濕法磷酸凈化裝置萃取劑循環泵技術改造

余 波，魏林松，谷海明

（云南磷化集團海口磷業有限公司三環分公司，云南昆明 650113）

0 引言

云南磷化集團?？诹讟I有限公司白酸廠濕法磷酸凈化裝置是以濕法磷酸為原料，采用結合化學沉淀的溶劑萃取法凈化生產工業級磷酸。凈化生產中，萃取劑是磷酸三丁酯，利用P2O5在磷酸三丁酯及磷酸中溶解度或分配系數的不同，使含雜質的磷酸溶液中的P2O5轉移到磷酸三丁酯中，加冷凝水反萃即得到凈化稀酸。在這個過程中，萃取率的高低直接影響到裝置產量，萃取劑作為凈化萃取的載體，其流量是影響萃取率最重要的因素，萃取劑循環泵則是直接提供萃取劑流量的設備。

1 原萃取劑循環泵存在的問題

原循環泵參數如表1 所示。

表1 原萃取劑循環泵參數

根據生產情況統計，改造前凈化萃取率為55%，日產量為160 t 折百酸，遠達不到設計產能，主要是萃取劑循環泵流量不足所致。凈化裝置滿負荷運行時，為了得到高的萃取率，萃取劑流量應達到180 m3/h。原萃取劑循環泵已不能提供足夠的流量來滿足生產需要，需要對萃取劑循環泵進行技術改造，以提升流量，同時對泵揚程及電機功率重新核算同步改造。

2 泵選型

2.1 泵的分類

常用泵的類型如有葉片式泵、容積式泵和其他類型泵。

2.2 泵類型選擇

2.2.1 泵類型選擇框圖

泵類型選擇框圖見圖1，圖中ns為比轉速，ns=式中，Q 為流量，H 為揚程，n 為泵轉速。

圖1 泵類型選擇框圖

泵的類型選擇一般遵循以下規則：

（1）離心泵具有結構簡單、輸液無脈動、流量調節簡單、價格便宜等特點，應優先選擇離心泵。

（2）有計量要求時選用計量泵。

（3）揚程要求很高、流量很小，且無合適的小流量、高揚程的離心泵時，可選用往復泵，如汽蝕要求不高時也可選用漩渦泵。

（4）揚程很低、流量很大時，可選用軸流泵或混流泵。

（5）介質黏度較大時，可選用轉子泵，如螺桿泵或往復泵。

（6）介質含氣量較大、流量較小，且黏度較低時，可選用旋渦泵，如允許流量有脈動，可選用往復泵。

（7）對啟動頻繁或灌泵不方便的場合，應該選用具有自吸性能的泵。

2.2.2 輸送物料特性

萃取劑為磷酸三丁酯，分子式OP（OCH2CH2CH2CH3）3，分子量288.32，無色、有刺激性氣味的液體。常溫常壓下沸點154 ℃，閃點148 ℃，蒸汽壓2.87 kPa，密度950 m3/t，黏度3.1 cP，運動黏度3.2 cSt，輸送過程中會夾帶少量磷酸，具有較強的腐蝕性，固含量≤0.1%，溫度60 ℃。

2.2.3 泵類型確定

根據泵的選用原則及物料特性，結合原萃取劑循環泵使用情況，此泵類型選擇臥式耐腐蝕離心泵，單級單吸，過流部件材質CD4MCu，閉式葉輪，膜片聯軸器直聯傳動，機械密封形式。

3 泵參數計算

3.1 泵及管路系統

泵及管路系統如圖2 所示。泵系統管路相關情況：管道為DN150 不銹鋼管，總長40 m，包括90°彎頭10 個，蝶閥4 支，止回閥1 支，進口及出口儲槽均為開放系統。

圖2 泵及管路系統示意圖

3.2 流量

流量180 m3/h 由工藝需求決定。

3.3 揚程

3.3.1 揚程定義

單位重量的液體從吸入液面輸送到排出液面所需要的能量，用符號HZ表示，單位是m（液柱）。它是由幾何高度ha（位壓頭）、壓力差（靜壓頭）和整個系統管路的阻力損失HV組成[1]。

式中，∑HV1為沿程阻力損失，∑HV2為局部阻力損失，λ 為摩擦阻力系數，k 為局部阻力系數。

3.3.2 沿程阻力損失計算[1]

3.3.3 局部阻力損失計算[1]

局部阻力系數見表2，表中數據查自管道和閥門局部阻力系數K（湍流）。

表2 局部阻力系數

3.3.4 靜壓頭及位壓頭計算

在泵及管路系統中，兩個截面1—1 及2—2 如圖2 所示，取儲槽的上液面作為計算截面。位壓頭ha=18-6=12 m。

由于進出口儲槽均為開放系統，p2=p1=0（表壓），靜壓頭=0 m。

3.3.5 揚程計算

由以上計算結果得HZ=12+0+3.3+4.4=19.7 m，圓整后取HZ=20 m。

3.4 功率

4 改造方案

根據計算，泵重新選型，參數如表3 所示。

表3 重新選型泵參數

利用原系統中的管路，將泵、電機更換，對相關電器部分進行增容即可。

5 效益

自該項目實施后，萃取率提升了5%，裝置平均產量由原來的190 t/d 提升到了207 t/d（表4）。按裝置300 d/y 的運行時間計算，則年產能增加量為5100 t，每噸磷酸按5500 元計，則年直接銷售收入增加2805 萬元，每噸磷酸按400 元利潤計，則經濟收益為204 萬元/年。本次技改共投入27 萬元，按5 年折算成本，則每年為5.4 萬元，每年實際經濟收益為198.6 萬元。

表4 技改前后兩年萃取率及產量