年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计样本.docx

目录摘要21.前言21.1设计依据21.2研究现状及发展趋势21.2.1 国内过磷酸钙生产及研究现状21.2.2国外过磷酸钙的发展状况21.2.3过磷酸钙的发展前景21.3设计范围22.设计原则22.1工艺路线的选择22.1.1生产路线选择22.1.2 加工方法选择22.2生产过程中的主要方程23.产品方案23.1产品23.2产品检测23.3副产品24.生产工艺24.1化学反应24.1.1主反应24.1.2副反应24.2反应机理与反应速度24.3生产工艺流程图24.4生产流程简介24.4.1原料准备24.4.2混合化成24.4.3熟化中和24.4.4含氟气体的吸收处理24.4.5造粒与干燥24.5 工艺条件24.5.1 磷矿的选择24.5.2磷矿粉细度与水分24.5.3硫酸物性24.5.4混合搅拌条件24.5.5化成条件24.5.6熟化中和条件24.5.7造粒干燥条件25.工艺计算25.1物料衡算25.1.1基础数据25.1.2磷矿的组成25.1.3混合熟化第一阶段反应25.1.4混合熟化第二阶段反应25.1.5混合熟化中的磷平衡、氟平衡、水平衡25.1.6熟化过磷酸钙的物料平衡25.1.7中和过程物料衡算25.1.8造粒与干燥过程物料衡算25.1.9总物料衡算25.2热量衡算25.2.1混化熟化过程的热量衡算25.2.2造粒过程的热量衡算25.2.3干燥过程的热量衡算25.3原料消耗25.3.1投矿量25.3.2硫酸消耗25.3.3空气消耗26设备选型26.1所需设备列表26.2设备的选择26.2.1输送设备26.2.2计量设备26.2.3其他设备26.3吸收塔设备图（见附录）27 环境保护与技术评价27.1生产中的安全防护措施2过磷酸钙2硫酸27.2三废处理27.3经济评估28总结28.1设计结果概要28.2设计评价2参考文献2致谢2年产20万吨过磷酸钙生产工艺毕业设计摘要：过磷酸钙又称普钙，属于水溶性磷肥，是用硫酸直接分解磷矿得到，因为含有生产工艺简单，生产操作易于掌握，生产设备轻易制造，投资较省，施用后见效快，增产显著等特点，使其在多种磷肥新品种不停涌现情况下产销量仍然持高不下。本设计采取干法来生产过磷酸钙，关键是原料矿和硫酸在混合机内进行混合，进入化成室后再经过熟化、中和及造粒干燥后得到成品过磷酸钙。经过物料衡算、热量衡算和设备选型设计出能符合国家标准产品工艺步骤。此工艺路线适适用于大多数品位较低磷矿，而其生产工艺成熟，消耗低，质量稳定优点也是本设计选择该方法原因。关键词：过磷酸钙； 磷肥；干法 ；工艺 With an annual output of 200 thousand tons calcium superphosphate production process designAbstract :calcium superphosphate (SSP) is a containing phosphorus chemical fertilizers which was made of phosphate rock and sulfuric acid from the chemical reactions because of the production process, and operation simple is easy to master, production equipment easy to make, invest save. It will become effective quickly after used, Increase notable and so on characteristics, so that Under the situation that the new various phosphate fertilizer breed springs up unceasingly，production and sales remained stubbornly high. This design uses a dry process to produce superphosphate, the raw material ore and sulfuric acid carry out commixture within blending machine, and then enter Chemical chamber and curing and after drying and granulation to get finished superphosphate. Through material accounting、quantity of heat accounting and equipment chooses a type to designs a design which conform to the national standards product。This process line is suitable for most of the lower grade phosphate rock, and its production process is mature, low consumption, quality and stability of the advantages of the design selection of the reasons for this method.Keywords: calcium superphosphate；phosphate fertilizer ；dry process；process1.序言1.1设计依据 1.课题任务书：年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计 2.磷肥生产管理相关规范及化工工艺设计标准手册1.2研究现实状况及发展趋势1.2.1 中国过磷酸钙生产及研究现实状况中国从50年代开始发展普钙。经过近50年发展，现在全国已经有普钙厂400多个，达成或大于20万吨/年厂有20多家。普钙年产量在360万吨P2O5左右，占磷肥产量55%。现在，即使中国农业上使用磷肥关键是磷酸二铵和含磷复混肥，过磷酸钙使用量逐年降低，但因为过磷酸钙施用历史比较长，很多农民仍有一定需求，尤其是在小麦、棉花主产区，过磷酸钙等磷肥使用有效提升了土壤含磷水平，尤其是在小麦、棉花上使些农民还习惯施用过磷酸钙作底肥。尤其是在多年磷酸二铵大幅涨价情况下，农民更倾向于购置施用过磷酸钙。即使施用过磷酸钙有着显著增产效果，但据调查发觉，过磷酸钙在生产、施用中仍存在着部分问题。1995年原国家化工部修订颁布了过磷酸钙行业标准，确定了过磷酸钙合格品、一等品、优等品技术指标：磷酸钙有效磷含量不得低于12，游离酸含量不得高于5.5，水分不得高于15。该标准颁布对于企业加强质量管理，确保产品质量起到了很好促进作用。不过因为过磷酸钙生产工艺比较简单，企业规模相对较小，产品质量仍然不够稳定。在历年相关部门质量抽检中，过磷酸钙、复混肥合格率 全部相对较低。关键问题是有效磷含量不达标或游离酸、水分含量超标严重。图1-1 -中国磷肥产量改变图1.2.2国外过磷酸钙发展情况多年来，伴随世界化肥需求增加，磷肥市场开始升温，多个关键磷肥品种全部有大幅增加，印度、摩洛哥、澳大利亚、南非等地产能增加量达成700万吨，很多国家产量已经大大超出需求量。即使多年来国际磷肥需求增加较快，但部分教授认为未来几年磷肥需求年增加速度不会超出 3% ，而有效产能年增加速度将超出 10%。所以，即使短期内磷肥供给可能稍紧，但伴随新产能投产，磷肥过剩趋势将增加有些人估量，这一过剩量最多将靠近全球供给能力 1/ 10。 磷肥市场整体供过于求，造成过磷酸钙市场趋于饱和，小型厂商难以赢利，国外企业逐步大型化、集中化，行业竞争猛烈化，所以，改善落后、低效生产工艺，成为每一个过磷酸钙生产厂商必需要面临问题。1.2.3过磷酸钙发展前景过磷酸钙即使在充足利用中低品位磷矿资源、满足市场不一样消费层次和习惯需求等方面含有一定优势，不过因为受高浓度磷肥冲击，加之过磷酸钙本身存在生产工艺技术落后、质量不稳定和价格低、利润薄等问题，估计其产量和施用面积会逐年降低，如不给足够重视，在新工艺技术开发、市场开拓等方面改善突破话，其生存空间可能会变越来越狭窄。 另外，为确保过磷酸钙施用效果，农技部门和销售企业还应加强对农民进行施用技术指导。过磷酸钙施入土壤后，其有效成份磷酸一钙易和土壤中一些成份发生反应而被固定，使过磷酸钙当季利用率降低，所以必需合理施用，既要降低肥料和土壤接触，避免水溶性磷酸盐被固定，又要尽可能将肥料施于根系密集土层中，使养分轻易输送到根系，以利植物吸收利用。据此可推广采取集中施用、分层使用，或和有机肥料混合施用等方法。另外，因过磷酸钙中含有大量硫酸钙，所以应优先应用在缺硫、缺钙土地上，充足发挥过磷酸钙综合增产作用。1.3设计范围车间范围内工艺设计，不包含土建、设备仪表自控、给排水、概算等非工艺专业内容。2.设计标准2.1工艺路线选择2.1.1生产路线选择由磷矿制取磷肥依据加工工艺条件不一样能够分为用无机酸处理和高温处理两大类:（1）用无机酸(硫酸、磷酸、硝酸、盐酸等或它们混和酸)分解磷矿加工制成磷肥通常称为酸法磷肥。比如，硫酸分解磷矿制得含有以磷酸一钙Ca(H2PO4)2H2O为主体，和少许游离磷酸和其它磷酸盐(磷酸铁、铝等)磷肥称为普经过磷酸钙。（2）经过高温处理制成磷肥称为热法磷肥。比如，钙镁磷肥、脱氟磷肥、钢渣磷肥、烧结钙钠磷肥等，属于枸溶性磷肥。磷肥中所含磷，习惯上用五氧化二磷重量百分数表示，但它们实际上是以磷酸盐形式存在。本设计采取硫酸和磷矿反应再经过其它工序制得过磷酸钙。用酸处理磷矿依据不一样原料工艺条件，过磷酸钙生产方法可分为稀酸矿粉法和浓酸矿浆法：a. 稀酸矿粉法稀酸矿粉法是世界上广泛采取一个方法，故又称为传统法。它是用浓度为6872%稀硫酸和磷矿粉混合，再经过化成及熟化工序制成粉状过磷酸钙。此处所谓稀硫酸是相对于92.5%及98%浓度浓硫酸而言，实际上此法所用硫酸浓度是依据所用磷矿特征和其它工艺条件来确定。根据不一样工艺条件，稀酸矿粉法中又有常规法、三高一细法(即高硫酸浓度、高硫酸温度、高搅拌强度及细矿粉)和两高两低法(即低硫酸浓度、低硫酸温度、高搅拌强度及高矿粉细度)三种不一样操作法。b. 浓酸矿浆法浓酸矿浆法则是以浓硫酸和经过加水湿磨磷矿浆进行混合，然后一样经化成和熟化工序制成粉状过磷酸钙。湿磨磷矿造成磨机中钢球消耗较干磨磷矿时高约46倍，同时为了使矿浆含有流动性，矿浆最低水分含量因矿种而有所不一样、亲水性磷矿矿浆最低水分含量偏高，致使用它生产过磷酸钙成品含水超出质量标准要求，并影响成品物理性质，且考虑到中国磷矿大多为低品位矿，所以本设计采取是生产工艺更成熟稀酸矿粉法（干法）。2.1.2 加工方法选择依据加工方法不一样能够分为间歇法、半连续法和连续法三种工艺步骤。间歇法是磷矿和硫酸混合、化成份别在间歇操作设备中分批进行。早期过磷酸钙生产均采取这种方法。半连续法则是酸、矿混合在间歇操作设备中进行。而化成工序为连续运行;或相反，即酸、矿在连续操作设备中混合，而化成工序间歇操作少数中、小型工厂采取半连续法生产。连续法是各生产工序全部是在连续操作设备中进行。这是现今过磷酸钙工厂普遍采取生产方法。本设计采取连续干法来生产过磷酸钙。2.2生产过程中关键方程第一步：7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4H2O7HF 第二步：2CaSO4H2O =2CaSO4H2O3 Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2H2O3HF总反应：2 Ca5F(PO4)37 H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF2H3PO4CaCO3= Ca(H2PO4)2CO2H2O3.产品方案3.1产品产品名称：过磷酸钙（普钙）年产量:20万吨/年1汉字名称：过磷酸钙，普钙，过磷酸石灰，过石灰2关键成份：磷酸一钙Ca(H2PO4)和石膏CaSO42H2O3. 英文名称：calcium superphosphate ，Calcium phosphate，SSP4. 分子式：CaP2H4O85. 分子量：234.056. 物理性质：见下表表3-1-1 过磷酸钙物理性质种类性质外观堆密度颗粒强度吸湿性水溶性熔点灰白色、深灰色、灰黑色疏松多孔性粉末(或颗粒)粉状：800-1250kg/m3 粒状：850-1120kg/m319. 6-49. 0N/粒空气相对湿度达80以上会出现吸湿现象80%-95%溶于水，属于水溶性磷肥1097.化学性质：水溶液呈微酸性，pH约为3，有腐蚀性。8. CAS NO.10031-30-89.产品质量要求：依据国家标准GB 20413-要求：粒状过磷酸钙外观应该呈有色颗粒而且无机械杂质，产品质量应该符合下表要求，同时应符合标明值。表3-1-2 过磷酸钙生产质量规范项目优等品一 等品合格品I II 有效磷质量分数/% 水溶性磷质量分数/% 18.013.016.011.014.09.012.07.03.2产品检测过磷酸钙质量检测关键是有效磷检测，有效磷检测分为提取和检测两个关键步骤。现在有效磷提取方法有很多，关键分为HG 2740-1995标准所提出碱性柠檬酸提取、强酸提取及GB 20413-标准下EDTA提取法。碱性柠檬酸法试剂用量大、价格昂贵、试验操作频繁，强酸提取法携带不方便、现场操作不安全、操作繁琐费时，故选择EDTA法提取有效磷。而有效磷检测方法分为HG 2740-1995标准所采取重量法、电位滴定法、分光光度法。出于操作和设备要求选择分光光度法。检测路线：图3-2 有效磷含量检测路线3.3副产品关键是磷矿分解后含氟废弃处理后加工得到: 氟硅酸钠、氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化氢，应用于化工、医药、冶金、搪瓷、建材等工业部门。4.生产工艺4.1化学反应4.1.1主反应生产过磷酸钙关键化学反应能够分为两个阶段。第一阶段是硫酸分解磷矿生成磷酸和半水硫酸钙：7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4H2O7HF 这一阶段反应进行得很快，通常在半小时或愈加快时间内即可完成。此反应为放热反应，反应物料温度能很快升高到100以上。在很短时间内。半水硫酸钙结晶转变为无水物：2CaSO4H2O =2CaSO4H2O只有当硫酸完全消耗以后，生成磷酸才能继续分解磷矿而形成磷酸一钙：3 Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2H2O3HF形成磷酸一钙溶解在磷酸溶液中，当溶液被磷酸一钙饱和以后，伴随分解反应进行，从溶液中不停析出Ca(H2PO4)2H2O结晶。生成过磷酸钙总反应式为：2 Ca5F(PO4)37 H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF反应第一阶段，是过磷酸钙在化成室中化成时完成，第二阶段反应在化成室中开始，以后还要在仓库堆放产品期间继续很长一段时间。 熟化后过磷酸钙中假如有多出游离酸则应该用碱性物料进行中和：2H3PO4CaCO3= Ca(H2PO4)2CO2H2O4.1.2副反应在分解磷矿时，磷矿中所含杂质如方解石、白云石、霞石、海绿石等也能被硫酸分解，其反应以下：CaCO3H2SO4=CaSO4CO2H2OMgCO3H2SO4= CO2H2OMgSO4Al2O3H2SO4Ca(H2PO4)2=2AlPO4CaSO4 3H2OFe2O3H2SO4 Ca(H2PO4)2=2FePO4CaSO43H2O在反应中生成HF能同磷矿中SiO2作用生成氟硅酸： 4HF+SiO2=SiF4+2H2O同时部分氟以SiF4形式逸出，冷却后和蒸汽反应： 3SiF4+2HF=H2SiF64.2反应机理和反应速度硫酸和磷矿粉反应，和矿粉粒度、硫酸浓度、温度和用量、混合时间及搅拌强度等亲密相关。因为硫酸和磷矿粉反应为液固相反应，所以反应速率和液固相接触面积成正比，而矿粉比表面积和矿粉粒径成反比。即矿粉越细，比表面积越大，和硫酸反应也就越快。矿粉是由大小不一样颗粒组成，以致粒度较细先和硫酸反应，余下较粗矿粒和磷酸反应。这是第二阶段反应较第一阶段反应需时间长原因之一。根据磷矿P2O5、CO2、Fe2O3及Al2O3组分计算硫酸定额（100分质量磷矿需用100%硫酸分数）。如生产时提升硫酸定额，则第一阶段反应终了时新鲜过磷酸钙产率、水分及游离五氧化二磷全部将增加。 图4-2 硫酸制订额和过磷酸钙游离五氧化二磷关系1-第一阶段反应刚结束时过磷酸钙；2-化成室过磷酸钙因为游离五氧化二磷增加了，必需用中和剂中和超出产品质量标准要求游离五氧化二磷，同时增加硫酸用量势将提升成本。所以，实际生产硫酸定额，通常仅比计算硫酸定额稍稍高一点。过磷酸钙生产所用硫酸浓度对产品工艺指标也有一定影响。同时，不一样浓度硫酸各自全部有一个最适宜温度。磷矿粉和硫酸混合时问和其搅拌强度，也是过磷酸钙生产中关键工艺指标。混合搅拌目标是提升液相在磷矿颗粒表面流速，强化离子在边界层和溶液内扩散交换，提升磷矿分解反应速度。同时，湍流搅拌状态可降低边界层中溶液过饱和度，以利于生成较粗大硫酸钙结晶，所以在磷矿颗粒上形成渗透性很好薄膜。使磷矿分解过程加紧。磷矿粉和硫酸混合时间和其搅拌强度，既同磷矿特征相关，又因不一样工艺设备而有差异。至于不一样型式混合设备，其搅拌方法及混合时问各有不一样。所以，原料磷矿确定以后，应取含有代表性矿样在模拟装置中进行评价试验，以求取最优化各项工艺条件。4.3生产工艺步骤图 过磷酸钙干法生产工艺关键工序是：硫酸和磷矿粉混合；料浆在化成室内化成；过磷酸钙在仓库内熟化；含氟废气中氟回收;干燥和造粒。下图为过磷酸钙生产工艺步骤图: 水 混合化成磷矿粉硫酸洗涤塔熟化 含氟气体、水石灰石中和CO2尾气 水造粒 返料干燥粒状过磷酸钙筛分破碎图4-3 生产工艺步骤图4.4生产步骤介绍4.4.1原料准备生产过磷酸钙关键原料为磷矿和硫酸。二者在进入混合化成工序之前应分别根据选择生产方法及其工艺条件作好充足准备，各项指标符合工艺要求，并能连续供给，以确保全系统止常运转。磷矿是生产过磷酸钙关键原料。在过磷酸钙生产中，生产工艺条件对磷矿有一定控制指标要求，其关键有磷矿P2O5含量、含水率及粒度等。所以，对磷矿必需进行加工处理(包含在矿山进行处理和进入磷肥厂后进行生产前处理）以达成生产工艺要求。作为原料硫酸应首先检验其质量是否符合要求。如来自其它行业废酸则要严格检验其所含杂质对过磷酸钙质量及生产消耗定额影响，尤其是不得含有任何危害农作物杂质。如有可能应先对废酸所含杂质采取合适方法进净化处理。务使废酸质量符合过磷酸钙要求。其次是检验硫酸浓度能否适合工艺条件要求。工业生产中所用硫酸质量分数为68%-72%。4.4.2混合化成一定浓度硫酸和磷矿粉经过各自计量后进入锥形混合器进行混合，反应生成料浆，料浆伴随胶带向前移动，而且逐步固化，抵达端部时即被切削器切碎，经过撒扬后送往熟化仓库进行熟化。混合化成过程中产生含氟气体及水蒸气经排风机经过链板化成室上方排气管抽送至氟吸收系统处理。4.4.3熟化中和磷矿和硫酸经过棍合、化成工序完成了第一阶段反应，所得到新鲜过磷酸钙送入熟化仓库进行第二阶段反应，即熟化。熟化过程操作方法和熟化需要时问，均和磷矿组成及其特征，混合化成工艺条件亲密相关。现将熟化和中和两个工序分述以下：4.4.3.1熟化用硫酸分解磷矿生产过磷酸钙第一阶段反应比较快速，而第二阶段反应是由第一阶段反应生成磷酸和第一阶段还未反应磷矿进行反应。第二阶段反应通常需连续530天。时间长短取决于原料磷矿组成和特征、矿粉细度、硫酸浓度和用量、熟化温度等。如用轻易分解磷块岩作为生产过磷酸钙原料时。通常较以磷灰石为原料所需熟化时问短些;对于同一磷矿，提升矿粉细度或增加硫酸用量。全部能在一定程度上缩短熟化期。前者将降低磨机出力和增加电耗，后者会对应提升过磷酸钙游离酸含量，而不得不增加中和剂用量;不一样磷矿用以生产过磷酸钙最优化熟化温度也不一样。工业生产中常采取降温熟化法。新鲜过磷酸钙刚离开化成室温度常达100左右，且含有较多水分。实践表明适宜熟化温度在35-45。但离开化成室新鲜过磷酸钙，如在被切削后就转送熟化仓库大堆存放，即令熟化30天，堆中央温度仍可能有60-70，而转化率难以快速提升。再者，当磷矿含铁、铝等杂质较高时，所生产新鲜过磷酸钙在熟化过程中因游离酸浓度逐步降低，液和中铁、铝及核稀土元素磷酸盐溶解度也随之下降，而成为溶解度小中性磷酸盐析出，造成水溶性五氧化二磷下降。为了避免有效五氧化二磷降低，首先应该在混合反应时提升硫酸用量（理论量110-115%），以加紧磷矿在第一阶段反应速度，磷矿中铁铝杂质分解速度较慢，提升硫酸量就能够加紧氟磷酸钙分解速度，减轻铁铝杂质对过磷酸钙产品影响；其次，新鲜过磷酸钙在离开化成室时，经过切削和撒扬后转送至熟化仓库进行熟化，并在熟化过程中定时翻堆，有利于新鲜过磷酸钙中水分蒸发，温度有所下降，液相中P2O5浓度随之提升，有利于第二阶段反应进行。4.4.3.2中和因为硫酸实际用量达成理论量110%-115%，熟化过磷酸钙游离酸含量较高，造成过磷酸钙含有吸湿性和腐蚀性，含有吸湿性产品，因为吸收空气中水分而影响产品物理性质，且在施用时易沾污播撒设备，粘附于施肥机械料斗壁上，造成难以均匀施肥。过磷酸钙若含有较多游离酸，不仅会腐蚀其包装材料和施肥机械。而且施用这种高游离酸含量产品将造成种子发芽率降低。为此，出厂过磷酸钙必需严格控制其游离酸含量不得超出产品标准要求，可采取石灰石粉、石灰、白云石粉、氨、碳酸氢铵、过磷酸钙氨、氨溶液、碳酸氢铵等作为过磷酸钙中和剂，本设计采取碳酸钙作为中和剂。 4.4.4含氟气体吸收处理在过磷酸钙混合、化成过程中，磷矿含氟总量30%-45%呈SiF4逸出，剩下氟，一部分以氟硅酸形式留存在过磷酸钙液相中，另一部分则以氟硅酸盐及氟氢酸盐形式留存在过磷酸钙中。随同SiF4一起逸出有水蒸气和二氧化碳，还含有少许酸雾及硅胶。在用干法生产时，气体中常会有少许磷矿粉尘，若所用原料硫酸是其它工业生产废硫酸，且其中含有低沸点有机物时，则低沸点有机物也将随含氟废气一并逸出。过磷酸钙厂通常全部是用吸收室、吸收塔混合吸收处理，通常全部是用排风机将混合化成后产生含氟废气依次吸入吸收室、除沫器、吸收塔，最终经排气放空；吸收室中吸收四氟化硅后水溶液，经过一定时间后，氟硅酸浓度增高，达成一定标准后放入贮酸池，氟硅酸泵将其送往其它工段，吸收室沉淀硅胶用水冲洗出来后进行搜集，吸收塔采取大量清水洗涤气体，洗后水中氟硅酸浓度极低，可将其排入下水管。废水排放标准为含氟不能超出1.5mg/L。 4.4.5造粒和干燥经熟化后过磷酸钙通常为粉状，不易施用，需要对其进行造粒处理，过磷酸钙常见造粒方法是回转圆筒造粒法，立即粉状过磷酸钙经过皮带输送机输送至皮带加料器(能够加入微量元素)，后加水（造粒时间降低）进入转鼓造粒机造粒、回转干燥机干燥，然后排出废气后，经过斗式提升机进入回转冷却机冷却后粉碎即可。4.5 工艺条件4.5.1 磷矿选择磷矿五氧化二磷百分含量是评价其质量标准。若五氧化二磷含量过低，首先产品中有效磷含量较低，其次分解磷矿所需硫酸增加。不过实际中磷矿选择还需考虑运输成本、磷矿储量等原因，所以浮动较大。此次设计选择五氧化二磷含量32.3%高端磷矿。三氧化二铁和三氧化二铝也是磷酸中常见组分，含量过高会造成生成枸溶性铁、铝磷酸盐，影响植物吸收。通常认为其和五氧化二磷比值低于8%为佳。磷矿中二氧化碳多以碳酸盐形式存在，含量应低于4.5%。4.5.2磷矿粉细度和水分磷矿粉颗粒越细则其表面积越大，反应速率越大，反应进行更完全。颗粒越细粉碎时动力消耗越大，成本越大，所以综合考虑磷矿反应活性、易磨性、等原因，工业上采取磷矿粉细度为90%以上经过100目。含水量控制小于1%。4.5.3硫酸物性硫酸浓度会影响过磷酸钙含水率、单位磷矿产率、磷矿分解率，用较高浓度磷酸生产时能使反应快速进行，但浓度过高，会产生包裹、钝化现象，生产上采取硫酸分数为68%-72%。提升硫酸温度会加紧磷矿分解，但温度过高一样会包裹、钝化，通常温度为55-65摄氏度。4.5.4混合搅拌条件在硫酸和磷矿粉混合反应时，必需有足够搅拌强度和混合时间，首先要使物料充足混合均匀，其次打破沉积在磷矿粉表面硫酸钙薄膜，促进反应快速进行。搅拌强度和采取混合器型式相关，型式不一样，搅拌强度也不一样，通常在混合器进料端搅拌强度最大，出料端逐步降低，比如常见立式混合器进料端第一个桨叶线速度为7-10米/秒，出料端线速度为5米/秒。混合时间即物料在混合器内停留时间，通常来说，对难分解矿种或细度低矿粉混合时间长些，才能确保分解反应充足进行。不过实际上，混合时间还受硫酸浓度和采取混合器种类相关。立式混合器混合时间为2-10min,此次设计所采取锥式混合器混合时间仅为1-3s。4.5.5化成条件化成时间即混合料浆进入化成室，变成普钙鲜肥卸除时停留时间，化成时间太短，料浆难以固化，化成时间太长，产量降低。通常采取皮带化成室化成时间为25-30分钟。化成温度通常维持在100-120摄氏度间。为了促进水分快速蒸发和含氟气体逸出使料浆能正常固化，还必需将化成室关闭，并维持15-25毫米水柱负压。4.5.6熟化中和条件熟化过程中最关键是预防有效磷退化，熟化条件和磷矿中铁、铝氧化物按量息息相关，含量较低磷矿熟化时间控制在1-2星期，较高需控制在2-4星期。中和所用试剂为石灰石，含水量1%，碳酸钙含量95%。4.5.7造粒干燥条件造粒时物料含水量小于5%，含水率应在12%-17%，物料在造粒机中停留时间为7-12min。5.工艺计算5.1物料衡算5.1.1基础数据1. 磷矿粉组成：表5.1.1 磷矿粉组成组 成 P2O5CaOMgOCO2FFe2O3Al2O3酸不容物质量（%） 32.344.210.411.162.951.491.1614.862. 使用硫酸浓度为68%3. 磷矿粉转化率为95%4. 年生产能力20万吨/年，日生产能力600吨（十二个月生产333天，天天生产二十四小时）5. 成品有效五氧化二磷 16%6. 磷矿含水率 1%7. 造粒时含水量 18%8. 粒状过磷酸钙含水量 3%9. 干燥过程中质量损失 0.6%10. 筛分、破碎中质量损失 0.3%5.1.2磷矿组成以1000kg磷矿为基准，磷矿中各组分物质量：P2O5：10002274.6479molCaO：10007894.6429molF：10001552.6316molCO2 ：1000263.6364 molMgO： 1000102.5000molFe2O3 ：100093.1250molAl2O3：1000113.7255mol酸不容物（SiO2计）：10002476.6667mol因为磷矿中P2O5全部来自Ca5F(PO4)3，1mol Ca5F(PO4)3内含有1.5 mol P2O5，则磷矿中n Ca5F(PO4)31516.4319mol磷矿中含氟1552.6316mol，其中1516.4319mol来自Ca5F(PO4)3，其它来自CaF2，则磷矿中nCaF2mol/h36.1997mol磷矿中含氧化钙7894.6429 mol,其中来自 Ca5F(PO4)3量为51516.43197582.1595mol，其它来自CaCO3，则磷矿中nCaCO37894.6429 -(7582.159536.1997) 276.2837mol，磷矿中含有102.5000 mol/h MgO，则n MgCO3 102.5000mol。由以上计算，能够得出：表5.1.2磷矿组分量组分 Ca5F(PO4)3CaCO3CaF2MgCO3Fe2O3Al2O3SiO2mol 1516.4319 276.2837 36.1997102.5000 93.1250113.7255 2476.66675.1.3混合熟化第一阶段反应依据方程式计算：2 Ca5F(PO4)37 H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF9871423=1.61kg(硫酸)/kg(五氧化二磷）实际上硫酸消耗量取理论用量105%，即实际用量为:32.3%10001.61110%=520.03kg依据方程式：7Ca5F(PO4)335H2SO417H2O=21H3PO435CaSO4H2O7HF分解Ca5F(PO4)3量: 561.6324耗水量：50.1458H3PO4生成量： 327.6189CaSO4H2O生成量： 809.3833HF生成量：22.2870依据方程式：CaCO3H2SO4=CaSO4CO2H2O硫酸分解276.2837molCaCO3：硫酸消耗量： 27.0758CaSO4生成量：37.5746CO2生成量：12.1565H2O生成量：4.9731依据方程式：MgCO3H2SO4= CO2H2OMgSO4硫酸分解102.5000 mol MgCO3：硫酸消耗量： 10.0450MgSO4生成量：12.3000CO2生成量：4.5100H2O生成量：1.8450依据方程式：CaF2 H2SO4 =CaSO4 2HF硫酸消耗量：3.5476CaSO4生成量：4.9232HF生成量：1.4480第一阶段汇总：硫酸总消耗量：546.031527.075810.04503.5476586.6999CaSO4生成总量：37.57464.923242.4978H2O生成总量：4.97311.84506.8181CO2生成总量：12.15654.510016.6665HF生成总量：22.28701.448023.7350混合熟化第一阶段表格：表5.1.3 混合熟化第一阶段物料平衡表进料质量kg百分比%出料质量kg百分比Ca5F(PO4)3561.632445.38H3PO4327.618926.47H2SO4586.699947.41半水硫酸钙809.383365.40CaCO327.62842.23CaSO442.49783.43MgCO38.610.7MgSO412.30000.99CaF28236 0.23 HF 23.73501.92H2O 50.14584.05CO2 16.66651.24H2O 6.8181 0.55累计 1237.5401100累计1237.54011005.1.4混合熟化第二阶段反应因为2molCa5F(PO4)3能够折算成3molP2O5,则1000磷矿含Ca5F(PO4)3：32.30%1000764.2817由转化率为95%可得未被分解Ca5F(PO4)3量为：764.2817（195%）38.2141，被H3PO4分解Ca5F(PO4)3量为：764.2817（561.632438.2141）146.4352由式：3Ca5F(PO4)321H3PO415H2O=15Ca(H2PO4)2H2O3HF分解146.4352Ca5F(PO4)3所需H3PO4量为：199.3146生成Ca(H2PO4)2H2O量为：366.0880生成HF：5.8109消耗水量：29.8925游离酸H3PO4量：327.6189199.3146128.3043由式：2CaSO4H2O=2 CaSO4H2O809.3833CaSO4H2O脱水后生成CaSO4量：759.1457生成水：50.2376Al2O3和H2SO4和Ca(H2PO4) 2反应：Al2O3H2SO4 Ca(H2PO4) 2=2AlPO4CaSO4 3H2O113.7255molAl2O3消耗硫酸：11.1450消耗Ca(H2PO4) 2：26.6118生成AlPO4：27.7490生成CaSO4：15.4667生成水：6.1412Fe2O3和H2SO4和Ca(H2PO4) 2反应：Fe2O3H2SO4Ca(H2PO4) 2=