1.5萬噸磷酸畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書Ⅳ</b></p><p><b>　　開題報告Ⅵ</b></p><p><b>　　1 綜述1</b></p><p>　　1.1我國磷酸工業(yè)現(xiàn)狀1<

2、/p><p>　　1.2磷酸工業(yè)生產(chǎn)類型2</p><p>　　2 濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理3</p><p>　　2.1濕法磷酸生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)3</p><p>　　2.1.1 化學(xué)反應(yīng)3</p><p>　　2.1.2 磷礦中雜質(zhì)的影響3</p><p>　　2.2硫酸鈣晶型和生產(chǎn)方法分

3、類4</p><p>　　2.2.1 硫酸鈣的晶型4</p><p>　　2.2.2 濕法磷酸生產(chǎn)方法4</p><p>　　2.3硫酸鈣在CaSO4-H3PO4-H2O與CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O體系的相平衡及轉(zhuǎn)化動力學(xué)5</p><p>　　2.3.1硫酸鈣的結(jié)晶形態(tài)5</p><p>　

4、　2.3.2硫酸鈣在CaSO4-H3PO4-H2O三元體系的相平衡6</p><p>　　2.3.3硫酸鈣在CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元體系的相平衡7</p><p>　　2.3.4 CaSO4－H3PO4－H2O體系轉(zhuǎn)化動力學(xué)8</p><p>　　2.4磷礦在磷酸硫酸混合溶液中的浸取和分解過程10</p><p>

5、;　　2.5 硫酸鈣的結(jié)晶10</p><p>　　2.6 生產(chǎn)工藝條件10</p><p>　　2.7 生產(chǎn)工藝流程12</p><p>　　3濕法磷酸物料衡算14</p><p>　　3.1 全系統(tǒng)平衡14</p><p>　　3.1.1 進(jìn)料15</p><p>　　3.1.

6、2 出料15</p><p>　　3.1.3 逸出廢氣15</p><p>　　3.1.4 機(jī)械損失16</p><p>　　3.1.5 磷石膏16</p><p>　　3.2 對酸解系統(tǒng)作平衡16</p><p>　　3.2.1 進(jìn)料16</p><p>　　3.2.2 出料17

7、</p><p>　　3.3 對過濾部分作平衡17</p><p>　　3.3.1 進(jìn)料17</p><p>　　3.3.2 出料17</p><p>　　3.4 對二次洗滌作平衡18</p><p>　　3.4.1 進(jìn)料18</p><p>　　3.4.2 出料18</p&g

8、t;<p>　　3.5 對一次洗滌作平衡18 </p><p>　　3.5.1 進(jìn)料18</p><p>　　3.5.1 出料18</p><p>　　3.6 P2O5平衡19</p><p>　　3.7 總物料平衡表及物料平衡圖19</p><p>　　4 濕法磷酸熱量衡算21</p&

9、gt;<p>　　4.1反應(yīng)熱的計算21</p><p>　　4.2稀釋熱的計算24</p><p>　　4.3 熱量衡算24</p><p>　　4.3.1 輸入熱量24</p><p>　　4.3.2 輸出熱量25</p><p>　　5主要設(shè)備的工藝計算27</p>&l

10、t;p><b>　　5.1酸解槽27</b></p><p>　　5.1.1 已知條件27</p><p>　　5.1.2 酸解槽的基本計算27</p><p>　　5.1.3 酸解槽的主要幾何尺寸計算28</p><p>　　5.1.4 攪拌器的計算30</p><p>　　5.

11、2盤式過濾機(jī)31</p><p>　　6三廢與治理38</p><p>　　6.1尾氣回收38</p><p>　　6.2廢水處理和稀酸的利用38</p><p>　　7主要設(shè)備的技術(shù)特征39</p><p><b>　　致謝辭40</b></p><p>

12、<b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　開 題 報 告</b></p>

13、<p><b>　　1 綜述</b></p><p>　　1.1 我國磷酸工業(yè)現(xiàn)狀</p><p>　　我國是一個擁有13億人口的大國，但人均耕地面積不足2畝，僅為世界人均耕地面積的二分之一；加上耕地逐年減少，人口逐年增加，而隨著人民生活水平的提高，糧食消費又不斷上升。在這種情況下，為了保證糧食的供給，提高糧食單產(chǎn)是最有效的措施之一。</p>

14、<p>　　生產(chǎn)是一個能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)過程。留在農(nóng)業(yè)內(nèi)部再循環(huán)部分是很小的，大部分隨農(nóng)產(chǎn)品的收獲而轉(zhuǎn)移到社會的各個方面。因此必須從外部投入必要的能量和物質(zhì)作為補償。在各種能量和物質(zhì)的投入中，在有機(jī)肥和無機(jī)肥的相結(jié)合的前提下，化肥投入的能量和物質(zhì)約占全部投入的50%，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)所起的作用約占40%。故施用化肥經(jīng)常是提高糧食單產(chǎn)的關(guān)鍵。</p><p>　　我國土壤含磷元素一般都不能滿足農(nóng)作物的要

15、求，這已成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一大障礙。根據(jù)調(diào)查，全國21億畝耕地中，嚴(yán)重缺磷（<5ppm）地約占7億畝，中等缺磷（〈10ppm）約占11億畝。目前施化肥的N:P2O5:K2O=1:0.28:0.06,遠(yuǎn)低于國際水平（1：0.5：0.4）。造成這種狀況的主要原因是我國化肥中磷肥和含磷量高的復(fù)合肥料所占比例太低。例如臨安是最受歡迎的高濃度氮磷復(fù)肥，在發(fā)達(dá)國家其產(chǎn)量已占磷肥總產(chǎn)量的70%以上，但在我國還不足3%。發(fā)達(dá)國家化肥消費總量中約有50

16、%～80%是高濃度肥料和復(fù)合肥料，而國產(chǎn)化肥大部分為低濃度單質(zhì)肥料，平均含純養(yǎng)分24.5%，只相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的一半。因此在相當(dāng)長的一段時間里，為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的需要，磷復(fù)肥應(yīng)是我國化肥發(fā)展的重點。磷酸是生產(chǎn)高濃度磷復(fù)肥的重要原料?？梢哉f高濃度磷復(fù)肥的生產(chǎn)水平，主要依賴于磷酸工業(yè)的發(fā)展。磷酸的生產(chǎn)方法分熱法和濕法兩類，但由于前者能耗高，價格貴，故世界各地的磷酸工業(yè)仍以濕法為主。</p><p>　　我國濕法磷酸工業(yè)

17、起步比較晚，上海化工研究院自1953年開始對磷酸生產(chǎn)進(jìn)行了大量的開發(fā)研究工作，并于60年代中期在南京化學(xué)工業(yè)公司建成了年產(chǎn)2萬噸磷酸的試驗工廠。同時還對半水物流程和半水-二水再結(jié)晶流程進(jìn)行了開發(fā)。但目前全國主要生產(chǎn)廠仍以二水物流程生產(chǎn)濕法磷酸。</p><p>　　我國磷礦儲量僅次于前蘇聯(lián)、美國和摩洛哥而居世界第四位，但富礦很少，80%是中、低品位礦，其中還有80%是難選的磷塊巖（在我國也稱膠磷礦），兼之長期以來

18、對礦山建設(shè)重視不夠，使我國磷肥工業(yè)的發(fā)展受到很大影響。</p><p>　　最近16 年,我國磷肥工業(yè)迅速發(fā)展,總生產(chǎn)能力上升到約11 000 kt/ a ( P2O5 計,下同) ,2002 年產(chǎn)量達(dá)到8 060 kt ,躍居世界第二位。在此期間,磷肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整初見成效,高濃度復(fù)合肥料中的磷肥占磷肥總產(chǎn)量的比例從原來的3 %猛增到45 % ;而高濃度磷復(fù)肥主要由磷酸銨和重過磷酸鈣構(gòu)成,它們都與濕法磷酸直接相關(guān)

19、,用磷酸作為中間產(chǎn)品加工而成。2002 年,我國磷酸生產(chǎn)能力已達(dá)到5 530kt ,形成了具有相當(dāng)規(guī)模的一個大行業(yè)。隨著磷酸和磷肥產(chǎn)量的不斷增長,磷酸和磷肥的生產(chǎn)技術(shù)也有了很大進(jìn)步,并成功地應(yīng)用于許多工廠和各種工藝中,為提高產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗、治理污染、改善環(huán)境以及提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益發(fā)揮了極為重要的作用。</p><p>　　1.2 磷酸工業(yè)的生產(chǎn)類型</p><p>　

20、　以硫酸分解磷礦制造磷酸的方法稱濕法。濕法磷酸于1870-1872年間在德國首次投產(chǎn)以來，迄今已有100多年的歷史。根據(jù)硫酸分解磷礦生成不同水合結(jié)晶形態(tài)的硫酸鈣，又可將濕法磷酸的生產(chǎn)分為二水物法、半水物法、和無水物法。無水物法雖可制得高濃度磷酸，但反應(yīng)溫度高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且無水硫酸鈣結(jié)晶細(xì)小，過濾困難，故很難在工業(yè)上使用。二水物法具有操作控制容易，對設(shè)備材質(zhì)要求較低和對磷礦適應(yīng)性較強等特點，因此獲得了廣泛采用。目前二水物法的生產(chǎn)能力約

21、占濕法磷酸總生產(chǎn)能力的90%以上。</p><p>　　二水物法生產(chǎn)的磷酸含P2O528%～32%，通常都將其濃縮到40%～54%后再用于磷銨和重過磷酸鈣等的生產(chǎn)。為了減少能量消耗和簡化生產(chǎn)過程，人們總希望能直接生產(chǎn)出高濃度的磷酸。上世紀(jì)70年代以來，美國西方石油公司開發(fā)出了新的半水物流程，即OXY-半水物流程，可直接生產(chǎn)出含42%P2O5的磷酸。但半水物法也存在磷礦的P2O5轉(zhuǎn)化率低和介穩(wěn)態(tài)半水物易再結(jié)晶引起操

22、作困難等缺點。其后雖然相繼出現(xiàn)了半水-二水及二水-半水流程，使半水物法得到改善，但由于他們對磷礦質(zhì)量及生產(chǎn)技術(shù)的要求都比較高而難于普遍推廣。</p><p>　　2 濕法磷酸生產(chǎn)的基本原理</p><p>　　2.1 濕法磷酸生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)　　用硫酸（硫酸、硝酸、鹽酸等）分解磷礦制得的磷酸統(tǒng)稱為濕法磷酸，而用硫酸分解磷礦的方法是磷酸生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法，在技術(shù)上最成熟，經(jīng)濟(jì)上最合理，其

23、產(chǎn)量在磷酸產(chǎn)量中占絕對優(yōu)勢。 </p><p>　　2.1.1 化學(xué)反應(yīng)　　硫酸浸取分解磷礦是液固相反應(yīng)過程，反應(yīng)式為： Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O→3H3PO4 +5CaSO4·nH2O+HF （2-1）　　反應(yīng)過程中為避免磷礦顆粒表面被硫酸鈣包裹，延緩或阻礙反應(yīng)的進(jìn)行：實際上是用循環(huán)磷酸料漿來分解磷礦，即用磷酸與硫酸的混酸來分解磷礦?！　》?/p>

24、應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步是磷礦和循環(huán)料漿（或返回系統(tǒng)的磷酸）進(jìn)行預(yù)分解反應(yīng)，磷礦首先溶解在過量的磷酸溶液中生成磷酸一鈣：</p><p>　　Ca5F(PO4)3+7H3PO4→5Ca(H2PO4)3+HF （2-2）</p><p>　　預(yù)分解反應(yīng)的目的主要是防止磷礦與濃硫酸直接反應(yīng)，避免在磷礦粒子表面生成硫酸鈣薄膜而阻礙磷礦的進(jìn)一步分解。同時也

25、有利于硫酸鈣過飽和度的降低。</p><p>　　第二步即以上述的磷酸一鈣料漿與稍過量的硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣結(jié)晶與磷酸溶液： 5Ca(H2PO4)3+5H2SO4+5nH2O→10H3PO4+5CaSO4·nH2O （2-3）</p><p>　　2.1.2 磷礦中雜質(zhì)的影響　　磷礦中所含雜質(zhì)對濕法磷酸的生產(chǎn)工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量有顯著影響

26、。 ① 氟: 磷礦中的氟在酸解時會生成HF，再與磷礦中活性SiO2形成氟硅酸。氟存留在磷酸中會增大磷酸溶液的腐蝕性，大部分氟以SiF4形態(tài)逸出，回收加工為氟鹽，并消除了污染。 ② SiO2: 磷礦中含有少量SiO2，有利于生成的HF轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性低和腐蝕性弱的氟硅酸。若SiO2過高，會增大設(shè)備、管道和攪拌漿的腐蝕，并增加料漿粘度，降低分離硫酸鈣時的過濾強度。 ③ 碳酸鹽: 磷礦中通常會有少量石灰石等碳酸鹽礦物，主要

27、成分為CaCO3、MgCO3。CaO在酸解時生成CaSO4，增大硫酸的消耗定額；MgO全部進(jìn)入磷酸溶液中，中和掉磷酸中的第一個氫離子，并增加溶液粘度，對結(jié)晶、過濾、濃縮過程不利。碳酸鹽分解時放出CO2,使溶液形成泡沫，造成逸出損失。 ④ 鐵、鋁化合物: 磷礦中的鐵、鋁雜質(zhì)會增大磷酸溶液的粘度，降低酸的質(zhì)量，并在濃縮時在設(shè)備中結(jié)垢，并可能與磷酸形成淤渣，造成P2O5損失。 ⑤ 鉀、鈉化合物: 磷礦中鉀、鈉離子首先與氟硅酸反

28、應(yīng)生成氟硅酸鉀、鈉，會在反應(yīng)</p><p>　　2.2硫酸鈣的晶型和生產(chǎn)方法分類</p><p>　　2.2.1 硫酸鈣的晶型　　在濕法磷酸生產(chǎn)過程中，根據(jù)液相中磷酸與硫酸的濃度，系統(tǒng)的溫度不同，有三種硫酸鈣的水合物結(jié)晶與溶液處于平衡狀態(tài)，它們是二水物CaSO4·2H2O(二水石膏)、半水物α-CaSO4·0.5H2O(α半水石膏)和無水物CaSO4II(硬石膏II

29、)。相應(yīng)地生產(chǎn)上述三種基本方法即為二水物法、半水物法和無水物法。反應(yīng)中生成的HF與磷礦中帶入的SiO2生成H2SiF6 。</p><p>　　6HF+SiO2=H2SiF6 （2-4）</p><p>　　少量的H2SiF6將與

30、SiO2反應(yīng)生成SiF4</p><p>　　2H2SiF6+SiO2=3SiF4↑+2H2O （2-5）</p><p>　　可見，氣相中的氟主要以SiF4的形式存在，用水吸收后生成氟硅酸水溶液并析出硅膠沉淀</p><p>　　3SiF4+(n+2)H2O=2H2SiF6+SiO2·H2O↓

31、 （2-6）</p><p>　　磷礦中的鐵、鋁、鈉、鉀等雜質(zhì)將發(fā)生下述反應(yīng)：</p><p>　　（Fe,Al）2O3+2H3PO4=2(Fe,Al)PO4+3H2O （2-7）</p><p>　　(Na,K)2O+H2SiF6=(Na,K)2SiF6+H2O

32、 （2-8）</p><p>　　鎂主要存在于碳酸鹽中，磷礦中的碳酸鹽，如白云石、方解石等首先被硫酸分解并放出CO2。</p><p>　　CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑ （2-9）</p><p>　　CaCO3·MgCO3+2H2SO4=

33、CaSO4+MgSO4+2H2O+2CO2↑ （2-10）</p><p>　　生成的的鎂鹽全部進(jìn)入磷酸溶液中，對磷酸質(zhì)量和后加工將帶來不利的影響。</p><p>　　2.2.2 濕法磷酸生產(chǎn)方法　　濕法磷酸生產(chǎn)方法往往以硫酸鈣出現(xiàn)的形態(tài)來命名。工業(yè)上有下述幾種濕法磷酸生產(chǎn)方法： ① 二水物法(DH)制濕法磷酸 這是目前世界上應(yīng)用最廣泛的方法，有多

34、槽流程和單槽流程，其中又分無回漿與有回漿流程，以及真空冷卻與空氣冷卻流程。二水物法濕法磷酸一般W(P2O5)=28～32％，磷總收率93～97％。二水物法磷的總收率較低，原因是該法洗滌不完全；少量磷酸溶液進(jìn)入硫酸鈣晶體空穴中，磷酸一鈣結(jié)晶后與硫酸鈣結(jié)晶層交替生長；磷礦顆粒表面形成硫酸鈣膜使磷礦萃取不完全。 ② 半水－二水物法(HH/DH)制濕法磷酸 先使硫酸鈣形成半水物結(jié)晶，后再重結(jié)晶為二水物。這樣可使硫酸鈣晶格中的P2O5全部

35、釋放出來，P2O5總收率達(dá)98～98.5％，同時提高了磷石膏純度，擴(kuò)大了它的應(yīng)用。半水－二水物法流程根據(jù)產(chǎn)品酸的濃度又可分為稀酸流程(HRC)和濃酸流程(HDH)兩種。前者半水物結(jié)晶不過濾直接水化為二水物再過濾分離，產(chǎn)品酸W含(P2O5)=30～32％；后者從半水物料漿分出產(chǎn)品酸，含W(P2O5)＝45％，濾餅送入水化槽重結(jié)晶為二水物。 ③ 二水－半水物(D</p><p>　　2.3硫酸鈣在CaSO4-

36、H3PO4-H2O與CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O體系的相平衡及轉(zhuǎn)化動力學(xué)</p><p>　　2.3.1硫酸鈣的結(jié)晶形態(tài)</p><p>　　二水物硫酸鈣CaSO4·2H2O只有一種晶形；半水物硫酸鈣（CaSO4·0.5H2O）有α－型和β－型兩種晶形；無水物硫酸鈣（CaSO4）有三種晶形（無水物Ⅰ、無水物Ⅱ和無水物Ⅲ）。但是，與濕法磷酸生產(chǎn)過程有關(guān)的晶形

37、只有二水物、α-半水物和無水物Ⅲ三種。他們的一些物理常數(shù)和理論化學(xué)組成列于下表2-1。</p><p>　　表2-1 硫酸鈣結(jié)晶的某些物理常數(shù)及化學(xué)組成</p><p>　　2.3.2硫酸鈣在CaSO4-H3PO4-H2O三元體系的相平衡</p><p>　　圖2-1是CaSO4-H3PO4-H2O三元體系的相平衡圖。此圖也可稱為轉(zhuǎn)化多溫圖或不同溫度下硫酸鈣不同晶形

38、的轉(zhuǎn)化示意圖。圖中AB線為二水物無水物熱力學(xué)平衡曲線，虛線CD為二水物半水物介穩(wěn)曲線。這兩條曲線將此圖分為三個區(qū)域（區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。由此圖可從熱力學(xué)上得到以下四點結(jié)論：</p><p>　?。?）在CaSO4-P2O5-H2O體系中，硫酸鈣只有兩種穩(wěn)定晶形：二水物（區(qū)域Ⅰ）和無水物（區(qū)域Ⅱ、Ⅲ）。</p><p>　　（2）在三個區(qū)域中，硫酸鈣結(jié)晶的轉(zhuǎn)化順序為：</p>&

39、lt;p>　?。?）在實線線上，二水物與無水物具有相同的穩(wěn)定性，在溶液中能同時存在，處于平衡。在虛線線上，唯一定穩(wěn)定相是無水物。</p><p>　?。?）在80℃下，二水法磷酸的理論最高濃度約為33%P2O5。從圖2-1看出當(dāng)磷酸濃度高于33%P2O5時，首先析出的半水物將直接轉(zhuǎn)化為無水物，得不到二水物結(jié)晶，故不能實現(xiàn)二水物流程。</p><p>　　上述CaSO4-H3PO4-H

40、2O三元相圖的分析，為濕法磷酸的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。</p><p>　　圖2-1 CaSO4-H3PO4-H2O體系平衡圖</p><p>　　實線 二水無水 熱力學(xué)平衡曲線</p><p>　　虛線 二水半水 介穩(wěn)平衡曲線</p><p>　　2.3.3硫酸鈣在CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元體系的相平衡</p&g

41、t;<p>　　CaSO4-H3PO4-H2O三元體系的研究結(jié)果只有當(dāng)反應(yīng)料漿液相中的Ca2+與SO42-濃度以等物質(zhì)的量存在時才有意義。但是在濕法磷酸生產(chǎn)中，硫酸都是過量的，即體系中有大量的SO42-存在。應(yīng)用三元相圖進(jìn)行分析就會產(chǎn)生教大的偏差，因此研究CaSO4-H3PO4-H2SO4-H2O四元體系是很有必要的。圖2-2即為四元體系的相圖，此圖是不完全的，只表示了半水物二水物轉(zhuǎn)化過程的一部分。圖中曲線是在給定的H2S

42、O4濃度（以SO3%表示）下平衡點的移動軌跡。線以上是半水物的介穩(wěn)定區(qū)。線以下二水物的穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)SO3＝0%時，即是三元體系的結(jié)果。圖2-2表明，當(dāng)增大H2SO4濃度后，半水物二水物的平衡點將向降低磷酸濃度和溫度的方向移動。根據(jù)此圖的數(shù)據(jù)得出，當(dāng)溫度一定時，四元體系中的半水物二水物轉(zhuǎn)化平衡的軌跡是一條線性很好的直線，可用下面的直線方程式表示：</p><p>　　SO3%=(A·CP2O5+B)%

43、 （2-11）</p><p>　　式中CP2O5代表省去百分號％但磷酸濃度A及B是直線的斜率和截距，隨體系的溫度改變而異?，F(xiàn)已求出不同溫度時代A值及B值如下表：</p><p>　　表2-2 不同溫度下的A及B</p><p>　　應(yīng)用式2-11與表2-2可以更確切地解釋和說明生產(chǎn)中的實際問題。如采

44、用二水物流程生產(chǎn)22%平P2O5的磷酸時，在反應(yīng)溫度為80℃下，按式2-11計算得到二水物半水物轉(zhuǎn)化過程平衡點的極限SO3%應(yīng)為：</p><p>　　SO3%=（-0.885×22+25.4）%=5.93% （2-12）</p><p>　　很明顯，若平衡點的SO3濃度超過此值則會進(jìn)入半水物的介穩(wěn)區(qū)域而得不到二水物結(jié)晶。但是如果降低

45、溫度則平衡點的SO3濃度將相應(yīng)提高，這就是在較低溫度條件下可以允許有較高SO3濃度的道理。實際的二水法生產(chǎn)中，液相SO3濃度均遠(yuǎn)低于式（2-12）的計算值，即使采用含雜質(zhì)較高的中品味磷礦，在磷酸濃度為22%P2O5、溫度為80℃條件下，液相SO3濃度的高限控制范圍實際上大多在4%左右（約相當(dāng)于0.05g/ml），顯著低于上式計算的5.93% SO3值，因此生成穩(wěn)定的二水物結(jié)晶并順利實現(xiàn)二水法的生產(chǎn)沒有問題。此外四元體系的研究結(jié)果還可以根

46、據(jù)磷酸與硫酸混酸中不同的硫酸濃度來解釋再結(jié)晶流程中的 半水物二水物 的轉(zhuǎn)化過程。</p><p>　　2.3.4 CaSO4－H3PO4－H2O體系轉(zhuǎn)化動力學(xué)</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)化動力學(xué)研究的實際意義</p><p>　　前面介紹的CaSO4－H3PO4－H2O體系平衡圖僅從熱力學(xué)角度討論了不同晶形的硫酸鈣在磷酸水溶液中相互轉(zhuǎn)化的順序與溶液濃度和溫度的關(guān)系

47、。但是僅僅了解這些熱力學(xué)研究結(jié)果是不夠的，因為熱力學(xué)的討了不涉及到硫酸鈣結(jié)晶的轉(zhuǎn)化速度。而動力學(xué)則研究轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速度，故對實際生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　實驗得出，硫酸鈣結(jié)晶在磷酸水溶液中的轉(zhuǎn)化速度，快的僅在結(jié)晶產(chǎn)生后的瞬息發(fā)生，而慢的可以延續(xù)到數(shù)月仍沒有達(dá)到完全轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化速度的差異為濕法磷酸生產(chǎn)方法的選擇提供了重要的理論依據(jù)。</p><p>　　在二水生產(chǎn)中，由圖

48、2-1可見，工藝條件（主要指磷酸濃度與反應(yīng)溫度）的選擇應(yīng)該在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，因為在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，二水物是唯一的穩(wěn)定晶形。但實際上卻不能選擇此區(qū)，這是因為在區(qū)域Ⅰ內(nèi)需要維持的磷酸溶液溫度很低（40℃以下），這種低溫不但對磷礦分解與硫酸鈣結(jié)晶不利，而且要移去大量反應(yīng)熱，在工業(yè)上也是很難辦到的，故二水法生產(chǎn)的工藝條件實際上是在區(qū)域Ⅱ進(jìn)行選擇的，其磷酸濃度范圍一般為20%～30%P2O5，反應(yīng)溫度為65～80℃。然而從圖2-1可見，二水物在區(qū)域Ⅱ內(nèi)并不是

49、處于穩(wěn)定態(tài)而是處于介穩(wěn)態(tài)，該區(qū)處于穩(wěn)定態(tài)的晶形是無水物。為什么工業(yè)上能在二水物處于介穩(wěn)態(tài)的區(qū)域Ⅱ?qū)崿F(xiàn)二水法的生產(chǎn)呢，以下轉(zhuǎn)化動力學(xué)的研究將會回答這一問題。</p><p>　　（2） 80℃下，半水物到二水物與無水物的轉(zhuǎn)化動力學(xué)</p><p>　　在二水法生產(chǎn)中，由于半水物形成晶核需要的活化能最小，故首先析出的是處于不穩(wěn)態(tài)的半水物，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榻榉€(wěn)態(tài)的二水物并最終轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)度無水物。因

50、此，研究80℃下它們之間的轉(zhuǎn)化動力學(xué)具有指導(dǎo)性。</p><p>　　80℃時，半水物二水物的轉(zhuǎn)化平衡點發(fā)生在溶液含33％P2O5時。因此當(dāng)溶液濃度高于33％P2O5時，轉(zhuǎn)化順序為半水物→無水物。低于33％P2O5時，轉(zhuǎn)化順序為半水物→二水物→無水物。80℃時，半水物到二水物的轉(zhuǎn)化速度見表2-3,由此表可見，80℃下半水物轉(zhuǎn)化為二水物在磷酸濃度為10%～25%P2O5的磷酸溶液中進(jìn)行的很快。當(dāng)磷酸濃度為10%P2

51、O5時，1小時內(nèi)即能完全轉(zhuǎn)化；當(dāng)濃度為18%P2O5時，約2小時；濃度為25% P2O5時約為6～7小時。隨著磷酸濃度的提高，轉(zhuǎn)化時間也相應(yīng)增加。至于轉(zhuǎn)化形成的介穩(wěn)態(tài)二水物再繼續(xù)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)的無水物則進(jìn)行很慢。當(dāng)磷酸濃度為含P2O530%、19.6%與12.75%時，所需的完全轉(zhuǎn)化時間分別為10、19及78天。</p><p>　　上述完全轉(zhuǎn)化時間是包括結(jié)晶轉(zhuǎn)化潛期時間與實際轉(zhuǎn)化期所需時間總和?，F(xiàn)以半水物轉(zhuǎn)化為二

52、水物為例，所謂轉(zhuǎn)化潛期是指在此期間內(nèi)，半水物結(jié)晶保持不變，主要是進(jìn)行新相當(dāng)萌發(fā)，轉(zhuǎn)化過程實際上不曾開始。實際轉(zhuǎn)化期則是指半水物結(jié)晶開始轉(zhuǎn)變?yōu)槎锝Y(jié)晶，其結(jié)晶水含量隨時間的變化而變化（見表2－3）。</p><p>　　以上分析表明，在二水實際生產(chǎn)條件下（磷酸濃度一般為20%～25%P2O5，反應(yīng)時間5～6小時）半水物到二水物可以達(dá)到完全轉(zhuǎn)化。所以從半水物到二水物和從二水物到無水物的相對轉(zhuǎn)化速度看出，在圖2-1的

53、區(qū)域Ⅱ內(nèi)，二水物雖然處于介穩(wěn)態(tài)，但由于半水物轉(zhuǎn)化為二水物很快，而二水物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)度無水物極慢（可表示為半水二水無水）。因此可以認(rèn)為，在熱力學(xué)上處于介穩(wěn)態(tài)度二水物從動力學(xué)觀察上看則是相對穩(wěn)定的，故在此條件下可以順利地實現(xiàn)二水法的生產(chǎn)。</p><p>　　由于硫酸鈣結(jié)晶在磷酸溶液中的轉(zhuǎn)化時間除與磷酸濃度及反應(yīng)溫度有關(guān)外，還和溶液的硫酸濃度及回漿操作有關(guān)。實際生產(chǎn)中過量的硫酸將大大的促進(jìn)半水物的轉(zhuǎn)化。同時由于酸解反

54、應(yīng)槽多采用有大量循環(huán)料漿（回漿）的連續(xù)式生產(chǎn)，新結(jié)晶可在原有結(jié)晶基礎(chǔ)上成長，故也可大大加快半水物到二水物的轉(zhuǎn)化過程。因此由于過量硫酸與回漿的作用，實際生產(chǎn)的反應(yīng)時間還可進(jìn)一步縮短。</p><p>　　表2-3 80℃時半水物到二水物的轉(zhuǎn)化速度</p><p>　　2.4磷礦在磷酸硫酸混合溶液中的浸取和分解過程　　磷礦被磷酸硫酸的混酸浸取和分解是液固相非催化反應(yīng)過程，浸取酸應(yīng)需通過液膜，

55、再通過生成物硫酸鈣所形成的固膜，擴(kuò)散到反應(yīng)界面上才能進(jìn)行反應(yīng)。不同的磷礦，孔隙率不同，比表面積不同，擴(kuò)散對宏觀速率的影響也不相同?！　穹姿嵘a(chǎn)中，磷礦的分解與硫酸鈣的結(jié)晶是同時進(jìn)行的，隨著液相中硫酸濃度的增高，析出的硫酸鈣結(jié)晶覆蓋在磷礦顆粒表面上形成膜的趨勢越大，將延緩磷礦分解反應(yīng)的進(jìn)行，使磷礦分解不完全，造成P2O5的損失。研究表明，在無晶種的情況下，溶液中硫酸鈣的表觀溶度積與平衡溶度積之比大于2.5時，礦粒就會被生成的硫酸鈣所

56、包裹。因此，為使磷礦分解完全，在穩(wěn)定的工藝條件下進(jìn)行浸取是非常重要的。通常使用的磷礦粉粒度為：＞160μm為20～30％，＞125μm為30～40％，＞80μm為40％。反應(yīng)活性高的磷礦，粒度可以稍粗些；反之，要求粒度粗一些。 </p><p>　　2.5 硫酸鈣的結(jié)晶　　目前各種濕法磷酸的生產(chǎn)方法都是在無水物II是穩(wěn)定變體的條件下進(jìn)行的，而實際生成的晶體都是介穩(wěn)定性的二水物和α半水物。這是因為，在二

57、水物和半水物生產(chǎn)控制的條件下，它們轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的無水物II是非常緩慢的。　　濕法磷酸生產(chǎn)過程中，制得粒大、均勻、穩(wěn)定的二水物和α半水物硫酸鈣結(jié)晶，以便于過濾分離和洗滌干凈是十分重要的問題。 2.6 生產(chǎn)工藝條件　　濕法磷酸制造工藝由兩個主要部分組成：磷酸與硫酸的混酸浸取并分解磷礦生成磷酸與硫酸鈣；硫酸鈣晶體的分離與洗凈。濕法磷酸生產(chǎn)工藝希望達(dá)到最大的P2O5利用率和最低的硫酸用量。這就要求在磷礦浸取與分解工序磷礦分解率要高，并

58、盡可能減少由于磷礦粉被包裹和HPO42-同晶取代SO42-所造成的P2O5損失。在分離工序要求硫酸鈣晶體粗大、均勻、穩(wěn)定，過濾強度和洗滌效率高，減少P2O5損失。 (1) 液相SO3濃度　　液相SO3濃度表示液相中游離硫酸含量，它對磷礦的浸取分解、硫酸鈣晶核形成、晶體成長與結(jié)晶形態(tài)，以及HPO42-的晶格取代有影響。在二水物制濕法磷酸時，SO3控制在0.015～0.025g/ml。礦種不同，</p><p&

59、gt;<b>　　(6)攪拌強度</b></p><p>　　提高攪拌強度，能使反應(yīng)物料混合均勻，有助于消除局部過濃并加速介面層離子的擴(kuò)散，促進(jìn)磷礦顆粒表面的更新，對防止“包裹”現(xiàn)象，增加反應(yīng)速度，改善結(jié)晶條件和消除泡沫等均有好處。但過高度攪拌強度也不好，因為既增加動一 (7) 反應(yīng)時間　　反應(yīng)時間即指物料在反應(yīng)槽中的停留時間，由于硫酸分解磷礦的反應(yīng)速率較快，反應(yīng)時間取決于硫酸鈣晶體

60、的成長時間，一般在1～1.5小時即可基本完成。因此反應(yīng)時間的長短主要取決于硫酸鈣晶體的成長時間。 (8) 礦粉細(xì)度　　由于磷礦的分解速度與顆粒的表面積成正比，故粗礦粉是不利于分解的。提高礦粉細(xì)度可以加快反應(yīng)速度，提高礦粉的分解率。但過細(xì)的礦粉也是不適合的因為不但增加動力消耗而且由于加礦區(qū)反應(yīng)劇烈將增加該區(qū)硫酸鈣的過飽和度，使槽內(nèi)過飽和度的均勻程度降低，于結(jié)晶不利。過細(xì)的礦粉還可使細(xì)顆粒分散性泥質(zhì)的比例相應(yīng)增大，與酸反應(yīng)生成凝膠

61、沉淀物增多。它們將會堵塞濾布和濾餅的孔隙，嚴(yán)重影響過慮操作，使過慮強風(fēng)度明顯降低。二水濕法生產(chǎn)中，礦粉細(xì)度為85%～90%通過100目即可。要求－200目以下的粒度應(yīng)該較少，－320目的分散性泥質(zhì)一般應(yīng)小于5%。</p><p>　　以上分析的八個工藝條件是相互聯(lián)系的，相輔相成的，不可孤立地、片面地去看某一條件，因為各項指標(biāo)的配套是極為重要的。由于磷礦質(zhì)量不同，各廠濕法磷酸的工藝條件也不完全一樣。優(yōu)惠工藝一般需要

62、通過試驗確定。一般說來，磷礦品位、雜質(zhì)成分及含量對于工廠是一個已定的條件，而回漿倍數(shù)、攪拌強度和設(shè)備容量又是由設(shè)計給定的。因此工藝上能調(diào)整的僅有SO3濃度、P2O5濃度、反應(yīng)溫度、料漿液固、反應(yīng)時間和磷礦細(xì)度等六個指標(biāo)。實際上投礦量和礦粉細(xì)度在正常生產(chǎn)中是穩(wěn)定不變的，故生產(chǎn)中主要控制的是這四個主要工藝指標(biāo)：液相SO3濃度、液相P2O5濃度、反應(yīng)溫度和液固比。</p><p>　　根據(jù)近年來的試驗和生產(chǎn)實踐證明，如

63、果使用含有害雜質(zhì)較高的中品味磷礦，二水濕法磷酸的適合工藝條件范圍大致如下：</p><p>　　磷酸濃度 20%～25%P2O5</p><p>　　液相S2O3濃度 0.04%～0.05%g/ml</p><p>　　反應(yīng)溫度 75～80℃</p><p>　　反應(yīng)時間

64、 4.5～5.5小時</p><p>　　料漿液固比 2.5～3：1 2.7生產(chǎn)工藝流程 濕法磷酸的生產(chǎn)工藝均須具有以下幾個基本工序： (1) 磷礦的磨碎　　采用干磨或濕磨方法將磷礦研磨至所需細(xì)度。研磨礦粉的細(xì)度原則上應(yīng)與其特性與所選用的生產(chǎn)工藝流程相匹配。在磨機(jī)選擇上，大型生產(chǎn)裝置選用球磨與棒磨，它們既可用于干磨也可用于濕磨；中小型裝置選用彈性較大的環(huán)輥

65、式或輥式干濕磨機(jī)。 (2) 磷礦的浸取　　在激烈攪拌和料漿高速循環(huán)的條件下進(jìn)行硫酸分解磷礦的反應(yīng)。反應(yīng)系統(tǒng)的目的在于獲得盡可能高的磷礦分解率和制得性能穩(wěn)定、顆粒均勻粗大的硫酸鈣結(jié)晶。對于二水物生產(chǎn)工藝，反應(yīng)系統(tǒng)可以采用多槽串聯(lián)，也可采用單槽或多格單槽。對于半水物和再結(jié)晶的生產(chǎn)工藝，必須采用多槽反應(yīng)系統(tǒng)。 (3) 料漿的冷卻　　磷礦的分解屬放熱過程，為使反應(yīng)在適宜溫度下進(jìn)行，必須對料漿進(jìn)行冷卻。消除反應(yīng)熱的方法有兩種：鼓風(fēng)

66、冷卻和真空閃蒸冷卻，兩種方法的電耗接近，但兩者相比，鼓風(fēng)冷卻的效果受周圍環(huán)境的溫度與濕度影響大，同時含氟尾氣量大，對環(huán)境的污染也大。真空冷卻不受周圍環(huán)境溫度與濕度影響，無需對排放物處理，對環(huán)境污染少，</p><p><b>　　3 物料衡算</b></p><p>　　畫出物料平衡計算的簡化方框圖如下：</p><p><b>　　

67、3.1 全系統(tǒng)平衡</b></p><p><b>　　3.1．1進(jìn)料</b></p><p>　　1.磷礦 J1=100kg</p><p>　　2.硫酸 J2＝kg</p><p><b>　　3.洗水 J3＝？</b></p><p>　　進(jìn)料總和∑J=J1

68、+J2+J3=175.4+J3 </p><p><b>　　3.1.2出料</b></p><p><b>　　1.成品磷酸C1=</b></p><p>　　C2=111.0kg</p><p><b>　　其中SO3%＝</b></p><p>

69、<b>　　Fe2O3%=</b></p><p><b>　　Al2O3%=</b></p><p><b>　　MgO%= </b></p><p><b>　　F%=</b></p><p>　　以上計算中95％四扣除洗滌和機(jī)械損失后的收率。<

70、/p><p><b>　　磷酸組成為 </b></p><p>　　P2O5 SO3 Fe2O3 Al2O3 MgO F</p><p>　　% 22.00 2.46 1.04 2.07 1.28 1.59</p><p>　　3.1.3 逸出廢氣C2&l

71、t;/p><p>　?、貱O2 100×5.78%=5.8kg</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積VCO2＝m3(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))</p><p>　?、贔 100×2.65%×3%=0.079kg</p><p>　　折合SiF4 kg</p><p>　　VSiF4=m3(標(biāo)

72、準(zhǔn)態(tài))</p><p>　?、跦2O 100×0.20=20.0kg</p><p>　　V水汽＝m3(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))</p><p>　　C2＝5.8＋0.1+20.0=25.9kg</p><p>　　體積為 3.0+0.02+24.9=27.9m3(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))</p><p>　　3.1.4機(jī)械損失

73、 2.5%</p><p>　　C3=26.84×2.5%/22%=3.1kg。其中P2O5 0.67kg</p><p><b>　　3.1.5磷石膏</b></p><p><b>　?、偈嘀担絢g</b></p><p>　?、跐袷嗔?含濕量25％)</p>&l

74、t;p>　　C4=kg 其中液相45kg</p><p>　　出料總量：∑C=C1+C2+C3+C4</p><p>　　=111.0+25.9+3.1+180.0=320.0kg</p><p>　　∵∑J=∑C，即175.4+J3=320.0</p><p>　　∴加水量 J3＝320.0－175.4=144.6kg</p

75、><p>　　3.2對酸解系統(tǒng)作平衡</p><p><b>　　3.2.1進(jìn)料</b></p><p>　　磷礦 J1=100kg</p><p>　　硫酸 J2=75.4kg</p><p><b>　　淡磷酸 J3=?</b></p><p>

76、;　　進(jìn)料總和 ∑J=J1+J2+J3</p><p><b>　　=175.4+J3</b></p><p><b>　　3.2.2出料</b></p><p>　　廢氣 C1=25.9kg</p><p>　　料漿 已知磷礦石膏值為135.0kg，料漿固液比為3：1。</p>

77、<p>　　∴生成料漿量 C2＝135.0×(1+3)=540.0kg</p><p>　　其中固相135。0kg，液相405.0kg。</p><p>　　出料總和 ∑C=C1+C2＝25.9＋540.0＝565.9kg</p><p>　　∵∑J=∑C，即175.4＋J3＝565.9</p><p>　　∴返回系統(tǒng)

78、淡酸J3＝565.9－175.4＝390.5kg</p><p>　　3.3對過慮部分作平衡</p><p>　　3.3.1進(jìn)料 酸解料漿 J＝540.0kg</p><p><b>　　3.3.2出料</b></p><p>　　1.成品磷酸C1＝111.0kg</p><p>　　2.過慮

79、慮餅(含濕45％) C2＝kg</p><p>　　其中固相135.0kg，液相110.5kg。</p><p>　　3.機(jī)械損失C3＝3.1kg(磷酸)</p><p>　　4.用于配酸用的濾液C4=？</p><p>　　出料總和 ∑C＝C1+C2+C3+C4 </p><p>　　＝111.0+245.5+3

80、.1+C4</p><p>　　∵∑J=∑C，即540.0=359.6＋C4</p><p>　　∴C4=540.0-359.6=180.4kg</p><p>　　3.4對二次洗滌作平衡</p><p><b>　　3.4.1進(jìn)料</b></p><p>　　1． 洗水 J1=144.6kg&

81、lt;/p><p>　　2. 一洗石膏(含濕35%) J2=kg</p><p>　　其中固相135.0kg，液相72.7kg。</p><p>　　進(jìn)料總和 ∑J=J1+J2＝144.6＋207.7=352.3kg</p><p><b>　　3.4．2出料</b></p><p>　　1.二

82、洗石膏 C1=180.0kg</p><p>　　2.二洗液 C2＝？</p><p>　　出料總和 ∑C＝C1+C2＝180.0+C2</p><p>　　∵∑J=∑C，即352.3=180.0+C2</p><p>　　∴二洗液 C2=352.3-180.0=172.3kg</p><p>　　3.5對一次

83、洗滌作平衡</p><p><b>　　3.5.1進(jìn)料</b></p><p>　　1.過慮濾餅 J1=245.5kg</p><p>　　2.二洗液 J2=172.3kg</p><p>　　進(jìn)料總和 ∑J=J1+J2＝245.5＋172.3＝417.8kg</p><p><b>

84、;　　3．5．2出料</b></p><p>　　1.一洗濾餅 C1=207.7kg</p><p>　　2.一洗液 C2=?</p><p>　　出料總和 ∑C＝C1+C2＝207.7+C2</p><p>　　∵∑J=∑C，即417.8=207.7+C2</p><p>　　∴一洗液 C2=

85、417.8-207.7=210.1kg</p><p>　　3.6 P2O5平衡</p><p>　　1.磷礦中P2O5＝26.84kg</p><p>　　2.石膏中P2O5不溶＝26.84×(1-96%)=1.07kg</p><p>　　3.酸解料漿中的 P2O5水溶＝405×22%＝89.10kg</p>

86、;<p>　　4.返回淡磷酸中的P2O5水溶＝89.10+1.07-26.84=63.33kg</p><p><b>　　返酸濃度＝</b></p><p>　　1.成品酸中P2O5水溶＝111.0×22%＝24.42kg</p><p>　　2．配酸用濾液濃度與成品酸相同，所含的P2O5水溶＝180.4×2

87、2%＝39.69kg</p><p>　　3．過慮濾餅液相濃度與成品酸相同，所含的P2O5水溶＝110.5×22%＝24.31kg</p><p>　　4.一洗液含P2O5水溶＝返酸中P2O5水溶－配酸濾液中P2O5水溶</p><p>　?。?3.33-39.69=23.64kg</p><p>　　一洗液濃度＝ &l

88、t;/p><p>　　1.二洗液中P2O5水溶＝172.3×2%＝3.45kg</p><p>　　2.一洗濾餅中P2O5水溶＝24.31＋3.45-23.64=4.12kg</p><p>　　3.二洗濾餅中P2O5水溶＝4.12-3.45＝0.67kg</p><p>　　3.7列出總物料平衡表并畫出物料平衡圖</p>

89、<p>　　在實際生產(chǎn)中，由于小時物料量比較實用，因此，總物料平衡表與物料平衡</p><p>　　圖最后均換算成以小時為單位。</p><p>　　先將裝置每小時成品磷酸產(chǎn)量算出為</p><p><b>　　kg</b></p><p>　　由于以100kg磷礦為基準(zhǔn)可得成品磷酸111.0kg，所以換算為

90、小時物料時的系數(shù)為：</p><p>　　將物料平衡中的各項均乘以系數(shù)84.6，即得以小時物料量為基準(zhǔn)的物料平衡。</p><p>　　以100kg磷礦為基準(zhǔn)的物料平衡圖見圖6-1。以小時物料為基準(zhǔn)的物料平衡列于表6-1并繪于圖6-2上。</p><p>　　生產(chǎn)一噸實物磷銨消耗的磷礦(26.84% P2O5)為</p><p><b&

91、gt;　　kg</b></p><p>　　消耗的磷酸(98%H2SO4)為：</p><p><b>　　kg</b></p><p>　　生產(chǎn)一噸P2O5的濕法磷酸的消耗定額為：</p><p>　　磷礦 (26.84% P2O5)kg</p><p>　　硫酸 (98% H2SO

92、4) kg</p><p>　　水 kg</p><p>　　4 濕法磷酸的熱量衡算</p><p>　　熱量衡算是在上節(jié)物料衡算的基礎(chǔ)上的進(jìn)行的。熱量衡算的參考溫度選為0℃?；瘜W(xué)反應(yīng)熱和稀釋熱均按反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱計算。略去標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱(25℃，0.1013MPa)與參考溫度下的反應(yīng)熱(0℃,0.1013MPa)之間的差別。</p>

93、;<p><b>　　4.1反應(yīng)熱的計算</b></p><p>　　以1kg磷礦為基準(zhǔn)，計算礦中各組分物質(zhì)的量。</p><p>　　P2O5: mol</p><p><b>　　CaO: mol</b></p><p>　　Fe2O3: mol</p><

94、p>　　Al2O3: mol</p><p><b>　　MgO: mol</b></p><p><b>　　CO2: mol</b></p><p><b>　　F: mol</b></p><p>　　A.I(以SiO2計) mol</p>

95、<p>　　將以上結(jié)果列表如下：</p><p>　　將化學(xué)分析結(jié)果按礦中可能存在的化合物形式組成各種化合物，并計算各物質(zhì)的量。</p><p>　　Ca5F(PO4)3</p><p>　　因1.5mol P2O5相當(dāng)于1mol Ca5F(PO4)3，故</p><p>　　Ca5F(PO4)3＝mol</p>

96、<p><b>　　CaF2</b></p><p>　　磷礦中含氟1.39mol，其中1.26mol來自Ca5F(PO4)3，故</p><p>　　CaF2＝(1.39-1.26)/2=0.065mol</p><p><b>　　MgCO3</b></p><p>　　因1molMg

97、O即相當(dāng)于1mol MgCO3，1kg礦中含MgO 0.37mol，故</p><p>　　MgCO3＝0.37mol</p><p><b>　　CaCO3</b></p><p>　　礦中CaO為7.18mol，扣除Ca5F(PO4)3中CaO 5×1.26mol，及CaF2中CaO 0.065mol后，剩下</p>

98、<p><b>　　應(yīng)為CaCO3，故</b></p><p>　　CaCO3＝7.18-(5×1.26+0.065)=0.82mol</p><p>　　將計算結(jié)果列表如下：</p><p>　　下面計算的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱是從反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成物得到的。有關(guān)熱化學(xué)數(shù)據(jù)可以從附表中查得。各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱均寫在反應(yīng)式中該物

99、質(zhì)的下方。</p><p>　　（1）Ca5F(PO4)3(s)+5H2SO4(98%)+10H2O(l)→5CaSO4·2H2O(s)＋3H3PO4(30%)+HF(aq)</p><p>　　-6782 -5×815 -10×286 -5×2023 -3×1292 -316</p>&

100、lt;p>　　△H1 =-(5×2023+3×1292+316)-(-6872-5×815-10×286)</p><p>　　=-500kj/mol Ca5F(PO4)3</p><p>　　（2）CaF2(s)+H2SO4(98%)+2H2O(l)→CaSO4·2H2O(s)+2HF(aq)</p><p>

101、;　　-1215 -815 -2×286 -2023 -2×316</p><p>　　△H2=-(2023+2×316)-(-1215-815-2×286)=-53kj/molCaF2</p><p>　　(3) HF(aq)+(SiO2)(s)→H2SiF6(aq)+H2O(l)</p><p&g

102、t;　　-316 -×841 -×2331 -×286</p><p>　　△H3=-(×2331+×286)-(-316-×841)=-27.7kj/molHF</p><p>　　(4) Fe2O3(s)+2H3PO4(30%)+H2O(l)→2FePO4·2H2O(s)</p><

103、p>　　-824 -2×1292 -286 -2×1871</p><p>　　△H4=-2×1871-(-824-2×1292-286)=-48kj/molFe2O3</p><p>　　(5) Al2O3(s)+2H3PO4(30%)+H2O(l)→2AlPO4·2H2O(s)</p><p&g

104、t;　　-1610 -2×1292 -286 -2×2353</p><p>　　△H5=-2×2353-(-1610-2×1292-286)=-226kj/mol Al2O3</p><p>　　(6) CaCO3(s)+ H2SO4(98%)+H2O(l)→CaSO4·2H2O(s)+CO2(g)</p>&

105、lt;p>　　-1207 -815 -286 -2023 -394</p><p>　　△H6=-(2023+394)-(-1207-815-286)=-109kj/molCaCO3</p><p>　　(7) MgCO3(s)+ H2SO4(98%)→MgSO4(aq)+ H2O(l)+CO2(g)</p><p>　　

106、-1110 -815 -1369 -286 -394</p><p>　　△H7=-(1369+286+394)-( -1110-815)=-124kj/mol MgCO3</p><p>　　根據(jù)每kg磷礦中各反應(yīng)物的量，計算1kg礦的反應(yīng)熱。</p><p>　　△Hr＝1.26(-500)+0.065(-53)+1.26(-27.7

107、)+0.17(-48)+0.40(-226)+0.82(-109)</p><p>　　+0.37(-124)=-902kj/kg礦</p><p><b>　　4.2稀釋熱的計算</b></p><p>　　在計算磷礦酸解過程的反應(yīng)熱時，參加反應(yīng)當(dāng)硫酸和磷酸都是取用始末態(tài)實際濃度的標(biāo)準(zhǔn)生成熱。按照蓋死定律，定壓發(fā)應(yīng)熱只與始末態(tài)有關(guān)，因而不再計

108、稀釋熱。但所加過量硫酸部分則應(yīng)計算稀釋熱。</p><p>　　酸解磷礦的理論用酸量是按礦中的CaO計算的，沒有考慮MgCO3消耗的硫酸，因而還應(yīng)扣除MgCO3消耗掉的硫酸后才是酸解液中實際的過量硫酸。</p><p>　　從前面的物料衡算可知，硫酸用量為理論量的105%，1kg礦實際用98%H2SO4 0.754kg。因此H2SO4的理論過量應(yīng)是：kg/kg礦。</p>&

109、lt;p>　　1kg礦中有MgCO3 0.37mol消耗H2SO4應(yīng)是0.37mol，即0.37×98/1000=0.036kg，因此實際的過量硫酸為零。在作熱衡算時可不計硫酸稀釋熱。</p><p><b>　　4.3熱量衡算</b></p><p>　　根據(jù)物料衡算和查表所得各物質(zhì)的比熱容數(shù)據(jù)列表，作熱量衡算的準(zhǔn)備。</p><

110、p><b>　　4.3.1輸入熱量</b></p><p><b>　　磷礦粉帶入顯熱</b></p><p>　　Q1＝84600.770×25=0.163×106kj/h</p><p><b>　　硫酸帶入顯熱</b></p><p>　　Q2＝

111、6379×1.445×25＝0.230×106kj/h</p><p><b>　　淡磷酸帶入顯熱</b></p><p>　　Q3=33036×3.506×70=8.108×106kj/h</p><p><b>　　化學(xué)反應(yīng)熱</b></p>&

112、lt;p>　　Q4=902×8460=7.631×106kj/h</p><p><b>　　攪拌器做功變熱</b></p><p>　　酸解槽共9個攪拌槳，實測功率平均為16kw。設(shè)這部分功全變?yōu)闊?，?yīng)為</p><p>　　Q5=16×9×3600=0.518×106kj/h</

113、p><p>　　Q輸入＝(0.163＋0.230＋8.108＋7.631＋0.518)×106=1.665×107kj/h</p><p><b>　　4.3.2輸出熱量</b></p><p><b>　　酸解料漿帶出熱</b></p><p>　　Q6＝45684×2.

114、745×80=10.032×106kj/h</p><p><b>　　CO2氣體帶出熱</b></p><p>　　Q7=491×0.843×70=0.029×106kj/h</p><p><b>　　SiF4氣體帶出熱</b></p><p>

115、　　Q8=8.5×0.708×70=0.001×106kj/h</p><p><b>　　水蒸氣帶出熱</b></p><p>　　Q9＝1692×2625=4.442×106kj/h</p><p><b>　　熱損失</b></p><p>　

116、　設(shè)熱損失為輸入熱量的5%</p><p>　　Q10=1.665×107×0.05=0.883×106kj/h</p><p><b>　　冷卻空氣帶走熱量</b></p><p>　　Q11＝Q輸入－(Q6+Q7+Q8+Q9+Q10)=(16.650-15.337) ×106</p>&

117、lt;p>　　=1.313×106kj/h</p><p>　　這部分熱量全由轉(zhuǎn)入冷卻空氣以顯熱形式帶出。設(shè)進(jìn)入酸解槽的空氣溫度為25℃，含濕量為0.105kg水汽/kg干空氣，鼓風(fēng)后排出溫度為70℃,空氣比熱容為1.03kj/kgK,則需空氣量為：</p><p>　　1.313×106/1.03×(70-25)＝28328kj/h</p>

118、<p>　　出酸解槽空氣的濕含量是：</p><p>　　H＝＋0.015=0.0756水汽/kg干空氣</p><p>　　熱量衡算結(jié)果列于表9-6。</p><p>　　表9-6 濕法磷酸酸解系統(tǒng)熱量衡算表</p><p>　　以上計算與目前三萬噸/年磷氨裝置的生產(chǎn)實際情況比較接近。但冷卻空氣的出口飽和度比較低。70℃時空氣