环料浆液相量 kg 0.318 和 0.386 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=（100-10.96）/18（98/10.96）=44.253 算出 q2=57157 因此 q稀释=1623057157989465.9106 j 进入萃取槽空气带入的热量： q空气=1.0041.2930 v +4242180.962555.35 v /(10132322.4-42420.9622.4

36、) 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 13 =124.84v (式中：1.004空气热容，kj/kgk； 1.290和 1.013105pa 时的空气密度，kg/m3； 424230空气中饱和水蒸气的分压 pa； 0.96空气的相对湿度； 2555.3530时水蒸气的焓，kj/kg） 所以，萃取槽的总收入热量为： q收入=515.6+705.6+14687+9530+9465.9+124.84v =34904.1106j+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： 7

37、7时，送去过滤的料浆带走的热量为： q料浆=100500c料浆77 （式中: 100500料浆量，kg 77温度， ） c料浆料浆比热，kj/kgk，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/kgk; 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=(4.2324-0.0296838.6) 413.252/560.842+1.072147.59/560.842 =2.583 kj/kgk （4.2324-0.0296838.6浓度为 28% p2o5即 38.6% h3po4的比热；

38、1.072 石膏热容 ； 413.252/539.974=0.75 液固比为 3 时料浆中磷酸的质量分数； 134.9936/539.9744=0.25 料浆中石膏的质量分数；） 从而：q料浆=1005002. 58377=19989106j 56时，从萃取槽排出气体带走的热量 q气体=v1.0041.2956 + 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 14 v16505180.962601/(10132322.4-165050.9622.4) =459.93v (式中：1.004空气热容，kj/kgk； 1.290和 1.013105pa 时的空气密度，kg/m3； 0.96空气的相对湿度； 1

39、650556空气中饱和水蒸气的分压 pa； 260156时水蒸气的焓，kj/kg ） 则萃取槽总的支出热量为： q支出=19989106+459.93v q收入=q支出 即 34904100kj+124.84v=19989000kj+459.93v 则每小时鼓空气量 v=44510.73m3 选用风机： 离心通风机 型号： 4-68 全压范围(mmh20)： 20237 风量范围(m3/h)： 1000239654 功率范围(kw)： 0.55245 输送介质最高允许温度 t()：80 2.2. 4 4主要的设备选型与计算主要的设备选型与计算 2.2. 4.4. 1 1 设备布置说明设备布置说

40、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。 2.2. 4.4. 2 2 过滤机过滤机 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

41、20 个梯形滤 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 15 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。 (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

42、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 134000 吨/年磷酸所需盘式真空过滤机的有效过滤面积。 产物产量(t/h)密度(kg/m3)粘度 (pas) 成品磷酸21.951260 返回磷酸38.173126

43、0 一次洗液34.65612101.610-3 二次洗液27.76710601.210-3 三次洗液22.07810201.110-3 qe=0.94m3/m2；k主滤5.25 m2/h；k一洗3.42 m2/h； 成品磷酸含 p2o5：28。 解： 主过滤区的必需面积：a主滤=g主滤/q主滤 (m2) 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 16 g主滤 时间的滤液量(m3)。 由恒压过滤方程式得：q2主滤+2q主滤qe=k主滤 （以一小时为计算基准，即 1 小时）代入数据解二次方程得： q主滤1.54（m3/m2h） ； 而 g主滤=(21950+38173)/1260=47.72（m3/h）

44、a主滤=47.72/1.54=30.98(m2) (2)一次洗涤区的必需面积： 按照上述同样方法求得：q一洗1.13（m3/m2h） ； a一洗=34656/(12101.13)=25.35(m2) (3)二次洗涤区的面积： 其过滤常数 k二洗由下式确定： k一洗一洗k二洗二洗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5.7 m2/h 代入恒压过滤方程式求得：q二洗1.62（m3/m2h） ； a二洗=27767/(10601.62)=16.17(m2) (4)三次洗涤区的面积： 由 k二洗二洗k三洗三洗0.8 求得 k三洗7.77 m2/h；q三洗1.99（m

45、3/m2h） ； a三洗=22078/(10201.99)=10.88(m2) 则 a有效a主滤a一洗a二洗a三洗83.38(m2) 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-80 总过滤面积 m2： 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：124001800 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 17 2.2. 4.4. 3 3 萃取槽萃取槽 采用单槽多浆式，槽体为两个用钢筋混凝土捣制的同心圆筒组成，内外 筒环形

46、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 bla 加长 型专用摆线针轮减速器，使转动结构简单，安装维修方便。 (1)料浆量 100500kg/h (2)料浆密度 1470 kg/ m3 (3)反应时间 4h (4)料浆体积流量 100500/1470=68.37 m3 /h (5)反应槽有效容积 68.374273.47 m3 (6)在反应槽有效容积中同心圆单槽体积占 69%,其余

47、占 31% (7)同心圆单槽体积 273.470.69=188.69 (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：188.69+10=0.785 d2h d=7.64m h=4.6m (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=2.6 主要参数： 直径 x 高度 m 7.644.6 中心筒直径 mm 2600 搅拌泵转速 r/min 101 搅拌器直径 mm 680 搅拌器形式 折叶二层透平 电机 q x 18.5 k

48、w 380v 主要用材：碳刚，不锈钢，石墨板，玻璃钢等。 2.2. 5 5 附属设备的选型与计算附属设备的选型与计算 2.2. 5.5. 1 1 水环式真空泵水环式真空泵 sz 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为宜。 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 18 性能范围 气量： 1.52.7 m3/min 真空度： 700760 mmhg 压力： 01.5 kgf/cm3 本设计中根据过滤机的漏气量 1.35 m3/ m2min，则过滤机总漏气量为， 80x1.35=108m3/ min 根据漏气量查得： 选用型号为 sk

49、-120 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 3 3 自动控制要求自动控制要求 3.13.1 控制水平和范围控制水平和范围 3.1.13.1.1 控制水平控制水平 (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。 3.1.23.1

50、.2 控制范围控制范围 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。 3.3. 2 2 仪表选型仪表选型 (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，多数采用气动隔膜阀。 (3)流量测量主要用电磁流量计。 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 19 3.3. 3 3 复杂控制系统复杂控制系统 矿粉和 h2so4比例调节。 4 4 给、排水要求给、排水要求 4.4. 1 1 概况概况 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

51、771t/h。净化站内设有 4000m3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。 4.4. 2 2 设计范围设计范围 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 1m，生活废水 由泵送至尾砂转运泵站，雨水就近排入装置区附近。 4.4. 3 3 给水给水 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

52、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. 4 4 循环水循环水 循环水含 f 为 0.0114%，循环水量为 500t/h，t=8，为考虑今后的发 展，本设计选用 200 t/h。鼓凤式冷却塔三座。 4.4. 5 5 排水排水 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。 5 5 环境保护要求环境保护要求 磷酸及重过磷酸钙生产过程排放的含氟废气中，氟主要以四氟化硅的形 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 20 式存在，其次是 hf、磷酸蒸汽及雾滴，四氟化硅与水接触生成氟硅酸。 生产过程中排放的废水中也含有氟化物，磷酸盐；ph 在 1.52 之间。 过滤机排出的磷石膏，经浸泡或雨淋后，将有可溶性的氟化物及五氧化 二磷流出，对环境产生危害。 5.5. 1 1 废气治理废气治理 磷矿中含有大约 3%的氟，在萃取反应中，呈气态逸出的氟约占磷矿含氟 量的 5%。 在本设计中由于气量不大，故采