1. فرآیند تولید هسته و منطق انتخاب تجهیزات
2. عوامل اصلی مؤثر بر انتخاب تجهیزات
3. فن آوری های کلیدی برای بهبود قابلیت اطمینان
1. فرآیند تولید هسته و منطق انتخاب تجهیزات
به عنوان یک ماده اولیه شیمیایی مهم ، اسید فسفریک دارای دو فرآیند تولید اصلی است: حرارتی و مرطوب. انتخاب تجهیزات باید به طور جامع مسیرهای فنی ، ویژگی های مواد اولیه و الزامات حفاظت از محیط زیست را در نظر بگیرد تا از کارآیی ، ثبات و حفاظت از محیط زیست از فرآیند تولید اطمینان حاصل شود.
فرآیند مرطوب (انتخاب اصلی):
فرآیند تولید اسید فسفریک مرطوب انتخاب جریان فعلی است. این فرآیند عمدتاً از اسید سولفوریک برای تجزیه سنگ معدن فسفات استفاده می کنداسید فسفریک تولید می کندبشر از آنجا که درجه سنگ معدن فسفات ممکن است بین منشاء و دسته های مختلف بسیار نوسان کند ، تجهیزات پشتیبانی باید سازگاری خوبی با نوسانات درجه سنگ داشته باشند. در عین حال ، اسید سولفوریک یک محیط بسیار خورنده است و تجهیزات نیز باید توانایی قوی برای کنترل رسانه های بسیار خورنده داشته باشند.
سیستم راکتور:
در تولید اسید فسفریک مرطوب ، سیستم راکتور نقش مهمی ایفا می کند. راکتورهای رایج شامل مخازن هم زده چند مرحله ای یا راکتورهای لوله ای هستند. با توجه به خوردگی شدید اسید سولفوریک ، به منظور اطمینان از عمر خدمات تجهیزات و ایمنی تولید ، این راکتورها باید از استیل ضد زنگ 316L یا آلیاژ تیتانیوم ساخته شوند. فولاد ضد زنگ 316L از مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی جامع برخوردار است و می تواند در برابر خوردگی اسید سولفوریک تا حدودی مقاومت کند. در حالی که آلیاژ تیتانیوم از مقاومت در برابر خوردگی بالاتری برخوردار است ، به خصوص برای محیط های خورنده سخت تر مناسب است. در تولید واقعی ، مخزن همزن چند مرحله ای از یک دستگاه همزن داخلی برای مخلوط کردن کامل سنگ فسفات و اسید سولفوریک برای اطمینان از یکنواختی و کفایت واکنش استفاده می کند. راکتور لوله ای از طریق جریان و واکنش مواد در خط لوله ، ویژگی های سرعت واکنش سریع و راندمان بالا را دارد.
تجهیزات تصفیه:
پس از اتمام واکنش ، اسید فسفریک تولید شده و باقیمانده گچ باید از هم جدا شوند که نیاز به استفاده از تجهیزات تصفیه دارد. تجهیزات فیلتراسیون که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد شامل فیلتر قابل حمل یا فیلتر خلاء کمربند است. دقت تصفیه این تجهیزات تصفیه باید به 99.5 ٪ برسد تا اطمینان حاصل شود که میزان ناخالصی در اسید فسفریک جدا شده تا حد امکان کم است. فیلتر Turntable از طریق چرخش Turntable ، عملیات شستشو و تخلیه مداوم را متوجه می شود و مزایای بهره وری تولید بالا و عملکرد پایدار را دارد. فیلتر خلاء کمربند از مکش خلاء برای عبور اسید فسفریک از پارچه فیلتر استفاده می کند ، در حالی که باقیمانده گچ برای دستیابی به جداسازی مایع جامد ، با اثر تصفیه خوب و تمیز کردن و نگهداری آسان ، روی پارچه فیلتر به دام می افتد.
دستگاه غلظت:
غلظت اسید فسفریک به دست آمده پس از تصفیه معمولاً کم است و نیاز به تمرکز دارد. دستگاه غلظت به طور کلی از یک تبخیر کننده چند اثر یا کنسانتره خلاء استفاده می کند. در طی فرایند غلظت ، غلظت اسید فسفریک باید به {1}} ٪ p₂o₅ کنترل شود. از آنجا که اسید فسفریک حاوی یون های فلوراید است و بسیار خورنده است ، دستگاه غلظت باید مجهز به لوله های تبادل حرارت Hastelloy باشد که در برابر خوردگی یون فلوراید مقاوم هستند. Hastelloy از مقاومت در برابر خوردگی عالی و مقاومت در برابر دمای بالا برخوردار است ، که می تواند ثبات و عمر خدمات لوله های تبادل گرما را در طی فرایند غلظت تضمین کند. تبخیر کننده چند اثر با استفاده از بخار ثانویه تولید شده توسط تبخیر قبلی به عنوان منبع گرما برای اثر بعدی ، بازده استفاده از انرژی را بهبود می بخشد. کنسانتره خلاء فشار سیستم را برای تبخیر و کنسانتره اسید فسفریک در دمای پایین تر کاهش می دهد و تجزیه اسید فسفریک و تولید ناخالصی ها را کاهش می دهد.
فرآیند حرارتی (سناریوی تقاضای خلوص بالا):
فرآیند تولید اسید فسفریک حرارتی عمدتاً برای سناریوهایی با نیازهای بالای خلوص اسید فسفریک مناسب است. این فرآیند از طریق مراحل مانند احتراق فسفر زرد و جذب هیدراتاسیون اسید فسفریک تولید می کند.
برج احتراق فسفر زرد:
برج احتراق فسفر زرد یکی از تجهیزات اصلی حرارتی استتولید اسید فسفریکبشر این طرح یک طرح محفظه احتراق کوارتز را اتخاذ می کند. کوارتز از مقاومت در برابر دمای بالا و ثبات شیمیایی خوبی برخوردار است و می تواند در برابر دمای بالا و گازهای خورنده تولید شده در هنگام سوختن فسفر زرد مقاومت کند. در طی فرآیند احتراق ، دقت کنترل دما باید به 10 درجه برسد ، زیرا نوسانات دما مستقیماً بر بازده احتراق فسفر زرد و کیفیت اسید فسفریک تأثیر می گذارد. کنترل دقیق دما می تواند احتراق کامل فسفر زرد را تضمین کرده و بروز واکنشهای جانبی را کاهش داده و از این طریق خلوص و عملکرد اسید فسفریک را بهبود بخشد. از طریق سیستم های پیشرفته کنترل دما و تجهیزات نظارت ، درجه حرارت در محفظه احتراق در زمان واقعی کنترل و تنظیم می شود تا از عملکرد پایدار فرآیند تولید اطمینان حاصل شود.
برج جذب هیدراتاسیون:
از برج جذب هیدراتاسیون برای تبدیل گاز پنتوکسید فسفر تولید شده توسط احتراق به اسید فسفریک از طریق واکنش هیدراتاسیون استفاده می شود. برج یک سیستم اسپری پله ای را اتخاذ می کند. این طرح به گاز پنتوکسید آب و فسفر اجازه می دهد تا به طور کامل تماس گرفته و راندمان جذب را بهبود بخشد. در عین حال ، برج جذب هیدراتاسیون مجهز به ماژول نظارت بر مقدار pH در زمان واقعی است. با نظارت در زمان واقعی مقدار pH مایع جذب ، غلظت و سرعت جریان مایع جذب را می توان به موقع تنظیم کرد تا از واکنش جذب کامل اطمینان حاصل شود. هنگامی که مقدار pH از محدوده مجموعه منحرف می شود ، سیستم به طور خودکار تنظیم می شود تا از کیفیت و اثر جذب اسید فسفریک اطمینان حاصل شود. در تولید واقعی ، ساختار داخلی و پارامترهای عملیاتی برج جذب نیز برای بهبود بیشتر راندمان جذب و کیفیت محصول باید بهینه سازی شود.
2. فاکتورهای مهم بر انتخاب تجهیزات
(1) طراحی سازگاری مواد اولیه
دست زدن به سنگ معدن فسفات درجه پایین:
رسیدگی به سنگ معدن فسفات درجه پایین یک مسئله مهم در تولید اسید فسفریک است. از آنجا که محتوای فسفر پنتوکسید (P2O2) در سنگ معدن فسفات درجه پایین کم است ، برای بهبود میزان بازیابی P2O2 ، یک سیستم خاص از قبل از گریزان مورد نیاز است. آسیاب غلتکی عمودی یک تجهیزات متداول از قبل از خاکستری است. ذرات سنگ معدن را با خرد کردن و سنگ زنی سنگ معدن با غلتک اصلاح می کند. ذرات سنگ معدن تصفیه شده دارای سطح خاص بیشتری هستند و می توانند با معرفهای واکنش مانند اسید سولفوریک در واکنشهای شیمیایی بعدی ارتباط کامل داشته باشند و از این طریق باعث بهبود راندمان واکنش و میزان شستشوی P2O2 می شوند. علاوه بر این ، تجهیزات شناور نیز وسیله مهمی برای استفاده از سنگ معدن فسفات درجه پایین است. در طی فرآیند شناور ، با افزودن عوامل شناور مناسب ، خواص سطح مواد معدنی فسفات و مواد معدنی باند متفاوت است و از شناور حباب ها برای غنی سازی مواد معدنی فسفات استفاده می شود و باعث بهبود بیشتر میزان بهبودی P2O2 می شود. پس از این مراحل درمانی ، راندمان بهبودی P₂O₅ در سنگ معدن فسفات درجه پایین می تواند به طور موثری بهبود یابد و هزینه تولید را می توان کاهش داد.
تجهیزات کنترل ناخالصی:
سنگ معدن فسفات معمولاً حاوی ناخالصی مانند یونهای فلزی و فلزی سنگین است که تأثیر منفی بر کیفیت اسید فسفریک و فرآیند تولید بعدی خواهد داشت. راکتور خنثی سازی مجهز به سیستم افزودنی کربنات سدیم است. در طی فرایند واکنش ، کربنات سدیم با فلوراید در سنگ معدن فسفات واکنش نشان می دهد تا مواد جداگانه ای مانند فلوراید سدیم تولید کند و از این طریق به هدف خنثی سازی برسد. با کنترل دقیق مقدار اضافی کربنات سدیم و شرایط واکنش ، میزان فلوئور در اسید فسفریک به طور موثری کاهش می یابد. در همین زمان ، دستگاه جذب یون فلزی سنگین از مواد جذب ویژه مانند کربن فعال شده ، رزین تبادل یون و غیره استفاده می کند تا بتواند یون های فلزی سنگین را در اسید فسفریک جذب و حذف کند. این مواد جذب دارای مساحت خاص و محل های جذب خاص هستند و می توانند به طور انتخابی یونهای فلزی سنگین را جذب کنند تا اطمینان حاصل شود که کیفیت محصولات اسید فسفریک مطابق با استانداردهای مربوطه است.
(2) پیکربندی بهینه سازی بهره وری انرژی
سیستم بازیابی گرما:
در فرآیند تولید اسید فسفریک ، مقدار زیادی از گرمای زباله در مرحله واکنش آزاد می شود. به منظور بهبود بهره وری انرژی ، استفاده از گرمای زباله در بخش غلظت یک اندازه گیری موثر صرفه جویی در انرژی است. با طراحی منطقی دستگاه های بازیابی گرما ، مانند مبدل های حرارتی ، گرمای زباله ایجاد شده توسط واکنش به مواد موجود در بخش غلظت منتقل می شود و از این طریق تقاضا برای بخار خارجی را در طی فرایند غلظت کاهش می دهد. طبق آمار ، استفاده از این سیستم بازیابی گرما می تواند مصرف بخار را با {1}} ٪ کاهش دهد و هزینه انرژی را در فرآیند تولید کاهش می دهد. در عین حال ، این روش بازیابی گرمای زباله نیز مطابق با مفهوم توسعه پایدار ، کاهش زباله های انرژی و تأثیرات محیطی است.
کنترل تبدیل فرکانس هوشمند:
تجهیزات پرقدرت مانند پمپ ها و فن ها اصلی ترین تجهیزات مصرف کننده قدرت در تولید اسید فسفریک هستند. با استفاده از فناوری کنترل تبدیل فرکانس هوشمند ، فرکانس عامل این تجهیزات را می توان با توجه به نیازهای تولید واقعی در زمان واقعی تنظیم کرد. هنگامی که بار تولید کم باشد ، فرکانس کاربری تجهیزات برای کاهش مصرف برق کاهش می یابد. با افزایش بار تولید ، فرکانس عملیاتی تجهیزات برای تأمین نیازهای تولید افزایش می یابد. از طریق این روش کنترل هوشمند ، صرفه جویی در برق سالانه می تواند به 150 ، {3}} ، {4}} kW ・ ساعت برسد ، که نه تنها هزینه های تولید را کاهش می دهد بلکه باعث کاهش سایش تجهیزات می شود و عمر خدمات تجهیزات را افزایش می دهد.
3. فن آوری های کلید برای بهبود قابلیت اطمینان
(1) کاربرد نوآورانه مواد ضد خوردگی
پوشش راکتور:
در راکتور تولید اسید فسفریک ، وجود رسانه های بسیار خورنده مانند اسید سولفوریک تقاضای زیادی را بر روی مواد روکش راکتور قرار می دهد. اگرچه روکش لاستیکی سنتی دارای درجه خاصی از مقاومت در برابر خوردگی است ، اما در طول استفاده طولانی مدت مستعد پیری و آسیب است که این امر بر عمر سرویس راکتور تأثیر می گذارد. فناوری پوشش سرامیکی کاربید سیلیکون راه حل بهتری برای روکش راکتور فراهم می کند. سرامیک های کاربید سیلیکون ویژگی های سختی بالا ، مقاومت در برابر سایش خوب و پایداری شیمیایی قوی دارند و می توانند به طور موثری در برابر فرسایش رسانه های بسیار خورنده مانند اسید سولفوریک مقاومت کنند. عمر آستر راکتور با استفاده از فناوری پوشش سرامیکی کاربید سیلیکون 3 برابر بیشتر از روکش لاستیکی سنتی است که فرکانس نگهداری و جایگزینی تجهیزات را تا حد زیادی کاهش می دهد و تداوم و پایداری تولید را بهبود می بخشد.
سیستم خط لوله:
سیستم خط لوله وظیفه مهم حمل و نقل مواد را در تولید اسید فسفریک انجام می دهد. از آنجا که اسید فسفریک بسیار اسیدی است ، به خصوص در شرایط pH کم ، مقاومت در برابر خوردگی خط لوله بسیار زیاد است. PTFE (Polytetrafluoroethylene) لوله فولادی روکش شده یک ماده خط لوله ایده آل است. PTFE از ثبات شیمیایی بسیار خوبی برخوردار است و می تواند در برابر رسانه های اسیدی قوی با مقدار pH مقاومت کند<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 تولید اسید فسفریک.
(2) سیستم نظارت هوشمند
آنالایزر آنلاین:
فناوری XRF (طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس) در آنالایزرهای آنلاین برای نظارت بر نوسان غلظت اسید فسفریک در زمان واقعی استفاده می شود. این فناوری می تواند به سرعت و به طور دقیق ترکیب ابتدایی و تغییرات غلظت در اسید فسفریک را با دقت {1 {1}} 2 ٪ تجزیه و تحلیل کند. با نظارت بر غلظت اسید فسفریک در زمان واقعی ، اپراتورها می توانند پارامترهای فرآیند تولید را به موقع تنظیم کنند تا از پایداری کیفیت محصولات اسید فسفریک اطمینان حاصل شود. به عنوان مثال ، هنگامی که مشخص شد که غلظت اسید فسفریک از مقدار تعیین شده منحرف می شود ، نسبت مواد اولیه واکنش یا شرایط واکنش را می توان به موقع تنظیم کرد تا از پیشرفت صاف فرایند تولید اطمینان حاصل شود.
سکوی تعمیر و نگهداری پیش بینی:
پلت فرم تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده سنسورهای لرزش و الگوریتم های AI را برای نظارت و تجزیه و تحلیل وضعیت عملیاتی تجهیزات در زمان واقعی ترکیب می کند. سنسور لرزش می تواند داده های لرزش تجهیزات را در زمان واقعی جمع آوری کند و این داده ها را از طریق الگوریتم AI تجزیه و تحلیل و پردازش کند تا از قبل خرابی تجهیزات بالقوه را تشخیص دهد. به عنوان مثال ، هنگامی که تغییرات غیر طبیعی در پارامترهایی مانند فرکانس لرزش و دامنه تجهیزات رخ می دهد ، بستر نگهداری پیش بینی می تواند از خرابی تجهیزات 72 ساعت قبل هشدار دهد ، به اپراتورها اجازه می دهد زمان کافی برای انجام تعمیر و نگهداری و تجهیزات تجهیزات داشته باشند ، از تأثیر خرابی تجهیزات ناگهانی بر تولید و بهبود قابلیت اطمینان تجهیزات و تداوم تولید استفاده کنند.
