磷酸生产工艺培训课件

反应温度对装置的影响： 1、影响石膏的结晶。
P2O5%
温度
2、过高的温度加快装置设备的腐蚀。
3、过高的温度加快过滤机滤布破损。
操作时注意：当矿品位低、杂质含量高时，温度控制适当提高。

7、液相P2O5浓度
液相P2O5浓度浓度控制即为稀磷酸浓度的控制。
液相 P2O5对装置的影响：
1、影响石膏的结晶。 2、过高的温度加快装置设备的腐蚀。 3、过高的温度加快过滤机滤布破损。
物料衡算的基本关系式应该表示为：
输入的 输出的 积累的 物料量＝ 物料量＋ 物料量
列物料衡算式时应注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物 质的量(摩尔数)平衡。因为反应前后物料中的分子数不守恒。
F x f1 x f2

湿 法
热法
湿法
就是磷矿通过强酸酸解制得磷酸，目前常用的就是硫酸，当 然还有其他强酸，如硝酸，盐酸，氟硅酸等。主要是因为工 艺不成熟，形成产业化困难，投资成本和生产成本较高 Ca5F(PO4)3+ H2SO4+ nH2O→CaSO4.nH2O↓+ H3PO4 + HF↑ 按操作方式分 按反应类型分 分类
痕量元素和放射性元素：对石膏的处理有影响
与湿法磷酸生产过程有关的晶型有三种： 【二水物】 【α-半水物】 【无水物】
结晶形态
习惯名称 比重 2.32 2.73 2.99
CaSO4.2H2O 生石膏 CaSO4.1/2H2O 熟石膏 CaSO4Ⅱ 硬石膏
理论化学组成% CO2 CaO H2O 46.6 32.5 20.9 55.2 38.6 6.2 58.8 41.2 0
4、硫酸钙转化的相平衡图
温 度 ℃
区域Ⅲ 二水→半水→无水
区域Ⅱ 半水→二水→无水
区域Ⅰ 半水→无水→二水
磷酸浓度P2O5%
CaSO4-P2O5-H2O体系平衡图
110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
D
区域Ⅱ
区域Ⅲ 二水→半水→无水
温度℃
半水→二水→无水
A
区域Ⅰ
按料浆冷却方式分
按结晶形式分
• 三、湿法磷酸生产技术概况
• 国内外湿法磷酸工业经过百余年发展，目前已进入了现代 化生产阶段。主要特点：
1、装置大型化 到目前为止，日产1000吨以上的磷酸装置就有数十套， 最大的反应槽生产能力达到2650吨/天（印度OSWAL公司）。 由于工艺技术不断完善，大型设备和新型材料的问世，使 湿法磷酸装置的关键设备不断改进，更加速了磷酸工业规 模大型化的发展。但由于受到设备制造能力的限制，大型 湿法磷酸装置除反应槽可采用单系列外，其过滤和浓缩部 分均采用多系列。
液相SO3浓度对磷矿分解、硫酸钙晶核生成、晶体的成长和外形、晶体的转化及HPO2-4有 很大影响。
SO3对反应的影响： 1、影响石膏的结晶。 2、影响磷酸原料的消耗。 3、影响磷的收率。
SO3 温度
操作时注意事项：SO3应缓慢调节，幅度过大不利于结晶过程。

6、反应温度
二水法磷酸反应温度控制可以采用空气吹扫冷却和真空闪蒸冷却。
稀酸经蒸发水分提浓后，最终得到要求的成品磷酸。
二、生产原理
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4.nH2O↓+3H3PO4 +HF↑
Ca5F(PO4)3+ 7H3PO4 =5 Ca(H2 PO4)2 +HF↑ 5Ca(H2PO4)2+5H2SO4+10H2O=5CaSO4.nH2O↓+ 10H3PO4
大型 装置 建设
工艺技术 国内技术 国内技术 国内技术 国内技术 设计能力t/dP2O5 1000 1000 1000 1000 建厂数 3 2 1 1 建设单位 云南三环 瓮福磷肥厂 云南磷肥厂 开阳磷肥厂
情况
国外技术
1000
1
瓮福磷肥厂
四、磷酸的主要用途
肥料
饲料添加剂 工业磷酸盐 食品添加剂 精细磷化学品 电镀，医药
P2O5%
操作时注意：在实际操作中，反应槽液相P2O5浓度一般在26%～ 30%，但当矿中MgO和R2O3含量增加时，滤液密度的控制要相应 的降低。

8、料浆液固比（含固量）
含固量对装置的影响： 1、影响料浆搅拌。 2、影响料浆输送。 3、能够延长反应时间。 4、提高生产能力
含固量
操作时注意：在实际操作中，当矿中Mg和R2O3含量增加时，含固 量的控制要相应的降低。
2、二水法流程仍占主导地位 • 目前世界上80%以上湿法磷酸生产装置采用二水法生产， 二水法生产的磷酸约占世界湿法磷酸生产总量的85%。为 进一步节约能耗，降低磷矿和硫酸消耗，世界各国竞相研 究开发半水法和再结晶法工艺。目前半水法最大日产能力 已达1500t，半水—二水法单系列最大日产能力为1100t。 但随着世界磷矿品位的降低和杂质含量的增加，二水法流 程因其对磷矿的适应性和工艺的可靠性，稳定性较强，在 大型湿法磷酸装置工艺中仍占主导地位。
磷酸生产工艺
瓮福磷肥厂磷酸分厂
第一部分 概论
一、磷酸

次磷酸：H3PO2 亚磷酸：H3PO3
正磷酸：H3PO4
过磷酸：H3PO5
二、磷酸的生产方法

热法
湿法
热法（电热法，高炉法，窑法） 将矿在石英SiO2的存在下，在电炉中用焦碳还原得到
元素磷，然后呈蒸汽态逸出（升华），再经燃烧使之氧化
生成P2O5，用水吸收生成磷酸 Ca(PO4)2 + C + 6SiO2 → P4 ↑ + CO↑ + CaSiO3 P4+ O2 →P4O10 + H2O → [HPO3] 3 + H2O → H3PO4
磷的主 要用途
磷矿
湿法磷酸 净化 正磷酸 次磷酸 黄磷 赤磷
主要用于生产磷 肥和各种磷化工 产品
有机合成原料 磷铁 氢氧化物 阻燃剂 氯化物 硫化物
医药化学品
表面活性剂，染料
磷化物
农药
五、磷酸生产的三大经济指标
1、转化率：
转化率（以x表示）：反应物反应掉的
量占其输入量的百分数。 2、洗涤率： 石膏经过洗涤后回收附着在石膏上的 磷
2、为正常的结晶成长和生产合格的结晶粒度提供足够的停留时间。 3、容许在反应工段消除料浆中泡沫和乳化现象。

2、矿份细度（矿粒度）
磷矿的分解速度与矿表面积成正比，因此提高矿粉细度，可以加快 反应速度，提高矿的分解率；但过细的矿粉会增加动力消耗，同时 反应槽加矿区由于反应剧烈造成局部过饱和现象。

3、搅拌强度
四、磷酸生产中的有关计算
用物理和化学的基本定律，对参与单元操作或反应过程的物料的质 量、组成和状态等过程参数，进行定量的计算。
1、化工基础数据
在化工计算以及化工工艺操作和设备设计中，必不可少地要用到有 关化合物的物性数据。大致归纳成以下几类： (1) 基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界体 积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一液平 衡关系等。 (2 )热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、 自由焓等。 (3) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应速 度常数、活化能，化学平衡常数等。 (4) 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。
为了描述反应介质中真正发生的情况，将矿和硫酸反应生 产磷酸分为两个步骤：
1、矿的溶解
Ca5F(PO4)3+7H3PO4=5Ca（H2PO4）2+HF↑
2、石膏的生成
m 5Ca（H2PO4）2 +5H2SO4+mH2O=5CaSO4。H2O+10H3PO4 5
2、磷矿对湿法加工有影响的主要化学成分
1
过 程
2 3
P x p1 x p2 W x w1 x w2
无化学反应的 连续过程物料衡算
3、 能量衡算
在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量 工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一
◆能量的形式
能量衡算也象物料衡算那样，要用到守恒的概念，也就是姿开算进 入的能量和离开的能音，因此就要分清不同的能量形式和表示的方 法。 动能（Ek） 运动着的流体具有动能； 位能（EP） 物体自某一基准面移高到一定距离，由于这种位 移而具有的能量。 静压能（Ez）流体由于一定的静压强而具有的能量。 内能（U） 内能是指物体除了宏观的动能和位能外所具有的 能量。
2、 物料衡算
物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量 衡算的基础。
（1）对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一 些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、 作出判断、提出改进措施。 （2）是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算， 求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的 热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
◆与能量衡算有关的重要物理量

1、热量（Q） 2、功（W） 3、焓(H) 4、热容
根据能量守恒原理，能量衡算的基本方法可表示为： 输入的能量 一 输出的能量 ＝ 积累的能量
在体系中能量遵循：
1、总能量衡算 ∆H +∆Ek + ∆EP ＝ Q + W 2、热量衡算 Q = ∆H = H1 –H2 3、机械能衡算 ∆H＋∆u2/2＋g∆Z＋∆(PV)＝Q＋W
3、过滤强度： 过滤强度（过滤机能力）：单位时间、单位面积 过滤机产生的石膏或P2O5的量。
六、磷酸生产中的P2O5损失
未反应的P2O5损失 转化损失 工艺损失 共晶损失 洗涤损失
P2O5