年产138000吨P2O5湿法磷酸工艺设计(张田田)

中国石油大学（北京）成人教育毕业设计（论文）年产138000吨湿法磷酸工艺设计姓名：张田田学号：性别：女专业:化学工程与工艺电子邮箱：@qq.com联系方式：13913929564函授站：指导教师：2013年12月20日产138000吨湿法磷酸工艺设计摘要本设计主要介绍了采用硫酸分解磷矿（湿法磷酸）制取磷酸。设计的主要内容有设计总论、工艺设计和非工艺设计三部分。总论部分详细介绍了产品的规格、原料选取、全厂生产路线的选择以及磷酸在国民生产中的重要性。工艺部分主要是分析湿法磷酸生产的基本原理、结晶过程、生产方法选择、工艺条件的确定、设备的选择、物料衡算、热量衡算和设备计算。非工艺部分主要介绍了地面水污染、大气污染和废气污染的处理情况。根据设计画出了湿法硫酸车间的生产工艺流程图。关键词：湿法磷酸，工艺设计，工艺计算。目录第一章引言……………………………………………………………………………11.1设计任务的依据及产品概况…………………………………………………………11.2原材料供给和贮存……………………………………………………………………11.3三废治理………………………………………………………………………11.4产品方案和技术指标…………………………………………………………………2第二章工艺设计………………………………………………………………………32.1生产工艺概述……………………………………………………………………………32.2生产方法和工艺流程的选择与评述…………………………………………………32.3工艺过程的物料和热料衡算…………………………………………………………62.4主要的设备选型计算…………………………………………………………………122.5附属设备的选型与计算………………………………………………………………14第三章自动控制方法………………………………………………………………153.1控制水平和范围………………………………………………………………………153.2仪表选型………………………………………………………………………………153.3复杂控制系统…………………………………………………………………………15第四章给、排水要求……………………………………………………………154.1概况……………………………………………………………………………………154.2设计范围………………………………………………………………………………154.3给水……………………………………………………………………………………154.4循环水…………………………………………………………………………………154.5排水……………………………………………………………………………………15第五章环境保护要求………………………………………………………………165.1废气治理………………………………………………………………………………165.2废水治理………………………………………………………………………………165.3废渣治理………………………………………………………………………………16第六章总结……………………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………………19中国石油大学（北京）成人教育毕业设计（论文）1第一章引言1.1设计任务依据及产品概况本设计是根据北京石油大学南京函授站下达的毕业设计任务书，即年产138000tP2O5湿法磷酸生产工艺设计，开展了湿法磷酸车间装置的设计。纯净的湿法磷酸是无色的，但由于一般都含有一些杂质，因而湿法磷酸一般呈灰色，视杂质含量的多少其灰色或深或浅。湿法磷酸主要用于生产重过磷酸钙和磷酸铵类肥料，还可以用来生产各种工业磷酸盐及磷饲料[1]。1.2原材料的供应与产品贮存、运输条件原材料：(1)磷矿中国磷矿资源比较丰富。全国26个省(区)有磷矿产出。探明储量的矿区有412处，总保有储量矿石152亿吨，居世界第2位。从分布看，以湖北、云南为多，分别占22%和21%；贵州、湖南次之。以上4省合计占全国储量的71%。我国重要磷矿床有云南昆阳磷矿、贵州开阳磷矿、湖北王集磷矿、湖南浏阳磷矿、四川金河磷矿、江苏锦屏磷矿等。磷矿矿床类型以沉积磷块岩型为主，储量约占80%；多为磷灰石矿床、沉积变质型磷矿床次之；鸟粪型磷矿探明储量极少。我国磷矿的成矿时代主要为震旦纪和早寒武世，前震旦纪、古生代也有磷矿产出。“海州式”磷矿。分布于海州至大浦一带，主要工业矿体集中在锦屏、陶湾、新浦、大浦、顾庄等地，王寨、小李庄、穆跳、新浦南部也有矿点。海州式磷矿矿体形态呈层状、似层状、透镜状，产于大理岩、云母片岩中，与围岩呈过渡关系，规模大者断续长2000m多，一般长200～800m。矿体延深550m多，平均厚度23m。矿石品位较高，含P2O5一般在13.22～24.18%，最高达29.82%。(2)硫酸本设计采用浓度为92.5%H2SO4。(3)成品包装袋采用规格为50kg的编织袋，外购。1.3“三废”治理(1)废气磷矿中含有F约4.58%，在磷矿萃取反应时，氟的分布因磷矿种类及所用的工艺不同而有所不同，以二水法为例，呈气态逸出的氟约占磷矿含氟量的2～12%，留在磷酸中的约为20～75%，石膏中约占磷酸含氟量的15～25%，排出的氟的形态，主要以四氟化硅(SiF4)存在，排出的气量同反应热的排出方式有关。萃取反应排出的含氟尾气，在吸收器内用水将四氟化硅(SiF4)吸收生成氟硅酸溶液，然后送污水处理站处理，经洗涤后的尾气由排气筒放空。(2)废水中国石油大学（北京）成人教育毕业设计（论文）2磷酸生产中当滤盘翻转倾倒石膏后，残存在滤盘滤布上的磷石膏需用水冲洗，以使滤布再生。冲洗后产生含有少量磷石膏的含P2O5,F的污水，将污水封闭循环使用，即将冲洗滤盘后的污水通过稀浆槽经旋流器将少量颗粒较大的磷石膏先行分离进入稠浆槽，含有细小磷石膏颗粒的浆液(沉降速度很慢)，由漩流器顶部流出流入混合槽，在此加入已配制好的絮凝液，使污水中的石膏细颗粒形成絮团状沉降，然后进入沉降槽进行第二次分离。由底部流出的稠浆也流入稠浆槽。清液(含颗粒＜200mg/Kg的液体)溢流至清液槽。该清液继续用来冲洗滤盘的滤布，循环使用。而一、二分离后所得的含P2O5、F及含石膏固相达25～35%的稠浆，用泵送至过滤机的二洗区，由于此时滤盘上已有一定厚度的滤饼，故稠浆中的石膏会覆盖在滤饼的表面，而含P2O5、F的污水进入磷酸液相系统。这一技术不但不外排含P2O5、F的污水，节省了新鲜水用量而且还使污水中的P2O5进入磷酸成品中，提高了磷酸生产P2O5总收率。当磷酸装置刚开车或生产不正常需要排出含P2O5,F的污水时，可进入废水收集池，待生产正常后，适当减少进入文丘里吸收塔的水量，而将废水收集池中的污水慢慢补充入清液池，就可做到污水不外排。(3)废渣萃取磷酸过滤机排出的磷石膏是推存还是综合利用，往往是大，中型磷酸项目建设的重大研究内容之一。因为磷石膏排放量大，常年堆存不但占用大量土地，耗用巨额资金，而且处理不好会于推存过程造成水溶性P2O5,F对环境的污染。排放磷石膏最简单的方法是把石膏用水调成稀浆(一般石膏10%)，再把石膏浆经泵送到水流量大的河流或海洋里。为加大经济收入，磷石膏堆放在厂区内，由卡车送出外卖，磷石膏可以制成熟石膏、石膏板、水泥缓凝剂及石膏砖等建筑材料。1.4产品方案和技术指标等1.4.1产品的方案及建设规模(1)产品名称：磷酸副产品：磷石膏(2)设计规模：磷酸,138000t(P2O5计)(3)产品规格：磷酸，P2O5约28%1.4.2设计指导思想(1)技术方案的选择在已学知识的基础上，力求先进，运行可靠，护理，维修方便，以期取得较好的经济效益。(2)磷酸的主要设备立足于国内自己开发，制造，运行可靠。(3)贯彻工厂布置一体化，部分装置露天化，建(构)筑物轻型化，公用工程社会化，引进技术国产化等“五化”原则，以求达到节省投资和用地之目的。1.4.3生产方法和主要技术方案本设计萃取磷酸采用二水物流程。中国石油大学（北京）成人教育毕业设计（论文）3萃取磷酸的生产，由于反应生成硫酸钙结晶中的水合物形成不同而有多种流程，其中二水物流程比较成熟，而且对磷矿的品位和类型的适应性较广，因而在国内外获得广泛的采用。本设计的萃取磷酸的生产采用传统的二水物流程。1.4.4存在问题及建设在磷石膏的长期堆积处，天然铀系列放射性元素和其他杂质严重影响了环境也阻止了石膏本身的使用。第二章工艺设计2.1生产工艺综述本设计采用锦屏精选矿及外购商品硫酸制成浓度约为28%P2O5的稀磷酸。2.2生产方法和工艺流程的选择与评述磷酸的基本生产方法有热法和湿法。热法是以黄磷为原料，使之在过量的空气中燃烧再水合而制得。其特点是产品纯度高，可得到食品级、试剂级的磷酸；缺点是成本高。而湿法磷酸是由酸性较强的无机酸分解磷矿而得。其优点是成本低；缺点是产品的浓度低，杂质含量高，提纯困难。目前世界各国大多采用湿法，并不断研究湿法磷酸的提纯技术以达到以较低的生产成本制得纯度较高的磷酸。本设计采用湿法磷酸。2.2.1湿法磷酸工艺流程[3]湿法磷酸生产中，用来分解磷矿的无机酸有硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、氟硅酸等。用这些酸与磷矿反应都生成磷酸和氟化氢，而不同的酸根则与磷矿中的钙结合生成不同的钙盐。从磷酸溶液中分离这些不同的钙盐，因其性质不同，分离的方法各异，从而生成了各种不同的湿法磷酸生产工艺过程。所以，通常用生成硫酸钙结晶的水合物来命名工艺流程。(1)二水物流程硫酸分解磷矿制湿法磷酸时，控制硫酸钙以二水物(石膏CaSO4·2H2O)形式沉淀的工艺流程称为二水物流程，反应式如下：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O＝3H3PO4+5CaSO4·2H2O+HF二水物流程的反应机理和工艺条件与半水物流程，无水物流程等截然不同，这就是湿法磷酸生产流程要以硫酸钙结晶水形式来分类的原因。二水物湿法磷酸生产工艺流程图[4]：中国石油大学（北京）成人教育毕业设计（论文）41-硫酸计量槽;2-硫酸泵;3-鼓风机;4-料浆泵;5-酸解(萃取)槽;6-盘式过滤机;7-氟吸收液循环泵;8-文丘里吸收塔;9-排风机;10-排气筒;11,12-气液分离器;13-冷凝器;14-石膏运输皮带;15a,15b,15c,15d-滤洗液中间槽;16,18-水环式真空泵;17-液封槽;19-冷却水泵;20-冷却水池;21-冷凝水池;22-冷凝水泵图2-1目前中小型化工企业中，二水物湿法磷酸生产流程占主导地位，其优点是：①二水物结晶在稀磷酸溶液中具有很好的稳定性，能形成足够大而且比较整齐的结晶有利于过滤和洗涤，相应的减少磷酸的损失；②生产中工艺条件控制幅度相对地大一些，运转时间长或开工率高，通常可达有效操作时间的85%～95%(不包括每年两周的定期清理)，每年操作时间一般为298～333天；③对设备，材料腐蚀也相对小一些；④对矿种的适应性强，生产用矿可以改变；正因为上述的原因，湿法磷酸的生产以二水物流程起步至今已有百余年的历史，经过不断改进，完善，二水物流程已发展成为一个现代化的工业流程。(2)半水物流程半水物流程的最大优点在于半水物结晶能在高的磷酸浓度及温度下以介稳定形式存在；同时，半水物结晶可以形成粗大的晶体，在浓磷酸介质中有较好的过滤性能，这就使半水物流程具备了实现工业化的必要条件。目前，大部分半水物结晶都可以控制形成粗大的聚合晶体，这类晶体过滤速度快，洗涤容易，且稳定性好。然而，作为工业化装置，半水物流程也有它的不足。首先是P2O5转化率低，影响经济效益，在一般控制条件下，转化率可降至92%～94%，其实，介稳定的半水物结晶在操作运转中，常会带来许多难以预期和克服的麻烦。(3)半水-二水再结晶流程再结晶流程中，硫酸钙结晶先以半水物析出，再转化成二水物的流程称为“半水—二水再结晶流程”，其中只一次过滤的，称为“一步法”流程。同所有的再结晶流程一样，稀酸(一步法)