過磷酸鈣的干法生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（冶金化工系）題 目過磷酸鈣的干法生產(chǎn)工藝專業(yè)應(yīng)用化工班級化工0603姓名王大海學(xué) 號 06120325指導(dǎo)教師海燕完成日期摘要過磷酸鈣工業(yè)化生產(chǎn)以來的百余年間，一直是磷肥工業(yè)生產(chǎn)的主要品種。由于具有生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)操作易于掌握；生產(chǎn)設(shè)備容易制造，投資較省；施用后見效快，增產(chǎn)顯著等特點(diǎn)。過磷酸鈣在各種磷肥新品種不斷涌現(xiàn)的情況下產(chǎn)銷量仍持高不下。本文介紹了過磷酸鈣工業(yè)生產(chǎn)的方法、原理、 工藝條件及主要設(shè)備，通過混合化成、熟化中和、含氟氣體吸收、造粒與枯燥四個方面重點(diǎn)介紹了過磷酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)的過程。并對單位質(zhì)量參加反響的原料進(jìn)展物料衡算和熱量衡算，以期獲得低耗能、低污

2、染、高產(chǎn)出的過磷酸鈣生產(chǎn)工藝。關(guān)鍵詞：過磷酸鈣干法濕法混合化成熟化中和造粒與枯燥工藝計(jì)算第一章概述過磷酸鈣的物理化學(xué)性質(zhì)和用途過磷酸鈣系以硫酸分解磷礦制得的一種單一磷肥，屬水溶性磷肥。它的外觀為淺灰色、深灰色或褐色的疏松多孔粉末或顆粒狀。粉狀過磷酸鈣的堆密度0.81.25/m3,粒狀過磷酸鈣的堆密度 0.851. l2t/m3,顆粒強(qiáng)度19. 649. 0N/粒。過磷酸鈣的主要成分為一水磷酸二氫鈣Ca（H2P0,2 H2O和無水硫酸鈣CaSQ,二者合計(jì)接近總量的80,其次為水分及游離磷酸，另含有少量從磷礦帶入的Na+、K+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等陽離子和F-, SiF-等陰離

3、子雜質(zhì)。商品過磷酸鈣含有3.5%5.5%游離酸（以P2O5計(jì)），所以它的水溶液呈微酸性，其 pH在 3 左右。 過磷酸鈣的游離酸含量如果過高，將會影響其物理性質(zhì)與吸濕性，并腐蝕容器、運(yùn)輸設(shè)備和農(nóng)業(yè)機(jī)械;假設(shè)實(shí)行拌種施肥，那么將降低種子的發(fā)芽率。為使出廠產(chǎn)品的游離酸含量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，首先應(yīng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝條件；倘仍未達(dá)標(biāo)， 那么要在產(chǎn)品出廠前進(jìn)展中和。直到游離酸含量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。如用氨 中和過磷酸鈣的游離酸，所得的產(chǎn)品稱為氨化過磷酸鈣，簡稱氨化普鈣。過磷酸鈣被加熱至120c以上時，其中的一水磷酸二氫鈣 Ca(H2PO4)2 H2O 即失去結(jié)晶水而成為無水磷酸二氫鈣 Ca(H2P。4)2,水溶性P

4、2O5含量隨之降低。假 設(shè)繼續(xù)加熱到150 , 無水磷酸二氫鈣即失去結(jié)合水而轉(zhuǎn)化成焦磷酸氫鈣CaH2P2O7,同時失去肥效。如再繼續(xù)升溫至 270c以上，過磷酸氫鈣將轉(zhuǎn)變成枸 溶性的偏磷酸鈣Ca(PQ)2。因此，在生產(chǎn)粒狀過磷酸鈣時，必須嚴(yán)格控制枯燥溫 度。過磷酸鈣除了能直接作為單一磷肥施用外，還可用作復(fù)混肥料的原料，與有氨和(或 )鉀養(yǎng)分標(biāo)明量的肥料一起，按照需要的復(fù)混肥料品級加工。磷酸二鈣Ca(PO4)2及二水磷酸二鈣Ca(H2P。4)2 2H2。等磷酸鹽能溶于動物體的胃酸。其中的鈣和磷能參與動物體的新代，又是骨骼、荷爾蒙、酶和維生素的組成元素。因而是參加動物體生物化學(xué)能量轉(zhuǎn)化必不可少的元

5、素。過磷酸鈣可作生產(chǎn)飼料添加劑的原料。加工的方法有鍛燒脫氟法和水萃中和沉淀法。產(chǎn)品通稱為飼料磷酸鈣、簡稱飼鈣。鍛燒脫氟法系將過磷酸鈣于11001350進(jìn)展鍛燒，使過磷酸鈣中的大局部氟被脫除而成為磷酸二鈣Ca(PO4)2。 它不溶于水而能溶于檸檬酸和中性檸檬酸按溶液 .其氟、砷及重金屬等有害雜質(zhì)含量如能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，即可作為飼料添加劑。過磷酸鈣的生產(chǎn)方法簡介過磷酸鈣的生產(chǎn)方法有多種方法。按操作方式可分為間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種。間歇法是磷礦與硫酸的混合、化成分別在間歇操作的設(shè)備中分批進(jìn)展。早期過磷酸鈣的生產(chǎn)均采用這種方法。后來僅有少數(shù)小型工廠沿用。半連續(xù)法那么是酸、礦混合在間歇操作的設(shè)備中進(jìn)

6、展。而化成工序?yàn)檫B續(xù)運(yùn)行;或者相反，即酸、 礦在連續(xù)操作的設(shè)備中混合，而化成工序間歇操作少數(shù)中、小型工廠采用半連續(xù)法生產(chǎn)。連續(xù)法是各生產(chǎn)工序都是在連續(xù)操作的設(shè)備中進(jìn)展。這是現(xiàn)今過磷酸鈣工廠普遍采用的生產(chǎn)方法。根據(jù)不同的原料工藝條件.過磷酸鈣的生產(chǎn)方法可分為稀酸礦粉法（簡稱干法）和濃酸礦漿法（簡稱濕法）。稀酸礦粉法是世界上廣泛采用的一種方法，故又稱為傳統(tǒng)法。它是用濃度為60%78%的稀硫酸與磷礦粉混合，再經(jīng)過化成及熟化工序制成粉狀過磷酸鈣。此處的所謂稀硫酸是相對于92.5%及 98%濃度的濃硫酸而言，實(shí)際上此法所用的硫酸濃度是根據(jù)所用磷礦的特性以及其他的工藝條件來確定。按照不同的工藝條件 .稀酸

7、礦粉法中又有常規(guī)法、三高一細(xì)法（即高硫酸濃度、高硫酸溫度、高攪拌強(qiáng)度及細(xì)礦粉）與兩高兩低法（即低硫酸濃度、低硫酸溫度、高攪拌強(qiáng)度及高的礦粉細(xì)度）三種不同的操作法。濃酸礦漿法那么是以濃硫酸與經(jīng)過加水濕磨的磷礦漿進(jìn)展混合，然后同樣經(jīng)化成與熟化工序制成粉狀過磷酸鈣。此法的特點(diǎn)是：濃硫酸經(jīng)計(jì)量后直接參加混合機(jī)與磷礦漿進(jìn)展反響，省去了加水稀釋配酸和調(diào)溫的麻煩；磷礦加水濕磨，故磷礦不需枯燥，因而可以露天堆存.既節(jié)省倉庫的投資，又節(jié)約燃料；濕磨磷礦較干磨磷礦的電耗低，生產(chǎn)強(qiáng)度高，勞動和環(huán)境條件好。濕磨磷礦的缺點(diǎn)是磨機(jī)中的鋼球消耗較干磨磷礦時高約 46倍。為使磷礦漿具有流動性，礦漿的最低水分含量因礦種而有所不

8、同、親水性磷礦的礦漿最低水分含量偏高，致使用它生產(chǎn)的過磷酸鈣成品含水超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，并影響成品的物理性質(zhì)。經(jīng)過科研單位和生產(chǎn)企業(yè)的不斷努力，先后開發(fā)了多種添加劑（即所謂的稀釋劑、減水劑等）。使礦漿水分含量偏高的問題根本上得到解。論文中將對稀酸礦漿法干法生產(chǎn)過磷酸鈣進(jìn)展詳細(xì)介紹。第二章過磷酸鈣的干法生產(chǎn)原理過磷酸鈣干法生產(chǎn)的簡要過程是，在混合機(jī)將分別計(jì)量過的硫酸與磷礦粉連 續(xù)地進(jìn)展混合反響，反響生成的料漿流入化成室并逐漸固化。然后經(jīng)過切削和撒 揚(yáng)，即得到新鮮過磷酸鈣(俗稱鮮鈣)，視為半成品。新鮮過磷酸鈣堆置于倉庫中 熟化，并定期翻堆，以利于物料繼續(xù)后期的反響，至取樣分析結(jié)果符合過磷酸鈣 產(chǎn)品的

9、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，始可作為成品出廠。過磷酸鈣成品呈疏松多孔的粉狀或粉粒狀， 通常稱為粉肥。如需生產(chǎn)粒狀過磷酸鈣或缺化過磷酸鈣，那么可以對此粉肥進(jìn)一 步加工。2.1化學(xué)反響硫酸分解磷礦制取過磷酸鈣的化學(xué)反響分為兩個階段進(jìn)展。 第一階段包括混 合與化成工序，因受磷礦特性、工藝操作條件及工藝設(shè)備性能的影響， 第一階段 反響需時數(shù)分鐘至1h不等。其主要的化學(xué)反響式如下：1 -7CaF(PO4)3+35H2SQ+171H2O=21H3PO4+35CaSO - 1H2O + 7HF (2-1)2第一階段反響的磷礦粉約為理論量的 70%,剩余的30%磷礦與第一階段反 響生成的磷酸進(jìn)展反響，生成磷酸二氫鈣 Ca(H2

10、P。4)2H2Oo與此同時，第一階 段反響所生成的CaSQ- 1H2O失去結(jié)晶水，通常稱這個生產(chǎn)過程為熟化，是為2第二階段反響。同樣，因受磷礦特性及所含雜質(zhì)的影響， 第二階段反響需時數(shù)日 至1個月不等。第二階段的主要化學(xué)反響式如下：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將以上三式合并即得出總的化學(xué)反響式如下：2Cc5F(PO4)3+ 7H2SO4+ 3H2O= 3Ca(H2PO4)2 - HzO + 7CaSQ+ 2HF(2-4)由于磷礦常

11、含有數(shù)量不等的碳酸鹽，倍半氧化物及有機(jī)物等雜質(zhì)，因而實(shí)際上除上列主要化學(xué)反響外，同時還會發(fā)生以下諸反響：(Ca,Mg)CQ+ H2SO4=(Ca,Mg)SQ+ CO2+H2O (2-5)(Fe,AlO3 + 3H2SO4= (Fe,Al)2(SO4 升 HzO(2-6)同時，反響生成的HF(見式)與磷礦中混雜的SiO2相作用而生成SiE,化學(xué)反響式如下： TOC o 1-5 h z 4HF+SiO2=SiF4+ 2H2O(2-7)局部SiE及CO2、水蒸氣共同逸出。當(dāng)氣體溫度降至60c以下時，SiE將進(jìn)展如下反響式的水解：3SiE + 3H2O=2 WSiFe + SQ - H2O(2-8)其

12、余的SiE與HF反響生成氟硅酸：SiF4 + 2HF =H2SiF6(2-9)反響生成的氟硅酸，隨即與磷礦中混雜的堿金屬化合物相作用生成氟硅酸鹽，并留存于過磷酸鈣中。2.2反響機(jī)理和速度硫酸與磷礦粉(或磷礦漿)的反響，同礦粉的粒度、硫酸的濃度、溫度和用量、混合時間及攪拌強(qiáng)度等密切相關(guān)。由于硫酸與磷礦粉的反響為液固相反響，因此反響速率與液固相接觸面積 成正比，而礦粉的比外表積與礦粉的粒徑成反比。即是礦粉越細(xì)，比表固積越大， 與硫酸的反響也就越快。礦粉系由大小不同的顆粒組成，以致粒度較細(xì)的先與硫 酸反響，余下較粗的礦粒與磷酸反響。這是第二階段反響較第一階段反響需時間 長的原因之一。按照磷礦的P2O

13、5、CO2、FeO3及AI2O3組分計(jì)算硫酸定額（100份質(zhì)量磷礦需用的100% H2SO4質(zhì)量數(shù)），如生產(chǎn)時提高硫酸定額，那么第一階段反響終了 時新鮮過磷酸鈣的產(chǎn)率、水分及游離P2O5、都將增加。但新鮮過磷酸鈣的總P2O5 含量將降低（因參加的硫酸及水量增加）（參見圖2-1）。圖2- IH2SO4質(zhì)定額與過磷酸鈣的游離 P2O5關(guān)系1第一階段反響剛完畢時的過磷酸鈣；2化成室的過磷酸鈣由于游離P2O5增加了，必須用中和劑中和超過產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的游離P2O5同時，增加硫酸用量勢將提高生產(chǎn)本錢。因此，實(shí)際生產(chǎn)的硫酸定額，一般僅較 計(jì)算的硫酸定額稍稍高一點(diǎn)。過磷酸鈣生產(chǎn)所用的硫酸濃度對產(chǎn)品的各項(xiàng)工

14、藝指標(biāo)也有一定的影響。同時，不同濃度的硫酸各自都有一個最適宜的溫度。例如，H2SO4濃度為61.1%寸,H2SO4的初溫宜為6575C；濃度為62.5%寸，H2SO4的初溫宜為6070C ；濃 度為64%時，H2SO4的初溫那么應(yīng)為5060Co如提高硫酸的濃度及其初溫，那 么開場時與磷礦的反響速度加快，因而形成硫酸鈣過飽和溶液的速度與硫酸鈣結(jié) 品速度均隨之增大，很快在尚未反響的磷礦顆粒 .上形成致密的硫酸鈣薄膜，使 反響受到阻滯，從而使磷礦的進(jìn)一步分解變慢。磷礦粉與硫酸的混合時間以及其攪拌強(qiáng)度， 也是過磷酸鈣生產(chǎn)中的重要工藝 指標(biāo)?；旌蠑嚢枘康氖翘岣咭合嘣诹椎V顆粒外表的流速，強(qiáng)化離子在邊界層和

15、溶液的擴(kuò)散交換，提高磷礦的分解反響速度。同時，湍流的攪拌狀態(tài)可降低邊界層 中的溶液過飽和度，以利于生成較粗大的硫酸鈣結(jié)晶，因而在磷礦顆粒上形成滲 透性較好的薄膜。使磷礦分解過程加快。磷礦粉與硫酸的混合時間以及其攪拌強(qiáng) 度既同磷礦的特性有關(guān)，又因不同的工藝設(shè)備而有差異。例如.在同樣的攪拌強(qiáng)度下，容易分解的磷礦混合時間較短，而較難分解的磷礦混合時間那么要較長。 至于不同型式的混合設(shè)備，具攪拌方式及混合時間各有不同。 因此，當(dāng)原料磷礦 確定以后，應(yīng)取具有代表性的礦樣在模擬裝置中進(jìn)展評價試驗(yàn)，以求取最優(yōu)化的各項(xiàng)工藝條件。 1硫酸與磷礦粉在第一階段反響較為劇烈， 生成的CaSQ -也0結(jié)晶呈細(xì)小 2的針

16、狀、棒狀或帚形晶簇穿插堆積而形成骨架。反響過程中逸出的二氧化碳等氣 體使反響物料出現(xiàn)許多孔隙。它們吸附大量的液相。促使反響料漿逐漸固化成為疏松多孔。 反響 1 一 一 . 一 、，一 生成的CaSQ - - H2O系介穩(wěn)態(tài)。隨著反響的進(jìn)展，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?CaSQ。 2因此，第一階段反響即將完畢時。CaSQ常在磷礦顆粒的外表構(gòu)成致密的 薄膜，使磷酸與磷礦反響的阻力增加。又因磷酸二氫鈣在磷酸中的溶解度較大， 當(dāng)磷酸為磷酸二氫鈣所飽和時，其氫離子濃度降低，液相的反響能力亦相應(yīng)下降， 由于這些原因，致使第二階段反響需要較長的時間。在第二階段反響中，除進(jìn)展式主要反響外，Ca（H2P。4）2還將與第一階段反

17、響生成(Fe, A(SO4)0相互作用生成酸性磷酸鹽，具化學(xué)反響式如下：(Fe, Al)2(SO4)3 3Ca(H2PO4)2=2(Fe, Al) (H2PO4)3 CaSO4(2-10)在第二階段反響的后期，液相量逐漸減少，液相的P2O5濃度逐漸降低。這時，上述性磷酸鹽即轉(zhuǎn)變成難溶的中性磷酸鹽析出，其反響式如下：(Fe,Al)(H2P。4)3+2叱0= (Fe, Al) PQ 2H2O + 2H3PO4Q-II)因此，在過磷酸鈣的生產(chǎn)中，原料磷礦中的倍半氧化物諸反響可合并成如下的總反響式:(Fe, Al) 2O3 H2SO4 Ca(H2PO4)2=2(Fe, Al) PO4 CaSO4 3H

18、2O(2-12)第二階段反響所需時間，取決于原料磷礦的特性及生產(chǎn)工藝條件，通過評價試驗(yàn)即可得知。一般需歷時 530天，轉(zhuǎn)化率始能到達(dá)95%左右。第三章過磷酸鈣干法生產(chǎn)工藝流程過磷酸鈣干法生產(chǎn)工藝一般分成五個主要工序：原料準(zhǔn)備、混合化成、熟化中和、含氟氣體吸收、造粒與枯燥。目前工業(yè)上大多數(shù)采用連續(xù)生產(chǎn)。圖3-1為過磷酸鈣連續(xù)生產(chǎn)工藝流程水圖3 - 1過磷酸鈣連續(xù)生產(chǎn)工藝流程圖原料準(zhǔn)備生產(chǎn)過磷酸鈣的主要原料為磷礦與硫酸。二者在進(jìn)入混合化成工序之前.應(yīng)分別按照選用的生產(chǎn)方法及其工藝條件作好充分準(zhǔn)備，各項(xiàng)指標(biāo)符合工藝要求.并能連續(xù)供給，以保證全系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。磷礦是生產(chǎn)過磷酸鈣的主要原料。 在過磷酸鈣生

19、產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝條件對磷礦有一定的控制指標(biāo)要求，其主要的有磷礦的 P2O5含量、含水率及粒度等。因此， 對磷礦必須進(jìn)展加工處理（包括在礦山進(jìn)展的處理和進(jìn)人磷肥廠后進(jìn)展的生產(chǎn)前 處理）以到達(dá)生產(chǎn)工藝條件的要求。作為原料的硫酸應(yīng)首先檢查其質(zhì)量是否符合要求。如系來自其他行業(yè)的廢酸那么要嚴(yán)格檢查其所含的雜質(zhì)對過磷酸鈣的質(zhì)量及生產(chǎn)消耗定額的影響，特別是不得含有任何危害農(nóng)作物的雜質(zhì)。如有可能宜先針對廢酸所含雜質(zhì)采取適當(dāng)措施進(jìn)展凈化處理。務(wù)使廢酸的質(zhì)量符合過磷酸鈣的要求。 其次是檢查硫酸的濃度能 否適合工藝條件的要求。工業(yè)生產(chǎn)上所用硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68% 72%?；旌匣勺鳛檫^磷酸鈣生產(chǎn)的混合化成工序，是將已按

20、工藝操作條件要求準(zhǔn)備好的 硫酸和磷礦粉，進(jìn)展混合與化成作業(yè)，以完成第一階段反響，為第二階段反響創(chuàng) 造條件。磷礦粉與一定濃度（按照工藝條件要求）的硫酸各自經(jīng)過計(jì)量后同步進(jìn)入錐 形混合器進(jìn)展混合，經(jīng)15min反響后生成料漿。料漿流入鏈板化成室繼續(xù)反響 并逐漸固化。當(dāng)其隨鏈板運(yùn)行至端部時即被切削器切碎。隨后，同皮帶化成室流 程一樣，經(jīng)過撒揚(yáng)后送往熟化倉庫進(jìn)展熟化（第二階段反響）?；旌?、化成過程中 產(chǎn)生的含氟氣體及水蒸氣，同樣由排風(fēng)機(jī)通過鏈板化成室上方的排氣管抽送氟吸 收系統(tǒng)處理。圖3 -2為鏈板化成室混合化成工藝流程。運(yùn)輸機(jī)水 含氟氣體尾氣洗 滌 器圖3 -2鏈板化成室混合化成工藝流程圖熟化中和磷礦

21、與硫酸通過混合、化成工序完成了第一階段反響，所得到的新鮮過磷酸鈣送入熟化倉庫進(jìn)展第二階段反響，即通常所稱的熟化。熟化過程的操作方法 以及熟化需要的時間，均與磷礦的組成及其特性，混合化成的工藝條件等密切相 關(guān)?，F(xiàn)將熟化與中和兩個工序分述如下。熟化工序用硫酸分解磷礦生產(chǎn)過磷酸鈣的第一階段反響比擬迅速，而第二階段反響是 由第一階段反響生成的磷酸與第一階段尚未反響的磷礦進(jìn)展反響。第二階段反響通常需持續(xù)530天。時間長短取決于原料磷礦的組成與特性、礦粉細(xì)度、硫酸 的濃度與用量、熟化溫度等。如用容易分解的磷塊巖作為生產(chǎn)過磷酸鈣的原料時。一般較以磷灰石為原料所需的熟化時間短些；對于同一磷礦，提高礦粉的細(xì)度或

22、增加硫酸用量。都能在一定程度上縮短熟化期 .但前者將降低磨機(jī)的出力和增加 電耗，后者會相應(yīng)提高過磷酸鈣的游離酸含量.而不得不增加中和劑的用量；不同 的磷礦用以生產(chǎn)過磷酸鈣的最優(yōu)化熟化溫度也不一樣。.工業(yè)生產(chǎn)中常采取降溫熟化法。新鮮過磷酸鈣剛離開化成室的溫度常達(dá)100c左右，且含有較多的水分。實(shí)踐說明適宜的熟化溫度在 3545Co但離開化成室的新鮮過磷酸鈣，如在被 切削后就轉(zhuǎn)送熟化倉庫大堆存放，即令熟化 30天，堆中央的溫度仍可能有60 70C,而轉(zhuǎn)化率難以迅速提高。冉者，當(dāng)原料磷礦含鐵、鋁等雜質(zhì)較高時，所生 產(chǎn)的新鮮過磷酸鈣在熟化過程中因游離酸濃度逐漸降低，液相中鐵、鋁及稀土元素磷酸鹽的溶解度

23、也隨之下降，而成為溶解度小的中性磷酸鹽析出， 導(dǎo)致水溶性 P2O5下降，枸溶性P2O5亦有所減少。其化學(xué)反響式如下： 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與A1PO4 2H2。均系中性鹽。不溶于水；僅局部溶于檸檬酸 氨溶液(PH= 7)。發(fā)生這樣的反響，說明有效P2O5退化。為了防止或減少有效P2O5 的退化，首先應(yīng)在混合反響時提高硫酸用量 。以為理論用量的1101150%),以 加快磷礦在第一階段反響速度，而磷礦中的鐵、鋁雜質(zhì)被硫酸分解的速度比氟磷 酸

24、鈣被硫酸分解的速度慢。提高硫酸用量就可使氟磷酸鈣在鐵、鋁雜質(zhì)尚未被硫 酸分解之前光被硫酸大局部分解，以減輕鐵、鋁雜質(zhì)對過磷酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 其次，新鮮過磷酸鈣在離開化成室之際。經(jīng)過切削和撒揚(yáng)后轉(zhuǎn)送至熟化倉庫進(jìn)展 熟化，并在熟化過程中定期翻堆。對新鮮過磷酸鈣切削和撒揚(yáng)，在熟化過程中進(jìn) 展翻堆，均有助于新鮮過磷酸鈣中的一局部水分蒸發(fā)，溫度能有所下降，以促使第一階段反響中生成的Ca(H2POR H2O的溶解度降低而結(jié)晶析出。由于一局部 水分蒸發(fā)，液相中P2O5濃度隨之提高，從而有利于第二階段反響進(jìn)展。游離酸 含量下降，有效P戶:含量及轉(zhuǎn)化率提高。因此，當(dāng)使用含 MgOMgCO3FeO3ALO3S

25、Qmol/kg 磷礦 1.6046 0.2328 0.0424 0.0496 0.0649 0.101 1.8006分解磷礦的100% H2SO4需用量計(jì)算如下:2CaF(PO4)3+ 35H2SO4+ 3H2。= 3CaH2P。4+ 7CaSO+ 2HF由上式可見：3molP2O5需用7molHO4,即7 98_-7-8- = 1.61kg H2sO4/kgP2O53 1421000kg磷礦中的P2O5耗用H2SO4量34.18%x 100OX 1.61 = 550.298kg在生產(chǎn)中的硫酸實(shí)際用量常取硫酸理論用量的105%110%,現(xiàn)取110%,那么實(shí)際用量為550.298X 110% =

26、 605.3278kg第一階段反響計(jì)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生廠 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磷礦相當(dāng)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 磷礦相當(dāng)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 衛(wèi)= 0.8928kg84.344生成 CO2： 4.1813X =2.1824kg84.3硫酸分解CaB的化學(xué)反響式：CaE +H2SO4= CaSQ+2HF0.0424 7810000.0424molCaF /kg磷酸相當(dāng)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第一階段中：耗用 H2SO4總量=605.3278+22.8144+4.8608+4.1552=637.1582kg生成 CaSQ總量=31.66.8+5.7664=37.4272生成 HF 總量=24.7072+1.696=26.4032kg生成 CO2總量=10.3432+2.1824=12.4256kg生成 H2O 總量=4.190-0.8928=5.0832kg第二階段反響計(jì)算如下：依據(jù)式 和1000kg磷礦分含 CaF(PO4)3： 34.18%x 100OX 2 504 =808.7662kg 3 142由于轉(zhuǎn)化率為95%,那

30、么違背分解的 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熟化過磷酸鈣含

31、游離 H3P。4： 363.1967- 198.3207+164.876kg895.6381 CaSO- 1H2O 脫水后的 CaSC4: 895.6381 2 136 =840.0468kg 22 145895.6381 18 , 相應(yīng)生成 H 2C; =55.5913kg2 145根據(jù)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 當(dāng)=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第二階段共耗 H2SQ： 6.8157+9.896=16.7117kg共生成H2O; 55.5913+3.7556-5.4529+3.0695=67.8693kg第一階段及第二階段

34、反響的F平衡計(jì)算如下：19第一階段逸出氟 26.4023kg 含 F: 26.4023X 癡=25.0830kg19第二階段逸出氟 5.7819kg 含 F: 5.7819X 元=5.4928kg1940.4383kg為分解的 Ca5F(PO4)3 含氟：40.4383X 斌=105245kg取與HF反響的SiO2量為18kg根據(jù)式 18kg SiO2耗用HF: 18 * 20=24.0kg相應(yīng)生成 SiFv 18 104=31.2kg生成 H2O; 18 2 18=10.8kg6060剩余的 HF: 8.1551kg 按式 反響 8.1851kgHF需耗 SiF,：8.1851 104=21

35、.281kg生成 HzSiFe： 81851&4 =29.4664kg2 202 20SiF4除與HF反響生成H2SiF6外。隨氣相排出的SiF4為：31.2-21.2813=9.9187kg由于氟的逸出率為10%,那么逸出的F: 3.21%x 1000X40%=12.84kg 氣相中除有 7.2483kgF 的 SiE 外，還有 F: 12.841447.2483=5.5917kg5.5917kgF相當(dāng)于 HzSiFe： 5.5917X=7.0632kg6 19存在于熟化過磷酸鈣的 MSiFs： 29.4664- 7.0632=22.1032kgH2SO4用量：637.1582+16.711

36、7=653.8699k5使用 H2SQ濃度為68% 那么由 H2SO4 帶653 8699 一 一 一 一入系統(tǒng)的水：653.8699 653.8699=307.7035kg68%從生產(chǎn)系統(tǒng)抽吸的空氣量取為 260m7t磷礦粉。設(shè)空氣溫度為15Co相對濕度為70%,飽和空氣含水為12.8g/m3空氣。那么由空氣帶入系統(tǒng)的水：260X衛(wèi)8 X 100070%=2.3296kg/t 磷礦。過磷酸鈣生產(chǎn)過程中逸出的水蒸氣，按照生產(chǎn)數(shù)據(jù)取為磷礦粉及硫酸帶入系統(tǒng)水量的27%,那么逸出水蒸氣：10.101-307.7035 X 27%=85.8072kg第一階段反響凈耗水：55.5913- 5.0832=

37、50.5081kg第二階段反響凈生成水：67.8693-26.0187=41.8506kgHF與 SiO2反響生成水：10.8kg整個反響凈生成水：41.8506+10.8 50.5081=2.1425kg熟過磷酸鈣濕存水：10.101+307.7035+2.3296+2.1425 85.8072=236.4694kg5.1.4過磷酸鈣混化熟化物料平衡過磷酸鈣混化熟化物料平衡表見附表25.2過磷酸鈣的熱量衡算.word.zl.計(jì)算數(shù)據(jù)見附表2磷礦各組分物質(zhì)量計(jì)算過程及結(jié)果同物料衡算時各組分一樣熱量衡算 1 、輸入熱量A、磷礦粉帶入熱量，Qi磷礦粉用量：1000kg溫度t=15C。磷礦粉比熱容c

38、p=2.6922/(kg - K)Q: =1000X 0.7955X 15=11932.5kJB、硫酸帶入熱量，Q268% H2SO4用量：961.5734k溫度t=60C68% H2SO460c 時比熱容 Cp=2.3149 kJ/(kg - K)Q2=961.5734X 2.3149X 60=133556.776 kJC、空氣帶入熱量，Q3進(jìn)入系統(tǒng)的空氣量=260m3 /1000kg 磷礦粉溫度 t=1560C,比熱容 a=1.011 kJ/(kg - K)相對濕度為70%，濕含量X=0.009kg/kg 空氣空氣中水蒸汽比熱容Cp=1.937kJ/(kg K)空氣密度=1.29kg/ m

39、3Q3=260X 1.29X 1.011X 12+260X 1.29X 0.009X 1.937X 15=5174.046 kJD 、化學(xué)反響熱，Q4現(xiàn)將各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱(單位:k,/mol) 分別標(biāo)注在反響式各族物質(zhì)的下面。標(biāo)準(zhǔn)反響熱為產(chǎn)物生成熱之和減反響物生成熱之和。如結(jié)果為負(fù)值表示放熱，正值表示吸熱.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廣(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根據(jù)物料衡算：磷礦分解率為 95%, 100kg磷礦粉含CasF(PO4)3808.7662kg其中參與反響的為768.3279kg余下的未參與反響，又在反響過程中有24kg HF與SiO?反響生成 31.2kg SiF與 8.1851kg HF反響生成 29.4664kg

44、 HSiFF按磷礦的組分計(jì)算1kg磷礦與硫酸反響的反響熱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輸入總熱量=Q1+ Q2+ Q3+ Q 4=11932.5+133556.776+5174.046+1089.515103=1240178.322(2肺出熱量A、過磷酸鈣帶出的熱量，Q1Q1=1858.7893X 2.6464X 100=491910.00 kJ式中18

45、58.7893-一過磷酸電？的產(chǎn)量，kg2.6464-過磷酸鈣的比熱容，kJ/kg K)100過磷酸鈣卸出時的溫度，B、水蒸氣帶出的熱量， Q2=85.8072X 2659.455=228200.387kJ式中85.8072逸出量，kg2.6464-過磷酸鈣的比熱容，kJ/kg K)C、尾氣帶出熱量，Q3尾氣中包含有 260m3 空氣，9.9187kg SiF、7.0632kg HSiR 及 12.4256kg COQ3=260 義 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逸出空氣量，kg1.29空氣密度，kg/ m31.017-空氣比熱容，kJ/kg K)90尾氣溫度，2.052SiF4 比熱容，kJ/kg K)4.187H2SiF6比熱容，kJ/kg K)0.843CO2 比熱容，kJ/kg K)D 、熱損失Q4輸出總熱量= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ =491910.00+228200.387+36135.304+ Q4= 756245.691+ Q4輸入總熱量= 輸出總熱1240178.322=756245.691+ 4QQ4=1240178.322 756245.691=483932.631kJ5.2.4過磷酸鈣混化熟化熱量平衡過磷酸鈣

47、混化熟化熱量平衡表如表：表5 - 2過磷酸鈣混化熟化熱量平衡表輸入熱量kJ%輸入熱量kJ%磷礦粉11932.50.96熟化過磷酸鈣491910.0039.6768% H2SO4133556.77610.77水蒸氣228200.38718.40空氣5174.0460.42尾氣36135.3042.91反響熱108951587.85熱損失483932.63139.02共計(jì)1240178.322100.00共計(jì)1240178.322? 100.00附錄:附表1過磷酸鈣混化熟化物料平衡表進(jìn)料kg%出料kg%磷礦粉（含水1%）1010.10151.17熟化過磷酸鈣1858.789394.16硫酸68%961.573448.71Ca(H2PO)2 - H2O16.28空氣帶入水2.32960.12CaSQ45.63MgSO40.30FePQ1.05AIPO41.25H2SiF61.13H3PO48.35CaF(PO4)32.05雜質(zhì)6.13濕存水11.98廢氣5.84水蒸氣4.35CO20.63SiF40.50H2SiF