1、第四章 二水物濕法磷酸工藝計(jì)算1 工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1) 原料表4.1 磷礦成分組成表（干基）組分P2O5CaOFe2O3Al2O3SiO2MgONa2OK2OFCO2其他%30.5648.860.660.5711.320.760.320.183.22.910.75(2) 硫酸：選濃度為98%的H2SO4。2 反應(yīng)部分工藝數(shù)據(jù)(1) 磷礦漿的含水率取36%(濕基)。(2) 磷礦漿中P2O5的萃取率96.5%。(3) 磷礦中次要組分在反應(yīng)過程中的分配如下： 表4.2磷礦中次要組分在反應(yīng)過程中的分配表組分CO2FFe2O3Al2O3MgONa2OSiO2K2O其他率酸%70918298201013

2、68石膏%13918280878732氣相%1001700003003.過濾部分工藝數(shù)據(jù)(1) 成品磷酸主要組成： P2O5 25%。(2) 過濾時對成品磷酸的稀釋率取0.5%。(3) P2O5的回收率取96.0%。(4) 率餅的含液量(濕基) 1.第一次過濾50% 2.第二次過濾40%3.第三次過濾35% 4.第四次過濾29%(5) 第二次過濾后水溶性P2O5殘留率R1=0.3(6) 第三次洗滌后水溶性P2O5殘留率R2=0.15(7) 第四次過濾后水溶液中P2O5濃度為1.13%4 計(jì)算過程及結(jié)果以1000Kg磷礦(干基)為準(zhǔn):1）磷礦用量：1000kg(干基)磷礦漿量:kg已知成品磷酸為

3、80萬t/a，折成小時磷礦消耗量為：干基量 礦漿量 2）硫酸用量(1) 假定磷礦中的MgO全部以MgCO3形式存在,多余的CO2則以CaCO3形式存在，礦中的F及P2O5分別以Ca5F(PO4)3及CaF2形式存在。MgCO3與H2SO4反應(yīng)生成MgSO4，而MgSO4在磷酸溶液中呈離子狀態(tài)，故計(jì)算成品磷酸中游離硫酸時將MgSO4計(jì)入，而計(jì)算硫酸消耗時不再列入。假定成品磷酸中不含Ca2+。（2）計(jì)算1000Kg磷酸礦中各種Ca的量。Ca5F(PO4)3的量：100010330.56%=1434.742mol的量：（）0.5=124.735 mol的量： mol的量：=472.825 mol(3

4、) 各種鈣鹽消耗硫酸量：Ca5F(PO4)3的消耗量=678.418kg的消耗量： kg消耗量： kg(4)成品酸中的游離硫量 kg (5)消耗硫酸總計(jì) kg折算成98%的2SO4為 ： kg折算成SO3的量為： kg3）成品磷酸組成：(1)成品磷酸中個組分量P2O5= kgSO3= kgFe2O3= kgAl2O3 = kgSiO2= kgK2O= kgNa2O= kgMgO= kgF= kg其他= kg（2）總磷酸量： kg（3）成品磷酸中水的計(jì)算在磷酸中的水可以分為自由水和結(jié)合水兩種，結(jié)合水的計(jì)算采用陰陽離子平衡方法。非金屬和其他氧化物： SO3 SiF4 F等。金屬及其他氧化物：Fe2

5、O3 Al2O3 MgO Na2O K2O等。判斷F與Si是否平衡，首先判斷磷酸中F與Si是否平衡，如果是Si過量，則酸中F以SiF62-的形式存在，多余的Si以SiO2的形式存在，如果是F過量，則酸中Si全部以 SiF62-的形式存在，多余的F以F-形式存在。=0.1667 說明F過量。陰離子組 物質(zhì)的量：P2O5 =kmolSO3= kmolSiO2= kmolF= kmol小計(jì)：13.561 kmol陽離子組物質(zhì)的量：Fe2O3= kmolAl2O3= kmolMgO= kmol Na2O、K2O及其他物質(zhì)的量均用Na2O的值代替 kmol小計(jì)：1.067 kmol結(jié)合水量：kg由于在計(jì)

6、算干物質(zhì)時以氧原子代替SiF62-、F-等形式等量的氧為：SiO2SiF6OkgFO kg小計(jì) ：3.405 kg總干物質(zhì)的量：294.904+26.948+6.006+4.674+11.32+0.64+0.234+7.448+22.4+5.1+112.446-3.405=488.715 kg自由水量：1179.6-488.715=690.885 kg（4）成品磷酸組成：表4.3成品磷酸組成表組分P2O5SO3Fe2O3Al2O3SiO2FMgONa2OK2O其他結(jié)合水自由水%252.2840.5090.3960.9601.8990.6310.5420.0190.4259.53258.569以

7、上合計(jì) 100.766 調(diào)整-0.766，總計(jì)1004 磷石膏組成（1）磷石膏的組成量（kg）CaO=P2O5=SO3=Fe2O3=Al2O3=SiO2=Na2O=MgO=K2O=F=其他=結(jié)晶水（2）干物質(zhì)中扣除與F相當(dāng)?shù)难醯奈镔|(zhì)的量為：FO kg（3）干物質(zhì)總兩量為：488.6+10.696+601.615+0.594+1.026+98.484+0.152+1.84+1.566+4.16+2.4+270.767-1.751=1480.149 kg（4）磷石膏的組成 表4.5磷石膏的組成表組成CaOSO3Fe2O3Al2O3SiO2MgONa2OK2OFP2O5其他結(jié)晶水%30.0140.6

8、40.040.086.650.010.120.110.280.720.1618.29以上合計(jì)100.1，調(diào)整-0.1，總計(jì)1005 反應(yīng)料漿量反應(yīng)后磷酸料漿中固體含量即干物質(zhì)總量為1480.149 kg已知料漿含固量為33%所以料漿量： kg6.反應(yīng)過程中排出氣體的量，排出氣體含CO2、HF、SiF4和H2O。各組分的量分別為： CO2： kgSiF4： kgHF： kg反應(yīng)槽排出的水與閃蒸冷卻蒸發(fā)水的計(jì)算，假定其總和為S=164.35 kg7.回磷酸量及其組成：(1) 對反應(yīng)槽進(jìn)行物料衡算，則有回磷酸量+磷礦漿量+硫酸量=磷酸料漿量+反應(yīng)過程中排出的氣體量+閃蒸冷卻水量+反應(yīng)槽蒸發(fā)水量回磷酸

9、=4485.3+(29.1+5.877+1.206)-1562.5-785.704+S=2173.279+170.34=2343.619 kg(2) 對反應(yīng)槽進(jìn)行P2O5平衡(3) 假定回磷酸是由成品磷酸稀釋而成，故回磷酸組成（%）如下：表4.6 回磷酸組成表組分P2O5SO3Fe2O3Al2O3SiO2FMgONa2OK2O其他結(jié)合水自由水%252.2840.5090.3960.9601.8990.6310.5420.0190.4259.53258.56920.1151.8380.4100.3190.7721.5280.5080.4360.0150.3427.66966.0488 熱平衡計(jì)算

10、數(shù)據(jù)(1) 物料溫度：磷礦漿 40 磷酸料漿溫度 78回磷酸 6298% H2SO4 40磷酸料漿閃蒸冷卻溫差2.7萃取槽尾氣 65(2) 大氣參數(shù)：環(huán)境溫度 15 相對濕度 78% 大氣壓 91.9KPa (3) 比熱容干磷礦粉比熱容：0.92 KJ/(kg·)礦漿比熱容：98%硫酸比熱容：磷酸料漿比熱容：回磷酸比熱容：(4) 生成熱 （25 KJ/mol）Ca5F(PO4)3(s) -6813.8 Fe2O3(s) -824.80H2O(l) -286.03FePO4(s) -1297.0CaSO4.2H2O(s) -2022.47Al2O3(s) -1676.80MgCO3(s

11、) -1113.68 AlPO4(s)-1735.0 MgSO4(s) -1278.88 CaCO3(s) -1207.68 HF(g) -271.30 CO2(g)393.77 CaF2(s) -1215.40 SiF4(g) -1549.10 SiO2(s) -909.66 H2SiF6(g) -2332.88 H2SO4(l)(100%) -909.8759 顯熱熱量平衡計(jì)算的溫度基準(zhǔn)25，單位KJ(1) 磷礦漿 (2) 98%硫酸 (3) 回磷酸 (4) 攪拌產(chǎn)生熱量：攪拌槳裝機(jī)功率850kW10 熱損失計(jì)算反應(yīng)槽和過濾熱量損失為5%11硫酸的稀釋熱假如在反應(yīng)過程中加入反應(yīng)器的濃硫酸先

12、稀釋到料漿液相的硫酸根濃度，然后再與磷礦反應(yīng)。（1）稀釋熱計(jì)算公式：試中Q稀釋熱 n1稀釋前水與硫酸的摩爾比 n2稀釋后水與硫酸的摩爾比已知成品磷酸中SO42-為2.9%，過濾操作時磷酸中P2O5濃度被稀釋到0.5%，故磷酸料漿液相中的SO42-濃度為： 已知成品磷酸中含自由水58.569%，磷酸料漿液相中含自由水為： (4) (5) 2.958% H2SO4的生產(chǎn)熱Q生生成熱，；n100.437則 Q生=1548.830(6) 98%H2SO4稀釋到2.958% H2SO4的稀釋熱 Q=69.099=705.092 （100% H2SO4） 12 磷酸生成熱(1) 將料漿中P2O5濃度折成H

13、3 (PO4)3濃度(2) H3 (PO4)3 在自由水中的濃度自由水：54.568%在自由水中的濃度：(3) 查表得38.739%的H3 (PO4)3生成熱為：1290.1213.反應(yīng)熱(1) 磷礦中各組分在與硫酸進(jìn)行反應(yīng)時，發(fā)生如下反應(yīng)，各組分反應(yīng)熱見下面各式： Ca5F(PO4)3 5H2SO42H2O = 5CaSO42H2O3H3PO4HFQ1 Q1 = 140.6 KJ / mol CaF2H2SO42H2O = CaSO42H2O2HF Q2 Q2 = -110.24 KJ / mol HF1/6 SiO2 = 1/6 H2SiF61/3 H2OQ3 Q3 = 61.25 KJ

14、/ mol Fe2O32H3PO4 = 2FePO43H2OQ4 Q4 = 47.07 KJ / mol Al2O32H3PO4 = 2AlPO43H2OQ5 Q5 = 71.09 KJ / mol CaCO3 H2SO4 H2O = CaSO4.2H2O CO2Q6 Q6 = 34.68 KJ / mol MgCO3H2SO4 = MgSO4CO2 H2OQ7 Q7 = -42.92 KJ / mol SiO24HF = SiF42H2OQ8 Q8 = 126.30 KJ / mol（2）1000kg磷礦中各組分的物質(zhì)的量、Ca5F(PO4)3 ：=1434.742 mol、CaF2 ： =

15、124.734 mol、MgCO3 ： =188.539 mol、CaCO3 ： =472.825 mol、Fe2O3 ：=41.327 mol、Al2O3 ： =55.882 mol、SiF4 計(jì)算已知1000kg磷礦在反應(yīng)產(chǎn)生氣體5.877kg5.877×103 × =56.510 mol；、H2SiF6 由于磷酸中 HF過量，故以SiO2 的量計(jì)算H2SiF6 的量為：；(10) 反應(yīng)熱：14 反應(yīng)熱+稀釋熱15 熱平衡 （單位：KJ/1000kg礦）(1) 輸入熱量磷礦漿顯熱：491010.563 硫酸顯熱： 16932.080 回磷酸顯熱：277345.206 攪

16、拌產(chǎn)生熱：30298.530 反應(yīng)熱+稀釋熱：756725.574總和：130402.953(2) 輸出熱量 料漿帶出顯熱：2.940 ×4485.3×(78-25)=698899.446 熱損失：18683.869 則總和為：717583.315(3)需冷卻系統(tǒng)及反應(yīng)槽尾氣移走的熱量為：130402.953-717583.315=412819.638KJ16 料漿真空冷卻蒸發(fā)水量 3200m3/h料漿經(jīng)真空冷卻系統(tǒng)溫度降低2.7，移走熱量為： 78時水的蒸發(fā)潛熱為2313.317料漿真空冷卻系統(tǒng)蒸發(fā)的水量為：17 (1)反應(yīng)槽尾氣帶走的熱量為：412819.638-382

17、300.431=30519.208KJ(2) 反應(yīng)槽尾氣有兩部分組成：空氣+水蒸氣；+ HF +SiF4其中：；。(3)CO2、 HF 、SiF4、帶走的熱量為：(0.921×29.1+1.423×1.206+0.753×5.877) ×(65-25)=12958.704KJ(4) 由空氣和水蒸氣帶走的熱量為30519.208-12957.704=17561.504KJ(5) 空氣帶走熱量，進(jìn)反應(yīng)槽空氣狀態(tài)參數(shù)環(huán)境溫度：15 相對濕度：78% 大氣壓力：91.9KPa此時空氣飽和蒸汽壓力為：水蒸氣量為：空氣焓值為：出反應(yīng)槽空氣狀態(tài)參數(shù)：溫度 65 相對濕

18、度：75% 大氣壓：91.9KPa此時空氣飽和蒸汽壓力為：水蒸氣量為：空氣焓值為：(6) 進(jìn)反應(yīng)槽干空氣量為：(7) 由空氣帶走的水分量為：18 計(jì)算出真空蒸發(fā)和反應(yīng)槽尾氣蒸發(fā)的水量165.261+5.078=170.339kg該值與原假定值170.34很接近，故計(jì)算通過 19 第一次過濾（1）過濾機(jī)給料量：4485.3kg（2）過濾機(jī)給料量中的固相量：1480.149kg（3）從料漿中分離出的液相量：(4485.31480.149)1480.149×=1525.002kg（4）濾布帶入水量1525.002×(0.5%25%)×1525.002=30.500kg（

19、5）第一次過濾后濾餅含液量：1480.149×=1480.149kg（6）第一次過濾濾液總量1525.002+30.5=1555.502kg其中成品磷酸量為：1179.616kg并入回磷酸的量為：1555.502-1179.616=375.886kg（7）濾餅中液相P2O5濃度為25%，濾餅中可溶性P2O5量為：1480.149×（25%+0.5%）=377.438kg20 第二次過濾（1）由第一次過濾來的固相量：1480.149kg由第一次過濾來濾餅中的液體量：1480.149kg去第三次過濾的固體量：1480.149kg去第三次過濾的液體量：1480.149×

20、×40%=986.768 kg第二次過濾的濾液量：2343.619-375.886=1967.733 kg(2) 對第二次過濾作物料平衡得到一洗濾液量1480.149+986.768 +1967.733-1480.149-1480.149=1474.352kg(3) 對第二次過濾作P2O5平衡：已知回磷酸濃度為20.115%，則第二次過濾濾液中P2O5濃度為：第一次過率后濾餅液相中含可溶性 P2O5量為377.438 kg第二次過濾帶出濾液的P2O5量：=377.447 kg設(shè)第二次過濾時濾餅中帶出的可溶性P2O5量為y，第一次帶入的P2O5量為x 因?yàn)橐灾椎V的分解率以的P2O5回

21、收率，則在磷石膏排渣中可溶性P2O5量為： kg 又R1=0.3 R2=0.15可計(jì)算到第二次過濾后濾餅中含有可溶性P2O5量為: 因此得 x=33.964 kg一洗液的P2O5濃度為：去第三次過濾的操作的濾餅中可溶性P2O5濃度為：21 第三次過濾（1）由第二次過濾來的固相量：1480.149kg由第二次過濾來濾餅中的液體量：986.768kg第三次過濾濾液量（一洗液）：1474.352kg去第四次過濾的固體量：1480.149kg 去第四次過濾的液體量：kg（2）二洗液量1474.352+1480.149+797.003-1480.149-986.768=1284.587kg（3）對第三次

22、過濾作P2O5平衡 由第二次過濾帶入可溶性P2O5量為：33.955kg由第二次洗液帶入P2O5量x kg第三次過濾濾液帶出P2O5：33.964kg第三次過濾餅中帶出可溶性P2O5為y則：又 故得：y=10.186 x=10.195 因此二洗液的P2O5濃度為：去第四次過濾的濾餅中可溶性P2O5濃度為：22 第四次過濾（1）由第三次過濾來的固相量：1480.149kg由第三次過濾來濾餅中的液體量：797.003kg加入的洗滌水量x去排渣系統(tǒng)的固相量：1480.149kg去排渣系統(tǒng)的液相量：kg第四次過濾的濾液量（二洗液）：1284.587 kg因此，洗滌水量：x=1480.149+604.5

23、68+1284.587-1480.149-797.003=1092.152kg 排渣時磷石膏中可溶性P2O5量為1.528kg，折算成液相P2O5濃度為： 即排出的磷石膏濾餅中液相含可溶性P2O5的濃度為：0.253%表4.6濕法磷酸系統(tǒng)熱量衡算表輸入輸出項(xiàng)目名稱熱量KJ/t礦項(xiàng)目名稱熱量KJ/t礦磷礦漿帶入49101.563反應(yīng)槽料漿帶出698899.446硫酸帶入16932.08熱損失18683.869回磷酸帶入277345.206冷卻空氣帶出17561.504反應(yīng)熱+稀釋熱756725.574CO2、SiF4及HF氣體帶出12957.704攪拌產(chǎn)生熱30298.530二水分蒸發(fā)382300.431合計(jì)1130402.953合計(jì)1130402.953圖 4.1二水物磷酸反應(yīng)和過濾部分物料平衡圖（以1000kg干基磷礦為基準(zhǔn)）磷礦漿157.805（含水36%）硫酸785.704（98%）回磷酸 2343.61920.115%濾布帶入水 30.5并入回磷酸375.886（25%）濾液 1967.773（19.182%）濾液 1474.352（2.304%）反應(yīng)料漿 4