1、淮 海 工 学 院专 业 设 计 报 告 书题 目： 25000 吨/年 P2O5 湿法磷酸厂工艺设计 系（院）： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 姓 名： 学 号： 2010 年 12 月 16 日设计任务书一、设计题目： 25000 吨/年 P2O5 湿法磷酸厂工艺设计。二、设计条件：1、 原料磷矿的主要成分（%）：P2O5 29.39 F 3.18 CaO 49.34 Fe2O3 1.58 Al2O3 1.42 AI 2.77 CO 2.35 SiO2 2.67 MgO 0.42、 硫酸用量：为理论用量的 102%3、硫酸浓度：含 H2SO4 98%4、转化率：98.6
2、%5、洗涤效率：98.7%6、料浆液固比：2.47、成品稀磷酸浓度：含 P2O5 32%8、氟逸出率（%）：二水法： 1.46 半水法：45。9、机械损失（P 2O5）： 3 % 。10、水份蒸发量（以 100kg 磷矿为基准）： 17.53 kg；如采用真空冷却，则冷却器中的蒸发水量占 80%。11、滤饼含液量（以干磷石膏为准）%；过滤后滤饼 68.56 一次洗涤后滤饼 43.66二次洗涤后滤饼 26.27三次洗涤后滤饼 10.3212、洗液浓度（P 205）% ：一次洗液 22.8二次洗液 5.5三次洗液 2.313、返回淡磷酸的温度（） ；6114、萃取槽排出料浆的温度（） ；7515、
3、萃取槽排出废气的温度（） ；5516、料浆循环比：6917、磷灰石分解率（%）99.118、萃取槽排出废气的相对湿度：.9319、料浆在萃取槽中的停留时间： 6 小时。20、料浆的密度（kg/m 3）:155021、夏季最高月平均温度（）:3022、不考虑萃取槽中的热量损失；23、喷嘴风压：废气温度为 60时取 5000-6000Pa，废气温度为 55时取 1300-2800Pa。24、过滤机漏气量：1.35m 3/m2min（按过滤机总面积计算） 。25、原料硫酸温度：22；26、过滤常数：q e=0.94m3/m2；K 过滤 =5.25；K 一洗 =3.42。27、洗液粘度： 一洗 =1.
4、610-3Pas， 二洗 =1.210-3Pas， 三洗 =1.110-3Pas。28、密度：成品磷酸 1260kg/m3,一洗液 1210kg/m3，二洗液 1060kg/m3，三洗液 1020kg/m3目 录1 绪论 11.1 设计任务的依据及产品概况 11.2 建厂地理位置概况 11.3 厂址的选择依据 21.4 产品方案和技术指标 42 总图运输 52.1 概述 52.2 总平面布置 52.3 竖向布置 63 工艺设计 63.1 生产工艺综述 63.2 生产方法和工艺流程的选择与评述 63.3 工艺过程的物料和热料衡算 93.4 主要的设备选型计算 143.5 附属设备的选型与计算 1
5、74 自动控制要求 184.1 控制水平和范围 184.2 仪表选型 184.3 复杂控制系统 185 给、排水要求 185.1 概况 185.2 设计范围 185.3 给水 185.4 循环水 195.5 排水 196 环境保护要求 196.1 废气治理 196.2 废水治理 196.3 废渣治理 197 厂化验室要求 20结论 21致谢 22参考文献 23附图图 1 带控制点的工艺流程图图 2 萃取槽图 3 物料平衡图第 1 页 共 23 页1 绪论1.1 设计任务依据及产品概况本设计是根据淮海工学院化学工程系下达的毕业设计任务书，即年产 25000 t P2O5湿法磷酸生产工艺设计，开展
6、了湿法磷酸车间装置的设计。纯净的湿法磷酸是无色的，但由于一般都含有一些杂质，因而湿法磷酸一般呈灰色，视杂质含量的多少其灰色或深或浅。湿法磷酸主要用于生产重过磷酸钙和磷酸铵类肥料，还可以用来生产各种工业磷酸盐及磷饲料 1。1.2 建厂地理位置概况本设计中厂区在海州区内，地理位置优越，靠近连云港新浦市区，临近连云港港口，厂区内可设置铁路专用线与东陇海国铁接轨，有优越的运输条件。1.2.1 气象条件连云港的海州区属暖温带向亚热带过度的季风海洋性气候地带，年平均气温为 14，最冷月份为 1 月，最热月份为 7 月。年降雨量为 1000mm 左右。无霜期为 220 天左右。四季分明，气候宜人。根据连云港
7、新浦气象台的观测记录其具体的气象特征如下气温：年平均气温 14.7最高气温 40(8 月)最低气温 -18.1(2 月)气压：年最高气压 1016.7 Pa最高月平均气压 1026.9 Pa(1 月)最低月平均气压 1003.3 Pa(7 月)相对湿度：最高月平均相对湿度 82(7 月)最底月平均相对湿度 64(34 月)降雨量：年平均降雨量 93.69 mm最大降雨量 264.4 mm 蒸发量： 一般为降雨量的 1.62.3 倍 冻结深度：湖塘冻结深度为 20 cm土壤冻结深度为 30 cm风向：常年主导的风向为东南凤，风频为 12第 2 页 共 23 页310 月以东南风为主11 月次年
8、3 月以北、东风为主风速：最大风速 29.8m/s(5 月)常风速 56m/s 1.2.2 交通运输铁路： 有铁路专用线通往连云港，可根据当地实际情况配置装卸线，并在厂区旁边设有一个分支，便于把空的装料箱运走，把生产成品运出。公路： 厂区邻近公路路面宽敞，可容纳两辆装运卡车并排而行，路面结构为水泥路，交通便利。水路： 厂区不仅临近蔷薇河、盐河，且滨临黄海，水路的运输能力很好，在各个季节，行道宽度、水深变化情况不大。通过水路运输，在码头卸货，再通过公路运输到达厂区。 1.2.3 水源、能源水源充足，厂区滨临黄海，临近蔷薇河、盐河，在厂区附近有供电站，能源供应方便。水：水质： 浊度20mg/L水压
9、： 0.3 MPa水量： 常态 81.2 t/h；最大 139 t/h；消防 54 t/h用电设备台数：149 台蒸汽：压力： 0.2 MPa(表压) 0.7(表压)气量： 8 t/h1.3 厂址的选择依据厂址的选择是工业基本建设的一个重要环节。厂址选择工作的好坏对工厂的建设进度、投资数量、经济效益以及环境保护等方面会带来重大的影响。1.3.1 地理位置、地形地貌国家四大磷矿之一的锦屏磷矿位于海州区，其地形以平原为主，境内地势低平，平原高山齐观，河湖丘陵、滩涂俱备，平均海拔为 5m。锦屏山马耳峰海拔为 427.7m，为全区最高。平原占总面积 80。地区南侧有锦屏山、白虎山，东部有较著名的孔望山
10、、石棚山等。境内河流纵交错，水陆交通便利，连云港白塔埠机场距海州 25km，有飞往上海、广州、厦门、北京、沈阳等地的航班。南面是与灌云县交界的泊阳河，向东直通黄海。城西有全市最大的蔷薇河。1.3.2 水文、地质条件潜表地下水初见水位一般，适宜建造厂房，地质坚硬，对混凝土基础无腐蚀性。无第 3 页 共 23 页洪水，泥石流，滑坡等危害，地震基本烈度符合化学工厂选址的原则。1.3.3 原材料的供应与产品贮存、运输条件原材料：(1)磷矿中国磷矿资源比较丰富。全国 26 个省(区)有磷矿产出。探明储量的矿区有 412 处，总保有储量矿石 152 亿吨，居世界第 2 位。从分布看，以湖北、云南为多，分别
11、占 22%和 21%；贵州、湖南次之。以上 4 省合计占全国储量的 71%。我国重要磷矿床有云南昆阳磷矿、贵州开阳磷矿、湖北王集磷矿、湖南浏阳磷矿、四川金河磷矿、江苏锦屏磷矿等。磷矿矿床类型以沉积磷块岩型为主，储量约占 80%；多为磷灰石矿床、沉积变质型磷矿床次之；鸟粪型磷矿探明储量极少。我国磷矿的成矿时代主要为震旦纪和早寒武世，前震旦纪、古生代也有磷矿产出。“海州式”磷矿。分布于海州至大浦一带，主要工业矿体集中在锦屏、陶湾、新浦、大浦、顾庄等地，王寨、小李庄、穆跳、新浦南部也有矿点。海州式磷矿矿体形态呈层状、似层状、透镜状，产于大理岩、云母片岩中，与围岩呈过渡关系，规模大者断续长 2000m
12、 多，一般长 200800m。矿体延深 550 m 多，平均厚度 23m。矿石品位较高，含 P2O5一般在 13.2224.18%，最高达 29.82%。(2)硫酸本设计采用浓度为 98%H2SO4，由火车送来，卸车后贮存在硫酸大罐中，经泵送至本装置硫酸计量槽内。(3)成品包装袋采用规格为 50kg 的编织袋，外购。(4)原料需要量名称及规格 单位 每小时量磷精矿(P 2O5 ：29.39%) t 13.35硫酸(98% H 2SO4 ) t 12.78包装袋(50kg/个) t 2装置的运输量：运入：磷矿 90122.6t/y硫酸 80993.2t/y包装袋 13500 只/y运出：磷酸（P
13、 2O5计） 25000t/y磷石膏 139149.3t/y1.3.4 原材料的供应与产品贮存、运输条件厂区布置如图（附后） 21.3.5 “三废”治理(1)废气磷矿中含有 F 约 3.18%，在磷矿萃取反应时，氟的分布因磷矿种类及所用的工艺不同第 4 页 共 23 页而有所不同，以二水法为例，呈气态逸出的氟约占磷矿含氟量的 212%，留在磷酸中的约为 2075%，石膏中约占磷酸含氟量的 1525%，排出的氟的形态，主要以四氟化硅(SiF4)存在，排出的气量同反应热的排出方式有关。萃取反应排出的含氟尾气，在吸收器内用水将四氟化硅(SiF 4)吸收生成氟硅酸溶液，然后送污水处理站处理，经洗涤后的
14、尾气由排气筒放空。(2)废水磷酸生产中当滤盘翻转倾倒石膏后，残存在滤盘滤布上的磷石膏需用水冲洗，以使滤布再生。冲洗后产生含有少量磷石膏的含 P2O5,F 的污水，将污水封闭循环使用，即将冲洗滤盘后的污水通过稀浆槽经旋流器将少量颗粒较大的磷石膏先行分离进入稠浆槽，含有细小磷石膏颗粒的浆液(沉降速度很慢)，由漩流器顶部流出流入混合槽，在此加入已配制好的絮凝液，使污水中的石膏细颗粒形成絮团状沉降，然后进入沉降槽进行第二次分离。由底部流出的稠浆也流入稠浆槽。清液(含颗粒200mg/Kg 的液体)溢流至清液槽。该清液继续用来冲洗滤盘的滤布，循环使用。而一、二分离后所得的含 P2O5、F 及含石膏固相达
15、2535%的稠浆，用泵送至过滤机的二洗区，由于此时滤盘上已有一定厚度的滤饼，故稠浆中的石膏会覆盖在滤饼的表面，而含 P2O5、F 的污水进入磷酸液相系统。这一技术不但不外排含 P2O5、F 的污水，节省了新鲜水用量而且还使污水中的 P2O5进入磷酸成品中，提高了磷酸生产 P2O5总收率。当磷酸装置刚开车或生产不正常需要排出含 P2O5,F 的污水时，可进入废水收集池，待生产正常后，适当减少进入文丘里吸收塔的水量，而将废水收集池中的污水慢慢补充入清液池，就可做到污水不外排。(3)废渣萃取磷酸过滤机排出的磷石膏是推存还是综合利用，往往是大，中型磷酸项目建设的重大研究内容之一。因为磷石膏排放量大，常
16、年堆存不但占用大量土地，耗用巨额资金，而且处理不好会于推存过程造成水溶性 P2O5,F 对环境的污染。排放磷石膏最简单的方法是把石膏用水调成稀浆(一般石膏 10%)，再把石膏浆经泵送到水流量大的河流或海洋里。为加大经济收入，磷石膏堆放在厂区内，由卡车送出外卖，磷石膏可以制成熟石膏、石膏板、水泥缓凝剂及石膏砖等建筑材料。1.4 产品方案和技术指标等1.4.1 产品的方案及建设规模(1)产品名称：磷酸副产品：磷石膏(2)设计规模：磷酸, 25000 t(P 2O5计)(3)产品规格：磷酸，P 2O5约 32%1.4.2 设计指导思想(1)技术方案的选择在已学知识的基础上，力求先进，运行可靠，护理，
17、维修方便，第 5 页 共 23 页以期取得较好的经济效益。(2)磷酸的主要设备立足于国内自己开发，制造，运行可靠。(3)贯彻工厂布置一体化，部分装置露天化，建(构)筑物轻型化，公用工程社会化，引进技术国产化等“五化”原则，以求达到节省投资和用地之目的。1.4.3 生产方法和主要技术方案本设计萃取磷酸采用二水物流程。萃取磷酸的生产，由于反应生成硫酸钙结晶中的水合物形成不同而有多种流程，其中二水物流程比较成熟，而且对磷矿的品位和类型的适应性较广，因而在国内外获得广泛的采用。本设计的萃取磷酸的生产采用传统的二水物流程。 1.4.4 操作制度本装置磷酸每天三班连续操作，每年运行 300 天，每天运行
18、22.5h 即每年运行6750h。大修一次：30 天中修三次：15 天，每次 5 天小修十次：20 天，每次 2 天1.4.5 存在问题及建设在磷石膏的长期堆积处，天然铀系列放射性元素和其他杂质严重影响了环境也阻止了石膏本身的使用。2 总图运输2.1 概述锦屏镇属近郊区，位于风景秀丽的锦屏山南麓。历史悠久，古迹众多，资源丰富，交通便捷，东临运输繁忙的东盐河，西傍景色如画的蔷薇河地理位置十分优越，距市政府所在地 5km，距连云港市民航机场 8km，距中国八大港口之一连云港港口 20km，连徐、同三高速公路交汇于此，东陇海铁路延伸至镇区。全镇面积 56.6km2，辖 10 个行政村，总人口 3.5
19、 万人。工厂位于西矿区东南 200m 左右，西 2km 为矿区总部，及选矿厂，家属区等，西临磷肥厂，东临木材厂，北有饲料厂，南有通往连云港之铁路专用线，北南紧临厂区均为西矿井之职工宿舍区，并有矿区通往连云港公路在此通过。厂区地形平坦，最高为 5.2m，最低为 4.8m 左右，铁路轨顶标高 6.396.44m 之间，故厂区低洼，经常积水，为保证雨天不积水，厂区标高需抬高到 5.66.0m。2.2 总平面布置从工厂的组成、运输、气象及地质等情况，共排三个方案，均以磷酸为主体，其他辅助装置围绕磷酸装置布置，经过比较差异不大，仅是物料输送皮带机的长短和管线长短而已，最终经过比较确定此方案为初步设计总平
20、面布置，该方案的特点是物料输送距离最短，主厂房布置在地质条件较好之地段，污水处理站和污水排放泵房布置在磷酸厂第 6 页 共 23 页房东侧，有利于污水排放。外来硫酸的装卸站台及罐区紧临铁路，且于磷酸装置硫酸中间罐区仅一路之隔，磷矿库在磷酸厂北侧，因磷精矿用汽车运输入厂，这样汽车运距短，不用穿过厂区，仅磷石膏需用汽车运至尾矿堆场，而磷石膏堆放根据工艺要求只能布置在磷酸厂房南面，紧临铁路，如果磷石膏的有了新的开发和利用可以直接用火车运走。2.3 竖向布置由于原厂区比较低洼，经常的积水，为了保证厂区自身的废水和雨水方便的排放，厂区标高必须由原来的 4.85.2m 抬高到 5.66.0m，厂区需填土近
21、 3 万立方米。3 工艺设计3.1 生产工艺综述本设计采用锦屏精选矿及外购商品硫酸制成浓度约为 32% P2O5的稀磷酸。3.2 生产方法和工艺流程的选择与评述磷酸的基本生产方法有热法和湿法。热法是以黄磷为原料，使之在过量的空气中燃烧再水合而制得。其特点是产品纯度高，可得到食品级、试剂级的磷酸；缺点是成本高。而湿法磷酸是由酸性较强的无机酸分解磷矿而得。其优点是成本低；缺点是产品的浓度低，杂质含量高，提纯困难。目前世界各国大多采用湿法，并不断研究湿法磷酸的提纯技术以达到以较低的生产成本制得纯度较高的磷酸。本设计采用湿法磷酸。3.2.1 湿法磷酸工艺流程 3湿法磷酸生产中，用来分解磷矿的无机酸有硫
22、酸、硝酸、磷酸、盐酸、氟硅酸等。用这些酸与磷矿反应都生成磷酸和氟化氢，而不同的酸根则与磷矿中的钙结合生成不同的钙盐。从磷酸溶液中分离这些不同的钙盐，因其性质不同，分离的方法各异，从而生成了各种不同的湿法磷酸生产工艺过程。所以，通常用生成硫酸钙结晶的水合物来命名工艺流程。(1)二水物流程硫酸分解磷矿制湿法磷酸时，控制硫酸钙以二水物(石膏 CaSO42H2O)形式沉淀的工艺流程称为二水物流程，反应式如下：Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O 3H 3PO4 + 5CaSO42H2O + HF二水物流程的反应机理和工艺条件与半水物流程，无水物流程等截然不同，这就是湿法磷酸生产流程要以硫酸钙结晶水形式来分类的原因。二水物湿法磷酸生产工艺流程图 4：
