Реконструкция цеха экстракционной фосфорной кислоты ОАО “ГХЗ”

4 Описание технологической схемы

Производство  экстракционной фосфорной кислоты  состоит из следующих основных стадий:

− прием, хранение и дозирование фосфатного сырья.

− прием, хранение и дозирование серной кислоты.

− прием и дозирование пеногасителя.

− разложение фосфатного сырья смесью серной и фосфорной кислот (экстракция).

− фильтрование экстракционной суспензии.

− удаление, транспортировка и складирование фосфогипса в отвал.

Апатитовый  концентрат по пневмотрубопроводам  через разгрузители поступает в бункер апатита (поз.Е2) объемной вместимостью 526 м³, что обеспечивает 16-ти часовую работу отделения экстракции. Очистка воздуха от пыли из бункера апатита (поз.Е2) осуществляется в пылеулавливающей установке, состоящей из 2-х параллельно работающих циклонов (поз.Х1). Далее воздух направляется в аппарат Дойля (поз.Х3), который орошается оборотной водой от насоса, где пыль улавливается, а очищенный воздух, пройдя брызгоуловитель (поз.Х4), выбрасывается в атмосферу вентилятором ВУ-2. Образовавшаяся суспензия из аппарата Дойля отводится в экстрактор (поз.Р16).Осадительный бункер состоит из двух половин, что обеспечивает бесперебойную работу по дозированию сырья в системе «работа-резерв».

Для предотвращения зависания апатитового концентрата  в бункер через аэрационные плиты  подается воздух для создания режима псевдоожижения.

Из бункера (поз.Е2-1) апатитовый концентрат через течку поступает в бункера (поз.Е8), находящиеся над весовыми ленточными автоматическими дозаторами.

Прием апатитового  концентрата производится в бункер (поз.Е2-1). В бункере осуществляется автоматический непрерывный контроль уровня и сигнализация при достижении максимального уровня.

Серная кислота  из СКЦ-2 массовой долей не менее 92,5% поступает в приемные баки (поз.Е14), объемная вместимость каждого из которых 80 м³.

Из приемных баков серная кислота поступает  в промежуточный бак (поз.Е15), откуда насосом через систему автоматического регулирования расхода

подается в скоростной смеситель (поз.Х17), где смешивается с оборотной фосфорной кислотой плотностью 1190-1230 кг/м³ и вводится в зону разложения.

Для обеспечения  безопасного приема кислоты приемные баки снабжены сигнализаторами верхнего уровня.

Все оборудование приема, хранения и дозирования серной кислоты работает под разрежением 29,4-49 Па, создаваемым ВУ-12.

 

 

 

 

 

 

Пеногаситель  на завод поступает в бочках по 200 кг. Подача бочек, установленных в тару, осуществляется грузоподъемными механизмами с помощью

захвата на площадку бака для приема пеногасителя (поз.Е10). Слив бочек осуществляется с помощью специального устройства, которое установлено на площадке обслуживания. На крышке бака предусмотрены штуцер для установки уровнемера и смотровой люк. Дозировка пеногасителя осуществляется насосом-дозатором объемным расходом 15 дм³/ч. Регулирование расхода пеногасителя осуществляется от АСУ цеха пропорционально расходу фосфорита в экстрактор.

Процесс экстракции фосфата и кристаллизации фосфата  кальция протекает в прямоугольном  секционном экстракторе (поз.Р16) с восемью основными и двумя вспомогательными отсеками с рабочим объемом 730 м³.

Фосфатное сырье  подается в первый отсек экстрактора, смесь серной и оборотной фосфорной кислот – во второй. Реакционная суспензия из отсека (поз.Р16-2) по верхнему перетоку перетекает в отсек (поз.Р16-3), из которого по нижнему перетоку поступает в отсек (поз.Р16-4), двигаясь по синусоидальной траектории до отсека (поз.Р16-8).

Для разрушения пены при работе на смеси апатитового  концентрата и фосфорита в первый и второй отсеки подается пеногаситель «Антиспумин NPK».

Экстрактор  представляет собой железобетонный прямоугольный аппарат с плоским дном, его размеры: 25,187х11,212х6,45 м, изнутри он покрыт эластицидом и футерован углеграфитовыми материалами, в зоне действия перемешивающих устройств установлены экранные донные плиты из спецстали ЭИ-943.

Экстрактор  разделен перегородками на 10 отсеков, из которых восемь – рабочие, девятая – транспортная, предназначенная для установки насосов, а десятая – распределительная емкость, откуда охлажденную в вакуум-испарителе суспензию отправляют частично на фильтрацию, а в основном – в первый отсек на рециркуляцию.

Необходимая интенсивность перемешивания достигается  установкой в каждом отсеке двухъярусной турбинной мешалки, изготовленной из нержавеющей стали ЭИ-943.

Дегазация из экстрактора осуществляется наличием в перегородках дегазационных окон или совмещенных с ними перетоков суспензии. Крышка аппарата защищена химзащитным покрытием.

Основными условиями  ведения процесса экстракции является постоянство температур, образование возможно более крупных и изометрических кристаллов сульфата кальция, что обеспечивается стабильным дозированием реагентов, интенсивным перемешиванием, постоянным концентрационным по массовой доле SО₃ и температурным режимом.

Температура в экстракторе поддерживается 78-80⁰С. Процесс производства экстракционной фосфорной кислоты базируется на извлечении (экстракции) Р₂О₅ из апатитового концентрата в раствор смесью серной и оборотной фосфорной кислотами, который может быть представлен следующими уравнениями реакций:

Са₅F(РО₄)₃ + nН₃РО₄ = 5Са(Н₂РО₄)₂ + (n-7)Н₃РО₄ + НF               (4.1)

Са(Н₂РО₄)₂ + Н₂SО₄ +mН₃РО₄ = СаSO₄ + (m+2)Н₃РО₄                       (4.2)

Фосфатное сырье, подаваемое скребковым конвейером (поз.ПТ12) поступает в отсек (поз.Р16-1) экстрактора в зону движения рециркулирующей суспензии, где реагирует по уравнению (4.1) с образованием монокальцийфосфата (МКФ), который вместе с рециркулирующей суспензией попадает в отсек (поз.Р16-2) в зону действия скоростного смесителя кислот (поз.Х17). МКФ легко реагирует с серной кислотой по уравнению (4.2) с образованием СаSО₄.

Реакция разложения апатитового концентрата экзотермична и требует отвода избыточного  тепла, что осуществляется в процессе вакуум-испарения суспензии и ее многократной циркуляцией в экстракторе.

Экстракционная  суспензия из отсека (поз.Р16-9) двумя погружными насосами подается в вакуум-испаритель (поз.Т5), где за счет испарения воды она охлаждается до температуры 75-78 ⁰С и возвращается в десятый отсек, откуда часть суспензии насосом подается на ленточный вакуум-фильтр (поз.Ф22), а основная часть (кратность циркуляции 6÷8) возвращается в 1-й отсек экстрактора для поддержания нормальной температуры 78-80⁰С.

Количество  суспензии из десятого отсека в первый регулируется скользящим затвором, находящимся на перетоке между десятым и первым отсеком.

Необходимый вакуум 69-78 кПа в тракте вакуум-испарения поддерживается вакуум-насосами.

Паровоздушная смесь с примесью фтористых газов  из вакуум-испарителя (поз.Т5) поступает в промывную башню (поз.К6), орошаемую циркулирующей жидкостью, подаваемой из сборника (поз.Е18) одним из насосов (поз.Н19), а избыток жидкости отводится на орошение промывателя (поз.Х13), а из него по самотечной линии поступает в отделение упарки в сборник.

В промывной  башне происходит улавливание основного  количества фтористых соединений, выделившихся в вакуум-испарителе (поз.Т5).

Из промывной  башни (поз.К6) паровоздушная смесь поступает в поверхностные конденсаторы (поз.К7), где происходит конденсация паров воды и поглощение оставшихся фтористых соединений. Во избежание забивания трубчатки конденсаторов осуществляется промывка их головки водой от насоса. Конденсат из поверхностных конденсаторов вместе с промывной водой поступает в сборник (поз.Е18). Несконденсировавшаяся часть газов отсасывается вакуум-насосом.

Отработанная  вода сбрасывается в горячую камеру 3-го водооборота.

Отсасываемые  из четвертого отсека экстрактора фтористые  газы проходят двухстадийную очистку, вначале в промывателе (поз.Х13) от насоса (поз.Н19) в целях снижения температуры газа и улавливания значительного количества кремнефторидов, а затем в газоулавливающей установке, состоящей из двухступенчатого скруббера «Вентури» (поз.К26) и сепарационной камеры (поз.С27). Орошение скрубберов (поз.К26) осуществляется циркулирующей жидкостью из бака орошающей жидкости (поз.Е28) полупогружным насосом. Подпитка скрубберов (поз.К26) осуществляется оборотной водой из 3-го водооборота. Объемная подача подпитки определяется температурой абсорбционной жидкости скруббера «Вентури». Объемный расход орошающей жидкости на скруббера «Вентури» (поз.К26) составляет 60-120 м³/ч.

Очищенный от фтористых соединений газ вентилятором выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу.

Образующаяся  в экстракторе суспензия представляет собой многокомпонентную систему, от состава и свойства которой зависит фильтрующая способность установки.

Ежечасно  из четвертого отсека экстрактора отбирается суспензия для определения массовой концентрации SО₃ в жидкой фазе, которое должно быть в пределах 28-35 г/дм³. При такой массовой концентрации SО₃ фосфогипс-дигидрат (СаSО₄·2Н₂О) образуется крупнокристаллический и легкофильтрующийся.

При массовой концентрации SО₃ в суспензии менее 25 г/дм³, образуются мелкие кристалллы, при большом избытке–длинные игольчатые кристаллы которые легко ломаются, при этом фильтрация в обоих случаях ухудшается. Готовая суспензия одновременно откачивается из отсека (поз.Р16-9) насосом в ЦДС и при производстве экстракционной фосфорной кислоты насосом подается на фильтрацию ленточного вакуум-фильтра (поз.Ф22).

Разделение  суспензии на фосфогипс и экстракционную фосфорную кислоту с массовой долей не менее 28 % Р₂О₅ осуществляется на ленточном вакуум-фильтре (поз.Ф22) с отмывкой фосфогипса от Р₂О₅ фильтратами различной концентрации и водой для уменьшения потерь фосфорной кислоты. Разрежение на вакуум-фильтре создается и поддерживается в пределах 0,05-0,055 МПа вакуум-насосами.

Суспензия из 10-го отсека экстрактора (поз.Р16) с температурой 75-78⁰С насосом подается через систему автоматического регулирования расхода на питающий желоб (поз.Х23), откуда непрерывно равномерно распределяется по ленте вакуум-фильтра (поз.Ф22).

Ленточный вакуум-фильтр представляет собой аппарат непрерывного действия, в котором направления силы тяжести и движения фильтрата совпадают.

Опорная резиновая  лента с прорезями и бортами  перемещается по замкнутому пути при помощи приводного и натяжного барабанов. Фильтровальная ткань в виде бесконечной ленты прижимается к опорной резиновой ленте при натяжении роликами.

После того, как осадок прошел зоны фильтрования и промывки он сбрасывается и попадает в бункер (поз.Е32).

Лента, освобожденная от фосфогипса, проходит под оросительным устройством, где происходит отмывка полотна фильтра горячим конденсатом.

После промывки полотна лента возвращается в исходное рабочее положение и вентилятором ткань осушается.

При работе ленточного вакуум-фильтра лента последовательно проходит под:

− питающим желобом суспензии, где происходит равномерная ее загрузка экстракционной суспензией;

− желобом 1-й промывки (поз.Х23), где фосфогипс промывается смесью фильтратов после 2-й и 3-й промывок, подаваемой полупогружным насосом из приемного бака (поз. Е38-3) в режиме автоматического регулирования расхода, который составляет 10-25 м³/ч;

− желобом 2-й промывки, где фосфогипс отмывается от Р₂О₅ горячей водой после отмывки полотен из сборника (поз.Е35) насосом в режиме автоматического регулирования расхода, который составляет 30-60 м³/ч;

− желобом 3-й промывки, где фосфогипс отмывается горячим фторным конденсатом, подаваемым из бака воды отделения упаривания полупогружным насосом. Объемный расход воды 10-30 м³/ч.

После промывки фосфогипса водой фосфогипс сбрасывается в бункер (поз.Е32).

Для обеспечения  полной выгрузки и выдувания мелких кристаллов фосфогипса из пор фильтровальной ткани подается сжатый воздух. Фосфогипс отделяется от ткани, разбивается рассекателем, расположенным в бункере (поз.32) и ленточным питателем (поз.ПТ34) через поворотную течку (поз.Х36) подается на ленточный конвейер (поз.ПТ37).

Таким образом, фильтровальная поверхность регенерирована и рабочий цикл повторяется.

Во время вращения ленты происходит отделение:

− предварительного отбора экстракционной кислоты массовой долей не менее 28% через сепаратор (поз.С30-1) в приемный бак (поз.Е38-1);

− продукционного отбора кислоты массовой долей  не менее 28% Р₂О_5,  через сепаратор (поз.С30-1) в бак (поз.Е38-1);

− фильтрата после первой промывки, массовой долей не менее 12% Р₂О₅  через сепаратор (поз.С30-2) в приемный бак (поз.Е38-2);

− фильтрата после второй промывки фосфогипса, массовой долей не более 6% Р₂О_{5 ,} через сепаратор (поз.С30-2) в приемный бак (поз.Е38-3);

− фильтрата после третьей промывки фосфогипса, массовой долей не более 1,5% Р₂О_5, через сепараторы (поз.С30-3) в приемный бак (поз.Е38-3).

Из приемных баков (поз.Е38-1,2,3) фильтраты перекачиваются насосами, в зависимости от назначения. Так, смесь части продукционной фосфорной кислоты и фильтрата после первой и второй промывок в виде оборотной фосфорной кислоты (раствора разбавления) из приемного бака (поз. Е38-2) насосом подается в скоростной смеситель кислот, где, смешиваясь с серной кислотой, вводится во второй отсек экстрактора.