1. Quy trình sản xuất cốt lõi và logic lựa chọn thiết bị
2. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến lựa chọn thiết bị
3. Các công nghệ chính để cải thiện độ tin cậy
1. Quy trình sản xuất cốt lõi và logic lựa chọn thiết bị
Là một nguyên liệu thô quan trọng, axit photphoric có hai quy trình sản xuất chính: nhiệt và ẩm ướt. Việc lựa chọn thiết bị cần xem xét toàn diện các tuyến kỹ thuật, đặc điểm nguyên liệu và các yêu cầu bảo vệ môi trường để đảm bảo hiệu quả, ổn định và bảo vệ môi trường của quy trình sản xuất.
Quy trình ướt (Lựa chọn chính):
Quá trình sản xuất axit photphoric ướt là sự lựa chọn chính hiện tại. Quá trình này chủ yếu sử dụng axit sunfuric để phân hủy quặng phốt phát đểsản xuất axit photphoric. Vì loại quặng phốt phát có thể dao động rất nhiều giữa các nguồn gốc và lô khác nhau, nên thiết bị hỗ trợ phải có khả năng thích ứng tốt với biến động cấp quặng. Đồng thời, axit sunfuric là một môi trường ăn mòn cao và thiết bị cũng cần có khả năng mạnh mẽ để xử lý môi trường ăn mòn cao.
Hệ thống lò phản ứng:
Trong sản xuất axit photphoric ướt, hệ thống lò phản ứng đóng vai trò quan trọng. Các lò phản ứng phổ biến bao gồm bể khuấy nhiều giai đoạn hoặc lò phản ứng hình ống. Do tính ăn mòn mạnh mẽ của axit sunfuric, để đảm bảo tuổi thọ của thiết bị và sự an toàn của sản xuất, các lò phản ứng này phải được làm bằng hợp kim bằng thép không gỉ 316L hoặc Titanium. Thép không gỉ 316L có khả năng chống ăn mòn tốt và tính chất cơ học toàn diện, và có thể chống lại sự ăn mòn của axit sunfuric ở một mức độ nhất định; Trong khi hợp kim Titan có khả năng chống ăn mòn cao hơn, đặc biệt phù hợp với môi trường ăn mòn khắc nghiệt hơn. Trong sản xuất thực tế, bể khuấy nhiều giai đoạn sử dụng một thiết bị khuấy bên trong để trộn hoàn toàn đá phốt phát và axit sunfuric để đảm bảo tính đồng nhất và đầy đủ của phản ứng; Lò phản ứng hình ống có đặc điểm của tốc độ phản ứng nhanh và hiệu quả cao thông qua dòng chảy và phản ứng của vật liệu trong đường ống.
Thiết bị lọc:
Sau khi phản ứng hoàn thành, dư lượng axit photphoric và thạch cao được tạo ra cần được tách ra, đòi hỏi phải sử dụng thiết bị lọc. Thiết bị lọc thường được sử dụng bao gồm bộ lọc bàn xoay hoặc bộ lọc chân không đai. Độ chính xác lọc của các thiết bị lọc này phải đạt 99,5% để đảm bảo rằng hàm lượng tạp chất trong axit photphoric phân tách càng thấp càng tốt. Bộ lọc bàn xoay thực hiện các hoạt động lọc, rửa và dỡ hàng liên tục thông qua vòng quay của bàn xoay, và có lợi thế của hiệu quả sản xuất cao và hoạt động ổn định; Bộ lọc chân không vành đai sử dụng lực hút chân không để làm cho axit photphoric đi qua vải lọc, trong khi dư lượng thạch cao bị mắc kẹt trên vải lọc để đạt được sự phân tách chất lỏng rắn, với hiệu ứng lọc tốt và dễ dàng làm sạch và bảo trì.
Thiết bị tập trung:
Nồng độ của axit photphoric thu được sau khi lọc thường thấp và cần được cô đặc. Thiết bị tập trung thường sử dụng thiết bị bay hơi đa hiệu quả hoặc bộ tập trung chân không. Trong quá trình nồng độ, nồng độ axit photphoric cần được kiểm soát thành 50-54% P₂O₅. Vì axit photphoric chứa các ion fluoride và có tính ăn mòn cao, thiết bị nồng độ cần được trang bị các ống trao đổi nhiệt Hastelloy có khả năng chống ăn mòn ion fluoride. Hastelloy có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng chống nhiệt độ cao, có thể đảm bảo tính ổn định và tuổi thọ dịch vụ của các ống trao đổi nhiệt trong quá trình tập trung. Máy bay hơi đa hiệu quả cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng bằng cách sử dụng hơi nước thứ cấp được tạo ra bởi sự bay hơi trước đó làm nguồn nhiệt cho hiệu ứng tiếp theo; Bộ tập trung chân không làm giảm áp lực hệ thống để làm bay hơi và cô đặc axit photphoric ở nhiệt độ thấp hơn, làm giảm sự phân hủy axit photphoric và tạo ra các tạp chất.
Quá trình nhiệt (Kịch bản nhu cầu độ tinh khiết cao):
Quá trình sản xuất axit photphoric nhiệt chủ yếu phù hợp cho các kịch bản có yêu cầu cao cho độ tinh khiết của axit photphoric. Quá trình này tạo ra axit photphoric thông qua các bước như đốt phốt pho màu vàng và hấp thụ hydrat hóa.
Tháp đốt phốt pho màu vàng:
Tháp đốt phốt pho màu vàng là một trong những thiết bị chính cho nhiệtSản xuất axit photphoric. Nó áp dụng một thiết kế buồng đốt thạch anh. Quartz có điện trở nhiệt độ cao và độ ổn định hóa học tốt, và có thể chịu được nhiệt độ cao và khí ăn mòn được tạo ra khi bị đốt cháy phốt pho màu vàng. Trong quá trình đốt cháy, độ chính xác kiểm soát nhiệt độ phải đạt ± 10 độ, vì dao động nhiệt độ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đốt của phốt pho vàng và chất lượng của axit photphoric. Kiểm soát nhiệt độ chính xác có thể đảm bảo đốt cháy đầy đủ phốt pho màu vàng và giảm sự xuất hiện của các phản ứng phụ, do đó cải thiện độ tinh khiết và năng suất của axit photphoric. Thông qua các hệ thống kiểm soát nhiệt độ tiên tiến và thiết bị giám sát, nhiệt độ trong buồng đốt được theo dõi và điều chỉnh trong thời gian thực để đảm bảo hoạt động ổn định của quy trình sản xuất.
Tháp hấp thụ hydrat hóa:
Tháp hấp thụ hydrat hóa được sử dụng để chuyển đổi khí pentoxid phốt pho được sản xuất bằng cách đốt cháy thành axit photphoric thông qua phản ứng hydrat hóa. Tháp áp dụng một hệ thống phun bước. Thiết kế này cho phép khí pentoxide nước và phốt pho tiếp xúc hoàn toàn và cải thiện hiệu quả hấp thụ. Đồng thời, tháp hấp thụ hydrat hóa được trang bị mô-đun giám sát giá trị pH thời gian thực. Bằng cách theo dõi thời gian thực của giá trị pH của chất lỏng hấp thụ, nồng độ và tốc độ dòng chảy của chất lỏng hấp thụ có thể được điều chỉnh kịp thời để đảm bảo phản ứng hấp thụ đầy đủ. Khi giá trị pH lệch khỏi phạm vi tập hợp, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo chất lượng và hiệu ứng hấp thụ của axit photphoric. Trong sản xuất thực tế, cấu trúc bên trong và các thông số vận hành của tháp hấp thụ cũng cần được tối ưu hóa để cải thiện hơn nữa hiệu quả hấp thụ và chất lượng sản phẩm.
2. Các yếu tố hoạt động ảnh hưởng đến lựa chọn thiết bị
(1) Thiết kế khả năng thích ứng nguyên liệu thô
Xử lý quặng phốt phát cấp thấp:
Xử lý quặng phốt phát cấp thấp là một vấn đề quan trọng trong sản xuất axit photphoric. Do hàm lượng phốt pho pentoxide (P2O2) trong quặng phosphate cấp thấp là thấp, nên cần có một hệ thống tiền tạo ra quặng đặc biệt để cải thiện tốc độ phục hồi của P2O2. Nhà máy con lăn dọc là một thiết bị nghiền quặng thường được sử dụng. Nó tinh chỉnh các hạt quặng bằng cách nghiền và mài quặng bằng con lăn. Các hạt quặng tinh chế có diện tích bề mặt riêng lớn hơn và có thể tiếp xúc đầy đủ hơn với các thuốc thử phản ứng như axit sunfuric trong các phản ứng hóa học tiếp theo, do đó cải thiện hiệu quả phản ứng và tốc độ lọc của P2O2. Ngoài ra, thiết bị tuyển nổi cũng là một thiết bị quan trọng để xử lý quặng phosphate cấp thấp. Trong quá trình tuyển nổi, bằng cách thêm các tác nhân tuyển nổi thích hợp, tính chất bề mặt của khoáng chất phốt phát và khoáng chất gangue là khác nhau, và độ nổi của bong bóng được sử dụng để làm phong phú các khoáng chất phốt phát, cải thiện hơn nữa tốc độ thu hồi của P2O2. Sau các bước điều trị này, hiệu quả phục hồi của P₂O₅ trong quặng phốt phát cấp thấp có thể được cải thiện một cách hiệu quả và chi phí sản xuất có thể giảm.
Thiết bị kiểm soát tạp chất:
Quặng phốt phát thường chứa các tạp chất như các ion fluorine và kim loại nặng, sẽ có tác dụng phụ đối với chất lượng của axit photphoric và quá trình sản xuất tiếp theo. Lò phản ứng làm lệch hướng được trang bị hệ thống bổ sung natri cacbonat. Trong quá trình phản ứng, natri cacbonat phản ứng với fluoride trong quặng phốt phát để tạo ra các chất có thể tách rời như natri fluoride, do đó đạt được mục đích làm hỏng. Bằng cách kiểm soát chính xác lượng natri cacbonat và các điều kiện phản ứng, hàm lượng fluorine trong axit photphoric có thể giảm hiệu quả. Đồng thời, thiết bị hấp phụ ion kim loại nặng sử dụng các vật liệu hấp phụ đặc biệt, như carbon hoạt hóa, nhựa trao đổi ion, v.v., để hấp phụ và loại bỏ các ion kim loại nặng trong axit photphoric. Các vật liệu hấp phụ này có diện tích bề mặt riêng và các vị trí hấp phụ cụ thể và có thể hấp phụ các ion kim loại nặng để đảm bảo chất lượng của các sản phẩm axit photphoric đáp ứng các tiêu chuẩn liên quan.
(2) Cấu hình tối ưu hóa hiệu quả năng lượng
Hệ thống thu hồi nhiệt:
Trong quá trình sản xuất axit photphoric, một lượng lớn chất thải sẽ được giải phóng trong giai đoạn phản ứng. Để cải thiện hiệu quả năng lượng, sử dụng nhiệt chất thải phản ứng trong phần nồng độ là một biện pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả. Bằng cách thiết kế hợp lý các thiết bị thu hồi nhiệt, chẳng hạn như bộ trao đổi nhiệt, nhiệt chất thải do phản ứng được chuyển đến các vật liệu trong phần nồng độ, do đó làm giảm nhu cầu về hơi nước bên ngoài trong quá trình nồng độ. Theo thống kê, việc sử dụng hệ thống thu hồi nhiệt này có thể làm giảm mức tiêu thụ hơi nước bằng 30-40%, giảm đáng kể chi phí năng lượng trong quá trình sản xuất. Đồng thời, phương pháp thu hồi nhiệt chất thải này cũng phù hợp với khái niệm phát triển bền vững, giảm chất thải năng lượng và tác động môi trường.
Điều khiển chuyển đổi tần số thông minh:
Các thiết bị công suất cao như máy bơm và quạt là thiết bị tiêu thụ năng lượng chính trong sản xuất axit photphoric. Bằng cách sử dụng công nghệ điều khiển chuyển đổi tần số thông minh, tần suất hoạt động của các thiết bị này có thể được điều chỉnh trong thời gian thực theo nhu cầu sản xuất thực tế. Khi tải lượng sản xuất thấp, tần số hoạt động của thiết bị bị giảm để giảm mức tiêu thụ điện năng; Khi tải lượng sản xuất tăng, tần suất hoạt động của thiết bị được tăng lên để đáp ứng nhu cầu sản xuất. Thông qua phương pháp điều khiển thông minh này, tiết kiệm điện hàng năm có thể đạt tới 150, 000-250, 000 kW H, không chỉ giảm chi phí sản xuất, mà còn giảm hao mòn thiết bị và mở rộng tuổi thọ của thiết bị.
3. KKEY Technologies để cải thiện độ tin cậy
(1) Áp dụng sáng tạo các vật liệu chống ăn mòn
Lớp lót lò phản ứng:
Trong lò phản ứng sản xuất axit photphoric, sự hiện diện của môi trường ăn mòn cao như axit sunfuric đặt ra nhu cầu cao đối với vật liệu lót của lò phản ứng. Mặc dù lớp lót cao su truyền thống có một mức độ chống ăn mòn nhất định, nhưng nó dễ bị lão hóa và thiệt hại trong quá trình sử dụng lâu dài, ảnh hưởng đến tuổi thọ của lò phản ứng. Công nghệ lớp phủ gốm silicon cacbua cung cấp một giải pháp tốt hơn cho lớp lót lò phản ứng. Gốm silicon cacbua có đặc điểm của độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt và độ ổn định hóa học mạnh, và có thể chống lại sự xói mòn của môi trường ăn mòn cao như axit sunfuric. Tuổi thọ của lớp lót lò phản ứng bằng công nghệ lớp phủ gốm silicon cacbua dài gấp 3 lần so với lớp lót cao su truyền thống, giúp giảm đáng kể tần suất bảo trì thiết bị và thay thế và cải thiện tính liên tục và ổn định của sản xuất.
Hệ thống đường ống:
Hệ thống đường ống thực hiện nhiệm vụ quan trọng của vận chuyển vật liệu trong sản xuất axit photphoric. Vì axit photphoric có tính axit cao, đặc biệt là trong các điều kiện pH thấp, khả năng chống ăn mòn của đường ống là cực kỳ cao. PTFE (Polytetrafluoroetylen) ống thép là một vật liệu đường ống lý tưởng. PTFE có độ ổn định hóa học tuyệt vời và có thể chịu được môi trường axit mạnh với giá trị pH là<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 Sản xuất axit photphoric.
(2) Hệ thống giám sát thông minh
Phân tích trực tuyến:
Công nghệ XRF (quang phổ huỳnh quang tia X) được sử dụng trong các máy phân tích trực tuyến để theo dõi sự biến động của nồng độ axit photphoric trong thời gian thực. Công nghệ này có thể phân tích nhanh chóng và chính xác các thay đổi thành phần nguyên tố và nồng độ trong axit photphoric với độ chính xác ± 0. 2%. Bằng cách theo dõi nồng độ axit photphoric trong thời gian thực, các nhà khai thác có thể điều chỉnh các thông số quy trình sản xuất kịp thời để đảm bảo tính ổn định của chất lượng của các sản phẩm axit photphoric. Ví dụ, khi phát hiện ra rằng nồng độ axit photphoric lệch khỏi giá trị đã đặt, tỷ lệ của nguyên liệu thô phản ứng hoặc điều kiện phản ứng có thể được điều chỉnh theo thời gian để đảm bảo tiến trình trơn tru của quá trình sản xuất.
Nền tảng bảo trì dự đoán:
Nền tảng bảo trì dự đoán kết hợp các cảm biến rung và thuật toán AI để theo dõi và phân tích trạng thái vận hành của thiết bị trong thời gian thực. Cảm biến rung có thể thu thập dữ liệu rung của thiết bị trong thời gian thực, và phân tích và xử lý các dữ liệu này thông qua thuật toán AI để phát hiện các lỗi thiết bị tiềm năng trước. Ví dụ, khi những thay đổi bất thường xảy ra trong các thông số như tần số và biên độ rung của thiết bị, nền tảng bảo trì dự đoán có thể cảnh báo về sự cố thiết bị trước 72 giờ, cho phép các nhà khai thác có đủ thời gian để thực hiện bảo trì và sửa chữa thiết bị, tránh tác động của sự cố thiết bị đột ngột đối với sản xuất và cải thiện độ tin cậy của thiết bị và tiếp tục sản xuất.
