北京化工大学毕业设计说明书课题：年产2000T氟硅酸钠工艺设计学号：设计者：班级：黔化升131 指导老师：二O一五年五月北京化工大学化学工程与工艺专业黔化升131班毕业设计说明书课题：年产2000T氟硅酸钠工艺设计设计条件：设计者：杨小飞设计开始日期：2015年3月1日设计完成日期：2015年6月1日指导教师：冉隆文目录第一章前言………………………………第二章概述………………………1.1含氟气体的来源………………………1.2含氟气体的主要现在………………………1.3含氟废弃吸收过程特点………………………1.4含氟废弃的处理方法………………………1.5 氟硅酸的性质及用途………………………第三章工艺过程…………………………2.1工艺原理………………………2.2工艺过程的选择………………………2.3工艺流程简图……………………2.4各岗位操作方法………………………2.5 物料衡算………………………第四章结论…………………………第五章主要参考文献……………………………第六章附工艺流程图………………………第七章附主要设备结构图………………………年产2000T氟硅酸钠工艺设计摘要本设计为北京化工大学2013级化学工程与工艺的毕业设计。
题目为2000T氟硅酸钠工艺设计。
主要是针对磷酸生产过程中的含氟气体是污染源，但同时也是宝贵的氟、硅资源。
在磷酸工段中,磷矿中的氟大部分以SiF4和HF气体的形式逸出。
由于氟化物对环境和生态平衡的危害极大,日益严格的环保要求,这迫使生产厂家要对氟化物进行处理和回收。
氟化物的回收加工,既能使环境得到保护,又可化害为利、变废为宝,提高企业的经济效益。
含氟气体通常用水吸收,生成氟硅酸。
以此为原料,可以加工成氟化铝、氟硅酸钠、冰晶石多种氟化物盐类。
目前以用于生产氟化铝和氟硅酸钠为多。
由于我国磷矿资源丰富,中小型磷铵厂和磷肥厂遍布全国各地,氟硅酸产量大，再加上氟硅酸钠生产的原料食盐来源广,流程简单,操作控制容易,生产成本低,规模不受限制,因而利用氟硅酸生产氟硅酸钠的方法目前可以得到广泛的应用。
本设计的主要特点：体现循环经济的特点，资源再利用，保护环境，实现资源、环境、经济和社会的和谐发展。
关键词氟硅酸钠氟化氢物料衡算磷酸前言首先，感谢冉老师不辞辛劳地为我的毕业设计所做的无私指导和各位学校领导的支持与帮助。
其次，我还要感谢学院给我们授课的各位老师，正是由于你们的传道、授业、解惑，让我既学到了扎实的专业基础知识，还学到了如何求知、治学和如何为人处事。
衷心的谢谢各位老师的教导。
这次毕业设计使我对这两年所学的各门基础课程有了一个连贯的整体认识。
只有把知识前后连贯起来，融会贯通，这样才能对以后的工作和研究有所帮助。
这次设计使我能够综合利用各门专业知识，如化工设备基础、反应工程、化工原理、文献检索、工程制图、分离工程等来进行化工设计，使我对化工设计有了一个具体的概念，为以后的工作打下了良好的基础。
通过这次设计还使我对含氟气体的性质，含氟废气的处理方法等有了一定的了解了解到了废气处理的效果好坏会直接影响环境的污染程度。
由于水平有限，知识面还不广，使我对含氟废气的处理方法只有一个粗浅的了解，对一些设备的功能和用途的理解也不是很彻底。
对这些发现和未发现的不足之处，希望指导老师指出，提出宝贵的修改意见。
1 概述磷矿中含有一定量的氟、硅化合物,在对磷矿进行加工制取过磷酸钙、萃取磷酸、重过磷酸钙等时,其中的一部分氟与硅反应,最终以四氟化硅和氟化氢含氟废气形式逸出。
磷铵车间萃取磷酸浓缩过程中逸出的含氟废气很有利用价值,并多以水吸收,反应生成氟硅酸并析出硅胶,然后进一步加以利用。
磷肥产生中，主要有害物质均包括氟。
氟的致毒作用主要表现在对机体中各种酶发生作用，影响人体的硬组织和硬组织。
磷铵车间中排放的有害气体主要是含氟气体SiF4和HF。
这些含氟气体均为有毒气体，能腐蚀皮肤、玻璃、陶瓷、铅及其他金属；对人的呼吸器官有毒害，侵害神经系统；含氟气体易与空气中的水分结合，形成的雾能毒害农作物；含氟气体被水吸收后，在灌溉农田时，氟元素富集到植物的果实中和水生动物体，造成严重的环境污染。
氟的化学性质非常活泼，几乎不能单独存在，在地球上的分布相当广泛。
氟对于人体有利的面非常窄，氟高了以后容易造成氟中毒。
当前,我国国内绝大多数磷肥厂对含氟废气的回收率过低，有的厂甚至因为磷酸浓缩浓度较低,回收的氟硅酸浓度较低而无法利用，只好以石灰乳中和后排放。
由此可见，磷肥生产中含氟废气的排放会对环境造成严重的污染。
这些作为“三废”排放的氟、硅污染物，只要经过合理有效的利用均可以成为宝贵的化工资源。
因此，利用磷铵车间含氟废气生产氟硅酸钠是很有现实意义的。
[1]1.1含氟气体的来源磷铵车间含磷酸和磷铵两个工段。
磷酸工段以磷肥车间生产的矿浆和硫酸车间生产的硫酸为原料，经萃取、过滤等工序生产磷酸。
磷铵工段以氮和磷酸为原料，经中和浓缩、造粒干燥等工序生产磷铵。
磷酸工段中发生的反应：Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 +5n H2O===3H3PO4 +5CaSO4•nH2O + HF↑（n=2称为二水法）由上可见，在生产磷铵的过程中有HF气体产生，同时生成的HF又与磷矿石中的SiO2杂质发生下列反应：6HF +SiO2 ===H2SiF6 + 2H2OH2SiF6 ===SiF4 + 2HF所以磷铵车间的气体排放物主要成分是SiF4和HF。
1.2 含氟气体的主要性质1.2.1 无水氢氟酸的性质指含氟化氢95%以上，含水在5%以下的溶液，为一无色发烟液体。
减压或高温下易汽化，氟化氢气体也很易聚合，形成(HF)2，(HF)3，……等气链形分子。
在液态时，聚合度更为增加，能腐蚀玻璃和破坏其它含硅物质，能使皮肤严重灼伤。
溶于水时激烈的放热成为氢氟酸，对皮肤和黏膜有极强的刺激和腐蚀作用。
无水氢氟酸有很高的化学活性和很强的吸水性，可以和很多种金属及其氧化物化合，也可以与有机物进行氟化反应。
氟化氢对植物的伤害主要是以气体形式进入植物体内,影响植物的各种生理过程。
植物对大气中氟化物的反应受多种因素的影响,一些归于植物本身,而另一些则来自植物的生长环境。
一方面植物生长环境中多种矿物质的营养水平会影响植物对氟化氢的敏感性，另一方面氟化物又会影响植物体内矿物质营养的含量。
1.2.2 SiF4的性质四氟化硅（SiF4）是无色、有毒、有刺激性臭味的气体。
密度4.69gL。
四氟化硅在潮湿的空气中因水解而产生烟雾，生成硅酸和氢氟酸，用于制取氟硅酸和化学分析，在冷冻下加压可凝成液体，能溶于硝酸和乙醇。
四氟化硅比较稳定。
能跟氢氟酸作用生成氟硅酸H2SiF6。
四氟化硅也易被碱液分解，可用浓硫酸、氟化钙、二氧化硅混合强热制取。
有制止镁在空气中氧化的性能。
与氢（在日光下）、碳、磷、碘等其他非金属、Zn、Hg、H2S、HNO3、N2O4、N2O5 、熔融KCl、无水碱金属、碳酸盐和硼酸盐几乎不起反应。
金属钠、钾在灼热情况下与四氟化硅反应会形成硅、金属钠、钾的氟化物和氟硅酸盐的混合物。
与金属铝加热反应时，则生成Si、Al、氟化物的混合物。
四氟化硅与AlCl3在高温下反应则生成SiCl4，而在低温下（90 o C～180o C），则形成氟、氯化硅的混合物。
某些金属氧化物与四氟化硅反应生成相应的金属氟化物，碱金属氟化物与四氟化硅作用时，则形成氟硅酸盐。
四氟化硅与无水氢氟酸几乎不起反应，当有水存在时，则产生氟硅酸。
四氟化硅可与某些有机物形成加成产物，如丙酮芳香族胺类和格林尼亚试剂等有机物。
SiF4的物化数据如下表：表1—1 SiF4的密度升华曲线用方程式: logP = -1346.2T-1 +12.61 表示P—蒸气压T—绝对温度表1—2 SiF4在氢氟酸溶液中的溶解度(15℃)1.3 含氟废气吸收过程的特点含氟废气不论是呈气体形式还是液体形式均具有强烈的腐蚀性。
当温度低于93℃时，吸收设备可以使用非金属材料，如橡胶、各种玻璃纤维增强的聚酯三氟乙烯或环氧树脂。
金属材料中的哈斯特罗合金、蒙乃尔合金、以及316L型不锈钢都很合适，但成本较高。
用水吸收SiF4时，产生SiO2沉淀：3SiF4 + (n+2)H2O === 2H2SiF6 + SiO2•n H2O而这种硅胶沉淀会在系统内产生堵塞，给生产操作带来`很大的困难。
当吸收在50℃以下进行并有HF存在时，沉淀呈凝胶状态或软纤维状。
当温度较高时，沉淀物可能呈粒状并黏合在一起。
吸收液一般单程吸收，循环使用，故控制吸收液中的氟化物的分压就成为吸收过程的重要因素。
1.4 含氟废气的处理方法含氟废气的治理，目前主要有三类方法：稀释法、吸附法(干法) 、吸收法(湿法) 。
本设计采用湿法。
1.4.1吸收法(湿法)湿法净化技术采用水、碱性溶液或某些盐类溶液来吸收含氟废气中的氟化物,从而达到净化回收的目的,同时还可以得到副产品氟硅酸钠、冰晶石、氟硅酸及氟硅脲等。
湿法净化技术的优点在于净化设备体积小,易实现,净化工艺过程可以连续操作和回收各种氟化物,净化效率高,效果好,其缺点是会造成二次污染,在寒冷的地区还需要保温措施。
湿法净化的基本原理：SiF4易溶于水生成氟硅酸(H2SiF6)。
在各种温度下氟硅酸溶液上的SiF4蒸气压由图1—1可知，温度越低，氟化氢和四氟化硅的溶解度越大，含氟废气吸附效果越好，因此水吸收方法易在低温下进行。
随着H2SiF6在溶液中浓度的提高，溶液上方SiF4的蒸气压也增大。
当H2SiF6浓度高到一定程度时，用水净化含氟废气的效率就急剧降低。
所以控制水溶液中的H2SiF6的浓度也非常的关键。
据经验可取其浓度为8%～12%。
湿法净化是基于氟化氢和四氟化硅都极易溶于水的特性，主要反应式有：SiF4 + 2H2O === 4HF + SiO22HF + SiF4 === H2SiF6为提高净化效率，本设计采用两极吸收流程。
1.5 氟硅酸(H2SiF6)的性质及用途1.5.1氟硅酸(H2SiF6)的性质无色透明的发烟液体，有刺激性气味，呈强酸性。
无水氟硅酸为无色气体，不稳定，易分解为四氟化硅和氟化氢，室温下约50%分解。
浓的氟硅酸溶液冷却时能析出无色二水合物晶体（H2SiF6•2H2O）。
氟硅酸可溶于水，有消毒性能。
氟硅酸没有无水产品，最高浓度为60.92%，当组分含氟硅酸13.3%时最稳定，蒸馏时不分解，有毒。
氟硅酸易挥发，能腐蚀玻璃、陶瓷、铅及其他金属。
对人的皮肤有强烈的腐蚀，对人的呼吸器官有毒害作用，宜贮存于蜡制或塑料制的容器中。
表1—3 H2SiF6的物理化学数据：表1—4 H2SiF6—PbSiF6—H2O系统（20 o C）：和气相中的分压用以下方程式表示：㏒P HF=(1808.5-109.89C)T-8625+0.49C㏒P SiF4=(1472.89+50.02C)T-10625+0.368C 式中：P—分压，Pa ；T—绝对温度，K；C—氟硅酸溶液的浓度%（质量）1.5.2氟硅酸(H2SiF6)的用途氟硅酸是制取氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸镁、氟硅酸铜、氟硅酸钡、氟硅酸钙和其他氟硅酸盐类及四氟化硅的基本原料。
![硫酸钠法生产氟硅酸钠的工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/0cddb2910129bd64783e0912a216147917117e13.png)