磷酸萃取工藝設計需要注意的細節問題

陸顯石貴州東華工程股份有限公司 貴州貴陽 550002

磷酸萃取工藝設計需要注意的細節問題

陸顯石
貴州東華工程股份有限公司 貴州貴陽 550002

介紹了濕法磷酸生產中萃取工段的工藝流程，從反應原理、工藝流程設計、設備布置、設備防腐、管道防腐、管道布置、工程安裝等角度論述了磷酸萃取工藝設計需要注意的細節問題；并論述了注意這些細節問題后所帶來的實際工程效果。

磷酸萃取;工藝流程;設備布置；工程安裝

一、磷酸萃取的反應原理

濕法磷酸生產工藝是以無機酸（主要為硫酸）分解磷礦生產磷酸，用硫酸和磷礦反應生成硫酸鈣結晶和磷酸溶液，然后進行液固分離，得到產品磷酸，這種生產工藝可以說是一項結晶技術，因為只有形成良好的硫酸鈣結晶，才能確保磷酸萃取的生產正常進行，影響硫酸鈣結晶的條件很多，如液相SO3濃度、液相P2O5濃度、反應溫度、反應料漿液固比等等。對于單系列大、中型規模工業裝置，等溫反應器難度最大，其次是R-P流程，而多格方槽則容易得多。國內不少磷酸裝置采用多格方槽，該型式反應器也有利于優化反應條件，對原料磷礦的適應性強，國內已有數套類似磷酸裝置在運行，并已積累了一定生產和管理經驗。圖1，硫磺制酸工藝流程。

圖1 硫磺制酸工藝流程

二、磷酸萃取工藝流程概述

將含水30～35%wt的磷礦漿由礦漿泵送至反應槽，為了維持磷礦漿加料量的恒定，在進入反應槽前磷礦漿需經流量計和密度計計量。

反應槽中處于固體的物質含量和處于液態的五氧化二磷（化學式）溶液濃度可以推算出需要的返回酸的相關濃度和流量等參數，參加反應的混合料漿中含固量保持在33～35%wt，產品酸濃度保持約為26～28%。

硫酸在槽中會被稀釋，因為該稀釋過程是一個放熱反應，在磷酸反應槽中的溫度會隨之升高。為了生成二水物硫酸鈣（化學式：）的結晶，必須想辦法使這個過程中參加反應的料漿溫度降下來。可以通過閃蒸冷卻系統進行降低溫度。具體的流程為：通過閃冷循環泵對反應所用的混合料漿進行循環，降低溫度后的料漿通過閃蒸冷卻器中自動流回到反應槽里面去。

通過閃蒸冷卻器該設備上方設置的管口排出的尾氣進入預冷凝器進行冷凝，然后進入冷凝器用循環冷卻水進一步的降低溫度使其凝結，冷卻水回水通過管道流入冷凝器密封槽，通過冷凝器排出的氣體經冷凝器除霧器進行分離，為了使真空冷卻系統維持在負壓下操作，不凝氣體由低位閃冷真空泵抽出，真空泵抽出氣體經分離器分離液體后排入大氣。真空度由自動調節系統控制。

反應槽的反應料漿部分溢流到帶攪拌器的消化槽，這樣可以延長停留時間和使反應料漿熟化，在消化槽中熟化后的反應料漿由過濾機給料泵送往過濾工段過濾機。

通過把硫酸添加到消化槽這一格槽體中，這樣方便于對反應槽與消化槽這兩個槽體中的硫酸根濃度進行獨立調整。還可以根據反應過程中的情況添加少量的消泡劑消除泡沫。

反應槽排放出的含氟氣體和二氧化碳通過收集設備收集后與消化槽排放出的尾氣匯集后通過設置的為尾氣洗滌裝置洗滌。

風機將收集以后的尾氣送入文丘里洗滌器。在文丘里洗滌器中通過噴淋洗滌液來吸收，該洗滌液通過尾氣洗滌循環泵送入，使用水來吸收尾氣中的HF和經過該過程后生成另一方面由文丘里洗滌器送出的混合介質經過一個切向開孔的管口通入一級尾氣洗滌塔的下部。通過設置在該塔中的二層噴淋噴頭噴出噴淋液（該噴淋液由一級尾氣洗滌系統中循環泵提供）循環吸收，一級洗滌塔塔頂氣體送入設置的尾氣風機，風機同樣經過一個切向開孔的管口通入二級尾氣洗滌塔的下部。同樣通過該塔中設置的二層噴淋噴頭噴出噴淋液（該噴淋液由二級尾氣洗滌系統中循環泵提供）循環吸收，為達到在洗滌液中維持一定的氟硅酸濃度的目的，在兩級洗滌塔的塔底連續通過設置的一個回收用水泵將洗滌塔中洗滌下來的洗滌液通向濾餅洗滌水槽用做濾餅洗滌水。在兩級洗滌塔中連續通入循環水（含氟）及部分的工藝水，最后尾氣（其中含有微量的氟）通過設置在流程后面的煙囪排放于大氣之中。

三、設備布置需要注意的問題

(1)低位閃冷器應靠近反應槽布置，以便從低位閃冷器回到反應槽的循環料漿管盡量短。

(2)如未設置冷凝循環水池，設計中可將冷凝水收集槽布置在冷卻框架的二層，保證冷凝水能自流上塔。

(3)為保證料漿輸送泵平穩運行，在反應槽后設置料漿過渡槽，一方面可起到緩存作用，還能增加反應時間。

四、設備防腐需要注意的問題

(1)由于介質腐蝕性比較強，而又有攪拌的存在，所以在反應槽里面要襯上預硫化丁基橡膠和碳磚。

(2)為了增強混凝土的密實性,提高其防腐能力和抗滲能力,在混凝土內摻高效減水劑和膨脹劑,其最佳加入量應根據該產品和水泥品種經試驗確定。

(3)萃取槽頂部為抗滲性差的鋼筋混凝土結構，施工時應做好防水處理。

(4)襯里施工現場應保持通風和清潔，相對濕度應小于80%，施工溫度保持在15～35℃左右，施工過程嚴禁與水接觸。

(5)對于工藝過程中的細節處理、控制過程中的溫度以及對耐腐蝕材料的選擇會影響著萃取槽的防腐質量。尤其是溜槽口等這樣的關鍵地方（位于萃取槽）必須通過增加耐腐蝕材料的接觸面和采用擁有比較高的粘接強度的膠增加密封面的粘接力以確保密封。

五、管道防腐需要注意的問題

(1)對于料漿循環管，鑒于其腐蝕、磨蝕、高溫及便于安裝等因素，建議使用904L材質；對于反應后料漿，由于溫度略有下降，可考慮用襯膠（塑）管道。

(2)雖然使用玻璃鋼(FRP)的管道有以下缺點：①脆性大，②柔性差，③不能用于有壓力大的場合，④耐候性也不好，⑤使用溫度一般不超過80攝氏度。但是玻璃鋼(FRP)管道耐腐蝕性能好，管道可以采用機械長絲纏繞工藝，自動化生產程度高，電絕緣、質量輕。因此在尾氣管道因為壓力和溫度都不高，可以選用玻璃鋼(FRP)管道，也有效地節約了投資。

六、管道安裝需要注意的問題

(1)為了保證真空度，從低位閃冷器回流到萃取槽的管子應該插入到萃取槽的液位以下。

(2)由于磷酸料漿管道中含有一定濃度的固相介質，為了防止管道堵塞，磷酸料漿管道鋪設應設置一定的坡度。

(3)由于法蘭襯塑鋼管不允許切割、焊接，所以法蘭襯塑鋼管調節段需現場預安裝后再襯塑。

(4)磷酸料漿管道應盡量短，料漿泵進口管道除了設置導淋，還應設置沖洗口。

七、結束語

本文介紹了磷酸萃取工藝在工藝及相關專業設計中需要考慮和注意的一些細節問題，對磷酸萃取生產裝置的安裝工程有一定的指導意義。萃取槽采用預硫化丁基膠和粗顆粒高灰分非浸漬碳磚的復合襯里層結構，從很多磷酸裝置的實際運行情況看是一種很好的防腐形式，同時節約了投資成本，值得在磷酸生產中推廣應用。

各種材質的管道（如不銹鋼、玻璃鋼、鋼襯膠、鋼骨架聚乙烯塑料等）都可以用于磷酸裝置中，我們要根據需求和材料特性選擇，在優化設計的同時要考慮節約成本。將來將會有新型的材料在磷酸生產中使用，新型材料的使用也將會降低投資的成本，提高生產效益。

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[3]黃晶．淺談磷酸生產裝置中管道材料的選用[J]．硫磷設計與粉體工程，2014(4)：15-18.

[4]孫國超，孫菊萍．30萬t/a磷酸裝置設計概況[J]．磷肥與復肥，2009(1)：39.

Problem Details of Phosphoric Acid Extraction Process Design

Lu Xianshi,Guizhou Donghua Engineering co., LTD, Guiyang city, Guizhou province, 550002

This paper introduces the technological process of Extraction section in the production of phosphoric acid by wet process and expounds the detailed problems needed be focused in phosphoric acid extraction technology design from the view of reaction principle,technological process design,equipment layout,equipment antisepsis,pipeline antisepsis,piping layout and engineering installation, and also discuss the practical engineering effect after paying attention to these details.

phosphoric acid extraction；technological process；equipment layout；engineering installation

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A

陳顯石（）男，漢，貴州東華工程股份有限貴公司，工程師，研究方向：化工工藝。