热法磷酸燃烧塔结膜物的研究

论文摘要

磷酸不但是一种重要的化工商品,而且是制取各种磷化工产品和多种磷肥时不可缺少的化工原料。它在无机化工中占有举足轻重的地位。目前国内外生产磷酸的主要方法有热法和湿法两种。由于生产工艺的限制,湿法磷酸浓度低、杂质含量高,使得其主要用于磷肥的生产；而热法磷酸拥有浓度高、杂质少的优点,主要用于生产工业附加值更高的化工产品。但热法磷酸能耗较大,成本偏高,使得其应用受到一定限制。在国家大力倡导节能减排的大环境下进行的热法磷酸余热回收取得了较好成果,但也存在着燃烧塔的腐蚀等方面的问题,文中提到的结膜物与之有着极大的联系。本文以热法磷酸生产工艺中的燃烧——水合二步法为基础,对传统工艺加以改进,使之能准确控制投磷量以及由二次空气所带入的水分,在燃烧塔内建立一个可控的结膜物成膜环境。通过调整投磷量实验得到了低温、中温、高温三种工况下的结膜物。通过对结膜物表观测试、热化学测试和X-射线衍射分析以及验证试验得出了以下结论：低温下结膜物为五氧化二磷层；中温下结膜物为五氧化二磷层和透明偏磷酸层所形成的混合物；高温下结膜物为以超磷酸聚合体为主要成分的,夹带少量五氧化二磷的混合体。分析了结膜物成因及其机理,并做了结膜物在85%的磷酸中的溶解实验,得出了结膜物在水合塔中不会堵塞管道影响生产的结论。这些研究成果均不同于国内外的研究报道,具有创新性。对结膜物的防腐效果进行了测试。在没有结膜物保护的情况下,普通锅炉钢与热法磷酸采用316L不锈钢在120℃的环境下很快被腐蚀。有结膜物保护的燃烧塔设备内表面没有明显的被腐蚀痕迹,采用痕量元素测试结膜物中的铁含量,发现结膜物中的铁含量为4-17ppm,年腐蚀率不足0.06mm,因此燃烧塔在结膜物的保护下是不会被腐蚀的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 磷及其化合物
• 1.1.1 磷
• 1.1.2 磷的氧化物
• 1.1.3 磷的几种重要化合物及其性质
• 1.2 磷酸生产及应用
• 1.2.1 湿法磷酸
• 1.2.2 热法磷酸
• 1.3 热法磷酸生产工艺
• 1.3.1 热法磷酸生产工艺的发展
• 1.3.2 热法磷酸生产工艺现状
• 1.4 热法磷酸燃烧塔
• 1.4.1 国内外传统的燃烧塔
• 1.4.2 国外进行热能回收的燃烧塔
• 1.4.3 国内自主开发的特种燃磷塔
• 1.5 结膜物
• 1.5.1 结膜物的提出
• 1.5.2 国内外结膜物的研究进展
• 1.6 论文研究的目的、意义及内容
• 1.6.1 论文研究的目的、意义
• 1.6.2 论文研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 中试装置工艺流程简介
• 2.1.2 主要设备的选定
• 2.1.3 辅助设备的选定
• 2.2 实验仪器和药品
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药品
• 2.3 实验分析方法
• 2.3.1 结膜物中五氧化二磷的测定
• 2.3.2 结膜物中铁含量的测定
• 2.3.3 X-射线衍射法
• 2.3.4 热重分析与差热分析
• 第三章 结膜物的制备与分析
• 3.1 结膜物成膜的实验原理
• 3.2 成膜实验影响因素及操控方法
• 3.3 结膜物的制取
• 3.3.1 低温下的结膜物
• 3.3.2 中温下的结膜物
• 3.3.3 高温下的结膜物
• 3.4 结膜物样品的采集与保存
• 3.5 结膜物的分析测试
• 3.5.1 结膜物中五氧化二磷含量的测定
• 3.5.2 低温下的结膜物的研究分析
• 3.5.3 中温下的结膜物的研究分析
• 3.5.4 高温下结膜物
• 3.5.5 分析与讨论
• 3.6 结膜物的防腐效果测试
• 3.6.1 磷酸对塔体材料的腐蚀试验
• 3.6.2 结膜物的防腐效果
• 3.7 本章小结
• 第四章 结膜成膜机理探讨
• 4.1 黄磷在燃烧塔内的燃烧
• 4.2 结膜物的成膜机理探讨
• 4.2.1 五氧化二磷与水的反应
• 4.2.2 结膜物的结膜机理
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论及建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表论文题目
• 附录B 实验工艺流程图