第四章二水物湿法磷酸工艺计算1 工艺计算基础数据(1) 原料表4.1 磷矿成分组成表（干基）(2) 硫酸：选浓度为98%的H2SO4。
2 反应部分工艺数据(1) 磷矿浆的含水率取36%(湿基)。
(2) 磷矿浆中P2O5的萃取率96.5%。
(3) 磷矿中次要组分在反应过程中的分配如下：表4.2磷矿中次要组分在反应过程中的分配表3.过滤部分工艺数据(1) 成品磷酸主要组成：P2O5 25%。
(2) 过滤时对成品磷酸的稀释率取0.5%。
(3) P2O5的回收率取96.0%。
(4) 率饼的含液量(湿基)1.第一次过滤50%2.第二次过滤40%3.第三次过滤35%4.第四次过滤29%(5) 第二次过滤后水溶性P2O5残留率R 1=氧化二磷洗涤前率饼中水溶性五五氧化二磷洗涤后率饼中水溶性 =0.3(6) 第三次洗涤后水溶性P 2O 5残留率R 2=氧化二磷洗涤前率饼中水溶性五五氧化二磷洗涤后率饼中水溶性 =0.15(7) 第四次过滤后水溶液中P 2O 5浓度为1.13%4 计算过程及结果 以1000Kg 磷矿(干基)为准: 1）磷矿用量：1000kg(干基) 磷矿浆量:5.1562%)361(1000=-kg已知成品磷酸为80万t/a ，折成小时磷矿消耗量为：干基量4201022.5300100.995/(130.56%96%)t h ⨯⨯=⨯⨯ 矿浆量100.995157.805/(136%)t h =- 2）硫酸用量(1) 假定磷矿中的MgO 全部以MgCO 3形式存在,多余的CO 2则以CaCO 3形式存在，矿中的F 及P 2O 5分别以Ca 5F(PO 4)3及CaF 2形式存在。
MgCO 3与H 2SO 4反应生成MgSO 4，而MgSO 4在磷酸溶液中呈离子状态，故计算成品磷酸中游离硫酸时将MgSO 4计入，而计算硫酸消耗时不再列入。
假定成品磷酸中不含Ca 2+。
（2）计算1000Kg 磷酸矿中各种Ca 的量。
Ca 5F(PO 4)3的量：1000⨯103⨯30.56%⨯1421⨯32=1434.742mol 2CaF 的量：（31100010 3.2%1434.74219⨯⨯⨯-）⨯0.5=124.735 mol 3MgCO 的量：311000100.76%188.53940.31⨯⨯⨯= mol 3CaCO 的量：31100010 2.91%188.53944⨯⨯⨯-=472.825 mol(3) 各种钙盐消耗硫酸量：Ca5F(PO4)3的消耗量1434.74296.5%5981000⨯⨯⨯=678.418kg2CaF的消耗量：124.7359812.2241000⨯=kg3CaCO消耗量：472.8259846.3371000⨯=kg(4)成品酸中的游离硫量1100032.2%96.5% 2.9%96.5%33.01125%⨯⨯⨯⨯⨯=kg(5)消耗硫酸总计678.41812.22446.33733.011769.99+++=kg 折算成98%的Ｈ2SO4为：1769.99785.70498%⨯=kg折算成SO3的量为：1769.9980628.56398⨯⨯=kg3）成品磷酸组成：(1)成品磷酸中个组分量P2O5=100030.56%96.5%294.904⨯⨯=kgSO3=11100032.2%96.5% 2.9%96.5%8026.94825%98⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=kgFe2O3=10000.66%91% 6.006⨯⨯=kg Al2O3 =10000.57%82% 4.674⨯⨯=kg SiO2=100011.32%10%11.32⨯⨯=kg K2O=10000.18%13%0.234⨯⨯=kg Na2O=10000.32%20%0.64⨯⨯=kg MgO=10000.76%98%7.448⨯⨯=kg F=1000 3.2%70%22.4⨯⨯=kg其他=10000.75%68% 5.1⨯⨯= kg （2）总磷酸量：294.9041179.61625%= kg（3）成品磷酸中水的计算在磷酸中的水可以分为自由水和结合水两种，结合水的计算采用阴阳离子平衡方法。
非金属和其他氧化物：52O P SO 3 SiF 4 F 等。
金属及其他氧化物：Fe 2O 3 Al 2O 3 MgO Na 2O K 2O 等。
判断F 与Si 是否平衡，首先判断磷酸中F 与Si 是否平衡，如果是Si 过量，则酸中F 以SiF 62-的形式存在，多余的Si 以SiO 2的形式存在，如果是F 过量，则酸中Si 全部以 SiF 62-的形式存在，多余的F 以F -形式存在。
FSiO M :M 2=11.3260.10.16022.419=＜0.1667 说明F 过量。
阴离子组 物质的量：P 2O 5 =1294.904612.461142⨯⨯=kmol SO 3=1226.94820.67480⨯⨯⨯= kmolSiO 2=111.3220.37760.1⨯⨯= kmolF=11.321[22.4(619)]10.04960.119-⨯⨯⨯⨯= kmol小计：13.561 kmol 阳离子组物质的量：Fe 2O 3=16.00660.231159⨯⨯= kmolAl 2O 3=14.67460.273102⨯⨯= kmol MgO=17.44820.37040.31⨯⨯= kmol Na 2O 、K 2O 及其他物质的量均用Na 2O 的值代替1(0.640.234 5.1)20.19362++⨯⨯= kmol小计：1.067 kmol结合水量：113.5611.06718112.4462-⨯⨯=（）kg由于在计算干物质时以氧原子代替SiF 62-、F -等形式等量的氧为：SiO 2→SiF 6→O116(11.32142.1) 3.01460.1142.1⨯⨯⨯=kgF→O 11(22.411.32619)160.39160.1192-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯kg小计 ：3.405 kg总干物质的量：294.904+26.948+6.006+4.674+11.32+0.64+0.234+7.448+22.4+5.1+112.446-3.405=488.715 kg自由水量：1179.6-488.715=690.885 kg（4）成品磷酸组成：表4.3成品磷酸组成表以上合计 100.766 调整-0.766，总计100 4 磷石膏组成（1）磷石膏的组成量（kg ）CaO =100048.86%488.6⨯=P 2O 5=()100030.56%196.5%10.696⨯⨯-=SO 3=()1678.41812.22446.33780601.61598++⨯⨯= Fe 2O 3=10000.66%90%0.594⨯⨯= Al 2O 3=10000.57%18% 1.206⨯⨯= SiO 2=100011.32%87%98.484⨯⨯= Na 2O=10000.32%80% 1.84⨯⨯= MgO=10000.76%2%0.152⨯⨯= K 2O=10000.18%87% 1.566⨯⨯= F=10003.2%13% 4.160⨯⨯=其他=10000.75%32% 2.4⨯⨯= 结晶水()1678.41812.22446.337182270.76798++⨯⨯⨯= （2）干物质中扣除与F 相当的氧的物质的量为：F→O 14.16161.751192⨯⨯=⨯kg（3）干物质总两量为：488.6+10.696+601.615+0.594+1.026+98.484+0.152+1.84 +1.566+4.16+2.4+270.767-1.751=1480.149 kg（4）磷石膏的组成表4.5磷石膏的组成表以上合计100.1，调整-0.1，总计1005 反应料浆量反应后磷酸料浆中固体含量即干物质总量为1480.149 kg 已知料浆含固量为33%所以料浆量：1480.1494485.333%= kg6.反应过程中排出气体的量，排出气体含CO 2、HF 、SiF 4和H 2O 。
各组分的量分别为： CO 2：1000 2.91%29.1⨯= kgSiF 4：1100011.32%3%104 5.87760.1⨯⨯⨯⨯= kg HF ：11[1000 3.2%17%100011.32%2%4]201.2061960.1⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=（）（） kg反应槽排出的水与闪蒸冷却蒸发水的计算，假定其总和为S=164.35 kg7.回磷酸量及其组成： (1) 对反应槽进行物料衡算，则有回磷酸量+磷矿浆量+硫酸量=磷酸料浆量+反应过程中排出的气体量+闪蒸冷却水量+反应槽蒸发水量回磷酸=4485.3+(29.1+5.877+1.206)-1562.5-785.704+S=2173.279+170.34=2343.619 kg(2) 对反应槽进行P 2O 5平衡1[(4485.31480.149)(25%0.5%)100030.56%96.5%]20.115%2343.619-⨯+-⨯⨯⨯=(3) 假定回磷酸是由成品磷酸稀释而成，故回磷酸组成（%）如下：表4.6 回磷酸组成表8 热平衡计算数据 (1) 物料温度：磷矿浆 40℃ 磷酸料浆温度 78℃ 回磷酸 62℃98% H 2SO 4 40℃磷酸料浆闪蒸冷却温差2.7℃萃取槽尾气65℃(2) 大气参数：环境温度 15℃ 相对湿度 78% 大气压 91.9KPa(3) 比热容干磷矿粉比热容：0.92 KJ/(kg ·℃) 矿浆比热容：0.9264% 4.184(164%) 2.095/()KJ kg ⨯+⨯-=g ℃98%硫酸比热容：239.61714.3870.98 6.1540.98 1.86010(4020) 1.466/()p C KJ kg -=-⨯+⨯+⨯⨯-=g ℃磷酸料浆比热容：24.184 4.97825.5%0.38825.5% 2.940/()p C KJ kg =-⨯+⨯=g ℃回磷酸比热容：24.184 4.97820.115%0.38820.115% 3.198/()p C KJ kg =-⨯+⨯=g ℃ (4) 生成热 （25℃ KJ/mol ）Ca 5F(PO 4)3(s)-6813.8 Fe 2O 3(s) -824.80H 2O (l) -286.03FePO 4(s)-1297.0CaSO 4.2H 2O (s) -2022.47 Al 2O 3(s) -1676.80MgCO 3(s) -1113.68 AlPO 4(s) -1735.0 MgSO 4(s) -1278.88CaCO 3(s)-1207.68 HF (g) -271.30 CO 2(g) 393.77 CaF 2(s)-1215.40 SiF 4(g) -1549.10 SiO 2(s)-909.66H 2SiF 6(g)-2332.88 H 2SO 4(l)(100%)-909.8759 显热热量平衡计算的温度基准25℃，单位KJ(1) 磷矿浆 2.0951562.5(4025)49101.563KJ ⨯⨯-=(2) 98%硫酸 1.466769.99(4025)16932.080KJ ⨯⨯-= (3) 回磷酸 3.1982343.619(6225)277345.206KJ ⨯⨯-= (4) 搅拌产生热量：搅拌桨装机功率850kW18503600=30298.530100.995KJ ⨯⨯10 热损失计算反应槽和过滤热量损失为5%(49101.56316932.080277345.20630298.530)0.0518683.869KJ +++⨯= 11硫酸的稀释热假如在反应过程中加入反应器的浓硫酸先稀释到料浆液相的硫酸根浓度，然后再与磷矿反应。