二水物湿法磷酸工艺计算(18页).doc

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1、-二水物湿法磷酸工艺计算-第 18 页第四章 二水物湿法磷酸工艺计算1 工艺计算基础数据(1) 原料 磷矿成分组成表（干基）组分P2O5CaOFe2O3Al2O3SiO2MgONa2OK2OFCO2其他%320.183.2(2) 硫酸：选浓度为98%的H2SO4。2 反应部分工艺数据(1) 磷矿浆的含水率取36%(湿基)。(2) 磷矿浆中P2O5的萃取率96.5%。(3) 磷矿中次要组分在反应过程中的分配如下：组分CO2FFe2O3Al2O3MgONa2OSiO2K2O其他率酸%7091829820101368石膏%13918280878732气相%1001700003003.过滤部分工艺数据

2、(1) 成品磷酸主要组成： P2O5 25%。(2) 过滤时对成品磷酸的稀释率取0.5%。(3) P2O5的回收率取96.0%。(4) 率饼的含液量(湿基) 1.第一次过滤50% 2.第二次过滤40%3.第三次过滤35% 4.第四次过滤29%(5) 第二次过滤后水溶性P2O5残留率R1=0.3(6) 第三次洗涤后水溶性P2O5残留率R2=(7) 第四次过滤后水溶液中P2O5浓度为1.13%4 计算过程及结果以1000Kg磷矿(干基)为准:1）磷矿用量：1000kg(干基)磷矿浆量:kg已知成品磷酸为80万t/a，折成小时磷矿消耗量为：干基量 矿浆量 2）硫酸用量(1) 假定磷矿中的MgO全部以

3、MgCO3形式存在,多余的CO2则以CaCO3形式存在，矿中的F及P2O5分别以Ca5F(PO4)3及CaF2形式存在。MgCO3与H2SO4反应生成MgSO4，而MgSO4在磷酸溶液中呈离子状态，故计算成品磷酸中游离硫酸时将MgSO4计入，而计算硫酸消耗时不再列入。假定成品磷酸中不含Ca2+。（2）计算1000Kg磷酸矿中各种Ca的量。Ca5F(PO4)3的量：100010330.56%=mol的量：（）0.5= mol的量： mol的量：= mol(3) 各种钙盐消耗硫酸量：Ca5F(PO4)3的消耗量=kg的消耗量： kg消耗量： kg(4)成品酸中的游离硫量 kg (5)消耗硫酸总计

4、kg折算成98%的2SO4为 ： kg折算成SO3的量为： kg3）成品磷酸组成：(1)成品磷酸中个组分量P2O5= kgSO3= kgFe2O3= kgAl2O3 = kgSiO2= kgK2O= kgNa2O= kgMgO= kgF= kg其他= kg（2）总磷酸量： kg（3）成品磷酸中水的计算在磷酸中的水可以分为自由水和结合水两种，结合水的计算采用阴阳离子平衡方法。非金属和其他氧化物： SO3 SiF4 F等。金属及其他氧化物：Fe2O3 Al2O3 MgO Na2O K2O等。判断F与Si是否平衡，首先判断磷酸中F与Si是否平衡，如果是Si过量，则酸中F以SiF62-的形式存在，多余

5、的Si以SiO2的形式存在，如果是F过量，则酸中Si全部以 SiF62-的形式存在，多余的F以F-形式存在。=0.1667 说明F过量。阴离子组 物质的量：P2O5 =kmolSO3= kmolSiO2= kmolF= kmol小计： kmol阳离子组物质的量：Fe2O3= kmolAl2O3= kmolMgO= kmol Na2O、K2O及其他物质的量均用Na2O的值代替 kmol小计： kmol结合水量：kg由于在计算干物质时以氧原子代替SiF62-、F-等形式等量的氧为：SiO2SiF6OkgFO kg小计 ： kg总干物质的量： kg自由水量： kg（4）成品磷酸组成：表成品磷酸组成表

6、组分P2O5SO3Fe2O3Al2O3SiO2FMgONa2OK2O其他结合水自由水%252.284990.542190.42532以上合计 10 调整-，总计1004 磷石膏组成（1）磷石膏的组成量（kg）CaO=P2O5=SO3=Fe2O3=Al2O3=SiO2=Na2O=MgO=K2O=F=其他=结晶水（2）干物质中扣除与F相当的氧的物质的量为：FO kg（3）干物质总两量为： kg（4）磷石膏的组成 表磷石膏的组成表组成CaOSO3Fe2O3Al2O3SiO2MgONa2OK2OFP2O5其他结晶水%以上合计100.1，调整-0.1，总计1005 反应料浆量反应后磷酸料浆中固体含量即干

7、物质总量为14 kg已知料浆含固量为33%所以料浆量： kg6.反应过程中排出气体的量，排出气体含CO2、HF、SiF4和H2O。各组分的量分别为： CO2： kgSiF4： kgHF： kg反应槽排出的水与闪蒸冷却蒸发水的计算，假定其总和为S kg7.回磷酸量及其组成：(1) 对反应槽进行物料衡算，则有回磷酸量+磷矿浆量+硫酸量=磷酸料浆量+反应过程中排出的气体量+闪蒸冷却水量+反应槽蒸发水量回磷酸= kg(2) 对反应槽进行P2O5平衡(3) 假定回磷酸是由成品磷酸稀释而成，故回磷酸组成（%）如下：表4.6 回磷酸组成表组分P2O5SO3Fe2O3Al2O3SiO2FMgONa2OK2O其

8、他结合水自由水%252.284990.542190.425328 热平衡计算数据(1) 物料温度：磷矿浆 40 磷酸料浆温度 78回磷酸 6298% H2SO4 40磷酸料浆闪蒸冷却温差2.7萃取槽尾气 65(2) 大气参数：环境温度 15 相对湿度 78% 大气压 91.9KPa (3) 比热容干磷矿粉比热容：0.92 KJ/(kg)矿浆比热容：98%硫酸比热容：磷酸料浆比热容：回磷酸比热容：(4) 生成热 （25 KJ/mol）Ca5F(PO4)3(s) -6813.8 Fe2O3(s) H2O(l) FePO4(s) CaSO4.2H2O(s) Al2O3(s) MgCO3(s) -11

9、13.68 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%)9 显热热量平衡计算的温度基准25，单位KJ(1) 磷矿浆 (2) 98%硫酸 (3) 回磷酸 (4) 搅拌产生热量：搅拌桨装机功率850kW10 热损失计算反应槽和过滤热量损失为5%11硫酸的稀释热假如在反应过程中加入反应器的浓硫酸先稀释到料浆液相的硫酸根浓度，

10、然后再与磷矿反应。（1）稀释热计算公式：试中Q稀释热 n1稀释前水与硫酸的摩尔比 n2稀释后水与硫酸的摩尔比已知成品磷酸中SO42-为2.9%，过滤操作时磷酸中P2O5浓度被稀释到0.5%，故磷酸料浆液相中的SO42-浓度为： 已知成品磷酸中含自由水%，磷酸料浆液相中含自由水为：(4)(5) 2.958% H2SO4的生产热Q生生成热，；n则 Q生(6) 98%H2SO458% H2SO4的稀释热 Q=705.092 （100% H2SO4） 12 磷酸生成热(1) 将料浆中P2O5浓度折成H3 (PO4)3浓度(2) H3 (PO4)3 在自由水中的浓度自由水：54.568%在自由水中的浓度

11、：(3) 查表得38.739%的H3 (PO4)313.反应热(1) 磷矿中各组分在与硫酸进行反应时，发生如下反应，各组分反应热见下面各式： 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 / mol Fe2O32H3PO4 = 2FePO43H2OQ4 Q4 = 47.07 KJ / mol Al2O32H3PO

12、4 = 2AlPO43H2OQ5 Q5 = 71.09 KJ / mol CaCO3 H2SO4 H2O = CaSO4.2H2O CO2Q6 Q6 = 34.68 KJ / mol MgCO3H2SO4 = MgSO4CO2 H2OQ7 Q7 KJ / mol SiO24HF = SiF42H2OQ8 Q8 = 126.30 KJ / mol（2）1000kg磷矿中各组分的物质的量、Ca5F(PO4)3 ：= mol、CaF2 ： = mol、MgCO3 ： = mol、CaCO3 ： = mol、Fe2O3 ：= mol、Al2O3 ： = mol、SiF4 5.877103 = mol；

13、、H2SiF6 由于磷酸中 HF过量，故以SiO2 的量计算H2SiF6 的量为：(10) 反应热：14 反应热+稀释热15 热平衡 （单位：KJ/1000kg矿）(1) 输入热量磷矿浆显热： 硫酸显热： 回磷酸显热： 搅拌产生热： 总和：(2) 输出热量 料浆带出显热：2.940 44(78-25)= 热损失：18683.869 则总和为：(3)需冷却系统及反应槽尾气移走的热量为：KJ16 料浆真空冷却蒸发水量 3200m3/h料浆经真空冷却系统温度降低2.7，移走热量为：78料浆真空冷却系统蒸发的水量为：17 (1)反应槽尾气带走的热量为：KJ(2) 反应槽尾气有两部分组成：空气+水蒸气；

14、+ HF +SiF4其中：；(3)CO2、 HF 、SiF4、带走的热量为：KJ(4) 由空气和水蒸气带走的热量为KJ(5) 空气带走热量，进反应槽空气状态参数环境温度：15 相对湿度：78% 大气压力：91.9KPa此时空气饱和蒸汽压力为：水蒸气量为：空气焓值为：出反应槽空气状态参数：温度 65 相对湿度：75% 大气压：91.9KPa此时空气饱和蒸汽压力为：水蒸气量为：空气焓值为：(6) 进反应槽干空气量为：(7) 由空气带走的水分量为：18 计算出真空蒸发和反应槽尾气蒸发的水量kg该值与原假定值170.34很接近，故计算通过 19 第一次过滤（1）过滤机给料量：kg（2）过滤机给料量中的

15、固相量：14kg（3）从料浆中分离出的液相量：(4414)14=kg（4）滤布带入水量(0.5%25%)=kg（5）第一次过滤后滤饼含液量：14=14kg（6）第一次过滤滤液总量+kg其中成品磷酸量为：kg并入回磷酸的量为：155-=kg（7）滤饼中液相P2O5浓度为25%，滤饼中可溶性P2O5量为：14（25%+0.5%）=kg20 第二次过滤（1）由第一次过滤来的固相量：14kg由第一次过滤来滤饼中的液体量：14kg去第三次过滤的固体量：14kg去第三次过滤的液体量：1440%= kg第二次过滤的滤液量：23= kg(2) 对第二次过滤作物料平衡得到一洗滤液量 kg(3) 对第二次过滤作P

16、2O5平衡：已知回磷酸浓度为20.115%，则第二次过滤滤液中P2O5浓度为：第一次过率后滤饼液相中含可溶性 P2O5量为 kg第二次过滤带出滤液的P2O5量：= kg设第二次过滤时滤饼中带出的可溶性P2O5量为y，第一次带入的P2O5量为x 因为以知磷矿的分解率以的P2O5回收率，则在磷石膏排渣中可溶性P2O5量为： kg 又R1=0.3 R2可计算到第二次过滤后滤饼中含有可溶性P2O5量为: 因此得 x= kg一洗液的P2O5浓度为：去第三次过滤的操作的滤饼中可溶性P2O5浓度为：21 第三次过滤（1）由第二次过滤来的固相量：1kg由第二次过滤来滤饼中的液体量：9kg第三次过滤滤液量（一洗

17、液）：kg去第四次过滤的固体量：1kg 去第四次过滤的液体量：kg（2）二洗液量=kg（3）对第三次过滤作P2O5平衡 由第二次过滤带入可溶性P2O5量为：kg由第二次洗液带入P2O5量x kg第三次过滤滤液带出P2O5：kg第三次过滤饼中带出可溶性P2O5为y则：又 故得：y=10.186 x 因此二洗液的P2O5浓度为：去第四次过滤的滤饼中可溶性P2O5浓度为：22 第四次过滤（1）由第三次过滤来的固相量：kg由第三次过滤来滤饼中的液体量：kg加入的洗涤水量x去排渣系统的固相量：kg去排渣系统的液相量：kg第四次过滤的滤液量（二洗液）： kg因此，洗涤水量：x=+=kg 排渣时磷石膏中可溶

18、性P2O5量为kg，折算成液相P2O5浓度为：即排出的磷石膏滤饼中液相含可溶性P2O5的浓度为：0.253%表湿法磷酸系统热量衡算表输入输出项目名称热量KJ/t矿项目名称热量KJ/t矿磷矿浆带入4反应槽料浆带出6硫酸带入热损失回磷酸带入冷却空气带出反应热+稀释热CO2、SiF4及HF气体带出搅拌产生热二水分蒸发合计合计硫酸785.704（98%）20.115%并入回磷酸375.886（25%）（19.182%）（2.304%）反应料浆（含固33%）成品酸 1179.616（25%）总量：41.261 其中：CO2SiF4：5.877 H2真空冷却磷石膏第 四 次 过 滤（三洗）第 三 次 过 滤（二洗）第 二 次 过 滤（一洗）（单位：kg）反 应 槽第 一 次 过 滤尾气 磷矿浆1562.5（含水36%）图4.2 二水物法磷酸反应和过滤部分物料平衡图（年产20万t/a100%P2O5磷酸）硫酸79.352（98%）20.115%并入回磷酸37.963（25%）（19.182%）（2.304%）反应料浆（含固33%）成品酸 119.135（25%）总量：4.167 其中：CO2SiF4：0.594 H2真空冷却9磷石膏第 四 次 过 滤（三洗）第 三 次 过 滤（二洗）第 二 次 过 滤（一洗）（单位：t/h）反 应 槽第 一 次 过 滤