（化学工程专业论文）磷铵尾气减排与节能的清洁工艺研究.pdf

四川大学博士学位论文 磷铵尾气减排与节能的清洁工艺研究 化学工程专业 研究生：马空军指导教师：朱家骅教授 根据绿色化学原理和循环经济原则，规划和发展我国磷资源化工、开发清 洁磷化工生产技术已纳入我国中长期科技发展规划，针对目前我国磷肥生产工 艺现状，本文以某厂引进的n o r s kh y d r o 预中和一转鼓氨化造粒工艺年产6 0 万 吨磷酸二铵d a p 生产装置的大气排放物为例，通过对d a p 尾气分流的热力学 分析，揭示了6 0 万吨，年磷酸二铵( d a p ) 生产装置尾气排放“磷铵雨”污染的 热力学机理，是高湿度尾气露点温度高于烟囱内局部位置的实际温度而产生凝 雾。源头治理措施是尾气脱湿，由此开发采用磷酸二铵尾气循环联产磷酸一铵 清洁新工艺技术，使湿含量低于0 1 1 4k g ( h 2 0 ) k g ( a i r ) ，露点温度低于5 5 。c 。 脱湿释放的能量循环用于磷酸一铵( m a p ) 生产，可以替代2 4 万吨，年m a p 生产装置4 5 的一次能源。提出尾气部分冷凝一磷酸降膜蒸发过程耦合技术， 节约过程推动力，提高二次能源利用效率。现场实验证明了该技术的可行性， 耦合过程总的传热系数5 0 0 6 0 0w m - 2 k - 1 ，达到工业装置水平，并具有低温( 6 0 ) 、低循环量的突出优势，蒸发表面扩展了1 个多数量级。 对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟，引入分配系数。表 征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重。d a p 尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据， 在水汽冷凝减量3 4 5 7 的范围内，与= o 2 的数值模拟结果相当吻合，定量 验证了本文的模型与数值模拟。 通过实验，考察了磷酸液膜平均传热、传质系数与膜re 的关系。随着r e 的增大。液膜平均传热系数开始呈线性增大，后来增加更快，最后开始减小。 平均传质系数随r p 的增大逐渐减小。并且随着流量的增加，减小越来越快。 实验研究了磷酸液膜过冷度对磷酸降膜蒸发过程的影响。过冷度的提高有 利于传热。但相对单位过冷度的蒸发强度却有所减小。实验还揭示磷酸过冷沸 四川大学博士学位论文 腾是一项很有应用前景的磷酸浓缩清洁生产技术。 现场实验获得的p 2 0 5 浓度2 7 ：1 4 1 7 范围内磷酸蒸发浓缩数据，揭示了 在5 5 0 c 以下低温浓缩湿法磷酸的可能性以及磷酸过冷沸腾现象，这对磷酸浓缩 技术很有研究价值。 通过对真空降膜浓缩磷酸脱氟实验表明，操作温度对磷酸的浓缩和深度脱 氟效果有显著影响。磷酸浓度愈高，其影响愈大。 在磷铵料浆蒸发浓缩过程中，设备的液位控制和密度测量对保证设备正常 生产和后续喷浆造粒产品的质量都十分重要，接触式差压法是工业生产中广泛 采用的液体密度或液位在线检测方法，但对粘稠料浆流动体系却常因料浆粘附 在与其相接触的传感器敏感膜片表面，使传感器无法正常感应流体主体压强的 变化而失效。本文提出了一种用空气或惰性气体传递液相压力信号的测量方法， 依据热力学和流体静力学原理导出了测量管内气液界面高度随系统温度、压力 变化的关系式。以水一空气体系为例计算了1 6 0 c 、0 7 m p a 范围内测量管内气液 界面的涨落，获得了测量管可靠的工作范围及气柱溢出、测量失效的判定公式。 进一步分析了气体通过气液界面扩散传质可能引起的测量失效问题，建立了传 质模型，计算表明难溶性气一液体系此过程十分缓慢。选用空气水体系进行了 实验验证，在压力0 2 m p a 、温度分别为5 0 和8 0 c 两工况下，测量管内通过气 液界面传质而引起的界面高度变化量在9 0 天内小于5 ，与理论预测值相当吻 合，验证了该方法的可靠性。 超声波是一种研究反应绿色化的重要的物理手段，本文从热力学基本原理 出发，研究了声场中的汽液相平衡热力学，提出声场中的相平衡条件。通过引 入声力势的概念，推导并建立了超声波声场中热力学模型，从理论上研究和分 析外加超声声场对磷酸浓缩汽液相平衡的影响。理论表明超声波完全可以改变 原有的平衡体系，从而使体系达到了种新的平衡状态。 此外，本文根据超声空化泡在相间特殊运动时周围流体流动特性，结合流 体动力学原理，基于渗透传质理论提出并建立了超声波声空化气泡相界面逸出 崩溃时相际间传质模型，所建立的模型较好地描述相界面上逸出超声空化泡时 液体中的传质行为。根据文献实验条件对模型赋值并结合对模型参数的估值确 定，理论计算预测值能较好地反映文献实验数据的变化趋势，表明本文的机理 模型能合理反映超声空化泡在相间的传质现象，该模型为超声波强化相间传质 i i 四川大学博士学位论文 过程提供了理论依据。 关键词：磷铵尾气循环降膜蒸发超声场强化传质节能清洁工艺测量与控 制可靠性 h i 四川大学博士学位论文 s t u d yo n e x h a u s t sr e d u c t i o na n de n e r g ys a v i n gf o rc l e a n e r p r o d u c t i o no fa m m o n i u mp h o s p h a t e m a j o r c h e m i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：m a k o n g j u n s u p e r v i s o r ：p r o f z h uj i a h u a b a s e do nt h e p r i n c i p l e o f g r e e n c h e m i s t r y a n d r e c y c l i n ge c o n o m y , p r o g r a m m i n ga n dd e v e l o p i n gc l e a n l yp r o d u c i n gt e c h n o l o g yo fp h o s p h o rr e s o n r e 圮 h a db e e nb m u g h ti n t om em e d i u m l o n gt e r mt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p i n gp r o g r a m m e i nc h i n a a i ma tt h ep h o s p h a t ea c t u a l i t yo ft h ep r o d u c i n gp r o c e s si nc h i n a , t a k i n g e x a m p l e f o rt h ee x h a u s t i n g g a s e sd i s c h a r g e df r o m a6 0 0 ( k f f a ) d i a m m o n i u m p h o s p h a t e ( d a p ) p r o d u c t i o nl i n et h a ti n t r o d u c e di n t on o o kh y d r op r o c e s si n a c e r t a i n p l a n t t h e r m o d y n a m i ca n a l y s i s w a sm a d et ot h em e c h a n i s mo fp - n h 3 p o l l u t e dd r o p l e t sf o r m a t i o ni nt h ee x h a u s t i n gg a s e sd i s c h a r g e df r o ma6 0 0 ( k t a ) d i a m m o n i u mp h o s p h a t e ( d a p ) p r o d u c t i o nl i n e t h ek e yf a c t o ri sd u et ot h e i n e v i t a b l es t e a mc o n d e n s a t i o nw h i c ht a k e sp l a c ea n y w h e r ei nt h es t a c ko n c et h ed e w p o i n tt e m p e r a t u r eo ft h el l i g hh u m i d i t yt a i lg a si so v e rt h el o c a lt e m p e r a t u r e s o ，t h e c l e a n e rp r o c e s sf o rm o n o a m m o n i u mp h o s p h a t ep r o d u c t i o nc o m b i n i n gw i t hr e c y c l i n g o f e x h a u s tg a s e sf r o md i a m m o n i u mp h o s p h a t ep r o d u c t i o nw a sd e v e l o p e d ar a d i c a l m e a s n r e m e n ti st or e d u c et h es t e a mc o n t e n to ft h et a i lg a sb e l o wac r i t i c a lv a l u eo f o 1 1 4k g ( h z o ) k g ( a i r ) m e m b yi t sd e wp o i n tt e m p e r a t u r eb e l o w5 5 c ac l e a n p r o c e s sw a sp r o p o s e df o ra 2 4 00 9 a ) m o n o a m m o n i u mp h o s p h a t e ( m a p ) p r o d u c t i o n l i n et ou s et h ee n e r g yr e l e a s e df r o md e h u m i d i f y i n go fd a pt a i lg a st os u b s t i t u t ea s m u c ha s4 5 o ft h et o t a le n e r g yc o n s u m p t i o nf o rm a pp r o d u c t i o n t oi m p r o v et h e e f f i c i e n c yo ft h i ss e c o n d a r ye n e r g yt r a n s p o r t , a nu n i q u et e c h n i q u ew a sd e v e l o p e dt o m a k eaf u l lu s eo ft h el i m i t e dd r i v i n gf o r c ef o rh e a tt r a n s f e rb yi n t e g r a t i n gt h e p r o c e s s e so fp a r t i a lc o n d e n s a t i o no ft a i lg a s w i t hf a l l i n gf i l me v a p o r a t i o no fr a w i v 四川大学博士学位论文 p h o s p h o r i ca c i d t h ef e a s i b i l i t yw a sd e m o n s t r a t e db yt h ep i l o te x p e r i m e n t si nw h i c h t h et o t a lh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n tr e a c h e dt h ei n d u s t r i a le q u i p m e n tl e v e lo f5 0 0 6 0 0 w m - 2 k 1 s o m eo t h e ra d v a n t a g e sw e r ea l s os i g n i f i c a n ts u c ha sl o w e re v a p o r a t i o n t e m p e r a t u r e ( 6 0 c ) ，l o w e ra c i dc y c l i n ga m o u n ta n de s p e c i a l l ym o r et h a no n e m a g n i t u d ee x p a n d i n go fe v a p o r a t i o ns u r f a c ea r e a sc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l p h o s p h o f i ca c i dc o n c e n t r a t i o nt e c h n i q u e m o d e l i n g a n ds i m u l a t i o n sw e 佗m a d et ot h e p r o c e s s e so fc o n d e n s a t i o n d e h u m i d i f y i n go fh i g hh u m i d i t yi n d u s t r i a le x h a u s tg a s e sw h i c hw i d e l ye x i s ti n p r o c e s si n d u s t r y a na l l o c a t i o nf a c t o r , 睨i si n t r o d u c e di nt h em o d e lt oq u a n t i t a t i v e l y e x p r e s st h ee f f e c to fc o n d e n s a t i o nm a n n e ro nd e h u m i d i f y i n gc h a r a c t e r i s t i c sw h e nt h e t w om e c h a n i s m so ff o g g i n ga n df i l mc o n d e n s a t i o ns i m u l t a n e o u s l yp l a yt h e i rr o l ei n t h ep r o c e s s f r o mt h ep i l o te x p e r i m e n to fd a pt a i lg a sc o o l i n ga n dd e h u m i d i f y i n gi n t h er e g i o no f3 4 - 5 7 r e d u c t i o no fs t e a mf r a c t i o n ，t h ec o n s i d e r a b l yc o n s i s t e n t e x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r eo b t a i n e dt ov e r i f yt h es i m u l a t i o nr e s u l t sf o rt h ea l l o c a t i o n f a c t o r 口= o 2 i ne x p e r i m e n t , t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ea v e r a g eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t ，t h e m a s st r a n s f e rc o e f f i c i e n to f p h o s p h a t ea c i df a l l i n gf i l ma n dr en u m b e rw e r er e v e a l e d t h ea v e r a g eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to fp h o s p h a t ea c i df a l l i n gf i l mi sl i n e a rw i t hr e n u m b e rp r i m i t i v e l y ，m o r ei n c r e a s e da f t e r w a r d s ，m i n i s h e df m a l l y a st h er en u m b e r a d v a n c e d ，s od i d n tt h em a s st r a n s f e rc o e f f i c i e n to fp h o s p h a t ea c i df a i l i n gf i l ma n d a l o n gw i t ht h ef l o w o fp h o s p h a t ea c i df a l l i n gf i l mi n c r e a s i n g ，t h em a s st r a n s f e r c o e f f i c i e n to f p h o s p h a t ea c i df a l l i n gf i l mm i n i s h e dq u i c k l y i n f l u e n c eo fp h o s p h a t ea c i ds u b c o o l i n gf a l lf i l mo ne v a p o r a t i o no fp h o s p h a t e a c i df a h i n gf i l mh a ds t u d i e db ye x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sd i s p l a y e dt h a t t h ei n c r e a s e ds u b c o o l i n gr e d o u n d e dt oh e a tt r a n s f e ro fp h o s p h a t ea c i d f a l l i n g f i l m b u tw e n ta g a i n s tt h ev a p o r i n gi n t e n s i t yo fp h o s p h a t ea c i df a l l i n gf i l m t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sd i s p l a y e dav e r yp r o m i s i n gf u t u r ea p p l i c a t i o nf o rs u b c e o l i n g f a l l i n g f i l m e v a p o r a t i o n t ob eu s e df o rc l e a n e rp r o c e s so f p h o s p h o r i ca c i d c o n c e n t r a t i o n v 四川大学博士学位论文 d a t ao fp h o s p h a t ea c i dc o n c e n t r a t i o n ( p 2 0 s ) i nt h er a n g eo f2 1 1 - 4 1 7 h a d o b t a i n e d b ys p o te x p e r i m e n t i td i s p l a y e dt h ep r o b a b i l i t yo fp h o s p h o r i c a c i d c o n c e n t r a t i o ni nt e m p e r a t u r eb e l o w5 0 0 ca n dt h ep h e n o m e n ao fp h o s p h a t ea c i d s u b e o o l i n gf a l lf i l me v a p o r a t i o n e x p e r i m e n tr e s u l t st h a ts t u d yo nd e f l u o r i n a t i o ni nv a c u u me v a p o r a t i o no f p h o s p h o r i ca c i df a l l i n g f i l mi n d i c a t e dt h a tt h eo p e r a t i o n a lt e m p e r a t u r eh a dg r e a t i n f l u e n c eo nd e f l u o r i n a t i o ni nv a c u u me v a p o r a t i o no fp h o s p h o r i ca c i df a i l i n gf i l m i n ad e f i n i t ev a c u u m , t h ep h o s p h a t ea c i dt e m p e r a t u r ew a $ d e t e r m i n e db yp h o s p h o r i c a c i dc o n c e n t r a t i o n t h em o l eh i g hp h o s p h a t ea c i dc o n c e n t r a t i o nw a s 。t h em o l e g r e a ti n f l u e n c eo nd e f l u o r i n a t i o ni nv a c u u me v a p o r a t i o no fp h o s p h o r i ca c i df a l l i n g f i l m i nt h ep r o c e s so fa m m o n i u mp h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n ，t h ec o n t r o ll e v e lo f l i q u i ds u r f a c ea n dm e a s u r e m e n to ft h ed e n s i t yw e r eh i g h l yi m p o r t a n tt oe q u i p m e n t r u n n i n ga n dq u a l i t yo f 孕- a i n yp r o d u c t t h ec o n t a c tm a n o m e t e rw a sw i d e l ya p p l i e d t o i n d u s t r i a lp r o d u c t i o nf o ro n l i n em e a s u r e m e n to ft h ed e n s i t ya n dl e v e lo fl i q u i d s u r f a c e b u ti t st r a n s d u c e rc o u l d n ti n d u c et h em a i nb o d yp r e s s u r eo fl i q u i ds o 勰t o b ei n v a l i db e c a u s et h ev i s c o u ss l u r r i e sa d h e r e dt ot h et r a n s d u c e rs u r f a c eo f m a n o m e t e rc o n t a c t e db yv i s c o u ss l u r r i e s am e a s u r e m e n tt h a tl i q u i dp r e s s u r es i g n a l w a st r a n s f e r r e db ya i ro ti n e r tg a s e sw a sp r e s e n t e d b a s e do nt h ep r i n c i p l e so f t h e r m o d y n a m j c sa n dh y d r o m e c h a n i c s ，a ne q u a t i o nw a sd e d u c e dt ou n d e r s t a n dt h e p h e n o m e n ao fi n t e r f a c ef l u c t u a t i o nc o r r e s p o n d i n gt ot h ec h a n g eo ft e m p e r a t u r ea n d p r e s s u r ei n s i d et h em e a s u r i n gn i b e d e m o n s t r a t i v ec a l c u l a t i o n sw e r em a d et ow a t e r a n da i rs y s t e mw i t h i nt h er a n g eo f1 6 0 c a n do 7 m p a a na n a l y t i cc r i t e r i o nf o rg a s e s c a p ew h i c he v e n t u a l l yl e a d st oi n v a l i d a t i o no fm e a s u r e m e n tw a so b t a i n e d t h e r e g i o no fp a r a m e t e r sa l l o w i n gr e l i a b l em e a s u r e m e n tw a sd e t e r m i n e df r o mt h e c a l c u l a t i o nr e s u l t s f u r t h e r m o r eam a s st r a n s f e rm o d e lw a sp r o p o s e dt oa n a l y s et h e n e g a t i v ee f f e c to fm a s st r a n s f e ro fg a sm o l e c u l e st h r o u g ht h ei n t e r f a c et ot h ef o w i n g l i q u i d ，w h i c hm a yc a u s ei n v a l i d a t i o no fm e a s u r e m e n ti ft h em a j o r i t yo fg a sl o s e s f r o mt h em e a s u r i n gt u b e i tw a sd e m o n s t r a t e db yt h ec a l c u l a t i o nt h a tt h i sp r o c e s so f v i 四川大学博士学位论文 m a s st r a n s f e ri s v e r ys l o wf o r t h es l i g h t l yd i s s o l v e dg a s l i q u i ds y s t e m t a k i n g a i r - w a t e ra sa l lt r i a ls y s t e m , t h ee x p e r i m e n t sw e r em a d et o v e r i f yt h em o d e l p r e d i c t i o n u n d e rac o n s t a n tp r e s s u r eo f0 2m p aa n dt h et e m p e r a t u r eo f5 0 a n d 8 0 cr e s p e c t i v e l y , t h ec h a n g eo fi n t e r f a c ep o s i t i o ni n s i d et h em e a s u r i n gt u b ed u et o m a s st r a n s f e rw a sl e s st h a n5 d u r i n gap e r i o do f9 0d a y s w e l lc o n s i s t e n tw i t ht h e m o d e lp r e d i c t i o n i tw a si n d i c a t e dt h a tt h em e t h o dw a sf i t t e dw e l l w i t ht h e e n g i n e e r i n gr e q u i r e m e n tf o rr e l i a b l ea p p l i c a t i o n u l t r a s o n i cw a sa ni m p o r t a n tp h y s i c a lm e a n so fg r e e nr e a c t i o n b a s e do i lt h e f u n d a m e n t a l t h e m o d y n a m i c st h e o r y ,v a p o r - l i q u i d p h a s e e q u i l i b r i u m t h e r m o - d y n a m i c si nu l t r a s o n i cf i e l dh a db e e ns t u d i e d ，a n dp h a s ee q u i l i b r i u m c o n d i t i o n sa r ep r o p o s e d t h r o u g hi n t r o d u c t i o no fu l t r a s o n i cf o r c ep o t e n t i a l ，t h e t h e r m o d y n a m i c sm o d e lf o rp h a s ee q u i l i b r i u mi nt h ee x e r tu l t r a s o n i cf i e l dw a s t h e o r e t i c a l l yd e d u c e d e f f e c to ft h ee x t e r n a lu l t r a s o n i cf i e l do nv a p o r - l i q u i dp h a s e e q u i l i b r i u mo fp h o s p h o r i c a c i dc o n c e n t r a t i o nw a st h e o r e t i c a l l y p r o v e d i tw a s t h e o r e t i c a l l yi n d i c a t e dt h a tu l t r a s o n i cc o u l dc o m p l e t e l yc h a n g et h eo r i g i n a lc o n d i t i o n o fe q u i l i b r i u ms y s t e ma n dan e wc o n d i t i o no fe q u i l i b r i u ms y s t e mw a sb u i l tu p a c c o r d i n g l y f u r t h e r m o r e ，b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i co ff l u i df l o ws u r r o u n d i n gu l t r a s o n i cg a s c a v i t y a n dt h ep e n e t r a t e t h e o r yo fm a s st r a n s f e r , c o m b i n i n gt h ep r i n c i p l e so f h y d r o k i n e t i c s ，am o d e lw a s b u i l tu pa n dd e d u c e df o rm a s st r a n s f e ra tp h a s ei n t e r f a c e e v o l v i n gu l t r a s o n i cg a sc a v i t y t h em o d e lc o u l dd e s c r i b en t a s st r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c i n d u c e db yu l t r a s o n i cg a sc a v i t yi nl i q u i d t h em o d e lw a sc h e c k e dw i t hl i t e r a t u r e d a t e i ts h o w st h a tt h em o d e lc o u l dr e f l e c tt h er e s u l t so fe x p e r i m e n t a t i o n , i tw a s r e a s o n a b l et h a tt h em o d e ld e s c r i b e dt h eb e h a v i o ro fl n a s st r a n s f e ri n d u c e db y u l t r a s o n i cg a s c a v i t yi n l i q u i d a tp h a s ei n t e r f a c e t h et h e o r yw a sp r o v i d e df o r e n h a n c i n gm a s st r a n s f e rp r o c e s sw i t hu l t r a s o n i cb yt h em o d e l 四川大学博士学位论文 k e y w o r d s ：a m m o n i u mp h o s p h a t e ，t a i lg a sr e c y c l i n g ，u l t r a s o n i cf i e l d ，f a l l i n g f i l me v a p o r a t i o n ，m a s st r a n s f e re n h a n c e m e n t ，e n e r g ys a v i n g ，c l e a n e r p r o c e s s ，m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l ，r e l i a b i l i t ya n a l y s i s 四川大学博士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得四川大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得 的，论文成果归四川大学所有，特此声明。 研究生：3 亏耋 指导教师乜 嘛 彩 ，级 四川大学博士学位论文 1 引言 绪论 化学科学与工程是制造新物质，并在原子、分子层次上研究物质转化、制 备、功能、用途及其产业化的科学与工程。进入2 1 世纪以来，人类面临着严峻 的资源、能源和环境危机的挑战。一个国家能否发展成为世界强国，不仅取决 于目前是否具有较高的发展速度，更大程度上还取决于能否持续稳定发展，这 对化学与工程提出了更高要求。 传统的化学工业对环境污染十分严重，直到半个世纪以来，人们才刚刚意 识到这一点。恰恰是应用化学与化工技术才从污染治理的角度初步解决了问题， 化工废弃物的回收利用不仅可以根治环境污染，而且能够缓解资源危机，源于 化工产品的大量废弃物主要为废溶液和工业尾气，回收废溶液再生利用和废气 的循环利用一直是生产企业的理想。 清洁生产技术是旨在减少污染和提高效率的化工产品加工、转化和污染控 制等一系列新技术的总称，它使废弃物作为一种能源达到最大限度潜能的利用 而释放的污染最少，达到废弃物高效、洁净利用的目的。这是当今世界化工的 主流方向，起到保护环境作用，达到经济效益和社会效益双赢，更是我国能源 与经济、环境协调发展的根本出路。 2 本文研究问题的提出、研究思路及其意义 我国现有1 3 亿人口，发展农业保证以占世界7 的耕地面积养活占世界总 人口2 2 的人民是国民经济发展的首要任务，其最主要的措施就是通过化肥不 断提高单位面积的产量。我国化肥品种单一，氮磷钾比例失调，高效化肥和复 合肥有赖于进口，传统的磷肥是我国清洁生产领域重点关注的行业之一。其生 产工艺能耗和物耗巨大，磷铵属重化工产品，吨产品消耗：磷矿石1 6 2 2 吨； 硫酸：1 3 5 1 8 吨；合成氨0 1 2 o 2 1 吨；能耗5 1 6 2 x l 驴m i ；吨产品 四川大学博士学位论文 排放：磷石膏2 。2 5 吨；大气排放物：4 0 0 0 6 0 0 0 m 3 ，从磷酸或磷铵溶液蒸发 排放蒸汽量约2 6 0 吨几，可见，清洁生产技术减排、降耗和循环利用的巨大前 景；针对巨大的资源和环境压力，研究开发新工艺和新技术，有效利用不丰富 的磷资源，开发节能降耗的磷肥清洁生产工艺和技术，发展节能、低排放、符 合生态要求的生产工艺，也是我国国民经济发展的迫切要求。 针对目前我国磷肥生产工艺现状，本研究在国内外首次提出磷酸二铵( d a p ) 尾气循环联产磷酸一铵( m a p ) 的清洁工艺，使其具有原理先进性的清洁工艺技 术路线创新。申请并获得了国家高技术发展计划( 8 6 3 计划) 资助，通过对d a p 尾气分流的热力学分析，采用磷酸二铵尾气循环联产磷酸一铵新工艺技术，尾 气的减排主要是消减其化学势和可用能，使其可以与环境无害的交换，减排的 过程就是d a p 尾气循环利用，它也是磷酸二铵( d a p ) 尾气循环联产磷酸一铵 ( m a p ) 的清洁工艺的设计原理。 随着电子和测量技术的发展，现有的密度或物位测量仪器多种多样，但在 石油、化工、食品等加工过程中涉及一类特殊的流体，例如在磷肥生产中，磷 酸一铵和磷酸二铵蒸发浓缩设备的液位控制和浓缩料浆的密度测量对保证设备 的正常生产和后序喷浆造粒产品的质量都十分重要。粘稠料浆流体具有高温、 高粘稠、强腐蚀的特性。不宜采用接触式方法测量其密度，因为长期使用会有 少量物质粘附在传感器膜表上，使传感器与流体主体隔离，测量灵敏度无法体 现；而依据光学、声学、放射性原理工作的非接触式测量方法需要复杂的附属 设备，并要求流体均匀分散，在保证测量准确性的同时难以保证经济性，所咀 研究一种经济适用、操作简单的非接触式浆料密度和物位测量方法成为一个重 要的课题。 针对特殊工况下的测量要求，本文将采用一种空气作为隔离介质的高温、 高粘度、强腐蚀性介质的密度和液位测量方法，基于静压测量液位的原理，利 用空气的可压缩性和压力传输性质，在管路需要测量液相静压的位置垂直流动 方向设置一根测量管，管内预存一定量气体，管的盲端安装空气压力传感器， 开口端直接插入待测点，用光纤将被测量信息传输至远离测量现场的二次仪表 端进行处理，管内气体将传感器的敏感膜片和粘性流体分隔开。从根本上解决 了传感器的敏感膜片被腐蚀和粘附的问题，使测量系统具有本质安全性。 超声波是一种研究反应绿色化的重要的物理手段，超声时溶液的局部温度 2 四川大学博士学位论文 甚至可以达到几千度、压力达几百大气压。加上超声波的声空化效应，使得很 多的化学反应加速进行，加快传质速率，强化动力学过程，达到过程强化的目 的。这种强化方式与传统的强化方式有着本质的区别。另外采用常规的强化反 应、分离方法虽然可以得到人们所需要的新物质，但是在许多情况下却既未有 效地利用资源、过量消耗能量，又产生大量排放物造成严重的环境污染。因此 必须彻底改变传统的发展模式和以末端治理为主的污染控制方式，大力开发及 应用清洁工艺和清洁产品。 超声波技术与传统技术相比具有独特的效应和优点，可大大降低反应时 间，节约能源、减少废物的产生，同时提高了收率和提取物的纯度，最大程度 降低了后处理的复杂性，使化学反应环境更面向清洁和绿色，无污染，属于绿 色工程，有利于环境保护，它是一种具有广阔发展前途的新技术。这对于物质 的绿色分离工艺有一定的意义。 超声化分离是借助外超声波场来强化分离过程的一种新技术。当超声声场 作用于媒质时，会与传播媒质发生作用，从而影响、改变甚至破坏媒质的状态、 性质及结构。超声空化引起的声冲流及微射流等可以使传质边界层减薄，从而 大大提高液体的传质表面积、湍动系数、压力降，蒸汽挥发速率也会随之提高， 从而提高分离效率。 基于此，本文将从热力学基本原理出发，研究超声声场中的相平衡热力学， 提出超声声场中的相平衡条件。通过引入超声场力势的概念，推导并建立超