毕业论文(设计)新建年产4万吨过磷酸钙工艺流程设计

毕业论文(设计)新建年产4万吨过磷酸钙工艺流程设计内容摘要：

艺技术落后、质量不稳定以及价格低、利润薄等问题，预计其产量和施用面积会逐年减少，如不给予足够重视，在新工艺技术开发、市场开拓等方面改进突破的话，其生存空间可能会变的越来越狭窄。 另外，为保证过磷酸钙的施用效果，农技部门和销售企业还应加强对农民进行施 用技术指导。 过磷酸钙施入土壤后，其有效成分磷酸一钙易与土壤中的某些成分发生反应而被固定，使过磷酸钙的当季利用率降低，因此必须合理施用，既要减少肥料与土壤的接触，避免水溶性的磷酸盐被固定，又要尽量将肥料施于根系密集的土层中，使养分容易输送到根系，以利植物吸收利用。 据此可推广采取集中施用、分层使用，或与有机肥料混合施用等方法。 此外，因过磷酸钙中含有大量硫酸钙，所以应优先应用在缺硫、缺钙的土地上，充分发挥过磷酸钙的综合增产作用。 过磷酸钙需求 情况 国际市场预测：据有关资料报道，目前世界化肥年生产能 力约 19400 万吨，其中氮肥约 12170 万吨，磷肥约 3550 万吨，钾肥约 3680 万吨。 化肥年产量约14320 万吨，其中氮肥约 8670 万吨，磷肥约 3380 万吨，钾肥约 2270 万吨。 世界化肥年贸易量约 5500 万吨，其中氮肥约 2400 万吨，磷肥约 1100 万吨，钾肥约 2020 万吨。 据联合国粮农组织预测，今后 5年内世界化肥生产和消费增长缓慢，年均增长 2％左右。 2020 年世界化肥消费量约为 15600 万吨，其中氮肥 9400万吨，磷肥 3800 万吨，钾肥 2500 万吨。 世界磷肥消耗量将从 1995 年的 万吨增加到 2020年的 万吨。 目前，世界磷肥生产形势是供大于求，但从亚洲的生产与消费形势来看，磷肥供求矛盾比较大，我国仍将是世界上磷肥进口最多的国家之一。 本设计的立体思想 过磷酸钙工业化生产以来的百余年间，由于具有生产工艺简单，生产操作易于掌握；生产设备容易制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点。 使其一直是磷肥工业生产的主要品种。 但是由于过磷酸钙在实际应用中 ，由于过their own coditsevlphra,mxukgf.()ybTwqCzjSAX磷酸钙中含有大量不溶于水的物质使其很容易潮解， 当含有过量游离酸或经常接触潮湿空气时，就能吸湿结块。 因而解决过磷酸钙的易结块问题成为了 很多生产厂非常关注的问题。 因此本设计根据这些问题以期设计出 低耗能、低污染、高产出且不易结块的过磷酸钙生产工艺。 昆明理工大学毕业设计 生产工艺 7 2 生产工艺 过磷酸钙生产的主要工序是： ； 成； ；。 在熟化期中，应不断进行翻堆，使水分进一步蒸发并降低物料温度，促使第二阶段反应进行并改善产品物性。 熟化期一般为 3～ 15天。 经热化后的过磷酸钙还含有一定量 (%～ 8%P2O5)的游离磷酸，会给运输、贮存、施肥等带来困难，故在产品小厂前应中和游离酸。 中和的 方法有： 速作用的物料，如石灰石、骨粉、磷矿粉等； ，即氨化，但应严格控制加氨量或铵盐用量。 过磷酸钙经中和后，产品的物理性能得到改善，减少了吸湿和结块性；氨化后的过磷酸钙增加了含氮量，使肥效得到进一步提高。 中和后的过磷酸钙送去造粒，干燥后得到粒状的过磷酸钙。 含氟废气引入氟吸收塔用水洗涤吸收，得到氟硅酸溶液，然后进一步加工成氟硅酸钠、氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化氢等副产品，供化工、医药、冶金、搪瓷、建材等工业部门应用，特别是氟化氢具有重 要的应用。 过磷酸钙生产中的化学反应 生产过磷酸钙的主要化学反应可以分为两个阶段。 第一阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙： 7Ca5F(PO4)3＋ 35H2SO4＋ 1721 H2O===21H3PO4＋ 35CaSO4 21 H2O＋ 7HF (21) 这一阶段的反应进行得很快，一般在半小时或更快时间内即可完成。 此反应为放热反应，反应物料温度能很快升高到 100℃ 以上。 在很短时间内。 半水硫酸钙结晶转变 为无水物： 2CaSO4 21 H2O===2 CaSO4＋ H2O (22) 只有当硫酸完全消耗之后，生成的磷酸才能继续分解磷矿而形成磷酸一钙： 3Ca5F(PO4)3＋ 21H2PO4＋ 15H2O===15Ca(H2PO4)2 H2O＋ 3HF (23) their own coditsevlphra,mxukgf.()ybTwqCzjSAX形成的磷酸一钙溶解在磷酸溶液中，当溶液被磷酸一钙饱和以后，随着分解反应的进行，从溶液中不断析出 Ca(H2PO4)2H 2O结晶。 生成过磷酸钙 的总反应式为： 2Ca5F(PO4)3＋ 7H2SO4＋ 3H2O===3Ca(H2PO4)2 H2O＋ 7CaSO4＋ 2HF (24) 反应的第一阶段，是过磷酸钙在化成室中化成时完成的，第二阶段反应在化成室中开始，而后还要在仓库堆放产品期间继续很长一段时间。 熟化后的过磷酸钙中如果有多余的游离酸则应该用碱性物料进行中和： 2H3PO4＋ CaCO3=== Ca(H2PO4)2＋ CO2＋ H2O (25) 过程 中的副反应 在分解磷矿时，磷矿中所含的杂 质如方解石、白云石、霞石、海绿石等也能被硫酸分解，其反应如下： CaCO3 ＋ H2SO4===CaSO4＋ CO2＋ H2O (26) MgCO3＋ H2SO4=== CO2＋ H2O＋ MgSO4 (27) Fe2O3＋ H2SO4 ＋ Ca(H2PO4) 2===2Fe(H2PO4) 3＋ CaSO4 ＋ 3H2O (28) Al2O3＋ H2SO4 ＋ Ca(H2PO4) 2===2Al(H2PO4) 3＋ CaSO4 ＋ 3H2O (29) 随着第二阶段反应的进行和液相中游离磷酸浓度的降低，铁和铝的酸式磷酸盐转化为难溶的中性磷酸盐： Fe(H2PO4)3＋ 2H2O ===FePO42H 20＋ 2H3PO4 (210) Al(H2PO4)3＋ 2H2O ===Al PO42H 20＋ 2H3PO4 (211) 在反应过程中生成的 HF能同矿石所含的 SiO2作用生成氟硅酸： 4HF＋ SiO2 === SiF4＋ 2H2O (212) 在制取过磷酸钙的过程中，约 40%的氟以 SiF4形式逸出。 当气体冷却时。 SiF4和水蒸气相互作用。 3SiF4 ＋ 2HF === H2SiF6 (213)昆明理工大学毕业设计 生产工艺 9 生产 工艺流程图 过磷酸钙干法生产工艺主要工序是：硫酸与磷矿粉混合；料浆在化成室内化成；过磷酸钙在仓库内熟化；含氟废气中氟的回收。 干燥与造粒。 图 21为过磷酸 钙的生产工艺流程图 . 图 21 过磷酸钙生产工艺流程图 过磷酸钙 生产工艺流程简介 一定浓度的硫酸与磷矿粉经过各自计量后进入混合机进行混合，反应。 料浆随着胶带向前移动，并且逐渐固化，到达 端部时即被切削器切碎，经过撒扬后送往熟化仓库进行熟化。 皮带化成室的胶带上方设有罩子将化成室进行密封，混合、化成过程中所产生的水蒸气、含氟气体可以由排风机通过罩子上方的排气孔连续抽至 氟吸收系统进行吸收和洗涤。 图 22为皮带化成室生产过磷酸钙的工艺流程图。 水 粒状过磷酸钙 混合化成 中和 熟化 造粒 筛分 干燥 含氟气体、水 洗涤塔 尾气 磷矿粉 硫酸 氨 CO2 水 破碎 返料 their own coditsevlphra,mxukgf.()ybTwqCzjSAX 图 22 皮带化成室生产过磷酸钙的工艺流程图 [2] 1— 矿粉加料斗； 2— 星形加料器； 3— 皮带计量器； 4— 硫酸高位槽； 6— 卧式 混合机； 7— 皮带化成室； 8— 切削器 在过磷酸钙生产中一部分氟以 SiF4的形式逸出 ，剩余的含氟化合物则以各种形式存在于过磷酸钙中。 为了符合劳动保护和环境保护规定的要求，过磷酸钙工厂通常都是将混合、化成系统生产时逸出的含氟气体引入氟吸收系统用水逆流循环吸收，达到排放标准后 经排气筒放空。 含氟气体吸收工艺流程如图 23所示。 图 23 氟气体吸收工艺流程图 [2] 1— 1 号 双（单）轴形拨水轮吸收室； 2— 2 号 双（单）轴形拨水轮吸收室 ； 3— 1 号除沫器；4— 吸收塔； 5— 2 号除沫器； 6— 排风机； 7— 排气筒； 8— 1 号循环泵； 9— 2 号 循环泵 昆明理工大学毕业设计 生产工艺 11 由混合、化成系统来的含氟气体，在排风机的抽引下依次通过 1号双（单）轴形拨水轮吸收室、 2 号双（单）轴形拨水轮吸收室、 1 号除沫器、吸收塔、 2号除沫器，最后经排气简放空。 各除沫器分离气体携带的液沫后，分别由循环泵送回吸收室、吸收塔循环使用。 吸收塔中的洗涤液，根据 需要送往吸收室，以维持其吸收液液面高度。 同时，用新鲜水补充吸收塔作洗涤液。 排风机应能使混合、化成系统维持 295Pa 的负压，以免含氟气体外逸污染操作环境。 但负压也不宜过高，否则将有过多的空气进入系统 .从而降低含氟气体的浓度，影响吸收效率。 降温熟化流程 采用降温熟化流程时，新鲜过磷酸钙经过最初的撒扬，以及后来在仓库中的转堆、翻堆中，由于被空勤冷却和水分的蒸发，温度有所降低，液相中 H+浓度有所升高 ，反应生成的磷酸二氢钙的溶解度下降，逐渐从溶液中结晶出来，使液相中 H+浓度和适度增 大温度降低还可以使因搅拌混合不均匀而生成的磷酸氢钙钝化膜溶解有利于磷矿的继续分解。 另外铁铝杂质所形成的酸性 磷酸盐在高温下会转变成中性磷酸盐，从而使有效 P2O5退化。 因此，在用含 R2O5较多的中低品位磷矿时，宜采用低温熟化流程。 保温熟化流程 在某些高品位磷矿以及 MgO 含量较高的磷矿生产过磷酸钙时，宜采用保温熟化流程，既新鲜过磷酸钙不撒扬，熟化过程不翻堆以保持料堆的温度，加速熟化的反应。 从化成皮带机切削后的料堆用抓斗移至熟化堆，待熟化期满，检验合格后再用抓斗转移至成堆对准备出厂。 和工序 如图 24中和工艺流程 所示， 熟化后的过磷酸钙用桥式起重机装入纷飞料斗，由料斗的出口闸门板调节加料量，使熟化后的过磷酸钙按一定的速度在胶带运输机上。 中和剂则通过中和剂加料斗，并经星形下料机定量的加到胶带运输机上。 将这两种物料由胶带输送机同时送入打散机 ，在其中打散混合后，由胶带运输机直接装车或送至造粒系统。 their own coditsevlphra,mxukgf.()ybTwqCzjSAX24 中和工艺流程图 [11] 1— 桥式抓斗起重机； 2— 粉肥料斗； 3— 中和剂加料斗； 4— 星形下料机 5— 胶带输送机；6— 打散机； 7— 胶带输送机 如图 25为 造粒工艺流程图。 图 2— 5 造粒工艺流程图 [11] 昆明理工大学毕业设计 生产工艺 13 1皮带输送机； 2加料斗； 3胶带加料器； 4回转造粒机； 5回转干燥机； 6斗式提升机； 7双层振动筛 8— 双辊破碎机 9— 回转冷却机； 10— 返料螺旋输送机； 11— 燃烧炉； 12— 1 号 组式旋风分离器 ； 13— 1 号耕风机； 14— 离心洗涤器 15— 洗涤塔； 16— 旋风除沫器； 17— 2 号组式旋风分离器； 18— 2 号耕风机 熟化过磷酸钙经皮带输送机、加料 斗和 胶 带加料器加入造粒机。 与此同时，返料也经 加料 斗、 胶带 加料器加入造粒机中，并适当喷水使过磷酸钙增湿在造粒机的转动下团聚成粒。 湿的粒状过磷酸钙 落入干燥机与热炉气并流进行干燥。 干燥后的粒状过磷酸钙离开干燥机，经斗式提升机进入冷却机，在冷却机内与空气逆流进行冷却。 冷却后的粒状过磷酸钙经 斗 式提升机送去筛分＞ 14mm 的大颗粒，经破碎后再次筛分 小于 1mm 的粉粒，则作为返料送回造粒机与粉状过磷酸钙一起造粒； 1～ 4mm 的颗粒，即为粒状过磷酸钙成品，送包装工序装袋出厂。 干燥过程逸出的废气，先经收尘，再洗涤净化后放空。 从冷却机逸出的废气，经收尘后放空。