过磷酸钙的干法生产工艺设计

1、济源职业技术学院毕业设计论文（冶金化工系）题 目过磷酸钙的干法生产工艺专业应用化工班级化工0603姓名王大海学 号 06120325指导教师海燕完成日期摘要过磷酸钙工业化生产以来的百余年间，一直是磷肥工业生产的主要品种。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。过磷酸钙在各种磷肥新品种不断涌现的情况下产销量仍持高不下。本文介绍了过磷酸钙工业生产的方法、原理、 工艺条件及主要设备，通过混合化成、熟化中和、含氟气体吸收、造粒与枯燥四个方面重点介绍了过磷酸钙的工业生产的过程。并对单位质量参加反响的原料进展物料衡算和热量衡算，以期获得低耗能、低污

2、染、高产出的过磷酸钙生产工艺。关键词：过磷酸钙干法湿法混合化成熟化中和造粒与枯燥工艺计算第一章概述过磷酸钙的物理化学性质和用途过磷酸钙系以硫酸分解磷矿制得的一种单一磷肥，属水溶性磷肥。它的外观为浅灰色、深灰色或褐色的疏松多孔粉末或颗粒状。粉状过磷酸钙的堆密度0.81.25/m3,粒状过磷酸钙的堆密度 0.851. l2t/m3,颗粒强度19. 649. 0N/粒。过磷酸钙的主要成分为一水磷酸二氢钙Ca（H2P0,2 H2O和无水硫酸钙CaSQ,二者合计接近总量的80,其次为水分及游离磷酸，另含有少量从磷矿带入的Na+、K+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等阳离子和F-, SiF-等阴离

3、子杂质。商品过磷酸钙含有3.5%5.5%游离酸（以P2O5计），所以它的水溶液呈微酸性，其 pH在 3 左右。 过磷酸钙的游离酸含量如果过高，将会影响其物理性质与吸湿性，并腐蚀容器、运输设备和农业机械;假设实行拌种施肥，那么将降低种子的发芽率。为使出厂产品的游离酸含量符合标准规定，首先应严格控制生产工艺条件；倘仍未达标， 那么要在产品出厂前进展中和。直到游离酸含量符合标准规定。如用氨 中和过磷酸钙的游离酸，所得的产品称为氨化过磷酸钙，简称氨化普钙。过磷酸钙被加热至120c以上时，其中的一水磷酸二氢钙 Ca(H2PO4)2 H2O 即失去结晶水而成为无水磷酸二氢钙 Ca(H2P。4)2,水溶性P

4、2O5含量随之降低。假 设继续加热到150 , 无水磷酸二氢钙即失去结合水而转化成焦磷酸氢钙CaH2P2O7,同时失去肥效。如再继续升温至 270c以上，过磷酸氢钙将转变成枸 溶性的偏磷酸钙Ca(PQ)2。因此，在生产粒状过磷酸钙时，必须严格控制枯燥温 度。过磷酸钙除了能直接作为单一磷肥施用外，还可用作复混肥料的原料，与有氨和(或 )钾养分标明量的肥料一起，按照需要的复混肥料品级加工。磷酸二钙Ca(PO4)2及二水磷酸二钙Ca(H2P。4)2 2H2。等磷酸盐能溶于动物体的胃酸。其中的钙和磷能参与动物体的新代，又是骨骼、荷尔蒙、酶和维生素的组成元素。因而是参加动物体生物化学能量转化必不可少的元

5、素。过磷酸钙可作生产饲料添加剂的原料。加工的方法有锻烧脱氟法和水萃中和沉淀法。产品通称为饲料磷酸钙、简称饲钙。锻烧脱氟法系将过磷酸钙于11001350进展锻烧，使过磷酸钙中的大局部氟被脱除而成为磷酸二钙Ca(PO4)2。 它不溶于水而能溶于柠檬酸和中性柠檬酸按溶液 .其氟、砷及重金属等有害杂质含量如能符合标准规定，即可作为饲料添加剂。过磷酸钙的生产方法简介过磷酸钙的生产方法有多种方法。按操作方式可分为间歇法、半连续法和连续法三种。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展。早期过磷酸钙的生产均采用这种方法。后来仅有少数小型工厂沿用。半连续法那么是酸、矿混合在间歇操作的设备中进

6、展。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展。这是现今过磷酸钙工厂普遍采用的生产方法。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60%78%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

7、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。浓酸矿浆法那么是以浓硫酸与经过加水湿磨的磷矿浆进展混合，然后同样经化成与熟化工序制成粉状过磷酸钙。此法的特点是：浓硫酸经计量后直接参加混合机与磷矿浆进展反响，省去了加水稀释配酸和调温的麻烦；磷矿加水湿磨，故磷矿不需枯燥，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。为使磷矿浆具有流动性，矿浆的最低水分含量因矿种而有所不

8、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。经过科研单位和生产企业的不断努力，先后开发了多种添加剂（即所谓的稀释剂、减水剂等）。使矿浆水分含量偏高的问题根本上得到解。论文中将对稀酸矿浆法干法生产过磷酸钙进展详细介绍。第二章过磷酸钙的干法生产原理过磷酸钙干法生产的简要过程是，在混合机将分别计量过的硫酸与磷矿粉连 续地进展混合反响，反响生成的料浆流入化成室并逐渐固化。然后经过切削和撒 扬，即得到新鲜过磷酸钙(俗称鲜钙)，视为半成品。新鲜过磷酸钙堆置于仓库中 熟化，并定期翻堆，以利于物料继续后期的反响，至取样分析结果符合过磷酸钙 产品的

9、质量标准，始可作为成品出厂。过磷酸钙成品呈疏松多孔的粉状或粉粒状， 通常称为粉肥。如需生产粒状过磷酸钙或缺化过磷酸钙，那么可以对此粉肥进一 步加工。2.1化学反响硫酸分解磷矿制取过磷酸钙的化学反响分为两个阶段进展。 第一阶段包括混 合与化成工序，因受磷矿特性、工艺操作条件及工艺设备性能的影响， 第一阶段 反响需时数分钟至1h不等。其主要的化学反响式如下：1 -7CaF(PO4)3+35H2SQ+171H2O=21H3PO4+35CaSO - 1H2O + 7HF (2-1)2第一阶段反响的磷矿粉约为理论量的 70%,剩余的30%磷矿与第一阶段反 响生成的磷酸进展反响，生成磷酸二氢钙 Ca(H2

10、P。4)2H2Oo与此同时，第一阶 段反响所生成的CaSQ- 1H2O失去结晶水，通常称这个生产过程为熟化，是为2第二阶段反响。同样，因受磷矿特性及所含杂质的影响， 第二阶段反响需时数日 至1个月不等。第二阶段的主要化学反响式如下：3CaF(PO4)3+21H2PO4+15H2O=15Ca(HPO4)2 - H2O + 3HF(2-2). TOC o 1-5 h z 1_ -2CaSO 也0=2 CaSQ+WO(2-3)2将以上三式合并即得出总的化学反响式如下：2Cc5F(PO4)3+ 7H2SO4+ 3H2O= 3Ca(H2PO4)2 - HzO + 7CaSQ+ 2HF(2-4)由于磷矿常

11、含有数量不等的碳酸盐，倍半氧化物及有机物等杂质，因而实际上除上列主要化学反响外，同时还会发生以下诸反响：(Ca,Mg)CQ+ H2SO4=(Ca,Mg)SQ+ CO2+H2O (2-5)(Fe,AlO3 + 3H2SO4= (Fe,Al)2(SO4 升 HzO(2-6)同时，反响生成的HF(见式)与磷矿中混杂的SiO2相作用而生成SiE,化学反响式如下： TOC o 1-5 h z 4HF+SiO2=SiF4+ 2H2O(2-7)局部SiE及CO2、水蒸气共同逸出。当气体温度降至60c以下时，SiE将进展如下反响式的水解：3SiE + 3H2O=2 WSiFe + SQ - H2O(2-8)其

12、余的SiE与HF反响生成氟硅酸：SiF4 + 2HF =H2SiF6(2-9)反响生成的氟硅酸，随即与磷矿中混杂的碱金属化合物相作用生成氟硅酸盐，并留存于过磷酸钙中。2.2反响机理和速度硫酸与磷矿粉(或磷矿浆)的反响，同矿粉的粒度、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。即是矿粉越细，比表固积越大， 与硫酸的反响也就越快。矿粉系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。这是第二阶段反响较第一阶段反响需时间 长的原因之一。按照磷矿的P2O

13、5、CO2、FeO3及AI2O3组分计算硫酸定额（100份质量磷矿需用的100% H2SO4质量数），如生产时提高硫酸定额，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P2O5、都将增加。但新鲜过磷酸钙的总P2O5 含量将降低（因参加的硫酸及水量增加）（参见图2-1）。图2- IH2SO4质定额与过磷酸钙的游离 P2O5关系1第一阶段反响刚完毕时的过磷酸钙；2化成室的过磷酸钙由于游离P2O5增加了，必须用中和剂中和超过产品质量标准规定的游离P2O5同时，增加硫酸用量势将提高生产本钱。因此，实际生产的硫酸定额，一般仅较 计算的硫酸定额稍稍高一点。过磷酸钙生产所用的硫酸浓度对产品的各项工

14、艺指标也有一定的影响。同时，不同浓度的硫酸各自都有一个最适宜的温度。例如，H2SO4浓度为61.1%寸,H2SO4的初温宜为6575C；浓度为62.5%寸，H2SO4的初温宜为6070C ；浓 度为64%时，H2SO4的初温那么应为5060Co如提高硫酸的浓度及其初温，那 么开场时与磷矿的反响速度加快，因而形成硫酸钙过饱和溶液的速度与硫酸钙结 品速度均随之增大，很快在尚未反响的磷矿颗粒 .上形成致密的硫酸钙薄膜，使 反响受到阻滞，从而使磷矿的进一步分解变慢。磷矿粉与硫酸的混合时间以及其搅拌强度， 也是过磷酸钙生产中的重要工艺 指标。混合搅拌目的是提高液相在磷矿颗粒外表的流速，强化离子在边界层和

15、溶液的扩散交换，提高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。例如.在同样的搅拌强度下，容易分解的磷矿混合时间较短，而较难分解的磷矿混合时间那么要较长。 至于不同型式的混合设备，具搅拌方式及混合时间各有不同。 因此，当原料磷矿 确定以后，应取具有代表性的矿样在模拟装置中进展评价试验，以求取最优化的各项工艺条件。 1硫酸与磷矿粉在第一阶段反响较为剧烈， 生成的CaSQ -也0结晶呈细小 2的针

16、状、棒状或帚形晶簇穿插堆积而形成骨架。反响过程中逸出的二氧化碳等气 体使反响物料出现许多孔隙。它们吸附大量的液相。促使反响料浆逐渐固化成为疏松多孔。 反响 1 一 一 . 一 、，一 生成的CaSQ - - H2O系介稳态。随着反响的进展，逐渐转变为 CaSQ。 2因此，第一阶段反响即将完毕时。CaSQ常在磷矿颗粒的外表构成致密的 薄膜，使磷酸与磷矿反响的阻力增加。又因磷酸二氢钙在磷酸中的溶解度较大， 当磷酸为磷酸二氢钙所饱和时，其氢离子浓度降低，液相的反响能力亦相应下降， 由于这些原因，致使第二阶段反响需要较长的时间。在第二阶段反响中，除进展式主要反响外，Ca（H2P。4）2还将与第一阶段反

17、响生成(Fe, A(SO4)0相互作用生成酸性磷酸盐，具化学反响式如下：(Fe, Al)2(SO4)3 3Ca(H2PO4)2=2(Fe, Al) (H2PO4)3 CaSO4(2-10)在第二阶段反响的后期，液相量逐渐减少，液相的P2O5浓度逐渐降低。这时，上述性磷酸盐即转变成难溶的中性磷酸盐析出，其反响式如下：(Fe,Al)(H2P。4)3+2叱0= (Fe, Al) PQ 2H2O + 2H3PO4Q-II)因此，在过磷酸钙的生产中，原料磷矿中的倍半氧化物诸反响可合并成如下的总反响式:(Fe, Al) 2O3 H2SO4 Ca(H2PO4)2=2(Fe, Al) PO4 CaSO4 3H

18、2O(2-12)第二阶段反响所需时间，取决于原料磷矿的特性及生产工艺条件，通过评价试验即可得知。一般需历时 530天，转化率始能到达95%左右。第三章过磷酸钙干法生产工艺流程过磷酸钙干法生产工艺一般分成五个主要工序：原料准备、混合化成、熟化中和、含氟气体吸收、造粒与枯燥。目前工业上大多数采用连续生产。图3-1为过磷酸钙连续生产工艺流程水图3 - 1过磷酸钙连续生产工艺流程图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.应分别按照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，以保证全系统正常运转。磷矿是生产过磷酸钙的主要原料。 在过磷酸钙生

19、产中，生产工艺条件对磷矿有一定的控制指标要求，其主要的有磷矿的 P2O5含量、含水率及粒度等。因此， 对磷矿必须进展加工处理（包括在矿山进展的处理和进人磷肥厂后进展的生产前 处理）以到达生产工艺条件的要求。作为原料的硫酸应首先检查其质量是否符合要求。如系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。如有可能宜先针对废酸所含杂质采取适当措施进展净化处理。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。工业生产上所用硫酸质量分数为68% 72%。混合化成作为过磷酸钙生产的混合化成工序，是将已按

20、工艺操作条件要求准备好的 硫酸和磷矿粉，进展混合与化成作业，以完成第一阶段反响，为第二阶段反响创 造条件。磷矿粉与一定浓度（按照工艺条件要求）的硫酸各自经过计量后同步进入锥 形混合器进展混合，经15min反响后生成料浆。料浆流入链板化成室继续反响 并逐渐固化。当其随链板运行至端部时即被切削器切碎。随后，同皮带化成室流 程一样，经过撒扬后送往熟化仓库进展熟化（第二阶段反响）。混合、化成过程中 产生的含氟气体及水蒸气，同样由排风机通过链板化成室上方的排气管抽送氟吸 收系统处理。图3 -2为链板化成室混合化成工艺流程。运输机水 含氟气体尾气洗 涤 器图3 -2链板化成室混合化成工艺流程图熟化中和磷矿

21、与硫酸通过混合、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展第二阶段反响，即通常所称的熟化。熟化过程的操作方法 以及熟化需要的时间，均与磷矿的组成及其特性，混合化成的工艺条件等密切相 关。现将熟化与中和两个工序分述如下。熟化工序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展反响。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原料时。一般较以磷灰石为原料所需的熟化时间短些；对于同一磷矿，提高矿粉的细度或

22、增加硫酸用量。都能在一定程度上缩短熟化期 .但前者将降低磨机的出力和增加 电耗，后者会相应提高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 3545Co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60 70C,而转化率难以迅速提高。冉者，当原料磷矿含铁、铝等杂质较高时，所生 产的新鲜过磷酸钙在熟化过程中因游离酸浓度逐渐降低，液相中铁、铝及稀土元素磷酸盐的溶解度

23、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 P2O5下降，枸溶性P2O5亦有所减少。其化学反响式如下： Fe(H2P。4)3+2叫。FePQ 2H2O 十 2H3P。4(3-1)A1(H2PO2)3+2H2O= A1PO4 2H2O+ 2 H 3PO4 (3-2)FePQ 2H2O与A1PO4 2H2。均系中性盐。不溶于水；仅局部溶于柠檬酸 氨溶液(PH= 7)。发生这样的反响，说明有效P2O5退化。为了防止或减少有效P2O5 的退化，首先应在混合反响时提高硫酸用量 。以为理论用量的1101150%),以 加快磷矿在第一阶段反响速度，而磷矿中的铁、铝杂质被硫酸分解的速度比氟磷 酸

24、钙被硫酸分解的速度慢。提高硫酸用量就可使氟磷酸钙在铁、铝杂质尚未被硫 酸分解之前光被硫酸大局部分解，以减轻铁、铝杂质对过磷酸钙产品质量的影响。 其次，新鲜过磷酸钙在离开化成室之际。经过切削和撒扬后转送至熟化仓库进展 熟化，并在熟化过程中定期翻堆。对新鲜过磷酸钙切削和撒扬，在熟化过程中进 展翻堆，均有助于新鲜过磷酸钙中的一局部水分蒸发，温度能有所下降，以促使第一阶段反响中生成的Ca(H2POR H2O的溶解度降低而结晶析出。由于一局部 水分蒸发，液相中P2O5浓度随之提高，从而有利于第二阶段反响进展。游离酸 含量下降，有效P户:含量及转化率提高。因此，当使用含 MgOMgCO3FeO3ALO3S

25、Qmol/kg 磷矿 1.6046 0.2328 0.0424 0.0496 0.0649 0.101 1.8006分解磷矿的100% H2SO4需用量计算如下:2CaF(PO4)3+ 35H2SO4+ 3H2。= 3CaH2P。4+ 7CaSO+ 2HF由上式可见：3molP2O5需用7molHO4,即7 98_-7-8- = 1.61kg H2sO4/kgP2O53 1421000kg磷矿中的P2O5耗用H2SO4量34.18%x 100OX 1.61 = 550.298kg在生产中的硫酸实际用量常取硫酸理论用量的105%110%,现取110%,那么实际用量为550.298X 110% =

26、 605.3278kg第一阶段反响计算如下117Cc5F(PO4)3+ 35H2SO4+ 171 H2O=21H3PO4+ 35CaSO - - H2O + 7HF分解的CaF(PO4)3量:605.3278 17.5 18 =622.6229kg35 98605.3278 17.5 18耗用H2O:35 98605.3278 21 98生厂 H3PO4:35 98= 55.5913kg= 353.1967kg1605.3278 35 145生成 CaSQ , H2O: =895.6381kg2605.3278 7 20生成HF:35 9835 98= 24.7072kg按式(Ca,Mg)CQ

27、+ H2SO4= (Ca,Mg)SQ+ CO2+ H2O0.2328molCaCqkg磷矿相当于02328 100 1000 =23.28kgCaCOkg/1000kg 磷酸1000分解 23.28kgCaCO耗用 H2SO4：.136生成 CaSQ: 23.28X 一 = 31.6608kg 100生成 H2O : 23.28X 但=4.1904kg 10044生成 CO2： 23.28X - = 10.2432kg0.0496molMgCO/kg 磷矿相当于0.0496 84.310001000 = 4.1813kgMgCO/1000kg 磷酸分解 4.1813kgMgCO耗用 H2SO4

28、：984.1813X =4.8608kg84.3生成 MgSO4： 4.1813X8- = 5.9669kg84.30生成 H2O: 4.1813X 卫= 0.8928kg84.344生成 CO2： 4.1813X =2.1824kg84.3硫酸分解CaB的化学反响式：CaE +H2SO4= CaSQ+2HF0.0424 7810000.0424molCaF /kg磷酸相当于1000 =3.3072CaF /1000kg 磷酸分解 3.3072kgCaF 耗用 H2SO4： 983.3072X 9878= 4.1552kg.136生成 CaSQ: 3.3072X =5.7664kg78._2

29、20生成 HF: 3.3072X - = 1.696kg第一阶段中：耗用 H2SO4总量=605.3278+22.8144+4.8608+4.1552=637.1582kg生成 CaSQ总量=31.66.8+5.7664=37.4272生成 HF 总量=24.7072+1.696=26.4032kg生成 CO2总量=10.3432+2.1824=12.4256kg生成 H2O 总量=4.190-0.8928=5.0832kg第二阶段反响计算如下：依据式 和1000kg磷矿分含 CaF(PO4)3： 34.18%x 100OX 2 504 =808.7662kg 3 142由于转化率为95%,那

30、么违背分解的 CaF(PO4)3： 808.7662 5%=40.4383kgH3PO4 分解的 C%F(PO4)3： 808.7662- 622.6229+40.4383 =145.7050kg145 7050 21 98 分解 145.7050kgC5F(PO4)3需用 H3P。4： =198.3207kg3 504145 7050 15 252 生成 Ca(H2P0,2 H 2。： 一.2 =364.2625kg3 504145.7050 3 20 1生成 HF : =5.7819kg3 504145.7050 15 18 ,IRE用 H2O:=26.0187kg3 504熟化过磷酸钙含

31、游离 H3P。4： 363.1967- 198.3207+164.876kg895.6381 CaSO- 1H2O 脱水后的 CaSC4: 895.6381 2 136 =840.0468kg 22 145895.6381 18 , 相应生成 H 2C; =55.5913kg2 145根据式Fe2C3 耗 H2SC4： 1.11% X 1000X -98-=6.8157kg159.6.一234耗 Ca(H2PC4)2： 1.11% X1000X=616.27kg159.6生成 FePC 1.11% X 1000X 2 150.8 =20.9759kg159.6 .136 生成 CaSQ: 1.

32、11% X1000X=9.4586kg159.6生成 H2C; .11% X1000X 38 =3.7556kg 159.6AI2C3 耗 Ca(H2PC，2： 1.03% X1000X -98-=616.27kg 102耗 Ca(H2PC，2： 1.03% x 1000X 234 =616.27kg 102.2 150.8生成 Al PC4； 1.03% X 1000X=23.6294kg159.6生成 CaSQ: 1.03% X1000X 136 =24.6392kg 102生成 H2O; 1.03% X1000X 3_8 =5.4529kg 102(Fe,Al)O3共耗 Ca(H2P。4

33、)2： 16.2744+23.6294=39.9038kg 39.9038kg Ca(HPO4)2 耗 Ca(H2PO。 H 2O: 39.9038kg 当=42.9733kg234生成水：39.9038kg 拒=3.0695kg234剩余 Ca(H2PO4)2 H 2O : 364.2625-42.9732=321.2892kg共生成 CaSQ: 840.0468-9.4586+13.7333=863.2387kg第二阶段共耗 H2SQ： 6.8157+9.896=16.7117kg共生成H2O; 55.5913+3.7556-5.4529+3.0695=67.8693kg第一阶段及第二阶段

34、反响的F平衡计算如下：19第一阶段逸出氟 26.4023kg 含 F: 26.4023X 痴=25.0830kg19第二阶段逸出氟 5.7819kg 含 F: 5.7819X 元=5.4928kg1940.4383kg为分解的 Ca5F(PO4)3 含氟：40.4383X 斌=105245kg取与HF反响的SiO2量为18kg根据式 18kg SiO2耗用HF: 18 * 20=24.0kg相应生成 SiFv 18 104=31.2kg生成 H2O; 18 2 18=10.8kg6060剩余的 HF: 8.1551kg 按式 反响 8.1851kgHF需耗 SiF,：8.1851 104=21

35、.281kg生成 HzSiFe： 81851&4 =29.4664kg2 202 20SiF4除与HF反响生成H2SiF6外。随气相排出的SiF4为：31.2-21.2813=9.9187kg由于氟的逸出率为10%,那么逸出的F: 3.21%x 1000X40%=12.84kg 气相中除有 7.2483kgF 的 SiE 外，还有 F: 12.841447.2483=5.5917kg5.5917kgF相当于 HzSiFe： 5.5917X=7.0632kg6 19存在于熟化过磷酸钙的 MSiFs： 29.4664- 7.0632=22.1032kgH2SO4用量：637.1582+16.711

36、7=653.8699k5使用 H2SQ浓度为68% 那么由 H2SO4 带653 8699 一 一 一 一入系统的水：653.8699 653.8699=307.7035kg68%从生产系统抽吸的空气量取为 260m7t磷矿粉。设空气温度为15Co相对湿度为70%,饱和空气含水为12.8g/m3空气。那么由空气带入系统的水：260X卫8 X 100070%=2.3296kg/t 磷矿。过磷酸钙生产过程中逸出的水蒸气，按照生产数据取为磷矿粉及硫酸带入系统水量的27%,那么逸出水蒸气：10.101-307.7035 X 27%=85.8072kg第一阶段反响净耗水：55.5913- 5.0832=

37、50.5081kg第二阶段反响净生成水：67.8693-26.0187=41.8506kgHF与 SiO2反响生成水：10.8kg整个反响净生成水：41.8506+10.8 50.5081=2.1425kg熟过磷酸钙湿存水：10.101+307.7035+2.3296+2.1425 85.8072=236.4694kg5.1.4过磷酸钙混化熟化物料平衡过磷酸钙混化熟化物料平衡表见附表25.2过磷酸钙的热量衡算.word.zl.计算数据见附表2磷矿各组分物质量计算过程及结果同物料衡算时各组分一样热量衡算 1 、输入热量A、磷矿粉带入热量，Qi磷矿粉用量：1000kg温度t=15C。磷矿粉比热容c

38、p=2.6922/(kg - K)Q: =1000X 0.7955X 15=11932.5kJB、硫酸带入热量，Q268% H2SO4用量：961.5734k温度t=60C68% H2SO460c 时比热容 Cp=2.3149 kJ/(kg - K)Q2=961.5734X 2.3149X 60=133556.776 kJC、空气带入热量，Q3进入系统的空气量=260m3 /1000kg 磷矿粉温度 t=1560C,比热容 a=1.011 kJ/(kg - K)相对湿度为70%，湿含量X=0.009kg/kg 空气空气中水蒸汽比热容Cp=1.937kJ/(kg K)空气密度=1.29kg/ m

39、3Q3=260X 1.29X 1.011X 12+260X 1.29X 0.009X 1.937X 15=5174.046 kJD 、化学反响热，Q4现将各物质的标准生成热(单位:k,/mol) 分别标注在反响式各族物质的下面。标准反响热为产物生成热之和减反响物生成热之和。如结果为负值表示放热，正值表示吸热.2CaF(Pd)3(s) +7H2SOL) + 3HzO= 3Ca(H2PO4)2 HzO(s)+ 7CaSO +2HF(l) 2X6872 -7X 814.53-3X286.03 3X343967X 1433.64 7X1433.64AHi=- 3X3439.4+ 7X 1433.6什

40、2X 299.983 (2X 6872 7X 814.53- 3X286.03)=649.84kJ/mol Ca5F(PO4)3CaF2 c7H2SO4(L) = CaSO4 c2HF(L) 1215.4814.58-1433.64 -2X 299.98AH广(1433.64+2X 299.98) ( 1215.4 814.58)= 3.67 kJ/mol CaF2按 式CaCO3 cH2SO4(L) =CaSO4 cH2O(L) + CO2 g 1207.68 814.58 1433.64 286.03 393.77AHa= (1433.64+286.03+393.77) ( 1207.68

41、 814.58)= -91.23 kJ/molCaCQ按 式MgCO3 cH2SO4(L) = Mg SO4 cH2O(L) + CO2 g 1113.69 814.58 1278 286.03 393.77AH4= (1433.64+286.03+393.77) ( 1207.68 814.58)= 29.58 kJ/molMgCO3Fe2O3 cH2SO4(L) Ca5F(PO4)3(s)= 2FePO4(s) Ca SO4 c3H2O(L)-824.8-814.58-3116.652X 1297 -1433.64- 3X286.03AH5=-(2X 1297+1433.64+3X 286

42、.03) (-824.8- 814.58 -3116.65)= 129.75 kJ/mol Fe2O3Al 2O3 cH2SO4(L) Ca5F(PO4)3(s)= 2 Al PO4(s) Ca SO4 c3H2O(L)-1676.8 -814.58-3116.652X17351433.64- 3X286.03AH6=-(2X 1735+1433.64+3X 286.03) -(-1676.8- 814.58 3116.65)=-153.75 kJ/mol A2O3按 式4HF(L) + SiO2c=SiF4g+ 2H2OQ)-4X 299.98-909.66 1549.1 2X286.03A

43、Hy=-(1549.1+2X 286.03) ( 4X 299.98- 909.66)= -11.58 kJ/mol HF按 式SiEg+2HF (L)= H2SiF6aq-1549.1 -2X 299.98 -2332.88AH h一2332.88 ( 1549.1 2X299.98)=- 183.82kJ/mol SiF根据物料衡算：磷矿分解率为 95%, 100kg磷矿粉含CasF(PO4)3808.7662kg其中参与反响的为768.3279kg余下的未参与反响，又在反响过程中有24kg HF与SiO?反响生成 31.2kg SiF与 8.1851kg HF反响生成 29.4664kg

44、 HSiFF按磷矿的组分计算1kg磷矿与硫酸反响的反响热A H：AH=619.84X768.3279504+3.67 X 0.0424+91.23X 0.2323+29.58X 0.0196+129.75X21.2183104=1089.515 kJ0.0694+153.75 0.101+11.58X 24 +183.82X20输入总热量=Q1+ Q2+ Q3+ Q 4=11932.5+133556.776+5174.046+1089.515103=1240178.322(2肺出热量A、过磷酸钙带出的热量，Q1Q1=1858.7893X 2.6464X 100=491910.00 kJ式中18

45、58.7893-一过磷酸电？的产量，kg2.6464-过磷酸钙的比热容，kJ/kg K)100过磷酸钙卸出时的温度，B、水蒸气带出的热量， Q2=85.8072X 2659.455=228200.387kJ式中85.8072逸出量，kg2.6464-过磷酸钙的比热容，kJ/kg K)C、尾气带出热量，Q3尾气中包含有 260m3 空气，9.9187kg SiF、7.0632kg HSiR 及 12.4256kg COQ3=260 义 1.29X 1.017X 90+9.9187X 2.052X 90+7.0632X 4.187X 90+12.4256X0.843X 90=36135.304 n

46、3式中260逸出空气量，kg1.29空气密度，kg/ m31.017-空气比热容，kJ/kg K)90尾气温度，2.052SiF4 比热容，kJ/kg K)4.187H2SiF6比热容，kJ/kg K)0.843CO2 比热容，kJ/kg K)D 、热损失Q4输出总热量= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ =491910.00+228200.387+36135.304+ Q4= 756245.691+ Q4输入总热量= 输出总热1240178.322=756245.691+ 4QQ4=1240178.322 756245.691=483932.631kJ5.2.4过磷酸钙混化熟化热量平衡过磷酸钙

47、混化熟化热量平衡表如表：表5 - 2过磷酸钙混化熟化热量平衡表输入热量kJ%输入热量kJ%磷矿粉11932.50.96熟化过磷酸钙491910.0039.6768% H2SO4133556.77610.77水蒸气228200.38718.40空气5174.0460.42尾气36135.3042.91反响热108951587.85热损失483932.63139.02共计1240178.322100.00共计1240178.322? 100.00附录:附表1过磷酸钙混化熟化物料平衡表进料kg%出料kg%磷矿粉（含水1%）1010.10151.17熟化过磷酸钙1858.789394.16硫酸68%961.573448.71Ca(H2PO)2 - H2O16.28空气带入水2.32960.12CaSQ45.63MgSO40.30FePQ1.05AIPO41.25H2SiF61.13H3PO48.35CaF(PO4)32.05杂质6.13湿存水11.98废气5.84水蒸气4.35CO20.63SiF40.50H2SiF