Реконструкция цеха экстракционной фосфорной кислоты ОАО “ГХЗ”

Масса суспензии, поступающей на фильтрацию, определяется, исходя из заданного соотношения Ж:Т = 3:1. Следовательно, масса еe, подлежащая фильтрации, составит

где 54612,64 – масса твердой фазы в суспензии, кг/ч.

Масса жидкой фазы суспензии, поступающей на фильтрацию

Масса жидкой фазы, оставшейся в фосфогипсе после фильтрации (до промывки)

где 47 – содержание жидкой фазы в  гипсе после фильтрации (до промывки), %.

Принимаем, что при фильтрации испаряется 219,27 кг воды (см. расчет фильтрации и промывки). Количество фильтрата составит

в котором содержание Р₂О₅

Такое же количество Р₂О₅ находилось до фильтрации в 115188,57+219,27 = 115407,84 кг/ч жидкой фазы. Таким образом в 48430,078 кг/ч жидкой фазы, оставшейся в фосфогипсе, содержится

Всего в жидкой фазе, поступившей на фильтрацию, имеется

Следовательно, количество Р₂О₅, которое должно быть введено на экстракцию с промывным раствором, составит

где 202,82 – количество Р₂О₅, уходящее с гипсом в жидкой фазе, кг/ч.

Количество  Р₂О₅, которое должно быть введено на экстракцию с оборотной кислотой,

где 10204,10 – количество Р₂О₅, поступившее с апатитовым концентратом, кг/ч; 293,54 – количество Р₂О₅, перешедшее в твердую фазу, кг/ч.

Следовательно, количество оборотной фосфорной  кислоты, вводимой на экстракцию, в пересчете на 28% по Р₂О₅ будет

Количество  промывного раствора, которое должно быть введено на экстракцию,

где 177143,32 – количество суспензии, поступающей на фильтрацию, кг/ч;

       256,42 – количество газообразной фазы, кг/ч;

        8145 – количество влаги, испаряющейся в вакуум-испарителе, кг/ч (принимается и проверяется тепловым расчетом, см. 5.2.2);

        26460,81 – количество апатитового концентрата, кг/ч;

        42046,17 – количество серной кислоты, поступающей на разложение, в пересчете на 56%, кг/ч.

Концентрация  промывного раствора

Количество  циркулирующей суспензии при кратности циркуляции 1:8 составит 218450,75∙8 = 1739459,48 кг/ч.

Материальный баланс экстрактора представлен в таблице 5.6.

Таблица 5.6 –  Материальный баланс экстрактора

Приход		Расход
статья	кг/ч	статья	кг/ч
Апатитовый концентрат H2SO4 (56%) Промывной раствор Оборотная Н3PO4 Циркулирующая суспензия	32252,80 52818,48 54502,44 87343,96 1739459,48	Суспензия в вакуум-испаритель Газовая фаза	1974200,04 322,12
Итого	1974522,16	Итого	1974522,16

 

5.1.3 Материальный расчет вакуум-испарителя

В соответствии с тепловым балансом в вакуум-испарителе для снижения температуры суспензии с 70 до 65ºС необходимо испарить 8145 кг/ч воды. В вакуум-испаритель поступает 1974200,04 кг/ч суспензии. Уходит из вакуум-испарителя

Из вакуум-испарителя суспензия направляется на фильтрацию, а большая часть возвращается в экстрактор для циркуляции. Количество циркулирующей суспензии 1747604,48 кг/ч, а суспензии, направляемой на фильтрацию

Материальный баланс вакуум-испарителя приведен в таблице 5.7.

Таблица 5.7 –  Материальный баланс вакуум-испарителя

Приход		Расход
статья	кг/ч	статья	кг/ч
Суспензия из экстрактора	1974200,04	Суспензия на фильтрацию           Суспензия на циркуляцию Испаряется воды	226595,56 1739459,48 8145
Всего	1974200,04	Всего	1974200,04

5.1.4 Материальный расчет  фильтрации

Большое значение в работе цеха экстракционной фосфорной  кислоты имеет разделение суспензии  на фосфогипс и экстракционную фосфорную кислоту путем фильтрации с отмывкой фосфогипса от Р₂О₅ фильтратами различной концентрации водой для уменьшения потерь фосфорной кислоты. С этой целью используются фильтры.

В настоящее  время на ОАО «Гомельский химический завод» в цеху экстракционной фосфорной кислоты установлен карусельный вакуум-фильтр. Его технические характеристики: поверхность фильтрования 80 м², рабочее давление 0,035 МПа, масса 90 т., интенсивности 434 кг/ч фосфогипса с 1 м² фильтра, коэффициента отмывки – 0,97. Однако он имеет ряд недостатков, а именно: сложность конструкции фильтра, так как присутствует большое количество подвижных и вращающихся деталей и механизмов, что приводит к преждевременному их износу и поломкам, а это в свою очередь влечет простои производства и незапланированные ремонты. Сюда же следует отнести громоздкость, излишнее энергопотребление и износ оборудования. Регулируемая площадь поверхности осадка, через которую проходит воздух при его просушке, во-первых, увеличивает разрежение в вакуумной камере и, во-вторых, уменьшает энергозатраты. Низкая конечная влажность (не более 28%) обезвоженного осадка и пониженные энергозатраты являются существенными достоинствами ленточных вакуум-фильтров.

Целью данного  дипломного проекта является замена карусельного вакуум-фильтра на ленточный  вакуум-фильтр. Преимущества нового фильтра  заключаются в следующем: увеличение рабочей фильтрующей поверхности на 10 м², что позволит увеличить интенсивность до 493 кг/ч с м² фильтрующей поверхности. За счет более совершенной конструкции снизятся объемы подсасываемого воздуха. Уменьшение объемов потребления электроэнергии, увеличение степени отмывки фосфогипса от кислоты, за счет присутствия четырех зон фильтрации и трех промывок, приведет к уменьшению себестоимости продукции.

Исходные  данные для материального расчета представлены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 –  Исходные данные

Количество суспензии, поступающей  на фильтрацию, кг/ч Количество жидкой фазы в  фосфогипсе, уходящем с фильтра, % Степень отмывки фосфогипса  от Р2О5  Количество продукционной Н3РО4 с содержанием 28% Р2О5, кг/ч Количество Н3РО4 (28% Р2О5), возвращаемой на циркуляцию, кг/ч Количество промывной  воды (24,5% Р2О5), возвращаемой в цикл, кг/ч Количество воды, испаряющейся в процессе фильтрации (определяется тепловым расчетом, см. 5.1.5), кг/ч	226595,56 40 0,98 40301,25 87343,96 54502,44 767,10
Количество влажного фосфогипса, удаляемого с фильтра, кг/ч: твердая фаза жидкая фаза                                                                       54612,64∙40/60=	54612,64 36408,43
Итого фосфогипса	91021,07

Содержится  Р₂О₅ в фосфогипсе (в кг/ч) в твердой фазе 1534,57 в жидкой фазе 256,49, всего 1796,18.

Воды в  жидкой фазе 36408,43 – 353,87 = 36054,56 кг/ч, где 353,87 – количество фосфорной кислоты, уходящее с гипсом, кг/ч.

Состав фосфогипса представлен в таблице 5.9.

Таблица 5.9 –  Состав фосфогипса

Компоненты	кг/ч
СаSO4∙2H2O FePO4 AlPO4 CePO4 Нерастворимый остаток H2O	51557,59 539,25 1165,46 548,38 1155,76 36054,56
Итого	91021,07

Содержание  Р₂О₅ в гипсе

Количество  влажного гипса, получающегося на 1000 кг фосфорной кислоты (28% Р₂О₅),

Количество  воды, которое необходимо подать на промывку фосфогипса, определяется из следующих данных, представленных в таблице 5.10:

Таблица 5.10 – Данные для расчета

Поступает в систему, кг/ч : Апатитового концентрата Н2SО4(56%)	32252,80 52818,48
Всего	85071,28
Уходит из системы, кг/ч : Влажный фосфогипс Продукционная H3PO4 Газообразная фаза Испаряется воды в вакуум-испарителе Испаряется воды при фильтрации	91021,07 40301,25 322,12 8140,00 767,10
Всего	140551,54

Необходимо  подать воды на промывку фосфогипса

Материальный баланс фильтрации представлен в таблице 5.11

Таблица 5.11 – Материальный баланс фильтрации

Приход		Расход
статья	кг/ч	статья	кг/ч
Суспензия из вакуум-испарителя Вода на промывку фосфогипса	226595,56   55480,26	Продукционная  H3PO4 Фосфогипс H3PO4 на циркуляцию Промывная вода в цикл Испарилось воды в процессе фильтрации	40301,25 91021,07 87343,96 62642,44   767,10
Итого	2802075,82	Итого	2802075,82

5.1.5 Расчет испарения  влаги из суспензии в процессе фильтрации

Работает вакум-фильтр следующим образом: подлежащая обезвоживанию суспензия по питающему лотку поступает на движущееся с дренажной лентой фильтровальное полотно. Жидкость (фильтрат) под действием гравитации и главным образом вакуума в вакуумной камере перемещается через фильтровальное полотно в канавки дренажной ленты и далее через продольный ряд отверстий в дренажной ленте в вакуумную камеру, из которой удаляется за пределы вакуум-фильтра. Твердые частицы задерживаются на фильтровальном полотне, образуя слой осадка, поры, между частицами которого заполнены жидкостью. В зоне просушки через осадок под действием разрежения в вакуумной камере проходит воздух, вытесняющий из пор жидкость, которая транспортируется воздушным потоком по канавкам рифленой стороны дренажной ленты и далее через продольный ряд отверстий в дренажной ленте в вакуумную камеру.

Исходные представлены в таблице 5.12.

Таблица 5.12 – Исходные данные

Количество жидкой фазы в фосфогипсе по зонам, % : 2 зона (1 промывка) 3 зона (2 промывка) 4 зона (3 промывка) Концентрация Р2О5 в промывной воде (фильтрат) по зонам принимается следующая (опытные данный НИУИФа), % : В промывной воде, выходящей  из 4 зоны (3 промывка) и поступающей в 3 зону (на 2 промывку) В промывной воде, выходящей  из 3 зоны (2 промывка) и поступающей во 2 зону (1 промывку) Концентрация Р2О5 в жидкой фазе, оставшейся с гипсом, по зонам, % : 2 зона (1 промывка) 3 зона (2 промывка) 4 зона (3 промывка) Количество фосфогипса, снимаемого с фильтра (в пересчете на сухое вещество),  кг/ч

44 42 40   4,11       11,8           21,5 7,94 0,7 44285,83

Количество  отсасываемого воздуха через  фильтр, по дынным НИИХИММАШа, составляет 0,94 нм³/мин на 1 м² фильтрующей поверхности, или 0,58∙60 = 34,6 нм³/ч на 1 м².

При съеме 493 кг/ч фосфогипса (в пересчете на сухое вещество) с 1 м² фильтрующей поверхности необходимая поверхность фильтрации составит

Количество  отсасываемого воздуха

Для расчета  принимаем, что воздух через все  зоны отсасывается в равных количествах