磷酸生产课程设计大学毕设论文.doc

目 录第1章 总论11.1 概述11.1.1 磷酸的性质和用途11.1.2 磷酸在的市场前景51.2 厂址选择71.2.1 厂址选择原则71.2.2 地理位置 91.2.3 自然概况111.2.4 交通运输121.2.5 建厂优势121.3 设计原则131.4 产品原料及方案13第2章 生产方案论证142.1 生产工艺分析与选择142.2 湿法磷酸工艺的选择162.3 本项目工艺说明20第3章 工艺计算223.1 物料衡算与能量衡算223.1.1 物料衡算223.1.2 能量衡算243.1.3 二水法工艺物料平衡计算（理论方法）243.2 主要设备设计与选型.473.2.1 反应器的设计483.2.2 过滤机的设计及选型513.2.3 低位真空冷却器的设计663.2.4 泵的选型733.2.5 储罐的选型79第4章 经济概算824.1 估算依据 824.2 总投资估算 82第5章 工厂布置类设计说明.855.1 设计依据.915.2 设计范围.855.3 总体布局分析.855.4 分区详细布局.865.5 车间布置概述.91第6章 管道布置和设计986.1 管道设计与布置的内容996.2 管道布置的原则和要求996.3 管道布置设计的依据1026.4 管道敷设方式及敷设坡度1026.4.1 管道敷设方式1026.4.2 管道距墙的要求1036.4.3 单元设备的管道布置1046.4.4 管廊布置及管道布置1076.4.5 管架敷设1116.5 管道设计1116.5.1 管子直径的选择1116.5.2 管道材料的选择1126.5.3 管道的绝热设计1126.5.4 管沟平面布置图112第七章 自动控制1147.1 概述1147.2 典型化工单元的控制方案1147.2.1 流体输送设备的控制方案1147.2.2 液位控制系统1157.2.3 压力控制系统1167.2.4 温度控制系统1167.2.5 成分控制系统1177.3 各设备的控制自动控制1177.3.1 传热设备的控制1177.3.2 反应器的温度控制1197.3.3 仪表的选型1197.3.4 动力仪表120第八章 电气电信1218.1 电气1218.1.1 电力负荷性质1218.1.2 高压供电系统设计1218.2 电信1248.3 具体设计1258.4 电信电路敷设128第九章 公用工程及辅助设施1309.1 公用工程初步方案和原则确定1309.2 给排水工程1309.2.1 设计依据1309.2.2 生产、生活用水系统1319.2.3 给水系统1329.2.4 排水系统1339.3 供热1339.3.1 设计标准1339.3.2 供热系统1349.4 采暖1359.4.1 设计标准及规范1359.4.2 厂址所在地的气候条件1359.4.3 设计范围1369.4.4 采暖1369.4.5 通风137第10章 化工设备维护与检修13910.1 维修任务及体制13910.1.1 修理任务13910.1.2 维修体制13910.2 维修车间设计13910.3 设备的维护检修13910.3.1 磷酸萃取槽维护13910.3.2 泵的检查与处理14410.3.3 槽日常检查要点14610.3.4 石墨换热器的维护14810.3.5 管道系统的维修检查15210.3.6 氟吸收塔的检修15410.4 维修人员的管理15610.4.1 维修人员的主要任务15610.4.2 维修人员的能力要求15710.4.3 维修人员的管理要求157第11章 消防设计15811.1 消防系统15811.1.1 稳高压消防给水系统15811.1.2 中压系统和高压系统15811.2 消防管网布置15811.3 消防水炮和消防栓15911.4 消防站15911.5 防雷防静电15911.5.1 防雷接地15911.5.2 静电接地16011.6 消防设置16011.6.1 消防排水16011.6.2 器材配备16011.6.3 消防设施的启动控制及报警方式160第12章 环境保护专篇16212.1 设计依据16212.2 湿法磷酸生产中的污染问题16212.2.1 水质的污染16212.2.2 大气的污染16412.2.3 废渣16612.3 环保治理措施16712.3.1 废水的处理措施16712.3.2 废气的处理16912.3.3 废渣处理17012.3.4 产区绿化17212.3.5 环境风险评估及建设建议172第13章 节能17313.1 节能的意义17313.2 节电17313.2.1 节电途径17313.2.2 节电措施17313.3 节水17313.3.1 节水途径17313.3.2 节水措施17413.4 工艺节能特色17513.4.1 废水的利用 17513.4.2 废渣的利用17513.4.3 废气利用 175第14章 劳动安全与卫生17614.1 设计依据及采用标准17614.1.1 执行的有关安全法规及规定17614.1.2 设计中采用的劳动安全与职业卫生标准法规 17614.2 生产过程中危险及有害因素分析17714.3 涉及的危险化学品性质及其应急措施18014.3.1 氢氟酸18014.3.2 氟硅酸18114.3.3 硫酸18114.3.4 磷酸18214.4 职业安全卫生防护的措施18314.4.1 工艺设计中采用的防护措施18314.4.2 噪音危害18314.4.3 安全色及安全标志的设定18414.4.4 泄露监测与处理18414.4.5 工业卫生18514.4.6 辅助用室18514.4.7 个人卫生要求18514.4.8 预期效果分析186结论187总结与体会189谢词191参考文献192175 第1章 总论1.1 概述1.1.1 磷酸的性质和用途1磷酸的性质磷酸是由五氧化二磷（P2O5）与水反应得到的化合物。一般情况下，磷酸系正磷酸的简称，其分子式H3PO4。五氧化二磷结合的水的比例低于正磷酸时可形成焦磷酸（H4P2O7）、三聚磷酸（H5P3O10）、四聚磷酸（H6P4O13）、偏磷酸（HPO3）和多聚偏磷酸（HPO3）n等。磷酸时三元酸，可以生成三种不同的取代盐，即一代磷酸盐XH2PO4，二代磷酸盐X2HPO4和三代磷酸盐X3PO4。在水溶液中25时，磷酸三个氢离子的离解常数分别为： H3PO4 = H+H2PO4- K1=0.93×10-2 H2PO4- = H+HPO42- K2=0.99×10-8 HPO42- = H+PO43- K3=1.8×10-12磷酸或磷酸盐的溶液中，各种离子的存在及其浓度由溶液的PH值决定。当PH=2时，溶液中约有一半以一代磷酸离子（H2PO4- ）存在，到PH=4.5（弱酸性），H2PO4-才是稳定的；二代磷酸离子（HPO42- ）在PH=9.5时才是稳定的；而PO43- 则必须在强碱性溶液（PH=12.52）中才能稳定存在。磷酸为中强三元酸，具有酸的一切通性，在室温下磷酸的化学性质是很活泼的。高温下磷酸可能与大部分金属及其氧化物发生化学反应。当加热呈浆状时，磷酸能侵蚀石英。磷酸的氧化能力很弱，即使在350450下，与氢、碳等强还原剂作用也不发生明显的化学反应。纯磷酸在常温下为透明单斜结晶，在空气中易潮解，密度1.88g/cm3，熔点42.4，含怕嚄74.2%。此外，还存在半水物（H3PO40.5H2O）结晶区，熔点29.3，含91.6%H3PO4。半水磷酸与冰的低共熔点为-85，该点的磷酸含量为62.5%H3PO4。磷酸作为商品运输时的含量一般为75%H3PO4或85%H3PO4，溶液的冰点分别为-20及-21，低于此温度时会有半水物结晶析出。含量超过100%H3PO4时进入无晶区，包括一组链长不同的缩合磷酸，以焦磷酸H4P2O7为起点，接着是三聚磷酸H5P3O10，四聚磷酸H6P4O13等饱和区域。当正磷酸溶液加热蒸发时，可以得到一组各种链长不同的缩合磷酸混合物，通常称为正磷酸。提高加热温度或延长加热时间，磷酸的脱水作用将达到更高的程度，亦即正磷酸不断减少，缩合磷酸（如三聚磷酸、四聚磷酸、偏磷酸等）不断增加。这时，磷酸的含量已经大于100%H3PO4，所以在工业生产中，常常用P2O5含量来表示磷酸的含量，而不用的含量来表示。将磷酸继续浓缩可以得到一组恒沸点混合物，它的组成为91.1%92.1%，溶液的蒸汽压将从13.87kPa增至100.39kPa，相应的沸点从694提高到869。其水溶液的蒸汽压p与溶液组成%P2O5及沸点T的关系可表示如下：式中 %P2O5在60%95%之间。接近1000时，磷酸蒸汽将离解成H2O和P4O10。焦磷酸H4P2O7的熔点为61，熔融后很难重结晶，在室温下，熔融后的焦磷酸的固化时间很长，要以周或月来计算。这主要是由于焦磷酸已经被离解成正磷酸或多磷酸的混合物。偏磷酸HPO3n为一无定型磷酸的混合物，也是一个恒沸点的混合物。在72%80%P2O5时，偏磷酸为一油状液体；在80%89%P2O5时，呈焦油状或脂肪状；高于90%时，呈透明玻璃状。任何组成的聚合磷酸溶解于水均水解成正磷酸。水解速度决定于水解温度。25时形成正磷酸，温度提高到100，几分钟就完成了。因此，可以在室温下研究聚磷酸在水溶液中的性质。磷酸的稀释热随着稀释倍数的增加而增大。1molH3PO4在1mol水中的溶解热为7.285J/mol，而在100mol水中则增大为22.046J/mol。磷酸溶液的密度与黏度在一定温度下，均随磷酸中P2O5含量的增加而增加。在75下，当从19.6%增加到70.5%时，磷酸水溶液的黏度相应从1.976×10-3Pas增加到59.24×10-2Pas。而密度则从1.15g/cm3增加到1.49g/cm3。磷酸水溶液（<44%P2O5）在20100范围内的比热容可按下式计算：cp=1.0109-0.00514X式中 X为磷酸中P2O5含量，P2O5%。有关磷酸水溶液的密度、蒸汽压、比热容、生成热、电导率和粘度的具体数据可查相关文献。2.磷酸的用途磷酸是重要的中间产品，主要用于生产化学肥料、工业磷酸盐、饲料磷酸盐及食品磷酸盐等。（1） 用于化学肥料的生产制造高浓度磷肥和符合肥料，如重过磷酸钙、沉淀磷肥、磷酸铵类氮磷复合肥料以及氮磷钾混配复合肥料。（2） 用于工业级磷酸盐生产用磷酸制取的工业级磷酸盐产品很多。热法磷酸由于杂质含量少，绝大部分用于生产三聚磷酸钠和其它工业用磷酸盐。湿法磷酸经过净化也可用于工业级磷酸盐生产。工业级磷酸铵用作酵母培养剂及防火剂。工业级磷酸钙是用氢氧化钙中和热法磷酸而制成。控制中和液的酸度可制得各种磷酸钙盐。磷酸一钙用作发酵剂和蔗糖的脱色剂。磷酸二钙作用动物的辅助饲料和牙膏的填料，优质的磷酸二钙可用于医药。磷酸三钙用作粉状物料流动性的调节剂和陶瓷制品的增白剂。磷酸钾盐的工业应用比较少。只有焦磷酸钾几乎全部用于液体洗涤剂的生产。焦磷酸钾可由磷酸氢二甲在高温下脱水而成。磷酸一钠用于酸型去垢剂的缓冲剂，磷酸二钠用作软化剂，除去水中的金属阳离子；也可用于医药和植物染色以及陶瓷釉料。磷酸三钠用作软化剂或重质洗涤剂的配料。酸式焦磷酸钠用于发酵剂和配制油井钻孔泥浆。焦磷酸钠是肥皂和合成洗涤剂的配料，它与酸式焦磷酸钠混合可用作反絮凝剂。三聚磷酸钠是合成洗涤剂的主要助剂，因为它有很强大的螯合力。60年代后期，由于使用三聚磷酸钠后的排水中含有磷，促使湖泊河流中藻类等大量繁殖，造成水生动物缺氧。为此各国都在发展非磷的助剂如复合（聚）二硅酸钠等。（3） 用于饲料级磷酸盐生产在饲料添加剂中，饲料级磷酸盐占有很大的比重，目前中国饲料工业发展很快，饲料级磷酸盐年需求在60万t（以计）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、尿素磷酸盐等。（4） 用于食品级磷酸盐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、焦磷酸二氢钠等。过去食品级磷酸盐都是以热法磷酸为原料。近年来，随着湿法磷酸技术的进步，是伐磷酸也用于食品级磷酸盐的生产。1.1.2 磷酸在的市场前景由磷酸获得的下游产品磷肥、磷酸盐、磷化物与农业、工业及人类日常生活密切相关。渗透到人类生产、生活方方面面的重要基础原材料，在许多领域属于不可替代、必须满足需求的物资。在这些产品的生产过程中，磷矿又是的基础原材料，且是不可再生资源，属于国家重要的战略资源，磷矿资源科学合理利用的科技攻关，已列入纲要中制造业领域中的基础原材料优先主题，所以随着磷矿等原材料价格和能源价格的不断上涨，磷酸及其下游产品制造成本持续攀升。我国虽然是磷化工生产的大国，磷化工产品的产量占世界总产量的比重也很大，但是磷化工产品的品种却很单一且档次较低，磷化工行业的总体技术水平与国际先进水平还有很大差距。特别是我国进入WTO后过渡期，国内的磷化工市场将对外商开放，面对国外大型磷化工企业的技术优势，国内磷化工企业将面临前所未有的挑战。但是，针对我国磷化工行业的现状和不足进行技术攻关，已采取相关措施加快磷化工高新技术的开发速度，缩小与世界先进水平的差距，对于满足国民经济的需求和国家的安全发展已建立完整先进的工业体系、促进了西部大开发、提升了民族工业的国际竞争力等。针对此行业普遍存在的问题进行了研究，快速提升了该行业的技术水平。经过100多年的发展因磷矿生产磷酸方法的不同而形成了磷酸盐工业和磷肥工业并存的磷化工产业格局：以电解磷矿获得黄磷制取热法磷酸形成了磷酸盐工业产业链，而利用硫酸分解磷矿制取湿法磷酸则形成了磷肥工业产业链。其中，热法磷酸由于其高能耗和高污染的特点，使其面临着来自资源、能源和环境方面的多重压力，而湿法磷酸经过净化精制后，则可以达到热法磷酸的标准，可代替热法磷酸生产工业级或食品级磷酸盐产品。因此，近10年来，世界磷化工格局发生了很大的变化。通过对杂质含量较高的湿法磷酸进行净化提纯，生产精制磷酸取代热法磷酸生产各种磷制品，已经成为世界磷化工高新技术发展的方向。采用净化湿法磷酸为原料生产工业、食品级磷酸或磷制品，不仅大幅度降低了能源消耗，还提高了产品附加值，增加了企业的经济效益。同时，精制后的磷酸残液还可用来生产肥料，实现资源的分级综合利用并对环境友好。随着湿法磷酸净化技术的研究，此工艺将实现了工业化生产。虽然，随着磷矿等原材料价格和能源价格的不断上涨，磷酸及其下游产品制造成本持续攀升，且湿法磷酸主要用来生产肥料，目前国内外肥料行业产能普遍过剩，但是可利用湿法磷酸净化技术来形成新的经济增长点，我国的高浓度磷肥工业从20世纪80年代初真正起步，走引进消化吸收和自主创新开发相结合的道路，经过20多年的努力。磷肥工业的总体水平和生产规模都已接近世界先进水平。特别是在国家重点科技攻关和其他国家科技计划的长期支持下，由四川大学自主开发的“中和料浆浓缩法磷铵工艺”，结合了我国磷资源的特点，高水平地实现了生产装置的大型化和国产化，不仅装置规模和产量占据了全部高浓度磷肥行业的半壁江山，而且还可与引进装置进行联产，改造并优化后者的运行状况，使采用传统工艺生产磷肥的引进消化装置具有鲜明的中国特色。我国的云南、贵州、湖北、四川4个主要产磷省，依托磷资源优势和成熟先进的高浓度磷肥生产技术及装备发展很快， “十一五”是我国磷肥工业进行产业集中、结构调整的重点时期，到2010年，我国磷肥产量将达到l 450万t，成为世界第一生产大国，其中，高浓度磷复肥将要达到1 015万t，占磷肥总产量的70，云南、贵州、湖北、四川4个产磷省的产量要占磷肥总产量的70，大型企业的产量要占磷肥总产量的70，国产磷肥实现自给有余。但是单一的磷肥产品作为农用物资，受国家限价政策和农用效益增值的限制，企业的经济效益有限，制约了市场竞争力的提高。在WTO后过渡期，我国化肥市场将实现对外开放，外商将进入化肥批发、零售、仓储、服务等流通领域，外部压力将进一步加大，那些仅有单一磷肥产品的大型磷肥企业将面临强力的国际市场竞争。从资源利用的角度来看，磷矿作为一种不可再生、储量有限的资源，在基本集中了我国优质磷矿资源的云、贵地区，磷矿仅用来生产肥料，不符合资源效益最大化利用的原则。所以，湿法磷酸生产磷肥的技术路线需要通过湿法磷酸精制净化技术等核心关键技术，获得与热法酸相同质量的磷酸原料，衔接进入到磷酸盐产业链，将已形成的“矿一肥”结合路线延伸为“矿一肥+盐”的模式，对产品结构进行调整，以肥为基础，开发精细磷化工产品，实现磷资源科学、经济的合理利用，提高磷肥企业经济效益，增强企业核心竞争能力，使我国的磷化工基础产业能有效地应对来自国际市场的竞争，满足国民经济建设的需求。实现“矿一肥+盐”的产业链模式，核心技术就是湿法磷酸的精制净化工艺及其产业化成套装备。精细磷酸盐和高纯度磷酸的需求量大，有广阔的市场前景通常。磷酸产品的纯度按农用级、工业级、饲料级、食品级、医药级、电子级逐级递增，产品加工难度和附加值也随之提高。精细磷化物和精细磷酸盐产品广泛应用于医药、电子等行业，具有很高的附加值，其市场需求潜力大，已成为磷化工行业新的经济增长点。因此，开发湿法磷酸净化技术，利用净化湿法磷酸代替热法磷酸生产各种精细磷化物和精细磷酸盐产品，能带来巨大的经济效益。同时，还有利于改善磷酸产品的产品结构，提升企业的核心竞争力。为磷酸生产行业提供了一个广阔的市场前景。1.2 厂址选择1.2.1 厂址选择原则1.厂址位置必须符合国家工业布局，城市或地区的的规划要求，尽可能靠近城市或城镇原有企业，以便生产上的协作，生活上的方便。2.厂址应选在原料，燃料供应和产品销售便利的地区，并在贮运、机修，公用工程和生活设施等方便又良好基础和协作条件的地区。3.厂址应靠近水量充足、水质良好的水源地，当有城市供水时，地下水和地面水三种供水条件时，应该经济技术比较后选用。4.厂址应尽可能靠近原有交通线（水运、铁路、公路），即应有便利的交通运输条件。以避免为了新建企业需修建过长的专用交通线，增加新企业建厂费用和运输成本。在有条件的地方，要优先采用水运。对于超重、超大或超长设备的工厂，还应注意沿途是否具备运输条件。5.厂址应尽可能靠近热电供应地，一般地讲，厂址应考虑电源的可靠性，并应尽可能利用热电站的蒸汽供应，以减少新建工厂的热力和供电方面的投资。6.选厂应注意节约用地。不占或少占良田、好地、菜园、果园等。厂区的大小、形状、和其它条件满足工艺流程合理布置的需要，并应有发展的可能行。7. 选厂应注意当地自然环境条件并对工厂投资后对于环境可能造成的影响作出预评价。工厂的生产区，排渣去和居民区的建设应同时选定。 8.厂址应避免低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受洪水的地段；厂址的自然地形应有利于厂房和管线的布置，内外线交通联系和场地的排水。9.厂址附近应有生产污水，生活污水排放的可靠排除地，并应保证不因新建厂建设至使当地受到新的污染和危害。10.厂址应不妨碍或破坏农业水利工程，应尽量避免拆除民房或建筑物，砍伐果园和拆除大批墓地。11.厂址应避免布置在下列地区地震断层带地区和基本烈度为9度以上的地震区；土层厚度较大的3级自重湿陷性黄土地区；易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山区；有开采价值的矿藏地区；对机场、电台等实用有影响的地区；有严重放射性物质的地区级爆破危险地区；国家规定的历史文物古建筑等地区；园林风景区及森林自然保护区、风景游览地区。综合考虑以上建厂原则，本项目厂址拟定在云南省安宁市草铺镇。1.2.2 地理位置安宁市是云南省昆明市下辖的一个县级市，位于滇中高原的东部边缘，地处东经，北纬之间；南北约65.5公里；东西宽约46.5公里；总面积1321平方公里。安宁市距昆明32公里，是昆明通往滇西8个地州，并经畹町直接与缅甸相通的交通重镇。市境东北与西山区相连，东南与晋宁县接壤，西边与易门，禄丰毗邻。平均海拔1800米，年平均气温14.7。 图1-1 安宁的地理位置图1-2 安宁市地图云南省安宁市草铺镇位于安宁市西郊，距市区12千米，320国道及安楚高等级公路穿越面过，总面积171平方公里；东临连然镇，南接县街乡，西靠易门县，北连青龙及温泉两镇，为通往滇西之要冲。全镇有八个村委员会，1个委员会，42个村民小组，2个村民小组，总面积171平方公里 。全镇共有汉族、苗族、彝族、白族、傈僳族、哈尼族等14个民族。图1-3 草铺镇地图1.2.3 自然概况安宁，由于得天独厚的地理自然优势，被誉为“连然金方，螳川宝地”，历来是昆明的重要门户，迤西咽喉，历史上曾是南方丝绸之路的重要站口，史称“安宁雄镇，诸爨要冲”。今天，安宁以丰富的矿藏资源、发达的交通枢纽、先进的电信事业、充足的自然能源、雄厚的工业基础和独特的旅游资源，一展古镇雄风，成为云南省的冶金、盐、磷化工基地和以温泉休闲疗养为主的旅游度假胜地。 安宁市地处滇中高原中部，滇池断陷湖盆西部，境内地表起伏不大，高原面发育较为完整。整个地形南窄北宽，东南高西北低。拥有连然、八街、禄脿三个大小不一的山间谷盆，其余均为山区、半山区。境内群山环绕，盆岭相间。属山地、中山、中切割地貌。安宁属中亚热带低纬度高海拔地区，季节温差不大，干湿度分明。年平均气温14.9极端最高气温31.5，极端最低温度-7.8。年均降水量约为1000.5毫米，月最大降雨量208.3毫米，日最大降雨量153.3毫米，降雨主要集中在59月。年日照时2327.5小时，年蒸发量1856.4米，日最大降雨量153.3毫米，最大风速40m/s，多西南风。相对湿度76%。舒适的气候条件吸引了众多外地人来旅游。驰名中外的温泉“天下第一汤”，自东汉发现和开发利用以来，便像一块巨大的磁石，吸引着中外文人雅士纷至沓来。明代大旅行家徐霞客称“此水实为第一，不可不饮”；前国家副主席董必武题诗道：“莫夸六国黄金印，来试三迤碧玉泉”；著名诗人郭沫若更对温泉留下了难忘的印象：“千树红云迎客履，一池碧玉涤风尘。”新近开发的温泉风景旅游度假区、玉龙湾东南亚影视城、三柱香公园和青龙峡旅游风景区等景点，更令游客流连忘返，一走神醉。自然资源：安宁市自然资源丰富。矿产资源主要有磷、铁、钛、锡、铜、锌、铝、硅、铝土矿、石英砂、石灰石、白云石及花岗岩等诸多矿藏。境内盐矿储量居全国内陆型盐矿第二，平均品位58.8%，仅次于青海；钙芒硝储量76亿吨，平均品位约23.3%，居全国储量前列；磷矿储量9.2亿吨，铁矿储量5200亿吨。安宁市属高原红土壤区，土壤构成与昆明市域整体相同，经济林木、农作物品种、植物资源和昆明市域多数地区类似。森林以云南松、滇翠柏、油松、华山松及针叶树为主，花卉品种繁多。其中，滇翠柏为安宁市市树，梅花为安宁市市花。1.2.4 交通运输安宁交通发达，320国道直通缅甸，昆安、安楚高速，成昆铁路等穿境而过，安晋高速、昆广铁路复线已开工建设，柏油路直达各行政村。 1.2.5 建厂优势磷酸厂的主要原料是磷矿等，选址时应满足：靠近磷矿原料基地；原料基地应是探有丰富蕴藏量地区。而据统计，云南省磷矿地质储量（折P2O5）占38.95%，从资源简表容易看出，安宁磷矿相对丰富，且有大型工业园区，原料来源有了保障，从而节省了运输成本，降低了建厂成本。1.3 设计原则（1）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定；（2）中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国劳动安全法 ；（3）国家和地区有关税收、建设等有关法令、法规；（4）化工工程及工艺设计相关规定。1.4 产品原料及方案10万吨/年半二水磷酸装置采用挪威Norsk Hydro公司的半水二水生产工艺技术。主要产品为27P2O5的磷酸。装置消耗的主要物料有磷矿粉和硫酸，消耗的能源有：动力电、蒸汽以及工艺水、渣坝回水、压缩空气、循环水、磷石膏干线输送等载能工质耗电。第2章 生产方案论证2.1 生产工艺分析与选择磷酸在国民经济中占有重要地位，是生产磷肥和磷酸盐的中间原料。磷酸及其下游产品广泛应用于化工、农业、医药、食品、电子等行业。磷酸的生产方法按照磷矿的化学加工方法划分为热法磷酸法和湿法磷酸法。热法工艺是先用磷矿石、硅石、焦炭将磷矿石中的磷还原为元素磷，然后将黄磷在空气中燃烧得到五氧化二磷，再将五氧化二磷与水反应得到磷酸的工艺。由于该法对矿石品位无严格要求，产品浓度高，质量纯，在上世纪90年代以前世界磷酸的70以上由热法磷酸提供。但是由于其电耗大，平均为15 078kwht黄磷(1991年)，成本高，生产过程中产生的粉尘和有毒气体严重污染环境，因此世界上热法磷酸的比例正逐渐下降。湿法磷酸法是用无机酸(主要是硫酸、盐酸)分解磷矿制得磷酸，这种工艺要求磷矿石的品位高，质量好，但制得酸的浓度低。我国每年减少磷矿储量约3亿t，按此消耗速度，我国磷矿资源仅能维持到20502060年。改革开放以来，我国磷化工发展的技术路线以湿、热法并举，基本上是磷肥以湿法为主，磷酸盐以热法为主。近几年，磷酸下游产品开始由初级产品向技术含量高、附加值高的产品转变。湿法、热法、窑法磷酸3种生产工艺的优点及存在的问题列于表2-1。表2-1 磷酸生产工艺比较项目湿法磷酸热法磷酸窑法磷酸原理用硫酸（也可用盐酸）分解磷矿制取磷酸黄磷燃烧水合制取磷酸与热法磷酸工艺基本一致，磷的还原和氧化在同一个设备内进行磷矿的要求高品位P2O5 >30%P2O5 >25%中低品位P2O5 >25%磷酸质量27%35%75%85%85%左右主要工艺二水物流程一辰法和二步法隧道窑和回转窑应用主要用于制造磷肥、工业级磷酸盐和制取饲料级磷酸氢氨、三聚磷酸钠等生产工业级和食品级磷酸及电子级磷酸盐制品可用于生产工业级磷酸优点设备简单，能耗低，生产成本低产品浓度高，质量好利用中低品位磷矿，节能，不受硫资源限制存在问题对磷矿石品位要求高能耗高，生产成本高球团易结焦，出口窑气温度高，收酸困难；纯度比热法稍低成本因素硫磺的价格电价和黄磷焦炭和包裹剂热法磷酸是黄磷的主要用户，其消费量占黄磷总消费量的70左右。黄磷的生产也主要集中在磷矿资源相对丰富的省份，但其能耗高，生产成本高，正在被湿法磷酸所取代。硫磺价格是影响湿法磷酸成本的主要因素，而我国磷矿资源主要集中在缺少硫资源的云南、湖北、贵州、四川、湖南五省。我国硫磺主要依靠进口，对外依存度达90。特别是2007年以来，国际硫磺价格飞涨，导致硫酸价格上涨，使湿法磷酸生产成本大幅上升，企业经济效益降低，虽然，近期硫磺价格有所回落，但从长期来看，硫磺价格的波动会制约磷酸生产乃至我国磷肥工业的发展。但湿法磷酸的能耗比热法磷酸低20，生产成本仅为热法磷酸的7080。所以纵观全球，净化湿法磷酸替代热法磷酸是世界磷化工发展的趋势之一。当今世界许多发达国家都将其作为磷酸生产的主要技术手段。磷矿资源具有稀缺性和不可再生性。我国磷矿资源的特点是储量丰富，分布较为集中，但中低品位矿多。窑法磷酸可利用中低品位磷矿生产高浓度磷酸，对我国磷化工的可持续发展具有重要的意义。如表，与热法磷酸相比，窑法磷酸工艺显著降低了生产能耗，用电少；与湿法磷酸相比，不受磷矿品位和硫资源的限制，因此该工艺十分符合我国磷矿资源的国情，有着广阔的发展前景。但要注意，窑法磷酸要实现大规模工业化还有很多技术难点需要攻关。近年来，仍有不少的科技人员在从事该项工作的研究，并申请了专利。但短期内，窑法磷酸还不会动摇湿法磷酸在磷酸生产工艺中的地位而成为生产磷酸的主流技术。所以，从经济及技术方面考虑，湿法磷适用于现今磷酸的生产。2.2 湿法磷酸工艺的选择目前，湿法磷酸的产量占世界磷酸总产量的85-90。湿法磷酸生产方法往往以硫酸钙结晶形态来分类，分别有二水法（DH）、半水一二水稀酸法（HRC）、半水一二水浓酸法（HDH）、二水一半水法（DHHH）和半水物法（HH）。半水一二水稀酸法由于流程长、能耗高、操作不稳定，国内外没有应用。半水一二水浓酸工艺以其最佳的经济技术指标和节能减排效果而被国外越来越多的公司开发和应用，但该工艺对原料磷矿质量要求高，在我国难以推广应用。二水一半水法具有较好的节能效果，副产磷石膏杂质少、含水率低，为其综合利用创造了极为有利条件，是一种适合我国中低品位磷矿的工艺流程。该工艺目前世界上仅有比利时普莱昂公司实现了工业化生产，且不对外转让。而二水法具有技术成熟、开车率高及对原料适应性强的较大优势， 目前被世界70以上的湿法磷酸生产企业采用，比较适用于现今的磷酸生产。1932年美国道尔公司与瑞士生产公司合作开发的道尔浓酸流程，为现代化的二水物流程奠定了基础。由于二水物流程具有操作稳定、对磷矿适应性强、投资少等突出优点。因此几十年来世界各国对二水物流程进行了不断的研究和改进，使其有了较大的发展，现在世界磷酸装置总数的80以上采用二水物流程。我国湿法磷酸工业始于1953年，迄今已有50多年的历史。我国湿法磷酸80以上都采用二水物流程生产，目前年产量估计在500万600万t(P2O5计)，60用于制造高浓度磷复肥，约40用于制造工业级磷酸钠盐、铵盐以及饲料级磷酸钙盐等，少量出口。二水物法工艺技术有多种，国内大型装置主要有普莱昂(Prayon)工艺、吉可布斯一道尔科(JacobsDorr)工艺、罗纳普朗克(RP)工艺、诺斯克赫特罗工艺及斯温森工艺等，前3种工艺在世界上居主导地位，其中普莱昂(Prayon)工艺建厂最多。1. 普莱昂(Prayon)工艺图2-1 方格多槽（普莱昂第四代）二水物流程图2.吉可布斯一道尔科(JacobsDorr)工艺图2-2 吉可布斯一道尔科(JacobsDorr)工艺3.罗纳普朗克(RP)工艺图3-3 罗纳普朗克(RP)工艺4.诺斯克赫特罗工艺.图3-4 诺斯克赫特罗工艺5.斯温森工艺图3-5 斯温森工艺由于普莱昂工艺建厂较多，工艺成熟，综合考虑本项目工艺选用方格多槽普莱昂（第四代）二水物工艺流程。2.3 本项目工艺说明普莱昂流程是比利时普莱昂冶金公司开发的，已有三十多年历史。早在1950年就已在美国第一次建厂。普莱昂流程如图2-1所示普莱昂系统的特点是使用了一台长方形多室的分解室，以及使用真空冷却系统冷却料浆。据报道，分解系统取得的结果如下：1.P2O5转化率为97%；2.成品磷酸浓度为3032%；3.真空冷却系统中蒸发的水量为1千克/千克P2O5；4.石膏结晶的大小为150毫米左右。大部分反应热和硫酸稀释热是靠稀释硫酸及真空（闪蒸）冷却器移走，后者约移走60%的热量。料浆从真空冷却器内的侧边加入，水分从冷却器的料浆表面上蒸发，冷却后料浆沿着分布器的另一侧边留出，通过一条直径较大的管道返回第一反应槽，该管道是浸没在料浆中的（液封）。采用真空冷却方法可使分解槽温度控制十分稳定，还能解决返料问题。普莱昂（第四代）使用的过滤机是转盘式过滤机，具有良好的操作性能。石膏含磷酸为0.20.3%，滤饼含水通常为1618%。过滤机清理周期为12星期。普莱昂流程的磷酸浓缩装置，是强制循环换热器。普莱昂流程是湿法磷酸生产中运用最多的流程，建厂情况也较多。在降低能耗方面有如下优势：1.一台超能效的普莱昂搅拌器，它的浸没的螺旋桨只适应于普莱昂的硫酸工厂，并联结一只特殊设计的表面桨叶能帮助引进物料以及消除泡沫。2.低位的真空（闪蒸）冷却器，大量的料浆循环。大量料浆是用一台低压头，低功率、低维修的螺旋泵提供的。3.根据所用的磷矿的种类不同，用低压头的循环泵调节流量，增大或减少经过分解槽各室的料浆量。第3章 工艺计算3.1 物料衡算与能量衡算该项目为10万吨/年磷酸（27%P2O5）的设计，在初步确定的工艺流程后，从定性估计转入定量计算。通过对工艺流程中各车间和部分重要单元作详细的物料衡算，得到原料、产品、副产品及中间产品之间量的关系，从而计算出原料的转化率、产品的收率、物料损失量、“三废”排放量及组成及原料的消耗定额等各项指标。为设计或选择设备类型、台数和尺寸提供依据，以便对设备作进一步的计算。3.1.1 物料衡算1.衡算方法物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应）。对任何一个体系，物料平衡关系式可表示为：输入的物料量输出的物料量反应消耗的物料量反应生成的物料量= 积累的物料量（1）稳定操作状态稳定操作时，积累的物料量= 01）有化学反应，此时物料平衡关系式为：输入的物料量输出的物料量反应消耗的物料量反应生成的物料量= 02）无化学反应，反应消耗和生成的物料量为零，此时物料平衡关系式为：输入的物料量输出的物料量= 02.非稳定操作状态非稳定操作时，积累的物料量不为零。1）有化学反应输入的物料量-输出的物料量-反应消耗的物料量+ 反应生成的物