毕业设计（论文）-20万ta磷酸一铵装置设计.doc

20 万 万 粒状磷酸一铵工艺设计 粒状磷酸一铵工艺设计 函函 授授 站 站 贵阳贵阳 专专 业 业 化学工程与工艺化学工程与工艺 班班 级 级 黔化本黔化本 081 学生姓名 学生姓名 周勇周勇 指导教师 指导教师 王瑾王瑾 2012 年年 10 月月 15 日日 诚信声明诚信声明 本人声明 我所呈交的本科毕业设计论文是本人在王谨导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外 论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 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了谢意 本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切相关责任 本人签名 日期 年 月 日 北京化工大学继续教育学院毕业设计 II 摘摘 要要 我国是一个农业大国 人口多 可耕地面积少 要保正粮食产量 就要大力发 展高浓度复合肥 磷酸一铵是高浓度磷复肥的主要品种之一 本设计主要针对 20 万 粒状磷酸一铵工艺及主要设备进行 课题对国内现有 磷铵装置进行了系统研究 采取先进工艺流程进行优化设计 产品主要针对粉状磷 铵养分易流失进行改进 采取管反加中和槽方式保证反应充分精确 采用一二效蒸 发方式达到节能同时又保证了设备投资合理 采用喷浆造料干燥一体化机节约了生 产空间 内有自循环螺旋返料系统解决了造料返料大问题 工艺合理 投资精简 本设计着重考查了开磷与西洋两大公司生产情况 结合一铵二铵生产流程进行 改进 对两大公司扩大生产能力有重要参考价值 关键词 关键词 磷酸一铵 工艺设计 喷浆造料 北京化工大学继续教育学院毕业设计 III Abstract China is a big country of agriculture population arable land area less ensuring grain production it is essential to develop the high concentration compound fertilizer ammonium phosphate high concentrations of phosphate and compound fertilizer is one of the main varieties This design is mainly directed at 200000 t a granular ammonium phosphate process and main equipment Research on the existing domestic ammonium phosphate plant undertook the system studies adopt advanced technology to process optimization design Products are mainly for powdery ammonium phosphate nutrient loss was improved take the tube back plus neutralization tank to ensure full reaction accurately using one or two effect evaporation means to achieve energy saving but also to ensure that equipment investment in a reasonable using spray drying integrated machine made of materials saving production space with self circulation spiral feed back system solves building material recycle the big problem reasonable technology investment to streamline This paper focuses on the design of kailin and xiyang big two companies production combined with an ammonium production process improvements in the two company expanded production capacity has the important reference value Key word Ammonium phosphate Process design Spraying granulation 北京化工大学继续教育学院毕业设计 IV 目录目录 第一章第一章 总论总论 1 第 1 1 节 磷酸一铵的物化性质 1 第 1 2 节 磷酸一铵在国民经济中的重要性 2 第二章第二章 工艺路线选择工艺路线选择 3 第 2 1 节 磷铵生产的化学反应原理 3 第 2 2 节 两种工艺的比较 6 2 2 1 传统法工艺 6 2 2 2 料浆浓缩法磷铵工艺 6 第三章第三章 工艺计算工艺计算 8 第 3 1 节 物料平衡计算 8 3 1 1 计算条件 8 3 1 2 氨中和系统物料恒算 8 3 1 3 浓缩系统物料恒算 13 3 1 4 干燥系统物料恒算 14 3 1 5 消耗定额及产品规格 按每吨磷铵产品计 15 第 3 2 节 热量平衡计算 16 3 2 1 计算条件 16 3 2 2 氨中和系统热量衡算 16 第 3 3 节 浓缩系统热量衡算 18 第 3 4 节 喷浆造粒干燥机热量 22 3 4 1 已知条件 22 3 4 2 浓缩计算 23 第 3 5 节 小时物料平衡图和热量平衡图 24 3 5 1 小时物料平衡 25 3 5 2 小时热量平衡图 25 第四章第四章 主要设备的工艺计算主要设备的工艺计算 27 第 4 1 节 中和反应器 27 4 1 1 中和反应器已知条件 27 4 1 2 中和反应器计算 27 4 1 3 管口计算 28 第 4 2 节 喷浆造粒干燥机 29 第五章第五章 结论结论 31 第六章第六章 致谢致谢 32 参考文献参考文献 33 北京化工大学继续教育学院毕业设计 1 第一章第一章 总论总论 第第 1 1 节节 磷酸一铵的物化性质磷酸一铵的物化性质 磷酸一铵 MAP 是一种水溶性速效复合肥 有效磷 AP2O5 与总氮含量的比 例约 5 44 1 为无色透明的正方晶体 易溶于水 微容于醇 是高浓度磷复肥的主 要品种之一 该产品一般作追肥 也是生产三元复混肥 BB 肥最主要的基础原料 该产品广泛适用于水稻 小麦 玉米 高梁 棉花 瓜果 蔬菜等各种粮食作物和 经济作物 广泛适用于红壤 黄壤 棕壤 黄潮土 黑土 褐土 紫色土 白浆土 等各种土质 尤其适合于我国西北 华北 东北等干旱少雨地区施用 产品不会燃 烧 爆炸 无毒 无健康危害 产品物理性质为白色粉状或颗粒状 粒状产品具有 较高的颗粒抗压强度 呈中性 密度约 1 80 g cm3 堆密度约 960 1040 kg m3 在水中 酸中具有较好的溶解性 粉状产品有一定吸湿性 化学性质在常温下稳定 无氧化还原性 遇高温 酸碱 氧化还原性物质不会燃烧 爆炸 磷酸一铵在不同温度下的 在水中的溶解度 磷酸一铵在不同温度下的 在水中的溶解度 温度028406080100 磷酸一铵18 227 555 845 054 562 7 磷酸一铵的盐组成和脱水条件磷酸一铵的盐组成和脱水条件 P2O5 含量 温度 N 含量 总正焦三聚四聚 460 711 762 462 4 170 011 861 158 52 6 199 010 959 542 38 74 24 2 299 29 161 520 715 812 512 5 磷酸一铵含有磷和氮两种营养元素 通常营养元素含量为 12 52 0 N P K 或 10 50 0 磷酸一铵盐能与过磷酸钙 硫酸铵 硝酸铵 氯化铵和尿素等盐类混合制成肥 料 此类肥料具有良好的物理性质 其湿性低 在储存时不结块 磷酸一铵是一种稳定的铵盐 将它加热到 100 110 不会引起氨损失 125 1 下 它的氨蒸汽压仅为 8 0 帕 144 9 下为 36 0 帕 在 190 5 下长期加热 也 北京化工大学继续教育学院毕业设计 2 只有轻微的分解 氨的蒸汽压仅为 36 0 帕 磷酸一铵易溶与水 20 下 每 100 克水 中可溶解 26 7 克的磷酸一铵 第第 1 2 节节 磷酸一铵在国民经济中的重要性磷酸一铵在国民经济中的重要性 我国是一个农业大国 人口多 可耕地面积少 并且人口还将以每年 1 7 的速度 递增 由于我国严格执行基本农田保护制度 耕地面积总量将保持动态平衡 因此 提高单位面积产量是增加粮食产量的重要途径之一 而合理增施化肥又是提高单位 面积产量的直接有效的措施 氮肥 磷肥与钾肥三大类化肥 是农作物需要量最多 的三大营养元素肥料 也称为肥料的三要素或称大量元素肥料 氮是组成蛋白质 叶绿素 酶 生物催化剂 核酸和维生素的主要成分 施用氮肥能促使作物长得枝壮 叶茂 缺氮则生长受到抑制 叶绿素形成受阻 蛋白质含量降低 磷对植物的生长 和发育十分重要 其作用不可代替 磷是组成原生质 核细胞的重要元素 它能促 进作物开花结果 籽实早熟 并提高籽实的质量 钾能促进碳水化合物和蛋白质的 合成以及 60 种以上酶的反应 也能促进糖的运输 施钾肥后能使作物茎杆坚硬 增 强抗病和抗倒伏的能力 提高作物质量 同时农作物还需要补充少量的如硫 铁 等中量元素肥料以及一些极少量的微量元素肥料 我国土地普遍缺氮 大部分缺磷 局部缺钾 国内专家认为 每公斤化肥可增 产粮食 6 8kg 提高化肥施用量对粮食的增产有一定的潜力 随着人口的增长 人民 生活水平的提高 对农产品的需求都将增加 经济农作物的施肥量将逐年增加 同 时林 牧 渔业也开始施用化肥 因此 化肥用量的增长势在必行 据有关部门统 计 我国目前每亩季施肥量低于 10 公斤的耕地约占一半 到 2000 年和 2010 年 化 肥的供应量应分别达到 4200 万吨和 5000 万吨以上 这样 按 1 33 亿公顷 20 亿亩 的耕地和 16 的复种指数计 每季作物的施肥水平可分别达到 13 1 公斤和 15 6 公斤 在世界上仍属中低水平 国家原计划 1998 年化肥生产量 2800 万吨 比上年略有增 加 这与国家计委提出的 2000 年化肥需求量 4000 万吨相比尚差 1200 万吨 与各部 门共同提出的到 2010 年化肥需求量 5000 万吨相比差 2200 万吨 同时 随着科学的 发展 经济作物的施肥量将逐年增加 加上林 牧 渔业也开始施用化肥 因此今 后 15 年内化肥的增长将持续呈上升趋势 从化肥的产品结构上看 生产高浓度的磷 复肥在中国愈来愈显得重要 北京化工大学继续教育学院毕业设计 3 第二章第二章 工艺工艺路线选择路线选择 第第 2 1 节节 磷铵生产的化学反应原理磷铵生产的化学反应原理 生产磷酸一铵的原料是磷酸和氨 用氨中和磷酸可以生产出磷铵 按不同的磷 酸生产方法 可分为热法磷酸和湿法磷酸 由于经济原因 用于加工肥料磷酸铵的 磷酸 大多用湿法磷酸 磷酸有三个氢离子 它们可以依 次被氨中和 生成磷酸一铵 MAP NH4H2PO4 磷酸二铵 DAP NH4 2HPO4 磷酸三铵 NH4 3PO4 反 应方程如下 H3PO4 液 NH3 气 NH4H2PO4 固 H298 126 KJ H3PO4 液 2 NH3 气 NH4 2HPO4 固 H298 203 KJ H3PO4 液 3 NH3 气 NH4 3PO4 固 H298 256 KJ 纯的磷酸铵盐都是白色晶体 其中以磷酸一铵最为稳定 结晶形态为正方晶系 加热到 130 以上才会分解放出氨 变成焦磷酸甚至偏磷酸 磷酸二铵较稳定 结 晶形态为单斜晶系 当温度达 90 时开始分解放出氨 变成磷酸一铵 磷酸一铵和 磷酸二铵都是高浓度氮磷复合肥料 磷酸三铵则很不稳定 结晶形态为斜方晶系 在常温下就能放出氨 变成磷酸二铵 不宜作商品肥料使用 以湿法磷酸为原料制 造磷酸铵时 湿法磷酸中所含的杂质将参加化学反应 H2SO4 L 2NH3 G NH4 2SO4 S H2SIF6 L 2NH3 G NH4 2 SIF6 S H2SIF6 6NH3 2 X H2O 6NH4F SIO2 X H2O CASO4 2 H2O H3PO4 2NH3 CA H2PO4 2 H2O NH4 2SO4 北京化工大学继续教育学院毕业设计 4 FESO4 S 2H2SO4 L 6NH3 G 2 FEH2PO4 S NH4 2SO4 S AL2SO4 S 2H2SO4 L 6NH3 G 2ALH2PO4 S NH4 2SO4 S MGSO4 S 2H3PO4 2NH3 3 H2O MGHPO4 3 H2O NH4 2SO4 PH4 磷酸和液氨在中和槽中完成中和反应 控制好中和度 可生成磷酸一铵和磷酸 二铵料浆 并放出大量热能 在反应过程中利用中和热 可以蒸发 20 25 的水分 中和度指磷酸的氢离子被氨中和的程度 磷酸第一个氢离子被中和时中和度为 1 0 生成磷酸一铵 磷酸的第二个氢离子被中和时中和度为 2 0 生成磷酸二铵 由此可 见 中和度实为 NH3与 H3PO4的摩尔比 磷酸铵生产有固体磷铵和液体磷铵之别 而生产固体磷铵则要复杂一些 在生 产颗粒状磷铵成品时 以铵中和磷酸得到的料浆必须稳定和易于结晶 造粒 以便 于制得合格的颗粒成品 同时还要尽可能减少氨的损失 控制中和料浆的流动性即 料浆中含水量和含液量的多少是造粒的关键 而料浆的流动性与中和度有密切的关 系 利用 NH3 H3PO4 H20 三元体系相图 可以对磷酸铵生产过程进行物化分析 北京化工大学继续教育学院毕业设计 5 NH3 H3PO4 H20 三元体系相图三元体系相图 图中 原点 O 为水点 E 代表纯磷酸一铵的饱和溶液组成 D 点代表纯磷酸二 铵的饱和溶液组成 C 点代表磷酸一铵和磷酸二铵共同饱和的溶液组成 EC 线是磷酸一铵的溶解度曲线 DC 线是磷酸二铵的溶解度曲线 图中 OEB ODA OC 均为等中和度线 在磷酸分子中 可以依次失掉三个氢离子 在 OEB 线上磷酸的第一个氢离子被 中和 生成磷酸一铵 在此线上 NH3与 H3PO4的摩尔比为 1 因此这条直线上 中 和度定为 1 在 ODA 线上磷酸的第二个氢离子被中和生成磷酸二铵 NH3与 H3PO4的摩尔比 为 2 因此这条直线上 中和度定为 2 75 时 水点与磷酸一铵和磷酸二铵的共同饱和点 C 的连线 OC 的中和度为 1 42 在磷酸一铵 B 点 和磷酸二铵 A 点 组成的连线 BA 上 所有点的中和度 北京化工大学继续教育学院毕业设计 6 都在 1 2 之间 将 BA 线断等分成 100 等分 则从水点 O 出发引向 BA 线断的各个 等分点的放射线 都是代表该点的等中和度线 图中三角形 BOA 里 将 OB 等分成 100 份 B 点含游离水为零 O 点含水分为 100 沿 OB 边上各点作平行于 BA 线的平行线 可以得到若干条含水量相等的线 这些线称为等水线 在磷酸一铵结晶区和磷酸二铵结晶区里 可将 EB DA 线等分 100 份 再沿各 个等分点作平行于 EC 和 DC 的平行线 在这些平行线上液相量相等 故这些线为等 液相量线或等液固比线 等中和度线 等水线 等液相量线可以指导更有效地利用 NH3 H3PO4 H2O 三元 体系相图来分析和讨论生产过程的工艺条件 第第 2 2 节节 两种工艺的比较两种工艺的比较 2 2 12 2 1 传统法工艺传统法工艺 传统的磷铵工业生产方法是先将二水物湿法磷酸浓缩到含 P2O554 质量分率 的 浓磷酸 或直接用半水物流程所产含 P2O540 的磷酸为原料 在预中和槽 管式反 应器或加压反应器中进行氨化 所得氨化料浆再进行造粒 干燥制粒状磷酸一铵 或喷雾干燥制粉状磷酸一铵 此法对磷矿质量要求高 需要将磷矿富集成精矿才能 使用 我国磷矿资源虽然丰富 但大部分是含磷品位低 含铁 铝 镁等有害杂质 高且又难于富集的中低品位磷矿 从而难以用传统的 磷酸浓缩 法制磷按 磷酸 浓缩法对品位较高的矿 较为有利 可利用磷酸浓度高的特点 在同一设备中很方 便地实现高质量磷酸一铵 磷酸二铵和高浓度三元复合肥多种产品的切换 但在磷 酸浓缩法中对材质要求较高 2 2 22 2 2 料浆浓缩法磷铵工艺料浆浓缩法磷铵工艺 随着世界磷资源的日趋贫乏 中低品位磷矿的开发利用势在必行 对于含有较 多杂质的磷矿 磷酸浓缩过程中加热管易产生酸性结垢 造成生产无法进行 为避 免这一情况 可采用料浆浓缩工艺 中和反应后 料浆 pH 值约 4 6 因此料浆浓缩 北京化工大学继续教育学院毕业设计 7 中形成的垢层接近中性 并较为疏松 可以用酸溶掉 同时 因腐蚀显著降低 可 以采用比磷酸浓缩设备中更为便宜的金属材料制作蒸发器 料浆浓缩法首先进行中和反应 从萃取槽来的磷酸未经浓缩 含量约 20 P2O5 常用的反应器为常压式搅拌槽 管式反应器 外环流快速反应器 搅 拌槽与管式反应器的基本结构与前述不同 外环流快速反应器 特别适宜稀酸的中 和反应 本次设计采用料浆法工艺 磷酸首先送入尾气洗涤器后 再用泵经管反送到中和 搅拌槽与气氨进行反应 所得的料浆进入二效蒸发器 经第一次浓缩后 再进入一 效蒸发器 从一效蒸发器处来的料浆送入收集槽 含水率为 30 左右 新鲜蒸气送入 一效蒸发器的加热器 料浆在闪蒸室中分离出的蒸汽进入二效蒸发器的加热器作为 热源 收集槽中的料浆送入喷浆造粒机进行造粒干燥 经筛分后得到粒度为 4mm 的 颗粒产品 北京化工大学继续教育学院毕业设计 8 第三章第三章 工艺计算工艺计算 第第 3 1 节节 物料平衡计算物料平衡计算 3 1 13 1 1 计算条件计算条件 规模以 200000 t a NH4 2HPO4为标准 年工作日 300 天 日产 666 67 T 平均 每天生产 22 5 h 湿法磷酸组成表 湿法磷酸组成表湿法磷酸组成表 组分 P2O5SO3Fe2O3Al2O3MgOF 含量 23 501 231 100 901 381 62 氨利用率为 98 其中中和工序损失 0 7 浓缩工序损失 0 3 干燥工序损失 1 P2O5 利用率 99 P2O5机械损失与干燥损失 1 氨中和过程蒸发水量 1 H2O 1 NH3 中和度 NH3 H3PO4 为 1 03 浓缩料浆终点浓度 含 H2O 25 产品磷铵含 H2O 1 3 1 23 1 2 氨中和系统物料恒算氨中和系统物料恒算 计算基准 1000 kg 湿法磷酸 1 进料 磷酸 J1 1000 kg 其 P2O5 235 气氨 氨用量包括 磷酸中杂质 包括 SO3等阴离子含量 与 NH3集合的量 磷酸中扣除 P2O5与杂质 主要是 Fe Al Mg 等金属阳离子 结合后剩余的 P2O5 的 NH3量 氨损失 上述三项之和即为氨用量 J2 北京化工大学继续教育学院毕业设计 9 物料平衡示意图物料平衡示意图 磷酸中的游离硫酸生成 NH4 2H2PO4耗 NH3量 生成的 NH4 2H2PO4量为 1000 1 83 20 295 kg 80 132 结合氨量为 20 29 5 5 2275 kg 132 172 与磷酸中的 F 生成的 NH4 2SiF6耗氨量 生成的 NH4 2SiF6为 1000 1 62 25 2947 kg 619 178 结合的氨量为 2 2947 4 8316 kg 132 172 上述才的 NH4 2SO4和 NH4 2SiF6均为可溶性盐 故生成可溶性盐 不包跨磷铵 总量 为 20 295 25 2947 45 5897 kg 结合的 NH3量为 5 2275 4 8316 10 0591 kg 北京化工大学继续教育学院毕业设计 10 生成 FePO4 2H2O 的量 1000 1 1 25 7125 kg 160 2187 结合的 P2O5量 25 7125 9 7625 kg 2187 142 结合的水量 25 7125 4 95 kg 187 182 生成的 AlPO4 2H2O 的量 1000 0 90 27 8824 kg 102 2158 结合的 P2O5量 27 8824 12 5294 kg 2158 142 结合的 H2O 量 27 8824 6 3529 kg 158 182 生成的 MgHPO4 3H2O 的量 1000 1 38 60 03 kg 40 174 结合的 P2O5量 60 03 24 495 kg 2174 142 结合的 H2O 量 60 03 18 63 kg 174 183 由于铁 铝 镁的磷酸都是非水溶性盐类 故生成非水溶性盐的总量为 25 7125 27 8824 60 03 113 6244 kg 非水溶性盐类结合的 P2O5总量为 9 7625 12 5294 24 495 46 7869 kg 所以产品中的 P2O5的水溶率为 100 100 80 09 352 7869 46 结合的 H2O 的总量 北京化工大学继续教育学院毕业设计 11 4 95 6 3529 18 63 29 9329 kg 结合杂质后剩余的 P2O5量 235 46 7869 188 2131 kg 以知中和度为 1 03 即 NH3 H3PO4摩尔比为 1 03 设与磷酸一铵结合的 P2O5为 X kg 则与磷酸二铵结合的 P2O5为 188 2131 x kg 可得 1 03 142 22131 188 142 2131 188 142 42 xx 简化得 1 03 2131 188 2 2131 188 xx 即 x 182 5667 kg 与磷酸二铵结合的 P2O5为 188 2131 182 5667 5 6443kg 磷酸一铵量 182 5667 295 7066 kg 71 115 磷酸二铵量 5 6443 10 4936 kg 71 132 磷酸一铵结合的 NH3量 295 7066 43 7131 kg 115 117 磷酸二铵结合的 NH3量 10 4936 2 7029 kg 132 217 磷酸一铵 二铵其结合的 NH3量 43 7131 2 7029 46 416 kg 包括 NH4 2SO4等铵盐在内的 NH3量 10 4936 46 416 56 9096 kg 以知在中和浓缩过程中氨损失 1 所以实际需要总 NH3量为 J3 56 9096 99 57 4844 以上得进如物料总量 北京化工大学继续教育学院毕业设计 12 J J1 J2 1000 57 4844 1057 4844 kg 2 出料 蒸发水量 C1 57 4844 每 NH3蒸发 H2O 标准状态的体积为 V 22 4 75 5361 kg 18 4844 57 NH3损失 C2 57 4844 0 7 0 40 24 kg 式中 0 7 中和工序 NH3损失 中和料浆量设为 C3 以上得出料总和 C C1 C2 C3 57 4844 0 4024 C3 57 8868 C3 由于 J C 即 1057 4844 57 8868 C3 故中和料浆量 C3 1057 4844 57 8868 999 5976 kg 其中 NH4H2PO4 295 7006 kg NH4 2HPO4 10 4936 kg NH4 2SO420 295 kg NH4 2SiF6 25 2947 kg FePO4 2H2O 25 7125 kg AlPO4 2H2O 27 8824 kg MgHPO4 3H2O 60 03 kg 上述盐类总量 不包括浓缩过程中分解逸出的 NH3 合计为 465 4148 kg 所以中和料浆含水量 999 8806 465 4148 534 1828 kg 中和料浆含水率 53 44 5976 999 1828 534 中和系统物料平衡表中和系统物料平衡表 进 料 出 料 序号项目名 称 物质的量 序号项目名 称 物质的量 1 气氨 57 48445 43 1 蒸发水 57 48445 43 2 磷酸 100094 57 2 NH3损 失 0 40240 38 3 中和料 浆 999 597694 19 合计 1057 4844100 合计 1057 4844100 北京化工大学继续教育学院毕业设计 13 3 1 33 1 3 浓缩系统物料恒算浓缩系统物料恒算 1 进料 中和料浆 J J 999 5976 kg 其中 H2O 534 1828 kg 2 出料 NH3损失量 C1 57 4844 0 3 0 1725 kg 中和料浆中干盐量 465 4148 kg 所以浓缩料浆量 C2为 C2 620 553 kg 251 4148 465 蒸发水量设为 C3 出料中和 C C1 C2 C3 0 1725 620 553 C3 999 5976 C3 由于 C J 即 999 5976 620 553 C3 所以蒸发水量为 C3 999 5976 620 553 378 8721kg 浓缩系统物料平衡表浓缩系统物料平衡表 进 料 出 料 序号项目名 称 物质的量 序号项目名 称 物质的量 1 中和料 浆 999 59761001 NH3损 失 0 17250 17 2 蒸发水 378 872137 9 3 浓缩料 浆 620 55362 03 合计 999 5976100 合计 999 5976100 北京化工大学继续教育学院毕业设计 14 3 1 43 1 4 干燥系统物料恒算干燥系统物料恒算 1 进料 浓缩料浆 J 620 553 kg 其中干盐 465 4148 kg H2O 155 1382 kg 2 出料 机械损失 C1 干燥系统损失 1 C1 465 4148 1 4 6541 kg 产品磷铵量 含 H2O1 产品磷铵中干盐量 465 4148 4 6541 460 7607 kg 产品磷铵量 C2 C2 465 4148 kg 01 0 1 7607 460 其中水分 465 4148 460 7607 4 6541 kg 蒸发水量设为 C3 出料中和 C 4 6541 465 4148 C3 620 553 C3 由于 C J 即 620 553 470 0689 C3 所以蒸发水量为 C3 150 4841 kg 干燥系统物料平衡表干燥系统物料平衡表 进 料 出 料 序号项目名 称 物质的量 序号项目名 称 物质的量 1 浓缩料 浆 620 5531001 机械损 失 4 65411 2 蒸发水 150 484124 25 3 产品磷 铵 465 414874 75 合计 620 553100 合计 620 553100 北京化工大学继续教育学院毕业设计 15 3 1 53 1 5 消耗定额及产品规格 按每吨磷铵产品计 消耗定额及产品规格 按每吨磷铵产品计 湿法磷酸 23 5 P2O5 1000 465 4148 2 1486 t t 产品 气氨 100 NH3 57 4844 2 1486 1000 0 1235 t t 产品 2 产品规格 产品的理论组成 产品规格组成表产品规格组成表 序号组成名称物质的量 kg 含 N kg含 P2O5 kg 1NH4H2PO4292 749562 9 35 6274180 7044 2 NH4 2HPO410 38872 23 2 20325 5859 3 NH4 2SO420 0924 31 4 259 4 NH4 2SiF625 04175 37 4 039 5FePO4 2H2O25 45545 46 9 6671 6AlPO4 2H2O27 60375 93 12 4087 7MgHPO4 3H2O59 429712 8 24 2119 8H2O4 65411 合计 465 4148100 46 1286232 578 产品含 N 产品含量 N 57 4844 0 98 14 17 46 3933 kg 产品含 N 百分比为 46 3932 465 4148 100 9 97 产品含 P2O5 产品含 P2O5量 232 578 产品含 P2O5百分比为 232 578 465 4148 100 49 97 所以产品规格表示为 9 97 49 97 0 北京化工大学继续教育学院毕业设计 16 第第 3 2 节节 热量平衡计算热量平衡计算 3 2 13 2 1 计算条件计算条件 以1000kg湿法磷酸为基准 以上面物料平衡数据为基准 3 2 23 2 2 氨中和系统热量衡算氨中和系统热量衡算 1 输入热量 与计算有关的标准生成热 如下 16 298 H 标准生成热标准生成热 名称 kJ 16 298 H MOL NH3 g 46 14 H3PO4 29 7376 1290 92 NH2H2PO4 aq 1435 NH4 2HPO4 aq 1560 名称 kJ 16 298 H MOL H2SO4 aq 909 87 NH4 2SO4 aq 1175 067 H2SiF6 aq 2331 NH4 2SiF6 aq 2602 1 化学反应热 r H NH3 g H3PO4 32 4173 NH4H2PO4 aq H1 1435 46 14 1291 2197 97 94 kJ mol 1 NH4H2PO4 2NH3 g H3PO4 32 4173 NH4 2HPO4 aq H2 1560 2 46 14 1291 2197 176 50037 kJ mol 1 NH4 2HPO4 2NH3 g H2SO4 aq NH4 2SO4 aq H3 1175 07 2 46 14 2331 178 72 kJ mol 1 NH4 2SO4 2NH3 g H2SiF6 aq NH4 2SiF6 aq 北京化工大学继续教育学院毕业设计 17 H4 2602 2 46 14 2331 178 72 kJ mol 1 NH4 2SiF6 所以 98 01 176 87 172 92 r H 115 7006 295 132 4936 10 132 295 20 178 72 103 178 2947 25 3 18058 105 kJ 2 气氨带入热Q1 设气氨温度为5 比热容为2 219 kJ K Q1 57 4844 2 219 5 637 7894 kJ 3 磷酸带入热Q2 设磷酸温度为45 查表得比热容为3 2194kJ kg K Q2 1000 3 2194 45 1 44873 105 kJ 总输入热量Q入 3 18058 1 44873 105 637 7894 4 63569 105 kJ 2 输出热量 1 中和料浆带出热Q3 设中和料浆温度为105 比热容为 2 88 kJ kg K Q3 999 5976 2 88 105 3 02278 105 kJ 2 水分蒸发Q4 常压下水的汽化热2258 kJ Q4 57 4844 2258 1 298 105 kJ 3 水蒸汽带走显热Q5 Q5 57 4844 105 1 4 1868 0 25271 105 kJ 4 热损失 Q6 Q入 Q3 Q4 Q5 4 63569 3 02278 1 298 0 25271 105 kJ 0 0622 105 kJ 6200 kJ 热损失为输入热量的百分率是 100 0 6357 5 109436 4 3440 上述计算结果由下表所示 中和系统热量衡算表 基准 中和系统热量衡算表 基准 1000 湿法磷酸 湿法磷酸 输入 输出 项目名称热量 项目名称热量 105kJ 北京化工大学继续教育学院毕业设计 18 105kJ 气氨带入 热 0 006380 14 中和料浆带 出 3 0227865 21 磷酸带入 热 1 4487331 25 水分蒸发 1 29828 化学反应 热 3 1805868 61 水蒸汽显热 0 252715 45 热损失 0 06221 34 合计 4 63569100 合计 4 63569100 第第 3 3 节节 浓缩系统热量衡算浓缩系统热量衡算 蒸发过程应用蒸汽较多 用焓衡算较为方便 规定 0 水的焓为零 根据物料平 衡计算及有关物性数据 将中和料浆浓缩蒸发流程如下图所示 溶液焓由比热容计 算 假定由 1 效蒸发器出口的二次蒸汽和 2 效蒸发器出口的二次蒸汽均为饱和蒸汽 计算如下 北京化工大学继续教育学院毕业设计 19 浓缩系统示意图浓缩系统示意图 1 对第 效作热量衡算 输入热量 料浆带入热量 二次整齐带入热量 F D1 0 h 1 1 H 式中 F 中和料浆进料量 kg F 999 5976 中和料浆焓 kJ 0 h D1 效二次蒸汽量 kg 效二次蒸汽焓 kJ kg 1 1 H 输出热量 料浆带出热 二次蒸汽带出热量 整齐冷凝液带出热量 F D2 D2 D1 热损失 2 h 1 2 H 1w h 设热损失为输入的2 式中 D2 效二次蒸汽量 kg 效出口料浆焓 kJ kg 2 h 效二次蒸汽焓 kJ kg 1 2 H 北京化工大学继续教育学院毕业设计 20 效蒸汽冷凝焓 kJ kg 1w h F D1 同上式 由输入 输出 热损失 得下式 0 98 F h0 D1 F D2 h2 D2 D1 1 1 H 1 2 H 1w h ho C0 t0 2 88 90 259 2 h2 C2 t2 2 4897 80 199 176 2685 1 105 r1 2283 1 H1 r1 401 9 1 1 H 1w h 2642 4 80 D1 D2 W 378 8721kg 1 2 H D1 186 3732kg 1 22W1 1 1 1 22W02 Hh h 0 98H WHh 0 98Fh Fh D2 192 4989kg 效中和料浆带入热Q1 Q1 F h0 999 5976 259 2 259095 kJ 效二次蒸汽带人热量Q2 Q2 D1 186 3732 2685 1 500431 kJ 1 1 H 蒸汽冷临液带出热Q3 Q3 D1 186 3732 2685 1 2258 1 74922 kJ 1 1 H 1 1 r 效二次蒸汽带出热Q4 Q4 D2 192 4989 2642 4 508659 kJ 1 2 H 料浆带出热量Q5 Q5 F D2 h2 999 5976 192 7989 199 176 160754 kJ 热损失Q6 Q6 0 02 Q输入 Q输入 Q1 Q2 259096 500431 759526 kJ Q6 0 02 759527 15191 kJ Q输出 Q3 Q4 Q5 Q6 759526 kJ 北京化工大学继续教育学院毕业设计 21 效蒸发器热衡算表效蒸发器热衡算表 输 入 输 出 项目名称 kJ 项目名称 kJ 中和料浆带 入 25909533 03 蒸汽冷临液 带出热 749229 86 效二次蒸 汽带人热量 50865966 97 效二次蒸 汽带出热 50865966 97 料浆带出热 量 16075421 17 热损失 151912 合计 759526100 合计 759526100 2 对 效作热量衡算 输入热量 料浆带入热量 新鲜蒸汽带入热量 D0 F D2 h2 1 H 式中 新鲜蒸汽焓 kJ kg 1 H 效出口料浆焓 kJ kg 2 h D0 新鲜蒸汽量 kg 输出热量 料浆带出热 二次蒸汽带出热量 蒸汽冷凝液带出热量 D0hw2 D1 H1 D1 F D1 D2 h1 热损失 设热损失为输入的2 式中 效二次蒸汽焓 kJ kg 1 1 H 效蒸汽冷凝焓 kJ kg 1w h F D1 D2 同上式 由输入 输出 热损失 得下式 0 98 D0 F D2 h2 D0hw2 D1 H1 D1 F D1 D2 h1 1 H 北京化工大学继续教育学院毕业设计 22 t1 105 c1 1 8442 h1 193 641 2177 6 2193 1 H1 r1 2193 1 2177 6 15 5 1 r 2w h D0 217 0318 效料浆带入热 Q5 Q5 F D2 h2 999 5976 192 7989 199 176 160754 kJ 新鲜蒸汽带入热Q6 Q6 D0 H1 217 0378 2193 1 475972 kJ 蒸汽冷临液带出热Q7 Q7 D0 217 0378 15 5 3364 kJ 2w h 二次蒸汽带出热Q8 Q8 D1 186 3732 2685 1 500430 kJ 1 1 H 效溶液带出热Q9 Q9 F D1 D2 h1 999 5976 378 8721 193 641 120198 kJ 热损失Q10 Q10 0 02 Q输入 0 02 Q5 Q6 0 02 160754 475972 0 02 636726 12734 kJ Q输出 Q7 Q8 Q9 Q10 3364 500430 120198 12734 636727 kJ 效蒸发器热量衡算表效蒸发器热量衡算表 输 入 输 出 项目名称 kJ 项目名称 kJ 新鲜蒸汽带 入焓 475972 55 8 蒸汽冷临液 带出热 33640 53 效料浆带 入热量 16075444 2 二次蒸汽带 出热 50043078 59 效溶液带 出热 12019818 88 热损失 127342 北京化工大学继续教育学院毕业设计 23 合计 636726100 合计 636726100 第第 3 4 节节 喷浆造粒干燥机热量喷浆造粒干燥机热量 3 4 13 4 1 已知条件已知条件 根据物料平衡 物料量如图所示 喷浆造粒物料平衡图喷浆造粒物料平衡图 物质的比热容物质的比热容 物质名称浓缩磷铵料浆烟道气烟道气磷铵产品尾气 比热容 2 01 16061 421 42 1 16 1 884 W 5135 150 3 4 23 4 2 浓缩计算浓缩计算 1 输入热量 浓缩料浆带入 620 678 2 100 124135 6 kJ 北京化工大学继续教育学院毕业设计 24 烟道气带入 W 1 1606 450 522 27W kJ 返料带入 4 465 5085 1 42 60 158645 3 kJ 2 输出热量 出干燥机固体物料带出 5 465 5085 1 42 90 297459 9 kJ 尾气带出 烟道气 蒸发水分 W 1 1606 100 150 5135 2677 116 06W 411052 4 kJ 干燥机热损失为输入热量的15 0 15 124135 6 158645 3 522 27W 0 15 282780 9 522 27W 因为输入 输出 故 282780 9 522 27W 297459 9 116 06W 411052 4 0 15 282780 9 522 27W W 1427 85 干燥机热衡算表干燥机热衡算表 输入 输出 项目名称热量kJ 项目名称热量kJ 浓缩料浆带入 124135 6 12 07 固体物料带出 297459 928 92 烟道气带入 745723 272 51 尾气带出 576768 656 08 返料带入 158645 315 42 干燥机热损失 154275 615 合计 1028504 1100 合计 1028504 1100 3 计算干燥系统总热损失 返料系统热损失 4 465 5085 1 42 30 79322 6 kJ 北京化工大学继续教育学院毕业设计 25 占输入热量的百分率为 7 71 79322 6 1028504 1 包括返料热损失在内干燥系统的总热损失为 154275 6 79322 6 233598 2 kJ 第第 3 5 节节 小时物料平衡图和热量平衡图小时物料平衡图和热量平衡图 由上述物料衡算知1000 23 50P2O5 湿法磷酸制的465 5085 磷铵产品 每 小时磷铵产量为 200000 103 300 22 5 29629 6296 h 所以换算系数为 29629 6296 465 5085 63 65 3 5 13 5 1 小时物料平衡小时物料平衡 3 5 23 5 2 小时热量平衡图小时热量平衡图 上图中有关热量计算如下 1 中和系统 蒸发水 包括水汽化热和显热 北京化工大学继续教育学院毕业设计 26 1 298 0 2527 105 63 65 98 7027 105 kJ 2 浓缩系统 1 中和系统热损失 3 02279 2 59096 105 63 65 27 486 105 kJ 2 效蒸汽了冷令液 186 3732 105 4 1868 63 65 52 1499 105 kJ 3 效蒸汽带出热 5 07915 105 63 65 323 2879 105 kJ 3 喷浆造粒干燥系统 1 浓缩料浆损失 1 5742 1 24135 105 63 65 21 1916 105 kJ 2 烟道气带入 522 27 1427 85 63 65 474 6528 105 kJ 3 尾气带入 5 76768 63 65 105 367 1128 105 kJ 4 磷铵产品带出 465 5085 1 42 90 63 65 37 8666 105 kJ 5 热损失 1 54275 105 63 65 98 196 105 kJ 北京化工大学继续教育学院毕业设计 27 第四章第四章 主要设备的工艺计算主要设备的工艺计算 第第 4 1 节节 中和反应器中和反应器 4 1 14 1 1 中和反应器已知条件中和反应器已知条件 由物料平衡知每小时产生中和料浆63624 59 kg 根据物料平衡 中和料浆含水53 43 再参考有关实验报告 选用中和料浆 粘度20 10 3 pa s 料浆密度1 35 g l 稀酸密度1 30 g l 中和槽容积装载系数0 5 中和时水分蒸发量 3629 696 kg h 中和槽通氨量 3629 696 kg h 中和槽内料浆平均停留时间 50 min 4 1 24 1 2 中和反应器计算中和反应器计算 1 中和槽尺寸计算 容积 V有效 39 2744 m3 63624 59 1000 1 35 60 56 V总 78 5488 m3 39 2744 0 5 设中和槽高度与直径比H总 D内 1 25 则中和槽内径D内 北京化工大学继续教育学院毕业设计 28 D内 4 3098 m 3 78 5488 1 25 4 中和槽总高H总 H总 1 25 4 3098 5 3873 m 中和槽溢流口高度h料 h料 0 5 5 3873 2 6936 m 即中和槽外形尺寸 4500 5000mm 溢流口高度h取3000mm 2 中和槽搅拌浆计算 由于该搅拌是气液混合 选用标准型单层透平桨 搅拌桨叶直径d叶 取d叶 D内 1 3 d叶 4 3098 3 1 4366