化工工藝課程設計---飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計

1、<p>　　化工工藝課程設計說明書 </p><p>　　論文題目：10000噸/年飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計（原 </p><p><b>　　料濕法磷酸） </b></p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p>　　2010 年 12月 30日</p&g

2、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　概述...............................................................2</p><p>　　1.工藝現(xiàn)狀.........................................................2</p&

3、gt;<p>　　2.本工藝技術(shù)特點...................................................2</p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量要求.............................................2</p><p>　　1.生產(chǎn)規(guī)模..................................

4、.......................2</p><p>　　2.產(chǎn)品質(zhì)量要求.....................................................2</p><p>　　3.主要副產(chǎn)品種類...................................................3</p><p>　　原材料方

5、案.........................................................3</p><p>　　技術(shù)路線...........................................................4</p><p>　　1.1生產(chǎn)方法............................................

6、............4</p><p>　　1.1.1硫酸分解磷礦................................................5</p><p>　　1.1.2 脫氟.......................................................5</p><p>　　A.一段脫氟........

7、............................................5</p><p>　　B.二段脫氟....................................................5</p><p>　　1.1.3 中和 .....................................................5</p

8、><p>　　1.1.4離心分離....................................................6</p><p>　　1.1.5干燥........................................................6</p><p>　　1.1.6成品包裝......................

9、..............................6</p><p>　　1.1.7廢渣的來源和處理............................................6</p><p>　　1.2主要設備一覽表..................................................7</p><p>　　物

10、料流程及衡算.....................................................7</p><p>　　5.1主要物料流程....................................................7</p><p>　　5.2各單元物料計算..........................................

11、........7</p><p>　　5.2.1 濕法磷酸單元計算...........................................7</p><p>　　5.2.2 一段脫氟單元計算...........................................7</p><p>　　5.2.3二段脫氟單元計算.............

12、...............................8</p><p>　　5.2.4中和單元計算................................................9</p><p>　　5.2.5各單元計算匯總..............................................9</p><p>　　

13、5.3物料計算匯總....................................................10</p><p>　　生產(chǎn)制度及開工時數(shù)的說明...........................................10</p><p>　　6.1 生產(chǎn)制...............................................

14、..........10</p><p>　　6.2 開工時數(shù).......................................................10</p><p>　　七、附圖...............................................................10</p><p>　　八、總結(jié).

15、..............................................................10</p><p><b>　　一、概述</b></p><p><b>　　工藝現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前, 以濕法磷酸為原料, 生產(chǎn)分子式為CaHPO4·2H2O 的飼料級

16、磷酸氫鈣的方法主要有兩種。一種是濕法磷酸深度凈化法。該法通過濃縮或溶劑萃取制得深度脫氟磷酸, 再與石灰或石灰石反應, 制得飼料級磷酸氫鈣。該法是國外目前采用的主要方法, 問題是對磷礦質(zhì)量要求高, 投資大, 工藝復雜, 成本高。第二種是濕法磷酸化學預脫氟二段中和法。該法以濕法磷酸為原料, 經(jīng)加純堿或氯化鈉預脫氟, 然后二段中和, 即先用石灰或石灰粉中和, 去除殘留氟, 產(chǎn)出肥料級沉淀磷酸鈣, 然后含氟合格溶液再進行第二段中和, 制得飼料級

17、磷酸氫鈣。該法是國內(nèi)目前采用的主要方法, 其實用性強, 可產(chǎn)出少量低品級氟硅酸鈉副產(chǎn)品, 缺點是操作周期長, 占地面積大, 約20%的磷以低價值的肥料形式產(chǎn)出, 飼料產(chǎn)品中磷收率低, 最高只能達80%。</p><p><b>　　本工藝技術(shù)特點</b></p><p>　　本工藝提供一種濕法磷酸循環(huán)脫氟制飼料級磷酸氫鈣的方法。該法采用濕法磷酸為原料, 生產(chǎn)工藝包括:

18、 原料選擇、循環(huán)脫氟、過濾、氟碴洗滌、中和除氟、過濾、飼料鈣合成、過濾洗滌、烘干、包裝入庫工序。循環(huán)脫氟是在有加熱攪拌的容器內(nèi)進行, 過濾采用真空過濾機, 烘干采用氣流干燥機, 烘干溫度為60～130℃。循環(huán)脫氟是采用中和除氟形成的含氟沉淀物( 濾餅) 與磷酸反應, 邊攪拌邊加入, 攪拌反應10～30 min, 待大部分磷酸氫鈣溶解, 然后升溫到95～110℃, 保溫5～20 min; 中和脫氟是將循環(huán)脫氟溶液和氟碴洗滌液合并注入加熱攪

19、拌的容器內(nèi), 邊攪拌邊加入6%～10%的石灰乳, 加入量( 以CaO計) 為磷酸量( 以P2O5計) 的30%～60%或相當量的石灰粉, 反應溫度35～50℃, 保溫攪拌5～30 min。</p><p>　　二、生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量要求</p><p><b>　　生產(chǎn)規(guī)模</b></p><p>　　10000噸/年飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設計

20、</p><p><b>　　產(chǎn)品質(zhì)量要求</b></p><p>　　參考GB/T 22549-2008 飼料級磷酸氫鈣</p><p>　　本標準規(guī)定了飼料級磷酸氫鈣的分類、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、標簽、運輸以及包裝和貯存。本標準適用用飼料級磷酸氫鈣該產(chǎn)品在飼料加工中作為磷、鈣的補充劑。</p><p>　　

21、2.1 分子式、相對分子質(zhì)量</p><p>　　2.1.1主成分分子式：CaHPO4.2H2O.</p><p>　　2.1.2相對分子質(zhì)量：172.10（按2007年國際相對原子質(zhì)量）。</p><p><b>　　2.2 要求</b></p><p>　　2.2.1 外觀：白色或略帶微黃色粉末或顆粒。</p

22、><p>　　2.2.2 飼料級磷酸氫鈣應符合表1要求。</p><p>　　表1 </p><p><b>　　主要副產(chǎn)品種類</b></p><p><b>　　磷石膏</b></p><p><b>　　肥料級磷酸二氫鈣&

23、lt;/b></p><p><b>　　三、原材料方案</b></p><p><b>　　原料 </b></p><p>　　磷灰石 石灰乳 硫酸 絮凝劑</p><p>　　1.1主要原料來源 </p><p>　　氟磷灰石是該公司對天然磷酸鹽礦物進行提純而成

24、，它利用高溫下氟磷灰石中的磷在釉中形成玻璃分相，導致光的散射，從而表現(xiàn)乳蝕代替硅酸粉。它不但可以大幅度降低成本,又能緩解目前硅酸鋯供應緊張的不足。本原料從四會市飛來峰非金屬礦物材料有限公司購買。</p><p><b>　　主要化學成分</b></p><p>　　1.2原料物理化學性質(zhì)</p><p>　　鈣氟磷灰石，其化學式為Ca5F(PO

25、4)3，純的鈣氟磷灰石含P2O5 42.26%、CaO 55.56%、F 3.77%，但由于同晶取代作用與半生雜質(zhì)的影響，天然磷灰石往往比純氟磷灰石品味低，其P2O5最高含量為40.70%，F(xiàn)為2.8-3.4%。 同晶取代是指氟磷灰石Ca5F(PO4)3晶格中的一些獨立離子被某些結(jié)晶化學半徑相近的其它離子所取代，如Ca5F(PO4)3中的陽離子Ca2+，可部分被其它陽離子Ba2+、Mg2+等取代，陰離子F-、PO43-的一部分可能被O

26、H-、Cl-、CO32-、SO42-、SiO42-等離子取代。</p><p>　　磷灰石屬六角晶系，其結(jié)構(gòu)呈六方雙錐晶型結(jié)晶，晶型常呈六方柱形或六方錐狀，但多數(shù)是不太規(guī)則的結(jié)晶顆粒，結(jié)構(gòu)堅固致密，不含結(jié)晶水，一般磷灰石的密度為3.18-3.41，氟磷灰石的比熱容為0.832J/g·℃，標準生成熱為6829.0KJ/mol。</p><p><b>　　四、技術(shù)路線&l

27、t;/b></p><p><b>　　1.1生產(chǎn)方法</b></p><p>　　硫酸法生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣</p><p>　　硫酸法以硫酸和磷礦為原料制得粗磷酸，經(jīng)脫氟、中和、分離、干燥等工序最終制得磷酸氫鈣產(chǎn)品。國內(nèi)磷酸氫鈣骨干企業(yè)均采用此工藝，其工藝流程如下：由磷石灰與硫酸反應后加入絮凝劑進行沉降分離，上層清液去一段脫氟進行磷酸凈

28、化。在加入脫氟劑石灰乳調(diào)節(jié)PH值后，濕法磷酸中所含的氟、鐵、等雜質(zhì)約90%生成的沉淀物,在使用壓濾機進行分離。濾液為初步凈化磷酸送至二段脫氟再次凈化，再在一段脫氟和二段脫氟的濾餅中加入磷酸，在使用壓濾機進行分離，所得濾液和二段脫氟所得濾液混合，最終磷酸凈化到滿足生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣的要求P/F比大于100。然后再加入石灰乳進行中和，料漿使用臥式離心機進行分離，離心出含有游離水的半成品經(jīng)過氣流干燥制得飼料級磷酸氫鈣產(chǎn)品。</p>

29、<p><b>　　圖1、工藝流程</b></p><p>　　1.1.1硫酸分解磷礦（鈣氟磷灰石）制濕法磷酸反應如下：</p><p>　　Ca5F(PO4)3 +5H2SO4+nH2O → 3H3P04+5CaSO4·nH2O+HF↑</p><p><b>　　1.1.2 脫氟</b><

30、/p><p><b>　　A.一段脫氟</b></p><p>　　濕法磷酸含有大量的鐵、鎂、氟等有害雜質(zhì)，通過加入碳酸鈣、石灰乳調(diào)節(jié)PH值，除去濕法磷酸中鐵、氟等大部分有害雜質(zhì)，初步凈化濕法磷酸。</p><p><b>　　反應機理</b></p><p>　　H3PO4 ＝ H＋＋H2PO4－

31、 H2PO4－＝H＋＋HPO42－</p><p>　　HPO42－＝ H＋＋PO43－ H2SO4＝2H＋＋SO42－</p><p>　　2H＋＋CaCO3＝Ca2+＋H2O＋CO2↑ 2H＋＋Ca(OH)2＝Ca2+＋2H2O</p><p>　　Ca2+＋2F-＝CaF2

32、↓ Ca2+＋SO42－＝CaSO4↓ </p><p>　　Fe3＋＋PO43－ ＝FePO4↓</p><p><b>　　工藝指標</b></p><p>　　脫氟稠漿返溶溫度50℃—60℃；</p><p>　　脫氟重鈣終點PH值:2.0-2.3；</p><

33、p>　　脫氟石灰終點PH值:2.3-2.5；</p><p>　　脫氟清液P2O5/F:200；</p><p><b>　　B.二段脫氟</b></p><p>　　對一段脫氟粗凈化的磷酸再進行深度凈化，去除有害雜質(zhì)，使深度凈化后的磷酸完全能達到生產(chǎn)飼料級磷酸氫鈣的標準。</p><p><b>　　反

34、應原理</b></p><p>　　Fe3++PO43-=FePO4↓ 2F-+Ca2+=CaF2 Ca2++HPO42-=CaHPO4↓</p><p><b>　　工藝指標</b></p><p>　　PH值控制范圍:2.6-3.2；</p><p>　　脫

35、氟清液P2O5/F:300；</p><p><b>　　1.1.3 中和</b></p><p>　　經(jīng)過脫氟凈化后的磷酸用石灰乳進行中和，反應如下：</p><p>　　H3PO4+Ca(OH)2=CaHPO4·2H2O</p><p>　　2H3PO4+Ca(OH)2=Ca(H2PO4)2·H2

36、0+H2O</p><p>　　中和過程中，終點pH值應在5．0～5．5之間，若終點pH <5．0，中和反應不完全，磷的利用率降低；若終點pH>5．5，產(chǎn)品質(zhì)量就會受到影響。因此，終點pH值的控制是個關(guān)鍵。</p><p><b>　　工藝指標</b></p><p>　　中和后PH值: 5.5-6.5；</p>&l

37、t;p>　　反應前的溫度:36-40℃；</p><p>　　中和終點溫度: 40-50℃；</p><p><b>　　1.1.4離心分離</b></p><p>　　把中和后得飼料級磷酸氫鈣與液漿清液分離。為了使磷酸氫鈣沉降快．這樣磷酸氫鈣結(jié)晶顆粒大、沉降快，產(chǎn)品易干燥。終點pH值不能高于6.2。</p><p&g

38、t;<b>　　1.1.5干燥</b></p><p>　　將含有游離水的半成品進行烘干，得到符合標準的飼料級磷酸氫鈣產(chǎn)品。</p><p><b>　　工藝指標</b></p><p>　　爐溫:500-800℃，烘干溫度:80-160℃；</p><p>　　產(chǎn)品內(nèi)在指標:符合GB-T22549

39、-2008標準：</p><p><b>　?、貾％≥16.5；</b></p><p>　?、贑a％≥20.0；</p><p><b>　?、跢％≤0.18；</b></p><p>　?、墚a(chǎn)品的水份≤3.0%；</p><p>　　飼料級磷酸氫鈣含兩個結(jié)晶水，溫度過高易

40、脫去結(jié)晶水，使產(chǎn)品枸溶率降低，質(zhì)量下降．故應嚴格控制干燥溫度與時間。一般在100℃ 下干燥1—2h，使曲宇離水脫除即可。因中和產(chǎn)品結(jié)晶顆粒大、過濾后游離水少、干燥容易。</p><p><b>　　1.1.6成品包裝</b></p><p>　　該工序是將烘干成品通過計量、包裝后使最終產(chǎn)品符合GB-T22549-2008標準。</p><p>

41、<b>　　控制要求</b></p><p>　　包裝總重量:每袋50.20Kg或25.10Kg（±0.1Kg）；</p><p>　　使用的包裝應符合包裝規(guī)定標準；</p><p>　　c.產(chǎn)品外觀質(zhì)量符合內(nèi)定要求</p><p>　　1.1.7廢渣的來源和處理</p><p>　　硫

42、酸與磷礦粉反應，生成粗磷酸及磷石膏H2SO4+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O ↓ 經(jīng)分離后，磷石膏可用作建筑材料。</p><p>　　硫酸分解磷礦生成HF；中和時：2HF+Ca(0H)2→CaF2↓+2H2O</p><p>　　H2SiF5+3Ca(OH)2→3CaF2↓十Si02↓+4H2O</p><p>　　由于磷礦粉中含有Fe，<

43、/p><p>　　所以 H3FeF6+H3PO5+3Ca(OH)2→FePO4·H2O↓+3CaF2↓+4H2O</p><p>　　硫酸分解磷礦生成磷酸，中和時會發(fā)生副反應：</p><p>　　2H3PO4+Ca(OH)2→ Ca(H2PO4)2·2H2O</p><p>　　Ca(H2PO4)2·2H2O +C

44、a(OH)2→2CaHPO4·H2O↓</p><p>　　從以上反應式可見，在中和工序濕法磷酸中的F- 、SiF62- 、FeF63-、Fe3+ 、SO42- 等雜質(zhì)均生成沉淀被除去，經(jīng)過濾分離出的廢渣主要成分為CaF2、FePO4·2H2O、CaHPO4·2H2O、CaSO4·2H20、SiO2等。廢渣中含有的磷酸氫鈣，已有相應的回收方法，主要是用酸(硫酸、鹽酸、磷酸等

45、)與渣中的磷酸氫鈣反應，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘牧姿岫溻}，進入溶液中從而與渣分離，從而制得肥料級磷酸二氫鈣。</p><p>　　1.2主要設備一覽表</p><p><b>　　物料流程及衡算</b></p><p><b>　　5.1主要物料流程</b></p><p>　　5.2各單元物料計算&l

46、t;/p><p>　　5.2.1 濕法磷酸單元計算</p><p>　　設所加原料鈣氟磷灰石質(zhì)量為x噸/年，則原料有效成分含量m(P205): 42.26%x噸,m(F):3.77%x(噸)。與過量硫酸反應得磷酸質(zhì)量m(H3P04)和氫氟酸質(zhì)量m(HF):</p><p>　　5.2.2 一段脫氟單元計算</p><p>　　由工藝指標脫氟清液P

47、2O5/F:150，可得反應后剩余的含氟量m1(F):</p><p>　　則反應脫去的含氟量m2(F)：</p><p>　　由此可得脫氟反應所消耗氫氧化鈣的質(zhì)量mF(Ca(OH)2):</p><p>　　由工藝條件得一段脫氟所加氫氧化鈣為原料P2O5的50%，所加氫氧化鈣質(zhì)量為m1(Ca(OH)2):</p><p>　　與磷酸反應的氫

48、氧化鈣的量mp1(Ca(OH)2):</p><p>　　生成磷酸二氫鈣的量為: </p><p><b>　　反應的磷酸量為：</b></p><p><b>　　剩余的磷酸量為：</b></p><p>　　及剩余的原料有效成分含量為：</p>

49、<p>　　5.2.3二段脫氟單元計算</p><p>　　由工藝指標脫氟清液P2O5/F:300，可得反應后剩余的含氟量m3(F):</p><p>　　則反應脫去的含氟量m4(F)：</p><p>　　由此可得脫氟反應所消耗氫氧化鈣的質(zhì)量mF2(Ca(OH)2):</p><p>　　由工藝條件得二段脫氟所加氫氧化鈣為原料P

50、2O5的50%，所加氫氧化鈣質(zhì)量為m2(Ca(OH)2):</p><p>　　與磷酸反應的氫氧化鈣的量mp2(Ca(OH)2):</p><p>　　生成磷酸二氫鈣的量為:</p><p>　　5.2.4中和單元計算</p><p>　　通過一段、二段脫氟所得磷酸二氫鈣的量為:</p><p>　　通過一段、二段脫

51、氟所消耗的磷酸的量為：</p><p>　　通過一段、二段脫氟所剩余的磷酸及中和的磷酸的量為：</p><p>　　中和剩余磷酸生成磷酸二氫鈣的量為：</p><p>　　中和剩余磷酸生成磷酸二氫鈣所消耗的氫氧化鈣的量為：</p><p>　　通過一段、二段脫氟、中和所得磷酸二氫鈣的量為:</p><p>　　中和磷酸

52、二氫鈣生成產(chǎn)品磷酸氫鈣的量為：</p><p>　　中和磷酸二氫鈣所消耗的氫氧化鈣的量為：</p><p>　　中和段所消耗的總的氫氧化鈣的量為：</p><p>　　5.2.5各單元計算匯總</p><p>　　由10000噸/年的計算指標，得所加原料鈣氟磷灰石質(zhì)量為（噸/年）：</p><p>　　所消耗的總的氫氧

53、化鈣的量為：</p><p>　　則所加入的石灰乳（10%）的量為：4.971×104噸/年</p><p>　　5.3物料計算匯總 </p><p>　　六、生產(chǎn)制度及開工時數(shù)的說明</p><p>　　6.1 生產(chǎn)制度: 24小時為一個獨立單位，三班四運轉(zhuǎn)制度。</p><p>　　

54、6.2 開工時數(shù)：連續(xù)生產(chǎn)：8000小時/年；間歇按批次計算</p><p><b>　　附圖</b></p><p>　　工藝流程圖（標有工藝控制點）</p><p><b>　　八、總結(jié)</b></p><p>　　在短短的兩周里，通過同學討論，查閱相關(guān)資料，再進行整個流程的設計與計算，我真切感

55、受到了理論與實踐相結(jié)合中的種種困難，也體會到了利用所學的有限的理論知識去解決實際中各種問題的不易。通過這次設計，我們對本課題相關(guān)內(nèi)容有了一定程度的了解，同時鞏固了專業(yè)知識。</p><p>　　通過本次課程設計的訓練，讓我們對自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認識，這對我們的繼續(xù)學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內(nèi)容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設

56、計，還使我們樹立正確的設計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風，加強工程設計能力的訓練和培養(yǎng)嚴謹求實的科學作風更尤為重要。</p><p>　　限于我們的水平，設計中難免有不足和謬誤之處，懇請老師批評指正。</p><p><b>　　設計參考文獻 </b></p><p>　　[1] 王軍民. 濕法磷酸的凈化脫氟新工藝研究[J]

57、. 無機鹽工業(yè), 2001, 33(1): 6~8</p><p>　　[2] 堵志文,陳國華,李翔藝.飼料級磷酸氫鈣生產(chǎn)新工藝[J].化肥工業(yè), 1999，26（1）：29</p><p>　　[3] 吳紹情, 唐永星.濕法磷酸脫氟方法的究及飼料級磷酸氫鈣的制造[J].無機鹽工業(yè), 2001，33（1）：33</p><p>　　[4] 劉振國. 二段中和發(fā)飼料級

58、磷酸氫鈣工藝改進[J]. 湖北化工, 1995, (2):30</p><p>　　[5] 龔家竹. 飼料級磷酸氫鈣的研究與生產(chǎn)[J]. 磷肥與復肥, 1995,（3）: 55~60</p><p>　　[6]王莉等. 濕法磷酸脫氟凈化研究. 化肥工業(yè), 1994( 5): 27—32</p><p>　　[7]王莉等. 濕法磷酸脫氟凈化研究. 化肥工業(yè), 1994