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    磷肥的生产工艺流程及设备介绍

    作者:重工机械设备网 日期:2017/6/30 10:30:03 人气:
    磷是一种用途十分广泛的化工原料性产品,在国民经济中占有重要地位;屏仔灾驶钇,化合性强,可生产出多种产品,目前全世界一半以上的黄磷主要用于制成磷酸和磷酸盐,应用于肥料工业、洗涤剂、食品工业、医药工业、农药和电子工业、纺织、玻璃、冶金和陶瓷等行业,对磷酸盐的需求也日益增加。此外,黄磷的化合物可制成燃烧弹和烟幕弹等,在国防上占有一定地位。

    一、磷酸的生产工艺:
    1. 热法:电炉制磷→黄磷燃烧→吸收并水解→磷酸
    2. 湿法:
    用无机酸分解磷矿制得:常用硝酸、盐酸、硫酸、氟硅酸
    Ca5(PO4)3F+10HNO==3H3PO4+HF+5Ca(NO3)2
    Ca5(PO4)3F+10HCl ==3H3PO4+HF+5CaCl2
    Ca5(PO4)3F+5H2SO4==3H3PO4+HF+5CaSO4.nH2O
    Ca5(PO4)3F+5H2SiF6==3H3PO4+HF+5CaSiF6.2H2O

    由于硫酸钙溶解度很小,容易和磷酸分离,所以湿法磷酸实际上是指硫酸分解磷矿制得的磷酸。
    1.电炉法黄磷生产原理
    a. 磷矿石还原的主要反应:
    2Ca5(PO4)3F+15C+6SiO2===3P2+15CO+3Ca3Si2O7+CaF2
    6CaF2+7 SiO2===3SiF4+ 2Ca3Si2O7
    b. 副反应:
    Fe2O3+3C==2Fe +3CO 4Fe+P2==2Fe2P
    CaCO3== CaO+CO2 CO2+C==2 CO
    MgCO3==MgO+ CO2 8CO2+P4==P4O8+8 CO
    2.电炉法黄磷生产工艺条件

    磷矿石品位、粒度:
    我国磷矿石中五氧化二磷的含量 :25%~33% ,30~32
    磷矿石粒度一般控制在4~35mm之间;

    焦炭的用量、粒度:
    1. 粒度:焦炭3540℃才汽化,所以电炉中是一种液固相反应过程,两相间接触面积是反应的控制因素,粒度小有利于反应,但过小使炉料透气性下降,部分焦炭富集,不利于电炉操作。一般控制为磷矿粒度的1/2~1/3,约4~15mm。
    2. 用量:焦炭用量直接影响炉渣含磷量。炉渣含磷量小,所需焦炭就多。若过剩焦炭多,则会增加炉料导电性,电极上移,炉气温度上升,炉底温度下降,出渣困难,一般控制炉渣含磷量0.85~1.0%。
    3. 硅石用量:硅石用作助溶剂,炉渣熔点为SiO2/ CaO的重量比所决定。
    若>1.07称为酸性炉渣,若100min
    4. 塔出口尾气温度:99%
    5.磷的精制
    1. 少数粉尘分散在冷凝下来的液体磷中,为满足黄磷产品质量标准,必须进一步精制。
    2. 磷液体密度1.75g/cm3,大于杂质的密度,有足够的时间,就能使磷与杂质分开,也可加入适当助剂提高精制效率。(如硅藻土)
    3. 精制时一般控制温度,破坏磷和杂质的胶状结构。
    4. 精制时常采用间接蒸气加热,热水搅动(60~70 ℃)

    5. 精制时间:60~80℃下,一般需要16小时以上。

    热法黄磷生产工艺流程

    热法黄磷生产工艺流程

    6.热法磷酸生产工艺
    1. 完全燃烧法:(一步法)
    电炉出来的含元素磷的炉气直接燃烧,炉气中CO也一起燃烧:
    P4+10CO+10O2==2P2O5+10CO2+△
    2P2O5+2H2O == 4HPO3
    HPO3+H2O == H3PO4
    此法因热利用差(磷酸酐强腐蚀,大量反应热无法利用)工业上未被采用。
    2. 液态磷燃烧法(二步法)
    1. 工业常用流程,第一种:黄磷燃烧→五氧化二磷→水冷却、吸收→磷酸,又称水冷流程。
    2. 第二种:黄磷燃烧→五氧化二磷→冷磷酸冷却、吸收→磷酸,又称酸冷流程。
    3. 热法磷酸一般含>85%磷酸,浓度高、质量纯,是食品、医药工业用磷酸的主原料。
    4. 热法磷酸用元素磷生产,1吨元素磷(可产1.38吨100%磷酸),需耗电~KWH,属高能耗产业。

    7.湿法磷酸生产工艺
    随料浆温度、磷酸浓度、硫酸用量等条件不同,硫酸钙水合物有三种形态:CaSO4.2H2O、 CaSO4.1/2H2O、 CaSO4,生产流程有如下几种:
    ①.二水物流程:分多槽或单槽流程,无回浆和有回浆流程,真空冷却和空气冷却流程。产品一般含28~32%的P2O5,磷总回收率:93~97%。各国广泛应用
    ②.半水-二水物流程: 先使CaSO4形成半水物结晶,后再水化重结晶为二水物 磷总回收率:98~98.5%
    ③.二水-半水物流程:磷总回收率:99%左右
    ④.半水物流程:可得高浓度磷酸40~50% P2O5,可直接生产磷酸铵或重钙,已建成1300T/d P2O5的大厂。

    二、磷肥分类

    2. 按化学组成分:单一、二元、三元磷肥(P、N、K)。
    3. 按可溶性分:水溶性、枸溶性(柠檬酸铵、柠檬酸)。
    4. 按有效物浓度分:低浓度(60%),超高浓度(>100%)。
    5. 二元、三元磷肥按生产方法可分为:
    复合肥料、复混肥料、混合肥料。
    复合肥料:原料一次化学加工而成,如磷酸铵、硝酸铵
    混合肥料:由单一肥料通过机械掺混而成

    磷肥主要品种
    1. 水溶性磷肥:
    ①过磷酸钙〖Ca(H2PO4)2.H2O+CaSO4〗我国磷肥中占70%。
    硫酸+磷矿粉制得,含有效P2O5 15~21%,水分8~14%
    ②重过磷酸钙〖Ca(H2PO4)2.H2O 〗:
    磷酸+磷矿粉制得,含有效P2O5 41~45%,水分5~7%
    ③磷酸铵〖NH4H2PO4或(NH4)2HPO4 〗:
    氨中和磷酸制得的二元复合磷肥,磷酸二铵类磷肥含有效P2O5 46%,占Gg外磷肥总量的70%,属高效复合肥。
    ④冷冻法硝酸磷肥:硝酸分解磷矿→冷冻分离硝酸钙→氨中和制得的二元复合磷肥,含有效P2O5 23%。
    ⑤偏磷酸铵〖NH4PO3〗:含有效P2O5 70%以上,是目前含N P有效成分较高的二元复合肥。

    2. 枸溶性磷肥:
    ①碳化法硝酸磷肥: 〖CaHPO4+CaCO3+NH4NO3〗
    硝酸分解磷矿→CO2和氨中和制得的二元复合磷肥,含有效P2O5 15%,含N 15 % 。
    ②钙镁磷肥:一定比例的磷矿粉、蛇纹石、焦炭经熔融、水淬制得。产品中含有效P2O5 12~20%,含水0.5 % 。
    ③钢渣磷肥:〖Ca3(PO4)2.Ca2SiO4 〗:含磷高的生铁在碱性炼钢炉中炼钢时的钢渣磨制而成,含有效P2O5 12~18%。
    ④脱氟磷肥:水蒸气存在下烧结和熔融磷矿粉制得,含有效P2O5 20~36%,含氟低可做饲料添加剂。
    ⑤矿粉肥:在水中几乎不溶,但在2%柠檬酸中可溶,所以在酸性土壤中有一定肥效,一般80~100目。
    2. 其它磷酸盐-三聚磷酸钠
    三聚磷酸钠(STPP:Na5P3O10)
    ①由于其对表面活性剂有良好的协和作用,能增强洗涤剂效果,对钙镁能很好的络合,消除水的硬度,能悬浮、分解、乳化油污,成为洗涤剂的优良助剂。在洗涤剂配方中用量:10~85%,是除磷肥外产量较大的磷酸盐。
    ②STPP:密度0.35~0.90g/cm3,熔点622℃
    ③STPP有三种结晶:1型450~600℃稳定,2型417℃时2型很快转为1型。
    ④第三种是Na5P3O10.6H2O在温度>100℃降解为焦磷酸盐和磷酸盐。

    a.三聚磷酸钠生产流程

    三聚磷酸钠生产流程
    b.三聚磷酸钠工艺指标
    化学反应方程:
    中和反应:
    3H3PO4+2.5Na2CO3+nH2O== 2Na2HPO4+ NaH2PO4+(n+2.5)H2O +2.5CO2↑
    合成反应:2Na2HPO4+ NaH2PO4===Na5P3O10+2H2O
    中和度= ×100=66.67%
    1. 中和度< 66.67% 表明NaH2PO4过;嵊衅姿崮粕桑
    NaH2PO4== NaPO3+3H2O
    2. 中和度> 66.67% 表明Na2HPO4过;嵊薪沽姿崮粕桑
    Na2HPO4 =Na4P2O7 + H2O
    Na/P=5/3=1.67
    3. 其它磷酸盐-磷酸氢钙
    a. 磷酸氢钙又称磷酸二钙,含P2O5:52.5%
    b. 是较好的饲料添加剂,占饲料磷酸盐总量的70%。
    c. 以湿法磷酸为原料的二段中和法:
    d. 因热法酸成本高,常采用湿法磷酸作为生产原料。

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