年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计

1、年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计目录摘要51 .前言71.1 设计依据71.2 研究现状及开展趋势71.2.1 国内过磷酸钙生产及研究现状71.2.2 国外过磷酸钙的开展状况81.2.3 过磷酸钙的开展前景81.3 设计范围82 .设计原那么82.1 工艺路线的选择82.1.1 生产路线选择82.1.2 加工方法选择92.2 生产过程中的主要方程103 .产品方案103.1 产品103.2 产品检测113.3 副产品124 .生产工艺124.1 化学反响124.1.1 主反响124.1.2 副反响124.2 反响机理与反响速度134.3 生产工艺流程图144.4 生产流程简介154.4.1 原

2、料准备154.4.2 混合化成154.4.3 熟化中和154.4.4 含氟气体的吸收处理164.5 工艺条件174.5.1 磷矿的选择174.5.2 磷矿粉细度与水分174.5.3 硫酸物性174.5.4 混合搅拌条件174.5.5 化成条件184.5.6 熟化中和条件184.5.7 造粒枯燥条件185 .工艺计算185.1 物料衡算185.1.1 根底数据185.1.2 磷矿的组成195.1.3 混合熟化第一阶段反响205.1.4 混合熟化第二阶段反响225.1.5 混合熟化中的磷平衡、氟平衡、水平衡255.1.6 熟化过磷酸钙的物料平衡285.1.7 中和过程物料衡算305.1.8 造粒与

3、枯燥过程物料衡算315.1.9 总物料衡算335.2 热量衡算345.2.1 混化熟化过程的热量衡算345.2.2 造粒过程的热量衡算385.2.3 枯燥过程的热量衡算395.3 原料消耗405.3.1 投矿量405.3.2 硫酸消耗406 .设备选型416.1 所需设备列表416.2 设备的选择426.2.1 输送设备426.2.2 计量设备436.2.3 其他设备436.3 吸收塔设备图见附录447环境保护与技术评价447.1生产中的平安防护举措44过磷酸钙44硫酸457.2 三废处理457.3 经济评估458总结468.1 设计结果概要468.2 设计评价47参考文献47致谢50年产20

4、万吨过磷酸钙生产工艺毕业设计摘要：过磷酸钙又称普钙,属于水溶性磷肥,是用硫酸直接分解磷矿得到的,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,主要是原料矿与硫酸在混合机内进行混合,进入化成室后再经过熟化、中和及造粒枯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.此工艺路线适用于大多数品位较低的磷矿,而其生产工艺成熟,消耗低,质量稳定的优点也是本设计选用该方法的原因.关键词：过磷酸钙；磷肥；干法；工艺Withan

5、annualoutputof200thousandtonscalciumsuperphosphateproductionprocessdesignAbstract:calciumsuperphosphate(SSP)isacontainingphosphoruschemicalfertilizerswhichwasmadeofphosphaterockandsulfuricacidfromthechemicalreactionsbecauseoftheproductionprocess,andoperationsimpleiseasytomaster,productionequipmentea

6、sytomake,investsave.Itwillbecomeeffectivequicklyafterused,Increasenotableandsooncharacteristics,sothatUnderthesituationthatthenewvariousphosphatefertilizerbreedspringsupunceasingly,productionandsalesremainedstubbornlyhigh.Thisdesignusesadryprocesstoproducesuperphosphate,therawmaterialoreandsulfurica

7、cidcarryoutcommixturewithinblendingmachine,andthenenterChemicalchamberandcuringandafterdryingandgranulationtogetfinishedsuperphosphate.Throughmaterialaccounting、quantityofheataccountingandequipmentchoosesatypetodesignsadesignwhichconformtothenationalstandardsproduct.Thisprocesslineissuitableformosto

8、fthelowergradephosphaterock,anditsproductionprocessismature,lowconsumption,qualityandstabilityoftheadvantagesofthedesignselectionofthereasonsforthismethod.Keywords:calciumsuperphosphate;phosphatefertilizer；dryprocess;process1 .前言1.1 设计依据1 .课题任务书：年产20万吨过磷酸钙生产工艺的设计2 .?磷肥生产治理相关标准?及?化工工艺设计标准手册?1.2 研究现状及

9、开展趋势1.2.1 国内过磷酸钙生产及研究现状中国从50年代开始开展普钙.经过近50年的开展,现在全国已有普钙厂400多个,到达或大于20万吨/年的厂有20多家.普钙年产量在360万吨RQ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俊和含磷复混肥,过磷酸钙的使用量逐年降低,但由于过磷酸钙施用历史比拟长,许多农民仍有一定需求,特别是在小麦、棉花主产区,过磷酸钙等磷肥的使用有效的提升了土壤含磷水平,尤其是在小麦、棉花上使些农民还习惯施用过磷酸钙作底肥.特别是在近年磷酸二钱大幅涨价的情况下,农民更倾向于购置施用过磷酸钙.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

10、在生产、施用中仍存在着一些问题.1995年原国家化工部修订公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：磷酸钙的有效磷含量不得低于12%,游离酸含量不得高于5.5%,水分不得高于15%.该标准的公布对于企业增强质量治理,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拟简单,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.产量万吨图1-12021-2021年我国磷肥产量变化图1.2.2 国外过磷酸钙的开展状况近年来,随着世界化肥需求的增加,磷肥市场开

11、始升温,几个主要磷肥品种都有大幅增长,印度、摩洛哥、澳大利亚、南非等地产能增加量到达700万吨,许多国家的产量已经大大超过需求量.虽然近年来国际磷肥需求增长较快,但一些专家认为未来几年磷肥需求年增长速度不会超过3%,而有效产能年增长速度将超过10%.因此,虽然短期内磷肥供给可能稍紧,但随着新产能的投产,磷肥过剩趋势将增加有人估计,这一过剩量最多将接近全球供给水平的1/10.磷肥市场的整体供过于求,导致过磷酸钙市场趋于饱和,小型厂商难以获利,国外企业逐渐大型化、集中化,行业竞争剧烈化,因此,改善落后、低效的生产工艺,成为每一个过磷酸钙生产厂商必须要面临的问题.1.2.3 过磷酸钙的开展前景过磷酸

12、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、市场开拓等方面改良突破的话,其生存空间可能会变的越来越狭窄.另外,为保证过磷酸钙的施用效果,农技部门和销售企业还应增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响而被固定,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,预防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

13、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.止匕外,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.1.3 设计范围车间范围内工艺设计,不包含土建、设备仪表自控、给排水、概算等非工艺专业内容.2 .设计原那么2.1 工艺路线的选择2.1.1 生产路线选择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：(1)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(H2P04)2H2O

14、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.2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,习惯上用五氧化二磷的重量百分数表示,但它们实际上是以磷酸盐形式存在的.本设计采用硫酸与磷矿反响再经过其他工序制得过磷酸钙.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和浓酸矿浆法：a.稀酸矿粉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68%72%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

15、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.根据不同的工艺条件,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.b.浓酸矿浆法浓酸矿浆法那么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.湿磨磷矿导致磨机中的钢球消耗较干磨磷矿时高约46倍,同时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,且考虑

16、到我国磷矿大多为低品位矿,所以本设计采用的是生产工艺更成熟的稀酸矿粉法干法.2.1.2 加工方法选择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.半连续法那么是酸、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.2.2 生产过程中的主要方程第一步：7Ca5F(PO4)3

17、+35H2SO4+171H2O=21H3PO4+35CaSO41h2Q+7HF第221一步：2CaSO4H2O=2CaSO4+H2O23Ca5F(PO4)3+21H3PO4+15H2O=15Ca(H2PO4)2-H2O+3HF总反响：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2P04)2H2O+7CaSO4+2HF2H3P04+CaC03=Ca(H2P04)2+CO2+H2O3 .产品方案3.1 产品产品名称：过磷酸钙(普钙)年产量:20万吨/年1 .中文名称：过磷酸钙,普钙,过磷酸石灰,过石灰2 .主要成分：磷酸一钙Ca(H2P04)和石膏CaS04-2H2O3 .英文名称：

18、calciumsuperphosphate,Calciumphosphate,SSP4 .分子式：CaP2H4085 .分子量：234.056 .物理性质：见下表表3-1-1过磷酸钙的物理性质种类性质外观灰白色、深灰色、灰黑色的疏松多孔性粉末(或颗堆密度粒)颗粒强度粉状：800-1250kg/m3粒状：850-1120kg/m3吸湿性19.6-49.0N/6水溶性空气相对湿度达80以上会出现吸湿现象熔点80%-95%溶于水,属于水溶性磷肥109c7 .化学性质：水溶液呈微酸性,pH约为3,有腐蚀性.8 .CASN0.10031-30-89 .产品质量要求：根据国家标准GB20413-2006要

19、求：粒状过磷酸钙外观应该呈有色颗粒并且无机械杂质,产品质量应该符合下表要求,同时应符合标明值表3-1-2过磷酸钙生产质量标准工程优等品一等品合格品III有效磷的质量18.016.014.012.0分数/%>水溶性磷的质13.011.09.07.0量分数/%>3.2 产品检测过磷酸钙质量检测的重点是有效磷的检测,有效磷的检测分为提取和检测两个主要步骤.目前有效磷的提取方法有很多,主要分为HG2740-1995标准所提出的碱性柠檬酸提取、强酸提取及GB20413-2006标准下的EDTA提取法.碱性柠檬酸法试剂用量大、价格昂贵、实验操作频繁,强酸提取法携带不方便、现场操作不平安、操作繁

20、琐费时,应选用EDTA法提取有效磷.而有效磷的检测方法分为HG2740-1995标准所采用的重量法、电位滴定法、检测路线：EDTAB样取/微波、/加热1/分光光度法.出于操作与设备要求选择分光光度法.样人硝酸/微人测4好淅、有效波加热图3-2有效磷含量检测路线3.3 副厂品主要是磷矿分解后的含氟废弃处理后加工得到的：氟硅酸钠、氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化氢,应用于化工、医药、冶金、搪瓷、建材等工业部门.4 .生产工艺4.1 化学反响4.1.1 主反响生产过磷酸钙的主要化学反响可以分为两个阶段.第一阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙：7Ca5F(PO4)3+35H2SO4+171H2O=21

21、H3PO4+35CaSO41H2O+7HF这一阶段的反响进行得很快,一般在半小时或更快时间内即可完成.此反响为放热反响,反响物料温度能很快升高到100c以上.在很短时间内.半水硫酸钙结晶转变为无水物：2CaSO1H2O=2CaSO+F2O2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)3+21H3PO4+15H2O=15Ca(H2P04)2H2O+3HF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,随着分解反响的进行,从溶液中不断析出Ca(H2PO4)2H2O结晶.生成过磷酸钙的总反响式为：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3C

22、a(H2PO4)2-H2O+7CaSO4+2HF反响的第一阶段,是过磷酸钙在化成室中化成时完成的,第二阶段反响在化成室中开始,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那么应该用碱性物料进行中和：2H3PO4+CaCO3=Ca(H2PO4)2+CO2+H2O4.1.2 副反响在分解磷矿时,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,其反响如下：CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2OMgCO3+H2SO4=CO2+H2O+MgSO4Al2O3+H2SO4+Ca(H2PO4)2=2AlPO4+CaSO4+3H2OFe2O3+H2

23、SO4+Ca(H2PO4)2=2FePO4+CaSO4+3H2O在反响中生成的HF能同磷矿中的SiO2作用生成氟硅酸：4HF+SiO2=SiF4+2H2O同时局部氟以SiF4的形式逸出,冷却后与蒸汽反响：3SiF4+2HF=H2SiF64.2 反响机理与反响速度硫酸与磷矿粉的反响,与矿粉的粒度、硫酸的浓度、温度和用量、混合时间及搅拌强度等密切相关.由于硫酸与磷矿粉的反响为液固相反响,因此反响速率与液固相接触面积成正比,而矿粉的比外表积与矿粉的粒径成反比.即矿粉越细,比外表积越大,与硫酸的反响也就越快.矿粉是由大小不同的颗粒组成,以致粒度较细的先与硫酸反响,余下较粗的矿粒与磷酸反响.这是第二阶段

24、反响较第一阶段反响需时间长的原因之一.根据磷矿的P2O5、CO2、Fe2O3及A12O3组分计算硫酸定额100分质量磷矿需用的100%硫酸分数.如生产时提升硫酸定额,那么第一阶段反响终了时新鲜过磷酸钙的产率、水分及游离五氧化二磷都将增加.硫酸制定额丝量含磷二化氧五离游图4-2硫酸制定额与过磷酸钙的游离五氧化二磷关系1-第一阶段反响刚结束时的过磷酸钙；2-化成室的过磷酸钙由于游离的五氧化二磷增加了,必须用中和剂中和超过产品质量标准规定的游离五氧化二磷,同时增加硫酸用量势将提升本钱.因此,实际生产的硫酸定额,一般仅比计算的硫酸定额稍稍高一点.同时,不同浓度过磷酸钙生产所用的硫酸浓度对产品的工艺指标

25、也有一定的影响的硫酸各自都有一个最适宜的温度.磷矿粉与硫酸的混合时问以及其搅拌强度,也是过磷酸钙生产中的重要工艺指标.混合搅拌目的是提升液相在磷矿颗粒外表的流速,强化离子在边界层和溶液内的扩散交换,提升磷矿的分解反响速度.同时,湍流的搅拌状态可降低边界层中的溶液过饱和度,以利于生成较粗大的硫酸钙结晶,因而在磷矿颗粒上形成渗透性较好的薄膜.使磷矿分解过程加快.磷矿粉与硫酸的混合时间以及其搅拌强度,既同磷矿的特性有关,又因不同的工艺设备而有差异.至于不同型式的混合设备,具搅拌方式及混合时问各有不同.因此,原料磷矿确定以后,应取具有代表性的矿样在模拟装置中进行评价试验,以求取最优化的各项工艺条件.4

26、.3 生产工艺流程图过磷酸钙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；枯燥与造粒.下列图为过磷酸钙的生产工艺流程图：水图4-3生产工艺流程图4.4 生产流程简介4.4.1 原料准备生产过磷酸钙的主要原料为磷矿与硫酸.二者在进入混合化成工序之前应分别根据选用的生产方法及其工艺条件作好充分准备,各项指标符合工艺要求,并能连续供给,以保证全系统止常运转.磷矿是生产过磷酸钙的主要原料.在过磷酸钙生产中,生产工艺条件对磷矿有一定的限制指标要求,其主要的有磷矿的P2O5含量、含水率及粒度等.因此,对磷矿必须进行加工处理包括在矿山进行的处理和进入

27、磷肥厂后进行的生产前处理以到达生产工艺的要求.作为原料的硫酸应首先检查其质量是否符合要求.如来自其他行业的废酸那么要严格检查其所含的杂质对过磷酸钙的质量及生产消耗定额的影响,特别是不得含有任何危害农作物的杂质.如有可能应先对废酸所含杂质采取适当举措进净化处理.务使废酸的质量符合过磷酸钙的要求.其次是检查硫酸的浓度能否适合工艺条件的要求.工业生产中所用硫酸质量分数为68%-72%.4.4.2 混合化成一定浓度的硫酸与磷矿粉经过各自计量后进入锥形混合器进行混合,反响生成料浆,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.混合化成过程中产生的含氟气体及

28、水蒸气经排风机通过链板化成室上方的排气管抽送至氟吸收系统处理.4.4.3 熟化中和磷矿与硫酸通过棍合、化成工序完成了第一阶段反响,所得到的新鲜过磷酸钙送入熟化仓库进行第二阶段反响,即熟化.熟化过程的操作方法以及熟化需要的时问,均与磷矿的组成及其特性,混合化成的工艺条件密切相关.现将熟化与中和两个工序分述如下：4.4.3.1 熟化用硫酸分解磷矿生产过磷酸钙的第一阶段反响比拟迅速,而第二阶段反响是由第一阶段反响生成的磷酸与第一阶段尚未反响的磷矿进行反响.第二阶段反响通常需持续530天.时间长短取决于原料磷矿的组成与特性、矿粉细度、硫酸的浓度与用量、熟化温度等.如用容易分解的磷块岩作为生产过磷酸钙的

29、原料时.一般较以磷灰石为原料所需的熟化时问短些；对于同一磷矿,提升矿粉的细度或增加硫酸用量.都能在一定程度上缩短熟化期.前者将降低磨机的出力和增加电耗,后者会相应提升过磷酸钙的游离酸含量,而不得不增加中和剂的用量；不同的磷矿用以生产过磷酸钙的最优化熟化温度也不一样.工业生产中常采取降温熟化法.新鲜过磷酸钙刚离开化成室的温度常达100c左右,且含有较多的水分.实践说明适宜的熟化温度在35C-45C.但离开化成室的新鲜过磷酸钙,如在被切削后就转送熟化仓库大堆存放,即令熟化30天,堆中央的温度仍可能有60C-70C,而转化率难以迅速提升.冉者,当磷矿含铁、铝等杂质较高时,所生产的新鲜过磷酸钙在熟化过

30、程中因游离酸浓度逐渐降低,液和中铁、铝及核稀土元素磷酸盐的溶解度也随之下降,而成为溶解度小的中性磷酸盐析出,导致水溶性五氧化二磷下降.为了预防有效五氧化二磷的减少,首先应该在混合反响时提升硫酸的用量理论量的110-115%,以加快磷矿在第一阶段的反响速度,磷矿中的铁铝杂质分解的速度较慢,提升硫酸量就可以加快氟磷酸钙的分解速度,减轻铁铝杂质对过磷酸钙产品的影响；其次,新鲜过磷酸钙在离开化成室时,经过切削和撒扬后转送至熟化仓库进行熟化,并在熟化过程中定期翻堆,有助于新鲜过磷酸钙中的水分蒸发,温度有所下降,液相中的P2O5浓度随之提升,有利于第二阶段反响进行.4.4.3.2 中和由于硫酸实际用量到达

31、理论量的110%-115%,熟化过磷酸钙的游离酸含量较高,导致过磷酸钙具有吸湿性和腐蚀性,具有吸湿性的产品,由于吸收空气中的水分而影响产品的物理性质,且在施用时易沾污播撒设备,粘附于施肥机械的料斗壁上,导致难以均匀施肥.过磷酸钙假设含有较多的游离酸,不仅会腐蚀其包装材料与施肥机械.而且施用这种高游离酸含量的产品将导致种子的发芽率降低.为此,出厂的过磷酸钙必须严格限制其游离酸含量不得超过产品标准的规定,可采用石灰石粉、石灰、白云石粉、氨、碳酸氢钱、过磷酸钙氨、氨的溶液、碳酸氢钱等作为过磷酸钙中和剂,本设计采用碳酸钙作为中和剂.4.4.4 含氟气体的吸收处理在过磷酸钙的混合、化成过程中,磷矿含氟总

32、量的30%-45%呈SiF4逸出,剩下的氟,一局部以氟硅酸的形式留存在过磷酸钙的液相中,另一局部那么以氟硅酸盐及氟氢酸盐的形式留存在过磷酸钙中.随同SiF4一起逸出的有水蒸气和二氧化碳,还含有少量酸雾及硅胶.在用干法生产时,气体中常会有少量磷矿粉尘,假设所用的原料硫酸是其他工业生产的废硫酸,且其中含有低沸点的有机物时,那么低沸点的有机物也将随含氟废气一并逸出0过磷酸钙厂通常都是用吸收室、吸收塔混合吸收处理,一般都是用排风机将混合化成后产生的含氟废气依次吸入吸收室、除沫器、吸收塔,最后经排气放空；吸收室中吸收四氟化硅后的水溶液,经过一定时间后,氟硅酸浓度增高,到达一定标准后放入贮酸池,氟硅酸泵将

33、其送往其他工段,吸收室沉淀的硅胶用水冲洗出来后进行收集,吸收塔采用大量清水洗涤气体,洗后水中氟硅酸浓度极低,可将其排入下水管.废水排放标准为含氟不能超过1.5mg/L.4.4.5 造粒与枯燥经熟化后的过磷酸钙通常为粉状,不易施用,需要对其进行造粒处理,过磷酸钙常用的造粒方法是回转圆筒造粒法,即将粉状过磷酸钙通过皮带输送机输送至皮带加料器可以参加微量元素,后加水造粒时间减少进入转鼓造粒机造粒、回转枯燥机枯燥,然后排出废气后,通过斗式提升机进入回转冷却机冷却后粉碎即可.4.5 工艺条件4.5.1 磷矿的选择磷矿的五氧化二磷百分含量是评价其质量的标准.假设五氧化二磷含量过低,一方面产品中的有效磷含量

34、较低,另一方面分解磷矿所需的硫酸增加.不过实际中磷矿的选择还需考虑运输本钱、磷矿储量等因素,因此浮动较大.本次设计选用五氧化二磷含量32.3%的高品位磷矿.三氧化二铁和三氧化二铝也是磷酸中常见的组分,含量过高会导致生成枸溶性的铁、铝磷酸盐,影响植物的吸收.一般认为其与五氧化二磷的比值低于8%为佳.磷矿中的二氧化碳多以碳酸盐的形式存在,含量应低于4.5%o4.5.2 磷矿粉细度与水分磷矿粉颗粒越细那么其外表积越大,反响速率越大,反响进行的更完全.颗粒越细粉碎时的动力消耗越大,本钱越大,因此综合考虑磷矿的反响活性、易磨性、等因素,工业上采用磷矿粉细度为90%以上通过100目.含水量限制不大于1%.

35、4.5.3 硫酸物性硫酸的浓度会影响过磷酸钙的含水率、单位磷矿的产率、磷矿的分解率,用较高浓度的磷酸生产时能使反响迅速进行,但浓度过高,会产生包裹、钝化现象,生产上采用的硫酸分数为68%-72%.提升硫酸的温度会加快磷矿的分解,但温度过高同样会包裹、钝化,一般温度为55-65摄氏度.4.5.4 混合搅拌条件在硫酸与磷矿粉的混合反响时,必须有足够的搅拌强度与混合时间,一方面要使物料充分混合均匀,另一方面打破沉积在磷矿粉外表的硫酸钙薄膜,促使反响快速进行.搅拌强度与采用的混合器型式有关,型式不同,搅拌强度也不一样,一般在混合器进料端搅拌强度最大,出料端逐渐减少,例如常用的立式混合器进料端第一个桨叶

36、的线速度为7-10米/秒,出料端线速度为5米/秒.混合时间即物料在混合器内的停留时间,一般来说,对难分解的矿种或细度低的矿粉混合时间长些,才能保证分解反响充分进行.不过实际上,混合时间还受硫酸浓度与采用混合器种类有关.立式混合器的混合时间为2-10min,本次设计所采用的锥式混合器混合时间仅为1-3s.4.5.5 化成条件化成时间即混合料浆进入化成室,变成普钙鲜肥卸除时的停留时间,化成时间太短,料浆难以固化,化成时间太长,产量降低.一般采用皮带化成室的化成时间为25-30分钟.化成温度一般维持在100-120摄氏度问.为了促使水分迅速蒸发与含氟气体的逸出使料浆能正常的固化,还必须将化成室关闭,

37、并维持15-25毫米水柱负压.4.5.6 熟化中和条件熟化过程中最重要的是预防有效磷的退化,熟化条件与磷矿中铁、铝氧化物按量息息相关,含量较低的磷矿熟化时间限制在1-2星期,较高的需限制在2-4星期.中和所用的试剂为石灰石,含水量1%碳酸电?含量95%4.5.7 造粒枯燥条件造粒时物料含水量不大于5%,含水率应在12%-17%,物料在造粒机中停留时间为7-12min.5 .工艺计算5.1 物料衡算5.1.1 根底数据1 .磷矿粉组成：表5.1.1磷矿粉的组成组成P2O5CaOMgOCO2FFe2O3AI2O3酸不容物质量32.344.210.411.162.951.491.1614.86(%)

38、2 .使用的硫酸浓度为68%3 .磷矿粉的*$化率为95%4 .年生产水平20万吨/年,日生产水平600吨一年生产333天,每天生产24小时5 .成品有效五氧化二磷16%6 .磷矿含水率1%7 .造粒时含水量18%8 .粒状过磷酸钙含水量3%9 .枯燥过程中质量损失0.6%10 .筛分、破碎中质量损失0.3%5.1.2 磷矿的组成以1000kg磷矿为基准,磷矿中各组分的物质的量:八32.30%1000P2O5:X1000=2274.6479mol14244.21%1000CaO:X1000=7894.6429mol562.95%1000F:X1000=1552.6316mol19_1.16%1

39、000CO2：X1000=263.6364molMgO:440.41%1000X1000=102.5000molFe2O3:401.49%1000X1000=93.1250molA12O3：1601.16%1000X1000=113.7255mol102酸不容物SiO2计：14.86%1000M000=2476.6667mol由于磷矿中P2O5全部来自60Ca5F(PO4)3,1molCa5F(PO4)3内含有1.5molP2O5,那么磷矿中nCa5F(PO4)3=次"479=1516.4319mol那么磷矿中nCaF2=1552.63161516.43192mol/h=36.199

40、7mol1.5磷矿中含氟1552.6316mol,其中1516.4319mol来自Ca5F(PO4)3,其余的来自CaF2,5X1516.4319=磷矿中含氧化钙7894.6429mol,其中来自Ca5FPO43的量为7582.1595mol,其余来自CaCO3,那么磷矿中ncaco3=7894.6429-(7582.1595436.1997)=276.2837mol,磷矿中含有102.5000mol/hMgO,贝UnMgco3=102.5000mol.由以上计算,可以得出：表5.1.2磷矿的组分量组分Ca5F(PO4)3CaCO3CaF2MgCO3Fe2O3Al2O3SiO2mol1516.

41、4319276.283736.1997102.500093.1250113.72552476.66675.1.3 混合熟化第一阶段反响根据方程式计算：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2PO4)2H2O+7CaSO4+2HF98X7一=1.61?就酸)/?聿氧化二磷)142X3实际上硫酸消耗量取理论用量的105%,即实际用量为：32.3%x1000X1.61x110%=520.03kg根据方程式：7Ca5F(PO4)3+35H2SO4+17；H2O=21H3PO4+35CaSO42H2.+7HF54603155047分解的Ca5F(PO4)3的量：:561.6324kg

42、9835虹卜目546.031517.518耗水重：=50.1458kg9835r546,03159821,9835H3PO4生成量：=327.6189kg546.031535145CaSO42H2O生成量:9835=809.3833kgHF生成量:546.03157209835=22.2870kg根据方程式:CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O硫酸分解276.2837molCaCO3：276.283710098硫酸消耗量:1000x100=27.0758kg276.2837100136CaSO4生成量：1000x100=37.5746kg276.283710044CO2生成量：1

43、000x100=12.1565kg276.283710018H2O生成量：1000x100=4.9731kg根据方程式：MgCO3+H2SO4=CO2+H2O+MgSO4硫酸分解102.5000molMgCO3：102.50008498硫酸消耗量：1000x84=10.0450kg102.500084120MgSO4生成量：1000X84=12.3000kg102.50008444CO2生成量：1000X84=4.5100kg102.50008418H2O生成量：1000X84=1.8450kg根据方程式：CaF2+H2SO4=CaSO4+2HF36.19977898硫酸消耗量：1000X78

44、=3.5476kg36.199778136CaSO4生成量：1000X78=4.9232kg36.199778202HF生成量：1000x78=1.4480kg第一阶段汇总：硫酸总消耗量：546.0315+27.0758+10.0450+3.5476=586.6999kgCaSO4生成总量：37.5746+4.9232=42.4978kgH2O生成总量：4.9731+1.8450=6.8181kgCO2生成总量：12.1565+4.5100=16.6665kgHF生成总量：22.2870+1.4480=23.7350kg混合熟化第一阶段表格：表5.1.3混合熟化第一阶段物料平衡表质量kg百分比

45、出料质量kgCa5F(PO4)3561.632445.38H3PO4327.618926.47H2SO4586.699947.41半水硫酸钙809.383365.40CaCO327.62842.23CaSO442.49783.43MgCO38.610.7MgSO412.30000.99CaF282360.23HF23.73501.92H2O50.14584.05CO216.66651.24H2O6.81810.55合计1237.54011001237.54011005.1.4混合熟化第二阶段反响由于2molCa5F(PO4)3可以折算成3molP2O5,那么1000kg磷矿含Ca5F(PO4)

46、3：250432.30%X1000X=764.2817kg3142由转化率为95%可得未被分解的Ca5F(PO4)3的量为：764.2817X(195%)=38.2141kg,被H3PO4分解的Ca5F(PO4)3的量为：764.2817(561.6324+38.2141)=146.4352kg由式：3Ca5F(PO4)3+21H3PO4+15H2O=15Ca(H2PO4)2H2O+3HF分解146.4352kgCa5F(PO4)39821146.4352所需H3PO4的重为：=199.3146kg3504一一.152521464352生成Ca(H2PO4)2H2O的量为：一56.-35-=3

47、66.0880kg3504203146.4352生成HF:=5.8109kg3504、,目1518146.4352洎耗水量：=29.8925kg3504游离酸H3PO4的量：327.6189-199.314异128.3043kg由式：1_2CaSO4H2O=2CaSO4+H2O2.一1809.3833kgCaSO4H2O脱水后2809.38332136生成CaSO4的重：=759.1457kg2145tqt809.383318,生成水：=50.2376kg2145AI2O3和H2SO4与Ca(H2PO4)2反响:AI2O3+H2SO4+Ca(H2PO4)2=2APO4+CaSO4+3H2O11

48、3.7255moIAl2O3消耗硫酸：段x1137255102=11.1450kg1021000234113.7255102洎耗Ca(H2PO4)2:X而=26.6118kg2122113.7255102生成AIPO4：102X1000=27.7490kg136113.7255102生成CaSO4:102X1000=15.4667kg318113.7255102生成水：102x1000=6.1412kgFe2O3和H2SO4与Ca(H2PO4)2反响:Fe2Q3+H2SO4+Ca(H2PO4)2=2FPO4+CaSO4+3H2O93.1250molF»O3消耗硫酸：-98X93,25

49、0160=9.1263kg160100031893.1250160生成水：760x1000=5.0288kg13693.1250160生成CaSO4：160x1000=12.6650kg215193.1250160生成FPO4：160X1000=28.1238kg23493.1250160洎耗Ca(H2PO4)2:X=21.7913kg1601000AI2O3、Fe2O3共耗Ca(H2PO4)2：26.6118+21.7913=48.4031kg48.4031kg折合成Ca(H2PO4)2H2O为：48.4031X52=48.4031kg234生成水：48.4031=3.7233kg第二阶段反

50、响中：剩余Ca(H2PO4)2H2O：366.0880-48.4031=317.6849kg共生成CaSO4：759.1457+15.4667+12.6650=787.2674kg共耗硫酸：11.1450+9.1263=20.2713kg共生成水：50.2376+6.1412+5.0288+3.7233=65.1309kg混合熟化第二阶段表格：表5.1.4混合熟化第二阶段反响物料平衡质量kg百分比出料质量kg百分比Ca5F(PO4)3146.435211.89Ca(H2PO4)2H2O317.684925.79H3PO4199.314616.18CaSO4787.267463.92半水硫酸钙8

51、09.383365.71HF5.81090.47Al2O311.60000.94FePO28.12382.28H2SO420.27131.65AlPO427.74902.25Fe2O314.90001.21H2O65.13095.29H2O29.89252.43合计1231.7969100合计1231.79691005.1.5混合熟化中的磷平衡、氟平衡、水平衡1.五氧化二磷平衡1000kg磷矿含P2O5：32.30%X1000=323kg317.6849kgCa(H2P04)2H2O含P2O5：317.6849曜=178.9002kg252128.3043kgH3PO4含P2O5：128.30

52、43X142-=92.9552kg29828.1238kgFePO4含P2O5：28.1238>442-=13.2238kg215127.7490kgAlPO4含P2O5：27.7490J42-=16.1490kg2122142238.2141kg未分解的Ca5F(PO4)3含P2O5：38.2141乂=10.7667kg2504熟化过程中P2O5平衡表表5.1.5.1五氧化二磷物料平衡进料质量kg百分比出料质量kg百分比磷矿粉323100Ca(H2PO4)2H2O178.900252.16游离酸92.955228.78FePO413.22384.09AlPO416.14905.00未分

53、解的10.76673.33Ca5F(PO4)3合计3231003231002.氟平衡第一、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噜=22.5483kg第二阶段逸出HF含F量：5.8109喘=5.5204kg未分解的Ca(H2PO4)含F量：38.2141号=36.3034kg经尝试法取与HF反响的SiO2量为16.5kg由式：4HF+SiO2=SiF4+2H2O16542017kgSiO2消耗HF:60=22kg16.5104生成SiF4:=28.6kg6016.5218生成水：60=9.9kg剩余HF:23.7350+5.8109-22=7.5459kg按式：3SiF4+2HF=H2SiF6剩余HF消耗SiF4：7.5459104=19.6193kg2207.5459144生成H2SiF6：=27.1652kg220随气体逸出的SiF4:28.6-19.6193=8.9807kg.4198.9807kgSiF4含F:8.9807x=6.5628kg取氟的逸出率为40%那么逸出的氟的量为：2.95%X1000>40%=11.8kg气体中出来8.4623kgF来自SiF4外另外一局部来自H2SiF6：11.86.