化工工藝課程設(shè)計(jì)---飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　化工工藝課程設(shè)計(jì)說明書 </p><p>　　論文題目：10000噸/年飼料級(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)（原 </p><p><b>　　料濕法磷酸） </b></p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </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(diǎn)...................................................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(shè)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(jì)算..........................................

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

12、...............................8</p><p>　　5.2.4中和單元計(jì)算................................................9</p><p>　　5.2.5各單元計(jì)算匯總..............................................9</p><p>　　

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

14、..........10</p><p>　　6.2 開工時(shí)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(jí)

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(yīng), 制得飼料級(jí)磷酸氫鈣。該法是國外目前采用的主要方法, 問題是對(duì)磷礦質(zhì)量要求高, 投資大, 工藝復(fù)雜, 成本高。第二種是濕法磷酸化學(xué)預(yù)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(yù)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(jí)沉淀磷酸鈣, 然后含氟合格溶液再進(jìn)行第二段中和, 制得飼料級(jí)

17、磷酸氫鈣。該法是國內(nèi)目前采用的主要方法, 其實(shí)用性強(qiáng), 可產(chǎn)出少量低品級(jí)氟硅酸鈉副產(chǎn)品, 缺點(diǎn)是操作周期長, 占地面積大, 約20%的磷以低價(jià)值的肥料形式產(chǎn)出, 飼料產(chǎn)品中磷收率低, 最高只能達(dá)80%。</p><p><b>　　本工藝技術(shù)特點(diǎn)</b></p><p>　　本工藝提供一種濕法磷酸循環(huán)脫氟制飼料級(jí)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(jìn)行, 過濾采用真空過濾機(jī), 烘干采用氣流干燥機(jī), 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(yīng), 邊攪拌邊加入, 攪拌反應(yīng)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(jì)) 為磷酸量( 以P2O5計(jì)) 的30%～60%或相當(dāng)量的石灰粉, 反應(yīng)溫度35～50℃, 保溫?cái)嚢?～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(jí)磷酸氫鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

20、</p><p><b>　　產(chǎn)品質(zhì)量要求</b></p><p>　　參考GB/T 22549-2008 飼料級(jí)磷酸氫鈣</p><p>　　本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了飼料級(jí)磷酸氫鈣的分類、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、標(biāo)簽、運(yùn)輸以及包裝和貯存。本標(biāo)準(zhǔn)適用用飼料級(jí)磷酸氫鈣該產(chǎn)品在飼料加工中作為磷、鈣的補(bǔ)充劑。</p><p>　　

21、2.1 分子式、相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量：172.10（按2007年國際相對(duì)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(jí)磷酸氫鈣應(yīng)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(jí)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(duì)天然磷酸鹽礦物進(jìn)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(dǎo)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(yīng)緊張的不足。本原料從四會(huì)市飛來峰非金屬礦物材料有限公司購買。</p><p><b>　　主要化學(xué)成分</b></p><p>　　1.2原料物理化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　鈣氟磷灰石，其化學(xué)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(dú)立離子被某些結(jié)晶化學(xué)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(jiān)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(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(yīng)后加入絮凝劑進(jìn)行沉降分離，上層清液去一段脫氟進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jí)磷酸氫鈣的要求P/F比大于100。然后再加入石灰乳進(jìn)行中和，料漿使用臥式離心機(jī)進(jìn)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(jí)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(yīng)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(yīng)機(jī)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(biāo)</b></p><p>　　脫氟稠漿返溶溫度50℃—60℃；</p><p>　　脫氟重鈣終點(diǎn)PH值:2.0-2.3；</p><

33、p>　　脫氟石灰終點(diǎn)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(duì)一段脫氟粗凈化的磷酸再進(jìn)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(dá)到生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸氫鈣的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　反

34、應(yīng)原理</b></p><p>　　Fe3++PO43-=FePO4↓ 2F-+Ca2+=CaF2 Ca2++HPO42-=CaHPO4↓</p><p><b>　　工藝指標(biāo)</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(jìn)行中和，反應(yīng)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(diǎn)pH值應(yīng)在5．0～5．5之間，若終點(diǎn)pH <5．0，中和反應(yīng)不完全，磷的利用率降低；若終點(diǎn)pH>5．5，產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)受到影響。因此，終點(diǎn)pH值的控制是個(gè)關(guān)鍵。</p><p><b>　　工藝指標(biāo)</b></p><p>　　中和后PH值: 5.5-6.5；</p>&l

37、t;p>　　反應(yīng)前的溫度:36-40℃；</p><p>　　中和終點(diǎn)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(jí)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(diǎn)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(jìn)行烘干，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的飼料級(jí)磷酸氫鈣產(chǎn)品。</p><p><b>　　工藝指標(biāo)</b></p><p>　　爐溫:500-800℃，烘干溫度:80-160℃；</p><p>　　產(chǎn)品內(nèi)在指標(biāo):符合GB-T22549

39、-2008標(biāo)準(zhǔn)：</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(jí)磷酸氫鈣含兩個(gè)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(yīng)嚴(yán)格控制干燥溫度與時(shí)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(jì)量、包裝后使最終產(chǎn)品符合GB-T22549-2008標(biāo)準(zhǔn)。</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(yīng)符合包裝規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；</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(yīng)，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(shí)：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(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)：</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(yīng)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(yīng)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(yīng)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘牧姿岫溻}，進(jìn)入溶液中從而與渣分離，從而制得肥料級(jí)磷酸二氫鈣。</p><p>　　1.2主要設(shè)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(jì)算&l

46、t;/p><p>　　5.2.1 濕法磷酸單元計(jì)算</p><p>　　設(shè)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(yīng)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(jì)算</p><p>　　由工藝指標(biāo)脫氟清液P

47、2O5/F:150，可得反應(yīng)后剩余的含氟量m1(F):</p><p>　　則反應(yīng)脫去的含氟量m2(F)：</p><p>　　由此可得脫氟反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jì)算</p><p>　　由工藝指標(biāo)脫氟清液P2O5/F:300，可得反應(yīng)后剩余的含氟量m3(F):</p><p>　　則反應(yīng)脫去的含氟量m4(F)：</p><p>　　由此可得脫氟反應(yīng)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(yīng)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(jì)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(jì)算匯總</p><p>　　由10000噸/年的計(jì)算指標(biāo)，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(jì)算匯總 </p><p>　　六、生產(chǎn)制度及開工時(shí)數(shù)的說明</p><p>　　6.1 生產(chǎn)制度: 24小時(shí)為一個(gè)獨(dú)立單位，三班四運(yùn)轉(zhuǎn)制度。</p><p>　　

54、6.2 開工時(shí)數(shù)：連續(xù)生產(chǎn)：8000小時(shí)/年；間歇按批次計(jì)算</p><p><b>　　附圖</b></p><p>　　工藝流程圖（標(biāo)有工藝控制點(diǎn)）</p><p><b>　　八、總結(jié)</b></p><p>　　在短短的兩周里，通過同學(xué)討論，查閱相關(guān)資料，再進(jìn)行整個(gè)流程的設(shè)計(jì)與計(jì)算，我真切感

55、受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難，也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問題的不易。通過這次設(shè)計(jì)，我們對(duì)本課題相關(guān)內(nèi)容有了一定程度的了解，同時(shí)鞏固了專業(yè)知識(shí)。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我們對(duì)自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們的繼續(xù)學(xué)習(xí)是一個(gè)很好的指導(dǎo)方向，我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)

56、計(jì)，還使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。</p><p>　　限于我們的水平，設(shè)計(jì)中難免有不足和謬誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn) </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(jī)鹽工業(yè), 2001, 33(1): 6~8</p><p>　　[2] 堵志文,陳國華,李翔藝.飼料級(jí)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(jí)磷酸氫鈣的制造[J].無機(jī)鹽工業(yè), 2001，33（1）：33</p><p>　　[4] 劉振國. 二段中和發(fā)飼料級(jí)

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