磷石膏复分解制硫酸铵的工艺研究

本文由zhehaishi贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。硫磷设计与粉体工程　４?　Ｓ　Ｐ＆ＢＨＲＩＴＤＥＧＮＥＩＧＭ　ＥＡＥ　ＮＩＥＲＮ　２００９年第４期　磷石膏复分解制硫酸铵的工艺研究　解　田，　佳，白玉，　刘　李　隋岩峰　邱树毅　，（、１瓮福（集团）有限责任公司，贵州福泉５００；、５５１２贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳５００）５０３　摘要：采用单因素试验，进行了以磷石膏为原料复分解反应制备硫酸铵的试验，考察了反应时间、　反应温度、加料速度、液固比、物料比［（Ｏ一／（Ｏ一］ｎＣｊ）ｎＳ　）和搅拌器转速对反应的影响。通过正交试验　优选，确定了最佳工艺条件：反应时间为１０ｍｎ反应温度为４０　ｉ，５℃，搅拌器转速为１０ｒｍｎ物料比［　５　ｉ，／ｎ（Ｏ一／（Ｏ一］１１，Ｃ；）ｎＳ　）为．５液固比（质量计）．，为２９加料速度为３　ｍｎ６ｉ。在最佳工艺条件下，磷石膏　中Ｓ　Ｏ一的平均转化率为９．８。８９％　关键词：磷石膏；酸铵；硫因素；影响；工艺条件优化；试验　中图分类号：Ｑ７．７　Ｔ１７３５文献标识码：　Ａ文章编号：０９一ｔ０（０９０００１０９４２０）４—０４—０　５湿法磷酸的生产过程实际上是一个利用硫资源　置换磷矿石中磷资源的过程，产每吨湿法磷酸　生（ＰＯ计）排出４５～．　的磷石膏。随着高　以，　约．５０ｔ浓度磷复肥的生产能力迅猛扩大，副产品磷石膏　其堆积如山，不仅占用大量的土地，而且污染地下水和　原料硫磺主要靠国外进口。而利用磷石膏复分解反　应制备硫酸铵不消耗硫酸，减少了Ｃ，的排放。且Ｏ　产品硫酸铵作为含硫化肥不仅增加作物的产量，而　且可提高作物质量；副产品碳散钙粗品可代替天　其然碳酸盐岩，行深加工生产超细碳酸钙，为橡　进作胶、漆、油塑料和ＰＣ的填料，而减少开山采石对　Ｖ从环境的破坏。贵州某磷肥厂已开始设计一套以磷石　４随着输送压力的增大，黑破碎增加率逐渐　、炭减小，然后趋于平缓。选择合理的输送压力既可使　输送压力损失较小，达到节能的目标，可实现较低　又的炭黑破碎率，足工艺要求。满　参考文献：　［］李志华．黑在气力输送系统中的压力损失试验研究［］硫　１　炭Ｊ．周边环境，有待重视落实其利用途径　。。Ｊ　贵州省磷矿资源丰富，资源贫乏，酸生产的　硫硫４结论　通过炭黑气力输送性能试验，出如下结论：得　１不同粒径的炭黑颗粒在相同条件的输送过程　、中，流动阻力随颗粒粒径的增大而减小。因此对于　粒径分布范围窄，尤其是粒径较大的炭黑，特别有利　于实现输送节能和降低炭黑破碎率。　２随着输送压力的增大，平管、、水弯管、直管　垂的压力损失都呈现先降低再逐渐上升的趋势，在　且相同压力下压力损失大小变化依次为：管＞垂直　弯管＞平管。在炭黑气力输送过程中应尽量选择压　水力损失趋近于最低点的输送压力，在输送管道的布　磷设计与粉体工程，０６（）：９～３．２０，５２２　［］蒋存刚，２　李勇，炭黑气力输送中破碎率及气量控制的试　等．验研究［］硫磷设计与粉体工程，０６，６：５～９　Ｊ．２０（）２２．［］赵３　［］杨４军，寿根．晓宁，．力输送管路系统的流动特性与　胡王等气伦，一华，．力输送工程［．京：械工业出版　谢等气Ｍ］北机节能研究［］流体机械，０５３（２：４　Ｊ．２０，３１）１～．社，０６：２２０１３～１９２．　置时应尽量减少弯管的数量。　３随着气体流量的不断增加，黑的质量流量　、炭也不断增大，气体流量到达一定值后，但炭黑质量流　量的增加趋于平缓，时输送状态由密相输送变为　此［］龚义书，５　王璋保．煤气力输送弯管段压力损失研究［］工业　Ｊ．炉，９９，１２：３　１９２（）２～．［］李志华，６　金秋华，宫莉莉，炭黑在气力输送过程中破碎率的　等．影响因素 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ［］合成橡胶工业，０８３（）１５～１８Ｊ．２０，１３：６６．　稀相输送。继续增加气体流量，则炭黑的质量流量　趋于平稳甚至可能降低，能耗增加，黑的破碎率也　炭会增加。因此应当在保证炭黑输送能力的前提下，　尽量选择较低的气体流量（气量）　供。作者简介：李志华（９４一，，１６）男山东潍坊人，硕士，教授，从事　物料气力输送和高分子材料加工机械教学和研究。　（稿日期：０９—０收２０４—１）３　２００９年第４期　解田，．磷石膏复分解制硫酸铵的工艺研究　等５?膏为原料的２０ｋａ硫酸铵生产装置，４　ｔ／本研究的目　的就是为该装置提供基础数据支撑。　比较完全　］试验采用称量法分析硫酸铵母液中　。ｓ，０含量，即可计算磷石膏中ｓｌ转化率，ｓｌｏ一以ｏ一　转化率来评价反应结果和界定反应的工艺条件。　１试验部分　１１试验原料　．２试验结果与讨论　２１反应时间对转化率的影响　．原料二水磷石膏［ＣＳ　?Ｈ０）＝４４％］Ｗ（ａＯ２　９．３　来自贵州省某磷肥厂，化学组成如下：其　Ｗ（Ｏ）Ｓ３Ｗ（ａ　ＣＯ）在温度为６０℃，拌器转速为３０ｒｍｉ，酸　搅０　ｎ碳／铵溶液的加料速度为４　／ｉ，料比ｎｃ　）　６ｇｍｎ物（０一／（Ｏ一为１０液固ｔ（量计，同）２８的试　ｓ　）．，Ｌ质下为．４．２％３９０　３．６％１００　Ｗ（０）Ｈ２　Ｗ（ｉ２ＳＯ）Ｗ（，　Ａ１０）２．６％２３０　４２０　．３％０１０．８％　验条件下，应时间对转化率的影响见图２　反。Ｗ（ａ０）Ｎ２Ｗ（Ｏ）ＭｇＷ（ｅ０）Ｆ，　０１０　．６％００２　．６％００１　．４％＼　：　褥　：　Ｗ（ｉ２ＴＯ）Ｗ（２Ｋ０）００２　．２％００４　．１％０　碳酸铵来自贵州省某化肥厂的农用碳酸铵，其　中Ｗ（≥１．％，Ｈ０）．％。氨水来自重　Ｎ）７１Ｗ（：≤３５庆川江化学试剂厂，Ｗ（Ｈ）２％～８。其Ｎ　为６２％　１２工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 　．图２反应时间对转化率的影响　　以磷石膏为原料制备硫酸铵和碳酸钙的工艺流　程如图１所示。　从图２看出，着反应时间的增加，石膏中　随磷Ｓ：转化率逐渐提高，１５Ｏ一在．　ｈ后转化率增加幅度　磷石膏　成品　不大。因此，最佳反应时间为１５ｈ　．　。２２加料速度对转化率的影响　．在温度６０℃，搅拌器转速３０ｒｍｉ，０　／ｎ反应时间　为１５，比ｎＣ；）ｎＳ；）１０液固比．　物料ｈ（Ｏ一／（Ｏ一为．，　为２８的试验条件下，料速度对转化率的影响见　．加图３　。粗品ＣＣ　ａＯ３从图３看出，随着加料速度的增加，石膏中　磷图１磷石膏制备硫酸铵和碳酸钙的工艺流程示意　１３反应原理　．碳酸铵与磷石膏的反应是复分解反应，反应方　程式为　ＣＳ４?Ｈ０＋（Ｈ）Ｃ３ａＯ２２Ｎ４２Ｏ一　（Ｈ）Ｓ４ａＯ＋Ｈ２　Ｎ４２０＋ＣＣ３２０（）１　该反应的化学平衡是由硫酸钙与碳酸钙在硫酸　铵溶液中的溶解度决定的。常温下该反应的平衡常　数为４８０由于ＣＣ，的溶度积（．　　０）　２，ａＯ２８Ｘ１　比　ＣＳ　的溶度积（．　　　）ａＯ９１１Ｘ０小得多，石膏转化得　磷图３加料速度对转化率的影响　硫磷设计与粉体工枉　６?　ＳＰ＆ＢＨＲＬＴＤＥＧＮＥＩＧ　Ｍ　ＥＡＥ　ＮＩＥＲＮ　２００９年第４期　ｓ　Ｏ一转化率逐渐提高，加料速度达到３　／ｉ　当６ｇｍｎ时，Ｏ一Ｓｊ转化率达到最高；之后，随着加料速度的增　加，Ｏ一转化率反而降低。这是因为加料速度过慢　Ｓ　时反应釜中碳酸铵浓度降低，反应物配比失调，反应　速度下降，磷石膏的转化率低；料速度快时，加由于　二水硫酸钙的溶解度较小，有溶解的二水硫酸钙　没不参加反应，酸铵分解产生的氨气和二氧化碳从　碳反应釜的排气孔逸出，低了转化率。因此，优的　降较加料速度为３　／ｉ。６ｇｍｎ　２３反应温度对转化率的影响　．图５物料比对转化率的影响　在搅拌器转速为３０ｒｍｎ反应时问为１５ｈ　０　ｉ，／．　，加料速度为２　ｍｎ物料比ｎＣ；）ｎＳ　）８／ｉ，ｇ（Ｏ一／（Ｏ一为　１０液固比为２５的试验条件下，．，．反应温度对转化　率的影响见冈４　ｎＣ；）ｎＳ　）１１（Ｏ一／（Ｏ一为．的试验条件下，固比对　液转化率的影响见图６　。从网６看出，随着液固比的增加，石膏的转化　磷率增加；当液固比为２９时转化率最高，．然后随着液　固比增加磷石膏的转化率降低。因此，佳的液固　较＼　：　比为２９．．　　褥　鬈　０　图４反应温度对转化率的影响　从图４看出，温度升高时反应物分子的热运动　加快，磷石膏的转化率提高；当温度高于４０℃后，碳　酸铵受热易分解，且该反应是放热反应，随着温度的　图６液固比对转化率的影响　升高反应速率反而降低，石膏的转化率也随之降　磷低。因此，较佳的反应温度为４０℃。　２４物料比对转化率的影响　．２６搅拌器转速对转化率的影响　．在液固比为２５反应时间为１５ｈ加料速度　．，．　，在搅拌器转速为３０ｒｍｉ，０　ｎ反应时间为１５ｈ　／．　，加料速度为２　／ｉ，应温度为４８ｇｍｎ反０℃，固比为　液为２　ｍｎ反应温度为４８／ｉ，ｇＯ℃，物料比ｎＣ；）　（Ｏ一／ｎＳｊ）１１的试验条件下，（Ｏ一为．搅拌器转速对转化　率的影响见图７　。２５的试验条件下，．物料比对转化率的影响见图５　。从图５看出，由于该反应体系为非均相反应过　从图７看出，磷石膏的转化率随转速的增加而　程，但根据非均相反应均相化处理的方法，反应在　该等温下的速率方程　为Ｒ＝ｋ７　则反应釜中反　ｃｃ，应物的量是影响反应的因素。随着碳酸铵量的增　加，石膏的利用率逐渐提高，磷最终趋于完全转化。　增大，在２０ｒｍｎ后磷石膏的转化率增加不明　但０　ｉ／显。此时，应釜中湍动剧烈，应物分布相当均　反反匀　Ｊ因此，。较佳的搅拌器转速为２０ｒｍｉｏ０　ｎ　／２７正交试验优化　．１正交试验设计　、因此，佳的物料比为１１　较．。２５液固比对转化率的影响　．在搅拌器转速为３０ｒｒｎ反应时间为１５ｈ　０　ａ，／ｉ．　，加料速度为２　／ｎ８ｇｍｉ，反应温度为４０℃，物料比　为了确定最佳的工艺条件，以磷石膏中Ｓ　　Ｏ一的转化率为指标进行了正交试验。试验选取的因素　和水平见表１　。２００９年第４期　解田，．磷石膏复分解制硫酸铵的工艺研究　等　表１正交试验因素和水平　７?＼　＿、　稃　０　采用Ｌ８３）１（　表对磷石膏的转化率进行６因素　３水平正交试验，以选择最佳试验条件　，验结果　试图７搅拌器转速对转化率的影响　列于表２方差分析列于表３　，。表２正交试验结果　表３方差分析　２试验结果分析　、从表３方差分析中可以看出，试验因素对磷　各石膏中Ｓｉ转化率的影响大小为Ｅ＞Ａ＞Ｏ一ｃ＞Ｄ＞　Ｆ＞Ｂ，中Ａ、Ｅ有显著性影响；其ｃ、结合表２极差分析　和表３方差分析，选定最佳操作条件为　Ａ１Ｃ１Ｅ３。Ｂ１Ｄ２Ｆ２　３最佳工艺验证　、按照最佳操作条件ＡＢＣＤＥＦ。。　：。：的试验方　注：是显著水平为ｏ【，　．５第一、）第二自由度为２和５时的Ｆ值。　案，一定质量的磷石膏，复进行了６次试验，取重磷　８?　硫磷设计与粉体工程　ＳＰ＆ＢＨＲＬＴＤＥＧＮＥＩＧ　Ｍ　ＥＡＥ　ＮＩＥＲＮ　２００９年第４期　钛白粉初级成品粉碎生产工艺及设备选型　刁东侠　（华科技股份有限公司，东安徽合肥２０２）３０４　摘　要：酸法钛白粉生产工艺煅烧出来的ＴＯ硫ｉ　颗粒很难满足实际工业应用的要求，此初级成　因品粉碎是生产中的重要环节，工艺流程的选择以及设备的选型显得尤为重要。介绍了目前钛白粉初　其级成品粉碎工段常用的生产工艺及其设备性能参数的选用，为不同的生产需求提供选择依据。　关键词：白粉；碎；级成品；艺；备；型　钛粉初工设选中图分类号：Ｑ１４１０２１Ｔ３．１．９　文献标识码：　Ｂ文章编号：０９—１０（０９０００）１０９４２０）４—０８一（　４１钛白粉的主要生产工艺　二氧化钛俗称钛白粉（ｉ　，一种重要的化　ＴＯ）是工原料，它不但物理化学性能十分稳定，且还有优　而良的光学、电学性能和卓越的颜料性能，当前最佳　是的一种白色颜料。然而大量的试验研究和实际应用　氯化法的生产流程短，生产能力易扩大，生产连　续、自动化程度高，耗相对低，三废”，得到　能“少能优质产品，只能生产金红石型钛白粉，目建设投　但项资大，生产技术难度大，键设备结构复杂，求采　关要用耐高温耐腐蚀抗氧化的特殊材料。该技术至今仍　被国外少数几家公司所垄断，因此，究开发形成商　研业化生产需巨额投资。硫酸法生产工艺虽然流程　长，主要以间歇湿法操作为主，酸、硫水消耗高，物　废及副产物多，环境污染大，技术较成熟，备简　对但设单，防腐蚀材料易解决。硫酸法可生产锐钛型和金　红石型两种型号的钛白粉。目前国内的厂家大都采　用硫酸法生产钛白粉。　证明，只有当它以分散的细粉末形式存在时才会在　众多微晶体的共同作用下展现其优良性能。　目前钛白粉的生产主要有氯化法和硫酸法两种　工艺。氯化法的主要流程是：金红石或高钛渣粉　将料与焦炭混合后进行高温氯化生成四氯化钛，然后　经高温氧化反应生成ＴＯ颗粒和Ｃ２ＴＯｉ：１；ｉ　颗粒经　套管快速冷却后，由袋式过滤器收集后直接进行打　浆、磨、膜处理和干燥、微粉碎等后处理过程，砂包超　最终生成高品位的钛白粉。硫酸法的主要流程是：　钛铁矿经酸解、净化水解、水洗、洗、处理及煅烧　漂盐后生成二氧化钛¨。　　硫酸法生产过程煅烧出来的ＴＯ大都是颜料　ｉ，粒子的聚结物，很难满足当前工业应用的要求，还需　要对其进行研磨、粉碎等处理后才能进行产品包装　（颜料级）或采用与氯化法相同的后处理过程。非，　而这个研磨粉碎过程就是通常所说的钛白粉初级成　参考文献：　［］张兴法，１　刘守强，陈敏．用磷石膏制备硫酸铵和氯化钙的研究　［］合肥工业大学学报（Ｊ．自然科学版）２０，５１：７．，０２２（）６７～０　［］张茂林，２　王永秋，刘清理，磷石膏转化法制备硫酸铵的工艺　等．研究［］淮北煤师院学报，００２６：１～３　Ｊ．２０，（）５５．石膏中ｓ４ｏ一转化率分别为９．３、９２、８９％９．１％　９．２、８８％、９０％、８９％。结果表明磷　９０％９．７９．５９．０石膏中ｓ４ｏ一转化率基本一致，明工艺稳定。说　３结论　以磷石膏为原料制备农用硫酸铵，充分利用　既了磷石膏中的硫酸钙，使磷石膏得到较好的处理　又和利用。磷石膏转化的最佳工艺条件是：应时间　反１０ｍｎ反应温度４０　ｉ，５℃，拌器转速１０ｒｒｎ物　搅５　ａ，／ｉ［］张文昭，３　刘耀鹏，徐孝文，以石膏矿为原料合成硫酸铵的工　等．艺研究［］黎明化工，９６４（）２Ｊ．１９，９１：３～２．４　［］黄颂安，４　许振良，汪瑾，石膏和碳铵母液制取硫酸铵的工　等．艺研究［］化肥工业，９０，５：５　Ｊ．１９（）３～．［］魏同成．５化学工艺研究方法概论［．京：Ｍ］北中国石化出版社，　２０３０．０６：９　料比ｎＣ；）ｎＳ　）１１，（Ｏ一／（Ｏ一为．５液固比为２９加　．，料速度为３　／ｎ６ｇｍｉ。在最佳工艺条件下，石膏中　磷Ｓ　Ｏ一的平均转化率为９．８。８９％　作者简介：解田（９３，，，１６一）男学士研究员，（团）瓮福集有　限责任公司技术开发中心主任，主要从事精细化工以及磷复肥生产　技术的研究和开发工作。　（收稿日期：０９—０２０３—１）０　1