湿法磷酸净化装置萃取剂循环泵技术改造

余 波，魏林松，谷海明

（云南磷化集团海口磷业有限公司三环分公司，云南昆明 650113）

0 引言

云南磷化集团海口磷业有限公司白酸厂湿法磷酸净化装置是以湿法磷酸为原料，采用结合化学沉淀的溶剂萃取法净化生产工业级磷酸。净化生产中，萃取剂是磷酸三丁酯，利用P2O5在磷酸三丁酯及磷酸中溶解度或分配系数的不同，使含杂质的磷酸溶液中的P2O5转移到磷酸三丁酯中，加冷凝水反萃即得到净化稀酸。在这个过程中，萃取率的高低直接影响到装置产量，萃取剂作为净化萃取的载体，其流量是影响萃取率最重要的因素，萃取剂循环泵则是直接提供萃取剂流量的设备。

1 原萃取剂循环泵存在的问题

原循环泵参数如表1 所示。

表1 原萃取剂循环泵参数

根据生产情况统计，改造前净化萃取率为55%，日产量为160 t 折百酸，远达不到设计产能，主要是萃取剂循环泵流量不足所致。净化装置满负荷运行时，为了得到高的萃取率，萃取剂流量应达到180 m3/h。原萃取剂循环泵已不能提供足够的流量来满足生产需要，需要对萃取剂循环泵进行技术改造，以提升流量，同时对泵扬程及电机功率重新核算同步改造。

2 泵选型

2.1 泵的分类

常用泵的类型如有叶片式泵、容积式泵和其他类型泵。

2.2 泵类型选择

2.2.1 泵类型选择框图

泵类型选择框图见图1，图中ns为比转速，ns=式中，Q 为流量，H 为扬程，n 为泵转速。

图1 泵类型选择框图

泵的类型选择一般遵循以下规则：

（1）离心泵具有结构简单、输液无脉动、流量调节简单、价格便宜等特点，应优先选择离心泵。

（2）有计量要求时选用计量泵。

（3）扬程要求很高、流量很小，且无合适的小流量、高扬程的离心泵时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用漩涡泵。

（4）扬程很低、流量很大时，可选用轴流泵或混流泵。

（5）介质黏度较大时，可选用转子泵，如螺杆泵或往复泵。

（6）介质含气量较大、流量较小，且黏度较低时，可选用旋涡泵，如允许流量有脉动，可选用往复泵。

（7）对启动频繁或灌泵不方便的场合，应该选用具有自吸性能的泵。

2.2.2 输送物料特性

萃取剂为磷酸三丁酯，分子式OP（OCH2CH2CH2CH3）3，分子量288.32，无色、有刺激性气味的液体。常温常压下沸点154 ℃，闪点148 ℃，蒸汽压2.87 kPa，密度950 m3/t，黏度3.1 cP，运动黏度3.2 cSt，输送过程中会夹带少量磷酸，具有较强的腐蚀性，固含量≤0.1%，温度60 ℃。

2.2.3 泵类型确定

根据泵的选用原则及物料特性，结合原萃取剂循环泵使用情况，此泵类型选择卧式耐腐蚀离心泵，单级单吸，过流部件材质CD4MCu，闭式叶轮，膜片联轴器直联传动，机械密封形式。

3 泵参数计算

3.1 泵及管路系统

泵及管路系统如图2 所示。泵系统管路相关情况：管道为DN150 不锈钢管，总长40 m，包括90°弯头10 个，蝶阀4 支，止回阀1 支，进口及出口储槽均为开放系统。

图2 泵及管路系统示意图

3.2 流量

流量180 m3/h 由工艺需求决定。

3.3 扬程

3.3.1 扬程定义

单位重量的液体从吸入液面输送到排出液面所需要的能量，用符号HZ表示，单位是m（液柱）。它是由几何高度ha（位压头）、压力差（静压头）和整个系统管路的阻力损失HV组成[1]。

式中，∑HV1为沿程阻力损失，∑HV2为局部阻力损失，λ 为摩擦阻力系数，k 为局部阻力系数。

3.3.2 沿程阻力损失计算[1]

3.3.3 局部阻力损失计算[1]

局部阻力系数见表2，表中数据查自管道和阀门局部阻力系数K（湍流）。

表2 局部阻力系数

3.3.4 静压头及位压头计算

在泵及管路系统中，两个截面1—1 及2—2 如图2 所示，取储槽的上液面作为计算截面。位压头ha=18-6=12 m。

由于进出口储槽均为开放系统，p2=p1=0（表压），静压头=0 m。

3.3.5 扬程计算

由以上计算结果得HZ=12+0+3.3+4.4=19.7 m，圆整后取HZ=20 m。

3.4 功率

4 改造方案

根据计算，泵重新选型，参数如表3 所示。

表3 重新选型泵参数

利用原系统中的管路，将泵、电机更换，对相关电器部分进行增容即可。

5 效益

自该项目实施后，萃取率提升了5%，装置平均产量由原来的190 t/d 提升到了207 t/d（表4）。按装置300 d/y 的运行时间计算，则年产能增加量为5100 t，每吨磷酸按5500 元计，则年直接销售收入增加2805 万元，每吨磷酸按400 元利润计，则经济收益为204 万元/年。本次技改共投入27 万元，按5 年折算成本，则每年为5.4 万元，每年实际经济收益为198.6 万元。

表4 技改前后两年萃取率及产量