年产15万吨硝酸铵钙中和与压滤工序工艺设计

贵州理工学院本科毕业设计（论文）设计（论文）题目：年产15万吨硝酸铵钙中和与压滤工序工艺设计学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：2017年6月10日贵州理工学院本科毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业设计（论文），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期：I目录摘要.IVAbstract.V第1章总论.11.1设计对象.11.1.1产品规格与设计规模.11.1.2原料的规格.11.1.3硝酸铵钙的发展与重要性.11.2工艺路线选择与论证.21.3.1硝酸铵钙的主要生产工艺.21.3.2硝酸铵钙的国内外生产现状.31.3.3工艺路线的选择.31.3工厂定位与选址.41.4年工日的制定与工作制度.4第2章工艺流程设计.62.1硝酸铵钙的工艺原理.62.1.1粗硝钙原料液来源.62.1.2中和工序.62.1.3一级粗滤工序.62.1.4配比及精滤工序.7II2.1.5蒸发浓缩工序.72.1.6工艺蒸汽洗涤工序.82.1.7污水回收处理工序.82.1.8造粒工序.82.1.9筛分及破碎工序.92.1.10成品冷却工序.92.1.11包裹工序.92.1.12干线尾气除尘工序.92.2工艺流程简图及说明.10II2.3基本工艺条件与主要计算参数.11第3章工艺计算.133.1物料衡算.133.1.1系统衡算与消耗定额.133.1.2一次中和物料衡算.133.1.3二次中和物料衡算.153.1.4过滤物料衡算.163.1.5浓缩段物料衡算.173.1.6二次蒸汽物料衡算.183.2能量衡算.193.2.1一次中和.193.2.2二次中和.213.2.3蒸发给料槽.223.2.4浓缩段.233.2.5二次蒸汽洗涤.263.3主要设备计算与选型.263.3.1中和反应槽.263.3.2搅拌器.273.3.3加热盘管.283.3.4压滤.293.4辅助设备设计.29III3.4.1管道设计.293.4.2储罐.293.4.3泵.293.5主要设备一览表.30第4章设备布置.354.1设备布置原则.354.2设备布置要点.354.3总平面布置及说明.36III4.4管道布置.36第5章三废处理.385.1废气.385.2废液.385.3废渣.38第6章非工艺条件与技术经济指标.396.1公用工程.396.1.1供电.396.1.2蒸汽与压缩空气.396.1.3其它.396.2人力组织.406.2.1劳动定员.406.2.2安全与劳保.406.3主要技术经济指标.416.3.1分离前成本的计算.416.3.2分离后成本计算.42总结.43参考文献.44致谢.45IVIV年产15万吨硝酸铵钙中和与压滤工序工艺设计摘要本设计为年产15万吨硝酸铵钙工艺初步设计，本设计从硝酸铵钙的发展概貌开始先论述，了解了生产硝酸铵钙的必要性，然后对其生产方法进行了简述和论证，最后选择硝酸磷肥装置Ca(NO3)2溶解度随温度降低而降低，采用冷冻法结晶工艺使酸解液在低温下析出四水硝酸钙Ca(NO3)2.H2O结晶固体，以达到分离钙离子的目的。经熔融后成为粗硝酸钙水溶液，以此作为生产氨化硝酸钙的原料。根据此法的工艺流程，对整个装置进行了物料衡算和能量衡算，并在物料和能量衡算的基础上对主要设备进行了设计及选型，给出了带控制点的工艺流程图和主体设备装备图，同时对本流程的“三废”治理和生产过程的安全问题作了相关论述。关键词：硝酸铵钙，粗硝酸钙，四水硝酸钙VProcessdesignofneutralizationandpressfiltrationfor150thousandtonsofcalciumammoniumnitrateannuallyAbstractThedesignofthepreliminarydesignofanannualoutputof150thousandtonsofcalciumammoniumnitrateprocess,thisdesignfirstdiscussesthedevelopmentprocessofcalciumammoniumnitrate,understandthenecessityofproducingcalciumammoniumnitrate,andthendiscussedanddemonstratedontheproductionmethod,thefinalchoiceofnitrophosphateplantCa(NO3)2solubilitywithtemperaturedecreasing.ReduceprocessmakestheacidsolutionatlowtemperatureprecipitationfourwaterbyfreezingandcrystallizationofcalciumnitrateCa(NO3)2.H2Ocrystallinesolid,inordertoachievethepurposeofcalciumionseparation.Themeltbecomescrudecalciumnitrateaqueoussolutionasrawmaterialforproductionofcalciumnitrateammonification.Accordingtotheprocessofthismethod,thewholedeviceforthematerialbalanceandenergybalance,thedesignandselectionofthemainequipmentbasedonmaterialandenergybalance,processchartwithcontrolpointandthemainequipmentispresented,andtheprocessofwastetreatmentandproductionthesafetyproblemswerediscussed.Keywords:nitro-phosphate,freezingcrystallization,mono-ammoniumphosphate贵州理工学院本科毕业设计（论文）第1页1第1章总论1.1设计对象1.1.1产品规格与设计规模硝酸铵钙分子式：5Ca(NO3)2NH4NO310H2O分子量：1080.71硝酸氨钙为白色圆形颗粒，比重1.89(25)熔点97103沸点1541mol/L水溶液的PH值为5.66.8。本项目产品为工业氨化硝酸钙，其产品质量应符合HGT3733-2004的标准：总氮(N)的质量分数：14.5%水溶性钙(Ca)的质量分数：18%游离水(H2O)的质量分数：3.5粒度(1.00mm4.75mm)：80%设计规模：年产15万吨硝酸铵钙1.1.2原料的规格选择硝酸磷肥装置Ca(NO3)2溶解度随温度降低而降低，采用冷冻法结晶工艺使酸解液在低温下析出四水硝酸钙Ca(NO3)2.H2O结晶固体，以达到分离钙离子的目的。经熔融后成为粗硝酸钙水溶液，以此作为生产氨化硝酸钙的原料。表1-1粗硝钙原料液主要成分及含量贵州理工学院本科毕业设计（论文）第2页2成分Ca(NO3)2H2OHNO3Mg(NO3)2、Fe(NO3)3及Al（NO3）3H3PO4及H2SiF6酸不溶物wt%61.1%32.0%6.0%0.20%0.61%0.09%1.1.3硝酸铵钙的发展与重要性硝酸铵钙，英文名CalciumAmmoniumNitrate（简称CAN），又称复盐硝铵钙，是一种含有氮素和钙素的化学肥料。目前在国外，尤其是在西欧国家已广泛使用，如在丹麦，农用肥料在1985年以前是以硝酸铵和复合肥料为主，其中硝酸铵占15%，复合肥料占85%。1985年以后，硝酸铵基本上退出化肥市场而由硝酸铵钙所取代。该近年来该国氮肥很明显的是以硝酸铵钙和复合肥料为主，且硝酸铵钙所占的比例也越来越大。近年来随着农用硝酸铵停止生产和销售后，硝酸铵钙作为硝酸铵的改性替代产品，适应当前和今后一个时期的市场需求，有比较广阔的发展前景,符合可持续发展战略，有利于资源节约以及生态和环境保护，在国内已日益受到普遍重视1。2005年由中国石油和化学工业协会提出，国家化肥质量监督检验中心（上海）、云南解化集团有限公司起草的中华人民共和国的化工行业标准硝酸铵钙（HG/T3790-2005）颁布，并从2006年起开始实施2。目前除原有的一些农用硝酸铵生产企业转产该产品外，还有新建、扩建的硝酸铵钙生产装置陆续建成投产.1.2工艺路线选择与论证1.3.1硝酸铵钙的主要生产工艺（1）硝酸磷肥副产法这种方法是在冷冻法生产硝酸磷肥时，用浓度为58%60%的硝酸在酸解槽内分解磷矿石所得的酸解液，经过沉降槽、洗涤鼓除去酸不溶物，然后在间壁冷却结晶器内，用氨气化或盐水作为冷冻介质，冷却酸解液到-5，此时析出大量的四水硝酸钙Ca(NO3)24H2O结晶，再与氨和二氧化碳在转化器中进行氨化和碳化，所产生的硝酸铵和碳酸钙悬浮液调节PH=5，经蒸发并膨胀闪蒸，负压下气液分离，产生的物料与雾化空气、硝酸铵钙晶种、流化气同时进入转贵州理工学院本科毕业设计（论文）第3页3鼓流化床造粒机中涂布造粒，并利用流化床提高冷却效率。制成的硝酸铵钙颗粒经斗式提升机提升至双层振动筛网，筛分出的合格粒度硝酸铵钙颗粒进入转鼓流化床冷却机中，冷却后得合格产品。硝酸铵钙颗粒大小可调、球形度好、抗压强度大、不易结块。筛分出的大颗粒硝酸铵钙经由辊式破碎机破碎后，与筛分出的小颗粒硝酸铵钙一起返回转鼓流化床造粒机中作为晶种重新造粒。（2）硝酸铵碳酸钙混合法该法的工艺流程为：用氨和硝酸经两段加压中和、两段蒸发浓缩后制取的浓度为96.0%97.5%的硝铵熔融液在混合槽中与粒度为2040m的石灰石按一定的比例充分混合搅拌，混合过程应尽快完成，以减少氮的损失。在混合槽出口处设有浓度检测仪表，以调节石灰石粉的加入量。混合后的硝酸铵钙料浆中含水34，用泵送至造粒塔顶的高位槽中，利用其自身位差流入造粒塔内的旋转造粒器内。造粒器为锥形多孔旋转喷头，喷头内有刮刀，刮刀与喷头以不同的速度旋转3。混合料浆经造粒器造粒后，从塔顶落下，首先在回转干燥炉内进行干燥，水分降至0.3%，然后经沸腾冷却和振动筛分，细粉返回混合槽重新搅拌混合，合格的颗粒在敷粉筒内用胺油和石灰石粉进行涂层敷粉后送至成品库包装。1.3.2硝酸铵钙的国内外生产现状20世纪80年代，国际上就成功开发了硝酸铵钙肥料，生产工艺已相当成熟，装置规模可达40万t/a。由于硝酸铵钙生产中充分利用了废弃物碳酸钙，既减少了环境污染，又使产品具有成本和价格的双重优势。目前硝酸铵钙肥料在西欧、美国、澳大利亚等国家和地区已有广泛应用。在西欧一些国家中，硝酸铵钙的市场消费量已占硝铵类肥料消费总量的60%，价格也在持续上涨。目前国际市场上对硝酸铵钙的年市场需求量已达500万t/a以上4。我国硝酸铵钙的生产工艺已相当成熟，具备了推广和普及的条件。我国生产“复盐硝酸钙”的工艺方法有两种：第一，以硝酸钙溶液为母体进行氨化或加入硝酸铵，经滚筒流化床造粒或圆盘造粒而成，产品被称为“氨化硝酸钙”，该工艺方法包括以天脊集团为代表的“硝酸磷肥装置副产硝钙法”和以丰喜集团为代表的“硝钙溶液生产装置加硝铵溶液混合法”。第二，以硝酸铵溶液为母体添加碳酸钙细粉，经塔式造粒或滚筒流化床造粒而成，产品被称为“硝酸贵州理工学院本科毕业设计（论文）第4页4铵钙”，产品中的含氮量通常为20.5%、23.0%或26.0%，其中硝态氮和氨态氮各占50%，含水溶性氧化钙4%6%5。山东临沂远景化工新技术有限公司拥有两套技术方案已比较成熟：一是规模15万t/a以下采用滚筒流化床造粒工艺的装置；二是规模20万t/a以上采用塔式造粒工艺的装置，塔式造粒既可以生产硝酸铵钙、硝铵磷和氮磷钾三元复合肥，又可以生产多孔硝铵。近年以来，随着农用硝酸铵停止生产和销售，硝酸铵钙作为硝酸铵的改性产品，日益受到重视，国家也颁布了硝酸铵钙的化工行业标准。1.3.3工艺路线的选择根据贵州磷复肥的产业布局情况，省内有成熟的硝酸磷肥生产线，因此本设计选择硝酸磷肥副产法的工艺路线。即这种方法是在冷冻法生产硝酸磷肥时，用浓度为58%60%的硝酸在酸解槽内分解磷矿石所得的酸解液，经过沉降槽、洗涤鼓除去酸不溶物，然后在间壁冷却结晶器内，用氨气化或盐水作为冷冻介质，冷却酸解液到-5，此时析出大量的四水硝酸钙Ca(NO3)24H2O结晶，再与氨和二氧化碳在转化器中进行氨化和碳化，所产生的硝酸铵和碳酸钙悬浮液调节PH=5，经蒸发并膨胀闪蒸，负压下气液分离，产生的物料与雾化空气、硝酸铵钙晶种、流化气同时进入转鼓流化床造粒机中涂布造粒，并利用流化床提高冷却效率。1.3工厂定位与选址贵州省瓮安县境内矿产资源十分丰富，资源分布广、质量好，具有良好的开发利用前景。经地质工作，已探明的矿产有磷、煤、铁、锌、钼、钒、汞、铀、硫铁矿、铝土矿、含钾岩石、石灰岩、高岭土、石膏、大理石等20余种。而其盛产的优质磷矿则是生产硝酸磷肥的重要原料。硝酸磷肥是国内不可取代的硝基复合肥，其所富含的N、P等营养成分有利于作物的健康成长，同时硝酸磷肥的生产装置可副产氨化硝酸钙5。采用硝酸磷肥装置的中间产物生产氨化硝酸钙，不仅大大降低了成本，回收利用了资源，同时氨化硝酸钙也是一种优质的复合肥产品，其富含水溶性钙，可改善酸性土壤，施于花卉、蔬菜及水果等，可延长花期，保证果实颜色鲜艳，增加果实糖份。选址：贵州省瓮安县工业园区贵州理工学院本科毕业设计（论文）第5页51.4年工日的制定与工作制度日操作时间：24小时（1）每个职工每天工作八个小时，每周工作40个小时，成产部采用四班三倒制，每一班工作八小时。早班时间8:00-16:00；中班时间16:00-24:00：晚班时间24:00-8:00。每年全厂大修两次，时间为30天，小修一次，时间为5天。（2）这样既保证了工厂的连续正常生产，也使得每个员工都得到充足的休息时间。本厂严格按照国家劳动法及其他相关的法律法规制定工作时间，在国家法规定的节假日如春节、清明、端午、中秋等节日给予员工规定休息时间（职工员工事后补上休假时间或以三倍工资结算）。工作制度：采取三班两到的方式进行生产安排，并且严格的对现场进行一小时一次的监督，防止工人的麻痹大意，造成不可估计的损失。贵州理工学院本科毕业设计（论文）第6页6第2章工艺流程设计2.1硝酸铵钙的工艺原理2.1.1粗硝钙原料液来源本装置中，氨化硝酸钙产品是硝酸磷肥的副产品。硝酸磷肥装置中利用Ca(NO3)2溶解度随温度降低而降低，采用冷冻法结晶工艺使酸解液在低温下析出四水硝酸钙Ca(NO3)2.H2O结晶固体，以达到分离钙离子的目的。经熔融后成为粗硝酸钙水溶液，以此作为生产氨化硝酸钙的原料，其中主要成分为Ca(NO3)2和H2O。同时由于硝酸磷肥中过滤结晶时采用酸洗涤，原料液中含有约6%的游离硝酸，以及一部分酸不溶物等杂质。表2-1粗硝钙原料液主要成分及含量成分Ca(NO3)2H2OHNO3Mg(NO3)2、Fe(NO3)3及Al(NO3)3H3PO4及H2SiF6酸不溶物wt%61.1%32.0%6.0%0.20%0.61%0.09%利用硝酸磷肥装置的中间产物作为原料，降低了成本，同时节约能源，是非常经济可行的生产工艺。2.1.2中和工序中和工序分两级：一次中和及二次中和。从硝酸磷肥装置生产的中间产品四水硝酸钙经熔融后成为粗硝酸钙溶液，其温度约为60度，粗硝酸钙溶液中含有约6%的游离硝酸。一级中和先用氢氧化钙粉中和多余的游离酸，至剩余硝酸浓度适量，约为4.77%。反应方程式为：Ca(OH)2（固态）+2HNO3Ca(NO3)2+H2O一级中和反应放出热量，同时一贵州理工学院本科毕业设计（论文）第7页7级中和器带有加热盘管，溶液温度升至约70度。二级中和加入氨气与剩余硝酸发生反应生成摩尔比适量的硝酸铵，反应方程式：NH3(气态)+HNO3NH4NO3二级中和反应放出大量热，同时带有加热盘管，使溶液温度升至约80度。2.1.3一级粗滤工序粗硝钙液中含有少量水不溶物等，加之中和反应后残余不溶性钙盐及碳酸盐沉淀，含固率约为2.8%，经过滤工序去除，以便后续工序更为流畅，同时提高产品质量。过滤机采用四台板框式压滤机同时使用，每台过滤面积为300平米，滤渣含水率约30%，收集至渣斗，滤液进入清液槽。此时滤液为较为纯净的Ca(NO3)2及NH4NO3水溶液，浓度分别为：61.35%和5.98%2.1.4配比及精滤工序为提高产品质量，设置备用配比工序，用以预防两级中和反应摩尔比没有控制好的情况。由于Ca(NO3)2及NH4NO3水溶性均较好，且粘度较小，容易混合，因此本装置将配比混合槽与精滤给料槽合为一体，在配比槽内两物料进口处设置一个小容器，使两物料进入时先进行预混合，再溢流进入精滤给料槽时可认为已混合充分。此工序物料已较为纯净，固体物料含量较小，但为提高产品质量，设置了两台压滤机进行精滤。两台压滤机一开一备，过滤面积为300平米。经精滤后的溶液可以认为是非常纯洁，不含杂质的氨化硝酸钙水溶5Ca(NO3)2.NH4NO3.10H2O浓度约为80.8%，即有约19.2%的水分需要蒸发。2.1.5蒸发浓缩工序蒸发浓缩工序经过两级预热器，再经强制循环式蒸发器进行蒸发浓缩。控制蒸发给料槽温度为90度，先进入第一级预热器预热。CAN预热器采用蒸发所用中压蒸汽所凝结的215度的冷凝液作为加热介质，使物料温度从90度升至110度，同时冷凝液温度降为160度。表2-2料浆含水率与其沸点关系贵州理工学院本科毕业设计（论文）第8页8氨化硝酸钙液体组NCa(NO3)2:nNH4NO3:n10H2O沸点（度）5:1:81605:1:91585:1:101565:1:111535:1:12150预热器回收了蒸汽冷凝液的热量，这一设计大大节约了能源。第二级换热器采用蒸发后的氨钙浓缩液与待蒸发料液换热，使待蒸发料液温度从110度升高至140度，而浓缩液从154度降低至122度，一方面使待蒸发料液温度升高作为预热，另一方面使浓缩液温度降至造粒最佳温度，这一设计巧妙地运用了热交换。蒸发器采用强制循环式蒸发器，通过控制温度来控制料浆含水率。经实验证明，料浆含水率与其沸点关系见表2：本装置控制蒸发温度在154度，压力控制81KPa，得到料浆浓度约98%的5Ca(NO3)2.NH4NO3.H2O.蒸发设计成溢流式，以使整个工艺过程保持连续。蒸发后浓缩液进入造粒给料槽，通过换热器与待蒸发料溶液换热至造粒最佳温度122度，送至干线滚筒造粒机进行造粒。蒸发出的二次蒸汽进入蒸汽洗涤工序。2.1.6工艺蒸汽洗涤工序在蒸发器中产生的二次蒸汽进入洗涤塔中洗涤，以便回收中和蒸汽中夹带的硝钙和硝铵。同时使工艺冷凝液更干净，以符合环评标准。洗涤塔由两部分组成：第一部分是填料部分。由循环泵维持洗涤液循环，填料顶部设计有分散盘，确保液体进入塔中均匀分布。此分散盘的设计是本公司的专利技术，与国内其他同类装置不同。国内其他企业的洗涤塔和填料的腐蚀问题与分散盘的设计不合理有很大的关系。工艺蒸汽通过填料时逐步得到冷却。第二部分是泡罩塔盘。在他顶部设计有三层泡罩塔盘，起进一步把关的作用，确保被洗涤过的二次蒸贵州理工学院本科毕业设计（论文）第9页9汽中的硝铵和游离氨含量不超标。塔顶部用经清洗过的工艺冷凝液作为补充水。另外，在洗涤塔的顶部还有一个清洗丝网除沫器的喷头，其作用主要是：清洗丝网除沫器，防止丝网除沫器堵塞。该洗涤塔为负压操作，操作压力约为-0.02MPa。2.1.7污水回收处理工序本装置中二次蒸汽经洗涤后，再经过蒸发冷凝器冷凝成为干净的工艺冷凝水，其总氮（N）98%的5Ca(NO3)2.NH4NO3.10H2O蒸发后浓缩液进入造粒给料槽,通过贵州理工学院本科毕业设计（论文）第12页12换热器与待蒸发溶液换热降至造粒最佳温度122度，送至干线滚筒造粒机造粒。蒸发的二次蒸汽进入蒸汽洗涤工序。经CAN换热器后的氨化硝酸钙浓缩料浆温度为122度，浓度约为98%左右，进入滚筒制粒机进行造粒。造粒过程为：在转动转鼓内壁设置均匀分布的折形抄板，转鼓内有固定流化床，晶种颗粒从转鼓的入料端连续加入。抄板把转鼓底部颗粒抄入流化床，颗粒从溢流口流落，形成连续均匀的料帘。在转鼓轴向垂直于料帘的侧面安装有多个喷嘴。喷嘴把造粒原料液雾化成液滴喷向料帘，液滴与运动颗粒碰撞接触，在颗粒表面包覆、固化、增大后的颗粒落到转鼓底部，再次被抄入流化床，必要时用部分成品作为造粒返料。冷却经筛分后温度约80度的氨化硝酸钙颗粒进入滚筒冷却机进行冷却，冷却介质是经过除湿后的空气，冷却后氨钙颗粒温度小于50度。空气除湿采用成套空气除湿机,除湿后温度为20-25度，相对湿度60%。包装。经冷却后温度约50度的氨化硝酸钙颗粒进入包裹筒进行包裹，包裹剂为新型材料“白油”，颗粒进料口与包裹剂进料口分别位于包裹筒两端。2.3基本工艺条件与主要计算参数2.3.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数据如下：密度为L=998.2kg/m3粘度为L=0.001Pas=3.6kg/(mh)表面张力为L=72.6dyn/cm=940896kg/h2NH3在水中的扩散系数为DL=2.0410-9m2/s=7.34410-6m2/h（依Wilke-Chang计算。0.518r6().59MTV水的，硝酸的(J.mol.k(-1)硝酸钙cpm=75.3(j.mol.k(-1)cpm=109.9的,氢氧化钙=87.5(J.mol.)6。cpm=149.4(j.mol.k-1)mpC.1K2.3.2气相物性数据贵州理工学院本科毕业设计（论文）第13页13设进塔混合气体温度为20混合气体的平均摩尔质量为MVm=yiMi=0.0517.03+0.9529=28.40g/mol混合气体的平均密度为Vm=1.1806kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为V=1.8110-5Pas=0.065kg/(mh)查手册得NH3在空气中的扩散系数为DV=0.255cm2/s=0.081m2/h7。3.1.3气液相平衡数据由手册查得，常压下20时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa相平衡常数为m=E/P=76.41/101.3=0.754溶解度系数为H=/EM=998.2/76.4118.02=0.7254kmol/kPam37贵州理工学院本科毕业设计（论文）第14页14第三章工艺计算3.1物料衡算3.1.1系统衡算与消耗定额系统衡算即出进F二次蒸汽硝酸铵钙滤渣液氨氢氧化钙粗硝酸钙液F以进入每一吨粗硝酸钙为基准组分单位进入输出粗硝酸钙液t1氢氧化钙t0.0069液氨t0.0120滤渣t0.0132硝酸铵钙t0.894二次蒸汽t0.123合计t1.011.01消耗定额：所有消耗指标都是按每万吨氨化硝酸钙产品给出的，如表1-1所示。表1-1氨化硝酸钙能耗（以吨产品计）表1-1氨化硝酸钙能耗（以吨产品计）序号名称规格单位万吨消耗定额备注贵州理工学院本科毕业设计（论文）第15页151粗硝钙液Ca(OH)262%167785.232氢氧化钙粉Ca(OH)295%，粒度200目10353液氨28,1.0MPaG28804电380Vkwh53.55低压蒸汽0.6MPa饱和蒸汽270006中压蒸汽2.0MPa饱和蒸汽90007循环水32,0.4MPa7275008包装袋50kg/袋个3000003.1.2一次中和物料衡算原始条件：年产15万吨生产时间扣除检修时间后按7200小时计产量：20.833t/h产品：硝酸铵钙分子式:5Ca(NO3)2NH4NO310H2O分子量:1080.71粗硝钙原料液主要成分及含量成分Ca(NO3)2H2OHNO3Mg(NO3)2、Fe(NO3)3及Al(NO3)3H3PO4及H2SiF6酸不溶物wt%61.1%32.0%6.0%0.20%0.61%0.09%物料衡算贵州理工学院本科毕业设计（论文）第16页16从硝酸磷肥装置生产的中间产品四水硝酸钙经熔融后成为粗硝酸钙溶液，其温度约为60度，粗硝酸钙溶液中含有约6%的游离硝酸。一级中和先用氢氧化钙粉中和多余的游离酸，至剩余硝酸浓度适量，反应方程式为：Ca(OH)2（固态）+2HNO3Ca(NO3)2+H2O基准：选1000kg/h粗硝酸钙液为原料为计算的基准根据产品的化学式可知钙与铵的比例是5:1，而原料当中的硝酸钙与硝酸的摩尔比是3.9：1，所以需要一些氢氧化钙来提高钙的摩尔量，将摩尔量提高到5：1Ca(OH)2（固态）+2HNO3Ca(NO3)2+H2O，假设反应当中生成的硝酸钙的为X摩尔。则：(611/164+X):(60/63-2X)=5:1求出X=0.0942kmol/h。生成的硝酸钙量17kg/h消耗的硝酸的量11.86kg/h,剩余物料当中的硝酸的4.814%一次中和反应的物料平衡表组分摩尔流量（进Kmol/h)质量流量（进kg/h)摩尔流量（出kg/h）质量流量出(kg/h）Ca(NO3)23.726113.819626.316H2O17.77832017.872321.696HNO30.965600.76448.14Ca(OH)20.09426.900H3PO4及H2SiF66.16.1贵州理工学院本科毕业设计（论文）第17页173.1.3二次中和物料衡算中和加入氨气与剩余硝酸发生反应生成摩尔比适量的硝酸铵。反应方程式：NH3(气态)+HNO3NH4NO3由产品的摩尔比可以钙与铵的摩尔比为5：1，则由一次中和反应可知，当按照方程式进行反应，可得钙与铵的摩尔比为5：1，根据工厂所测二次中和溶液PH的值为46之间。根据所查无机化学沉淀表可知物料当中的铁，铝等物质沉淀。但是含量非常的少可以忽略。以的一次中和物料出料1006.1kg为基准NH3(气态)+HNO3NH4NO3消耗的氨气的量0.764Kmol/h即12.9kg/h消耗的硝酸量0.764kmol/h即48.14kg/h二次中和反应的物料平衡表组分摩尔流量（进kmol/h）质量流量（进kmol/h）摩尔流量（出kmol/h）质量流量（出kmol/h）Ca(NO3)23.819626.3163.819626.316酸不溶物0.90.9Mg(NO3)2、Fe(NO3)3及Al(NO3)322合计22.4681006.922.4681006.9贵州理工学院本科毕业设计（论文）第18页18H2O17.872321.69617.872321.696HNO30.76448.1400NH4NO3000.76461.12NH30.76412.6800酸不溶物0.90.9铁铝等沉淀物少许H3PO4及H2SiF66.16.1Mg(NO3)2、Fe(NO3)3及Al(NO3)32少许合计23.231019.5823.231019.583.1.4过滤物料衡算已知粗硝钙液中含有少量水不溶物等，加之中和反应后残余不溶性钙盐沉淀，含固率约为2.8%，选取二次中和液，当中的粗硝酸钙液为基准，对颗粒在液体中不发生溶胀的物系，按体积和原则，两者的关系为物料衡算时，可对总量和固体物量列出两个衡算式式中V悬为的滤液量V并形成厚度为L的滤饼时所消耗的悬浮液总量；为滤饼空隙率；A为过滤面积。=60%由实验测的溶液比重为1.5,滤渣的密度大贵州理工学院本科毕业设计（论文）第19页19约1.65=1.14%，滤渣含水率30%滤布的面积为300滤饼厚度L=0.0228mV滤液=672.88/h水分丢失2mm3量澄清液的=672.88-2.052=670.82/h滤渣h/05.384.63m36.84/hm3过滤过程的物料衡算表组分进料量Kg/h出料量Kg/h损失量kg/h澄清液1006.24滤渣11.286悬液1019.58水分丢失量2.052合计1019.581008.292.052结合上述衡算可得蒸发给料槽的物料表为组分质量浓度Wt%NH4NO35.93Ca(NO3)261.8H2O32.273.1.5浓缩段物料衡算进出浓缩段的物料组分如图3-4：中压蒸汽V二次蒸汽（水汽蒸发量+料浆蒸发量）F3F4贵州理工学院本科毕业设计（论文）第20页20氨钙液浓缩液F1F2中压蒸汽冷凝液(浓缩器物料流程图)以蒸发给料槽的出料为基准计算，=1008.29kgF1氨钙液进口浓度氨钙液出口浓度浓度为81%。浓度为98%。实际的氨钙含量为F=F181%=1008.2981%=816.71kghF2=F98%=816.7198%=833.78kgh由系统物料守恒V=F1-F2=1008.29-833.78=174.91kgh闪蒸系统的气化率e=vF1=174.911008.29=0.173水汽蒸发量F3=F1x19%-F2x2%=1008.2919%-833.782%=24.8kgh料浆蒸发量F4=V-F3=174.91-24.8=150.11kgh各组分量归纳于表3-5：表3-5浓缩段物料衡算输入输出组（kg/h）分F（kg/h）组分F（kg/h）料浆1008.29浓缩液833.78二次蒸汽(水气蒸发量+料浆蒸发量)24.8+150.11合计42168.01合计42168.01贵州理工学院本科毕业设计（论文）第21页213.1.6二次蒸汽物料衡算混合气体的处理量m3/h11095混合气体NH3含量（体积分数）5%NH3的回收率不低于99%吸收剂的用量与最小用量之比1.6物料衡算进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa，故：混合气量=461.52kmol/h4.2105.273109混合气NH3中量461.520.0523.08kmolh23.0817.03=393.05kgh设混合气中惰性气体为空气，混合气中空气量461.52-23.08438.44kmolh438.442912714.76kgh混合气进出塔的摩尔组成y1=0.05y2=0.0005)9.01(8.35.46混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为Y1=0.053y05.贵州理工学院本科毕业设计（论文）第22页22出塔气相摩尔比为Y2=0.053（1-0.99）=0.00053出塔混合气量出塔混合气量=461.52+23.080.01=461.7508kmol/h=12714.76+393.050.01=12718.6905kg/h吸收剂（水）的用量L该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算12min()YVX对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0=0.750754./3.0minVL取操作液气比为min6.1L=1.60.75=1.2VL=1.2461.52=553.824kmol/h塔底吸收液组成X1122()()VYLX=0.04384.5305.46操作线方程Y=1.2X+0.00053)(2XVLY053.5.46183贵州理工学院本科毕业设计（论文）第23页23组分输入kg/h输出kg/h入塔混合气量13107.81出塔混合气量12718.6905吸收剂（水）的用量L9968.83洗涤水量10357.95合计23076.6423076.643.2能量衡算3.2.1一次中和一级中和反应放出热量，同时一级中和器带有加热盘管，溶液温度由升至约70。由物料衡算可以知道容器当中所反应的物质的量非常少所提供的反应热对于整体的溶液来说影响的温度变化也很少，所以忽略掉当中的反应所产生的热量。此过程就为一个绝热加热过程,已知物料液的温度为60升温到70。查物理化学实用手册知道。水的，硝酸的cpm=75.3(j.mol.k(-1)(J.mol.k(-1)硝酸钙的。氢氧化钙cpm=109.9cpm=149.4(j.mol.k-1)=87.5(J.mol.)。根据物料衡算表可知mpC.1K输入热量总的热量由下列物料带入的热量确定：氢氧化钙（Q）硝酸（Q）水（Q）以及反应热（Q）。即449.88kJ32)(10942.65.87OHCaKJN.6.109.33QOH04837542JNCa.9.3)(3Kn5.6)1725()28(反Q=6028.8KJ贵州理工学院本科毕业设计（论文）第24页24硝酸钙的摩尔生成焓，-938.2kJ/mol水的摩尔生成焓，-285.8kJ/mol氢氧化钙的摩尔生成焓，-985.2kJ/mol硝酸的摩尔生成焓，-174.1kJ/mol输出的热量Q出KJHNO45.8709.1764.033.128.542JQNOCa0.397.109.33)(Q出=140009.32根据热量平衡盘管所提供热量Q盘=43503.31KJ根据已知条件可计算出溶液一次中和热量平衡表组分输入KJ输出KJ水80330.0494192.77硝酸6363.215877.45硝酸钙33346.0839939.10盘管14277.31氢氧化钙449.88反应热6028.8合计149009.32149009.323.2.2二次中和二级中和加入氨气与剩余硝酸发生反应生成摩尔比适量的硝酸铵，反应方程式：贵州理工学院本科毕业设计（论文）第25页25NH3(气态)+HNO3NH4NO3二级中和反应放出大量热量，同时二级中和器带有加热盘管，溶液温度升至约80。在容器当中只有发生一个化学反应，在绝热反应器当中反应。查表得=-45.9KJ.mol，)(3NHf1=-174.1KJ.mol=-365.6KJ.mol3Of1)(34NOHf1KJ6.5).749.5(6.输入JQNH32.1867)0(764.1353吸收热量11128.34KJ；反KJOH7.9412078.13542QNCa0.3.9.3)(3JHO45.87.10764.033输出的热量KJQNOCa68.451089.34.193)(3H2.77.542JNO01.85403.196.0334根据热量平衡盘管所提供热量Q2盘=17393KJ组分输入KJ输出KJ水94192.7107227.2贵州理工学院本科毕业设计（论文）第26页26硝酸钙39939.145644.68硝酸铵钙08514.01盘管11515.55硝酸5877.45氨气-1867.32合计161385.84161385.84过滤忽略过滤损失的热量非常少，所以忽略过滤当中的热量损失。3.2.3蒸发给料槽在蒸发缓冲槽进行加热，将物料的温度由80度升高到90度，蒸发缓冲槽的组分数有物料衡算可知，以过滤液为基准由上面可知输入热量KJ74.832079.583.1934NOHQCa6.511.62.)(3JOH02.877.580.72输出热量KJ84.93607.593.134NOHQ。Ca2.512.6.)(3JOH.4687.590.72贵州