某地區(qū)年產(chǎn)15萬(wàn)噸磷酸反應(yīng)及過濾工序工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u1605摘要 摘要根據(jù)青海云天化肥有限公司一期磷酸生產(chǎn)流程，采用多格方槽工藝的相關(guān)資料選定的設(shè)計(jì)課題。通過查閱磷酸手冊(cè)等相關(guān)文獻(xiàn)及資料，確定了磷酸設(shè)計(jì)的工藝流程及工藝參數(shù)，完成整個(gè)工藝流程的物料衡算及熱量衡算。根據(jù)任務(wù)書的要求，完成文丘里洗滌塔、第一洗滌塔、反應(yīng)槽和消化槽的設(shè)備計(jì)算。最后繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和設(shè)備布置圖兩張。關(guān)鍵詞：磷酸；熱量衡算；物料衡算1總論1.1磷酸的地位及作用隨著改革開放的深入進(jìn)行，磷酸在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平提高的進(jìn)程中受到與日俱增的重視。作為含磷化肥的主要生產(chǎn)所需，其和其衍生制造品在包括化工在內(nèi)的眾多領(lǐng)域的得到了廣泛的推廣使用。按生產(chǎn)方式不同，其主要由兩種生產(chǎn)加工路徑。其中，依托于電熱法提取產(chǎn)出的以黃磷為原物料的熱磷酸加工法是通過燃燒水和工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸的加工提純。所生產(chǎn)磷酸具有雜化率低的優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)能源的消耗過大。通過化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)原物料中磷酸的提純生產(chǎn)的濕法磷酸法對(duì)上述缺點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)正，但其生產(chǎn)的磷酸喪失了對(duì)高濃度的需求。且其對(duì)主要以磷礦石為基礎(chǔ)的原物料由較高質(zhì)量要求。并且，隨著開采的過度，我國(guó)現(xiàn)有的礦藏資源只能維持到二十一世紀(jì)中葉的開采。并且，現(xiàn)有上產(chǎn)條件下所依賴的高電能使用量的能源價(jià)格與與日俱增，故對(duì)新的可行的經(jīng)濟(jì)的磷酸生產(chǎn)方式的探索與更新便是十分必要的了[1]。1.2磷酸的性質(zhì)磷酸或正磷酸熔點(diǎn)：42℃沸點(diǎn)：261℃（分解，磷酸受熱逐漸脫水，因此沒有自身的沸點(diǎn)）

市售磷酸是含85%H3PO4的粘稠狀濃溶液。從濃溶液中結(jié)晶，則形成半水合物2H3PO4·H2O（熔點(diǎn)302.3K）。

2、磷酸的化學(xué)性質(zhì)

磷酸是三元中強(qiáng)酸，分三步電離揮發(fā)，不易分解，不易氧化性。具有酸的通性。

1、濃磷酸可以和氯化鈉共熱生成氯化氫氣體（與碘化鉀、溴化鈉等也有類似反應(yīng)），屬于弱酸制強(qiáng)酸。

2、磷酸根離子具有很強(qiáng)的配合能力，能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。

3、磷酸受強(qiáng)熱時(shí)脫水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結(jié)構(gòu)，多聚的偏磷酸是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

4、濃熱的磷酸能腐蝕二氧化硅，生成雜多酸。濃熱磷酸還能分解絕大部分礦物，如鉻鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等。磷酸主要用于磷酸鹽、肥料、鋁材拋光劑，鋼鐵防銹劑，磷化劑，金屬清洗劑、機(jī)機(jī)合成催化劑，在染料及中間體生產(chǎn)中用作干燥劑，乳膠凝固劑等。食品級(jí)磷酸可當(dāng)作酸性飲料的酸味劑。2磷酸生產(chǎn)2.1磷酸生產(chǎn)工藝研究現(xiàn)狀作為大量化工生產(chǎn)過程中必不可少的原理，磷酸在包括糖品生產(chǎn)、含磷化肥、食品調(diào)節(jié)劑等多種日常生活生產(chǎn)用品中的制造過程中頻頻出現(xiàn)。現(xiàn)如今，業(yè)內(nèi)的磷酸制造手段主要有如下幾種：2.1.1熱法磷酸生產(chǎn)工藝以黃磷為原料，經(jīng)氧化，水化等反應(yīng)而制取的磷酸稱為熱法磷酸。根據(jù)不同的溫度下的P2O5不同的水合反應(yīng)，可得到正磷酸(簡(jiǎn)稱為磷酸)、焦磷酸與偏磷酸等多種，但其中最重要的是正磷酸。二十世紀(jì)初，這一方法首先在英國(guó)的一個(gè)小島上被實(shí)現(xiàn)，其是英美合作公司，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度磷酸的生產(chǎn)。后來(lái)，美國(guó)在相關(guān)工藝?yán)碚摷夹g(shù)地支持下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該方法的進(jìn)一步完善。并實(shí)現(xiàn)來(lái)了大型生產(chǎn)設(shè)備的建設(shè)[2]。六十年代，在上海袁樹林教授以美國(guó)磷酸熱法生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了水冷和酸冷生產(chǎn)過程的實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)。臨近二十一世紀(jì)，隨著對(duì)環(huán)保的越發(fā)重視，由我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的不依賴于專用氧氣補(bǔ)給的針對(duì)于黃磷的熱回收技術(shù)在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了好評(píng)，并逐步被深入采用。目前，以上述工藝的主體的磷酸生產(chǎn)工藝已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)相應(yīng)生產(chǎn)領(lǐng)域的首選方法，產(chǎn)能穩(wěn)居榜首。然而，該生產(chǎn)工藝雖然可以滿足對(duì)生產(chǎn)的磷酸的高濃度要求，在得到產(chǎn)品后可直接或輕加工后應(yīng)用其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，然而其對(duì)電能的大使用量極為依賴，同時(shí)，作為原物料的磷礦石也許滿足高的質(zhì)量要求。其電耗量最高甚至達(dá)14900千瓦小時(shí)每噸，而且該方法容易造成環(huán)境的污染[3]。2.1.2窯法磷酸工藝上世紀(jì)八十年代，在以C.L.Levemore為代表業(yè)內(nèi)人士在四十年代完成對(duì)窯法磷酸的第一次專利認(rèn)證與申請(qǐng)后，進(jìn)行了對(duì)該工藝的研究應(yīng)用。這一技術(shù)可分為回轉(zhuǎn)窯法與隧道窯法兩種。其后，對(duì)應(yīng)工藝也被國(guó)內(nèi)研究人員進(jìn)行研究拓展。與熱法磷酸不同，其具有對(duì)電能的較少需求的特點(diǎn)。這一方法與我國(guó)目前的礦產(chǎn)情況相適應(yīng)，即對(duì)原物料沒有高的要求，且又可以對(duì)原料進(jìn)行反復(fù)生產(chǎn)，且制得的磷酸的質(zhì)量也基本符合生產(chǎn)需要。其的理論依據(jù)是碳元素在高溫下對(duì)磷元素的置換作用。然后磷元素在于氧元素反應(yīng)作用后溶于水中，實(shí)現(xiàn)磷酸的生產(chǎn)。隨著全球范圍內(nèi)業(yè)內(nèi)對(duì)上述工業(yè)制造方法的不斷研究與完善，目前以針對(duì)不同生產(chǎn)需求與生產(chǎn)條件推出了不同的適合的生產(chǎn)工序。極大的推動(dòng)了對(duì)磷酸的生產(chǎn)工藝的發(fā)展，提高了其的生產(chǎn)效率，降低了對(duì)環(huán)境的破壞影響。目前，我國(guó)對(duì)要發(fā)磷酸的熱情卻來(lái)越高，各地的生產(chǎn)裝置都在逐步嘗試并投入生產(chǎn)。已有多地在經(jīng)過有關(guān)機(jī)構(gòu)建成后得到生產(chǎn)許可。2.1.3濕法磷酸工藝以通過對(duì)在其他酸中對(duì)磷酸的分解提取為理論依據(jù)和實(shí)踐方法，進(jìn)過在加工以獲得產(chǎn)品的工藝，與上述加工方式相比，其的經(jīng)濟(jì)效益更加突出，且所得磷酸的質(zhì)量與其基本相同。當(dāng)下已占據(jù)磷酸總的大部分產(chǎn)能。十九世紀(jì)七十年代，在德國(guó)業(yè)內(nèi)首個(gè)H2SO4生產(chǎn)工廠建成，為濕法工藝提供了技術(shù)支持[4]。后來(lái)其又在業(yè)內(nèi)生產(chǎn)過程中得到大的完善。上世紀(jì)五十年代，相關(guān)工藝在我家實(shí)現(xiàn)并沿用至今。其根據(jù)所用酸的不同分為如下方法：硝酸法：最初是通過磷礦石和硝酸的混合作用，在通過萃取和元素置換的手段實(shí)現(xiàn)固體硝酸鈣的分離制取。后經(jīng)過發(fā)展完善形成了如今的工藝.當(dāng)下這種方法在業(yè)內(nèi)使用場(chǎng)景較多。大致流程為通過快熟降溫使得原始酸液進(jìn)入結(jié)晶的形態(tài)。后在其中通過相應(yīng)手段實(shí)現(xiàn)硝酸鈣的提取[5]。但是該方法對(duì)設(shè)備要求極大，前期投入過高，資金回收周期長(zhǎng)，并且原物料價(jià)格過高，故在業(yè)內(nèi)被較少的應(yīng)用。但是，由于其工業(yè)生產(chǎn)過程的特殊性，使得其所生產(chǎn)的磷酸的純度極高，幾乎達(dá)到物理極限[6]。當(dāng)下對(duì)磷礦石的裂變主要有如下方式。以硝酸銨為最終生產(chǎn)對(duì)象的的鋇鹽循環(huán)和以對(duì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)食品級(jí)磷酸鹽進(jìn)行供給的磷酸為產(chǎn)品的真空蒸發(fā)濃縮方式[7]。以硫酸法為主要實(shí)現(xiàn)方式的濕法磷酸工藝基于使用簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短等顯著特點(diǎn)在業(yè)內(nèi)規(guī)模較大的生產(chǎn)中被廣泛使用[8]。根據(jù)硫酸鈣分子與水分子結(jié)合情況（無(wú)，半，半-二，二-半，二）的差異劃分了不同的生產(chǎn)過程。其各具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，依據(jù)不同的生產(chǎn)要求和生產(chǎn)情況被進(jìn)行選用。例如，對(duì)設(shè)備保護(hù)要求低，對(duì)產(chǎn)品純度要求高時(shí)可選用無(wú)水流程，但總體來(lái)說，其的使用范圍在業(yè)內(nèi)占比仍然是很小的。如果對(duì)成本和能耗的使用有高要求，可以考慮使用半水流程。其可以質(zhì)量較差的磷礦石作為原始物料，使得其實(shí)現(xiàn)了對(duì)過濾速度的大的提升的要求。哪怕在極端條件下（濃溶液）也可滿足高過濾速度的要求。同時(shí)通過對(duì)工藝的完善，可減少生產(chǎn)過程中劣質(zhì)品（不穩(wěn)定結(jié)晶體）的出現(xiàn)數(shù)量與頻率，以此，也實(shí)現(xiàn)了貨運(yùn)成本的可控性。與二水法不同，其生產(chǎn)過程中正常生產(chǎn)所需的溫度邊界數(shù)值寬松，熱量耗散程度低，生產(chǎn)周期短，可實(shí)現(xiàn)對(duì)P2O5水溶液的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式獲得，產(chǎn)品的純度高，雜志少，過濾成本低且易于操作，且沒有對(duì)專門存儲(chǔ)設(shè)備的需求，使得其生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低[9]。然而，其的生產(chǎn)操作要比較細(xì)心，否則過濾系統(tǒng)存在堵塞的潛在風(fēng)險(xiǎn)。鹽酸法：通過對(duì)磷礦進(jìn)行基于鹽酸溶液的分解操作實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸的制取。其主要原料之一的鹽酸極為易于獲得，且對(duì)于磷礦的質(zhì)量沒有貴高的要求。其副產(chǎn)物同樣在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[10]。對(duì)礦資源中的珍貴稀土元素有較好的分離能力。其對(duì)環(huán)境的破壞性與干法相比較小，在對(duì)質(zhì)量較低的磷礦的提取中使用廣泛。雖然國(guó)內(nèi)總體來(lái)看磷礦資源極為充足，然而據(jù)探測(cè)其中以中低質(zhì)量磷礦占比較大。磷礦作為存量式重要資源，在我國(guó)對(duì)其的高效率使用變至關(guān)重要，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展具有必要的基礎(chǔ)作用。2.2磷酸過濾工藝研究現(xiàn)狀2.2.1化學(xué)沉淀法通過在酸中加入可與其中金屬等雜志進(jìn)行沉淀或置換反應(yīng)的可控元素，并經(jīng)過過濾等提純操作實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸的提純，是進(jìn)行濕法再加工處理的工業(yè)基礎(chǔ)，在業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。其具有工藝流程簡(jiǎn)易，經(jīng)濟(jì)效益高，對(duì)專業(yè)設(shè)備依賴度低的優(yōu)點(diǎn)，前期的經(jīng)濟(jì)投入較少。但是其對(duì)工人素質(zhì)的要求較高，生產(chǎn)過程中需要根據(jù)溶液中的離子的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行對(duì)專門的溶劑基于相應(yīng)所需質(zhì)量的調(diào)配。由于加入元素?zé)o法實(shí)現(xiàn)雜志的完全去除和自身的頑固性，使得生產(chǎn)還需借助其他提純方法進(jìn)行二次加工。故其一般被應(yīng)用在生產(chǎn)的預(yù)處理和前期前期提純處理階段。在工業(yè)的后期處理中，對(duì)雜質(zhì)的分離還需依靠其他更精細(xì)的提純手段[11]。2.2.2溶劑沉淀法通過對(duì)在原始溶液中家如可與雜質(zhì)離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后易于被去除的物質(zhì)（例如NH4、H2O）或者具有親水性的有機(jī)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)將雜質(zhì)變成絡(luò)合物或固體結(jié)晶后統(tǒng)一進(jìn)行過濾去除的操作，對(duì)處理后的溶液再進(jìn)行蒸餾操作實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)酸的富集作用，以此得到高濃度的酸溶液。其對(duì)工人的素質(zhì)要求不高，且生產(chǎn)實(shí)際效率較高，過程中使用的有機(jī)溶劑實(shí)惠經(jīng)濟(jì)，對(duì)原料利用率較高。但是，其最后的生產(chǎn)提純流程中需要依賴大功率的設(shè)備進(jìn)行溶劑分離操作，能源利用率低，其雜質(zhì)的去除率不高，對(duì)后期的對(duì)原料的二次利用也有負(fù)面的影響。2.2.3結(jié)晶法以溶質(zhì)經(jīng)過高溫再降溫過程化不穩(wěn)定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酸液的提純。依靠所得固體結(jié)晶的不同析出方式可劃分為不同種類。其在濕法磷酸凈化提純方法中得到了較為廣泛的應(yīng)用。通過在降溫溶液中加入晶種實(shí)現(xiàn)H3PO4·0.5H2O的富集沉淀操作并提純。該法目前在業(yè)內(nèi)被極少使用[12]。2.2.4膜分離法以分離膜對(duì)混合溶液中不同組分的濾過性的不同對(duì)其中的成分進(jìn)行分離操作和提純富集。其目前針對(duì)不同的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)條件有包括微濾技術(shù)在內(nèi)的不同的分離技術(shù)，其本質(zhì)上是基于分子成面實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)溶液的提純。基于此實(shí)現(xiàn)的過濾具有速度快，準(zhǔn)確性高，不易阻塞等特點(diǎn)。但時(shí)其對(duì)被使用膜的材料和構(gòu)成的選擇及對(duì)純凈性的控制上的要求也較高。目前美國(guó)等技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家采用膜分離法與其他濕法磷酸的凈化提純法的集成獲得更高純度的電子級(jí)磷酸，我國(guó)相關(guān)技術(shù)還處于研發(fā)階段[13]。3工藝流程簡(jiǎn)述3.1.反應(yīng)、閃冷和消化系統(tǒng)經(jīng)過系統(tǒng)測(cè)量后，將磷酸鹽漿液從研磨部分添加到矩形反應(yīng)罐的第一腔室中，并在通過低級(jí)閃蒸冷卻器后與漿液進(jìn)行預(yù)反應(yīng)。以一定比例測(cè)量硫酸和另一部分磷礦巖心，并將其與來(lái)自過濾段的反磷酸（即反酸）預(yù)混合，然后添加到反應(yīng)罐的第二和第三腔室中。流速和回酸濃度取決于反應(yīng)罐中的固體含量和P2O5液體濃度，以確保將反應(yīng)漿液的固體含量控制在28-34％，將產(chǎn)物的酸濃度控制在25-28％。由于硫酸的稀釋和放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，反應(yīng)漿料的溫度升高。為了將反應(yīng)溫度維持在75-82℃，從第四反應(yīng)槽送出易于過濾出反應(yīng)漿料的矯形二水合硫酸鈣結(jié)晶。通過軸流泵將腔室泵送到低級(jí)閃蒸冷卻器進(jìn)行冷卻，并且低級(jí)閃蒸冷卻器的冷卻漿液在重力作用下返回至第一反應(yīng)罐室。從低位閃蒸冷卻器排出的氣體首先在一級(jí)冷凝器中進(jìn)行冷凝和洗滌，并用磷石膏礦渣場(chǎng)的池水進(jìn)行預(yù)洗滌，然后將洗滌水收集在三個(gè)洗滌水轉(zhuǎn)盤過濾器的熱水箱中。然后氣體依次進(jìn)入冷凝器和冷凝器除濕機(jī)，然后用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷凝和洗滌，冷卻水與冷凝器液體一起排放到密封罐中，并在通過循環(huán)水冷卻后進(jìn)行再循環(huán)冷卻系統(tǒng)。洗滌冷凝氣體，通過氣體和液體分離，并通過快速冷卻的低液位真空泵排出。反應(yīng)漿液通過攪拌葉片流入反應(yīng)池的第四腔室進(jìn)入消化池。這水槽是由兩個(gè)房間的四角溝串聯(lián)而成的。主要的目的是延長(zhǎng)滯留時(shí)間，使反應(yīng)材料成熟，成熟的反應(yīng)材料的糨糊從消化槽的第二室通過漿料泵傳送到過濾器。硫酸可以通過硫酸加料管進(jìn)入消化槽的第一溝，獨(dú)立控制反應(yīng)池和消化槽的硫酸根濃度。進(jìn)入含有反應(yīng)池和消化池排出的氟氣和CO2氣體的尾氣收集器，尾氣清洗系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)和消化的廢氣，首先進(jìn)入文丘里清洗器，從一段廢氣中清洗循環(huán)泵的清洗液，淋浴吸收在H2SiF6中生成廢氣中的HF和SiF4反應(yīng)，使其吸收到水中。將本朱莉洗凈器的氣液混合物切掉，進(jìn)入廢氣清洗塔的底部。來(lái)自第一洗滌塔頂氣和過濾器系統(tǒng)的廢氣通過廢氣風(fēng)機(jī)進(jìn)入第二洗滌塔，經(jīng)工藝水的洗滌吸收，廢氣的氟含量達(dá)到排放指標(biāo)，經(jīng)塔頂，由煙囪向大氣排出。圖1反應(yīng)、消化、閃冷和尾氣洗滌系統(tǒng)工藝流程圖Figure1reaction,digestion,FlashCoolingandtailgasscrubbingsystemprocessflowdiagram3.2過濾、真空系統(tǒng)反應(yīng)消化系統(tǒng)產(chǎn)生的反應(yīng)材料漿糊通過漿料泵輸送到旋轉(zhuǎn)臺(tái)過濾器，過濾后的過濾酸通過過濾酸泵輸送到酸儲(chǔ)藏工序的稀釋磷酸陳化槽。過濾餅經(jīng)過三段逆流洗滌，回收夾在過濾盤中的磷酸，逆流清洗得到的一洗液用酸泵送到反應(yīng)工序的反應(yīng)池，三洗液用二洗泵作為過濾盤的二洗水送去。經(jīng)洗滌的石膏濾鏡從濾鏡中用卸料板卸下，排出到石膏料斗中，從廢氣清洗工序的清洗水中進(jìn)行渣渣處理，將在石膏再漿槽中從渣場(chǎng)返回的池中的水重新糊后，用石膏漿泵輸送到渣場(chǎng)。用濾液分離器分離出來(lái)的氣體用過濾器冷凝器循環(huán)冷卻水清洗，使水蒸氣凝結(jié)，不冷凝氣體用過濾器的真空泵提取，使過濾系統(tǒng)以負(fù)壓運(yùn)行。真空度由空氣的排出量控制，真空泵用分離器將氣體分離后排出到大氣中。過濾器上安裝了吸氣罩，將氣體引到第二洗滌塔。風(fēng)罩覆蓋區(qū)有加料過濾區(qū)和清洗區(qū)，保持濾波工廠的良好操作環(huán)境。工藝流程示意圖見圖2。圖2過濾、真空系統(tǒng)流程圖Fig.2.Flowchartoffiltrationandvacuumsystem4.工藝計(jì)算4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)4.1.1生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)15萬(wàn)噸磷酸(100%P2O5)，折合成26%P2O5磷酸為57.692萬(wàn)噸/年開工率：全年7200小時(shí)，即300天，每天24小時(shí)大氣壓力72.47kPa（青海格爾木地區(qū)）4.1.2原料（1）磷礦的組成表4-1磷礦的組成(m%)Table4.1Compositionofphosphorusmines(m%)組分P2O5CaOFe2O3Al2O3MgOSiO2ClFK2ONa2OCO2有機(jī)C含量(m%)30.8743.4315.510.092.860.12（2）H2SO4質(zhì)量濃度為93%，密度1827kg/m34.1.3反應(yīng)系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)（1）磷礦漿含水35%（濕基）（2）磷礦漿中P2O5萃取率即轉(zhuǎn)化率取98%（3）磷礦中次要組分在反應(yīng)過程中的分配表2表4-2磷礦中次要組分在反應(yīng)物料中的分配比例[14]Table4.2Distributionofsecondarycomponentsinphosphorusoreinreactionmaterials組分濾酸,%石膏,%氣相,%CO200100F701317Fe2O39190Al2O382180MgO9820Na2O20800K2O13870SiO210864Cl10000有機(jī)C01000（4）料漿密度1.52×103kg/m3（5）反應(yīng)槽進(jìn)氣相對(duì)濕度 61%（15℃）（6）反應(yīng)槽出氣相對(duì)濕度 60%（80℃）（7）料漿閃蒸冷卻流量 5000m3/h（假設(shè)）（8）磷酸反應(yīng)、消化槽攪拌器功率反應(yīng)槽攪拌器功率160kW/臺(tái)；消化槽攪拌器功率75kW/臺(tái)4.1.4過濾系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)（1）成品磷酸組成：P2O5,26%；游離H2SO4,2.84%（2）過濾時(shí)對(duì)成品磷酸稀釋量，取0.5%（3）P2O5回收率：97%（4）濾餅含液量（濕基）第一次過濾50%第二次過濾（第一次洗滌）40%第三次過濾（第二次洗滌）33%第四次過濾（第三次洗滌） 29%第一次洗滌后水溶性P2O5殘留率R第二次洗滌后水溶性P2O5殘留率R24.1.5熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）反應(yīng)、過濾工序溫度選取根據(jù)國(guó)內(nèi)同類生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)反應(yīng)、過濾工序溫度確定如下。表4-3計(jì)算溫度Table3calculationtemperature項(xiàng)目溫度（℃）項(xiàng)目溫度（℃）環(huán)境15.0磷酸料漿80.0磷礦漿20.0返酸70.093%H2SO440.0萃取槽外壁空間50.0磷酸料漿閃冷溫差1.8萃取槽尾氣80.0（2）生成熱表4-4各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)生成熱（25℃）[15]Table4standardenthalpyofformationofsubstances(25°C)物質(zhì)生成熱（kJ/mol）物質(zhì)生成熱（kJ/mol）Ca5F(PO4)3(s)-6813.8Fe2O3(s)-824.80H2O(l)-286.03FePO4(s)-1297.0CaSO4?2H2O(s)-2022.47Al2O3(s)-1676.80MgCO3(s)-1113.69AlPO4(s)-1735.0MgSO4(s)-1278.82CaCO3(s)-1207.58HF(g)-271.30CO2(g)393.77CaF2(s)-1215.40SiF4(g)-1549.10SiO2(s)-909.66H2SO4(l)100%-909.875H2SiF6(ng)-2332.88H4SiO4-1189.47（3）比熱容表4-5比熱容數(shù)據(jù)表[15]Table5specificheatcapacitydatatable項(xiàng)目比熱容,J/g項(xiàng)目比熱容,J/g磷礦漿2.303返酸3.35793%H2SO41.591磷酸料漿2.218（4）分子量表4-6各物質(zhì)摩爾分子量[15]Table6molarmolecularweightofeachsubstance物質(zhì)摩爾分子量（g/mol）物質(zhì)摩爾分子量（g/mol）H2O18.02H3PO498.00F19.0H2SO498.08O16.0H4SiF4144.10MgO40.30Al2O3101.96Cl35.45Fe2O3159.69SO380.06CO244.01P2O5141.95SiF4104.08SiO260.08Na2O61.984.2總系統(tǒng)的物料及熱量衡算以1000kg磷礦（干基）為基準(zhǔn)。計(jì)算框圖如下：圖4-1系統(tǒng)物料計(jì)算框圖Fig.4-1blockdiagramofsystemmaterialcalculation4.2.1磷礦用量干基量1000kg磷礦漿量1000/（1?35已知成品磷酸量為15萬(wàn)噸（100%P2O5）/年，即500t/d，折小時(shí)磷礦消耗量為：磷礦量：69.5754.2.2硫酸的用量①假設(shè)磷礦中的MgO全部以MgCO3的形式存在，多余的CO2則以CaCO3的形式存在。礦中的F及P2O5分別以Ca5F(PO4)3以及CaF2的形式存在。MgCO3與H2SO4反應(yīng)生成MgSO4，MgCO3在磷酸溶液中呈離子態(tài)。故計(jì)算成品磷酸中游離硫酸時(shí)將MgSO4計(jì)入，而計(jì)算硫酸消耗量時(shí)不再列入[16]。假定成品磷酸中不含Ca2+。②計(jì)算1000kg磷礦中各種鈣鹽的量Ca5F(PO4)3的量：1000MgCO3的量：1000CaCO3的量：1000③各種鈣鹽消耗硫酸的量Ca5F(PO4)3的消耗量：1449.806CaF2消耗量：125.097CaCO3消耗量：394.269④成品磷酸中游離硫酸量1000⑤硫酸用量總計(jì)696.765+12.270+38.670+33.045=780.750(kg)令H2SO4消耗量為理論量的1.05倍，則H2SO4用量總計(jì)為：780.750折合成93%H2SO4為：819.146折合成SO3為：880.802即可得每小時(shí)消耗硫酸的量為：以100%H2SO4計(jì)：819.146以93%H2SO4計(jì)：880.8024.3成品磷酸中各組分的量P2O5量為：1000SO3量為：1000Fe2O3量為：1000Al2O3量為：1000SiO2量為：1000Na2O量為：1000K2O量為：1000MgO量為：1000F量為：1000Cl量為：1000有機(jī)C的量為：10004.3.1總磷酸量（不考慮機(jī)械損失）總磷酸量：302.5264.3.2成品磷酸中水量的計(jì)算存在于磷酸中的水可以分為自由水與結(jié)合水兩類，結(jié)合水的計(jì)算可以采用陰陽(yáng)離子平衡的方法。非金屬及其氧化物（陰離子組）：P2O5、SO3、SiF4、F、Cl等；金屬及其氧化物（陽(yáng)離子組）：Fe2O3、Al2O3、MgO、Na2O、K2O等。①判斷F與Si是否平衡：首先應(yīng)該判斷磷酸中F與Si是否平衡。如果Si過量的話，則磷酸中F以SiF62-的形式存在，多余的Si以SiO2的形式存在；如果F過量，則酸中Si全部以SiF62-的形式存在，多余的F即以氟離子F-的形式存在[16]。故SiO2過量。②陰離子組物質(zhì)的量為：PSOSiOCl=0.500×1000×總計(jì)：12787.291+673.845+516.312+14.104=13991.552eq\o\ac(○,3)陽(yáng)離子組物質(zhì)的量為：FeAlMgO=10.094×1000×Na2O、K2O及有機(jī)碳(假定其物質(zhì)的量均以Na2O的值代替)0.680+0.299+0總計(jì)：396.618+588.701+500.943+28.364=1514.626結(jié)合水的量為：13991.552?1514.626由于在計(jì)算干物質(zhì)時(shí)，以氧原子代替SiF62-、F及Cl等量的氧量為:SiOCl→00.500×⑤的干物質(zhì)量為：2.526+26.974+10.556+10.004+15.510+10.094+0.500+22.610+0.299+0.580+0+-eq\o\ac(○,6)自由水的量為：1163.562?507.714=655.848kg4.3.3成品磷酸的組成表4-7成品磷酸的組成（m%）Table4-7Compositionoffinishedphosphoricacid(m%)項(xiàng)目P2O5SO3Fe2O3Al2O3SiO2F百分組成26.02.320.910.861.331.94項(xiàng)目MgONa2OK2OCl結(jié)合水自由水百分組成0.870.040.030.059.6656.37由上表可以看到，制得的成品磷酸中各組分量之和為：∑=100.38%，主要是由于計(jì)算中的數(shù)值誤差及有效數(shù)字的取舍誤差。4.3.4確定磷石膏的量磷石膏中各組分的量其中CaO的量：1000P205的量：1000SO3的量：（696.765+12.27+38.67）Fe2O3的量：1000Al2O310001.22%18SiO2100015.51%86MgO10001.03%其中Na2O的量為：10000.29%80%2.320其中K2O的量為：10000.23%87%2.001其中F的量為：10003.23%13%4.199其中Cl的量為：10000.05%00其中有機(jī)C10000.12%100%結(jié)晶水的量：（696.765+12.27+38.670）干物質(zhì)中需扣除與F和Cl相當(dāng)?shù)难趿繛镕→O4.199×16.019.0Cl→O無(wú)干磷石膏總量：434.300+9.261++2.001+2.320+1.200+274.748?1.768=表4-8磷石膏組成（m%）Table4-8Phosphorusgypsumcomposition(m%)項(xiàng)目CaOSO3P2O5Fe2O3Al2O3SiO2百分組成29.4841.420.630.070.159.05項(xiàng)目MgONa2OK2OF有機(jī)C結(jié)晶水百分組成0.080.0818.65由上表可看出∑=100.12%，主要由于計(jì)算中的數(shù)值誤差及有效數(shù)字的取舍誤差。4.3.5確定反應(yīng)料漿量反應(yīng)后磷酸料漿中固體含量即干磷石膏的總量為1473.424kg。已知料漿含固量為33%，故料漿量為：1473.4244.3.6反應(yīng)過程中排出氣體量若取原礦中CO2的量全部進(jìn)入反應(yīng)尾氣，即有反應(yīng)槽排出氣體中CO2的量為：1000而根據(jù)磷礦中次要組分在反應(yīng)物料中的分配比例和磷礦中SiO2的含量結(jié)合前面的計(jì)算，可得反應(yīng)槽排出的氣體中SiF4的量如下：1000×15.51%×4%×合計(jì)：10.748+28.600=39.348(kg)4.3.7返酸量及其組成假設(shè)料漿閃蒸冷卻蒸發(fā)的水與反應(yīng)槽排出的水蒸氣之和為240kg。對(duì)反應(yīng)槽進(jìn)行物料平衡圖4-2反應(yīng)、消化及閃冷系統(tǒng)物Figure4-2Reaction,digestionandflashcoolingsystems由圖可知，物料平衡關(guān)系如下：返酸量+磷礦漿量+硫酸用量=磷酸料漿量+反應(yīng)過程排出尾氣量+反應(yīng)、消化槽蒸發(fā)水量+閃蒸冷卻蒸發(fā)水量將以上各值帶入后得：返酸量=磷酸料漿量+反應(yīng)過程排出尾氣量+反應(yīng)、消化槽蒸發(fā)水量+閃蒸冷卻蒸發(fā)水量-（磷礦漿量+硫酸用量）=4464.921+39.348+240?(1538.462+881.492)=2324.315(kg)反應(yīng)槽P2O5平衡44由上計(jì)算可知返酸中P2O5含量為21.09%。4.3.8反應(yīng)系統(tǒng)熱量衡算熱量衡算計(jì)算框圖如下：圖4-3反應(yīng)、消化及閃冷系統(tǒng)熱量計(jì)算框Figure4-3Reaction,DigestionandFlashCoolingSystemHeatCalculationBox顯熱計(jì)算基準(zhǔn)：25℃各物質(zhì)。（1）磷礦漿Q1=（2）濃硫酸Q2=（3）返酸Q3=（4）攪拌產(chǎn)生的熱量結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，取反應(yīng)槽攪拌槳裝機(jī)功率為P1=160kW/臺(tái)，消化槽攪拌槳裝機(jī)功率為P2=75kW/臺(tái)。可得，攪拌槳總的裝機(jī)功率為P=4于是，可得攪拌產(chǎn)熱為：Q=790KW×3600s硫酸的生成熱及稀釋熱（1）假設(shè)在反應(yīng)過程中，假如反應(yīng)器的濃硫酸先稀釋到料漿液相中的濃度，然后再與磷酸發(fā)生反應(yīng)。（2）稀釋熱的計(jì)算公式:Q=式中：Q——稀釋熱，kJ/mol；n1——稀釋前，水與硫酸的物質(zhì)的量之比；n2——稀釋后，水與硫酸的物質(zhì)的量之比。(3)已知成品磷酸中SO42-為2.84%，經(jīng)過濾操作后磷酸中P2O5濃度被稀釋0.5%，故磷酸料漿液相的SO42-濃度為:2.84%×(4)已知成品磷酸中自由水的含量為56.32%，則磷酸料漿液相中含自由水：56.32%?(5)n1、n2nn(6)2.89%H2SO4生成熱：Q=?(814.38+74.76式中：Q生為生成熱KJ/moln2=104.487代入數(shù)字：Q=?（7）93%H2SO4稀釋到2.98%H2SO4的稀釋熱：Q===?607.82(故得稀釋放熱為：607.820819.78磷酸生成熱（1）將料漿中P2O5濃度折合成H3PO4濃度為26%+5%（2）H3PO4在自由水中的濃度自由水為：55.48%在自由水中的濃度為：（3）查表得39.74%的H3PO4的生成熱為-1289.99(kJ/mol)。反應(yīng)熱反應(yīng)熱公式:?H=?H磷礦中各組分在與硫酸進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)，各組分的反應(yīng)熱列于下式：eq\o\ac(○,1)Ca5FPO43-6813.80-887.875-286.03-2022.47-1289.99-271.30?286.03×10)eq\o\ac(○,2)CaF2+H-1215.40-887.875-286.30-2022.47-271.30?H=110.266(eq\o\ac(○,3)?=?61.247(eq\o\ac(○,4)Fe2O3-824.8-1289.99-1735.0-286.30?H=?47.31(eq\o\ac(○,5)Al2O3+2-1676.80-1289.99-1735.0-286.03?=?71.31(eq\o\ac(○,6)CaCO3+H-1207.58-887.876-286.03-2022.47-393.77?=?34.754(eq\o\ac(○,7)MgCO3+H?=42.946(?=?126.300(（2）1000kg磷礦中各組分的物質(zhì)的量①Ca5F(PO4)3的物質(zhì)的量為：1000×1000×30.87%×2②CaF2物質(zhì)的量為：1000×③MgO的物質(zhì)的量為：1000×④CaCO3的物質(zhì)的量為：1000×⑤Fe2O3的物質(zhì)的量為：1000×⑥Al2O3的物質(zhì)的量為：1000×⑦SiF4的物質(zhì)的量為：nSiFn(3)反應(yīng)熱Q=?=140.140×1449.806×98=帶出系統(tǒng)的熱量（1）反應(yīng)料漿帶出的顯熱：Q(2)若取熱損失為進(jìn)入系統(tǒng)總熱量的5%，則有Q×4.3.9對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱量平衡計(jì)算表4-9系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算表Table3-9Thesystem'sheatbalancecalculationtable項(xiàng)目輸入熱量[MJ/1000kg(礦)]輸出熱量[MJ/1000kg(礦)]磷礦漿-15.615返酸351.123濃硫酸21.037攪拌產(chǎn)生熱量51.096反應(yīng)熱282.262稀釋熱498.292磷酸料漿544.676熱損失59.411188.195604.086需冷卻系統(tǒng)和反應(yīng)槽尾氣移出的熱量：?H=Q4.3.10確定閃蒸蒸發(fā)的水量80℃時(shí)查得水的蒸發(fā)潛熱為：551.3料漿真空冷卻系統(tǒng)蒸發(fā)的水量為：436.1054.3.11確定反應(yīng)尾氣水量（1槽尾氣帶走的熱量為584.109（2）反應(yīng)槽尾氣由兩部分組成：水蒸氣CO2+SiF4而其中CO2和SiF4的定壓比熱容分別為0.921kJ/(kg·℃)和0.753kJ/(kg·℃)。（3）CO2和SiF4帶走的熱量0.921×28.600+0.753×10.748（5）反應(yīng)槽出口氣體溫度為80℃，空氣比熱容為1.03kJ/(kg·℃)則，大氣壓為0.715atm。即得水蒸氣量為：H則水蒸氣質(zhì)量為m4.3.12真空蒸發(fā)和反應(yīng)槽尾氣總的蒸發(fā)水量真空蒸發(fā)和反應(yīng)槽尾氣兩部分總蒸發(fā)的水量為:188.974+51.94=240.914（kg）該值與原假定值240kg基本一致，故假設(shè)成立。4.3.13反應(yīng)工序熱量平衡表表4-10熱量平衡表Table4-10HeatBalanceTable基準(zhǔn)1000kg輸入輸出項(xiàng)目名稱熱量MJ項(xiàng)目名稱熱量MJ礦漿帶入顯熱-15.615料漿帶出顯熱544.676硫酸帶入顯熱21.02水分蒸發(fā)帶出熱量436.105返酸帶入顯熱351.123CO2+SiF41.894稀釋熱498.292空氣帶出146.11反應(yīng)熱282.262熱損失59.41攪拌產(chǎn)熱51.096空氣0合計(jì)1188.178合計(jì)1188.178由上表可以得到輸入熱量與輸出熱量相等，故可認(rèn)為熱量平衡。4.3.14確定過濾系統(tǒng)過濾各量確定第一次過濾各量（1對(duì)第一次過濾進(jìn)行物料平衡圖4-4第一次過濾物料計(jì)算框圖Figure4-4Firstfilteritemcalculationblockdiagram漿中分離出來(lái)的液相量為：441415第一次過濾之后的濾液量：1518.07363.562并入返酸的量為:1547.267確定第二次過濾(第一次洗滌)各量（1）對(duì)第一次洗滌進(jìn)行物料平衡圖4-5第一次洗滌物料計(jì)算框Figure4-5Firstwashmaterialcalculationbox（2）由第一次過濾來(lái)的固體量為1473.424kg由第一次過濾來(lái)的濾餅中的液體量kg1473.424kg去第次洗滌液體量：14第二次過濾濾液量為：2324.315（3第二次過濾操作作平衡可得一洗液量為：1940.61P2kg2P2324.315則有：390.45712y=于是得：x=所以二洗水的濃度為67.013去二洗水操作的一洗石膏中可溶性P2O5的濃度為：4.3確定第三次過濾（第二次洗滌）各量對(duì)第二次洗滌進(jìn)行物料平衡圖4-6第二次洗滌物料計(jì)算框圖Fig.4-6calculationblockdiagramofsecondwashingmaterial二濾液量（1449.469去第三次洗滌（二洗石膏）的液相量為：1473.424（3）由物料衡算可得三水量1449.469一洗石膏中帶入可溶性P2O5量為kg二洗水中帶出P2O5的量為kg列平衡式如下：68.6結(jié)合R容易求得：y=20.58(kg），x=18.993（kg）確定第四次過濾各量三次洗滌進(jìn)行物料平衡圖4-7第三次洗滌物料計(jì)算框圖Figure4-7ThirdWashMaterialCalculationBlock去排渣系統(tǒng)的固相量1473.424kg去排渣系統(tǒng)的液相量1473.424因此洗滌熱水量為：1192.9024.4反應(yīng)及過濾工序物料（1）二水物濕法制取磷酸反應(yīng)及過濾工序物料平衡圖（以1000kg干磷礦為基準(zhǔn)）圖4-8二水物磷酸反應(yīng)和過濾部分物料平衡圖Figure4-8Materialbalancemapforphosphoricacidreactionandfiltrationofwater-basedobjects4.5反應(yīng)尾氣系統(tǒng)物料及熱量衡算反應(yīng)尾氣系統(tǒng)主要包括文丘里洗滌器、第一洗滌塔、第二洗滌塔三個(gè)關(guān)鍵性設(shè)備，下面針對(duì)其進(jìn)行物料衡算和熱量衡算[17-19]。4.5.1文丘里洗滌器（1）對(duì)文丘里洗滌器列計(jì)算框圖圖4-9文丘里洗滌器計(jì)算框Figure4-9Venturiscrubbercalculationbox（2）里洗滌器物料衡算基準(zhǔn)：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量2對(duì)文丘里洗滌器，SiF4氣體與H2O在洗滌的過程中發(fā)生反應(yīng)：3SiFm64mm滌所需水量的計(jì)算若對(duì)文丘里洗滌器取液氣比為0.9/m3，則有m3衡算基準(zhǔn)：25①進(jìn)口氣體帶入的顯熱設(shè)進(jìn)出口氣體的比熱容為空氣的平均比熱容，均為1.03KJ/(kg.Q②出口氣體帶出的顯熱Q③發(fā)生反應(yīng)放出的熱反應(yīng)方程式:3-1549.10-286.03-2332.88-1189.47反應(yīng)熱計(jì)算如下Q即反應(yīng)放出的熱為：Q=④洗滌水帶入的顯熱為Q3=⑤洗滌水帶出的顯熱為Q4=⑥由熱量平衡計(jì)算式：Q可得出口工藝水溫度t為39.47℃所以，Q（4）文丘里洗滌器的物料平衡表表4-11文丘里洗滌器的物料平衡表Table3-11MaterialbalancesheetforVenturiscrubbers輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)SiF4747.792SiF474.779CO21989.845CO21989.845H2O265.276H2O109.912空氣39479.499空氣39479.499洗滌水65771.421水65771.421H2SiF6621.196H4SiO4207.180∑108253.833∑108253.833（5）里洗滌器的熱量平衡表表4-12文丘里洗滌器的熱量平衡表Table4-12HeatBalanceTableforVenturiscrubbers輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量(MJ/h)尾氣2410.386尾氣1546.991洗滌水2745.299洗滌水4022.480反應(yīng)放熱412.615∑5568.3∑55第一洗滌塔（1）對(duì)第一洗滌塔列計(jì)算框圖圖4-10第一洗滌塔計(jì)算框圖Figure4-10Thefirstwashingtowercalculationblockdiagram（2）第一洗滌塔的料衡算基準(zhǔn)：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量74.779g/h對(duì)第一洗滌塔，SiF4氣體與H2O在洗滌的過程中發(fā)生反應(yīng)：3m故，出口氣體中H2O的量為：109.9126滌所需水量的計(jì)算若對(duì)第一洗滌塔取液氣比為4L/m3，則有m（3）滌塔熱量衡算基準(zhǔn)：25℃各物質(zhì)①進(jìn)口氣體帶入的顯熱設(shè)進(jìn)出口氣體的比熱容為空氣的平均比熱容，均為1.03kJ/(kg.Q1=②出口氣體帶出的顯熱Q2=③生反應(yīng)放出的熱Q=④洗滌水帶入的顯熱為Q3=⑤洗滌水帶出的顯熱為Q4=由算式:t=Q4=（4）第一洗滌塔的物料平衡表表4-13第一洗滌塔的物料平衡表Table4-13Materialbalancesheetforthefirstwashingtower輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)SiF474.779SiF411.217CO21989.845CO21989.845H2O109.912H2O95.239空氣39479.499空氣39479.499洗滌水186697.776水186697.776H2SiF658.668H4SiO419.567∑228351.811∑228351.811洗滌塔的熱量平衡表表4.14第一洗滌塔熱量衡算表Table4.14Thefirstwashingtowerheatscale輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量(MJ/h)尾氣1546.991尾氣857.828洗滌水7792.765反應(yīng)放熱38.969洗滌水8520.897∑9378.725∑9378.7254.5.3第二洗滌塔對(duì)二洗滌塔計(jì)算框圖圖4-11第二洗滌塔計(jì)算框Figure4-11Thesecondwashingtowercalculationbox（2）第二洗滌塔物料衡基準(zhǔn)：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量11.217假設(shè)在第二洗滌塔中CO2和空氣均無(wú)損失，則有出口處CO2的量仍為1989.845kg/h，空氣的量為39479.499kg/h對(duì)第二洗滌塔，SiF4氣體與H2O在洗滌的過程中發(fā)生反應(yīng)：3m故，出口氣體中H2O的量為：95.2394mm滌所需水量的計(jì)算若對(duì)第二洗滌塔取液氣比為4L/m3，則有m（3）第二洗滌塔熱量衡算基準(zhǔn)：25℃各物質(zhì)①進(jìn)口氣體帶入的顯熱Q1=②出口氣體帶出的顯熱Q2=③發(fā)生反應(yīng)放出的熱Q=④渣場(chǎng)回水帶入的顯熱為Q⑤洗滌水帶出的顯熱為Q4=由算式：tt=Q4=（4）第二洗滌塔的物料平衡表表4-15第二洗滌塔的物料平衡表Table4-15Materialbalancesheetforthesecondwashingtower輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)SiF411.217SiF41.683CO21989.845CO21989.845H2O95.239H2O93.038空氣39479.499空氣39479.499渣場(chǎng)回水170643.651水170643.651H2SiF68.8H4SiO42.935∑212219.451∑212219.451（5洗滌塔的熱量平衡表表4-16第二洗滌塔的熱量平衡表Table4-16HeatBalancetableforthesecondwashingtower輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量(MJ/h)尾氣857.828尾氣343.034渣場(chǎng)回水3561.333反應(yīng)放熱5.845洗滌水4081.568∑4425.006∑4424.6024.6閃冷系統(tǒng)物料及熱量衡算4.6.1閃冷器蒸發(fā)水量:188.974對(duì)閃冷器列計(jì)算框圖圖4-12閃冷器計(jì)算框圖Fig.4-12FlashCoolerCalculationBlockDiagram冷器的物料平衡基準(zhǔn)：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量對(duì)閃冷器作物料平衡即可得返回反應(yīng)槽的料漿量為:m=5000×1.52×閃冷器的熱量平衡基準(zhǔn)：25℃①料漿帶入顯熱Q1=②回料漿帶出顯熱Q2=③閃蒸尾氣帶走熱量由熱量守恒有閃冷水帶走的熱量為：927124.000?895230.3又由前面計(jì)算可知閃蒸水分蒸發(fā)潛熱為30342.240×103KJ/h，閃蒸尾氣移出的熱量為：31893.66?30342.240（4器的物料平衡表表4-17閃冷器的物料平衡表Table4-17Materialbalancesheetforflashcoolers輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)料漿7600000回料漿7586852.106尾氣13147.866∑7600000∑7600000（5）閃冷器的熱量平衡表表4-18閃冷器的熱量平衡表4-18HeatBalanceTableforFlashers輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量(MJ/h)料漿927124.000回料漿895230.34蒸發(fā)熱30342.24尾氣1551.42∑927124.000∑927124.0004.6.2預(yù)冷凝器預(yù)冷凝器列計(jì)算框圖圖4-13預(yù)冷凝器計(jì)算框圖Figure4-13Pre-condensercalculationblockdiagram（2）預(yù)冷凝器的物料平衡：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量設(shè)預(yù)冷凝器的冷凝率為0.32，則冷凝下來(lái)的水蒸氣為m=13147.冷凝器的尾氣質(zhì)量m=13147.m(3)預(yù)冷凝器的熱量平衡基準(zhǔn)：25℃各物質(zhì)①進(jìn)系統(tǒng)尾氣帶入的顯熱為：Q②統(tǒng)尾氣帶出的顯熱為Q2=③水蒸汽冷凝放熱?H3?H?H?H1?H2?H2Q=?=4207.3=10566.④進(jìn)系統(tǒng)的冷凝水帶入顯熱Q3=⑤出系統(tǒng)的冷凝水帶出顯熱Q4=根據(jù)熱量平衡：t=84.22所以Q④進(jìn)系統(tǒng)的循環(huán)水帶入顯熱Q3=冷凝器的物料平衡表表4-19預(yù)冷凝器的物料平衡表4-19Materialbalancesheetforpre-condensers輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)尾氣13147.866尾氣8940.568冷凝水55293.604冷凝水59500.930∑68441.498∑68441.498（5）預(yù)冷凝器的熱平衡表表4-20預(yù)冷凝器的熱量平衡表Table4-20HeatBalanceTableforPre-Condensers4-20Pre-condenserheatbalancetable輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量(MJ/h)尾氣1551.420尾氣987.973冷凝水-925.173冷凝水10204.588水蒸氣冷凝放熱10566.295∑11192.542∑11192.5614.6.3預(yù)洗滌器(1)對(duì)預(yù)洗滌器列計(jì)算框圖圖4-14預(yù)洗滌器計(jì)算框Figure4-14Pre-scrubbercalculationbox（2滌器的物料平衡基準(zhǔn)：每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量查得進(jìn)料尾氣中SiF4的分壓為0.9599×10-3kPa，而系統(tǒng)總壓為39.8kPa0.9599×取洗滌率為0.80，則有進(jìn)預(yù)洗滌器的氣體組成為SiH對(duì)系統(tǒng)做物料平衡可得進(jìn)系統(tǒng)的工藝水質(zhì)量為:熱量衡算以25℃下的各物質(zhì)為基準(zhǔn)eq\o\ac(○,1)工藝水帶入的顯熱Q1=eq\o\ac(○,2)洗滌水帶出的熱量Q2=eq\o\ac(○,3)氣體帶入的顯熱Q3=eq\o\ac(○,4)氣體帶出的顯熱Q根據(jù)熱量平衡得：t=則Q4=(4)預(yù)洗滌塔物料平衡表表4-21預(yù)洗滌塔的物料平衡表Table4-21Materialbalancesheetforpre-washedtowers輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量項(xiàng)目質(zhì)量尾氣：SiF41.245尾氣：SiF40.249H2O8939.323H2O8939.323工藝水55292.608洗滌水55292.608∑64233.176∑64233.176（5預(yù)洗滌器的熱量平衡表表4-22預(yù)洗滌器的熱量平衡表Table4-22Theheatbalanceofthepre-scrubber輸入輸出項(xiàng)目熱量(MJ/h)項(xiàng)目熱量（MJ/h）尾氣987.973尾氣756.661工藝水-1156.445工藝水-925.173∑-168.472∑-168.5124.6.4冷凝器（1）對(duì)冷凝器列計(jì)算框圖圖4-15冷凝器計(jì)算框圖Figure4-15CondenserCalculationBlock（2）對(duì)冷凝器作平衡基準(zhǔn)：25各物質(zhì)，每小時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的物料量。0.70冷凝器的尾氣質(zhì)量:8939.3①進(jìn)系統(tǒng)尾氣帶入的顯熱為Q1=②出系統(tǒng)尾氣帶出的顯熱為Q2=③汽冷凝放熱?H3?H?H1??H1?H2④進(jìn)系統(tǒng)的循環(huán)水帶入顯熱Q3=⑤出系統(tǒng)的冷凝水帶出顯熱Q4=⑥對(duì)系統(tǒng)作熱量平衡則有：解得m水=926409.011(kg)即：926409.011Q3=Q4=m4（3）冷凝器的物料平衡表表4-23冷凝器的物料平衡表Table4-23Materialbalancesheetforcondensers輸入輸出項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)項(xiàng)目質(zhì)量(kg/h)尾氣8939.572尾氣2681.872循環(huán)水926409.011冷凝水932666.711∑935348.583∑935348.583（4）冷凝器的熱量平衡表4-24冷凝器的熱量平衡表Table4-24HeatBalanceTableforCondensers輸入輸出項(xiàng)目熱量項(xiàng)目熱量尾氣756.661尾氣49.963循環(huán)水3871.463冷凝水19464.754冷凝放熱14886.59319464.754∑19514.717∑19514.7175主要設(shè)備計(jì)算5.1反應(yīng)槽設(shè)備計(jì)算裝置年產(chǎn)150000噸每年，根據(jù)物料衡算算出磷礦漿量1538.462/1000磷礦，則磷酸產(chǎn)量：150000t/a料漿流量：料漿密度：1.52反應(yīng)時(shí)間：5h料漿體積流量：310.645反應(yīng)槽有效容積為：V=204.37×5=1021.85（m3）反應(yīng)槽由消化槽和反應(yīng)槽構(gòu)成，其中反應(yīng)槽體積占70%，消化槽占30%∴反應(yīng)槽體積為：1021.85消化槽體積為：1021.85?715.295=305.555（設(shè)設(shè)方格多槽萃取槽內(nèi)隔墻及擋墻占容積約100m3故反應(yīng)槽的總體積為715.295+100=815.295（m3）∵反應(yīng)槽頁(yè)面上方有1.5米的自由空間，設(shè)反應(yīng)槽寬為a，則aa所以，反應(yīng)槽的尺寸為5.8m×5.8m×7.3m設(shè)消化槽上方有1.5米自由空間，設(shè)反應(yīng)槽寬為a，則aa則消化槽的尺寸為6.66m×6.66m×8.16m5.2攪拌器設(shè)備計(jì)算已知反應(yīng)槽的尺寸為5.8m×5.8m×7.3m，料漿相對(duì)密度為1.52，粘度為0.1Pa·s攪拌槳直徑取方格槽對(duì)角線長(zhǎng)度的1/3,即5.82則P==取效率因子0.85，則電機(jī)功率為：146.176÷所以應(yīng)該選擇180KW的電動(dòng)機(jī)5.3轉(zhuǎn)臺(tái)式過濾機(jī)設(shè)備計(jì)算每天產(chǎn)量：500噸每天運(yùn)行：24小時(shí)根據(jù)相關(guān)手冊(cè)設(shè)計(jì)取過濾強(qiáng)度為5t(P2O5)/(d.m2)需要過濾的面積為：500取過濾機(jī)富裕系數(shù)為1.25過濾機(jī)設(shè)計(jì)有效面積為：1005.4閃冷器的計(jì)算閃冷器是二水物法磷酸生產(chǎn)中真空設(shè)備之一,它的整個(gè)內(nèi)壁都要求襯橡膠,除頂部錐體部份外,圓筒、底部及中隔墻,在橡膠襯里之外還需再襯碳磚[20]。5.4.1已知條件每小時(shí)進(jìn)入的磷酸料漿量量為5000m3/h；蒸發(fā)的水蒸氣的量為13147.894kg/h；設(shè)計(jì)壓力0.021MPa（絕壓）；富裕系數(shù)取δ=計(jì)算過程直管段直徑（內(nèi)徑）的計(jì)算假設(shè)蒸發(fā)強(qiáng)度為450kg/（m2·h），則內(nèi)徑D=取直管段直徑為6.7m。蒸發(fā)強(qiáng)度校驗(yàn)I=閃冷器高度計(jì)算已知每小時(shí)進(jìn)入的磷酸料漿量量為5000m3/h，取料漿停留時(shí)間為3min。則：V=于是直管段高度為：H再取上頭封頭高度H1=1600mm∴閃冷器高度為：H=7.091+1.6+3.6=12.291(m)5.5泵的選型根據(jù)泵選型原則和選型基本條件，具體步驟如下[21]：（1）根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運(yùn)轉(zhuǎn)條件，確定選擇臥式、立式和其它型式（管道式、潛水式、液下式、無(wú)堵塞式、自吸式、齒輪式等）的泵。（2）根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì)，確定清水泵，熱水泵還是油泵、化工泵或耐腐蝕泵或雜質(zhì)泵，或者采用無(wú)堵塞泵。安裝在爆炸區(qū)域的泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級(jí)，采用相應(yīng)的防爆電動(dòng)機(jī)。（3）根據(jù)流量大小，確定選單吸泵還是雙吸泵；根據(jù)揚(yáng)程高低，選單級(jí)泵還是多級(jí)泵，高轉(zhuǎn)速泵還是低轉(zhuǎn)速泵（空調(diào)泵）、多級(jí)泵效率比單級(jí)泵低，如選單級(jí)泵和多級(jí)泵同樣都能用時(shí)，首先選用單級(jí)泵。（4）確定泵的具體型確定選用什么系列的泵后，就可按最大流量，（在沒有最大流量時(shí)，通常可取正常流量的1.1倍作為最大流量），取放大5%～10%余量后的揚(yáng)程這兩個(gè)性能的主要參數(shù)，在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號(hào)。操作如下：利用泵特性曲線，在橫坐標(biāo)上找到所需流量值，在縱坐標(biāo)上找到所需揚(yáng)程值，從兩值分別向上和向右引垂線或水平線，兩線交點(diǎn)正好落在特性曲線上，則該泵就是要選的泵，但是這種理想情況一般很少，通常會(huì)碰上下列兩種情況：第一種：交點(diǎn)在特性曲線上方，這說明流量滿足要求，但揚(yáng)程不夠，此時(shí)，若揚(yáng)程相差不多，或相差5%左右，仍可選用，若揚(yáng)程相差很多，則選揚(yáng)程較大的泵。或設(shè)法減小管路阻力損失。第二種：交點(diǎn)在特性曲線下方，在泵特性曲線扇狀梯形范圍內(nèi)，就初步定下此型號(hào)，然后根據(jù)揚(yáng)程相差多少，來(lái)決定是否切割葉輪直徑。若揚(yáng)程相差很小，就不切割，若揚(yáng)程相差很大，就按所需Q、H、，根據(jù)其ns和切割公式，切割葉輪直徑，若交點(diǎn)不落在扇狀梯形范圍內(nèi)，應(yīng)選揚(yáng)程較小的泵。選泵時(shí)，有時(shí)須考慮生產(chǎn)工藝要求，選用不同形狀Q-H特性曲線。（5）泵型號(hào)確定后，對(duì)水泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的泵，需再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上，根據(jù)該型號(hào)性能表或性能曲線進(jìn)行校改，看正常工作點(diǎn)是否落在該泵優(yōu)先工作區(qū)，有效NPSH是否大于（NPSH）。也可反過來(lái)以NPSH校改幾何安裝高度。（6）對(duì)于輸送粘度大于20mm2/s的液體泵（或密度大于1000kg/m3），一定要把以水實(shí)驗(yàn)泵特性曲線換算成該粘度（或者該密度下）的性能曲線，特別要對(duì)吸入性能和輸入功率進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算或較核。（7）確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率：對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，一般只用一臺(tái)，因?yàn)橐慌_(tái)大泵與并聯(lián)工作的兩臺(tái)小泵相當(dāng)，（指揚(yáng)程、流量相同），大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺(tái)大泵，而不用兩臺(tái)小泵，但遇有下列情況時(shí)，可考慮兩臺(tái)泵并聯(lián)合作：流量很大，一臺(tái)泵達(dá)不到此流量。對(duì)于需要有50%的備用率大型泵，可改兩臺(tái)較小的泵工作，兩臺(tái)備用（共三臺(tái)）對(duì)某些大型泵，可選用70%流量要求的泵并聯(lián)操作，不用備用泵，在一臺(tái)泵檢修時(shí)，另一臺(tái)泵仍然承擔(dān)生產(chǎn)上70%的輸送。對(duì)需24小時(shí)連續(xù)不停運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，應(yīng)備用三臺(tái)泵，一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用，一臺(tái)維修。（8）一般情況下，客戶可提交其“選泵的基本條件”，由我司給予選型或者推薦更好的泵產(chǎn)品。如果設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)裝置設(shè)備時(shí)，對(duì)泵的型號(hào)已經(jīng)確定，按設(shè)計(jì)院要求配置。（9）確定泵的臺(tái)數(shù)和備用率：對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，一般只用一臺(tái)，因?yàn)橐慌_(tái)大泵與并聯(lián)工作的兩臺(tái)小泵相當(dāng)，（指揚(yáng)程、流量相同，大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺(tái)大泵，而不用兩臺(tái)小泵，但遇有下列情況時(shí)，可考慮兩臺(tái)泵并聯(lián)合作：流量很大，一臺(tái)泵達(dá)不到此流量。對(duì)于需要有50%的備用率大型泵，可改兩臺(tái)較小的泵工作，兩臺(tái)備用（共三抬）對(duì)某些大型泵，可選用70%流量要求的泵并聯(lián)操作，不用備用泵，在一臺(tái)泵檢修時(shí)，另一抬泵仍然承擔(dān)生產(chǎn)上70%的輸送。對(duì)需24小時(shí)連續(xù)不停運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，應(yīng)備用三臺(tái)泵，運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺(tái)備用，一臺(tái)維修。表5-1泵的特點(diǎn)[22]Table5-1characteristicsofpumps指標(biāo)離心式軸流式漩渦式活塞式日轉(zhuǎn)式液體排出狀態(tài)流率均勻有脈動(dòng)流率均勻允許吸上真空高度/m4-8—2.5-74-54-5揚(yáng)程（排出壓力）范圍大，10-600m低，2-20m較高，單極可達(dá)100m以上范圍大排出壓力高，可達(dá)60MPa構(gòu)造特點(diǎn)轉(zhuǎn)速高，體積小，運(yùn)行平穩(wěn)，基礎(chǔ)小，設(shè)備維修較易與離心式基本相同，翼輪較離心式葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低轉(zhuǎn)速低，能力小，設(shè)備外形龐大，基礎(chǔ)大，與原動(dòng)機(jī)連接較復(fù)雜同離心式6三廢治理6.1三廢概念依靠物理或化學(xué)手段對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行統(tǒng)一的集合并對(duì)其進(jìn)行回收和廢物處理操作。三廢包括以二氧化碳、甲醛等對(duì)人體和環(huán)境有危害的廢氣，以硫化物、原油等廢棄物為溶劑的廢水，以重金屬、被分離出的殘?jiān)臑榇淼膹U物組成。通過對(duì)它們的合理出來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)資源的二次利用，極大地降低了其對(duì)環(huán)境的危害。其通常又被稱為“錯(cuò)誤位置下的游泳原料”。6.2廢氣治理磷酸生產(chǎn)過程排放的廢氣主要是含氟氣體，而氟主要以四氟化硅（SiF4）的形態(tài)存在，其次是以氟化氫、磷酸蒸汽及霧滴。生產(chǎn)過程排放的廢水中也含有氟化物、磷酸鹽以及可溶性P2O5等物質(zhì)，其PH約為1.5～2。另外過濾所產(chǎn)生的磷石膏也