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年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计样本.docx
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1、目录摘要21.前言21.1设计依据21.2研究现状及发展趋势21.2.1 国内过磷酸钙生产及研究现状21.2.2国外过磷酸钙的发展状况21.2.3过磷酸钙的发展前景21.3设计范围22.设计原则22.1工艺路线的选择22.1.1生产路线选择22.1.2 加工方法选择22.2生产过程中的主要方程23.产品方案23.1产品23.2产品检测23.3副产品24.生产工艺24.1化学反应24.1.1主反应24.1.2副反应24.2反应机理与反应速度24.3生产工艺流程图24.4生产流程简介24.4.1原料准备24.4.2混合化成24.4.3熟化中和24.4.4含氟气体的吸收处理24.4.5造粒与干燥24
2、.5 工艺条件24.5.1 磷矿的选择24.5.2磷矿粉细度与水分24.5.3硫酸物性24.5.4混合搅拌条件24.5.5化成条件24.5.6熟化中和条件24.5.7造粒干燥条件25.工艺计算25.1物料衡算25.1.1基础数据25.1.2磷矿的组成25.1.3混合熟化第一阶段反应25.1.4混合熟化第二阶段反应25.1.5混合熟化中的磷平衡、氟平衡、水平衡25.1.6熟化过磷酸钙的物料平衡25.1.7中和过程物料衡算25.1.8造粒与干燥过程物料衡算25.1.9总物料衡算25.2热量衡算25.2.1混化熟化过程的热量衡算25.2.2造粒过程的热量衡算25.2.3干燥过程的热量衡算25.3原料
3、消耗25.3.1投矿量25.3.2硫酸消耗25.3.3空气消耗26设备选型26.1所需设备列表26.2设备的选择26.2.1输送设备26.2.2计量设备26.2.3其他设备26.3吸收塔设备图(见附录)27 环境保护与技术评价27.1生产中的安全防护措施2过磷酸钙2硫酸27.2三废处理27.3经济评估28总结28.1设计结果概要28.2设计评价2参考文献2致谢2年产20万吨过磷酸钙生产工艺毕业设计摘要:过磷酸钙又称普钙,属于水溶性磷肥,是用硫酸直接分解磷矿得到,因为含有生产工艺简单,生产操作易于掌握,生产设备轻易制造,投资较省,施用后见效快,增产显著等特点,使其在多种磷肥新品种不停涌现情况下产
4、销量仍然持高不下。本设计采取干法来生产过磷酸钙,关键是原料矿和硫酸在混合机内进行混合,进入化成室后再经过熟化、中和及造粒干燥后得到成品过磷酸钙。经过物料衡算、热量衡算和设备选型设计出能符合国家标准产品工艺步骤。此工艺路线适适用于大多数品位较低磷矿,而其生产工艺成熟,消耗低,质量稳定优点也是本设计选择该方法原因。关键词:过磷酸钙; 磷肥;干法 ;工艺 With an annual output of 200 thousand tons calcium superphosphate production process designAbstract :calcium superphosphate
5、(SSP) is a containing phosphorus chemical fertilizers which was made of phosphate rock and sulfuric acid from the chemical reactions because of the production process, and operation simple is easy to master, production equipment easy to make, invest save. It will become effective quickly after used,
6、 Increase notable and so on characteristics, so that Under the situation that the new various phosphate fertilizer breed springs up unceasingly,production and sales remained stubbornly high. This design uses a dry process to produce superphosphate, the raw material ore and sulfuric acid carry out co
7、mmixture within blending machine, and then enter Chemical chamber and curing and after drying and granulation to get finished superphosphate. Through material accounting、quantity of heat accounting and equipment chooses a type to designs a design which conform to the national standards product。This
8、process line is suitable for most of the lower grade phosphate rock, and its production process is mature, low consumption, quality and stability of the advantages of the design selection of the reasons for this method.Keywords: calcium superphosphate;phosphate fertilizer ;dry process;process1.序言1.1
9、设计依据 1.课题任务书:年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计 2.磷肥生产管理相关规范及化工工艺设计标准手册1.2研究现实状况及发展趋势1.2.1 中国过磷酸钙生产及研究现实状况中国从50年代开始发展普钙。经过近50年发展,现在全国已经有普钙厂400多个,达成或大于20万吨/年厂有20多家。普钙年产量在360万吨P2O5左右,占磷肥产量55%。现在,即使中国农业上使用磷肥关键是磷酸二铵和含磷复混肥,过磷酸钙使用量逐年降低,但因为过磷酸钙施用历史比较长,很多农民仍有一定需求,尤其是在小麦、棉花主产区,过磷酸钙等磷肥使用有效提升了土壤含磷水平,尤其是在小麦、棉花上使些农民还习惯施用过磷酸钙作底肥。尤
10、其是在多年磷酸二铵大幅涨价情况下,农民更倾向于购置施用过磷酸钙。即使施用过磷酸钙有着显著增产效果,但据调查发觉,过磷酸钙在生产、施用中仍存在着部分问题。1995年原国家化工部修订颁布了过磷酸钙行业标准,确定了过磷酸钙合格品、一等品、优等品技术指标:磷酸钙有效磷含量不得低于12,游离酸含量不得高于5.5,水分不得高于15。该标准颁布对于企业加强质量管理,确保产品质量起到了很好促进作用。不过因为过磷酸钙生产工艺比较简单,企业规模相对较小,产品质量仍然不够稳定。在历年相关部门质量抽检中,过磷酸钙、复混肥合格率 全部相对较低。关键问题是有效磷含量不达标或游离酸、水分含量超标严重。图1-1 -中国磷肥产
11、量改变图1.2.2国外过磷酸钙发展情况多年来,伴随世界化肥需求增加,磷肥市场开始升温,多个关键磷肥品种全部有大幅增加,印度、摩洛哥、澳大利亚、南非等地产能增加量达成700万吨,很多国家产量已经大大超出需求量。即使多年来国际磷肥需求增加较快,但部分教授认为未来几年磷肥需求年增加速度不会超出 3% ,而有效产能年增加速度将超出 10%。所以,即使短期内磷肥供给可能稍紧,但伴随新产能投产,磷肥过剩趋势将增加有些人估量,这一过剩量最多将靠近全球供给能力 1/ 10。 磷肥市场整体供过于求,造成过磷酸钙市场趋于饱和,小型厂商难以赢利,国外企业逐步大型化、集中化,行业竞争猛烈化,所以,改善落后、低效生产工
12、艺,成为每一个过磷酸钙生产厂商必需要面临问题。1.2.3过磷酸钙发展前景过磷酸钙即使在充足利用中低品位磷矿资源、满足市场不一样消费层次和习惯需求等方面含有一定优势,不过因为受高浓度磷肥冲击,加之过磷酸钙本身存在生产工艺技术落后、质量不稳定和价格低、利润薄等问题,估计其产量和施用面积会逐年降低,如不给足够重视,在新工艺技术开发、市场开拓等方面改善突破话,其生存空间可能会变越来越狭窄。 另外,为确保过磷酸钙施用效果,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,其有效成份磷酸一钙易和土壤中一些成份发生反应而被固定,使过磷酸钙当季利用率降低,所以必需合理施用,既要降低肥料和土
13、壤接触,避免水溶性磷酸盐被固定,又要尽可能将肥料施于根系密集土层中,使养分轻易输送到根系,以利植物吸收利用。据此可推广采取集中施用、分层使用,或和有机肥料混合施用等方法。另外,因过磷酸钙中含有大量硫酸钙,所以应优先应用在缺硫、缺钙土地上,充足发挥过磷酸钙综合增产作用。1.3设计范围车间范围内工艺设计,不包含土建、设备仪表自控、给排水、概算等非工艺专业内容。2.设计标准2.1工艺路线选择2.1.1生产路线选择由磷矿制取磷肥依据加工工艺条件不一样能够分为用无机酸处理和高温处理两大类:(1)用无机酸(硫酸、磷酸、硝酸、盐酸等或它们混和酸)分解磷矿加工制成磷肥通常称为酸法磷肥。比如,硫酸分解磷矿制得含
14、有以磷酸一钙Ca(H2PO4)2H2O为主体,和少许游离磷酸和其它磷酸盐(磷酸铁、铝等)磷肥称为普经过磷酸钙。(2)经过高温处理制成磷肥称为热法磷肥。比如,钙镁磷肥、脱氟磷肥、钢渣磷肥、烧结钙钠磷肥等,属于枸溶性磷肥。磷肥中所含磷,习惯上用五氧化二磷重量百分数表示,但它们实际上是以磷酸盐形式存在。本设计采取硫酸和磷矿反应再经过其它工序制得过磷酸钙。用酸处理磷矿依据不一样原料工艺条件,过磷酸钙生产方法可分为稀酸矿粉法和浓酸矿浆法:a. 稀酸矿粉法稀酸矿粉法是世界上广泛采取一个方法,故又称为传统法。它是用浓度为6872%稀硫酸和磷矿粉混合,再经过化成及熟化工序制成粉状过磷酸钙。此处所谓稀硫酸是相对
15、于92.5%及98%浓度浓硫酸而言,实际上此法所用硫酸浓度是依据所用磷矿特征和其它工艺条件来确定。根据不一样工艺条件,稀酸矿粉法中又有常规法、三高一细法(即高硫酸浓度、高硫酸温度、高搅拌强度及细矿粉)和两高两低法(即低硫酸浓度、低硫酸温度、高搅拌强度及高矿粉细度)三种不一样操作法。b. 浓酸矿浆法浓酸矿浆法则是以浓硫酸和经过加水湿磨磷矿浆进行混合,然后一样经化成和熟化工序制成粉状过磷酸钙。湿磨磷矿造成磨机中钢球消耗较干磨磷矿时高约46倍,同时为了使矿浆含有流动性,矿浆最低水分含量因矿种而有所不一样、亲水性磷矿矿浆最低水分含量偏高,致使用它生产过磷酸钙成品含水超出质量标准要求,并影响成品物理性质
16、,且考虑到中国磷矿大多为低品位矿,所以本设计采取是生产工艺更成熟稀酸矿粉法(干法)。2.1.2 加工方法选择依据加工方法不一样能够分为间歇法、半连续法和连续法三种工艺步骤。间歇法是磷矿和硫酸混合、化成份别在间歇操作设备中分批进行。早期过磷酸钙生产均采取这种方法。半连续法则是酸、矿混合在间歇操作设备中进行。而化成工序为连续运行;或相反,即酸、矿在连续操作设备中混合,而化成工序间歇操作少数中、小型工厂采取半连续法生产。连续法是各生产工序全部是在连续操作设备中进行。这是现今过磷酸钙工厂普遍采取生产方法。本设计采取连续干法来生产过磷酸钙。2.2生产过程中关键方程第一步:7Ca5F(PO4)335H2S
17、O417H2O=21H3PO435CaSO4H2O7HF 第二步:2CaSO4H2O =2CaSO4H2O3 Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2H2O3HF总反应:2 Ca5F(PO4)37 H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF2H3PO4CaCO3= Ca(H2PO4)2CO2H2O3.产品方案3.1产品产品名称:过磷酸钙(普钙)年产量:20万吨/年1汉字名称:过磷酸钙,普钙,过磷酸石灰,过石灰2关键成份:磷酸一钙Ca(H2PO4)和石膏CaSO42H2O3. 英文名称:calcium superphosphate ,Calc
18、ium phosphate,SSP4. 分子式:CaP2H4O85. 分子量:234.056. 物理性质:见下表表3-1-1 过磷酸钙物理性质种类性质外观堆密度颗粒强度吸湿性水溶性熔点灰白色、深灰色、灰黑色疏松多孔性粉末(或颗粒)粉状:800-1250kg/m3 粒状:850-1120kg/m319. 6-49. 0N/粒空气相对湿度达80以上会出现吸湿现象80%-95%溶于水,属于水溶性磷肥1097.化学性质:水溶液呈微酸性,pH约为3,有腐蚀性。8. CAS NO.10031-30-89.产品质量要求:依据国家标准GB 20413-要求:粒状过磷酸钙外观应该呈有色颗粒而且无机械杂质,产品质
19、量应该符合下表要求,同时应符合标明值。表3-1-2 过磷酸钙生产质量规范项目优等品一 等品合格品I II 有效磷质量分数/% 水溶性磷质量分数/% 18.013.016.011.014.09.012.07.03.2产品检测过磷酸钙质量检测关键是有效磷检测,有效磷检测分为提取和检测两个关键步骤。现在有效磷提取方法有很多,关键分为HG 2740-1995标准所提出碱性柠檬酸提取、强酸提取及GB 20413-标准下EDTA提取法。碱性柠檬酸法试剂用量大、价格昂贵、试验操作频繁,强酸提取法携带不方便、现场操作不安全、操作繁琐费时,故选择EDTA法提取有效磷。而有效磷检测方法分为HG 2740-1995
20、标准所采取重量法、电位滴定法、分光光度法。出于操作和设备要求选择分光光度法。检测路线:图3-2 有效磷含量检测路线3.3副产品关键是磷矿分解后含氟废弃处理后加工得到: 氟硅酸钠、氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化氢,应用于化工、医药、冶金、搪瓷、建材等工业部门。4.生产工艺4.1化学反应4.1.1主反应生产过磷酸钙关键化学反应能够分为两个阶段。第一阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙:7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4H2O7HF 这一阶段反应进行得很快,通常在半小时或愈加快时间内即可完成。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
21、。半水硫酸钙结晶转变为无水物:2CaSO4H2O =2CaSO4H2O只有当硫酸完全消耗以后,生成磷酸才能继续分解磷矿而形成磷酸一钙:3 Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2H2O3HF形成磷酸一钙溶解在磷酸溶液中,当溶液被磷酸一钙饱和以后,伴随分解反应进行,从溶液中不停析出Ca(H2PO4)2H2O结晶。生成过磷酸钙总反应式为:2 Ca5F(PO4)37 H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF反应第一阶段,是过磷酸钙在化成室中化成时完成,第二阶段反应在化成室中开始,以后还要在仓库堆放产品期间继续很长一段时间。 熟化后过磷酸钙中假如
22、有多出游离酸则应该用碱性物料进行中和:2H3PO4CaCO3= Ca(H2PO4)2CO2H2O4.1.2副反应在分解磷矿时,磷矿中所含杂质如方解石、白云石、霞石、海绿石等也能被硫酸分解,其反应以下:CaCO3H2SO4=CaSO4CO2H2OMgCO3H2SO4= CO2H2OMgSO4Al2O3H2SO4Ca(H2PO4)2=2AlPO4CaSO4 3H2OFe2O3H2SO4 Ca(H2PO4)2=2FePO4CaSO43H2O在反应中生成HF能同磷矿中SiO2作用生成氟硅酸: 4HF+SiO2=SiF4+2H2O同时部分氟以SiF4形式逸出,冷却后和蒸汽反应: 3SiF4+2HF=H2
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