40萬(wàn)噸年硝酸磷肥工藝初步設(shè)計(jì)

1、 XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)40萬(wàn)噸/年硝酸磷肥工藝初步設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 材料與化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 年 級(jí)： 指導(dǎo)教師： XX學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院二一 一 年 6 月40萬(wàn)噸/年硝酸磷肥工藝初步設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)40萬(wàn)噸硝酸磷肥工藝初步設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)從硝酸磷肥的發(fā)展前途和基本性質(zhì)開始先論述，了解了生產(chǎn)硝酸磷肥的必要性，然后對(duì)其生產(chǎn)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)述和論證，最后選擇了冷凍生產(chǎn)法。根據(jù)此法的工藝流程，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了物料衡算和能量衡算，并在物料和能力衡算的基礎(chǔ)上對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)及選型，給出了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主體設(shè)備裝備圖，同時(shí)對(duì)本流程的“三廢”治理作了相關(guān)討論。完

2、成了任務(wù)書規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)。關(guān)鍵詞：硝酸磷肥；冷凍結(jié)晶；磷酸一銨The preliminary process design of 40 kt/a nitrophosphateAbstractThe design of the annual output of 40 kt of nitric acid phosphorus, the design process preliminary design future development of phosphate from nitric acid and basic properties, the paper understand the nec

3、essity of phosphate production nitric acid of its production method firstly, and through brief and argument to choose frozen production method. According to the chosen process, the materials of the entire process and energy were calculated, on the basis of mass and energy calculation,the main equipm

4、ents of the process and piping and instrument diagram were designed.At last the relevant three wastes treatment were discussed and selection.The task of production tasks specified in the letter was completed successfully.Keywords: nitro-phosphate；freezing crystallization； mono-ammonium phosphate目錄第一

5、章 前言1第二章 工藝條件的確定2第三章 工藝計(jì)算43.1 物料衡算43.1.1反應(yīng)器物料衡算43.1.2 結(jié)晶器物料衡算63.1.3中和段物料衡算63.1.4濃縮段物料衡算83.1.5干燥段物料衡算93.2能量衡算93.2.1 反應(yīng)器能量衡算93.2.2中和段能量衡算123.2.3濃縮段能量衡算133.2.4干燥段能量衡算14第四章 主要設(shè)備的計(jì)算及選型164.1 中和反應(yīng)器164.1.1 已知條件164.1.2 中和槽基本尺寸計(jì)算164.1.3 中和槽攪拌槳計(jì)算174.1.4中和器溫度與壓力174.1.5厚度計(jì)算184.2料漿濃縮蒸發(fā)器184.2.1已知條件184.2.2傳熱面積計(jì)算184

6、.2.3 管數(shù)計(jì)算184.2.4 加熱器外殼內(nèi)徑D外194.2.5 閃蒸室計(jì)算194.3干燥器194.3.1已知數(shù)據(jù)194.3.2筒體直徑計(jì)算204.3.3 筒體長(zhǎng)度L204.3.4 筒體轉(zhuǎn)速n214.3.5 功率N21第五章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)235.1 儲(chǔ)罐的選擇235.2 泵的選擇23第六章 安全生產(chǎn)及三廢處理296.1 安全生產(chǎn)296.2“三廢”治理29第七章 設(shè)計(jì)總結(jié)與討論30參考文獻(xiàn)31附件 32 工藝流程圖32 中和器裝備圖33 濃縮器裝備圖34第一章 前言 經(jīng)過(guò)三年的學(xué)習(xí)和在工廠的生產(chǎn)實(shí)踐，我深刻理解了化工設(shè)計(jì)的真諦，本著理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，在畢業(yè)之即專門選擇了硝酸磷肥生產(chǎn)為題材

7、的畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，進(jìn)一步鞏固加深了所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本技能和專業(yè)知識(shí)，使之系統(tǒng)化，綜合化，對(duì)我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。 本設(shè)計(jì)是根據(jù)老師下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行編寫的，內(nèi)容是年產(chǎn)40萬(wàn)噸硝酸磷肥初步工藝設(shè)計(jì)。為了全面介紹硝酸磷肥工藝過(guò)程的基本內(nèi)容，基本原理。文章首先概述了硝酸磷肥的現(xiàn)在和發(fā)展趨勢(shì)等；接著較詳細(xì)地論述了硝酸磷肥的生產(chǎn)方法和本設(shè)計(jì)的工藝流程的確定；然后主要對(duì)工藝流程中各階段作了物料衡算和能量衡算；再物料和能量衡算的基礎(chǔ)上對(duì)主要設(shè)備尺寸作了計(jì)算和選型；并對(duì)輔助設(shè)備作了簡(jiǎn)單的計(jì)算和選型；文章最后重點(diǎn)闡述了該工藝的安全注意事項(xiàng)和“三廢”的處理，并介紹了對(duì)硝

8、酸磷肥生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)尾氣的處理方法。文章在設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上畫出了該工藝的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主體設(shè)備圖，并對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的總結(jié)和討論，然后給出了主要參考文獻(xiàn)。 本設(shè)計(jì)是以我三年來(lái)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐為依托，在指導(dǎo)老師和參考資料的幫助下完成的，盡量做到集中優(yōu)點(diǎn)、克服和改善缺點(diǎn)。但由于本人水平有限，設(shè)計(jì)中有錯(cuò)誤和不妥之處總是難免，懇切希望老師多予批評(píng)指正。第二章 工藝條件的確定為了完全分解磷礦，分解過(guò)程中的硝酸用量通常以磷礦中所含氧化鈣(CaO)的含量作為計(jì)算基準(zhǔn)但磷礦中含碳酸鎂較高時(shí)，則需同時(shí)按氧化鈣與氧化鎂的總量來(lái)計(jì)算硝酸用量。這樣計(jì)算出來(lái)的量，通常稱為理論量，即按理論計(jì)算所需的硝酸總量，但因磷

9、礦中經(jīng)常含有倍半氧化物及有機(jī)質(zhì)等，故實(shí)際的硝酸用量約為理論量的l02105之間。在冷凍法硝酸磷肥的工業(yè)生產(chǎn)中，每分子P2O5的磷礦以過(guò)量0.1分子硝酸的酸用量來(lái)分解，分解前后物料的組成可以如下表示1:在工業(yè)生產(chǎn)條件下，一般均按連續(xù)式分解磷礦，通常用兩個(gè)或兩個(gè)以上的圓筒形攪拌槽進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)計(jì)量的磷礦和硝酸加入第一個(gè)槽中或先在漏斗形預(yù)混器中先將酸和礦粉預(yù)混均勻后進(jìn)入第一分解槽。攪拌一定時(shí)間后溢流入第二槽，總的磷礦停留時(shí)間約需11.5小時(shí)。為了加快磷礦的分解速度，和盡可能減少以后加工中的蒸發(fā)水量。故所用硝酸濃度，一般以用52或更濃一些的硝酸為好，如對(duì)冷凍法來(lái)講，為了使硝酸鈣濃度較大，便于結(jié)晶析出。

10、也為了減少后來(lái)濃縮過(guò)程中所需蒸發(fā)的水量，按理論所用硝酸濃度是越高越好；但從沉降物得分離和揮發(fā)損失來(lái)看卻是越低越好。至于其他加工流程，硝酸濃度可略低一些，但至少希望要用50左右濃度較好。但根據(jù)本工藝的要求和實(shí)際條件，故選用濃度為56%硝酸。對(duì)于磷礦顆粒的大小，也會(huì)嚴(yán)重影響到反應(yīng)速率，酸解時(shí)所用礦粉細(xì)度，從理論上講，礦粉越細(xì)和硝酸的接觸面積越大，分解速度越炔，但由于硝酸分解能力強(qiáng)，而分解后的生成物均為可溶性的，不會(huì)產(chǎn)生包裹現(xiàn)象，因此礦粉細(xì)度可以稍粗。結(jié)合本工藝要求磷礦顆粒直徑控制在14mm。溫度對(duì)于反應(yīng)的速率也起著相當(dāng)大的決定作用，如果溫度過(guò)低分解速度減慢，隨著溫度的升高，溶液的粘度減少，可以加強(qiáng)

11、溶液中的擴(kuò)散作用，使分解速度加快；但是如果溫度超過(guò)65將對(duì)設(shè)備材料要求更高，所以也不好。分解所需溫度主要是內(nèi)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量來(lái)維持的，如所用硝酸溫度在30左右，則基本上可以保持分解反應(yīng)在55左右進(jìn)行。所以要求反應(yīng)槽內(nèi)的溫度控制在5065之間，壓力為常壓。酸解液在進(jìn)結(jié)晶器前，先用冷卻水冷卻到60左右。在結(jié)晶器內(nèi)，酸解液用制冷系統(tǒng)來(lái)的冷卻劑（20%的氨水）冷卻到-5，除去約80%的硝酸鈣。分離硝酸鈣晶體后的母液與洗滌硝酸鈣結(jié)晶所用的硝酸進(jìn)行換熱，使洗滌硝酸先冷到約10，母液本身則加熱到20，然后在中和槽中與氨氣進(jìn)行中和。結(jié)晶分離出的硝酸鈣也有著不同的加工方式,得到充分的利用，其中主要方法有：一是調(diào)

12、整硝酸鈣、硝銨的比例后直接加工成硝酸銨鈣，作氮肥使用；二是用NH3和CO2對(duì)硝酸鈣進(jìn)行轉(zhuǎn)化生成硝銨和CaCO3，溶液經(jīng)濃縮、干燥制成含氮20%26%的石灰硝銨肥料。也可根據(jù)使用的磷礦和最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求將硝酸鈣轉(zhuǎn)化后的溶液過(guò)濾、分離碳酸鈣,將硝銨溶液濃縮到92%后返回到母液中和工序或濃縮工序,調(diào)整中和料漿的粘度和產(chǎn)品的N/ P2O5比。 在中和器中表壓維持在0.21MPa，從中和槽出來(lái)的料漿溫度在120左右，料漿在中和器內(nèi)的停留時(shí)間約為50min，然后通入蒸發(fā)器內(nèi)濃縮。蒸發(fā)器中通入約220蒸氣，與料漿逆流傳熱，出口溫度為約140，料漿則加熱到170左右，容器內(nèi)的真空度約為200mmHg。料漿從

13、蒸發(fā)器出來(lái)其含水量則可降低到約10%14。然后料漿再與返料混合一起進(jìn)入造粒機(jī)造粒；再進(jìn)入轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)干燥。轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)中通入450的爐氣，出口溫度約為110，顆粒出口溫度約為90，再降溫到40，最后通過(guò)顆粒篩選得到成品。大顆粒經(jīng)粉碎機(jī)粉碎與細(xì)顆粒一起返回造粒工段，由于返料量大，故也有部分成品返回造粒工段。由于生產(chǎn)規(guī)模較大，所以選擇的是轉(zhuǎn)筒干燥器。該干燥器采用爐氣與物料逆向流動(dòng)，使物料中的水分蒸發(fā)被爐氣帶走，起到干燥的作用。它具有生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；故障少，維修費(fèi)用低；使用范圍廣，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。工藝流程圖如圖2-1：圖2-1 冷凍法硝酸磷肥工藝流程圖第三章 工藝計(jì)算3

14、.1 物料衡算設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)四十萬(wàn)噸硝酸磷肥，按照國(guó)家磷肥生產(chǎn)規(guī)格為N：P2O5 =20：20；除設(shè)備檢修及放假時(shí)間，全年的生產(chǎn)時(shí)間為300天，即7200h；采用的磷礦組成百分含量如表3-1：表3-1 磷礦中礦物的化學(xué)組成組成P2O5CaOMgOCO2SiO2Fe2O3Al2O3F含量32.1949.320.531.865.362.383.144.31為了使磷礦充分的分解，所以加入硝酸的量為理論用量的110%；為避免蒸發(fā)段的能量消耗過(guò)多，即采用的硝酸濃度為 56%。計(jì)算中所用到的分子量，查得21：P2O5分子量142；H3PO4分子量98；HNO3分子量63；NH3分子量17；Ca(NO3)2

15、分子量184。 本設(shè)計(jì)依照設(shè)計(jì)任務(wù)書，主要設(shè)計(jì)了中和、濃縮及干燥工段。3.1.1 反應(yīng)器物料衡算 該階段進(jìn)出的物料如圖3-1：圖3-1 反應(yīng)器物料流程圖主要化學(xué)反應(yīng)有：磷礦的主要成份氟磷酸鈣與足夠數(shù)量的硝酸反應(yīng)：生成的HF與礦石中的SiO2反應(yīng)，形成氟硅酸:磷礦中帶有的鐵，鋁化合物與硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)變成它們的硝酸鹽:當(dāng)磷礦中含有白云石時(shí)，它們也耗用硝酸，反應(yīng)后以硝酸鈣、鎂的形態(tài)存在:此處有磷酸來(lái)自于結(jié)晶工段洗滌硝酸鈣晶體中所含的磷酸；以每小時(shí)生產(chǎn)P2O5的含量為準(zhǔn)，即：所以每小時(shí)生產(chǎn)磷酸為：以磷元素守恒得：設(shè)整個(gè)過(guò)程中P2O5的損失量為1%則實(shí)際每小時(shí)產(chǎn)磷酸為 所以實(shí)際每小時(shí)生產(chǎn)P2O5為 則每小時(shí)

16、需要磷礦為 則每小時(shí)消耗硝酸為 式中 7.6用硝酸生成2mol磷酸的反應(yīng)系數(shù)；則實(shí)際加入的硝酸為 式中 110%實(shí)際加入硝酸用量為理論的110%。加入硝酸中的水為 生成的Ca(NO3)2量為 式中 3.7/7.6硝酸鈣與硝酸的化學(xué)系數(shù)比； 將各組分歸納于表3-2：表3-2 反應(yīng)器物料衡算表輸入輸出組分F（t/h）組分F（t/h）磷礦35.21Ca(NO3)254.34硝酸42.03硝酸3.82磷酸0.48磷酸16.12水33.02水33.02CO2與HF1.59副產(chǎn)物1.67不溶物0.18合計(jì)110.74合計(jì)110.743.1.2 結(jié)晶器物料衡算 進(jìn)出的物料如3-2所示：圖3-2 冷凝器物料流

17、程圖溶液冷卻到5，查文獻(xiàn)知除去80%的Ca(NO3)2則晶體中帶走的水為 溶液中剩余的Ca(NO3)2為 將進(jìn)出物料量歸結(jié)于表3-3：表3-3 結(jié)晶器物料衡算輸 入輸 出組分F（t/h）組分F（t/h）Ca(NO3)254.34Ca(NO3)24H2O60.48硝酸3.82硝酸3.82磷酸16.12磷酸16.12水33.02水16.01其他1.67其他1.67不溶物0.18不溶物0.18Ca(NO3)210.87合計(jì)109.15合計(jì)109.153.1.3 中和段物料衡算 進(jìn)出中和器的物料如圖3-3所示：圖3-3 中和器物料流程圖溶液中剩的為 則為194.74 kmol/h=15.58 t/h則

18、需消耗的Ca(NO3)2為 式中 0.04/7.6氟硅酸與硝酸用量的比值；所以CaHPO4的量為 則水溶性磷為： 設(shè)的量為水溶性磷的10%，則：所以為 所以中和反應(yīng)器中需要的量為 考慮到雜質(zhì)的影響，所以NH3用量為105%則： 把中和器中進(jìn)出物料歸結(jié)于表3-4：表3-4 中和器物料衡算輸 入輸 出組分F（t/h）組分F（t/h）硝酸3.82NH4NO315.58磷酸15.64CaHPO46.73水16.01（NH4）2HPO41.45其他1.67NH4H2PO411.40Ca(NO3)210.87水8.97NH35.64水蒸氣7.04其他2.47合計(jì)53.65合計(jì)53.653.1.4 濃縮段物

19、料衡算 進(jìn)出濃縮段的物料組分如圖3-4：圖3-4 濃縮器物料流程圖通入220的過(guò)熱蒸氣為34.96 t/h，料漿進(jìn)口含水量為19.24%，查閱相關(guān)報(bào)告設(shè)料漿出口含水量為10%；設(shè)從Ca(NO3)2晶體中返回的為 X Kmol/h，則： 查閱文獻(xiàn)7知出料濕基含量為15%10%，故取10%；各組分量歸納于表3-5：表3-5 濃縮段物料衡算輸 入輸 出組分F（t/h）組分F（t/h）料漿46.61料漿41.82過(guò)熱蒸氣35.82水蒸發(fā)量4.79硝酸銨1.92蒸氣35.82硝酸銨1.92合計(jì)84.35合計(jì)84.353.1.5 干燥段物料衡算 進(jìn)出干燥器的物料組成如圖3-5：圖3-5 干燥器物料流程圖查

20、閱文獻(xiàn)7知出料濕基含量為1%，故取1%；返料為出料的4倍左右，故取160t/h。故蒸發(fā)水量為x t/h，則：各組分的量如表3-6所示：表3-6 干燥段物料衡算輸 入輸 出組分F（t/h）組分F（t/h）料漿量43.74出料量200.017返料量160.00水蒸氣3.723爐氣13.28爐氣13.28合計(jì)217.02合計(jì)217.023.2 能量衡算 分別對(duì)反應(yīng)器、中和器、濃縮器和干燥器作能量衡算，以1h及0的生成焓為基準(zhǔn)。3.2.1 反應(yīng)器能量衡算 1、輸入熱量總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q礦）、硝酸（Q硝酸）以及反應(yīng)熱（Q反）。即 下面分別求每項(xiàng)的熱量： 式中15： 0.783磷

21、精礦比熱，kJ/kgK;20平均溫度，K; 式中：75.17水的比熱，J/molK；109.8756%HNO3的比熱，J/molK；30進(jìn)料溫度，K； 硝酸與磷礦的反應(yīng)熱：即：式中： 920.67硝酸鈣的摩爾生成含，kJ/mol 1289.5磷酸的摩爾生成含，kJ/mol 268.6氟化氫的摩爾生成含，kJ/mol 174.10的摩爾生成含，kJ/mol6828.7的摩爾生成含，kJ/mol因?yàn)槠渌煞值牧亢苌?，且放出的熱量也較少，故忽略不計(jì)；由此可得：式中： 0.76磷精礦中氟磷灰石含量，單位分?jǐn)?shù)，（即：磷精礦中P2O5的含量3P2O5分子量2Ca5F(PO4)3分子量）；504氟磷灰石的分

22、子量。 式中：1.061磷酸的比熱，kJ/(kgK)2 輸出能量 下面分別求每一項(xiàng)帶出的熱量：當(dāng)不考慮雜質(zhì)時(shí)，而固相的量很少，即料漿為磷酸溶液和硝酸鈣溶液： 式中：54810磷酸和水的質(zhì)量，kg； 54340硝酸鈣的質(zhì)量，kg； 62出料溫度，K； 3.814硝酸鈣的比熱，kJ/（kgK） C料料漿比熱；kJ/（kgK），其值按下式確定：C料漿=C液X液+C固X固（C液和C固料漿中液相和固相的熱容，kJ/（kgK）；X液和X固料漿中液相和固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）即14.77% H3PO4磷酸的比熱；則： 式中15：0.838二氧化碳的比熱，kJ/（kgK）；熱損失Q損，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)約為各項(xiàng)支出熱量的2

23、.13%即.7 kJ將各組分的熱量歸結(jié)于表3-7：表3-7 反應(yīng)器能量衡算表輸 入輸 出組成kJ組成kJ磷礦帶入.6料漿帶出.8硝酸帶入.14氣體帶出82610.04磷酸帶入15235.2熱損失.27反應(yīng)產(chǎn)生.17合計(jì).11合計(jì).113.2.2 中和段能量衡算進(jìn)料溫度為20；出料溫度為120；則帶入的熱量為： KJ 式中15 2.72硝酸的比熱，kJ/（kgK）； 1.061磷酸的比熱，kJ/（kgK）； 4.183水的比熱，kJ/（kgK）； 3.814硝酸鈣的比熱，kJ/（kgK）； 2.22氨氣的比熱，kJ/（kgK）； 反應(yīng)產(chǎn)生的熱量：以1mol為基準(zhǔn) 則： 則： 則： 則：所以：帶出

24、的熱量：式中15 1.662硝酸銨的比熱，kJ/（kgK）； 0.809磷酸氫鈣的比熱，kJ/（kgK）； 1.427磷酸氫二銨的比熱，kJ/（kgK）； 1.239NH4H2PO4的比熱，kJ/（kgK）； 0869副產(chǎn)物的比熱，kJ/（kgK）； 4.25水的比熱，kJ/（kgK）；式中8 2716.2水的汽化熱，kJ/kg；損失的熱量為總熱量的4.8%則：Q損= .05 kJ表3-8中的物質(zhì)是指硝酸、磷酸、水、硝酸鈣以及氨氣；將給組分的能量總結(jié)于表3-8：表3-8 中和器能量衡算輸 入輸 出組成組成料漿帶入料漿帶出.2反應(yīng)產(chǎn)生.04氣化熱.29熱損失.55合計(jì).04合計(jì).043.2.3

25、濃縮段能量衡算料漿進(jìn)口溫度120，出口溫度為170；蒸氣進(jìn)口溫度220，出口溫度為140；輸入的熱量為：Q=Q料+Q蒸氣 則： 式中8 3.636過(guò)熱蒸汽的比熱，kJ/（kgK）；輸出的熱量為：Q=Q料+Q蒸氣+Q氣+Q損式中8 2.316過(guò)熱蒸汽的比熱，kJ/（kgK）；式中8 2816.1水的汽化熱，kJ/kg； 2584水蒸汽的比熱，kJ/（kgK）則熱損失為通入蒸氣的1.7%，則Q損= .28 kJ其中蒸汽質(zhì)量的確定為：設(shè)通入的蒸汽質(zhì)量為m kg/h，則：故取m=35820 kg；干燥段的爐氣算法也與此相同。式中 3.636蒸汽在220下的比熱，kJ/（kgK）； 2.316蒸汽在14

26、0下的比熱，kJ/（kgK）；各組分帶入的能量歸結(jié)于表3-9：表3-9 濃縮段能量平衡表輸 入輸 出組成組成料漿帶入.2料漿帶出.88蒸氣帶入.4蒸氣帶出.8氣化熱.5熱損失.42合計(jì).6合計(jì).63.2.4 干燥段能量衡算爐氣輸入溫度為450，輸出溫度為110；輸出能量為：式中 2283.2水的汽化熱，kJ/kg；式中 1.866爐氣的比熱，kJ/（kgK）；設(shè)損失的熱量為輸入蒸氣的2%，則：Q損=.68 kJ把各物料帶入的能量歸結(jié)于表3-10：表3-10 干燥段能量平衡表輸 入輸 出組成組成料漿帶入.88出料帶出.71返料帶入.96氣化熱.6爐氣帶入爐氣帶出.8熱損失.73合計(jì).84合計(jì).8

27、4第四章 主要設(shè)備的計(jì)算及選型 流程中涉及的設(shè)備較多，由于時(shí)間和能力有限，故只選擇了其中較為重要的設(shè)備作了計(jì)算（如中和反應(yīng)器、蒸發(fā)器和干燥器）。4.1 中和反應(yīng)器4.1.1 已知條件 1、由物料衡算知每小時(shí)產(chǎn)生中和料漿48010Kg；2、根據(jù)物料平衡，中和料漿含水33.35%，再參考有關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，選用中和料漿粘度55*10-3 Pas；料漿密度1.41 kg/L；3、中和槽容積裝載系數(shù)0.5；4、中和時(shí)水分蒸發(fā)量7040kg/h；5、中和槽通氨量5640 kg/h；6、中和槽內(nèi)料漿平均停留時(shí)間50min。4.1.2 中和槽基本尺寸計(jì)算 1、容積 因采用三個(gè)中和槽，則每個(gè)中和槽的體積為： 2、設(shè)

28、中和槽高度與直徑比H/D=2.0，則中和槽內(nèi)徑D為： ，取2.3m 3、中和槽高度H： 4、中和槽溢流口高度h： 4.1.3 中和槽攪拌槳計(jì)算 由于該攪拌是氣液混合，選用標(biāo)準(zhǔn)單層透平槳。1、 攪拌槳葉直徑d葉。取d葉/D=1/3， ，取0.78m；2、 攪拌槳葉轉(zhuǎn)速n葉。取槳葉葉尖線速度（即圓周速度）為4.0 m/s。則：3、 攪拌雷諾數(shù)Re：Re104，攪拌處于充分湍流區(qū)，功率曲線趨于水平，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型攪拌槳，可用計(jì)算攪拌理論功率。4、 攪拌理論功率N： 4.1.4 中和器溫度與壓力設(shè)計(jì)溫度為：120+20=140已知料漿的密度為1.41 Kg/L，Pv=0.21MPa（表壓）；則工作壓力：查得

29、設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的110%，則設(shè)計(jì)壓力為： 由于料漿對(duì)鋼材的腐蝕不大，溫度為140，壓力也不大的情況下，材質(zhì)選為鉬二鈦不銹鋼。4.1.5 厚度計(jì)算 P=0.266MPa，T=140，D=2300mm，=90MPa， =0.9085，腐蝕裕量C=3mm 計(jì)算厚度S為：設(shè)計(jì)厚度S設(shè)為：，取8mm；查閱相關(guān)手冊(cè)16：封頭曲面高度為575mm，直邊高度為40mm。4.2 料漿濃縮蒸發(fā)器 由于磷銨料漿粘度大，易結(jié)垢，為了便于清洗，采用單程大管徑列管式加熱器。4.2.1 已知條件1、 由物料衡算和能量衡算知 蒸氣進(jìn)口溫度為220，出口溫度為140，帶入；傳熱溫差T=220-140=80；2、 傳熱系數(shù)取

30、K=700W/(m2)；富裕系數(shù)取1.15。4.2.2 傳熱面積計(jì)算傳熱面積S為：由傳熱基本方程式得： 所以實(shí)際需要傳熱面積為 4.2.3 管數(shù)計(jì)算 選用252mm鉬二鈦不銹鋼管，管長(zhǎng)6000mm。所以加熱器所需加熱管數(shù)n為： 式中 d管子外徑；因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)K的測(cè)定是以管外徑計(jì)算。4.2.4 加熱器外殼內(nèi)徑D外 a、管子根數(shù) 設(shè)管子為正三角形排列。標(biāo)準(zhǔn)正三角形排列取355根，其中8根作拉桿，管子實(shí)際為347根，管層數(shù)為11層，對(duì)角線上的管數(shù)為21根，管子中心距為32mm。其中管子排列方式如圖4-1所示：圖7 換熱管排列圖 b、加熱器外殼內(nèi)徑D外 25mm加熱管，正三角形排列，查有關(guān)手冊(cè)，規(guī)定管

31、間距為32mm。故加熱器外殼內(nèi)徑D外為： C、加熱器封頭高H 查上下封頭曲邊高為175mm，直邊高25mm。4.2.5 閃蒸室計(jì)算 閃蒸水量為4790Kg/h；閃蒸室截面蒸發(fā)強(qiáng)度取1200Kg（H2O）/（m2h）。 閃蒸室高徑比取H/D閃=2.3 則正常生產(chǎn)時(shí)所需閃蒸室截面積A為： 所以閃蒸室內(nèi)徑： 實(shí)際生產(chǎn)中由于開車時(shí)料漿濃度很低，傳熱系數(shù)很大，水分蒸發(fā)量比正常生產(chǎn)時(shí)大得多，因此一般將閃蒸室內(nèi)徑要適當(dāng)放大一些，故選用2.4m。 閃蒸室有效高度 取閃蒸室實(shí)際高度5.6m。 閃蒸室：24005600mm；材質(zhì)為鉬二鈦。4.3 干燥器本設(shè)計(jì)采用的是返料造粒方法，于是干燥量較大，所以選擇的是轉(zhuǎn)筒干

32、燥器。它具有生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；故障少，維修費(fèi)用低；使用范圍廣，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。4.3.1 已知數(shù)據(jù)1、 進(jìn)入干燥器物料F1=203.74 t/h；密度=1.627 t/m3；2、 出干燥器物料F2=200.017 t/h；密度=1.647 t/m3；3、 脫水量W=3.723 t/h;4、 物料停留時(shí)間t 2030 min；5、 筒體傾斜度 1%；6、 爐氣量A=13280 kg/h；7、 爐氣出口濕含量8、 爐氣進(jìn)口溫度T1=450，出口溫度T2=110；9、 氣體出口端流速u=1.18 m/s15。4.3.2 筒體直徑計(jì)算1、濕空氣比容m3/kg（干空氣）計(jì)算

33、2、濕爐氣體積流量V計(jì)算： 3、筒體直徑D: 式中 u氣體流速，m/s； V氣體體積流量，m3/s。 取u=1.18m/s，所以： 則 取D=2.2m；4.3.3 筒體長(zhǎng)度L 筒體長(zhǎng)度按式4-1計(jì)算15: （4-1） （4-2）式中 V干燥器容積，m3 W干燥脫水量，Kg/h； A干燥強(qiáng)度，Kg/(m3h)； 取A=150 Kg/(m3h)，則： 故筒體長(zhǎng)度為： 取進(jìn)出料端裕量15%，則筒體全長(zhǎng)度為： ，取L=9m4.3.4 筒體轉(zhuǎn)速n 筒體轉(zhuǎn)速按式4-3計(jì)算15： （4-3）式中 m抄板系數(shù)，取1.0； k流向系數(shù)，取0.7； t物料停留時(shí)間，2030min； 傾斜角正切值，取0.01； L

34、筒體長(zhǎng)度，9m； D筒體直徑，2.2m；所以當(dāng)t=20min時(shí)， 當(dāng)t=30min時(shí)， n=9.54 4.3.5 功率N（馬力） 功率計(jì)算按式4-415： (4-4)式中 n筒體轉(zhuǎn)速，取9.6 物料密度，取進(jìn)出口的平均值1.637t/m3； 物料填充系數(shù)； K抄板系數(shù)，升舉式抄板取1.5。 其中15: （4-5）式中 F1進(jìn)物料量， 200.954 t/h；密度=1.627 t/m3；F2出物料量， 197.231 t/h；密度=1.647 t/m3； t停留時(shí)間，取0.4h； V筒體容積，m3；其中 所以 故 查閱資料知，電機(jī)的效率為94.5%；故選配兩個(gè)電機(jī)功率為315kW；電機(jī)型號(hào)為Y3

35、55L3-4，額定功率315kW,額定電流578A，轉(zhuǎn)速1488r/min，效率95.2%，功率因數(shù)0.87。第五章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)5.1 儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐是用來(lái)暫存酸解過(guò)后的料漿，主要起到緩沖作用。儲(chǔ)罐的物料流量G=109.15t/h查手冊(cè)15得：硝酸鈣 磷酸 水所以料漿平均密度約為：物料在儲(chǔ)罐的停留時(shí)間20min；儲(chǔ)罐的填充系數(shù)：0.85所以儲(chǔ)罐的容積為：所以選材質(zhì)玻璃鋼，容積為30m3，筒體直徑2600mm，高度4300mm，筒體壁厚8mm。5.2 泵 泵將儲(chǔ)罐內(nèi)密度為1.91Kg/L的料漿送到結(jié)晶器內(nèi)，設(shè)儲(chǔ)罐中液面維持恒定，儲(chǔ)罐上方壓力為101.3KPa。 選用輕度腐蝕無(wú)縫鋼管，絕對(duì)粗糙度0.0

36、0025.流速3m/s；流量：管徑： 所以選用1004mm管；實(shí)際流速2.39m/s；管長(zhǎng)取10m，經(jīng)計(jì)算揚(yáng)程H25m；所以根據(jù)以上選擇IE100-80-160型號(hào)泵。其他泵的選擇：泵（P-2）型號(hào)：IE80-50-250AZ；泵（P-3）型號(hào)：IE80-50-315X；泵（P-4）型號(hào)：IE80-50-315X；泵（P-5）型號(hào)：IE80-50-315X；泵的物性常數(shù)總結(jié)與表6-1：表6-1 泵的物性表型號(hào)揚(yáng)程Hm流量m3/h轉(zhuǎn)速r/min電動(dòng)機(jī)功率 kWIE100-80-1602580290015IE80-50-250AZ3535290011IE80-50-315X2340145011第六

37、章 安全生產(chǎn)及三廢處理6.1 安全生產(chǎn) 化工生產(chǎn)具有易燃、易爆、高溫、高壓、有毒、有腐蝕等特點(diǎn)。因此，化工生產(chǎn)應(yīng)該貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，加強(qiáng)安全教育，強(qiáng)化安全管理，保護(hù)人身安全，保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全。 化工生產(chǎn)同時(shí)也是環(huán)境污染源之一，是污染控制的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。但為了加強(qiáng)硝酸磷肥的安全技術(shù)管理，確保安全生產(chǎn)，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和職工的安全，促進(jìn)磷肥的發(fā)展，按照“安全第一，預(yù)防為主”的方針，制訂規(guī)程。對(duì)于本次設(shè)計(jì)中生產(chǎn)工藝與設(shè)備的安全防范措施，必須做到以下幾點(diǎn)：1） 硝酸儲(chǔ)存區(qū)必須標(biāo)牌警告；2） 氨儲(chǔ)存區(qū)應(yīng)保持陰涼和通風(fēng)良好，遠(yuǎn)離所有可能的火源，與其他化學(xué)品特別是氧化性氣體、鹵素和酸類隔開；3） 按

38、工藝要求嚴(yán)格控制壓力、溫度、流量、物料配比及液位等是生產(chǎn)的需要，也是防止安全事故的重要措施；4） 保持生產(chǎn)系統(tǒng)的密閉性，防止氣體跑出和酸液的漏出；5） 有良好的通風(fēng)?？刹捎米匀煌L(fēng)或安裝通風(fēng)設(shè)備；6） 蒸氣采用負(fù)壓操作。6.2 “三廢”治理硝酸磷肥生產(chǎn)首先是磷礦的粉碎，在粉碎過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵采用風(fēng)除塵器和水噴淋兩級(jí)除塵后高空排放；在酸解工序產(chǎn)生的含有氟化氫和四氟化硅的尾氣用兩級(jí)堿液吸收后高空排放；然后再濃縮、造粒或干燥過(guò)程中會(huì)有氨的產(chǎn)生和揮發(fā)及一定量的粉塵，所以尾氣用旋風(fēng)除塵器和稀酸、水兩級(jí)噴淋后高空排放。在整個(gè)工藝流程中涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品主要有液氨、硝酸、磷酸；屬于一般毒性和腐蝕性危險(xiǎn)物質(zhì)，由

39、于生產(chǎn)規(guī)模較大，均采用儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，儲(chǔ)存區(qū)構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。硝酸磷肥廠存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要有以下幾點(diǎn)：1、 酸解槽和中和槽裂縫從而引起原料硝酸、磷酸或氨的泄露；2、 氨化工序輸送氨氣的管道裂縫引起氨氣泄露；3、 氨化工序氣液比超過(guò)工藝要求，反應(yīng)器壓力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，溫度升高大于130，氨氣未被完全吸收，造成氨氣逸散；4、 由于物料泄露、著火、爆炸而次生的廢水、廢氣事故排放。第七章 總結(jié)與討論 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)化工工藝設(shè)計(jì)有了更深的認(rèn)識(shí)，這是一次綜合性的鍛煉，讓我們將大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)。同時(shí)還讓我們樹立起具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確的設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)：樹立起嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、勇于探索并具有創(chuàng)新意識(shí)和與他人合作的工作作風(fēng)。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的資料查詢、文獻(xiàn)搜索、設(shè)計(jì)整理，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，遵循工程設(shè)計(jì)的規(guī)則與要求來(lái)完成，設(shè)計(jì)思路清晰，能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際輔助設(shè)計(jì)，引用資料和相關(guān)公式準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)結(jié)果可靠。本設(shè)計(jì)在比較的了現(xiàn)行國(guó)內(nèi)磷肥生產(chǎn)的工藝流程，選擇了冷凍法生產(chǎn)工藝，其流程為：磷礦的粉碎硝酸酸解冷凍結(jié)晶晶體的過(guò)濾中和反應(yīng)濃縮蒸發(fā)造粒干燥帥選成品。本工藝設(shè)計(jì)與一般工藝相比，優(yōu)勢(shì)在于：