年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)目錄摘要51 .前言71.1 設(shè)計(jì)依據(jù)71.2 研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)71.2.1 國(guó)內(nèi)過磷酸鈣生產(chǎn)及研究現(xiàn)狀71.2.2 國(guó)外過磷酸鈣的開展?fàn)顩r81.2.3 過磷酸鈣的開展前景81.3 設(shè)計(jì)范圍82 .設(shè)計(jì)原那么82.1 工藝路線的選擇82.1.1 生產(chǎn)路線選擇82.1.2 加工方法選擇92.2 生產(chǎn)過程中的主要方程103 .產(chǎn)品方案103.1 產(chǎn)品103.2 產(chǎn)品檢測(cè)113.3 副產(chǎn)品124 .生產(chǎn)工藝124.1 化學(xué)反響124.1.1 主反響124.1.2 副反響124.2 反響機(jī)理與反響速度134.3 生產(chǎn)工藝流程圖144.4 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介154.4.1 原

2、料準(zhǔn)備154.4.2 混合化成154.4.3 熟化中和154.4.4 含氟氣體的吸收處理164.5 工藝條件174.5.1 磷礦的選擇174.5.2 磷礦粉細(xì)度與水分174.5.3 硫酸物性174.5.4 混合攪拌條件174.5.5 化成條件184.5.6 熟化中和條件184.5.7 造?？菰飾l件185 .工藝計(jì)算185.1 物料衡算185.1.1 根底數(shù)據(jù)185.1.2 磷礦的組成195.1.3 混合熟化第一階段反響205.1.4 混合熟化第二階段反響225.1.5 混合熟化中的磷平衡、氟平衡、水平衡255.1.6 熟化過磷酸鈣的物料平衡285.1.7 中和過程物料衡算305.1.8 造粒與

3、枯燥過程物料衡算315.1.9 總物料衡算335.2 熱量衡算345.2.1 混化熟化過程的熱量衡算345.2.2 造粒過程的熱量衡算385.2.3 枯燥過程的熱量衡算395.3 原料消耗405.3.1 投礦量405.3.2 硫酸消耗406 .設(shè)備選型416.1 所需設(shè)備列表416.2 設(shè)備的選擇426.2.1 輸送設(shè)備426.2.2 計(jì)量設(shè)備436.2.3 其他設(shè)備436.3 吸收塔設(shè)備圖見附錄447環(huán)境保護(hù)與技術(shù)評(píng)價(jià)447.1生產(chǎn)中的平安防護(hù)舉措44過磷酸鈣44硫酸457.2 三廢處理457.3 經(jīng)濟(jì)評(píng)估458總結(jié)468.1 設(shè)計(jì)結(jié)果概要468.2 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)47參考文獻(xiàn)47致謝50年產(chǎn)20

4、萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要：過磷酸鈣又稱普鈣,屬于水溶性磷肥,是用硫酸直接分解磷礦得到的,由于具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)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),使其在各種磷肥新品種不斷涌現(xiàn)的情況下產(chǎn)銷量仍然持高不下.本設(shè)計(jì)采用干法來生產(chǎn)過磷酸鈣,主要是原料礦與硫酸在混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行混合,進(jìn)入化成室后再經(jīng)過熟化、中和及造?？菰锖蟮玫匠善愤^磷酸鈣.通過物料衡算、熱量衡算以及設(shè)備選型設(shè)計(jì)出能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的工藝流程.此工藝路線適用于大多數(shù)品位較低的磷礦,而其生產(chǎn)工藝成熟,消耗低,質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)也是本設(shè)計(jì)選用該方法的原因.關(guān)鍵詞：過磷酸鈣；磷肥；干法；工藝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 設(shè)計(jì)依據(jù)1 .課題任務(wù)書：年產(chǎn)20萬噸過磷酸鈣生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)2 .?磷肥生產(chǎn)治理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?及?化工工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)?1.2 研究現(xiàn)狀及

9、開展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)內(nèi)過磷酸鈣生產(chǎn)及研究現(xiàn)狀中國(guó)從50年代開始開展普鈣.經(jīng)過近50年的開展,現(xiàn)在全國(guó)已有普鈣廠400多個(gè),到達(dá)或大于20萬噸/年的廠有20多家.普鈣年產(chǎn)量在360萬噸RQ左右,占磷肥產(chǎn)量的55%目前,雖然國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)上使用的磷肥主要是磷酸二俊和含磷復(fù)混肥,過磷酸鈣的使用量逐年降低,但由于過磷酸鈣施用歷史比擬長(zhǎng),許多農(nóng)民仍有一定需求,特別是在小麥、棉花主產(chǎn)區(qū),過磷酸鈣等磷肥的使用有效的提升了土壤含磷水平,尤其是在小麥、棉花上使些農(nóng)民還習(xí)慣施用過磷酸鈣作底肥.特別是在近年磷酸二錢大幅漲價(jià)的情況下,農(nóng)民更傾向于購(gòu)置施用過磷酸鈣.雖然施用過磷酸鈣有著明顯的增產(chǎn)效果,但據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),過磷酸鈣

10、在生產(chǎn)、施用中仍存在著一些問題.1995年原國(guó)家化工部修訂公布了過磷酸鈣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),確定了過磷酸鈣合格品、一等品、優(yōu)等品的技術(shù)指標(biāo)：磷酸鈣的有效磷含量不得低于12%,游離酸含量不得高于5.5%,水分不得高于15%.該標(biāo)準(zhǔn)的公布對(duì)于企業(yè)增強(qiáng)質(zhì)量治理,保證產(chǎn)品質(zhì)量起到了很好的促進(jìn)作用.但是由于過磷酸鈣生產(chǎn)工藝比擬簡(jiǎn)單,企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小,產(chǎn)品質(zhì)量仍然不夠穩(wěn)定.在歷年有關(guān)部門的質(zhì)量抽檢中,過磷酸鈣、復(fù)混肥合格率都相對(duì)較低.主要問題是有效磷含量不達(dá)標(biāo)或游離酸、水分含量超標(biāo)嚴(yán)重.產(chǎn)量萬噸圖1-12021-2021年我國(guó)磷肥產(chǎn)量變化圖1.2.2 國(guó)外過磷酸鈣的開展?fàn)顩r近年來,隨著世界化肥需求的增加,磷肥市場(chǎng)開

11、始升溫,幾個(gè)主要磷肥品種都有大幅增長(zhǎng),印度、摩洛哥、澳大利亞、南非等地產(chǎn)能增加量到達(dá)700萬噸,許多國(guó)家的產(chǎn)量已經(jīng)大大超過需求量.雖然近年來國(guó)際磷肥需求增長(zhǎng)較快,但一些專家認(rèn)為未來幾年磷肥需求年增長(zhǎng)速度不會(huì)超過3%,而有效產(chǎn)能年增長(zhǎng)速度將超過10%.因此,雖然短期內(nèi)磷肥供給可能稍緊,但隨著新產(chǎn)能的投產(chǎn),磷肥過剩趨勢(shì)將增加有人估計(jì),這一過剩量最多將接近全球供給水平的1/10.磷肥市場(chǎng)的整體供過于求,導(dǎo)致過磷酸鈣市場(chǎng)趨于飽和,小型廠商難以獲利,國(guó)外企業(yè)逐漸大型化、集中化,行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)劇烈化,因此,改善落后、低效的生產(chǎn)工藝,成為每一個(gè)過磷酸鈣生產(chǎn)廠商必須要面臨的問題.1.2.3 過磷酸鈣的開展前景過磷酸

12、鈣雖然在充分利用中低品位磷礦資源、滿足市場(chǎng)不同消費(fèi)層次和習(xí)慣需求等方面具備一定優(yōu)勢(shì),但是由于受高濃度磷肥的沖擊,加之過磷酸鈣本身存在生產(chǎn)工藝技術(shù)落后、質(zhì)量不穩(wěn)定以及價(jià)格低、利潤(rùn)薄等問題,預(yù)計(jì)其產(chǎn)量和施用面積會(huì)逐年減少,如不給予足夠重視,在新工藝技術(shù)開發(fā)、市場(chǎng)開拓等方面改良突破的話,其生存空間可能會(huì)變的越來越狹窄.另外,為保證過磷酸鈣的施用效果,農(nóng)技部門和銷售企業(yè)還應(yīng)增強(qiáng)對(duì)農(nóng)民進(jìn)行施用技術(shù)指導(dǎo).過磷酸鈣施入土壤后,其有效成分磷酸一鈣易與土壤中的某些成分發(fā)生反響而被固定,使過磷酸鈣的當(dāng)季利用率降低,因此必須合理施用,既要減少肥料與土壤的接觸,預(yù)防水溶性的磷酸鹽被固定,又要盡量將肥料施于根系密集的土

13、層中,使養(yǎng)分容易輸送到根系,以利植物吸收利用.據(jù)此可推廣采取集中施用、分層使用,或與有機(jī)肥料混合施用等方法.止匕外,因過磷酸鈣中含有大量硫酸鈣,所以應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用在缺硫、缺鈣的土地上,充分發(fā)揮過磷酸鈣的綜合增產(chǎn)作用.1.3 設(shè)計(jì)范圍車間范圍內(nèi)工藝設(shè)計(jì),不包含土建、設(shè)備儀表自控、給排水、概算等非工藝專業(yè)內(nèi)容.2 .設(shè)計(jì)原那么2.1 工藝路線的選擇2.1.1 生產(chǎn)路線選擇由磷礦制取磷肥根據(jù)加工工藝條件不同可以分為用無機(jī)酸處理和高溫處理兩大類：(1)用無機(jī)酸(硫酸、磷酸、硝酸、鹽酸等或者它們的混和酸)分解磷礦加工制成的磷肥通常稱為酸法磷肥.例如,硫酸分解磷礦制得的含有以磷酸一鈣Ca(H2P04)2H2O

14、為主體,以及少量游離磷酸和其他磷酸鹽(磷酸鐵、鋁等)的磷肥稱為普通過磷酸鈣.2經(jīng)過高溫處理制成的磷肥稱為熱法磷肥.例如,鈣鎂磷肥、脫氟磷肥、鋼渣磷肥、燒結(jié)鈣鈉磷肥等,屬于枸溶性磷肥.磷肥中所含的磷,習(xí)慣上用五氧化二磷的重量百分?jǐn)?shù)表示,但它們實(shí)際上是以磷酸鹽形式存在的.本設(shè)計(jì)采用硫酸與磷礦反響再經(jīng)過其他工序制得過磷酸鈣.用酸處理磷礦根據(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和濃酸礦漿法：a.稀酸礦粉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68%72%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(duì)于92.5%及98%濃

15、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.根據(jù)不同的工藝條件,稀酸礦粉法中又有常規(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.b.濃酸礦漿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)行混合,然后同樣經(jīng)化成與熟化工序制成粉狀過磷酸鈣.濕磨磷礦導(dǎo)致磨機(jī)中的鋼球消耗較干磨磷礦時(shí)高約46倍,同時(shí)為了使礦漿具有流動(dòng)性,礦漿的最低水分含量因礦種而有所不同、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),且考慮

16、到我國(guó)磷礦大多為低品位礦,所以本設(shè)計(jì)采用的是生產(chǎn)工藝更成熟的稀酸礦粉法干法.2.1.2 加工方法選擇根據(jù)加工方法不同可以分為間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種工藝流程.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)行.早期過磷酸鈣的生產(chǎn)均采用這種方法.半連續(xù)法那么是酸、礦混合在間歇操作的設(shè)備中進(jìn)行.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)行.這是現(xiàn)今過磷酸鈣工廠普遍采用的生產(chǎn)方法.本設(shè)計(jì)采用連續(xù)干法來生產(chǎn)過磷酸鈣.2.2 生產(chǎn)過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總反響：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2P04)2H2O+7CaSO4+2HF2H3P04+CaC03=Ca(H2P04)2+CO2+H2O3 .產(chǎn)品方案3.1 產(chǎn)品產(chǎn)品名稱：過磷酸鈣(普鈣)年產(chǎn)量:20萬噸/年1 .中文名稱：過磷酸鈣,普鈣,過磷酸石灰,過石灰2 .主要成分：磷酸一鈣Ca(H2P04)和石膏CaS04-2H2O3 .英文名稱：

18、calciumsuperphosphate,Calciumphosphate,SSP4 .分子式：CaP2H4085 .分子量：234.056 .物理性質(zhì)：見下表表3-1-1過磷酸鈣的物理性質(zhì)種類性質(zhì)外觀灰白色、深灰色、灰黑色的疏松多孔性粉末(或顆堆密度粒)顆粒強(qiáng)度粉狀：800-1250kg/m3粒狀：850-1120kg/m3吸濕性19.6-49.0N/6水溶性空氣相對(duì)濕度達(dá)80以上會(huì)出現(xiàn)吸濕現(xiàn)象熔點(diǎn)80%-95%溶于水,屬于水溶性磷肥109c7 .化學(xué)性質(zhì)：水溶液呈微酸性,pH約為3,有腐蝕性.8 .CASN0.10031-30-89 .產(chǎn)品質(zhì)量要求：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB20413-2006要

19、求：粒狀過磷酸鈣外觀應(yīng)該呈有色顆粒并且無機(jī)械雜質(zhì),產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該符合下表要求,同時(shí)應(yīng)符合標(biāo)明值表3-1-2過磷酸鈣生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工程優(yōu)等品一等品合格品III有效磷的質(zhì)量18.016.014.012.0分?jǐn)?shù)/%>水溶性磷的質(zhì)13.011.09.07.0量分?jǐn)?shù)/%>3.2 產(chǎn)品檢測(cè)過磷酸鈣質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)是有效磷的檢測(cè),有效磷的檢測(cè)分為提取和檢測(cè)兩個(gè)主要步驟.目前有效磷的提取方法有很多,主要分為HG2740-1995標(biāo)準(zhǔn)所提出的堿性檸檬酸提取、強(qiáng)酸提取及GB20413-2006標(biāo)準(zhǔn)下的EDTA提取法.堿性檸檬酸法試劑用量大、價(jià)格昂貴、實(shí)驗(yàn)操作頻繁,強(qiáng)酸提取法攜帶不方便、現(xiàn)場(chǎng)操作不平安、操作繁

20、瑣費(fèi)時(shí),應(yīng)選用EDTA法提取有效磷.而有效磷的檢測(cè)方法分為HG2740-1995標(biāo)準(zhǔn)所采用的重量法、電位滴定法、檢測(cè)路線：EDTAB樣取/微波、/加熱1/分光光度法.出于操作與設(shè)備要求選擇分光光度法.樣人硝酸/微人測(cè)4好淅、有效波加熱圖3-2有效磷含量檢測(cè)路線3.3 副廠品主要是磷礦分解后的含氟廢棄處理后加工得到的：氟硅酸鈉、氟化鈉、氟化鋁、冰晶石、氟化氫,應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、冶金、搪瓷、建材等工業(yè)部門.4 .生產(chǎn)工藝4.1 化學(xué)反響4.1.1 主反響生產(chǎn)過磷酸鈣的主要化學(xué)反響可以分為兩個(gè)階段.第一階段是硫酸分解磷礦生成磷酸和半水硫酸鈣：7Ca5F(PO4)3+35H2SO4+171H2O=21

21、H3PO4+35CaSO41H2O+7HF這一階段的反響進(jìn)行得很快,一般在半小時(shí)或更快時(shí)間內(nèi)即可完成.此反響為放熱反響,反響物料溫度能很快升高到100c以上.在很短時(shí)間內(nèi).半水硫酸鈣結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水物：2CaSO1H2O=2CaSO+F2O2只有當(dāng)硫酸完全消耗之后,生成的磷酸才能繼續(xù)分解磷礦而形成磷酸一鈣：3Ca5F(PO4)3+21H3PO4+15H2O=15Ca(H2P04)2H2O+3HF形成的磷酸一鈣溶解在磷酸溶液中,當(dāng)溶液被磷酸一鈣飽和以后,隨著分解反響的進(jìn)行,從溶液中不斷析出Ca(H2PO4)2H2O結(jié)晶.生成過磷酸鈣的總反響式為：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3C

22、a(H2PO4)2-H2O+7CaSO4+2HF反響的第一階段,是過磷酸鈣在化成室中化成時(shí)完成的,第二階段反響在化成室中開始,而后還要在倉(cāng)庫(kù)堆放產(chǎn)品期間繼續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間.熟化后的過磷酸鈣中如果有多余的游離酸那么應(yīng)該用堿性物料進(jìn)行中和：2H3PO4+CaCO3=Ca(H2PO4)2+CO2+H2O4.1.2 副反響在分解磷礦時(shí),磷礦中所含的雜質(zhì)如方解石、白云石、霞石、海綠石等也能被硫酸分解,其反響如下：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在反響中生成的HF能同磷礦中的SiO2作用生成氟硅酸：4HF+SiO2=SiF4+2H2O同時(shí)局部氟以SiF4的形式逸出,冷卻后與蒸汽反響：3SiF4+2HF=H2SiF64.2 反響機(jī)理與反響速度硫酸與磷礦粉的反響,與礦粉的粒度、硫酸的濃度、溫度和用量、混合時(shí)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.即礦粉越細(xì),比外表積越大,與硫酸的反響也就越快.礦粉是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

24、反響較第一階段反響需時(shí)間長(zhǎng)的原因之一.根據(jù)磷礦的P2O5、CO2、Fe2O3及A12O3組分計(jì)算硫酸定額100分質(zhì)量磷礦需用的100%硫酸分?jǐn)?shù).如生產(chǎn)時(shí)提升硫酸定額,那么第一階段反響終了時(shí)新鮮過磷酸鈣的產(chǎn)率、水分及游離五氧化二磷都將增加.硫酸制定額絲量含磷二化氧五離游圖4-2硫酸制定額與過磷酸鈣的游離五氧化二磷關(guān)系1-第一階段反響剛結(jié)束時(shí)的過磷酸鈣；2-化成室的過磷酸鈣由于游離的五氧化二磷增加了,必須用中和劑中和超過產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的游離五氧化二磷,同時(shí)增加硫酸用量勢(shì)將提升本錢.因此,實(shí)際生產(chǎn)的硫酸定額,一般僅比計(jì)算的硫酸定額稍稍高一點(diǎn).同時(shí),不同濃度過磷酸鈣生產(chǎn)所用的硫酸濃度對(duì)產(chǎn)品的工藝指標(biāo)

25、也有一定的影響的硫酸各自都有一個(gè)最適宜的溫度.磷礦粉與硫酸的混合時(shí)問以及其攪拌強(qiáng)度,也是過磷酸鈣生產(chǎn)中的重要工藝指標(biāo).混合攪拌目的是提升液相在磷礦顆粒外表的流速,強(qiáng)化離子在邊界層和溶液內(nèi)的擴(kuò)散交換,提升磷礦的分解反響速度.同時(shí),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(shí)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.至于不同型式的混合設(shè)備,具攪拌方式及混合時(shí)問各有不同.因此,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)行評(píng)價(jià)試驗(yàn),以求取最優(yōu)化的各項(xiàng)工藝條件.4

26、.3 生產(chǎn)工藝流程圖過磷酸鈣干法生產(chǎn)工藝主要工序是：硫酸與磷礦粉混合；料漿在化成室內(nèi)化成；過磷酸鈣在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)熟化；含氟廢氣中氟的回收；枯燥與造粒.下列圖為過磷酸鈣的生產(chǎn)工藝流程圖：水圖4-3生產(chǎn)工藝流程圖4.4 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)介4.4.1 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)分別根據(jù)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)止常運(yùn)轉(zhuǎn).磷礦是生產(chǎn)過磷酸鈣的主要原料.在過磷酸鈣生產(chǎn)中,生產(chǎn)工藝條件對(duì)磷礦有一定的限制指標(biāo)要求,其主要的有磷礦的P2O5含量、含水率及粒度等.因此,對(duì)磷礦必須進(jìn)行加工處理包括在礦山進(jìn)行的處理和進(jìn)入

27、磷肥廠后進(jìn)行的生產(chǎn)前處理以到達(dá)生產(chǎn)工藝的要求.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(duì)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).如有可能應(yīng)先對(duì)廢酸所含雜質(zhì)采取適當(dāng)舉措進(jìn)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)中所用硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%-72%.4.4.2 混合化成一定濃度的硫酸與磷礦粉經(jīng)過各自計(jì)量后進(jìn)入錐形混合器進(jìn)行混合,反響生成料漿,料漿隨著膠帶向前移動(dòng),并且逐漸固化,到達(dá)端部時(shí)即被切削器切碎,經(jīng)過撒揚(yáng)后送往熟化倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行熟化.混合化成過程中產(chǎn)生的含氟氣體及

28、水蒸氣經(jīng)排風(fēng)機(jī)通過鏈板化成室上方的排氣管抽送至氟吸收系統(tǒng)處理.4.4.3 熟化中和磷礦與硫酸通過棍合、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(cāng)庫(kù)進(jìn)行第二階段反響,即熟化.熟化過程的操作方法以及熟化需要的時(shí)問,均與磷礦的組成及其特性,混合化成的工藝條件密切相關(guān).現(xiàn)將熟化與中和兩個(gè)工序分述如下：4.4.3.1 熟化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)行反響.第二階段反響通常需持續(xù)530天.時(shí)間長(zhǎng)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

29、原料時(shí).一般較以磷灰石為原料所需的熟化時(shí)問短些；對(duì)于同一磷礦,提升礦粉的細(xì)度或增加硫酸用量.都能在一定程度上縮短熟化期.前者將降低磨機(jī)的出力和增加電耗,后者會(huì)相應(yīng)提升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35C-45C.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(cāng)庫(kù)大堆存放,即令熟化30天,堆中央的溫度仍可能有60C-70C,而轉(zhuǎn)化率難以迅速提升.冉者,當(dāng)磷礦含鐵、鋁等雜質(zhì)較高時(shí),所生產(chǎn)的新鮮過磷酸鈣在熟化過

30、程中因游離酸濃度逐漸降低,液和中鐵、鋁及核稀土元素磷酸鹽的溶解度也隨之下降,而成為溶解度小的中性磷酸鹽析出,導(dǎo)致水溶性五氧化二磷下降.為了預(yù)防有效五氧化二磷的減少,首先應(yīng)該在混合反響時(shí)提升硫酸的用量理論量的110-115%,以加快磷礦在第一階段的反響速度,磷礦中的鐵鋁雜質(zhì)分解的速度較慢,提升硫酸量就可以加快氟磷酸鈣的分解速度,減輕鐵鋁雜質(zhì)對(duì)過磷酸鈣產(chǎn)品的影響；其次,新鮮過磷酸鈣在離開化成室時(shí),經(jīng)過切削和撒揚(yáng)后轉(zhuǎn)送至熟化倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行熟化,并在熟化過程中定期翻堆,有助于新鮮過磷酸鈣中的水分蒸發(fā),溫度有所下降,液相中的P2O5濃度隨之提升,有利于第二階段反響進(jìn)行.4.4.3.2 中和由于硫酸實(shí)際用量到達(dá)

31、理論量的110%-115%,熟化過磷酸鈣的游離酸含量較高,導(dǎo)致過磷酸鈣具有吸濕性和腐蝕性,具有吸濕性的產(chǎn)品,由于吸收空氣中的水分而影響產(chǎn)品的物理性質(zhì),且在施用時(shí)易沾污播撒設(shè)備,粘附于施肥機(jī)械的料斗壁上,導(dǎo)致難以均勻施肥.過磷酸鈣假設(shè)含有較多的游離酸,不僅會(huì)腐蝕其包裝材料與施肥機(jī)械.而且施用這種高游離酸含量的產(chǎn)品將導(dǎo)致種子的發(fā)芽率降低.為此,出廠的過磷酸鈣必須嚴(yán)格限制其游離酸含量不得超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,可采用石灰石粉、石灰、白云石粉、氨、碳酸氫錢、過磷酸鈣氨、氨的溶液、碳酸氫錢等作為過磷酸鈣中和劑,本設(shè)計(jì)采用碳酸鈣作為中和劑.4.4.4 含氟氣體的吸收處理在過磷酸鈣的混合、化成過程中,磷礦含氟總

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過磷酸鈣的液相中,另一局部那么以氟硅酸鹽及氟氫酸鹽的形式留存在過磷酸鈣中.隨同SiF4一起逸出的有水蒸氣和二氧化碳,還含有少量酸霧及硅膠.在用干法生產(chǎn)時(shí),氣體中常會(huì)有少量磷礦粉塵,假設(shè)所用的原料硫酸是其他工業(yè)生產(chǎn)的廢硫酸,且其中含有低沸點(diǎn)的有機(jī)物時(shí),那么低沸點(diǎn)的有機(jī)物也將隨含氟廢氣一并逸出0過磷酸鈣廠通常都是用吸收室、吸收塔混合吸收處理,一般都是用排風(fēng)機(jī)將混合化成后產(chǎn)生的含氟廢氣依次吸入吸收室、除沫器、吸收塔,最后經(jīng)排氣放空；吸收室中吸收四氟化硅后的水溶液,經(jīng)過一定時(shí)間后,氟硅酸濃度增高,到達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)后放入貯酸池,氟硅酸泵將

33、其送往其他工段,吸收室沉淀的硅膠用水沖洗出來后進(jìn)行收集,吸收塔采用大量清水洗滌氣體,洗后水中氟硅酸濃度極低,可將其排入下水管.廢水排放標(biāo)準(zhǔn)為含氟不能超過1.5mg/L.4.4.5 造粒與枯燥經(jīng)熟化后的過磷酸鈣通常為粉狀,不易施用,需要對(duì)其進(jìn)行造粒處理,過磷酸鈣常用的造粒方法是回轉(zhuǎn)圓筒造粒法,即將粉狀過磷酸鈣通過皮帶輸送機(jī)輸送至皮帶加料器可以參加微量元素,后加水造粒時(shí)間減少進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)造粒、回轉(zhuǎn)枯燥機(jī)枯燥,然后排出廢氣后,通過斗式提升機(jī)進(jìn)入回轉(zhuǎn)冷卻機(jī)冷卻后粉碎即可.4.5 工藝條件4.5.1 磷礦的選擇磷礦的五氧化二磷百分含量是評(píng)價(jià)其質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn).假設(shè)五氧化二磷含量過低,一方面產(chǎn)品中的有效磷含量

34、較低,另一方面分解磷礦所需的硫酸增加.不過實(shí)際中磷礦的選擇還需考慮運(yùn)輸本錢、磷礦儲(chǔ)量等因素,因此浮動(dòng)較大.本次設(shè)計(jì)選用五氧化二磷含量32.3%的高品位磷礦.三氧化二鐵和三氧化二鋁也是磷酸中常見的組分,含量過高會(huì)導(dǎo)致生成枸溶性的鐵、鋁磷酸鹽,影響植物的吸收.一般認(rèn)為其與五氧化二磷的比值低于8%為佳.磷礦中的二氧化碳多以碳酸鹽的形式存在,含量應(yīng)低于4.5%o4.5.2 磷礦粉細(xì)度與水分磷礦粉顆粒越細(xì)那么其外表積越大,反響速率越大,反響進(jìn)行的更完全.顆粒越細(xì)粉碎時(shí)的動(dòng)力消耗越大,本錢越大,因此綜合考慮磷礦的反響活性、易磨性、等因素,工業(yè)上采用磷礦粉細(xì)度為90%以上通過100目.含水量限制不大于1%.

35、4.5.3 硫酸物性硫酸的濃度會(huì)影響過磷酸鈣的含水率、單位磷礦的產(chǎn)率、磷礦的分解率,用較高濃度的磷酸生產(chǎn)時(shí)能使反響迅速進(jìn)行,但濃度過高,會(huì)產(chǎn)生包裹、鈍化現(xiàn)象,生產(chǎn)上采用的硫酸分?jǐn)?shù)為68%-72%.提升硫酸的溫度會(huì)加快磷礦的分解,但溫度過高同樣會(huì)包裹、鈍化,一般溫度為55-65攝氏度.4.5.4 混合攪拌條件在硫酸與磷礦粉的混合反響時(shí),必須有足夠的攪拌強(qiáng)度與混合時(shí)間,一方面要使物料充分混合均勻,另一方面打破沉積在磷礦粉外表的硫酸鈣薄膜,促使反響快速進(jìn)行.攪拌強(qiáng)度與采用的混合器型式有關(guān),型式不同,攪拌強(qiáng)度也不一樣,一般在混合器進(jìn)料端攪拌強(qiáng)度最大,出料端逐漸減少,例如常用的立式混合器進(jìn)料端第一個(gè)槳葉

36、的線速度為7-10米/秒,出料端線速度為5米/秒.混合時(shí)間即物料在混合器內(nèi)的停留時(shí)間,一般來說,對(duì)難分解的礦種或細(xì)度低的礦粉混合時(shí)間長(zhǎng)些,才能保證分解反響充分進(jìn)行.不過實(shí)際上,混合時(shí)間還受硫酸濃度與采用混合器種類有關(guān).立式混合器的混合時(shí)間為2-10min,本次設(shè)計(jì)所采用的錐式混合器混合時(shí)間僅為1-3s.4.5.5 化成條件化成時(shí)間即混合料漿進(jìn)入化成室,變成普鈣鮮肥卸除時(shí)的停留時(shí)間,化成時(shí)間太短,料漿難以固化,化成時(shí)間太長(zhǎng),產(chǎn)量降低.一般采用皮帶化成室的化成時(shí)間為25-30分鐘.化成溫度一般維持在100-120攝氏度問.為了促使水分迅速蒸發(fā)與含氟氣體的逸出使料漿能正常的固化,還必須將化成室關(guān)閉,

37、并維持15-25毫米水柱負(fù)壓.4.5.6 熟化中和條件熟化過程中最重要的是預(yù)防有效磷的退化,熟化條件與磷礦中鐵、鋁氧化物按量息息相關(guān),含量較低的磷礦熟化時(shí)間限制在1-2星期,較高的需限制在2-4星期.中和所用的試劑為石灰石,含水量1%碳酸電?含量95%4.5.7 造粒枯燥條件造粒時(shí)物料含水量不大于5%,含水率應(yīng)在12%-17%,物料在造粒機(jī)中停留時(shí)間為7-12min.5 .工藝計(jì)算5.1 物料衡算5.1.1 根底數(shù)據(jù)1 .磷礦粉組成：表5.1.1磷礦粉的組成組成P2O5CaOMgOCO2FFe2O3AI2O3酸不容物質(zhì)量32.344.210.411.162.951.491.1614.86(%)

38、2 .使用的硫酸濃度為68%3 .磷礦粉的*$化率為95%4 .年生產(chǎn)水平20萬噸/年,日生產(chǎn)水平600噸一年生產(chǎn)333天,每天生產(chǎn)24小時(shí)5 .成品有效五氧化二磷16%6 .磷礦含水率1%7 .造粒時(shí)含水量18%8 .粒狀過磷酸鈣含水量3%9 .枯燥過程中質(zhì)量損失0.6%10 .篩分、破碎中質(zhì)量損失0.3%5.1.2 磷礦的組成以1000kg磷礦為基準(zhǔn),磷礦中各組分的物質(zhì)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計(jì)：14.86%1000M000=2476.6667mol由于磷礦中P2O5全部來自60Ca5F(PO4)3,1molCa5F(PO4)3內(nèi)含有1.5molP2O5,那么磷礦中nCa5F(PO4)3=次"479=1516.4319mol那么磷礦中nCaF2=1552.63161516.43192mol/h=36.199

40、7mol1.5磷礦中含氟1552.6316mol,其中1516.4319mol來自Ca5F(PO4)3,其余的來自CaF2,5X1516.4319=磷礦中含氧化鈣7894.6429mol,其中來自Ca5FPO43的量為7582.1595mol,其余來自CaCO3,那么磷礦中ncaco3=7894.6429-(7582.1595436.1997)=276.2837mol,磷礦中含有102.5000mol/hMgO,貝UnMgco3=102.5000mol.由以上計(jì)算,可以得出：表5.1.2磷礦的組分量組分Ca5F(PO4)3CaCO3CaF2MgCO3Fe2O3Al2O3SiO2mol1516.

41、4319276.283736.1997102.500093.1250113.72552476.66675.1.3 混合熟化第一階段反響根據(jù)方程式計(jì)算：2Ca5F(PO4)3+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2PO4)2H2O+7CaSO4+2HF98X7一=1.61?就酸)/?聿氧化二磷)142X3實(shí)際上硫酸消耗量取理論用量的105%,即實(shí)際用量為：32.3%x1000X1.61x110%=520.03kg根據(jù)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根據(jù)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根據(jù)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根據(jù)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第一階段匯總：硫酸總消耗量：546.0315+27.0758+10.0450+3.5476=586.6999kgCaSO4生成總量：37.5746+4.9232=42.4978kgH2O生成總量：4.9731+1.8450=6.8181kgCO2生成總量：12.1565+4.5100=16.6665kgHF生成總量：22.2870+1.4480=23.7350kg混合熟化第一階段表格：表5.1.3混合熟化第一階段物料平衡表質(zhì)量kg百分比

45、出料質(zhì)量kgCa5F(PO4)3561.632445.38H3PO4327.618926.47H2SO4586.699947.41半水硫酸鈣809.383365.40CaCO327.62842.23CaSO442.49783.43MgCO38.610.7MgSO412.30000.99CaF282360.23HF23.73501.92H2O50.14584.05CO216.66651.24H2O6.81810.55合計(jì)1237.54011001237.54011005.1.4混合熟化第二階段反響由于2molCa5F(PO4)3可以折算成3molP2O5,那么1000kg磷礦含Ca5F(PO4)

46、3：250432.30%X1000X=764.2817kg3142由轉(zhuǎn)化率為95%可得未被分解的Ca5F(PO4)3的量為：764.2817X(195%)=38.2141kg,被H3PO4分解的Ca5F(PO4)3的量為：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的重為：=199.3146kg3504一一.152521464352生成Ca(H2PO4)2H2O的量為：一56.-35-=3

47、66.0880kg3504203146.4352生成HF:=5.8109kg3504、,目1518146.4352洎耗水量：=29.8925kg3504游離酸H3PO4的量：327.6189-199.314異128.3043kg由式：1_2CaSO4H2O=2CaSO4+H2O2.一1809.3833kgCaSO4H2O脫水后2809.38332136生成CaSO4的重：=759.1457kg2145tqt809.383318,生成水：=50.2376kg2145AI2O3和H2SO4與Ca(H2PO4)2反響: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與Ca(H2PO4)2反響: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為：48.4031X52=48.4031kg234生成水：48.4031=3.7233kg第二階段反

50、響中：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混合熟化第二階段表格：表5.1.4混合熟化第二階段反響物料平衡質(zhì)量kg百分比出料質(zhì)量kg百分比Ca5F(PO4)3146.435211.89Ca(H2PO4)2H2O317.684925.79H3PO4199.314616.18CaSO4787.267463.92半水硫酸鈣8

51、09.383365.71HF5.81090.47Al2O311.60000.94FePO28.12382.28H2SO420.27131.65AlPO427.74902.25Fe2O314.90001.21H2O65.13095.29H2O29.89252.43合計(jì)1231.7969100合計(jì)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磷礦含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熟化過程中P2O5平衡表表5.1.5.1五氧化二磷物料平衡進(jìn)料質(zhì)量kg百分比出料質(zhì)量kg百分比磷礦粉323100Ca(H2PO4)2H2O178.900252.16游離酸92.955228.78FePO413.22384.09AlPO416.14905.00未分

53、解的10.76673.33Ca5F(PO4)3合計(jì)3231003231002.氟平衡第一、第二階段F平衡計(jì)算如下：1808.8917第一階段逸出HF含F(xiàn)量：23.7350嚕=22.5483kg第二階段逸出HF含F(xiàn)量：5.8109喘=5.5204kg未分解的Ca(H2PO4)含F(xiàn)量：38.2141號(hào)=36.3034kg經(jīng)嘗試法取與HF反響的SiO2量為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隨氣體逸出的SiF4:28.6-19.6193=8.9807kg.4198.9807kgSiF4含F(xiàn):8.9807x=6.5628kg取氟的逸出率為40%那么逸出的氟的量為：2.95%X1000>40%=11.8kg氣體中出來8.4623kgF來自SiF4外另外一局部來自H2SiF6：11.86.