濕法磷酸凈化裝置萃取劑循環泵技術改造

余 波，魏林松，谷海明

（云南磷化集團海口磷業有限公司三環分公司，云南昆明 650113）

0 引言

云南磷化集團海口磷業有限公司白酸廠濕法磷酸凈化裝置是以濕法磷酸為原料，采用結合化學沉淀的溶劑萃取法凈化生產工業級磷酸。凈化生產中，萃取劑是磷酸三丁酯，利用P2O5在磷酸三丁酯及磷酸中溶解度或分配系數的不同，使含雜質的磷酸溶液中的P2O5轉移到磷酸三丁酯中，加冷凝水反萃即得到凈化稀酸。在這個過程中，萃取率的高低直接影響到裝置產量，萃取劑作為凈化萃取的載體，其流量是影響萃取率最重要的因素，萃取劑循環泵則是直接提供萃取劑流量的設備。

1 原萃取劑循環泵存在的問題

原循環泵參數如表1 所示。

表1 原萃取劑循環泵參數

根據生產情況統計，改造前凈化萃取率為55%，日產量為160 t 折百酸，遠達不到設計產能，主要是萃取劑循環泵流量不足所致。凈化裝置滿負荷運行時，為了得到高的萃取率，萃取劑流量應達到180 m3/h。原萃取劑循環泵已不能提供足夠的流量來滿足生產需要，需要對萃取劑循環泵進行技術改造，以提升流量，同時對泵揚程及電機功率重新核算同步改造。

2 泵選型

2.1 泵的分類

常用泵的類型如有葉片式泵、容積式泵和其他類型泵。

2.2 泵類型選擇

2.2.1 泵類型選擇框圖

泵類型選擇框圖見圖1，圖中ns為比轉速，ns=式中，Q 為流量，H 為揚程，n 為泵轉速。

圖1 泵類型選擇框圖

泵的類型選擇一般遵循以下規則：

（1）離心泵具有結構簡單、輸液無脈動、流量調節簡單、價格便宜等特點，應優先選擇離心泵。

（2）有計量要求時選用計量泵。

（3）揚程要求很高、流量很小，且無合適的小流量、高揚程的離心泵時，可選用往復泵，如汽蝕要求不高時也可選用漩渦泵。

（4）揚程很低、流量很大時，可選用軸流泵或混流泵。

（5）介質黏度較大時，可選用轉子泵，如螺桿泵或往復泵。

（6）介質含氣量較大、流量較小，且黏度較低時，可選用旋渦泵，如允許流量有脈動，可選用往復泵。

（7）對啟動頻繁或灌泵不方便的場合，應該選用具有自吸性能的泵。

2.2.2 輸送物料特性

萃取劑為磷酸三丁酯，分子式OP（OCH2CH2CH2CH3）3，分子量288.32，無色、有刺激性氣味的液體。常溫常壓下沸點154 ℃，閃點148 ℃，蒸汽壓2.87 kPa，密度950 m3/t，黏度3.1 cP，運動黏度3.2 cSt，輸送過程中會夾帶少量磷酸，具有較強的腐蝕性，固含量≤0.1%，溫度60 ℃。

2.2.3 泵類型確定

根據泵的選用原則及物料特性，結合原萃取劑循環泵使用情況，此泵類型選擇臥式耐腐蝕離心泵，單級單吸，過流部件材質CD4MCu，閉式葉輪，膜片聯軸器直聯傳動，機械密封形式。

3 泵參數計算

3.1 泵及管路系統

泵及管路系統如圖2 所示。泵系統管路相關情況：管道為DN150 不銹鋼管，總長40 m，包括90°彎頭10 個，蝶閥4 支，止回閥1 支，進口及出口儲槽均為開放系統。

圖2 泵及管路系統示意圖

3.2 流量

流量180 m3/h 由工藝需求決定。

3.3 揚程

3.3.1 揚程定義

單位重量的液體從吸入液面輸送到排出液面所需要的能量，用符號HZ表示，單位是m（液柱）。它是由幾何高度ha（位壓頭）、壓力差（靜壓頭）和整個系統管路的阻力損失HV組成[1]。

式中，∑HV1為沿程阻力損失，∑HV2為局部阻力損失，λ 為摩擦阻力系數，k 為局部阻力系數。

3.3.2 沿程阻力損失計算[1]

3.3.3 局部阻力損失計算[1]

局部阻力系數見表2，表中數據查自管道和閥門局部阻力系數K（湍流）。

表2 局部阻力系數

3.3.4 靜壓頭及位壓頭計算

在泵及管路系統中，兩個截面1—1 及2—2 如圖2 所示，取儲槽的上液面作為計算截面。位壓頭ha=18-6=12 m。

由于進出口儲槽均為開放系統，p2=p1=0（表壓），靜壓頭=0 m。

3.3.5 揚程計算

由以上計算結果得HZ=12+0+3.3+4.4=19.7 m，圓整后取HZ=20 m。

3.4 功率

4 改造方案

根據計算，泵重新選型，參數如表3 所示。

表3 重新選型泵參數

利用原系統中的管路，將泵、電機更換，對相關電器部分進行增容即可。

5 效益

自該項目實施后，萃取率提升了5%，裝置平均產量由原來的190 t/d 提升到了207 t/d（表4）。按裝置300 d/y 的運行時間計算，則年產能增加量為5100 t，每噸磷酸按5500 元計，則年直接銷售收入增加2805 萬元，每噸磷酸按400 元利潤計，則經濟收益為204 萬元/年。本次技改共投入27 萬元，按5 年折算成本，則每年為5.4 萬元，每年實際經濟收益為198.6 萬元。

表4 技改前后兩年萃取率及產量