湿法磷酸的生产工艺及其运用 - 图文

云南广播电视大学 云南国防工业职业技术学院

毕业设计说明书

作 者: 学 院: 专 业: 题 目:

伏国精 学 号： 20101119139 化学工程学院

精细化学品生产技术 湿法磷酸的生产工艺及应用

指导者： 张永明 (高级讲师)

评阅者: 张永明 (高级讲师)

2012年12月

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毕业设计说明书 摘要

磷化学工业史以磷矿石位原料，经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业。主要包括磷酸、磷肥、含磷农药、元素磷、磷化物、磷酸盐、有机磷化物及医药工业等。本论文依据本人实际情况和学识水平，主要对湿法磷酸生产工艺及应用进行粗略阐述。论文主要对湿法磷酸生产工艺中的过滤工段的反应原理和操作规程进行论述，而对于反应、湿磨和浓缩工段，因本人所在实习岗位原因，则只是简单带过。本论文本着精练、简洁的原则，力求联系实习企业的生产实际。但因本人实习时间过短、所学粗浅、水平有限、时间仓促等原因，论文中有许多疏漏和不妥之处，还望各位指导老师和评阅老师多多包涵并及时指正。 关键词：湿法磷酸；生产工艺；过滤；操作规程

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目录

1引言.........................................................5 2总论.........................................................6 2.1 湿法磷酸生产的发展历程....................................6 2.2 磷酸性质及磷矿要求.......................................7 2.2.1磷酸的物理性质.......................................8 2.2.2磷酸的化学性质.......................................9 2.2.3湿法磷酸对磷矿的要求................................10 2.3 主要生产工艺路线简介...................................12 2.3.1工艺路线介绍........................................12 2.3.2工艺要求............................................13 2.3.3主要系统介绍........................................13 2.4湿法磷酸生产的基本原理..................................15 2.4.1湿法磷酸生产的主要化学反应..........................15 2.5湿法磷酸生产过程中的相平衡..............................16 2.5.1硫酸钙在CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡.................16 3反应、湿磨和浓缩简介......................................18 3.1 反应工段简介............................................18 3.2 湿磨工段简介............................................18 3.3 浓缩工段简介............................................18 4过滤工段工艺操作规程.......................................19 4.1岗位任务.................................................19 4.2岗位范围.................................................19 4.3生产原理及工艺流程.......................................19 4.3.1生产原理.............................................19 4.3.2工艺流程概述.........................................19 4.4工艺操作指标.............................................20 4.5操作规程.................................................20 4.5.1开车前的准备工作.....................................20 4.5.2正常开车程序（含原始开车）...........................21 a.准备工作及操作程序..................................21 b.正常停车............................................22 4.5.3过滤工段的清洗......................................22 a.准备工作及操作程序..................................22 4.5.4紧急停车............................................23 4.5.5长期停车............................................23 4.6常见故障分析及处理措施..................................23 5湿法磷酸的应用............................................25 5.1用于化学肥料的生产....................................25 5.2用于工业级磷酸盐的生产................................26 5.3用于饲料级磷酸盐的生产................................26

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5.4用于食品级磷酸盐的生产.................................26 结论.........................................................27 致谢.........................................................28 参考文献............................................... .....29

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1 引言

磷化学工业是以磷矿石位原料，经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业。

主要包括磷肥、含磷农药、元素磷、磷酸、磷化物、磷酸盐、有机磷化物及医药工业等。磷化学工业简称磷化工。磷化工是化学工业的一个重要组成部分，磷在现代化学工业中占有相当重要的地位和作用。

1669年德国Hennig Brang发现了磷，1888年英国J.B.首先用电炉制出黄磷，标志着磷化工的开始。随着时代的发展和科学技术的进步，促进了磷和磷制品向更多产业部门的渗透，除了在农业上大量用作肥料、含磷农药、家禽和牲畜的饲料以外，磷化工产品在洗涤剂、冶金、机械、选矿、钻井、电镀、颜料、涂料、纺织、印染、制革、医药、食品、玻璃、陶瓷、水处理、耐火材料、建筑材料、日用化工、造纸、弹药、阻燃及灭火等方面已被广泛使用。 随着科技的发展，高纯度及特种功能磷化工产品在尖端科学、国防工业等方面被进一步推广应用，并出现了大量新产品，如：电子电气材料、传感元件材料、离子交换剂、催化剂、人工生物材料、太阳能电池材料、光学材料等等。 由于磷化工产品不断向更多的产业部门渗透，特别是在尖端科学和新兴产业部门中的应用，使磷化工成为国民经济中的一个重要的产业，发挥着越来越重要的作用。

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H2SiF又与SiO2反应生成SiF4气体。

2 H2SiF6+ SiO2＝3 SiF4↑+2 H2O

以上可以知道氟主要是以SiF4形式存在，用水吸收后生成氟硅酸水溶液并析

出硅胶沉淀。

3 SiF4 +（ n+2 ）H2O ＝ 2 H2SiF6 + SiO2· nH2O

磷矿中铁、铝、钠、钾等杂质将发生以下的反应： Fe2O3 + 2H3PO4 ＝ 2FePO4↓+3 H2O Al2O3 + 2H3PO4 ＝ 2AlPO4↓+3 H2O

Na 2O + H2SiF6 ＝ NaSiF6 + H2O K2O + H2SiF6 ＝ KSiF6 + H2O

其中的镁主要存在于碳酸盐之中，磷矿中的碳酸盐，白云石、方解石等首先被分解并放出CO2。

CaCO3 + H2SO4 ＝ CaSO4 + H2O + CO2↑

CaCO3.MgCO3 + H2SO4 ＝ CaSO4 +MgSO4 + 2H2O+2 CO2↑

生成的镁盐全部进入磷酸溶液中对磷酸的质量和以后的加工过程都不会带来影响

2.5湿法磷酸生产过程中的相平衡

2.5.1硫酸钙在CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡

硫酸钙在湿法磷酸生产中可能生成的三种结晶有不同的溶解度等温线。研究

其溶解度曲线，可以了解不同晶体的磷酸钙在磷酸中的稳定情况，如果结晶的溶解度越小，则其稳定性越大，而这种稳定性是湿法磷酸生产过程中工艺的重要依据。

以下讨论的半水物系指的是?-半水物，无水物系指无水物二。80℃时，硫酸钙三种水合结晶在磷酸中无水硫酸钙结晶在所有的磷酸浓度的溶液中溶解度最小，成为唯一的稳定固相，二水物和半水物都是介稳固最终将转化为无水物。二水物和半水物结晶的稳定性取决于温度及磷酸的浓度。80℃时相应的磷酸浓度为33%P2O5.所以在该温度下当溶液的磷酸浓度低于33%P2O5时,二水物的溶解度比半水物小,相

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对的比半水物更稳定;反之高于33%P2O5时,半水物比二水物更为稳定, 33%P2O5二水物比半水物稳定的转化平衡点，对不同的生产要求有可以按三元体平衡的转化规律来进行不同的选择。为了便于研究现将硫酸钙的三元体系平衡图绘制于下：

下图的三个区域中,硫酸钙的结晶的转化顺序为: 区域一 ：半水物→无水物→二水物 区域二： 半水物→二水物→无水物 区域三： 二水物→半水物→无水物

图2.5.1.1 CaSO4-H3PO-H2O三元体系相平衡图

3反应、湿磨和浓缩简介

3.1 反应工段简介

3.1.1反应工段生产原理

控制二水物湿法磷酸工艺条件，用硫酸分解磷矿是利用硫酸和磷酸的化学能，将磷矿中难溶的P2O5 转化为水溶性P2O5，使P2O5 尽可能转移到液相中来。最终反应生成磷酸和二水硫酸钙结晶共存的料浆。其化学反应方程式如下： 5H2SO4+Ca5F(PO4)3+5nH2O =5CaSO4·nH2O+3H3PO4+HF

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3.1.2不利于反应工段进行反应、结晶的各种因素

（1）氧化钙；（2）倍半氧化物：三氧化二铁和三氧化二铝；（3）氧化镁含量；（4）氟含量；（5）硅含量；（6）硫化物含量；（7）分散性泥质含量；（8）有机物含量；（9）稀土化合物；（10）氯含量。

3.2湿磨工段简介

3.2.1工艺流程描述

装载机→磷矿贮斗→皮带输送机→磨头仓→电子称重皮带→球磨机→滚动筛→矿浆地下槽→矿浆地槽泵→水力旋流器→浓密机→矿浆泵→矿浆储槽。 3.2.2工艺指标

矿浆含固量： 62—68% 矿浆粒度 ： 85%过—100目

3.3浓缩工段简介

3.3.1生产原理

利用强制循环真空蒸发原理，使稀酸与蒸汽进行逆流间接换热，蒸汽走壳程，循环磷酸走管程，把稀磷酸的温度升高，在闪蒸室中磷酸的部分水分蒸发，直至磷酸浓度达规定指标范围，并把含氟气体用循环水进行循环洗涤回收，同时将浓度达标的磷酸送至浓磷酸澄清槽。 3.3.2工艺指标

产品浓磷酸浓度： 47%—48% 产品浓磷酸含固量： ≤2%

4过滤工段工艺操作规程

4.1岗位任务

（1）利用过滤设备将反应料浆进行液固分离；

（2）采用三次逆流洗涤工艺，控制好洗水流量及分布，保证滤饼（石膏）的洗涤效率，达到最佳的磷回收效率； （3）将成品稀酸送往稀酸储槽备用；

（4）过滤洗涤后的石膏湿法排进石膏再浆槽，由管线输送至渣场。

4.2岗位范围

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负责从过滤机给料泵到成品稀酸输送到稀磷酸澄清槽之间（包括真空洗涤系统）

所属设备、电气、仪表、管线、阀门、工器具及构筑物。

4.3生产原理及工艺流程

4.3.1生产原理

在水环式真空泵的抽吸作用下，使反应料浆得到液固分离，采用三次逆流洗涤工艺，充分回收哦磷石膏中的可溶性P2O5 ，真空系统的尾气通过洗涤分离后达标排放。

4.3.2工艺流程概述

在转台式过滤机逆时针旋转过程中，反应工段的料浆由过滤机给料泵经管线输送到料浆分布盒同时加入已配制好的絮凝剂，分布后在过滤机上形成一层厚度约3-5cm的滤饼，滤液经错气盘分配进入气液分离器滤液区，经下液管由滤液泵送往稀磷酸澄清槽澄清，滤盘上的滤饼经过三次逆流洗涤充分回收滤饼中夹带的可 溶性P2O5后，由过滤机卸料螺旋将石膏卸至石膏下料斗由磷石膏运输皮带运往磷石膏堆场，滤布再生区盘上水及盘下水区洗水槽，用渣浆泵送至过滤机做滤饼洗水，除洗水外多余部分送至罐区工段澄降槽澄清，澄清后清水部分返回冲盘水槽，稠浆部分到达过滤机做滤饼洗水。经过过滤机卸料螺旋后未卸完的石膏和滤布中夹带石膏在滤布上岁高压冲洗清除石膏完成滤布冲洗和再生，最后回到料浆区再次布料，如此循环往复。

来自过滤机滤洗液出气总管的尾气在水环式真空泵的抽吸作用下，首先进入除沫器分离气体中夹带的磷酸液滴，分离的液体部份进入液封槽，溢流到地沟回收使用，气体进入过滤机冷凝器用循环水进行冷却及洗涤，洗涤水经液封槽溢流返回循环水工段，不凝性再进入除沫器进行气液分离，分离后的液体去过滤机冷凝器液封槽返回循环水，气体最后经水环式真空泵送入过滤水滴分离器分离后排入大气。

4.4工艺操作指标

序号 1 2 工艺指标 滤液含固量 单位 % 指标数值 ≤2 25-33 过滤真空泵进口KPa 绝压 19

3 4 5 洗水温度 滤液P2O5浓度 清洗液SO3浓度 ℃ % % 65-70 24-26 8-10 4.5操作规程

4.5.1开车前的准备

（1）过滤系统的主要设备必须经公司组织人员对其进行联合检查，确认无误； （2）过滤系统的设备、电气、仪表等经检查确认都应处于完好可用状态； （3）过滤系统的所有设备进行加油，经过单机试车后再联动试车，确认处于完好可用状态；

（4）过滤系统及真空洗涤系统必须经水联动试车及气密性试验，并处于完好状态；

（5）各调节阀、流量计等由仪表人员准确检查，并提供误差值；

（6）对本系统的所有槽、塔、罐及管道进行检查，确认无任何杂物，密封完好，并进过试漏处于完好可用状态；

（7）对所有液封槽内加工艺水，补充到正常液位； （8）检查确认絮凝剂槽内无杂物，并配置好絮凝剂待用； （9）检查确认所有阀门处于正常位置；

（10）检查冲盘水喷头无杂物堵塞现象，且角度符合要求，过滤机滤布是否正确安装，完好可用状态；

（11）熟悉本岗位操作规程及试车方案；

（12）现场照明、通讯设施、安全防护用具齐全完好； （13）交接班日志准备就绪。

当具备以上条件后，待命开车，并检查以下原材料及公用工程情况： ①、开车前反应系统必须正常开车，要求消化槽液位50%—70%；

②、检查循环水工段是否能正常供应，工艺水是否到系统，压力达正常范围； ③、检查硫酸或锅炉车间蒸汽是否能正常供应； ④、通知调度室，请电气车间向系统送电，并确认；

⑤、通知调度室，请仪表车间供应仪表空气并检查各调节仪器、仪表能正常工

作。

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配制油井钻孔泥浆。三聚磷酸钠是合成洗涤剂的主要助剂，因为它有很强的作用力。60年代后期，由于使用三聚磷酸钠后的排水中含有磷，促使河流湖泊中藻类等大量繁殖，造成水生动物缺氧，为此各过都在发展不含磷的洗涤剂如复合（聚）二硅酸钠等。

5.3用于饲料级磷酸盐的生产

在饲料添加剂中，饲料级磷酸盐占有很大比重，目前中国饲料工业发展很快，饲料级磷酸盐年需求在60万吨（以P2O5计）以上. 饲料级磷酸盐主要有磷酸氢钙、脱氟磷酸钙、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、尿酸磷酸盐等。

5.4用于食品级磷酸盐的生产

磷酸盐在食品或饮料加工中主要是作为品质改良剂和营养剂，食品级磷酸盐的品种比较多，美国目前使用的有31种，日本有26种，中国正式批准使用的有磷酸、磷酸氢钙、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、焦磷酸二氢钙、六偏磷酸钠、焦磷酸钠二氢钠等，过去食品级磷酸盐都是以热法磷酸为原料的。近年来，随着湿法磷酸净化技术的进步，湿法磷酸也用于食品级磷酸盐的生产。

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结论

磷化学工业史以磷矿石为原料，经过物理化学加工值得各种含磷制品的工业。

主要包括磷肥、含磷农药、元素磷、磷酸、磷化物、磷酸盐、有机磷化物及医药工业等。

由于磷化工产品不断向更多的产业部门渗透，特别是在尖端科学和新兴产业部门中的应用，使磷化工成为国民经济中的一个重要的产业，发挥着越来越重要的作用。

湿法磷酸生产工艺是当今使用比较广泛的方法，在磷酸生产中占据重要地位。

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致谢

在毕业论文完成之际，我感慨万千，在本论文的设计过程中，不仅自己付出了极大的努力，更得到了张永明老师的悉心指导和实习单位师傅、同事的无私帮助。在此，我要向我的指导老师张永明致以最真挚的谢意和最崇高的敬意！作为我们专业的教研主任，张老师教学态度认真严谨，正是他悉心的指导和严厉的态度让我在设计论文中不惧困难，认真完成了本论文。感谢张老师！

同时，我还要感谢我实习单位的师傅和同事，他们不仅在生活中给予我帮助，在工作中也对我严格要求，耐心教导我各种技能和专业知识，让我更好、更快的熟悉岗位，圆满完成实习。还有，在本论文的设计过程中，我的师傅和同事提出了许多宝贵意见，并不断指导、指正。有了他们无私的帮助，我才更好的完成本次论文设计。谢谢我的师傅和同事！感谢你们！

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参考文献

2012年云南祥丰金麦化工有限公司委培讲义《磷肥生产技术》 云南祥丰金麦化工有限公司稀酸车间《工艺操作规程》

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z9yd.html