年產(chǎn)2.4萬噸濕法磷酸生產(chǎn)工藝設(shè)計

武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計PAGE45武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書論文題目年產(chǎn)2.4萬噸濕法磷酸生產(chǎn)工藝設(shè)計學(xué)號0842510309學(xué)生姓名專業(yè)班級應(yīng)用化工班指導(dǎo)教師總評成績目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II第一章文獻(xiàn)綜述 11.1磷酸的簡介及發(fā)展 11.2磷酸的生產(chǎn)原料和方法 21.3濕法磷酸工藝 51.4硫酸法濕法磷酸生產(chǎn)工藝 71.5濕法磷酸凈化除氟方法 11第二章工藝設(shè)計 132.1設(shè)計任務(wù)和產(chǎn)品概況 132.2產(chǎn)品方案 132.3濕法磷酸工藝流程 132.4操作制度 14第三章工藝過程的衡算及設(shè)備選型 163.1物料平衡計算 163.2熱量平衡計算 253.3主要的設(shè)備選型與計算 29第四章三廢的處理與綜合利用 364.1濕法磷酸裝置的尾氣來源與處理 364.2濕法磷酸中三廢的綜合利用 37設(shè)計小結(jié) 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41摘要本設(shè)計進(jìn)行年產(chǎn)2.4萬噸濕法磷酸生產(chǎn)工藝設(shè)計，根據(jù)磷礦石與硫酸反應(yīng)生成磷酸和硫酸鈣的原理來制取磷酸，即濕法磷酸，這種方法操作簡便，對設(shè)備要求也不高。礦漿和硫酸反應(yīng)經(jīng)過萃取、過濾和洗滌等一系列步驟后得到磷酸，根據(jù)這一過程作出整個磷酸工段的工藝設(shè)計。由磷礦石的組成，磷礦和硫酸的反應(yīng)原理以及反應(yīng)中的機(jī)械損失，計算100kg磷礦所生產(chǎn)的磷酸量，并對各個小的工段進(jìn)行物料衡算。再以100kg磷礦所計算的數(shù)據(jù)為依據(jù)對年產(chǎn)2.4萬噸濕法磷酸的生產(chǎn)做熱量衡算，由熱量衡算中計算的數(shù)據(jù)來選取合適型號的設(shè)備并畫出磷酸工段的工藝流程圖。最后對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣加以綜合利用。關(guān)鍵詞：濕法磷酸；磷礦；硫酸AbstractThedesignofanannualoutputof24,000tonsofwetphosphoricacidproductionprocessdesign,basedonthereactionofphosphaterockwithsulfuricacidphosphoricacidandcalciumsulfatetothesystemtotaketheprincipleofphosphoricacid,thatisphosphoricacid,thismethodissimple,theequipmentrequirementsarenothigh.Pulpandsulfuricacidafterextraction,filteringandwashingandaseriesofstepstogetphosphoricacid,accordingtothisprocesstomakethewholesectionsofphosphatetheprocessdesign.Bythecompositionofphosphaterock,phosphaterockandsulfuricacidinthereactionmechanismandthemechanicallossreactiontocalculatetheproductionofphosphoricacidphosphate100kg,andeachsmallsectioninthematerialbalance.Againwith100kgphosphatecalculatingbasedondatafrom2.4milliontonsofannualproductionofphosphoricaciddoheatbalance,heatbalanceinthefinalcalculationsbasedonthedatatoselecttherighttypeofequipmentandconstructionsectionofthedrawprocessphosphoricaciddiagram.Finallyproducesintheprocessofproductionofthewastegas,wastewaterandwasteresiduetocomprehensiveutilization.Keywords:Wet-processphosphoricacid；phosphate；sulfuricacid第一章文獻(xiàn)綜述1.1磷酸的簡介及發(fā)展1.1.1磷酸的簡介（1）磷酸的性質(zhì)磷酸，H3PO4，相對分子質(zhì)量為98。它是一種無色透明的液體，比重1.70，溶于水并放熱，經(jīng)高溫加熱便失水成焦磷酸和偏磷酸，長時間受冷即結(jié)晶，它有腐蝕性，在空氣中易潮解，所以應(yīng)密封保存。純凈的磷酸是無色晶體，熔點(diǎn)42.3攝氏度，高沸點(diǎn)酸，可與水任意比互溶。市售的磷酸試劑是粘稠的、不揮發(fā)的濃溶液，磷酸含量為83~98%。磷酸為中強(qiáng)酸，酸性強(qiáng)于碳酸，磷酸與碳酸鈉反應(yīng)時在不同的PH下，可生成不同的酸式鹽。磷酸不易揮發(fā)，不易分解，幾乎沒有氧化性，具有酸的通性。（2）磷酸對人健康的危害蒸氣或霧對眼、鼻、喉有刺激性。口服液體可引起惡心、嘔吐、腹痛、血便或休克。皮膚或眼接觸可致灼傷。慢性影響：鼻粘膜萎縮、鼻中隔穿孔。長期反復(fù)皮膚接觸，可引起皮膚刺激。（3）磷酸的主要用途磷酸是一種重要的基本化工原料，主要用來制造高效磷復(fù)肥，如磷酸銨、重過磷酸鈣、磷酸二氫鉀等，也是飼料添加劑、食品添加劑、工業(yè)助劑等含磷產(chǎn)品的原料，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、石油、電子、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。1.1.2磷酸的發(fā)展1838年，首次制成工業(yè)用的黃磷，1855~1890年間在歐洲建立了黃磷的生產(chǎn)廠。20世紀(jì)40~50年代，美國和德國發(fā)展了黃磷和熱法磷酸的生產(chǎn)技術(shù)。60年代，美國曾計劃大量發(fā)展黃磷和熱法磷酸生產(chǎn)以用于肥料工業(yè)，旨在利用便宜的能源和運(yùn)輸黃磷比較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，后由于能源漲價，計劃未能實(shí)現(xiàn)。熱法磷酸比濕法磷酸濃度高，且產(chǎn)品純，但耗電量大，價格貴。在水電有富余的地區(qū)，熱法磷酸具有發(fā)展前途。現(xiàn)在除了蘇聯(lián)有少量用于肥料生產(chǎn)外，熱法磷酸主要用于工業(yè)方面。1981年世界產(chǎn)量為3.145Mt(P2O5)。含硅高的磷礦，適用于元素磷生產(chǎn)。含鐵、鎂和鋁雜質(zhì)高的磷礦用于黃磷生產(chǎn)時，將使電耗增加、磷收率降低。經(jīng)過100多年的發(fā)展，因磷礦生產(chǎn)磷酸方法的不同而形成了磷酸鹽工業(yè)和磷肥工業(yè)并存的磷化工產(chǎn)業(yè)格局，其中以電解磷礦獲得黃磷制取熱法磷酸形成了磷酸鹽工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，而利用硫酸分解磷礦制取濕法磷酸則形成了磷肥工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。其中，熱法磷酸由于其高能耗和高污染的特點(diǎn)，使其面臨著來自資源、能源和環(huán)境方面的多重壓力，而濕法磷酸經(jīng)過凈化精制后，則可以達(dá)到熱法磷酸的標(biāo)準(zhǔn)，可代替熱法磷酸生產(chǎn)工業(yè)級或食品級磷酸鹽產(chǎn)品。因此，近10年來，世界磷化工格局發(fā)生了很大的變化。通過對雜質(zhì)含量較高的濕法磷酸進(jìn)行凈化提純，生產(chǎn)精制磷酸取代熱法磷酸生產(chǎn)各種磷制品，已經(jīng)成為世界磷化工高新技術(shù)發(fā)展的方向。采用凈化濕法磷酸為原料生產(chǎn)工業(yè)級、食品級磷酸或磷制品，不僅大幅度降低了能源消耗，還提高了產(chǎn)品附加值，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時，精制后的磷酸殘液還可用來生產(chǎn)肥料，實(shí)現(xiàn)資源的分級綜合利用并對環(huán)境友好。但是，濕法磷酸凈化技術(shù)的難度較大，國內(nèi)基本上停留在實(shí)驗(yàn)室研究或小型的中間試驗(yàn)階段，國外也只有少數(shù)國家實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，國外的濕法磷酸技術(shù)要么不愿意轉(zhuǎn)讓，要么以苛刻的高價轉(zhuǎn)讓，如宏福公司。同時國外的濕法磷酸凈化技術(shù)也并不完全適合中國的磷礦特點(diǎn)。目前濕法磷酸凈化技術(shù)的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化和大型化技術(shù)已經(jīng)成為制約我國磷化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)提升的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，非常有必要對濕法磷酸凈化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究，開發(fā)出符合中國磷礦資源特點(diǎn)并具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的濕法磷酸凈化技術(shù)，擺脫對國外技術(shù)的依賴。作為磷化工行業(yè)最大的板塊，我國的高濃度磷肥工業(yè)從20世紀(jì)80年代初真正起步，走引進(jìn)消化吸收和自主創(chuàng)新開發(fā)相結(jié)合的道路，經(jīng)過20多年的努力，磷肥工業(yè)的總體水平和生產(chǎn)規(guī)模都已接近世界先進(jìn)水平。特別是在國家重點(diǎn)科學(xué)研究和其它國家科技計劃的長期支持下，由四川大學(xué)自主開發(fā)的“中和料漿濃縮法磷銨工藝”，結(jié)合了我國磷資源的特點(diǎn)，高水平地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝置的大型化和國產(chǎn)化，不僅裝置規(guī)模和產(chǎn)量占據(jù)了全部高濃度磷肥行業(yè)的半壁江山，而且還可與引進(jìn)裝置進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)，改造并優(yōu)化后者的運(yùn)行狀況，使采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)磷肥的引進(jìn)消化裝置具有鮮明的中國特色。我國的云南、貴州、湖北、四川4個主要產(chǎn)磷省，依托磷資源優(yōu)勢和成熟先進(jìn)的高濃度磷肥生產(chǎn)技術(shù)及裝備，在全球磷肥工業(yè)領(lǐng)域已有一席之地。1.2磷酸的生產(chǎn)原料和方法1.2.1磷酸的生產(chǎn)原料（1）磷礦石磷礦所處形態(tài)主要為細(xì)晶磷灰石礦物，即含碳酸鈣的氟磷灰石，還有少量為氟磷灰石3Ca3(PO4)2·CaCl2和羥基磷灰石3Ca3(PO4)2·Ca(OH)2。用于磷酸生產(chǎn)的磷礦大多數(shù)屬于水成巖，水成巖磷礦中存在的雜質(zhì)有兩方面形成，一是雜質(zhì)與磷酸鈣同時從海水中共同沉淀，二是后來當(dāng)磷酸鈣經(jīng)受溫度和雜質(zhì)含量發(fā)生變化的水所作用而摻入的。在海洋中磷酸鈣濃度條件和溫度差別有利于磷酸鈣再沉淀的區(qū)域，磷酸鈣的沉淀過程一直在進(jìn)行著。在許多地區(qū)的大陸架中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相當(dāng)大的磷灰石礦瘤，這些礦瘤含28~31%P2O5，倘若能研究出經(jīng)濟(jì)的采集方法的話，將成為一個潛在的磷的新的豐富來源。世界各地磷礦蘊(yùn)藏豐富，各大洲都大規(guī)模開采。世界全部磷礦儲藏估計超過500億噸。磷礦的開采在迅速增加，在1965年世界的磷礦生產(chǎn)約達(dá)6500萬噸。我國磷礦資源比較豐富，已探明的資源儲量僅次于摩洛哥和美國，居世界第3位。云南、貴州、四川、湖北和湖南5省是我國主要磷礦資源儲藏地區(qū)，儲量達(dá)98.6億噸，占全國總儲量的74.5%。我國磷礦的開采方式分為地下開采和露天開采兩大類。地下開采約占開采總產(chǎn)量的60%，其采礦方法主要為空場法和崩落法，如貴州開磷（集團(tuán)）公司采用錨桿護(hù)頂分段空場法。露天開采有代表性的大中型礦山是云南磷化學(xué)工業(yè)（集團(tuán)）公司、昆陽、晉寧磷礦、湖北黃麥嶺磷化工集團(tuán)公司、貴州甕福、湖北荊襄大峪口磷礦，約占磷礦總產(chǎn)量的40%。雖然存在的豐富磷礦儲藏足夠按當(dāng)前消費(fèi)速率使用好幾百年，但不是所有的磷礦都具有當(dāng)前所采用磷礦那樣高的品味。這還沒有成為很重要的問題，但是在不久的將來可能成為這樣一個問題。磷礦中的幾種不同類型的雜質(zhì)中，有些可以借助富集操作用于弗羅里達(dá)磷礦和科拉磷礦，但是在北非礦山的富集操作主要限于洗滌和過篩。富集操作除去粘土和硅石達(dá)到相當(dāng)高的程度，但是某些類型的磷礦不可能充分加以富集使達(dá)到要求的質(zhì)量水平。這些殘留的雜質(zhì)可能在幾個方面影響濕法生產(chǎn)。如果磷礦所含雜質(zhì)足以使其品味降低到少于66BPL（30.2%P2O5），則一般認(rèn)為用于制造濕法磷酸是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)然，個雜質(zhì)對經(jīng)濟(jì)的影響決定于雜質(zhì)的性質(zhì)；例如，硅石的影響要比過剩的鈣的影響小的多。然而，實(shí)際上磷礦的品味降低時，所有不同雜質(zhì)的含量都所有增加。不同礦床出產(chǎn)的磷礦其組成有著顯著的差異，而這些差異對磷酸生產(chǎn)起著重要影響。有些雜質(zhì)可能有害，而另一些雜質(zhì)可能有益。（2）硫黃用濕法生產(chǎn)每噸P2O5的磷酸，需用磷酸的量相當(dāng)于1噸硫黃。硫酸的貨源和價格都是濕法磷酸生產(chǎn)中極為重要的因素。開采元素硫礦床的弗雷施法的進(jìn)展已使由此法生產(chǎn)的硫黃在大多數(shù)地區(qū)成為最經(jīng)濟(jì)的來源。因此，磷酸生產(chǎn)部門通常的做法是簽訂長期合同以夠入硫黃，并建造一個硫酸廠與磷酸廠聯(lián)合生產(chǎn)。硫黃或硫酸的另一個潛在的巨大的來源為熱電廠煙道氣中的二氧化硫。煤和石油常常都含有相當(dāng)多的硫，以致引起污染問題。因此，在世界個地區(qū)正在廣泛執(zhí)行回收二氧化硫的研究和開發(fā)計劃，以將其回收成為有用的產(chǎn)品如硫黃、硫酸或硫酸銨。這是一個非常困難的問題，因?yàn)檫@種煙道氣通常含有二氧化硫氣體只有0.2~0.3%。消除污染的強(qiáng)烈要求可能促使建立各種回收系統(tǒng)，要是生產(chǎn)費(fèi)用能夠接近不賺不負(fù)的話更是如此。如果出現(xiàn)這種情況，肥料工業(yè)將可獲得一個重要的硫黃或硫酸的來源，因?yàn)橛写罅康亩趸驓怏w從用煤作燃料的熱電廠排出。1.2.2磷酸的生產(chǎn)方法磷酸的生產(chǎn)方法有兩種：熱法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)。熱法生產(chǎn)磷酸(也稱電熱法磷酸)是由黃磷燃燒成五氧化二磷，然后溶于水制得。濕法生產(chǎn)磷酸(也稱酸法磷酸)是用硫酸(也可用鹽酸、硝酸等)分解磷礦然后凈化制得。制造熱法磷酸的方法很多，目前普片采用液態(tài)磷燃燒法制熱法磷酸，現(xiàn)將各種制造方法簡述如下：（1）完全燃燒法（又稱一步燃燒法）：將電升華磷時所得到的含磷爐氣直接燃燒，此時不僅磷氧化為五氧化二磷，一氧化碳也被氧化。反應(yīng)要放出大量熱。由于磷酸酐有強(qiáng)烈的腐蝕作用，此反應(yīng)實(shí)際上不能利用。燃燒后氣體必須冷卻，以保證磷酸酐能完全被吸收。由于氣體溫度高，所以磷酸酐與水作用時首先生成偏磷酸（HPO3），冷卻后再轉(zhuǎn)成為正磷酸。（2）液態(tài)磷燃燒法（又稱二部法）：此法有多種工藝流程：第一種是將黃磷燃燒，得到五氧化二磷用水冷卻和吸收制得磷酸，此法稱為水冷流程；第二種流程是將燃燒產(chǎn)物五氧化二磷用預(yù)先冷卻磷酸進(jìn)行冷卻和吸收，而制成磷酸，此法稱為酸冷流程。（3）優(yōu)先氧化法：在454~532℃條件下，與為理論量120~130%的空氣混合使磷蒸汽和磷化氫氣體氧化，而CO僅氧化了5.6~7%，然后用稀磷酸吸收磷酸酐制成熱法磷酸。（4）水蒸汽氧化黃磷法：用鉑、鎘、銅作催化劑（用焦磷酸鋯或偏磷酸鋁作載體），使在600~800℃溫度下用水蒸氣氧化黃磷可以制得磷酸并副產(chǎn)氫氣。濕法磷酸具有投入較少、設(shè)備易解決、便于操作管理等特點(diǎn)，并已有100年的生產(chǎn)歷史，技術(shù)生產(chǎn)工藝流程都日趨完善。其中二水物流程優(yōu)點(diǎn)突出，所以，目前在世界上采用二水物流程生產(chǎn)的濕法磷酸的產(chǎn)量仍占全世界磷酸總量的80%。熱法磷酸雜質(zhì)含量低，可直接產(chǎn)出高濃度產(chǎn)品。制得的工業(yè)級磷酸，僅需稍加凈化就可得到食品級、化學(xué)試劑級、醫(yī)藥級的磷酸及其磷酸鹽制品。眾所周知，熱法磷酸的生產(chǎn)是建立在黃磷有充分來源的基礎(chǔ)上，由于所采用的原料已高度純化，所以建設(shè)熱法磷酸生產(chǎn)裝置，一般講除要特別注意材質(zhì)的防腐外，生產(chǎn)時只要能保證磷的充分燃燒條件，水臺過程配置臺理，并保持酸的高循環(huán)吸收率，就能實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。正因如此，多年來熱法磷酸在生產(chǎn)技術(shù)和工藝流程上變化并不大，但由于原料供給以及經(jīng)濟(jì)性欠佳等原因，其產(chǎn)量遠(yuǎn)不及濕法磷酸。1.3濕法磷酸工藝濕法生產(chǎn)是用無機(jī)酸分解磷礦粉，分離出粗磷酸，再經(jīng)凈化后制得磷酸產(chǎn)品。濕法磷酸比熱法磷酸成本低20%~30%，經(jīng)適當(dāng)方法凈化后，產(chǎn)品純度可與熱法磷酸相媲美。目前，濕法磷酸工藝處于磷酸生產(chǎn)的主導(dǎo)地位。濕法磷酸工藝按其所用無機(jī)酸的不同可分為硫酸法、硝酸法、鹽酸法等[1]。礦石分解反應(yīng)式表示如下：Ca5F(PO4)3+10HNO3=3H3PO4+5Ca(NO3)2Ca5F(PO4)3+10HCl=3H3PO4+5CaC12Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH2O=3H3PO4+5CaSO4·nH2這些反應(yīng)的共同特點(diǎn)是都能夠制得磷酸。但是，磷礦中的鈣生成什么形式的鈣鹽不盡相同，各有其特點(diǎn)。反應(yīng)終止后，如何將鈣鹽分離出去，并能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出磷酸則是問題的關(guān)鍵。1.3.1硝酸法硝酸法磷酸的路線曾出現(xiàn)過兩種工藝，一種是由美國圣保羅氨翻品公司(St.Pau1.AmmoniaProuductslnc.)于60年代開發(fā)的。此工藝通過冷凍結(jié)晶，分離酸解液中95%的硝酸鈣，其余的鈣以硫酸形式除去。其中的硝酸則以硝酸鋇的形式沉淀除去，而硝酸鋇則采用氮和二氧化碳處理，回收碳酸鋇循環(huán)利用，其中生成的硝酸銨則作為副產(chǎn)肥料出售。另一種方法則是由挪威電化廠(NorskHydro)開發(fā)的。該方法前部分與奧達(dá)法相同，用硫酸處理奧達(dá)法出來的部分分離了硝酸鈣的磷酸溶液以硫酸鈣沉淀除去其中的鈣，再用真空蒸發(fā)的方法除去磷酸，蒸發(fā)過程中磷酸濃縮至60%~65%P2O5濃度，其磷酸產(chǎn)品可用于生產(chǎn)飼料級磷酸鹽?；厥盏南跛峥裳h(huán)用于分解磷礦。硝酸分解磷礦的工藝路線中磷酸并非是作為最終產(chǎn)品的，因?yàn)榱姿岱纸饬椎V后形成的硝酸鈣難以撥完全分離。通常是除去部分硝酸鈣后制成含氮和磷或者含氮，磷和鉀的二元或三元復(fù)合肥料。硝酸分解磷礦后形成的硝酸鈣與磷酸不易分離，兩種方法均帶來了不同雜質(zhì)，在分離過程中工藝復(fù)雜，增加了新的能耗，由于對其經(jīng)濟(jì)性有爭議，也是現(xiàn)在未見有大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)裝置出現(xiàn)的原因。1.3.2鹽酸法鹽酸分解磷礦最早的專利發(fā)表于1935年。以色列礦業(yè)公司(IMI)于20世紀(jì)50年代末至60年代初開發(fā)的采用醇類溶劑液。液萃取以分離磷酸和氯化鈣的專利技術(shù)拔證明是行之有效的，并最早得到了工業(yè)化。在中國，鹽酸分解磷礦制磷酸的研究工作始于1965年。早期原化工部太原化工研究院、四川自貢市化工研究院，大連工學(xué)院等均開展過小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。大連工學(xué)院在小試的基礎(chǔ)上進(jìn)行過模型試驗(yàn)。1971年上海骨膠廠與上海化工研究院協(xié)作，對鹽酸分解骨炭和磷礦，液-液溶劑萃取制磷酸進(jìn)行了連續(xù)模型試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上于1973年設(shè)計投產(chǎn)了一個年產(chǎn)500噸58%P2O5的磷酸生產(chǎn)車間。鹽酸法磷酸的生產(chǎn)工藝可分為以下幾個主要部分：酸的分解和不溶性殘?jiān)姆蛛x，液―液溶劑萃?。òㄝ腿?、凈化、反萃取和鹽酸的解析）；蒸發(fā)濃縮；蒸餾回收溶劑。由于鹽酸分解磷礦形成的物料基本不含易結(jié)垢的組分，因此物料易于輸送和處理。制成的酸可以濃縮到相當(dāng)高的濃度或制成過磷酸。成品磷酸的純度比硫酸法高，可直接用于對純熟要求較高的場合，如工業(yè)磷酸鹽或飼料級磷酸鹽的制取。在缺乏硫資源或可以得到廉價鹽酸的場合，采用鹽酸分解磷礦制磷酸具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。但是，鹽酸法磷酸工藝的關(guān)鍵在于液―液萃取分離氯化鈣，本方法主要包括兩個工序一萃取和反萃取以用二個輔助工序一萃取相的洗滌凈化和萃余相的鹽酸解析。此法工藝復(fù)雜，不易大規(guī)模生產(chǎn)，氯化鈣不易分離也是鹽酸法磷酸未得以大規(guī)模工業(yè)化的原因[2]。1.3.3硫酸法通常所稱的“濕法磷酸”實(shí)際上是指硫酸法濕法磷酸，即用硫酸分解磷礦生產(chǎn)得到的磷酸。硫酸法磷酸是用磷灰石與硫酸反應(yīng)生成磷酸和硫酸鈣。由于硫酸鈣是一個溶解度很小的固體，兩者可用簡單的液、固相分離的單元操作來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前工業(yè)上普遍采用的是真空過濾機(jī)，這樣就使磷酸的生產(chǎn)方法大為簡化?；谶@一特點(diǎn)，在硫酸法的生產(chǎn)工藝過程中，不論是反應(yīng)機(jī)理、工藝控制條件以及生產(chǎn)設(shè)備選型等都將有所不同。為了使液、固相分離進(jìn)行得快速與完全，工藝上必須研究硫酸鈣的結(jié)晶機(jī)理和條件，力求做到既是穩(wěn)定的結(jié)晶形式，在生產(chǎn)過程中不會發(fā)生結(jié)晶的相變，又要獲得粗大、整齊的晶體，有利于固體的過濾及洗滌。硫酸法磷酸是用大量的硫資源替代磷資源的開發(fā)利用，由于中國是一個硫資源缺乏大國，大量的硫磺從國外進(jìn)口，這就使磷酸的成本大大地提高了。再者，每生產(chǎn)1噸磷酸需1.35噸硫酸和產(chǎn)生5噸的磷石膏。磷酸生產(chǎn)的同時產(chǎn)生了新的廢渣，因此磷石膏的開發(fā)利用是每一個磷酸生產(chǎn)廠家急需解決的難題[3]。1.4硫酸法濕法磷酸生產(chǎn)工藝1.4.1硫酸法濕法磷酸生產(chǎn)工藝硫酸法濕法磷酸生產(chǎn)的反應(yīng)式：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+nH2O=3H3PO4+5CaSO4·nH2中n的值取決于硫酸鈣結(jié)晶的形式，可以是0、0.5、2。在不同的反應(yīng)溫度和磷酸濃度下，可以生成無水硫酸鈣(CaSO4)、半水硫酸鈣(CaSO4·0.5H2O)和二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。相應(yīng)地，濕法磷酸的生產(chǎn)工藝可分為無水物法、半水法、二水法及半水一二水法等。其中，二水法由于技術(shù)成熟、操作穩(wěn)定可靠、對礦石的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在濕法磷酸工藝中居于主導(dǎo)地位。目前，我國80%以上的磷酸都采用濕法磷酸二水法流程生產(chǎn)。二水法流程具有工藝簡單、技術(shù)成熟、對礦石種類適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于中低品位礦石，在濕法磷酸生產(chǎn)中居于統(tǒng)治地位。但是，二水法流程至今仍存在著一些難以克服的缺陷。由于加工工藝粗放，礦石中的有害雜質(zhì)大部分進(jìn)入磷酸中。特別是氟元素，一旦進(jìn)入液相，很難再分離出來。更嚴(yán)重的是，產(chǎn)生大量的磷石膏廢料，造成嚴(yán)重的污染和浪費(fèi)。因此，陳學(xué)璽等通過研究，對現(xiàn)行的工藝過程進(jìn)行了改進(jìn)，分兩步進(jìn)行反應(yīng)。第一步：采用磷酸浸取磷礦石，從控制化學(xué)反應(yīng)的條件出發(fā)，減少化學(xué)反應(yīng)本身對目標(biāo)產(chǎn)物的污染。磷酸與磷礦的主要反應(yīng)方程式如下：Ca5F(PO4)3+7H3PO4+5H2O→5Ca(H2PO4)2·H2O+HF↑第二步：提供適宜的結(jié)晶條件，使副產(chǎn)磷石膏中的雜質(zhì)含量，尤其是磷含量顯著降低，提高磷回收率，使磷石膏滿足建筑材料生產(chǎn)的要求，從源頭上解決磷石膏污染的難題。硫酸的離子化反應(yīng)可瞬時完成：Ca(H2PO4)2·H2O+H2SO4+(n-1)H2O→CaSO4·nH2O↓+2H3PO4這種分步反應(yīng)的思想方法與“先污染后治理”的傳統(tǒng)思路完全不同，符合綠色化學(xué)的基本原理完全符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求[4]。磷礦石制取磷酸的原則流程：磷礦酸解中的化學(xué)反應(yīng)—濕法磷酸生產(chǎn)中，磷礦、硫酸和返回的磷酸被一同送入酸解反應(yīng)器，因此磷礦是在硫酸混酸中分解的。磷礦酸解的主要反應(yīng)如下，aq表示溶液：Ca5(PO4)3F+5H2SO4+nH3PO4+aq→(n+3)H3PO4+5CaSO4·mH2式中，n為磷酸所占份額，若n=0，則為硫酸與磷礦作用的總反應(yīng)式；m為硫酸鈣所含結(jié)晶水的量，根據(jù)磷酸的濃度和溫度而異，在磷酸生產(chǎn)中只有三種，即無水化合物CaSO4(硬石F膏)，半水物CaSO4·0.5H2O（半水石膏），二水物CaSO4·2H2O（二水石膏）。在硫酸混酸分解磷礦的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理上，可以認(rèn)為反應(yīng)分兩步進(jìn)行，磷礦先被磷酸分解，生產(chǎn)磷酸一鈣，然后磷酸一鈣再與硫酸反應(yīng)生成磷酸，反應(yīng)過程如下。Ca5(PO4)3F+7H3PO4+aq→5Ca(H2PO4)2+HF+aq 5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+aq→10H3PO4+5CaSO4·mH2O+aq反應(yīng)中生產(chǎn)的氫氟酸HF與磷礦中帶入的SiO2生成氟硅酸。6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O氟硅酸的氣相分壓將隨磷酸濃度和溫度的升高而增大，可能分解成四氟化硅氣體逸出。H2SiF6=SiF4↑+2HF少量的H2SiF6將與SiO2反應(yīng)生產(chǎn)SiF4,使氟硅酸的分解加劇。2H2SiF6+SiO2=3SiF4↑+2H2O溢出的四氟化硅氣體與水蒸氣作用，可能在設(shè)備的壁上或管路析出硅膠沉淀3SiF4+(n+2)H2O=2H2SiF6+SiO2·nH2O↓磷礦中的鐵、鋁、鈉、鉀等雜志有多種賦存形式，它們將同時與磷酸發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)磷酸濃度為37%（P2O5）以下時，產(chǎn)物主要為中性磷酸鹽，大多為無定形晶體。析出固形物時，水分子可作為結(jié)晶水進(jìn)入固相。若以氧化物的形式表示雜質(zhì)，其反應(yīng)可表示如下：(Fe,Al)2O3+2H3PO4=2(Fe,Al)PO4·nH2O+(3-n)H2O溶液中的氟硅酸將與鉀鈉鹽發(fā)生反應(yīng)。(Na,K)2O+H2SiF6=(Na,K)2SiF6+H2O鎂主要以碳酸鹽如白云石的形式存在，它們與磷酸反應(yīng)較快，產(chǎn)物進(jìn)入溶液，其反應(yīng)可表示如下。2Ca·Mg(CO3)+3H2SO4+2H3PO4=2CaSO4·mH2O+MgSO4+Mg(H2PO4)2+(4-2m)H2+4CO2↑MgCO3+2H3PO4=Mg(H2PO4)2+H2O+CO2↑這些反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，二水法流程必須通過空氣冷卻或真空冷卻除去多余熱量。1.4.2濕法磷酸反應(yīng)條件的選擇磷礦與硫酸反應(yīng)過程，實(shí)質(zhì)上是二水硫酸鈣的結(jié)晶過程，目的是為獲得易于過濾和洗滌的石膏結(jié)晶，提高P2O5回收率，生產(chǎn)盡可能濃的磷酸，影響石膏結(jié)晶質(zhì)量的主要原因有反應(yīng)溫度、含固量、液相SO3濃度、P2O5濃度。（1）反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度的選擇和控制是非常重要的。提高反應(yīng)溫度能加速反應(yīng)，提高分解率，降低液相粘度，同時又由于溶液中硫酸鈣溶解度隨溫度升高而增加，并相應(yīng)地降低過飽和度，這些有利于形成粗大晶體和提高過濾強(qiáng)度。但溫度過高將導(dǎo)致生成不穩(wěn)定的半水物，甚至生成一些無水物，使過濾困難。而且隨著溫度的升高，雜質(zhì)溶解度也相應(yīng)增大，勢必影響產(chǎn)品質(zhì)量。反應(yīng)溫度控制指標(biāo)為70~80℃（一般要求二水物工藝），主要通過尾氣風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量及表面冷卻器進(jìn)行控制。（2）含固量反應(yīng)料漿中固體物的濃度即料漿的液固比（指料漿中液相和固相的重量比）。料漿中固相含量過高，會使料漿粘度增高，對磷礦分解和晶體成長大都不利。同時過高的固相含量，會增大晶體與攪拌槳葉的碰撞幾率，從而增大二次成核量并導(dǎo)致結(jié)晶細(xì)小。提高液相含量會改善操作條件，但液固比過大會降低設(shè)備生產(chǎn)能力。一般二水物流程液固比控制在2.5~3:1。如果所用礦種鎂、鐵、鋁等雜質(zhì)含量高時，液固比應(yīng)適當(dāng)提高一些。（3）液相SO3濃度液相SO3濃度是操作控制中的一個重要因素，它表示液相中游離硫酸的含量。實(shí)驗(yàn)證明它對磷酸分解、磷酸鈣晶核形成，晶體成長速度、晶體外形以及HPO42–在晶格上取代SO42–均有很大影響。一般認(rèn)為，按二水物法制濕法磷酸時，SO3控制在10~20g/L。礦種不同，操作控制SO3的范圍也有一些差異，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。操作的要點(diǎn)是控制液相中SO3濃度，使其波動盡可能的小。（4）P2O5濃度硫酸鈣晶體是在磷酸介質(zhì)中形成晶核和長成晶體。因此反應(yīng)料漿中P2O5濃度穩(wěn)定，可以保證硫酸鈣溶解度變化不大和相應(yīng)的過飽和度穩(wěn)定，這在濕法磷酸生產(chǎn)控制中也很重要。一般在二水法流程中，當(dāng)操作溫度控制在70~80℃范圍內(nèi)，料漿中P2O5濃度為25~30%，含雜質(zhì)較多的磷礦料漿中P2O5濃度為22~25%?？刂品磻?yīng)料漿中磷酸濃度，就在于控制進(jìn)入系統(tǒng)中的水量，實(shí)質(zhì)上是指控制因洗滌濾餅而進(jìn)入系統(tǒng)的水量。磷酸濃度及溫度的確定首先必須保證二水石膏結(jié)晶的穩(wěn)定存在。從理論上講，80℃時，在純磷酸溶液中石膏能穩(wěn)定存在的磷酸濃度極限為33%P2O5。實(shí)際生產(chǎn)中，由于過量SO3的存在，80℃時磷酸濃度不可能達(dá)到33%P2O5，一般低于30%P2O5。1.4.3反應(yīng)料漿過濾反應(yīng)料漿中液、固二相的分離是通過轉(zhuǎn)臺式過濾機(jī)來完成的，經(jīng)過濾后得到過濾酸和石膏濾餅，石膏濾餅經(jīng)過三次逆流洗滌充分回收濾餅中夾帶的P2O5，要求洗滌達(dá)到99%以上，為保證洗滌效果，將洗滌水加熱，溫度達(dá)到60℃左右。過濾排放出來的石膏濾餅中含有少量的水溶性P2O5和不溶性的P2O5，俗稱磷石膏（分子式：CaSO4·2H2O）。1.4.4磷酸的濃縮（1）濃縮方法從過濾得到的磷酸濃度較低，不能滿足磷銨生產(chǎn)需要，必須進(jìn)行增濃，蒸發(fā)掉部分水份，將濃度提高到44~46%。濃磷酸濃縮采用強(qiáng)制循環(huán)真空蒸發(fā)工藝，即采用酸加熱器將磷酸加熱至75~80℃，在65~70KPa真空條件下，在蒸發(fā)室內(nèi)蒸發(fā)水份，達(dá)到濃縮目的。磷酸在蒸發(fā)過程中，氟硅酸受熱分解，生成含氟氣體，生成的含氟氣體與蒸發(fā)出來的水蒸汽一起進(jìn)入下道（氟回收工序）。（2）濃縮條件的選擇濃縮控制主要工藝指標(biāo)為磷酸濃度、溫度、蒸發(fā)室真空度、低壓蒸汽壓力和溫度。磷酸濃度要求達(dá)到44~46%P2O5，溫度為75~80℃，蒸發(fā)室真空度65~70KPa，低壓蒸汽壓力為0.13~0.20MPa，溫度為135~140℃。蒸汽壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。蒸汽壓力太高,超過酸加熱器石墨列管耐壓值，會導(dǎo)致石墨管損壞。蒸汽壓力太低，帶水嚴(yán)重，同樣會沖擊石墨列管，使列管受到損壞。蒸汽溫度通過20噸鍋爐附帶除氧水調(diào)節(jié)加入蒸汽管道的水量進(jìn)行控制。溫度太高，會損壞石墨列管；溫度太低，帶水嚴(yán)重，同樣會損壞石墨列管。磷酸濃度通過調(diào)節(jié)稀酸加入量和進(jìn)加熱器蒸汽流量進(jìn)行。磷酸濃度太低，不能滿足商品磷酸要求，同時氟回收部份會產(chǎn)生大量硅膠，堵塞噴頭及設(shè)備管道。磷酸濃度太高，會降低生產(chǎn)負(fù)荷，增加蒸汽消耗，同時加快酸加熱器石墨列管的結(jié)垢速度，縮短運(yùn)行同期。蒸發(fā)器酸溫通過調(diào)節(jié)進(jìn)酸加熱器蒸汽流量和蒸發(fā)器真空度進(jìn)行控制，酸溫太高（超過90℃）會燒壞設(shè)備橡膠襯里，酸溫太低水蒸發(fā)量小，不能滿足生產(chǎn)負(fù)荷的需要。蒸發(fā)器真空度通過調(diào)節(jié)進(jìn)濃縮冷凝器循環(huán)冷卻水量和濃縮真空泵進(jìn)口泄真空閥的開度進(jìn)行控制。真空度控制不宜太高，能滿足酸溫控制即可，太高會引起真空系統(tǒng)設(shè)備、管道、橡膠襯里脫落，損壞設(shè)備管道。1.5濕法磷酸凈化除氟方法（1）溶劑萃取除氟該法將粗磷酸在分離器中與非水溶性有機(jī)溶劑(萃取劑)逆流接觸，磷酸溶解于有機(jī)相，而雜質(zhì)則留在水相。然后再用水將有機(jī)相的磷酸反萃出來，即為提純后的稀磷酸，經(jīng)濃縮、脫色后即得精制磷酸。常用的萃取劑有雜醇油[5]、正丁醇、異戊醇、二丁基亞砜、胺類等。溶劑萃取法制得的產(chǎn)品純度較高，在以色列首先實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化。該法的缺點(diǎn)：磷酸與溶劑的分離需蒸餾，能耗大（以堿進(jìn)行反萃時例外），且溶劑回收時有一定損失，雜質(zhì)去除率不高。（2）蒸發(fā)濃縮除氟此法是將磷酸直接或間接加熱，濃縮至50~54%，除去70%~80%的氟化物，然后加入活性二氧化硅和氯化鈉等除氟劑，并通蒸汽或熱空氣將氟SiF4的形式吹出，同時液相中殘余的氟以Na2SiF6沉淀的形式析出?；?qū)⑾×姿岱磸?fù)蒸發(fā)，反復(fù)稀釋直至氟含量符合要求[6~9]。采用該方法除能耗大外，尚需要加入除氟劑。此外，該工藝必須使用優(yōu)質(zhì)磷礦或精選礦，并要分離出濃縮磷酸的淤渣，否則產(chǎn)品純度過低。（3）化學(xué)沉淀除氟該法是在粗磷酸中加入活性SiO2或MgSiO3、CaSiO3，和鈉鹽或鉀鹽、鈣鹽等脫氟劑脫氟[10]。脫氟原理可用如下化學(xué)反應(yīng)方程式表示:4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O3SiF4+2H2O=H2SiF6+SiO22Na+／K﹢+SiF62﹣=Na2SiF6／K2SiF6↓Ca2++SiF62-=CaSiF6↓或2HF+MgSiO3／CaSiO3=MgF2／CaF2↓+H2SiO36HF+H2SiO3=H2SiF6+3H2O2Na+／K++SiF62-=Na2SiF6／K2SiF6↓Ca2++SiF62-=CaSiF6↓這些化學(xué)反應(yīng)一般只能脫除濕法磷酸中70%左右的氟，尚不能達(dá)到脫氟磷酸的要求，故多用于預(yù)脫氟工序。該法工藝路線成熟，除氟效果明確。但需要加入一定量的除氟劑，增加了工業(yè)廢渣和原料成本。（4）兩段中和法除氟該方法是將粗磷酸用石灰乳或氨水中和至pH=2~3，這時溶液中的氟大部分以MgF2／CaF2以及Fe(NH4)HF2PO4、A1(NH4)HF2PO4、Mg(NH4)HFPO4等沉淀形式析出，同時還析出一部分磷酸氫鈣，過濾后再將溶液中和至pH=4~5，得到飼料級磷酸氫鈣[11]。我國大多數(shù)企業(yè)采用兩段中和法除氟。由于工序較多，且有20%~40%的磷酸氫鈣只能當(dāng)肥料用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高。（5）結(jié)晶法除氟根據(jù)磷酸析出方式的差異，結(jié)晶法分為：①在高濃度磷酸溶液中結(jié)晶析出；②結(jié)晶形成復(fù)鹽。前一種方法可得到高純度磷酸，但由于濕法磷酸雜質(zhì)含量較多，直接結(jié)晶相當(dāng)困難，容易形成混晶，所以往往需進(jìn)行多次結(jié)晶，工藝復(fù)雜，尚未有工業(yè)化的報道[12]。后者用粗磷酸于尿素在50~70℃下反應(yīng)，冷卻至20℃得到尿素磷酸鹽晶體，然后采用50%~72%硝酸使結(jié)晶分解而得到較純凈的磷酸，氟脫除率達(dá)96.8%。也可采用三聚氰胺替代尿素，但氟脫除率僅70%。（6）重力浮選法除氟該項(xiàng)技術(shù)對傳統(tǒng)的二水法濕法磷酸凈化工藝進(jìn)行了改進(jìn)，其特征為使分解液中形成的A1F63-絡(luò)離子中的鋁以A1PO4沉淀析出，從而釋放出氟離子以CaF2[13]形式存在。由于為細(xì)小而難以沉淀的懸浮物，可用虹吸方式將它分離出來，從而達(dá)到除氟的目的。該法構(gòu)思新穎，但仍有部分磷降為肥料級磷酸氫鈣。第二章工藝設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)和產(chǎn)品概況本設(shè)計是即年產(chǎn)24000tP2O5濕法磷酸生產(chǎn)工藝設(shè)計，開展了濕法磷酸車間裝置的設(shè)計。純凈的濕法磷酸是無色的，但由于一般都含有一些雜質(zhì)，因而濕法磷酸一般呈灰色，視雜質(zhì)含量的多少其灰色或深或淺。濕法磷酸主要用于生產(chǎn)重過磷酸鈣和磷酸銨類肥料，還可以用來生產(chǎn)各種工業(yè)磷酸鹽及磷飼料。2.2產(chǎn)品方案2.2.1產(chǎn)品方案和建設(shè)規(guī)模（1）產(chǎn)品名稱：磷酸副產(chǎn)品：磷石膏（2）設(shè)計規(guī)模：磷酸24000噸（P2O5）（3）產(chǎn)品規(guī)格：成品磷酸中含32%P2O52.2.2生產(chǎn)方法和主要技術(shù)方案萃取磷酸的生產(chǎn)，由于反應(yīng)生成硫酸鈣結(jié)晶中的水合物形成不同而有無水物法、半水法、二水法及半水-二水法等多種流程，其中其中，二水法由于技術(shù)成熟、操作穩(wěn)定可靠、對礦石的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在濕法磷酸工藝中居于主導(dǎo)地位。目前，我國80%以上的磷酸都采用濕法磷酸二水法流程生產(chǎn)。二水法流程具有工藝簡單、技術(shù)成熟、對礦石種類適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于中低品位礦石，在濕法磷酸生產(chǎn)中居于統(tǒng)治地位。本設(shè)計的萃取磷酸的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的二水物流程。2.3濕法磷酸工藝流程濕法磷酸生產(chǎn)中，用來分解磷礦的無機(jī)酸有硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、氟硅酸等。用這些酸與磷礦反應(yīng)都生成磷酸和氟化氫，而不同的酸根則與磷礦中的鈣結(jié)合生成不同的鈣鹽。從磷酸溶液中分離這些不同的鈣鹽，因其性質(zhì)不同，分離的方法各異，從而生成了各種不同的濕法磷酸生產(chǎn)工藝過程。所以，通常用生成硫酸鈣結(jié)晶的水合物來命名工藝流程。硫酸分解磷礦制濕法磷酸時，控制硫酸鈣以二水物(石膏CaSO4·2H2O)形式沉淀的工藝流程稱為二水物流程，反應(yīng)式如下：二水物流程的反應(yīng)機(jī)理和工藝條件與半水物流程，無水物流程等截然不同，這就是濕法磷酸生產(chǎn)流程要以硫酸鈣結(jié)晶水形式來分類的原因。2.3.1工藝流程簡介（1）原料工段本工段的主要任務(wù)是對汽車運(yùn)輸?shù)牧椎V石、硅藻土進(jìn)行貯存，并通過機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備將磷礦石與硅藻土按一定的配比計量混合后加入萃取槽。（2）磷酸工段圖2-1磷酸裝置工藝流程示意圖磷礦石經(jīng)粗破碎、滾筒篩篩分后（見圖2-1），塊礦經(jīng)細(xì)破碎后進(jìn)人球磨機(jī)研磨，篩分下的粉礦直接送球磨機(jī)研磨成礦漿，礦漿用滾筒篩、振動篩進(jìn)行二級篩分，篩分出的細(xì)礦石顆粒返回至球磨機(jī)重新研磨，篩分后的礦漿經(jīng)計量進(jìn)入預(yù)反應(yīng)槽，與來自過濾的洗液、磷酸澄清池的沉積淤酸反應(yīng)，得到的Ca(H2PO4)2料漿由料漿泵送人萃取槽，硫酸經(jīng)計量后進(jìn)入萃取槽，Ca(H2PO4)2與硫酸反應(yīng)得到的磷酸和磷石膏混合料漿由料漿泵送至盤式過濾機(jī)過濾。過濾所得的磷石膏濾餅經(jīng)水二次并流洗滌后卸人石膏堆場，過濾所得濾液送人磷酸澄清池澄清，澄清液作為成品磷酸送人磷酸貯槽，沉積淤酸與洗滌所得的洗液作為淡磷酸送至預(yù)反應(yīng)槽。2.4操作制度本裝置磷酸每天三班連續(xù)操作，每年運(yùn)行280天，每天運(yùn)行20h，即每年運(yùn)行5600h。大修一次：40天中修三次：15天，每次5天小修十次：20天，每次2天第三章工藝過程的衡算及設(shè)備選型3.1物料平衡計算3.1.1物料衡算的定義和作用（1）定義：指根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系對進(jìn)出整個生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設(shè)備的各股物料的數(shù)量及組成進(jìn)行平衡計算，它是在工藝流程確定后最先進(jìn)行的工藝計算。（2）作用：物料衡算是整個工藝設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)，有很重要的作用。①為熱量衡算、設(shè)備工藝計算、管道計算、輔助工序及公用工程設(shè)計計算、生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù)。②在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)線組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用。③是指導(dǎo)生產(chǎn)過程的重要依據(jù)。3.1.2設(shè)磷酸工廠所用磷礦的主要組成以及已知條件如下：（1）原料磷礦的主要成分（%）：P2O5：31.59；F：4.12；CaO：45.78；Fe2O3：1.46；Al2O3：1.63；A·I：2.27；CO2：2.56；SiO2：2.17；MgO：0.5（2）硫酸用量：為理論用量的106%（3）硫酸濃度：含H2SO492.8%（4）轉(zhuǎn)化率：98.25%（5）洗滌效率：96.9%（6）料漿液固比：2.5（7）成品稀磷酸濃度：含P2O532%（8）氟逸出率（%）：二水法：1.42；半水法：45。（9）機(jī)械損失（P2O5）：2.9%（10）水份蒸發(fā)量（以100kg磷礦為基準(zhǔn)）：18.65kg；如采用真空冷卻，則冷卻器中的蒸發(fā)水量占80%。（11）濾餅含液量（以干磷石膏為準(zhǔn)%）：過濾后濾餅：62.8；一次洗滌后濾餅：43.25；二次洗滌后濾餅：24.88；三次洗滌后濾餅：10.42（12）洗液濃度（P2O5）%：一次洗液：20；二次洗液：5.89；三次洗液：1.98（13）返回淡磷酸的溫度（℃）：63（14）萃取槽排出料漿的溫度（℃）：77（15）萃取槽排出廢氣的溫度（℃）：56（16）料漿循環(huán)比：72（17）磷灰石分解率：（%）97.7（18）萃取槽排出廢氣的相對濕度：0.93（19）料漿在萃取槽中的停留時間：4h（20）料漿的密度（kg/m3）：1470（21）夏季最高月平均溫度（℃）：30（22）不考慮萃取槽中的熱量損失；（23）噴嘴風(fēng)壓：廢氣溫度為60℃時取5000~6000Pa，廢氣溫度為55℃±時取1300~2800Pa。（24）過濾機(jī)漏氣量：1.35m3/m2（25）原料硫酸溫度：27℃；（26）過濾常數(shù)：qe=0.935m3/m2；K過濾（27）洗液粘度：μ一洗=1.57×10-3Pa·s；μ二洗=1.16×10-3Pa·s；μ三洗=1.08×10-3Pa·s；（28）密度：成品磷酸1260kg/m3；一洗液1210kg/m3；二洗液1060kg/m3；三洗液1020kg/m33.1.3物料衡算按照上述已知條件，計算物料衡算如下(以100kg磷礦來計算)：（1）硫酸用量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式：CaO+H2SO4→CaSO4+H2O5698100×0.4則硫酸用量為：即：（2）逸出氣體量已知：，原料磷礦中含有CO2的量為2.56%，氟的逸出率為1.42%則以SiF4計算4F→SiF4761040.05850（3）磷石膏值CaO→CaSO4·2H2O56172100×0.4578(98.25%為轉(zhuǎn)化率，96.9%為洗滌效率)（4）生成循環(huán)料漿量∵料漿的液固比為2.5，即液相：磷石膏=2.5:1（5）成品磷酸量（6）機(jī)械損失（7）過濾后濾餅含液量∵濾餅含液量（以干磷石膏為基準(zhǔn)）為62.8%∴過濾后濾餅含液量為：（8）一次洗滌后濾餅含液量∵一次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準(zhǔn)）為43.25%∴（9）二次洗滌后濾餅含液量∵二次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準(zhǔn)）為24.88%∴（10）三次洗滌后濾餅含液量∵三次洗滌后濾餅含液量（以干磷石膏為基準(zhǔn)）為10.42%（11）回入系統(tǒng)的濾液量（指返回到萃取槽的濾液量=料漿中的液相量-成品酸-濾餅中含液量）（12）洗滌用水量磷石膏磷礦洗滌用水系統(tǒng)磷石膏磷礦洗滌用水系統(tǒng)硫酸逸出氣體成品酸對系統(tǒng)作物料衡算：已知：其中：====191.51kg所以：==校正：===校正合格。（13）淡磷酸量生成循環(huán)料漿逸出氣體磷礦硫酸萃取槽淡磷酸生成循環(huán)料漿逸出氣體磷礦硫酸萃取槽淡磷酸對萃取槽作物料衡算：已知：其中：====所以：==校正：= =校正合格。淡磷酸中含有的P2O5:==P2O5濃度：（14）一次洗滌量過濾過濾一洗萃取槽過濾量淡磷酸量一次洗滌量已知：則：==P2O5的含量：==一次洗滌液中P2O5的濃度：（15）二次洗滌量P2O5二次洗滌量過濾一洗二次洗滌量過濾一洗二洗對一次洗滌作物料衡算：一次洗滌后：一次洗滌前：假設(shè)二次洗滌量為X則：X=125.72kg其中P2O5的含量為：（5.89%~二次洗液P2O5濃度）（16）三次洗滌量二洗二洗三洗加入的洗滌用水三次洗滌量對三次洗滌作物料衡算：三次洗滌前：三次洗滌后：設(shè)三次洗滌量為X則：其中P2O5的含量為：（1.98%~三次洗液P2O5濃度）（17）一次洗滌后濾餅液相含P2O5對一次洗滌過程液相中P2O5作物料衡算：一次洗滌前：一次洗滌后：設(shè)一次洗滌后濾餅液相中含有的P2O5為X則：液相P2O5濃度為：（18）吸干濾液計算設(shè)吸干濾液與一次洗滌混合后的總質(zhì)量為X，吸干濾液量為Y（20%~一次洗液P2O5濃度，32%~成品稀磷酸濃度）解得：（19）吸干濾液含P2O5（20）吸干溶液與一次洗滌混合液含P2O5（21）回磷酸量其中：3.1.4反應(yīng)釜反應(yīng)釜萃取槽磷礦M1硫酸M2磷石膏M7逸出氣體M3循環(huán)料漿M5過濾M6濾液中間槽15a成品庫M4M4一洗M8濾液中間槽15b二洗M10M9三洗M12M11洗滌用水M13濃縮成品磷酸M15M14圖3-1物料平衡圖表3-1物料匯總表物料號磷礦kg硫酸kg逸出氣體kg回入系統(tǒng)濾液量kg循環(huán)料漿量kg過濾后濾餅含液量kg磷石膏量kg洗滌后濾餅含液量kg洗滌量kg洗滌用水kg成品磷酸kgM1100M291.51M321.29M4176.21M5500.08M689.73M7142.88M861.80M9153.65M1035.55M11125.72M1214.89M1378.81M1499.47M1591.263.2熱量平衡計算本工藝采用鼓風(fēng)機(jī)吹入空氣帶走萃取槽中的熱量。按每年生產(chǎn)280天，每天工作20小時，為了完成24000噸/年P(guān)2O5濕法磷酸的生產(chǎn)。已知100kg磷礦中生成成品磷酸中含P2O5的量為29.20kg，100%硫酸量為84.922kg，92.8%硫酸量為91.51kg，淡磷酸量為329.86kg，料漿量為500.08kg則每小時消耗量：原料硫酸溫度為27℃，淡磷酸含25.52%P2O5，返回淡磷酸溫度為63℃，空氣溫度為30℃，萃取槽排出料漿溫度為77℃，萃取槽排出廢氣溫度為56℃，萃取槽排出廢氣相對濕度為（1）收入熱量總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q磷礦）；硫酸（Q硫酸）；淡磷酸（Q淡磷酸），以及反應(yīng)熱（Q反應(yīng)）和萃取槽中硫酸稀釋熱（Q稀釋）。另外，還有空氣（Q空氣）即：已知磷精礦比熱為0.783KJ/Kg·K，夏季平均溫度為30℃，92.8%硫酸的比熱為1.49KJ/Kg·K,25.52%P2O5的比熱為3.246KJ/Kg·K。則：硫酸與磷精礦的反應(yīng)熱為q2（磷精礦中全部P2O5都按氟磷灰石計）:已知上式中反應(yīng)物和生成物的生成熱：CaSO4·2H2O（固體）：2022.6KJ/molH3PO4（溶液）：1278.2KJ/molCa5F(PO4)3（固體）：6828.7KJ/molH2SO4（溶液）：839.5KH2O（溶液）：286.4KJ/molHF（氣體）：269.6KJ/mol根據(jù)蓋斯定律：由：（為反應(yīng)進(jìn)度×1摩爾反應(yīng)的反應(yīng)熱=反應(yīng)總的熱效應(yīng)）2Ca5F(PO4)3→3P2O2×5043×142m0.3159磷精礦中氟磷灰石的含量：已知氟磷灰石的分解率為0.977，氟磷灰石的分子量為504，P2O5的分子量為142。則萃取槽中硫酸稀釋熱按下式確定：上式中：無水硫酸的量；硫酸的比稀釋熱（KJ/mol），按下式確定：式中n1和n2為硫酸進(jìn)入萃取槽稀釋前后溶液中H2O∕H2SO4摩爾比。其中：設(shè)萃取槽中硫酸的濃度為C2已知：P2O5分子量為142，磷酸的分子量為196由：P2O5→2H3PO4196m則淡磷酸中磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：P2O5→2H3PO4196114.3X則循環(huán)料漿液相中磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：所以，則：因此，進(jìn)入萃取槽空氣帶入的熱量：根據(jù)道爾頓分壓定律：，其中，，，，，則：所以萃取槽的總收入熱量為：（2）支出熱量：帶走的熱量是下列熱量的總和：送過去的料漿（Q料漿）；從萃取槽排出的氣體（Q氣體）和熱損失（Q熱損）。77℃時，送去過濾的料漿帶走的熱量為：，從而，56℃時，從萃取槽排出氣體帶走的熱量為：已知：，，則萃取槽總的支出熱量為：即，則每小時鼓空氣量表3-2風(fēng)機(jī)的選型選用風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)型號4-68全壓范圍（mmH2O）20~237風(fēng)量范圍（m3/h）1000~239654功率范圍（kw）0.55~245輸送介質(zhì)最高允許溫度t=(℃)803.3主要的設(shè)備選型與計算3.3.1濕法磷酸生產(chǎn)中的設(shè)備介紹及選材（1）球磨機(jī)的選用使用?2200mm×7000mm的球磨機(jī)，確保供漿能力和供漿細(xì)度<0.147mm(﹣100目)達(dá)88%以上。在球磨機(jī)出口設(shè)1臺?600mm×1200mm、孔徑6mm×6mm的滾筒篩，將球磨礦漿進(jìn)行篩分，之后用1臺1500mm×800mm、孔徑3mm×3mm的振動篩再次篩分，篩分出的細(xì)顆粒礦石返回球磨機(jī)，礦漿用礦漿泵送人預(yù)反應(yīng)槽。（2）萃取槽攪拌槳裝置一般選材原則當(dāng)采用濕法磷酸工藝(用硫酸、鹽酸或混酸分解磷礦的方法)在萃取槽中制備磷酸，酸分解磷礦的反應(yīng)速度受制于鈣離子從界面層向溶液主體的擴(kuò)散速度，萃取槽中的攪拌操作可使石膏結(jié)晶懸浮于過飽和溶液中并作湍流運(yùn)動，有利于石膏結(jié)晶的合理碰撞和長大，因而攪拌裝置就成為濕法磷酸生產(chǎn)設(shè)備中的核心部件[14]。國內(nèi)外均采用高合金含量的高級材料制造生產(chǎn)，價格高昂且壽命不高。我國目前所使用的攪拌槳組件基本上是用進(jìn)口的高合金鋼或鎳基耐蝕鋼[15]?，F(xiàn)代攪拌裝置多采用復(fù)合形式，一些易損部件需采用特種鋼甚至在其上覆橡膠涂層，并制成可拆卸式以便于更換。（3）泵類①料漿泵，介質(zhì)為萃取料漿，泵材質(zhì)皆為CD4M~Cu(原為K合金)。萃取槽料漿的腐蝕性主要取決于料漿中氟和氯離子的含量以及兩種離子的綜合作用。過去泵的主要部件為K合金，軸有的用鉬三鈦，螺栓和出口管采用鉬二鈦、超低碳一類材料，軸套為石墨。主要腐蝕件為出口彎管、螺栓；其次為軸、葉輪等。泵軸主要是軸端出現(xiàn)晶問腐蝕；K合金葉輪有時發(fā)生晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，有的材料腐蝕后失去金屬聲，有時葉輪使用中發(fā)現(xiàn)開裂或運(yùn)行中突然碎成幾塊；出口彎管主要腐蝕在彎曲部分，快則l星期，慢則1個月，一般都被腐蝕穿孔。2021年以后，隨著技術(shù)水平的提高和萃取反應(yīng)用磷礦品種的改變，料漿泵的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)也進(jìn)行了改進(jìn)。料漿泵的材質(zhì)由過去使用的CD4M~Cu改為Cr~30（主要是考慮料漿中石膏雜質(zhì)的磨損)。該材料是引進(jìn)法國日蒙施耐德一奧特桑伯爾公司專有技術(shù)。它是高鉻高硬質(zhì)鑄造合金，具有較大的開裂傾向，制造技術(shù)復(fù)雜，脆性大，但機(jī)加工性能好。引進(jìn)技術(shù)采用了優(yōu)良的化學(xué)成分設(shè)計、特殊的制造工藝和特殊的熱處理技術(shù)。由于Cr~30含鉻和含碳量都較高，并采用特殊的冶煉技術(shù)，使其具有很好的耐磨性，又有良好的耐蝕性。它是濕法磷酸工業(yè)中抗磨蝕抗腐蝕的優(yōu)質(zhì)材料。料漿泵使用Cr~30后，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，但由于料漿中石膏及硅酸鹽量較多，泵在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致料漿輸送量嚴(yán)重不足。經(jīng)研究決定，將原閉式葉輪改為開式葉輪，基本滿足了磷酸生產(chǎn)的需要。②軸流泵，在1995年進(jìn)行多種材料試驗(yàn)后，濃縮系統(tǒng)軸流泵一直采用K合金材質(zhì)，使用中腐蝕速率尚不太高。但當(dāng)磷酸氯離子含量高時，極易出現(xiàn)晶間腐蝕，最嚴(yán)重時，泵的葉片沒有金屬光澤，葉片一點(diǎn)剛性也沒有，可用手任意折彎。2021年泵更新時，將其改為混流泵，材料由K合金改為CD4M~Cu，腐蝕情況沒有那么嚴(yán)重。3.3.該機(jī)系水平回轉(zhuǎn)翻盤式連接真空過濾設(shè)備。在一個圓環(huán)形柜架上設(shè)置了20個梯形濾盤。每個濾盤兩端用軸承支撐。濾盤小端出液口用貯管同位于中央的分配頭上錯氣盤相連接，上錯氣盤在轉(zhuǎn)動桿的帶動下，與轉(zhuǎn)盤同步回轉(zhuǎn)、上錯氣盤固定不動，憑借吸液管與真空系統(tǒng)相連。濾盤的翻轉(zhuǎn)是裝在濾盤大端的，翻盤又和滾輪通過曲線導(dǎo)軌來控制的。每只濾盤公轉(zhuǎn)一周，連接完成加料，出濾，過濾，洗滌，翻盤，反吹，卸渣，清洗濾布，吸干，復(fù)位等操作過程。該機(jī)主要特點(diǎn)如下：（1）渣斗大，使濾盤傾復(fù)后，濾餅全部落在干渣斗內(nèi)，盡量減少磷石膏帶入濾布清洗區(qū)，有利于污水循環(huán)系統(tǒng)的正常工作。（2）濾盤內(nèi)所采用的聚丙烯柵板，格柵樅向筋條加高，增大斷面尺寸，增加了剛性、不易變形。（3）濾板四周采用條加契緊扶壓緊，避免因螺釘固定造成四角蹺曲而漏氣并損壞濾布的弊病。濾布的固定采用平壓板結(jié)構(gòu)，安裝可靠，拆卸方便。（4）增加濾布沖洗水裝置，使設(shè)備配套附件完善。（5）原轉(zhuǎn)動桿斷面尺寸加大，提高轉(zhuǎn)動剛性。（6）三洗洗液汁底部由平底改成斜底，以防洗液堵塞。（7）分配頭上，各個操作區(qū)間的作業(yè)界線可以調(diào)整，以利于個工序間協(xié)調(diào)工作。過濾機(jī)過濾面積計算方法：采用精確計算法計算生產(chǎn)能力為24000噸/年P(guān)2O5所需盤式真空過濾機(jī)的有效過濾面積。已知以100kg磷礦為基準(zhǔn)時：年產(chǎn)24000噸/年P(guān)2O5濕法磷酸每小時消耗磷礦量為：則：表3-3原始數(shù)據(jù)產(chǎn)物產(chǎn)量（t/h）密度（kg/m3）粘度μ(Pa·s)成品磷酸13.401260返回磷酸22.271260一次洗液22.5612101.57×10-3二次洗液18.4610601.16×10-3三次洗液14.6010201.08×10-3已知：qe=0.935m3/m2；K主濾＝5.25m2/h；K一洗＝3.42m2/h；成品磷酸含P2（1）主過濾區(qū)的必需面積：（G主濾~θ時間的濾液量。）由恒壓過濾方程式：（以一小時為計算基準(zhǔn)，即θ=1小時）代入數(shù)據(jù)解二次方程得：而∴（2）一次洗滌區(qū)域的必需面積：由恒壓過濾方程式：解得：∴（3）二次洗滌區(qū)域的必需面積：其過濾常數(shù)K二洗由下式確定：（0.8~濾布上濾餅密實(shí)度的系數(shù)）代入數(shù)據(jù)：求得：帶入恒壓過濾方程式：求得：∴（4）三次洗滌區(qū)的必需面積：由（0.8~濾布上濾餅密實(shí)度的系數(shù)）代入數(shù)據(jù)：求得：由恒壓過濾方程式：求得：∴則選用PF盤式過濾機(jī),盤式過濾機(jī)是一種連續(xù)真空過濾設(shè)備，用于萃取磷酸生產(chǎn)中料漿的過濾，使磷酸與磷石膏分離。表3-4過濾機(jī)的選型型號PF-65總過濾面積m265有效過濾面積53轉(zhuǎn)速r/min0.1~0.3電動機(jī)功率kw0.75~45濾盤數(shù)量（個）32外形尺寸直徑高mmΦ13400×32003.3.采用單槽多漿式，槽體為兩個用鋼筋混凝土搗制的同心圓筒組成，內(nèi)外筒環(huán)形部分的器壁上裝有導(dǎo)流板。槽體防腐襯里為酚醛泥粘石墨板，槽蓋為碳鋼板，襯貼酚醛環(huán)氧玻璃鋼。環(huán)室換相等同心角設(shè)置，八臺攪拌漿，中心圓筒設(shè)置一臺攪拌漿，每個攪拌軸上裝有通向雙層渦輪式攪拌器，九漿轉(zhuǎn)向相同。除第一漿向下翻動外，其余個漿均向上翻動，驅(qū)動裝置采用BLA加長型專用擺線針輪減速器，使轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便。（1）料漿量：73411.7kg/h（2）料漿密度:1470kg/h（3）反應(yīng)時間:4h（4）料漿體積流量（質(zhì)量流量/密度）:73411.7/1470=49.94m3/h（5）反應(yīng)槽有效容積:49.94×4=199.76m3（6）在反應(yīng)槽有效容積中同心圓單槽體積占69%，其余占31%。（7）同心圓單槽體積:199.76×0.69=137.83m3（8）同心圓中單槽中的內(nèi)筒，隔墻及擋墻占容積約10m3（9）同心圓中單槽直徑為D，有效高度為H，取H/D=0.6反應(yīng)槽有效容積為：137.83+10=0.785D2H，D=6.79m，H=4.07m（10）自由空間高度取0.4m，取反應(yīng)槽總高度為5.0m（11）同心圓單槽內(nèi)筒的直徑d，取d/D=0.33，d=2.6表3-5主要參數(shù)直徑X高度m6.79×4.07中心筒直徑mm2200攪拌泵轉(zhuǎn)速r/min101攪拌器直徑mm680攪拌器形式折葉二層透平電機(jī)qX18.5kW380V3.SK型水環(huán)式真空泵及壓縮機(jī)用于吸，壓縮空氣或其他無腐蝕性，不溶于水，不含有固體顆粒的氣體，氣體溫度在20~40℃為宜。表3-6性能范圍參數(shù)性能范圍氣量m3/min1.5~2.7真空度mmHg700~760壓力kg·f/cm30~1.5本設(shè)計中根據(jù)過濾機(jī)的漏氣量1.35m3/m2·min，總過濾面積為65m2則過濾機(jī)總漏氣量為，1.35×65=87.75m3/min。根據(jù)漏氣量査<設(shè)計手冊>得：表3-7水環(huán)式真空泵選型泵型號SK-120轉(zhuǎn)速r/min490電動機(jī)kw185口徑mm300供應(yīng)量L/min200第四章三廢的處理與綜合利用4.1濕法磷酸裝置的尾氣來源與處理二水法生產(chǎn)濕法磷酸，大多數(shù)采用經(jīng)過富集的磷礦作原料，這種富集的磷礦通常含有3~4的氟。磷礦經(jīng)硫酸分解后，氟在蒸氣中以氫氟酸(HF)和四氟化硅(SiF4)形態(tài)存在，在磷酸液相中以氟硅酸(H2SiF6)和氟硅酸鹽形態(tài)存在；當(dāng)磷礦中混雜的二氧化硅不足時，磷酸中還可能含有氟化氫。含氟氣體不論是呈氣體形式還是液體形式均有強(qiáng)烈的腐蝕性人體呼吸了含氟氣體，輕微者身體不適，吸入量多時則感悶郁四肢無力，嚴(yán)重者中毒死亡，因此，在環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的今天，磷酸裝置含氟尾氣的處理尤為重要。濕法磷酸生產(chǎn)裝置的尾氣主要來自磷酸反應(yīng)、過濾系統(tǒng)和真空濃縮系統(tǒng)。從操作條件看，三個含氟尾氣源含有的氟化物性質(zhì)基本相同，主要是SiF4氣體，其次是HF氣體，并含有P2O5飛沫。在一定礦種和工藝條件下根據(jù)物料平衡計算顯示，磷礦中大量的氟在真空濃縮的二次蒸汽中逸出，磷礦中總氟量的8%在反應(yīng)槽低位閃蒸真空冷卻過程中逸出，而磷礦中總氟量的2%~3%左右的氟化物從反應(yīng)槽通風(fēng)尾氣中逸出。由于氟逸出量的不同，相應(yīng)的處理方法也有差異。但因含氟氣體易溶解于水，故現(xiàn)代工廠的吸收系統(tǒng)都用水來吸收。（1）反應(yīng)槽排出的尾氣反應(yīng)尾氣的逸出量與反應(yīng)熱的移除方式有關(guān)反應(yīng)熱的移除方式一般采用空氣鼓風(fēng)冷卻和閃蒸真空冷卻，采用空氣鼓風(fēng)冷卻時，分解槽廢氣中含氟濃度將大量被冷卻空氣所稀釋，單位時間的排氣量大而采用閃蒸真空冷卻時排氣量則大大減少。從環(huán)保的角度出發(fā)，現(xiàn)大、中型磷酸裝置反應(yīng)熱的移除方式一般都采用閃蒸真空冷卻。目前國內(nèi)大部分磷酸裝置都采用二水法流程，排除的廢氣中的氟化物易溶于水，含氟廢氣吸收系統(tǒng)一般都用水吸收，使其生成一定濃度的氟硅酸溶液，再加以綜合利用。它們的基本原理大致相同，只是所采用的設(shè)備類型、級數(shù)、吸收液的種類不同，如云南某廠已改用石灰水作吸收劑來吸收含氟氣體，比原來用水的吸收效率高得多，從而使吸收效率和排污量有著很大的差別。吸收廢氣的裝置通常稱為廢氣洗滌器。過去的磷酸裝置反應(yīng)尾氣處理一般采用沖擊式洗滌器、噴射吸收塔、文丘里洗滌器、臥式橫流(錯流)噴淋洗滌器等。沖擊式洗滌器噴射吸收塔效率低，放空尾氣含氟濃度高，目前很少使用。（2）過濾系統(tǒng)尾氣過濾系統(tǒng)尾氣來自于加料料幕處散發(fā)的蒸氣和空氣，它含氟濃度低，一般不單獨(dú)考慮吸收系統(tǒng)，而是通過排氣罩將尾氣集中送人反應(yīng)系統(tǒng)，與反應(yīng)通風(fēng)尾氣合并一起進(jìn)入洗滌系統(tǒng)。（3）真空濃縮閃蒸尾氣濕法磷酸生產(chǎn)中氟化物的回收實(shí)際是在濃縮過程中實(shí)現(xiàn)的。某大型濕法磷酸工廠采用二水物流程，生產(chǎn)30%P2O5的過濾酸，并用二段真空蒸發(fā)器濃縮到54%P2O5的商品酸，磷礦中總氟量的66.7%留在30%P2O5的過濾酸中；當(dāng)過濾酸濃縮54%P2O5時，其中有41.9%的氟將隨蒸氣逸出，只有24.8%的氟繼續(xù)留在濃磷酸中[16]。隨著磷酸濃度的提高，磷酸中以氟硅酸形態(tài)存在的氟將不斷分解成氫氟酸HF及四氟化硅SiF4大量釋放出來，并逸于蒸氣中。磷酸裝置中磷酸濃縮一般采用真空濃縮系統(tǒng)，從蒸氣中回收氟采用將氟化物溶解在冷凝液中的辦法。為防止P2O5飛沫夾帶影響氟硅酸質(zhì)量，采用除沫、空塔噴淋和含氟氣體管道噴淋吸收相結(jié)合的措施來加強(qiáng)氟化物的吸收。4.2濕法磷酸中三廢的綜合利用4.2.1廢水濕法磷酸裝置的廢水來源：①過濾機(jī)沖洗濾布水(或稱沖盤水)；②泵密封水、跑冒滴漏和沖洗設(shè)備地坪水；③反應(yīng)系統(tǒng)尾氣洗滌永；④濃縮、閃蒸冷卻和過濾機(jī)真空系統(tǒng)的冷卻水。對于廢水的主要來源是磷酸系統(tǒng)。一般的處理方法是可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的，但是要排出大量的污水。因而要消耗大量的水，中和劑和動力且對環(huán)境還有不利影響。為了解決此類的問題。國內(nèi)已研究成功污水封閉循環(huán)新工藝。當(dāng)封閉循環(huán)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，整個磷酸系統(tǒng)無污水排放[17]。4.2.2廢氣磷酸生產(chǎn)的廢氣主要來自過濾機(jī)、熟化槽、貯槽和各處密封槽逸出的氣體和磷酸反應(yīng)槽在反應(yīng)以及冷卻過程中產(chǎn)生的氣體。廢氣中的污染物都是SiF4和HF。通常都用水洗滌，生成的稀氟硅酸溶液作為污水，送去處理后外排或循環(huán)使用。含氟廢氣吸收液的回收和利用：含氟廢氣吸收液的主要成分時氟硅酸，可用它做原料生產(chǎn)氟硅酸鈉（Na2SiF6），氟化鋁，和冰晶石等副產(chǎn)品[18]。4.2.3廢渣濕法磷酸生產(chǎn)有大量磷石膏的排出，無論從環(huán)境保護(hù)或經(jīng)濟(jì)效益，資源的合理利用方面來看都是一個亟待解決的重要問題。國外大多數(shù)工廠都作為廢棄物堆存，極少工廠加以綜合利用，但是國內(nèi)對此很重視。磷石膏在工業(yè)上主要用于制墻粉，石膏板，水泥緩凝劑等[19]。硫酸銨以及硫酸和水泥。在農(nóng)業(yè)上主要用于作硫和鈣的補(bǔ)充來源。鹽堿土改良劑和某些農(nóng)藥的填料。石膏中含的少許五氧化二磷也具有一定的肥效。但是目前大多都是用大壩堆積起來，因?yàn)闆]有找到一種經(jīng)濟(jì)技術(shù)都合理的方法。對于這種方法應(yīng)該強(qiáng)化管理，避免雨水沖刷污染環(huán)境以及污染地下水。磷石膏的利用有如下幾種方法。（1）用于水泥工業(yè)和建材制品在某些情況下，為了延長水泥的凝結(jié)時間，增加水泥的最終強(qiáng)度，一般在水泥熟料中加入5%左右的石膏作為緩凝劑。但是其放射性元素度應(yīng)該符合《建筑材料放射性核紊限量》的要求，否則對環(huán)境有害。磷石膏經(jīng)過再漿，洗滌，凈化，降低了磷石膏中游離的P2O5和F的含量后入脫水機(jī)和烘干機(jī)。脫除了水分和部分氟的磷石膏經(jīng)冷卻后進(jìn)入配料倉。焦炭和各種添加物經(jīng)過粉碎后