10萬(wàn)噸每年濕法磷酸過(guò)濾工藝初步設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 100kt/a磷酸過(guò)濾工藝初步設(shè)計(jì)學(xué) 生：劉昭華 學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級(jí)：08級(jí)2班指導(dǎo)老師： 杜懷明 四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院二一二 年 六 月專心-專注-專業(yè)摘 要 本文針對(duì)目前磷礦品位較低的情況，對(duì)濕法磷酸二水法流程的過(guò)濾工藝進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。選擇品位較低的四川省金河原礦與云南昆陽(yáng)混礦進(jìn)行設(shè)計(jì)， 主要包括工藝參數(shù)確定、物料衡算、熱量衡算、以及對(duì)主要設(shè)備轉(zhuǎn)臺(tái)式真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行計(jì)算選型等。關(guān)鍵詞：工藝設(shè)計(jì)；物料衡算；熱量衡算；設(shè)備選型AbstractIn view of the current situation of low

2、content of phosphate rock, the wet-process phosphoric acid filtration process are preliminary designed. Selected low content of gold river ore in Sichuan province and Yunnan Kunyang mixed ore to design, mainly including the determination of process parameters，material balance, heat balance calculati

3、on ,as well as the rotary filter equipment selection.Key words: process design; material balance ;heat balance calculation; equipment selection目 錄第一章 工藝參數(shù)的確定1.1磷礦組成隨著全球磷礦資源的大量開采利用，目前磷礦資源越來(lái)越匱乏，且品位越來(lái)越低。因此，對(duì)中低品位磷礦的有效利用在當(dāng)前尤為重要，所以，本設(shè)計(jì)以中品位的四川省金河原礦與云南昆陽(yáng)混礦為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，磷礦組成如表1-11。表1-1 磷礦組成名稱P2O5CaOSO3FSiO2MgOCO2組成

4、/%26.339.80.62.413.1361.2 成品酸濃度提高成品酸濃度，可節(jié)約濃縮部分的能耗，降低生產(chǎn)成本。但成品酸濃度越高，其粘度越大，離子擴(kuò)散速度降低，制約其反應(yīng)速度，使硫酸鈣結(jié)晶變得細(xì)小。反之，適當(dāng)降低其濃度，可使硫酸鈣結(jié)晶變得粗大，有利于過(guò)濾分離，同時(shí)減少氟硅鹽沉積和堵塞濾布的程度。成品酸濃度在生產(chǎn)中通過(guò)調(diào)節(jié)返回淡磷酸濃度與用量來(lái)實(shí)現(xiàn)，而返回淡磷酸濃度和用量通過(guò)改變洗滌水量和改變成品酸產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用質(zhì)量較好的商品磷礦時(shí)，成品酸濃度范圍大致為26%30% P2O5，中品位磷礦，其濃度在20%25% P2O5中選擇。本設(shè)計(jì)中磷礦品位較低，因此選擇成品酸濃度為22%1。1.3 料漿液

5、固比料漿液固比低，料漿則稠厚，會(huì)增多輸送能耗，不利于攪拌，也不利于硫酸鈣結(jié)晶的成長(zhǎng)和反應(yīng)的進(jìn)行。但易于提高生產(chǎn)能力，提高設(shè)備利用率。采用雜質(zhì)少、質(zhì)量好的磷礦時(shí)，液固比一般為1.92.1:1，當(dāng)采用雜質(zhì)較多的原礦時(shí)，液固比一般為2.53:1。本設(shè)計(jì)采用中品位的原礦，液固比取3:11。1.4 SO3濃度硫酸用量不足會(huì)導(dǎo)致與磷礦的反應(yīng)不完全，磷礦中五氧化二磷轉(zhuǎn)化率下降。SO42-濃度適當(dāng)提高能減少硫酸鈣結(jié)晶中HPO42-對(duì)SO42-的取代作用，從而減少“共晶磷”的損失。但過(guò)高的SO42-會(huì)增加硫酸的消耗，增大生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)考慮成本問(wèn)題，采用93%的硫酸，用量為理論用量的105%1。1.5 溫度的確

6、定1.5.1 反應(yīng)溫度在濕法磷酸二水法工藝流程中，對(duì)磷礦質(zhì)量差，反應(yīng)溫度控制高些有利。因?yàn)闇囟雀吣芗涌旆磻?yīng)速度，降低液相粘度，減少離子擴(kuò)散阻力。同時(shí)，溫度高，硫酸鈣在磷酸溶液中的溶解度隨之增加，從而降低硫酸鈣過(guò)飽和度，反應(yīng)溫度一般控制在7080。本設(shè)計(jì)考慮磷礦品位較低，取反應(yīng)溫度為80，即料漿溫度為801。1.5.2 洗滌水溫度洗滌水溫度高，洗滌過(guò)程中離子擴(kuò)散速度快，有利于洗滌，但溫度越高，能耗就越高，增大生產(chǎn)成本。反之，洗滌水溫度低，洗滌效果差。本設(shè)計(jì)洗滌水溫度控制在60。1.5.3 石膏溫度本設(shè)計(jì)中選用的過(guò)濾機(jī)為轉(zhuǎn)臺(tái)式真空過(guò)濾機(jī)，抽真空的過(guò)程會(huì)帶走大量的熱量，因此在過(guò)濾和洗滌過(guò)程中石膏的溫

7、度降比較大，本設(shè)計(jì)中二水石膏溫度為50。1.5.4 成品酸和返回淡磷酸溫度料漿在過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾區(qū)進(jìn)行過(guò)濾，抽真空回帶走部分熱，因此，濾液即成品酸的溫度會(huì)較料漿低，本設(shè)計(jì)成品酸溫度為75。返回淡磷酸是取部分成品酸和一洗液混合作為淡磷酸返回，取返回淡磷酸溫度為70。1.6 濾餅含液量濾餅中的含液量會(huì)受到磷礦品位、洗滌水用量、成品酸產(chǎn)量等很多因素的影響，對(duì)于磷礦品位較低的原礦，在反應(yīng)結(jié)晶過(guò)程中的晶體較大，形成的濾餅空隙率也較大，含液量相對(duì)磷礦品位高的也較大。在工業(yè)生產(chǎn)中，二水石膏的含液量在20%左右，本設(shè)計(jì)的各效洗滌和過(guò)濾濾餅含液量如表1-22。表1-2 濾餅含液量名稱過(guò)濾濾餅一洗濾餅二洗濾餅三洗濾餅

8、含液量/%453527201.7 其它工藝參數(shù)各組分轉(zhuǎn)化率如表1-32。表1-3 各組分轉(zhuǎn)化率名稱P2O5SiO2MgO轉(zhuǎn)化率/%981298磷礦中氟在萃取過(guò)程中的分配如表1-41。表1-4 氟的分配名稱氣相液相固相氟分配/%137017整個(gè)系統(tǒng)中（包括反應(yīng)部分和過(guò)濾部分）的水分蒸發(fā)量為20kg/100kg磷礦，其中反應(yīng)部分12kg/100kg磷礦，過(guò)濾部分8kg/100kg磷礦（在第三章熱量衡算部分核算），過(guò)濾過(guò)程中相對(duì)于總P2O5的機(jī)械損失取2%，洗滌過(guò)程中相對(duì)于總P2O5的洗滌率取98.5%。第二次洗滌后濾餅中水溶性P2O5殘留率取0.3，第三次洗滌后濾餅中水溶性P2O5殘留率取0.15

9、。第二章 物料衡算本文的設(shè)計(jì)是基于濕法磷酸的二水法工藝流程，過(guò)濾過(guò)程中的衡算參數(shù)與萃取過(guò)程密切相連，需要通過(guò)萃取過(guò)程的衡算得出過(guò)濾過(guò)程的設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，本章將對(duì)萃取過(guò)程和過(guò)濾過(guò)程都作物料衡算。二水法流程框圖如圖2-1。混合濾餅二洗液三洗水三洗液成品酸返酸萃取二洗一洗過(guò)濾圖2-1 濕法磷酸二水法流程框圖本章的物料衡算取100kg磷礦為衡算基準(zhǔn)2，將設(shè)計(jì)任務(wù)給的成品酸產(chǎn)量除以100kg磷礦為基準(zhǔn)算得的成品酸產(chǎn)量，所得系數(shù)乘上100kg磷礦為基準(zhǔn)衡算的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，就可得設(shè)計(jì)任務(wù)下即100kt/aP2O5的物料衡算數(shù)據(jù)。過(guò)濾過(guò)程中主要設(shè)備包括過(guò)濾機(jī)和真空泵，物料衡算得到的衡算結(jié)果將為主要設(shè)備選型提供條件

10、。2.1 計(jì)算條件1. 四川省金河原礦與云南昆陽(yáng)混礦組成如表2-1所示。表2-1 磷礦組成名稱P2O5CaOSO3FSiO2MgOCO2組成/%26.339.80.62.413.1362. 磷礦中各組分轉(zhuǎn)化率如表2-2所示。表2-2 各組分轉(zhuǎn)化率名稱P2O5SiO2MgO轉(zhuǎn)化率/%9812983. 磷礦中氟在萃取過(guò)程中的分配如表2-3所示。表2-3 氟的分配名稱氣相液相固相氟分配/%1370174. 過(guò)濾洗滌過(guò)程中濾餅各效含液量如表2-4所示。表2-4 濾餅含液量名稱過(guò)濾濾餅一洗濾餅二洗濾餅三洗濾餅含液量/%453527205. 成品酸濃度：22%。6. 硫酸用量：硫酸濃度93%（質(zhì)量濃度），

11、用量為理論用量的105%。7. 料漿液固比：3:1。8. 萃取部分水分蒸發(fā)量12kg/100kg磷礦，過(guò)濾洗滌部分水分蒸發(fā)量8kg/100kg磷礦。9. 機(jī)械損失：2%（相對(duì)于總P2O5）。10. 洗滌率：98%（相對(duì)于總P2O5）。11. 第二次洗滌后濾餅中水溶性P2O5殘留率0.3，第三次洗滌后濾餅中水溶性P2O5殘留率0.15。2.2萃取和過(guò)濾洗滌整個(gè)系統(tǒng)平衡將萃取和過(guò)濾洗滌作為一個(gè)整體，系統(tǒng)物流示意如圖2-1所示，其中進(jìn)料包括磷礦J1、硫酸J2、洗滌水J3，出料包括廢氣C1、成品酸C2、機(jī)械損失C3、二水石膏C4。 進(jìn)料 出料全系統(tǒng)廢氣 C1J1 磷礦 成品酸 C2J2 硫酸 機(jī)械損失

12、 C3J3 水 二水石膏 C4圖2-1 全系統(tǒng)物流示意圖1. 進(jìn)料 磷礦 J1=100kg硫酸 磷礦中含SO3，折合成H2SO4量：100×0.6%×98/80=0.74 kg J2=mCaO×M硫酸MCaO×105%硫酸=39.8×9856×105%93%-0.74=77.9 kg水 J3=？進(jìn)料總和 J=J1+J2+J3=177.9+J32. 出料 (1) 成品磷酸 C1=mP2O5×1-1-轉(zhuǎn)化-1-洗滌-機(jī)損成品酸 =26.3×1-1-98%-1-98.5%-2%22%=112.97 kg 其中：SO3=7

13、8.64×105%-1×93%×1-1-98.5%-2%×80/98112.97×105%=2.43% MgO=3×98%×96.5%112.97=1.69% SiO2 =13.1×12%×96.5%112.97=1.69% F =2.4×70%×96.5%112.97=1.44% 以上計(jì)算中，96.5%是扣除洗滌和機(jī)械損失后的收率。成品酸組成如表2-1。表2-1 成品酸組成名稱P2O5MgOSiO2FSO3組成/%221.691.341.442.43(2) 溢出廢氣 CO2 100&

14、#215;6%=6 kg VCO2=644×22.4=3.05 m3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）F 100×2.4%×13%=0.31 kg折合成SiF4：0.31×10476=0.42 kg VSiF4=0.42104×22.4=0.09 m3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)） H2O 100×0.2=20 kg V水汽=2018×22.4=24.89 m3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)） C2=6+0.42+20=26.24 kg V氣=3.05+0.09+24.89=28.03 m3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）(3) 機(jī)械損失 C3=mP2O5×機(jī)損成品酸=26.3×2%22%=

15、2.39 kg其中P2O50.35kg(4) 磷石膏 CaO 100×39.8%=39.8 kg 折合成CaSO4·2H2O:39.8×17256=122.4 kg MgO 3×2%=0.06 kg SiO2 13.1×88%=11.53 kg F 2.4×17%=0.41 kg干基磷石膏=122.24+0.06+11.53+0.4= 134.24 kg 濕石膏含濕量20%，C4=132.241-20%=167.8 kg其中液相33.56kg。出料總和C=C1+C2+C3+C4=112.97+26.42+2.39+167.8 =309

16、.58kg因?yàn)镴=C，即177.90+J3=309.58所以，加水量J3=309.58-177.90=131.68 kg2.3 對(duì)萃取系統(tǒng)做平衡 反應(yīng)部分即萃取部分的物流示意圖如圖2-2，其中進(jìn)料包括磷礦J1、硫酸J2、返酸J3，出料包括廢氣C1和料漿C2。進(jìn)料 出料萃取系統(tǒng) J1 磷礦 廢氣 C1J2 硫酸 J3 返酸 料漿 C2圖2-2 萃取系統(tǒng)物流示意圖1. 進(jìn)料磷礦 J1=100 kg硫酸 J2=77.90 kg返酸 J3=？2. 出料廢氣 C1=m總廢氣-m過(guò)濾廢氣=26.42-8=18.42 kg料漿 已知石膏值為134.24kg，料漿固液比為3:1 所以生成料漿C2=134.24

17、×1+3=536.96 kg 其中，固相134.24kg，液相402.72kg出料總和C=C1+C2=18.42+536.96=555.38 kg因?yàn)镴=C，即177.90+J3=555.38所以，返酸J3=555.38-177.90=377.48 kg2.4 對(duì)過(guò)濾部分作平衡 過(guò)濾部分即料漿三次洗滌之前的過(guò)濾過(guò)程，過(guò)濾部分物流示意圖如圖2-3，其中進(jìn)料為料漿J，出料包括成品酸C1、過(guò)濾濾餅C2、機(jī)械損失C3、配酸用濾液C4。 進(jìn)料 出料過(guò)濾 系統(tǒng) 成品磷酸C1 過(guò)濾 濾餅C2 J 料漿 機(jī)械損失C3 配酸用濾液C4 圖2-3 過(guò)濾部分物流示意圖1.進(jìn)料由2.3知料漿 J=536.9

18、6 kg2.出料由2.2知成品磷酸 C1=112.97 kg濾餅含濕45% C2=134.241-45%=244.07 kg其中，固相134.24kg，液相109.83kg機(jī)械損失 C3=2.39 kg令過(guò)濾部分真空抽走的水蒸氣為3kg（在熱量衡算部分將作核算）。水分蒸發(fā) C4=3 kg配酸用濾液 C5=？出料總和C=C1+C2+C3+C4+C5=112.97+244.07+2.39+3+C5=362.43+C5因?yàn)镴=C，即536.96=362.43+C4所以，配酸用濾液C4=536.96-362.43=174.53 kg2.5 對(duì)第三次洗滌作平衡 第三次洗滌部分物流示意圖如圖2-4，其中進(jìn)

19、料包括洗滌水J1和二水石膏J2，出料包括三洗石膏C1和三洗液C2。進(jìn)料 出料三 洗過(guò) 程J1 洗滌水 三洗石膏 C1J2 二洗石膏 三洗液 C2圖2-4 第三次洗滌部分物流示意圖1. 進(jìn)料由2.2知洗滌水 J1=131.68 kg二洗石膏含液27% J2=134.241-27%=183.89 kg其中，固相134.24kg，液相49.65kg進(jìn)料總和J=J1+J2=131.68+183.89=315.57 kg2. 出料三洗石膏含液量20% C1=134.241-20%=167.8 kg其中，固相134.24kg，液相49.65kg令第三次洗滌部分真空抽走的水蒸氣為1kg（在熱量衡算部分將作核

20、算）。水分蒸發(fā) C2=1 kg三洗液 C3=？因?yàn)镴=C，即315.57=168.8+C3所以三洗液C2=315.57-168.8=146.77 kg2.6 對(duì)第二次洗滌作平衡第二次洗滌部分物流示意圖如圖2-4，其中進(jìn)料包括一洗石膏J1和三洗液J2，出料包括二洗石膏C1和二洗液C2。 進(jìn)料 出料二 洗過(guò) 程 J1 一洗石膏 二洗石膏C1 J2 三洗液 二洗液C2 圖2-5 第二次洗滌部分物流示意圖1. 進(jìn)料一洗石膏含液量35% J1=134.241-35%=206.52 kg其中，固相134.24kg，液相72.28kg由2.5知三洗液 J2=146.77 kg進(jìn)料總和J=206.52+146

21、.77=353.29 kg2. 出料由2.5知二洗石膏 C1=183.89 kg令第二次洗滌部分真空抽走的水蒸氣為2kg（在熱量衡算部分將作核算）。水分蒸發(fā) C2=2 kg二洗液 C3=？因?yàn)镴=C，即353.29=183.89+C2所以，二洗液C2=353.29-185.89=167.4 kg2.7 對(duì)第一次洗滌作衡算第一次洗滌部分物流示意圖如圖2-4，其中進(jìn)料包括過(guò)濾濾餅J1和一洗液J2，出料包括一洗石膏C1和一洗液C2。 進(jìn)料 出料二 洗過(guò) 程 J1 過(guò)濾濾餅 一洗石膏C1 J2 二洗液 一洗液C2圖2-6 第一次洗滌部分物流示意圖1. 進(jìn)料過(guò)濾石膏含液45% J1=134.241-45

22、%=244.07 kg由2.6知二洗液 J2=167.4 kg進(jìn)料總和J= J1+ J2=244.07+167.4=411.47 kg2. 出料由2.5知一洗石膏 C1=206.52 kg令第一次洗滌部分真空抽走的水蒸氣為2kg（在熱量衡算部分將作核算）。水分蒸發(fā) C2=2 kg一洗液 C3=411.47-208.52=202.95 kg2.8 P2O5分布 磷礦在萃取工段與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，P2O5即在此過(guò)程中轉(zhuǎn)換成水溶性的P2O5存在于料漿中，料漿在過(guò)濾工段進(jìn)行過(guò)濾和三次逆流洗滌，過(guò)濾得到的濾液作為成品酸，部分水溶性P2O5殘留在濾餅中，通過(guò)洗滌水三次逆流洗滌，濾餅中殘留極少P2O5，一洗液和

23、部分成品酸混合作為返回淡磷酸返入萃取工段。 1. 磷礦中P2O5=26.35 kg 2. 石膏中P2O5不溶=26.3×1-98%=0.53 kg 3. 料漿中P2O5水溶=402.72×22%=88.6 kg 4. 返酸中的P2O5水溶=88.6+0.53-26.3=62.83 kg 返酸濃度=62.83377.48×100%=16.6% 5. 成品酸中P2O5水溶=112.97×22%=24.85 kg 6. 配酸用濾液中P2O5水溶=174.53×22%=38.4 kg 7. 過(guò)濾濾餅中含P2O5水溶=109.83×22%=24

24、.16 kg 8. 一洗液含P2O5水溶=返酸中P2O5-配酸用濾液中P2O5 =62.83-38.4=24.43 kg 一洗液濃度=24.43202.95×100%=12% 9. 令二洗液含P2O5水溶為m1，三洗液含P2O5水溶為m2，一洗濾餅含P2O5水溶為M1， 二洗濾餅含P2O5水溶為M2，三洗濾餅含P2O5水溶為M3。 則 24.16+m1=24.43+M1 M1+m2=M2+m1 M2=M3+m2 M2M1=0.3 M3M2=0.15 解以上方程組得：m1=8.51 kg，m2=2.27 kg M1=8.9 kg，M2=2.67 kg，M3=0.4 kg 即 二洗液含P

25、2O5水溶=8.57 kg二洗液濃度=8.57170.4×100%=5%三洗液含P2O5水溶=2.27 kg三洗液濃度=2.27147.77×100%=1.54%一洗濾餅含P2O5水溶=8.9 kg二洗濾餅含P2O5水溶=2.67 kg三洗濾餅含P2O5水溶=0.4 kgP2O5分配情況如圖2-7以100kg磷礦為基準(zhǔn)的物料平衡圖和圖2-8以每小時(shí)物料為基準(zhǔn)的物料平衡圖。工廠一年運(yùn)行300天，一天運(yùn)行24小時(shí)，成品酸含量22%，100kt/aP2O5換算為以小時(shí)為單位的成品酸：100××24×22%=63131.3 kg/h以100kg磷礦為基

26、準(zhǔn)可得成品酸112.97kg，換算成上列物料的系數(shù)：63131.3112.97=558.83 以100kg磷礦為基準(zhǔn)和以每小時(shí)物料為基準(zhǔn)的物料平衡圖見圖2-7，將物料衡算的各項(xiàng)均乘以系數(shù)558.83，即得每小時(shí)物料為基準(zhǔn)的物料平衡圖2-8。料漿 536.96固相 134.24液相 402.72P2O5不溶 0.53 機(jī)械損失 2.39P2O5可溶 88.6過(guò)濾成品酸 112.97 配酸 174.53P2O5 22% P2O5 22%濾餅 244.07混合 水分蒸發(fā) 3 固相 134.24 返酸 液相 109.83P2O5不溶 0.53P2O5可溶 24.16一洗二洗液 170.4 一洗液 20

27、2.95P2O5 5% P2O5 16.17%濾餅 206.52 固相 134.24 水分蒸發(fā) 2液相 72.28二洗三洗P2O5不溶 0.53P2O5可溶 8.9 三洗液 147.77 P2O5 1.54%水分蒸發(fā) 2 濾餅 183.89固相 134.24液相 49.65P2O5不溶 0.53P2O5可溶 2.67 水 131.68濾餅 167.8 水分蒸發(fā) 1固相 134.24液相 33.56P2O5不溶 0.53P2O5可溶 0.4圖2-7以100kg磷礦為基準(zhǔn)的物料平衡圖（單位：kg）三洗二洗一洗過(guò)濾混合料漿 .36固相 75017.34液相 .02P2O5不溶 296.18 機(jī)械損失

28、 1335.6P2O5可溶 49512.34成品酸 63131.3 配酸 97532.6P2O5 22% P2O5 22%濾餅 .64 水分蒸發(fā) 1676.5 固相 75017.34 返酸 液相 71376.3P2O5不溶 296.18P2O5可溶 13501.33二洗液 93548.14 一洗液.55P2O5 9.38% P2O5 16.6%濾餅 .57固相 75017.34 水分蒸發(fā) 1117.66液相 40392.23P2O5不溶 296.18P2O5可溶 4973.79 三洗液 82019.48 P2O5 3.17%水分蒸發(fā) 1117.66 濾餅 .25固相 75017.34液相 27

29、745.91P2O5不溶 296.18P2O5可溶 2680.67 水 73586.73濾餅 93771.67 水分蒸發(fā) 558.83固相 75017.34液相 18754.33P2O5不溶 296.18P2O5可溶 223.53圖2-8 以每小時(shí)物料量為基準(zhǔn)的物料平衡圖（單位：kg/h）通過(guò)以上的計(jì)算，得出濕法磷酸過(guò)濾整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)料和出料的物料流量，濕法磷酸過(guò)濾系統(tǒng)物料平衡如表2-5。表2-5 濕法磷酸過(guò)濾系統(tǒng)物料衡算表進(jìn)料出料名稱流量(kg/h）所占比例(%）名稱流量(kg/h）所占比例(%）料漿.3680.31成品酸63131.3016.70洗滌水73586.7319.69返酸.1556.

30、64二水石膏93771.6725.1 機(jī)械損失水分蒸發(fā)1335.604470.170.361.20合計(jì).09100.00合計(jì).09100.00第三章 熱量衡算在濕法磷酸二水法流程過(guò)濾系統(tǒng)中，萃取系統(tǒng)輸送來(lái)的料漿在此進(jìn)行液固分離，分別經(jīng)過(guò)過(guò)濾、一洗、二洗、三洗四個(gè)過(guò)程，在每次洗滌和過(guò)濾中，濾餅的溫度不斷降低，所含顯熱也不斷降低，新鮮洗滌水在三洗時(shí)加入系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)三次逆流洗滌，洗液溫度不斷升高，顯熱也隨之增加，部分成品酸和一洗液混合作為返回淡磷酸返回萃取系統(tǒng)。本章將對(duì)整個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)作能量衡算。3.1 對(duì)整個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)作衡算 將過(guò)濾和洗滌過(guò)程作為一個(gè)整體，其熱量流動(dòng)示意圖如圖3-1，系統(tǒng)輸入熱量為洗滌水顯

31、熱Q1和料漿顯熱Q2，輸出熱量為成品酸顯熱 Q1'、返酸顯熱 Q2'、二水石膏顯熱 Q3'和熱量損失Q損。 輸入 輸出過(guò)濾系統(tǒng) 洗滌水 成品酸 返酸 二水石膏 料漿 熱量損失圖3-1 過(guò)濾系統(tǒng)熱流示意圖1. 輸入熱量a 洗滌水 由磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)查得60時(shí)飽和水的比熱容 c水=0.998 kcal(kg)=4.174 kJ(kg)洗滌水含顯熱：Q1=w水× c水×t水=4.174×60×73586.73 =18.43×106 kJhb 料漿 Q2=.36×c料漿×80 式中，c料漿=c液

32、x液+c固x固 當(dāng)不考慮雜質(zhì)時(shí)，料漿中的固相就是二水石膏，液相就是磷酸溶液，料漿中P2O5濃度為22%。查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得P2O5濃度為22%時(shí)c液=0.7958kcal(kg)=3.332kJ(kg)。查實(shí)用無(wú)機(jī)熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版）得80時(shí) c固=203.627J(mol)=1.184kJ(kg) x固=1(1+3)=0.25，x液=1-0.25=0.75 則c料漿=3.332×0.75+1.184×0.25=2.795 kJ(kg) Q2=w料漿c料漿t料漿=.36×2.795×80=67.1×106 kJh Q=Q1+

33、Q2=18.43+67.1×106=85.53×106 kJh2. 輸出熱量a 成品酸 Q1'=w成品酸c成品酸t(yī)成品酸=63131.3×3.334×75=15.79×106 kJ/hb 返酸 查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得70的P2O5濃度為16.3%時(shí)c液=0.8512kcal(kg)=3.564kJ(kg) Q2'=w返酸c返酸t(yī)返酸=.15×3.564×70=53.74×106 kJ/hc 二水石膏查實(shí)用無(wú)機(jī)熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版）得50時(shí)c石膏=194.7J(mol)= 1.128kJ

34、(kg) Q3'=w石膏c石膏t石膏=93771.67×1.128×50=5.29 ×106kJ/h Q'= Q1'+ Q2'+ Q3'=15.79+53.74+5.29×106=74.82×106 kJ/h3.2 各過(guò)濾洗滌區(qū)域能量損失分布 各個(gè)過(guò)濾區(qū)都在真空狀態(tài)下過(guò)濾，抽真空時(shí)會(huì)帶走部分熱量，這部分熱量以水蒸氣的形式被帶走，由于各個(gè)過(guò)濾洗滌區(qū)域的真空度相同，各洗液溫度變化不大，所以各個(gè)區(qū)域的能量損失近似看作僅與各區(qū)域的濾液流量相關(guān)?？偰芰繐p失Q損=85.53×106-74.82×1

35、06=10.71×106 kJ/h過(guò)濾區(qū)能量損失=w成品酸+w配酸w成品酸+w配酸+w一洗液+w二洗液+w三洗液 =63131.3+97532.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48× 10.71×106 =3.81×106 kJ/h一洗區(qū)能量損失=.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =2.73×106 kJ/h二洗去能量損失=93548.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =2.23

36、×106 kJ/h三洗區(qū)能量損失=82019.3+97532.6+.55+93548.14+82019.48×10.71×106 =1.94×106 kJ/h3.3 核算過(guò)濾洗滌區(qū)的水分蒸發(fā)量查化工原理上冊(cè)飽和水蒸氣表得各過(guò)濾洗滌區(qū)水的汽化熱，得各效水汽化熱如表3-1。表3-1 各溫度下水的汽化熱名稱過(guò)濾濾液一洗液二洗液三洗液溫度 75686562汽化熱 KJ/kg2319.523372343.42349過(guò)濾區(qū)：以1h物料為基準(zhǔn)的水分蒸發(fā)量3.81×.5=1642.9 kg 100kg磷礦基準(zhǔn)的水蒸發(fā)量1642.9558.83=3 kg一洗區(qū)：

37、以1h物料為基準(zhǔn)的水分蒸發(fā)量2.73×=1168.2 kg 100kg磷礦基準(zhǔn)的水蒸發(fā)量1168.2558.83=2 kg二洗區(qū)：以1h物料為基準(zhǔn)的水分蒸發(fā)量2.23×.4=951.8 kg 100kg磷礦基準(zhǔn)的水蒸發(fā)量958.1558.83=1.9 kg三洗區(qū)：以1h物料為基準(zhǔn)的水分蒸發(fā)量1.94×=825.9 kg 100kg磷礦基準(zhǔn)的水蒸發(fā)量825.9558.83=1.1 kg各區(qū)域的水分蒸發(fā)量與第二章各區(qū)域設(shè)定的值相吻合，故物料衡算部分設(shè)定的水分蒸發(fā)量成立。3.4 對(duì)過(guò)濾部分作衡算 料漿過(guò)濾濾液為成品酸的過(guò)程即為過(guò)濾過(guò)程，其熱量流動(dòng)示意圖如圖3-2，系統(tǒng)輸

38、入熱量為料漿顯熱Q，輸出熱量為成品酸顯熱 Q1'、配酸用濾液顯熱 Q2'、過(guò)濾濾餅顯熱 Q3'和熱量損失 Q4'。 輸入 輸出 過(guò) 濾過(guò) 程 成品酸 料漿 配酸用濾液 過(guò)濾濾餅 熱量損失圖3-2 過(guò)濾過(guò)程熱流示意圖1. 輸入熱量 由3.1知料漿 Q1=67.1×106 kJ/h 2. 輸出熱量 由3.1知成品酸 Q1'=15.79×106 kJ/h 配酸用濾液 Q2'=w配酸c配酸t(yī)配酸=99209.1×75×3.334 =24.81×106 kJ/h由3.2知能量損失 Q3'=3.81&

39、#215;106 kJ/h 過(guò)濾濾餅 Q4'=？ 因?yàn)镼=Q'，即67.1×106=15.79+24.81+3.81×106+ Q4' 所以 Q4'=22.69×106 kJ/h 假設(shè)過(guò)濾濾餅溫度為76，查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得濾餅中22%P2O5的液相比熱容c液=3.35kJ/(kg)，查實(shí)用無(wú)機(jī)熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版） 3得干基濾餅比熱容c固=1.182kJ/(kg)，過(guò)濾濾餅含液量45%，則濾餅比熱為c=0.45×3.35+0.55×1.182=2.158kJ/(kg)。濾餅顯熱Q=2.158&#

40、215;76×.64=22.69×106 kJ/h，所以假設(shè)成立。過(guò)濾濾餅溫度為76。3.5 對(duì)一洗部分作衡算第一次洗滌過(guò)程熱量流動(dòng)示意圖如圖3-3，系統(tǒng)輸入熱量為二洗液顯熱Q1和過(guò)濾濾餅顯熱Q2，輸出熱量為一洗液顯熱 Q1'、一洗濾餅顯熱 Q2'、熱量損失 Q3'。 輸入 輸出一 洗過(guò) 程 過(guò)濾濾餅 一洗液 一洗濾餅 二洗液 熱量損失 圖3-3 一洗過(guò)程熱流示意圖 1. 輸入熱量 由3.4知過(guò)濾濾餅 Q1=22.69×106 kJ/h 二洗液 查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得65的5%P2O5溶液即7%H3PO4溶液的c二洗液=3.98

41、2kJ(kg) Q2=w二洗液c二洗液t二洗液=3.982×65×95224.6 =24.27×106 kJ/h 2. 輸出熱量 一洗液 Q1'=Q返酸-Q成品酸=53.74-24.81×106 =28.93×106 kJ/h 查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得一洗液溫度為68。 由3.2知熱量損失 Q2'=2.73×106 kJ/h 一洗濾餅 Q3'=？ 因?yàn)镼=Q'，即（22.69+24.27）×106=28.93+2.73×106+ Q3' 所以 Q3'=15.

42、3×106 kJ/h 假設(shè)過(guò)濾濾餅溫度為65，查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得濾餅中12.3%P2O5的液相比熱容c液=3.43kJ/(kg)，查實(shí)用無(wú)機(jī)熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版）得干基濾餅比熱容c固=1.178kJ/(kg)，過(guò)濾濾餅含液量35%，則濾餅比熱為c=0.35×3.43+0.65×1.178=2.06kJ/(kg)。濾餅顯熱Q=2.06×65×.57=15.3×106 kJ/h，所以假設(shè)成立。過(guò)濾濾餅溫度為65。3.6 對(duì)二洗過(guò)程作衡算第二次洗滌過(guò)程熱量流動(dòng)示意圖如圖3-4，系統(tǒng)輸入熱量為一洗濾餅顯熱Q1和三洗液顯熱Q2

43、，輸出熱量為二洗液顯熱 Q1'、二洗濾餅顯熱 Q2'、熱量損失 Q3'。 輸入 輸出二 洗過(guò) 程 一洗濾餅 二洗液 二洗濾餅 三洗液 熱量損失圖3-4 二洗過(guò)程熱流示意圖 1. 輸入熱量 由3.5知一洗濾餅 Q1=15.3 kJ/h 三洗液 查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)知62P2O51.54%即H3PO42%時(shí)c三洗液=4.13kJ(kg) Q2=w三洗液c三洗液t三洗液=4.13×62×82758.3 =21.14×106 kJ/h 2. 輸出熱量 由3.5知二洗液 Q1'=24.27×106 kJ/h 由3.2知熱

44、量損失 Q2'=2.23×106 kJ/h 二洗濾餅 Q3'=？ 因?yàn)镼=Q'，即（15.3+21.14）×106=24.27+2.23×106+ Q3' 所以 Q3'=9.94×106 kJ/h 假設(shè)過(guò)濾濾餅溫度為55，查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得濾餅中3.7%P2O5的液相比熱容c液=3.361kJ/(kg)，查實(shí)用無(wú)機(jī)熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（第二版）得干基濾餅比熱容c固=1.168kJ/(kg)，過(guò)濾濾餅含液量27%，則濾餅比熱為c=0.27×3.361+0.73×1.168=1.76kJ/

45、(kg)。濾餅顯熱Q=1.76×55×.25=9.94×106 kJ/h，所以假設(shè)成立。過(guò)濾濾餅溫度為55。3.7 對(duì)三洗過(guò)程作衡算第三次洗滌過(guò)程熱量流動(dòng)示意圖如圖3-5，系統(tǒng)輸入熱量為洗滌水顯熱Q1和二洗濾餅顯熱Q2，輸出熱量為三洗液顯熱 Q1'、三洗濾餅顯熱 Q2'、熱量損失 Q3'。 輸入 輸出三 洗過(guò) 程二洗濾餅 三洗液 三洗濾餅 洗滌水 熱量損失圖3-5 三洗過(guò)程熱流示意圖 1. 輸入熱量 由3.1知洗滌水 Q1=18.43×106 kJ/h 由3.6知二洗濾餅 Q2=9.94×106 kJ/h Q=15.43

46、×106+9.94×106=28.37×106 kJ/h 2. 輸出熱量 由3.5知三洗液 Q1'=21.14×106 kJ/h 由3.1知三洗濾餅 Q2'=5.29×106 kJ/h 由3.2知熱量損失 Q3'=1.94×106 kJ/h Q'=21.14×106+5.29×106+1.94×106=28.37×106 kJ/h Q=Q'，衡算成立。 通過(guò)上述計(jì)算，得出濕法磷酸過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)料和出料的熱量衡算結(jié)果如表3-1。表3-1 濕法磷酸過(guò)濾系統(tǒng)熱量衡算

47、表輸入輸出名稱熱量(×106kJ/h）所占比例(%）名稱熱量(×106kJ/h）所占比例(%）料漿帶入67.178.5成品酸帶出15.7918.5洗滌水帶入18.4321.5返回淡磷酸帶出53.7462.8二水石膏帶出5.296.2熱量損失10.7112.5合計(jì)85.53100合計(jì)85.53100第四章 設(shè)備選型4.1 過(guò)濾機(jī)選型4.1.1 過(guò)濾機(jī)的確定 濕法磷酸二水法流程中過(guò)濾機(jī)通常使用的有帶式過(guò)濾機(jī)、翻盤式真空過(guò)濾機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)式真空過(guò)濾機(jī)。帶式過(guò)濾機(jī)雖對(duì)磷酸濃度影響極小，但維持費(fèi)用高，維護(hù)難度較大；翻盤式過(guò)濾機(jī)采用反吹濾布卸料，卸料方便，但傳動(dòng)部件多，機(jī)械故障較高；而轉(zhuǎn)臺(tái)式過(guò)濾機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，吸干效果好。因此轉(zhuǎn)臺(tái)式過(guò)濾機(jī)在目前使用最為廣泛。 此次設(shè)計(jì)針對(duì)我國(guó)的中低品位磷礦，萃取槽中的磷酸濃度不高，采用濾盤底部和抽液管的角度大、濾液流速快的轉(zhuǎn)臺(tái)式過(guò)濾機(jī)將會(huì)提高生產(chǎn)能力。所以，本次設(shè)計(jì)最終選用轉(zhuǎn)臺(tái)式過(guò)濾機(jī)。查磷酸，磷銨，重鈣技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)得各洗液、成品酸、配酸用濾液、石膏的數(shù)據(jù)如表4-1。表4