万吨过磷酸钙工艺设计

1、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 supe

2、rphosphate (SSP) is a containing phosphorus chemical fertilizers which was made of phosphate rock and sulfuric acid from the chemical reactionsbecause of the production process, and operation simple is easy to master；production equipment easy to make, invest save; It will become effective quicklyaft

3、er 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 carr

4、y 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 accountingand equipment chooses a type to designs a design which conform to the national standards product。Key

5、words:calcium superphosphate,Phosphorus ore, production, dry-process目 录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1引言11.2过磷酸钙的特性1物理、化学性质1产品的质量标准11.3过磷酸钙的生产工艺2磷肥加工方法的分类2硫酸生产过磷酸钙的原理3干法和湿法的优缺点31.4原料矿和产品的储存和运输3磷矿的储存和运输3过磷酸钙的储存和运输41.5文献综述4过磷酸钙的产量及施用现状4过磷酸钙的发展前景5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7主要化学反应7生产过程中的副

6、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9混合化成9含氟气体的处理与吸收10熟化工序11降温熟化流程11保温熟化流程11中和工序11造粒与干燥122.4工艺操作条件和生产指标13磷矿的细度和水分13硫酸的用量13硫酸的浓度和温度13搅拌强度和时间14化成条件14熟化条件14造粒与干燥条件143 工艺计算书153.1物料衡算15原始数据15混化熟化过程的物料衡算15磷矿的组成15第一阶段的物料衡算17第二阶段的物料衡算192O5平衡计算213.1.2.5 氟平衡计算22水平衡计算24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29混化熟化过程的热量衡算2

7、9输入热量29输出热量31造粒过程的热量衡算32输入热量32输出热量33干燥过程的热量衡算33输入热量33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431 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

8、、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/m3，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(H2PO4)· 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

9、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（P2O5），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GB201

10、43-2006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。表119项目优等品 一等品 合格品III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。

11、例如，硫酸分解磷矿制得的含有以磷酸一钙Ca(H2PO4)2·H2O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

12、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(CaHPO4·2H2O)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

13、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

14、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

15、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

16、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.

17、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P2O5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，土壤有效磷含量普遍较低。过磷酸钙等磷肥的使用有效的提高了土壤含磷水平，尤其是在小麦、棉花上使用，增产效果非常明显

18、。    虽然施用过磷酸钙有着明显的增产效果，但据调查发现，过磷酸钙在生产、施用中仍存在着一些问题。1995年原国家化工部修订颁布了过磷酸钙行业标准，确定了过磷酸钙合格品、一等品、优等品的技术指标，规定过磷酸钙的有效磷（P2O5）含量不得低于12，游离酸含量不得高于5.5，水分不得高于15。该标准的颁布对于企业加强质量管理，保证产品质量起到了很好的促进作用。但是由于过磷酸钙生产工艺比较简单，企业规模相对较小，产品质量仍然不够稳定。在历年有关部门的质量抽检中，过磷酸钙、复混肥合格率都相对较低。主要问题是有效磷含量不达标或游离酸、水分含量超标严重。另外由于不合格的过磷

19、酸钙产品中含有来自磷矿粉的重金属和来自硫酸的三氯乙酸、三氯乙醛，使得有害物质污染和减产事故时有发生，因此除了企业自身要严以自律，切实按照国家标准进行生产外，有关部门也要加强监管力度，杜绝劣质过磷酸钙产品上市1.5.2过磷酸钙的发展前景过磷酸钙虽然在充分利用中低品位磷矿资源、满足市场不同消费层次和习惯需求等方面具备一定优势，但是由于受高浓度磷肥的冲击，加之过磷酸钙本身存在生产工艺技术落后、质量不稳定以及价格低、利润薄等问题，预计其产量和施用面积会逐年减少，如不给予足够重视，在新工艺技术开发、市场开拓等方面改进突破的话，其生存空间可能会变的越来越狭窄。    另外，为

20、保证过磷酸钙的施用效果，农技部门和销售企业还应加强对农民进行施用技术指导。过磷酸钙施入土壤后，其有效成分磷酸一钙易与土壤中的某些成分发生反应而被固定，使过磷酸钙的当季利用率降低，因此必须合理施用，既要减少肥料与土壤的接触，避免水溶性的磷酸盐被固定，又要尽量将肥料施于根系密集的土层中，使养分容易输送到根系，以利植物吸收利用。据此可推广采取集中施用、分层使用，或与有机肥料混合施用等方法。此外，因过磷酸钙中含有大量硫酸钙，所以应优先应用在缺硫、缺钙的土地上，充分发挥过磷酸钙的综合增产作用。国内外过磷酸钙需求情况国际市场预测：据有关资料报道，目前世界化肥年生产能力约19400万吨，其中氮肥约12170

21、万吨，磷肥约3550万吨，钾肥约3680万吨。化肥年产量约14320万吨，其中氮肥约8670万吨，磷肥约3380万吨，钾肥约2270万吨。世界化肥年贸易量约5500万吨，其中氮肥约2400万吨，磷肥约1100万吨，钾肥约2000万吨。据联合国粮农组织预测，今后5年内世界化肥生产和消费增长缓慢，年均增长2左右。2005年世界化肥消费量约为15600万吨，其中氮肥9400万吨，磷肥3800万吨，钾肥2500万吨。世界磷肥消耗量将从1995年的2962.5万吨增加到2000年的3359.5万吨。目前，世界磷肥生产形势是供大于求，但从亚洲的生产与消费形势来看，磷肥供求矛盾比较大，我国仍将是世界上磷肥进

22、口最多的国家之一。 1.6本设计的立体思想过磷酸钙工业化生产以来的百余年间，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。使其一直是磷肥工业生产的主要品种。但是由于过磷酸钙在实际应用中，由于过磷酸钙中含有大量不溶于水的物质使其很容易潮解，当含有过量游离酸或经常接触潮湿空气时，就能吸湿结块。因而解决过磷酸钙的易结块问题成为了很多生产厂非常关注的问题。因此本设计根据这些问题以期设计出低耗能、低污染、高产出且不易结块的过磷酸钙生产工艺。2 生产工艺过磷酸钙生产的主要工序是：1.硫酸与磷矿粉混合；2.料浆在化成室内化成；3.过磷酸钙在仓库内熟化；4.

23、含氟废气中氟的回收。在熟化期中，应不断进行翻堆，使水分进一步蒸发并降低物料温度，促使第二阶段反应进行并改善产品物性。熟化期一般为315天。经热化后的过磷酸钙还含有一定量(5.5%8%P2O5)的游离磷酸，会给运输、贮存、施肥等带来困难，故在产品小厂前应中和游离酸。中和的方法有：1.添加能与过磷酸钙中的磷酸迅速作用的物料，如石灰石、骨粉、磷矿粉等；2.用气氨或铵盐处理过磷酸钙，即氨化，但应严格控制加氨量或铵盐用量。    过磷酸钙经中和后，产品的物理性能得到改善，减少了吸湿和结块性；氨化后的过磷酸钙增加了含氮量，使肥效得到进一步提高。中和后的过磷酸钙送去造粒，干燥后

24、得到粒状的过磷酸钙。    含氟废气引入氟吸收塔用水洗涤吸收，得到氟硅酸溶液，然后进一步加工成氟硅酸钠、氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化氢等副产品，供化工、医药、冶金、搪瓷、建材等工业部门应用，特别是氟化氢具有重要的应用。2.1过磷酸钙生产中的化学反应2.1.1主要化学反应生产过磷酸钙的主要化学反应可以分为两个阶段。第一阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙：7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4·H2O7HF(2-1)这一阶段的反应进行得很快，一般在半小时或更快时间内即可完成。此反应为放热反应，反应物料温度能很快升高到

25、100以上。在很短时间内。半水硫酸钙结晶转变为无水物：2CaSO4·H2O=2 CaSO4H2O (2-2)只有当硫酸完全消耗之后，生成的磷酸才能继续分解磷矿而形成磷酸一钙：3Ca5F(PO4)321H2PO415H2O=15Ca(H2PO4)2·H2O3HF (2-3)形成的磷酸一钙溶解在磷酸溶液中，当溶液被磷酸一钙饱和以后，随着分解反应的进行，从溶液中不断析出Ca(H2PO4)2·H2O结晶。生成过磷酸钙的总反应式为：2Ca5F(PO4)37H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2·H2O7CaSO42HF(2-4)反应的第一阶段，是过磷酸钙在化成

26、室中化成时完成的，第二阶段反应在化成室中开始，而后还要在仓库堆放产品期间继续很长一段时间。熟化后的过磷酸钙中如果有多余的游离酸则应该用碱性物料进行中和： 2H3PO4CaCO3= Ca(H2PO4)2CO2H2O (2-5)2.1.2生产过程中的副反应在分解磷矿时，磷矿中所含的杂质如方解石、白云石、霞石、海绿石等也能被硫酸分解，其反应如下：CaCO3 H2SO4=CaSO4CO2H2O (2-6)MgCO3H2SO4=CO2H2OMgSO4 (2-7)Fe2O3H2SO4Ca(H2PO4) 2=2Fe(H2PO4) 3CaSO4 3H2O (2-8)Al2O3H2SO4 Ca(H2PO4) 2

27、=2Al(H2PO4) 3CaSO4 3H2O (2-9)随着第二阶段反应的进行和液相中游离磷酸浓度的降低，铁和铝的酸式磷酸盐转化为难溶的中性磷酸盐：Fe(H2PO4)32H2O=FePO4·2H202H3PO4(2-10)Al(H2PO4)32H2O=Al PO4·2H202H3PO4(2-11)在反应过程中生成的HF能同矿石所含的SiO2作用生成氟硅酸：4HF SiO2= SiF42H2O(2-12)在制取过磷酸钙的过程中，约40%的氟以SiF4形式逸出。当气体冷却时。SiF4和水蒸气相互作用。3SiF4 2HF= H2SiF6(2-13)2.2生产工艺流程图水过磷酸钙

28、干法生产工艺主要工序是：硫酸与磷矿粉混合；料浆在化成室内化成；过磷酸钙在仓库内熟化；含氟废气中氟的回收;干燥与造粒。图2-1为过磷酸钙的生产工艺流程图.硫酸磷矿粉混合化成含氟气体、水洗涤塔熟化氨中和尾气CO2水造粒返料干燥破碎筛分粒状过磷酸钙图2-1过磷酸钙生产工艺流程图2.3过磷酸钙生产工艺流程简介2.3.1混合化成一定浓度的硫酸与磷矿粉经过各自计量后进入混合机进行混合，反应。料浆随着胶带向前移动，并且逐渐固化，到达端部时即被切削器切碎，经过撒扬后送往熟化仓库进行熟化。皮带化成室的胶带上方设有罩子将化成室进行密封，混合、化成过程中所产生的水蒸气、含氟气体可以由排风机通过罩子上方的排气孔连续抽

29、至氟吸收系统进行吸收和洗涤。图2-2为皮带化成室生产过磷酸钙的工艺流程图。图2-2皮带化成室生产过磷酸钙的工艺流程图21矿粉加料斗；2星形加料器；3皮带计量器；4硫酸高位槽；6卧式混合机；7皮带化成室；8切削器2.3.2含氟气体的处理与吸收在过磷酸钙生产中一部分氟以SiF4的形式逸出，剩余的含氟化合物则以各种形式存在于过磷酸钙中。为了符合劳动保护和环境保护规定的要求，过磷酸钙工厂通常都是将混合、化成系统生产时逸出的含氟气体引入氟吸收系统用水逆流循环吸收，达到排放标准后经排气筒放空。含氟气体吸收工艺流程如图2-3所示。图2-3氟气体吸收工艺流程图211号双（单）轴形拨水轮吸收室；22号双（单）轴

30、形拨水轮吸收室；31号除沫器；4吸收塔；52号除沫器；6排风机；7排气筒；81号循环泵；92号循环泵由混合、化成系统来的含氟气体，在排风机的抽引下依次通过1号双（单）轴形拨水轮吸收室、2号双（单）轴形拨水轮吸收室、1号除沫器、吸收塔、2号除沫器，最后经排气简放空。各除沫器分离气体携带的液沫后，分别由循环泵送回吸收室、吸收塔循环使用。吸收塔中的洗涤液，根据需要送往吸收室，以维持其吸收液液面高度。同时，用新鲜水补充吸收塔作洗涤液。排风机应能使混合、化成系统维持295Pa的负压，以免含氟气体外逸污染操作环境。但负压也不宜过高，否则将有过多的空气进入系统.从而降低含氟气体的浓度，影响吸收效率。2.3.

31、3熟化工序2.3.3.1降温熟化流程采用降温熟化流程时，新鲜过磷酸钙经过最初的撒扬，以及后来在仓库中的转堆、翻堆中，由于被空勤冷却和水分的蒸发，温度有所降低，液相中H+浓度有所升高，反应生成的磷酸二氢钙的溶解度下降，逐渐从溶液中结晶出来，使液相中H+浓度和适度增大温度降低还可以使因搅拌混合不均匀而生成的磷酸氢钙钝化膜溶解有利于磷矿的继续分解。另外铁铝杂质所形成的酸性磷酸盐在高温下会转变成中性磷酸盐，从而使有效P2O5退化。因此，在用含R2O5较多的中低品位磷矿时，宜采用低温熟化流程。2.3.3.2保温熟化流程在某些高品位磷矿以及MgO含量较高的磷矿生产过磷酸钙时，宜采用保温熟化流程，既新鲜过磷

32、酸钙不撒扬，熟化过程不翻堆以保持料堆的温度，加速熟化的反应。从化成皮带机切削后的料堆用抓斗移至熟化堆，待熟化期满，检验合格后再用抓斗转移至成堆对准备出厂。2.3.4中和工序如图2-4中和工艺流程所示，熟化后的过磷酸钙用桥式起重机装入纷飞料斗，由料斗的出口闸门板调节加料量，使熟化后的过磷酸钙按一定的速度在胶带运输机上。中和剂则通过中和剂加料斗，并经星形下料机定量的加到胶带运输机上。将这两种物料由胶带输送机同时送入打散机，在其中打散混合后，由胶带运输机直接装车或送至造粒系统。2-4中和工艺流程图111桥式抓斗起重机；2粉肥料斗；3中和剂加料斗；4星形下料机5胶带输送机；6打散机；7胶带输送机2.3

33、.5造粒与干燥如图2-5为造粒工艺流程图。图25造粒工艺流程图111-皮带输送机；2-加料斗；3-胶带加料器；4-回转造粒机；5-回转干燥机；6-斗式提升机；7-双层振动筛8双辊破碎机9回转冷却机；10返料螺旋输送机；11燃烧炉；121号组式旋风分离器；131号耕风机；14离心洗涤器15洗涤塔；16旋风除沫器；172号组式旋风分离器；182号耕风机熟化过磷酸钙经皮带输送机、加料斗和胶带加料器加入造粒机。与此同时，返料也经加料斗、胶带加料器加入造粒机中，并适当喷水使过磷酸钙增湿在造粒机的转动下团聚成粒。湿的粒状过磷酸钙落入干燥机与热炉气并流进行干燥。干燥后的粒状过磷酸钙离开干燥机，经斗式提升机进

34、入冷却机，在冷却机内与空气逆流进行冷却。冷却后的粒状过磷酸钙经斗式提升机送去筛分14mm的大颗粒，经破碎后再次筛分小于 1mm的粉粒，则作为返料送回造粒机与粉状过磷酸钙一起造粒；14mm的颗粒，即为粒状过磷酸钙成品，送包装工序装袋出厂。干燥过程逸出的废气，先经收尘，再洗涤净化后放空。从冷却机逸出的废气，经收尘后放空。2.4工艺操作条件和生产指标2.4.1磷矿的细度和水分磷矿颗粒越细则其表面积越大，反应速率越大，反应就进行得更完全。颗粒越细粉碎时的动力消耗越多，生产能力就降低。所以一般采用的磷矿细度为通过100目筛不少于90%。磷矿中带入的一部分水分，为了保证磷矿粉具有良好的流动性，在贮存和运输

35、过程中不产生困难，通常控制磷矿粉含水量不大于1%。2.4.2硫酸的用量根据磷矿的化学组成，按化学反应式计算出理论硫酸用量。硫酸用量多，可增加矿粒与酸的接触机会，加快反应速度，提高分解率，还可以提高第二阶段的反应速度。但酸用量过高，会使浆料难于固化，导致产品游离酸量增大，经济上也不合理，在生产中，实际硫酸用量为理论硫酸用量的103%105%。2.4.2硫酸的浓度和温度原料矿的特性及其铁、铝含量都对生产用硫酸的浓度和温度有影响。通常用原料矿的评价试验来测定硫酸的浓度和温度。本次采用68%的硫酸。温度为5565。2.4.3搅拌强度和时间在液固反应中，液体运动的速度和液体对颗粒的相对速度对分解反应有很

36、大的影响。因而应当使硫酸与磷矿反应混合在高强度湍流的搅拌条件下进行反应。衡量搅拌强度应以液体运动的雷诺数Re为依据。由于雷诺数受多方面因素影响，所以为了简便通常以叶轮末端线速度来表示搅拌强度，即：v式中：v浆叶末端线速度，m/s； d浆叶直径，m； n浆叶转速，r.p.n。提高线速度，虽然对反应有利，但是也会使功率消耗大和浆叶磨损快。通常采用末端线速度为715m/s。从开始反应大固化时间，即是搅拌混合的极限时间。它随着磷矿的特性和颗粒的大小不同而不同。对于较易分解或粒度较细的磷矿，搅拌时间较短。而对于较难分解或粒度较粗的磷矿搅拌时间较长。一般采用混合时间为28min。2.4.4化成条件化成时间

37、是指混合机的稠厚料浆进入化成室起，直至成为新鲜过磷酸钙从化成室卸出为止的一段时间。在这段时间中，第一阶段反应继续进行，反应热可使物料温度上升到130。通常，化成室在负压1.472.45 kPa下操作。在新鲜过磷酸钙即将离开化成室之际，分解率通常可达到80%90%。对于较易分解的磷矿使用皮带化成是通常化成时间为1020min。原料磷矿生产过磷酸钙的化成时间应根据硫酸浓度、硫酸用量、混合搅拌强度等条件。通过试验确定。2.4.5熟化条件过磷酸钙的熟化条件主要包括熟化时间和熟化温度。当分解率达到94%95%以上游离酸下降到或接近于产品中允许的含量5%P2O5时可以认为达到熟化目的。熟化时间通常为23周

38、，熟化温度通常在4060之间。2.4.6造粒与干燥条件造粒时返料量与磷矿、酸化度、酸浓度及加水量有关，宜在操作条件确定后通过实验来确定返料比。湿的粒状酸化磷矿在干燥时，除与炉气并流外，要严格控制热炉气温度，务必使物料温度105，颗粒强度8N粒。3 工艺计算书3.1物料衡算3.1.1原始数据本设计采用云南晋宁的磷矿其组成如表3-1：表3-1磷矿（干基）的组成组成P2O5CaO MgO CO2FFe2O3 Al2O3 酸不容物质量（%） 32.3 44.21 0.41 1.16 2.95 1.49 1.16 14.86表3-2原始数据年生产能力40000吨日生产能力 120吨（按一年333天每天2

39、4小时生产）硫酸浓度 68%有效P2O5 16%磷矿含水量 1%磷矿转化率 95%石灰粉 含水1%，aCO395%造粒时含水量 18%粒状过磷酸钙含水量 3%干燥过程中质量损失 0.6%筛分、破碎中质量损失 0.3%混化熟化过程的物料衡算3.1.2.1磷矿的组成计算基准：1000（干基，下同）1000磷矿中各组分的物质的量：P2O5：×10002274.6479molCaO：×10007894.6429molF：×10001552.6316molCO2 ：×1000263.6364 molMgO： ×1000102.5000molFe2O3 ：

40、×100093.1250molAl2O3：×1000113.7255mol酸不容物（SiO2计）：×10002476.6667mol由于磷矿中P2O5全部来自Ca5F(PO4)3，1mol Ca5F(PO4)3内含有1.5 mol P2O5，则磷矿中n Ca5F(PO4)31516.4319mol磷矿中含氟1552.6316mol，其中1516.4319mol来自Ca5F(PO4)3，其余的来自CaF2，则磷矿中nCaF2mol/h36.1997mol磷矿中含氧化钙7894.6429 mol,其中来自 Ca5F(PO4)3的量为5×1516.431975

41、82.1595mol，其余来自CaCO3，则磷矿中nCaCO37894.6429-(7582.159536.1997) 276.2837mol磷矿中含有102.5000 mol/h MgO，则n MgCO3 102.5000mol。由以上计算，可以算出磷矿中各组分含量如表3-3：表3-3磷矿的组分量组分 Ca5F(PO4)3CaCO3CaF2MgCO3Fe2O3 Al2O3SiO2mol由式（2-4）可计算硫酸的消耗量：2Ca5F(PO4)37H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2·H2O7CaSO42HF由上式可以知道每消耗2mol Ca5F(PO4)3需要7mol7H2SO4

42、，即：实际生产中硫酸的用量常取理论用量的103%105%，本设计取105%则硫酸的1.61H2SO4/P2O5浓度为100%硫酸的消耗量为：32.30%×1.61×1000520.03003.1.2.2第一阶段的物料衡算第一阶段中的反应计算如下：由式（2-1）：7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4·H2O7HF消耗546.0315硫酸可知：分解的Ca5F(PO4)3的量:561.6324耗水量：50.1458H3PO4生成量：327.6189CaSO4·H2O生成量：809.3833HF生成量：22.2870由式（

43、2-5）：CaCO3H2SO4=CaSO4CO2H2O硫酸分解276.2837molCaCO3：硫酸消耗量：×27.0758CaSO4生成量：×37.5746CO2生成量：×12.1565H2O生成量：×4.9731由式（2-7）：MgCO3H2SO4=MgSO4CO2H2O硫酸分解102.5000mol MgCO3：硫酸消耗量：×10.0450MgSO4生成量：×12.3000CO2生成量：×4.5100H2O生成量：×1.8450硫酸分解36.1997molCaF2：CaF2H2SO4=CaSO42HF硫酸消耗

44、量：×3.5476CaSO4生成量：×4.9232HF生成量：×1.4480第一阶段反应中：硫酸总消耗量：546.031527.075810.04503.5476586.6999CaSO4生成总量：37.57464.923242.4978H2O生成总量：4.97311.84506.8181CO2生成总量：12.15654.510016.6665HF生成总量：22.28701.448023.7350第一阶段的反应平衡见表（3-4）表3-4第一阶段的反应平衡表进料 % 出料 %Ca5F(PO4)3 561.6324 45.38 H3PO4 327.6189 26.47

45、H2SO4 586.6999 47.41 CaSO4·H2O 809.3833 65.40CaCO3 27.6284 2.23 CaSO442.4978 3.43MgCO3 8.61 0.7 MgSO412.3000 0.99CaF28236 0.23 HF 23.7350 1.92H2O 50.1458 4.05 CO2 16.6665 1.24 H2O 6.8181 0.55合计 1237.5401 100 合计 1237.5401 1003.1.2.3第二阶段的物料衡算第二阶段中的反应计算如下：由于2molCa5F(PO4)3可以折算成3molP2O5,则1000磷矿含Ca5F

46、(PO4)3：32.30%×1000×764.2817由转化率为95%可得未被分解的Ca5F(PO4)3的量为：764.2817×（195%）38.2141被H3PO4分解的Ca5F(PO4)3的量为：764.2817（561.632438.2141）146.4352由式（2-3）：3Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2·H2O3HF分解146.4352Ca5F(PO4)3所需H3PO4的量为：199.3146生成Ca(H2PO4)2·H2O的量为：366.0880生成HF：5.8109消耗水量：29.8925

47、游离酸H3PO4的量：327.6189199.3146128.3043由式（2-2）：2CaSO4·H2O=2 CaSO4H2O809.3833CaSO4·H2O脱水后生成CaSO4的量：759.1457生成水：50.2376Al2O3和H2SO4与Ca(H2PO4) 2反应：Al2O3H2SO4 Ca(H2PO4) 2=2AlPO4CaSO4 3H2O113.7255molAl2O3消耗硫酸：×11.1450消耗Ca(H2PO4) 2：×26.6118生成AlPO4：×27.7490生成CaSO4：×15.4667生成水：×

48、;6.1412Fe2O3和H2SO4与Ca(H2PO4) 2反应：Fe2O3H2SO4Ca(H2PO4) 2=2FePO4CaSO43H2O93.1250molFe2O3消耗硫酸：×9.1263生成水：×5.0288生成CaSO4：×12.6650生成FePO4：×28.1238消耗Ca(H2PO4) 2：×21.7913Al2O3、Fe2O3共耗Ca(H2PO4) 2：26.611821.791348.403148.4031折合成Ca(H2PO4)2·H2O为：48.4031×48.4031生成水：48.4031×

49、;3.7233第二阶段反应中：剩余Ca(H2PO4)2·H2O：366.088048.4031317.6849共生成CaSO4：759.145715.466712.6650787.2674共耗硫酸：11.14509.126320.2713共生成水：50.23766.14125.02883.723365.1309第二阶段的反应平衡见表（3-5）表3-5第二阶段的反应平衡表进料 % 出料 %Ca5F(PO4)3 146.4352 11.89 Ca(H2PO4)2·H2O 317.6849 25.79H3PO4 199.3146 16.18 CaSO4 787.2674 63.9

50、2CaSO4·H2O 809.3833 65.71HF 5.8109 0.47Al2O3 11.6000 0.94FePO4 28.1238 2.28H2SO4 20.2713 1.65AlPO4 27.7490 2.25Fe2O3 14.9000 1.21 H2O 65.1309 5.29H2O 29.8925 2.43合计 1231.7969 100 合计 1231.7969 1002O5平衡计算1000磷矿含P2O5：32.30%×1000323317.6849Ca(H2PO4)2·H2O含P2O5：317.6849×178.9002128.304

51、3H3PO4含P2O5：128.3043×92.955228.1238FePO4含P2O5：28.1238×13.223827.7490AlPO4含P2O5：27.7490×16.149038.2141未分解的Ca5F(PO4)3含P2O5：38.2141×10.7667表3-4熟化过程中P2O5平衡表进料 P2O5()% 出料 %磷矿粉 323100Ca(H2PO4)2·H2 游离酸 92.9552 28.78 FePO4 13.2238 4.09 AlPO4 16.1490 5.00 未分解的Ca5F(PO4)3 10.7667 3.33

52、合计 100合计3231003.1.2.5氟平衡计算第一、第二阶段F平衡计算如下：1808.8917第一阶段逸出HF含F量：23.7350×22.5483第二阶段逸出HF含F量：5.8109×5.5204未分解的Ca(H2PO4) 含F量：38.2141×36.3034经尝试法取与HF反应的SiO2量为16.5由式（2-12）:4HF SiO2= SiF42H2O17SiO2消耗HF：22生成SiF4:28.6生成水：9.9剩余HF：23.73505.8109227.5459按式（2-13）：3SiF4 2HF= H2SiF6剩余HF消耗SiF4：19.6193生成H2SiF6：27.1652随气体逸出的SiF4: 28.619.61938.98078.980