陆显石贵州东华工程股份有限公司 贵州贵阳 550002

磷酸萃取工艺设计需要注意的细节问题

陆显石
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介绍了湿法磷酸生产中萃取工段的工艺流程，从反应原理、工艺流程设计、设备布置、设备防腐、管道防腐、管道布置、工程安装等角度论述了磷酸萃取工艺设计需要注意的细节问题；并论述了注意这些细节问题后所带来的实际工程效果。

磷酸萃取;工艺流程;设备布置；工程安装

一、磷酸萃取的反应原理

湿法磷酸生产工艺是以无机酸（主要为硫酸）分解磷矿生产磷酸，用硫酸和磷矿反应生成硫酸钙结晶和磷酸溶液，然后进行液固分离，得到产品磷酸，这种生产工艺可以说是一项结晶技术，因为只有形成良好的硫酸钙结晶，才能确保磷酸萃取的生产正常进行，影响硫酸钙结晶的条件很多，如液相SO3浓度、液相P2O5浓度、反应温度、反应料浆液固比等等。对于单系列大、中型规模工业装置，等温反应器难度最大，其次是R-P流程，而多格方槽则容易得多。国内不少磷酸装置采用多格方槽，该型式反应器也有利于优化反应条件，对原料磷矿的适应性强，国内已有数套类似磷酸装置在运行，并已积累了一定生产和管理经验。图1，硫磺制酸工艺流程。

图1 硫磺制酸工艺流程

二、磷酸萃取工艺流程概述

将含水30～35%wt的磷矿浆由矿浆泵送至反应槽，为了维持磷矿浆加料量的恒定，在进入反应槽前磷矿浆需经流量计和密度计计量。

反应槽中处于固体的物质含量和处于液态的五氧化二磷（化学式）溶液浓度可以推算出需要的返回酸的相关浓度和流量等参数，参加反应的混合料浆中含固量保持在33～35%wt，产品酸浓度保持约为26～28%。

硫酸在槽中会被稀释，因为该稀释过程是一个放热反应，在磷酸反应槽中的温度会随之升高。为了生成二水物硫酸钙（化学式：）的结晶，必须想办法使这个过程中参加反应的料浆温度降下来。可以通过闪蒸冷却系统进行降低温度。具体的流程为：通过闪冷循环泵对反应所用的混合料浆进行循环，降低温度后的料浆通过闪蒸冷却器中自动流回到反应槽里面去。

通过闪蒸冷却器该设备上方设置的管口排出的尾气进入预冷凝器进行冷凝，然后进入冷凝器用循环冷却水进一步的降低温度使其凝结，冷却水回水通过管道流入冷凝器密封槽，通过冷凝器排出的气体经冷凝器除雾器进行分离，为了使真空冷却系统维持在负压下操作，不凝气体由低位闪冷真空泵抽出，真空泵抽出气体经分离器分离液体后排入大气。真空度由自动调节系统控制。

反应槽的反应料浆部分溢流到带搅拌器的消化槽，这样可以延长停留时间和使反应料浆熟化，在消化槽中熟化后的反应料浆由过滤机给料泵送往过滤工段过滤机。

通过把硫酸添加到消化槽这一格槽体中，这样方便于对反应槽与消化槽这两个槽体中的硫酸根浓度进行独立调整。还可以根据反应过程中的情况添加少量的消泡剂消除泡沫。

反应槽排放出的含氟气体和二氧化碳通过收集设备收集后与消化槽排放出的尾气汇集后通过设置的为尾气洗涤装置洗涤。

风机将收集以后的尾气送入文丘里洗涤器。在文丘里洗涤器中通过喷淋洗涤液来吸收，该洗涤液通过尾气洗涤循环泵送入，使用水来吸收尾气中的HF和经过该过程后生成另一方面由文丘里洗涤器送出的混合介质经过一个切向开孔的管口通入一级尾气洗涤塔的下部。通过设置在该塔中的二层喷淋喷头喷出喷淋液（该喷淋液由一级尾气洗涤系统中循环泵提供）循环吸收，一级洗涤塔塔顶气体送入设置的尾气风机，风机同样经过一个切向开孔的管口通入二级尾气洗涤塔的下部。同样通过该塔中设置的二层喷淋喷头喷出喷淋液（该喷淋液由二级尾气洗涤系统中循环泵提供）循环吸收，为达到在洗涤液中维持一定的氟硅酸浓度的目的，在两级洗涤塔的塔底连续通过设置的一个回收用水泵将洗涤塔中洗涤下来的洗涤液通向滤饼洗涤水槽用做滤饼洗涤水。在两级洗涤塔中连续通入循环水（含氟）及部分的工艺水，最后尾气（其中含有微量的氟）通过设置在流程后面的烟囱排放于大气之中。

三、设备布置需要注意的问题

(1)低位闪冷器应靠近反应槽布置，以便从低位闪冷器回到反应槽的循环料浆管尽量短。

(2)如未设置冷凝循环水池，设计中可将冷凝水收集槽布置在冷却框架的二层，保证冷凝水能自流上塔。

(3)为保证料浆输送泵平稳运行，在反应槽后设置料浆过渡槽，一方面可起到缓存作用，还能增加反应时间。

四、设备防腐需要注意的问题

(1)由于介质腐蚀性比较强，而又有搅拌的存在，所以在反应槽里面要衬上预硫化丁基橡胶和碳砖。

(2)为了增强混凝土的密实性,提高其防腐能力和抗渗能力,在混凝土内掺高效减水剂和膨胀剂,其最佳加入量应根据该产品和水泥品种经试验确定。

(3)萃取槽顶部为抗渗性差的钢筋混凝土结构，施工时应做好防水处理。

(4)衬里施工现场应保持通风和清洁，相对湿度应小于80%，施工温度保持在15～35℃左右，施工过程严禁与水接触。

(5)对于工艺过程中的细节处理、控制过程中的温度以及对耐腐蚀材料的选择会影响着萃取槽的防腐质量。尤其是溜槽口等这样的关键地方（位于萃取槽）必须通过增加耐腐蚀材料的接触面和采用拥有比较高的粘接强度的胶增加密封面的粘接力以确保密封。

五、管道防腐需要注意的问题

(1)对于料浆循环管，鉴于其腐蚀、磨蚀、高温及便于安装等因素，建议使用904L材质；对于反应后料浆，由于温度略有下降，可考虑用衬胶（塑）管道。

(2)虽然使用玻璃钢(FRP)的管道有以下缺点：①脆性大，②柔性差，③不能用于有压力大的场合，④耐候性也不好，⑤使用温度一般不超过80摄氏度。但是玻璃钢(FRP)管道耐腐蚀性能好，管道可以采用机械长丝缠绕工艺，自动化生产程度高，电绝缘、质量轻。因此在尾气管道因为压力和温度都不高，可以选用玻璃钢(FRP)管道，也有效地节约了投资。

六、管道安装需要注意的问题

(1)为了保证真空度，从低位闪冷器回流到萃取槽的管子应该插入到萃取槽的液位以下。

(2)由于磷酸料浆管道中含有一定浓度的固相介质，为了防止管道堵塞，磷酸料浆管道铺设应设置一定的坡度。

(3)由于法兰衬塑钢管不允许切割、焊接，所以法兰衬塑钢管调节段需现场预安装后再衬塑。

(4)磷酸料浆管道应尽量短，料浆泵进口管道除了设置导淋，还应设置冲洗口。

七、结束语

本文介绍了磷酸萃取工艺在工艺及相关专业设计中需要考虑和注意的一些细节问题，对磷酸萃取生产装置的安装工程有一定的指导意义。萃取槽采用预硫化丁基胶和粗颗粒高灰分非浸渍碳砖的复合衬里层结构，从很多磷酸装置的实际运行情况看是一种很好的防腐形式，同时节约了投资成本，值得在磷酸生产中推广应用。

各种材质的管道（如不锈钢、玻璃钢、钢衬胶、钢骨架聚乙烯塑料等）都可以用于磷酸装置中，我们要根据需求和材料特性选择，在优化设计的同时要考虑节约成本。将来将会有新型的材料在磷酸生产中使用，新型材料的使用也将会降低投资的成本，提高生产效益。

[1]花百南，朱礼宏，郭成秀．大型磷酸萃取槽的防腐施工[J]．磷肥与复肥，2002(6)：31-33.

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[3]黄晶．浅谈磷酸生产装置中管道材料的选用[J]．硫磷设计与粉体工程，2014(4)：15-18.

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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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陈显石（）男，汉，贵州东华工程股份有限贵公司，工程师，研究方向：化工工艺。