1. Proceso de producción central y lógica de selección de equipos
2. Factores clave que afectan la selección de equipos
3. Tecnologías clave para mejorar la confiabilidad
1. Proceso de producción central y lógica de selección de equipos
Como importante materia prima química, el ácido fosfórico tiene dos procesos de producción principales: térmica y húmeda. La selección de equipos debe considerar de manera integral las rutas técnicas, las características de las materias primas y los requisitos de protección del medio ambiente para garantizar la eficiencia, la estabilidad y la protección del medio ambiente del proceso de producción.
Proceso húmedo (elección convencional):
El proceso de producción de ácido fosfórico húmedo es la opción corriente actual. Este proceso utiliza principalmente ácido sulfúrico para descomponer el mineral de fosfato paraproducir ácido fosfórico. Dado que el grado de mineral de fosfato puede fluctuar en gran medida entre diferentes orígenes y lotes, el equipo de soporte debe tener una buena adaptabilidad a las fluctuaciones de grado de mineral. Al mismo tiempo, el ácido sulfúrico es un medio altamente corrosivo, y el equipo también debe tener una fuerte capacidad para manejar medios altamente corrosivos.
Sistema de reactor:
En la producción de ácido fosfórico húmedo, el sistema de reactores juega un papel vital. Los reactores comunes incluyen tanques agitados en varias etapas o reactores tubulares. Debido a la fuerte corrosividad del ácido sulfúrico, para garantizar la vida útil del equipo y la seguridad de la producción, estos reactores deben estar hechos de 316L de acero inoxidable o aleación de titanio. El acero inoxidable 316L tiene una buena resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas integrales, y puede resistir la corrosión del ácido sulfúrico hasta cierto punto; Mientras que la aleación de titanio tiene una mayor resistencia a la corrosión, especialmente adecuada para entornos corrosivos más duros. En la producción real, el tanque de agitación de varias etapas utiliza un dispositivo de agitación interno para mezclar completamente la roca fosfato y el ácido sulfúrico para garantizar la uniformidad y la suficiencia de la reacción; El reactor tubular tiene las características de la velocidad de reacción rápida y la alta eficiencia a través del flujo y la reacción de los materiales en la tubería.
Equipo de filtración:
Después de completar la reacción, el residuo de ácido fosfórico generado y el yeso debe separarse, lo que requiere el uso de equipos de filtración. El equipo de filtración comúnmente utilizado incluye filtro giratorio o filtro de vacío de correa. La precisión de filtración de estos equipos de filtración debe alcanzar el 99.5% para garantizar que el contenido de impureza en el ácido fosfórico separado sea lo más bajo posible. El filtro de plato giratorio realiza la filtración continua, el lavado y la descarga de operaciones a través de la rotación del tocadiscos, y tiene las ventajas de alta eficiencia de producción y operación estable; El filtro de vacío de cinturón utiliza succión al vacío para hacer que el ácido fosfórico pase a través del paño del filtro, mientras que el residuo de yeso queda atrapado en el paño del filtro para lograr una separación sólida-líquido, con un buen efecto de filtración y fácil limpieza y mantenimiento.
Dispositivo de concentración:
La concentración de ácido fosfórico obtenido después de la filtración suele ser baja y debe concentrarse. El dispositivo de concentración generalmente utiliza un evaporador de efectos múltiples o un concentrador de vacío. Durante el proceso de concentración, la concentración de ácido fosfórico debe controlarse a 50-54% P₂O₅. Dado que el ácido fosfórico contiene iones de fluoruro y es altamente corrosivo, el dispositivo de concentración debe equiparse con tubos de intercambio de calor de Hastelloy que sean resistentes a la corrosión de iones de fluoruro. Hastelloy tiene una excelente resistencia a la corrosión y alta resistencia a la temperatura, lo que puede garantizar la estabilidad y la vida útil de los tubos de intercambio de calor durante el proceso de concentración. El evaporador de efectos múltiples mejora la eficiencia de utilización de energía mediante el uso del vapor secundario generado por la evaporación anterior como fuente de calor para el siguiente efecto; El concentrador de vacío reduce la presión del sistema para evaporar y concentrar el ácido fosfórico a una temperatura más baja, reduciendo la descomposición del ácido fosfórico y la generación de impurezas.
Proceso térmico (escenario de alta demanda de pureza):
El proceso de producción de ácido fosfórico térmico es principalmente adecuado para escenarios con altos requisitos para la pureza del ácido fosfórico. Este proceso produce ácido fosfórico a través de pasos como la combustión de fósforo amarillo y la absorción de hidratación.
Torre de combustión de fósforo amarillo:
La torre de combustión de fósforo amarillo es uno de los equipos clave para térmicoproducción de ácido fosfórico. Adopta un diseño de cámara de combustión de cuarzo forrado. El cuarzo tiene una buena resistencia a la temperatura y una estabilidad química, y puede soportar la alta temperatura y los gases corrosivos generados cuando se quema el fósforo amarillo. Durante el proceso de combustión, la precisión del control de temperatura debe alcanzar ± 10 grados, porque las fluctuaciones de temperatura afectarán directamente la eficiencia de combustión del fósforo amarillo y la calidad del ácido fosfórico. El control de temperatura preciso puede garantizar la combustión completa del fósforo amarillo y reducir la aparición de reacciones laterales, mejorando así la pureza y el rendimiento del ácido fosfórico. A través de sistemas de control de temperatura avanzados y equipos de monitoreo, la temperatura en la cámara de combustión se monitorea y se ajusta en tiempo real para garantizar el funcionamiento estable del proceso de producción.
Torre de absorción de hidratación:
La torre de absorción de hidratación se usa para convertir el gas pentóxido de fósforo producido por combustión en ácido fosfórico a través de la reacción de hidratación. La torre adopta un sistema de pulverización escalonado. Este diseño permite que el agua de pentóxido de agua y fósforo en contacto completamente y mejore la eficiencia de absorción. Al mismo tiempo, la torre de absorción de hidratación está equipada con un módulo de monitoreo de valor de pH en tiempo real. Mediante el monitoreo en tiempo real del valor de pH del líquido de absorción, la concentración y la velocidad de flujo del líquido de absorción se pueden ajustar a tiempo para garantizar la reacción de absorción completa. Cuando el valor de pH se desvía del rango establecido, el sistema se ajustará automáticamente para garantizar la calidad y el efecto de absorción del ácido fosfórico. En la producción real, la estructura interna y los parámetros operativos de la torre de absorción también deben optimizarse para mejorar aún más la eficiencia de absorción y la calidad del producto.
2. Factores clave que afectan la selección de equipos
(1) Diseño de adaptabilidad de materia prima
Manejo de mineral de fosfato de bajo grado:
El manejo del mineral de fosfato de bajo grado es un tema clave en la producción de ácido fosfórico. Dado que el contenido de pentóxido de fósforo (P2O2) en mineral de fosfato de bajo grado es bajo, se requiere un sistema especial previo de mineral para mejorar la tasa de recuperación de P2O2. La fábrica de rodillos verticales es un equipo de pre-niñera de mineral comúnmente utilizado. Refina las partículas de mineral triturando y moliendo el mineral con el rodillo. Las partículas de mineral refinadas tienen un área de superficie específica más grande y pueden contactar más completamente con reactivos de reacción como el ácido sulfúrico en reacciones químicas posteriores, mejorando así la eficiencia de reacción y la tasa de lixiviación de P2O2. Además, el equipo de flotación también es un dispositivo importante para manejar mineral de fosfato de bajo grado. Durante el proceso de flotación, al agregar agentes de flotación apropiados, las propiedades superficiales de los minerales de fosfato y los minerales gangue son diferentes, y la flotabilidad de las burbujas se usa para enriquecer los minerales de fosfato, mejorando aún más la tasa de recuperación de P2O2. Después de estos pasos de tratamiento, la eficiencia de recuperación de P₂O₅ en mineral de fosfato de bajo grado puede mejorarse de manera efectiva, y el costo de producción puede reducirse.
Equipo de control de impurezas:
El mineral de fosfato generalmente contiene impurezas como los iones de flúor y metales pesados, que tendrán un efecto adverso en la calidad del ácido fosfórico y el proceso de producción posterior. El reactor de defluorinación está equipado con un sistema de adición de carbonato de sodio. Durante el proceso de reacción, el carbonato de sodio reacciona con fluoruro en el mineral de fosfato para generar sustancias separables como el fluoruro de sodio, lo que alcanza el propósito de la defluorinación. Al controlar con precisión la cantidad de adición de carbonato de sodio y las condiciones de reacción, el contenido de flúor en el ácido fosfórico puede reducirse efectivamente. Al mismo tiempo, el dispositivo de adsorción de iones de metales pesados utiliza materiales de adsorción especiales, como carbono activado, resina de intercambio de iones, etc., para adsorber y eliminar iones de metales pesados en ácido fosfórico. Estos materiales de adsorción tienen una gran área de superficie específica y sitios de adsorción específicos, y pueden adsorbir selectivamente iones de metales pesados para garantizar que la calidad de los productos de ácido fosfórico cumpla con los estándares relevantes.
(2) Configuración de optimización de eficiencia energética
Sistema de recuperación de calor:
En el proceso de producción de ácido fosfórico, se liberará una gran cantidad de calor residual en la etapa de reacción. Para mejorar la eficiencia energética, el uso del calor de los residuos de reacción en la sección de concentración es una medida efectiva de ahorro de energía. Al diseñar racionalmente los dispositivos de recuperación de calor, como los intercambiadores de calor, el calor de los desechos generado por la reacción se transfiere a los materiales en la sección de concentración, reduciendo así la demanda de vapor externo durante el proceso de concentración. Según las estadísticas, el uso de este sistema de recuperación de calor puede reducir el consumo de vapor en 30-40%, reduciendo en gran medida el costo de energía en el proceso de producción. Al mismo tiempo, este método de recuperación de calor residual también está en línea con el concepto de desarrollo sostenible, reduciendo el desperdicio de energía y el impacto ambiental.
Control de conversión de frecuencia inteligente:
Los equipos de alta potencia, como las bombas y los ventiladores, son los principales equipos de consumo de energía en la producción de ácido fosfórico. Mediante el uso de tecnología de control de conversión de frecuencia inteligente, la frecuencia operativa de estos equipos se puede ajustar en tiempo real de acuerdo con las necesidades de producción reales. Cuando la carga de producción es baja, la frecuencia de funcionamiento del equipo se reduce para reducir el consumo de energía; Cuando aumenta la carga de producción, la frecuencia operativa del equipo se incrementa para satisfacer las necesidades de producción. A través de este método de control inteligente, el ahorro anual de electricidad puede alcanzar 150, 000-250, 000 KW ・ H, que no solo reduce los costos de producción, sino que también reduce el desgaste del equipo y extiende la vida útil del equipo.
3. Tecnologías clave para mejorar la confiabilidad
(1) Aplicación innovadora de materiales anticorrosión
Revestimiento del reactor:
En el reactor de la producción de ácido fosfórico, la presencia de medios altamente corrosivos, como el ácido sulfúrico, impone altas demandas en el material de revestimiento del reactor. Aunque el revestimiento de goma tradicional tiene un cierto grado de resistencia a la corrosión, es propenso al envejecimiento y el daño durante el uso a largo plazo, lo que afecta la vida útil del reactor. La tecnología de recubrimiento de cerámica de carburo de silicio proporciona una mejor solución para el revestimiento del reactor. La cerámica de carburo de silicio tiene las características de alta dureza, buena resistencia al desgaste y una fuerte estabilidad química, y puede resistir efectivamente la erosión de medios altamente corrosivos, como el ácido sulfúrico. La vida útil del revestimiento del reactor utilizando la tecnología de revestimiento de cerámica de carburo de silicio es 3 veces más larga que la del revestimiento de goma tradicional, lo que reduce en gran medida la frecuencia del mantenimiento y el reemplazo del equipo y mejora la continuidad y la estabilidad de la producción.
Sistema de tuberías:
El sistema de tuberías realiza la importante tarea de transporte material en la producción de ácido fosfórico. Dado que el ácido fosfórico es altamente ácido, especialmente en condiciones de pH bajas, la resistencia a la corrosión de la tubería es extremadamente alta. La tubería de acero revestida de PTFE (politetrafluoroetileno) es un material de tubería ideal. PTFE tiene una excelente estabilidad química y puede soportar medios ácidos fuertes con un valor de pH de<1. This type of pipeline can not only ensure the safe transportation of materials, but also effectively prevent pipeline corrosion and leakage, avoiding harm to the environment and production. At the same time, the PTFE-lined steel pipe has a long service life and low maintenance cost, providing a reliable guarantee for the stable operation of Producción de ácido fosfórico.
(2) Sistema de monitoreo inteligente
Analizador en línea:
La tecnología XRF (espectroscopía de fluorescencia de rayos X) se utiliza en analizadores en línea para monitorear la fluctuación de la concentración de ácido fosfórico en tiempo real. Esta tecnología puede analizar de manera rápida y precisa la composición elemental y los cambios de concentración en el ácido fosfórico con una precisión de ± 0. 2%. Al monitorear la concentración de ácido fosfórico en tiempo real, los operadores pueden ajustar los parámetros del proceso de producción a tiempo para garantizar la estabilidad de la calidad de los productos de ácido fosfórico. Por ejemplo, cuando se encuentra que la concentración de ácido fosfórico se desvía del valor establecido, la relación de las materias primas de reacción o las condiciones de reacción se pueden ajustar a tiempo para garantizar el progreso suave del proceso de producción.
Plataforma de mantenimiento predictivo:
La plataforma de mantenimiento predictiva combina sensores de vibración y algoritmos de IA para monitorear y analizar el estado operativo del equipo en tiempo real. El sensor de vibración puede recopilar los datos de vibración del equipo en tiempo real y analizar y procesar estos datos a través del algoritmo de IA para detectar posibles fallas del equipo de antemano. Por ejemplo, cuando ocurren cambios anormales en parámetros como la frecuencia de vibración y la amplitud del equipo, la plataforma de mantenimiento predictiva puede advertir sobre la falla del equipo con 72 horas de anticipación, lo que permite a los operadores tener tiempo suficiente para realizar mantenimiento y reparaciones en el equipo, evitando el impacto de las fallas repentinas de los equipos en la producción y mejorando la confiabilidad del equipo y la continuidad de la producción.
