243kta粒狀磷酸一銨干燥工段工藝設(shè)計(jì)

四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要II120kt/a粒狀MAP枯燥工段工藝設(shè)計(jì)學(xué)生：XXX學(xué)號(hào)：XXXXX專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：XX級(jí)1班指導(dǎo)教師：XXX材料與化學(xué)工程學(xué)院二O一O年六月畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要PAGEI120kt/a粒狀MAP枯燥工段工藝設(shè)計(jì)摘要磷酸一銨是高濃度磷復(fù)肥的主要品種之一，也是生產(chǎn)三元復(fù)混肥、BB肥最主要的根底原料。我國磷銨生產(chǎn)工藝主要由料漿法和濃酸法，由于中國缺乏高品質(zhì)的磷礦資源，通過比較料漿法和濃酸法說明料漿法更適合中國國情。目前磷酸銨的枯燥流程有噴漿造?？菰锪鞒?、噴霧枯燥流程。本文采用噴漿造?？菰锛夹g(shù)來制造磷酸一銨。首先介紹了粒狀磷銨的枯燥原理和噴漿造粒枯燥機(jī)的操作條件并確定了操作條件下主要物性參數(shù)；其次根據(jù)物性參數(shù)進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算和主體設(shè)備計(jì)算；最后根據(jù)主體設(shè)備計(jì)算結(jié)果進(jìn)行附屬設(shè)備選型，并給出了主體設(shè)備圖和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是噴漿造?？菰餀C(jī)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)，本文所選工藝和設(shè)備能完成給定的生產(chǎn)任務(wù)。關(guān)鍵詞：磷酸一銨，噴漿造粒，枯燥畢業(yè)設(shè)計(jì)英文摘要Theprocessdesignfor120kt/agranularMAPofdryingsectionAbstractMAPisamainvarietiesofhigh-concentrationphosphatecompoundfertilizerandisthebasicprocreativematerialofternaryCompoundFertilizerandBBFertilizer.OurMAPprocessmainlyincludeslurrymethodandconcentratedacidmethod,duetothelackofhighqualityphosphorateinChina,andcomparingthetwomethodshowsslurrymethodismoresuitableforChina'snationalconditions.Atpresent,thedryingprocessproductionhassprayinggranulationprocessesandthespray-dryingprocess.Inthispaper,sprayinggranulationtechnologyisusedtoproduceMAP.Firstly,weintroducedtheprincipleofgranularammoniumphosphateandspraydryinggranulation,andoperatingconditionsweredeterminedtogetthemainphysicalparameters;Secondly,accordingtopropertyparametersofthematerial,theheatandmassconservationwascarriedouttodeterminethemainequipment;Finally,baseonthemaindevicevaluationresults,theancillaryequipmentswereselected,andprovidedthemainequipmentandcontrollingprocessflowcharts.Themaintaskofthisdesignisthespraygranulationequipmentdesign,theselectedprocessanddevicecancompletethegiventask.Keywords:monoammoniumphosphate(MAP),spraygranulation,dry畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄PAGEIV目錄1緒論 11.1前言 11.2濕法磷酸氨化反響的根本原理 12文獻(xiàn)綜述及主要工作 22.1國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)概況 21.3.1傳統(tǒng)法 21.3.2料漿法 32.2枯燥工藝 52.2.1枯燥概述 52.2.2滾筒枯燥 52.2.3噴霧枯燥 62.2.4噴漿造?？菰?62.2.5轉(zhuǎn)筒枯燥制粒狀磷銨 62.3本研究工作意義和主要工作 72.3.1工作意義 72.3.2主要工作 73 工藝選擇與論證 93.1噴漿造?？菰餀C(jī)成粒機(jī)理 93.2粒狀磷銨的枯燥原理 93.2.1濕氣體性質(zhì) 93.2.2濕物料的性質(zhì) 123.3枯燥速率及其影響 133.4枯燥器的物料和熱量衡算 143.4.1物料衡算 143.4.2熱量衡算 153.4.3氣體進(jìn)出枯燥器狀態(tài)確實(shí)定 173.4.4枯燥器的熱效率與枯燥效率 173.5噴漿造?？菰锊僮鳁l件的選擇 183.5.1枯燥機(jī)的進(jìn)口溫度 183.5.2枯燥機(jī)的尾風(fēng)溫度 183.5.3濃縮料漿含水率 183.5.4枯燥機(jī)填充系數(shù) 193.5.5料漿中和度 193.5.6料漿溫度 194枯燥機(jī)的設(shè)計(jì) 214.1枯燥機(jī)的物熱衡算 224.1.1水分蒸發(fā)量 224.1.2廢氣的濕度 224.1.3廢氣的露點(diǎn)溫度 234.1.4氣體耗量 244.1.5進(jìn)氣體積流量 244.1.6出氣體積流量 244.1.7熱效率和枯燥效率 244.1.8物料和熱量衡算表 244.2枯燥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 254.2.1轉(zhuǎn)筒直徑 264.2.2轉(zhuǎn)筒長度 264.2.3轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速 264.3附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 274.3.1筒體自重 274.3.2物料重量 274.3.3傳動(dòng)功率確實(shí)定 274.3.4托輪.齒輪.齒圈 294.3.5揚(yáng)料板的結(jié)構(gòu)尺寸 294.3.6噴槍選擇 304.3.7旋風(fēng)除塵器 304.3.8高溫風(fēng)機(jī) 31設(shè)計(jì)評(píng)述 32參考文獻(xiàn) 33符號(hào)說明 34致謝 35附錄 36畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論P(yáng)AGE11緒論1.1前言復(fù)合肥料是現(xiàn)代化肥工業(yè)的開展方向。在興旺國家，復(fù)合肥料已占化肥總產(chǎn)量的50~80％，其中，氮肥產(chǎn)量的25~50％，磷肥和鉀肥產(chǎn)量的70~90％，均加工成復(fù)合肥料的形式進(jìn)行使用。磷酸銨是由氮、磷兩種元素化合而成的一種復(fù)合肥料。根據(jù)原料和加工方法的不同，有很多品種，如用磷酸和氨生產(chǎn)的磷酸二銨(簡稱DAP，含N18％、P2O546％)，磷酸一銨(簡稱MAP，含N12％、P2O552％)，硫磷銨(簡稱APS，含N16％、P2O520％)，硝磷銨(簡稱APN，含N24％，P2O524％)，尿磷銨(簡稱UP，含N28％，P2O528％)等。但目前產(chǎn)量最大的只有磷酸二銨和磷酸—銨兩種。它們由于有效成分高，物理性能(吸濕性、混容性等)好，適用于所有土壤和作物，受到了各國用戶的歡迎。磷酸一銨又稱磷酸二氫銨。無色透明正方晶系晶體，密度1.803〔19℃〕。熔點(diǎn)190℃，易溶于水，微溶于醇、不溶于丙酮。水溶液呈酸性。磷酸一銨〔MAP〕是一種水溶性速效復(fù)合肥，有效磷〔AP2O5〕與總氮〔TN〕含量的比例約5.44:1，是高濃度磷復(fù)肥的主要品種之一。該產(chǎn)品一般作追肥，也是生產(chǎn)三元復(fù)混肥、BB肥最主要的根底原料；該產(chǎn)品廣泛適用于水稻、小麥、玉米、高粱、棉花、瓜果、蔬菜等各種糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物；廣泛適用于紅壤、黃壤、棕壤、黃潮土、黑土、褐土、紫色土、白漿土等各種土質(zhì)；尤其適合于我國西北、華北、東北等干旱少雨地區(qū)施用。1.2濕法磷酸氨化反響的根本原理濕法磷酸的氨化反響，由于濕法磷酸中含有較多雜質(zhì)，磷酸中的雜質(zhì)也同時(shí)發(fā)生反響。磷酸有3個(gè)氫離子，它們可以依次被氨中和生成磷酸一銨(MAP)-NH4H2PO4、磷酸二銨(DAP)-(NH4)2HPO4、磷酸三銨-(NH4)3PO4。根本化學(xué)反響方程式為：上述反響中，生成的磷酸一銨最為穩(wěn)定，磷酸二銨次之，二者都是高濃度磷復(fù)肥。磷酸三銨很不穩(wěn)定，不適宜作商品肥料使用。畢業(yè)設(shè)計(jì)2文獻(xiàn)綜述及主要工作PAGE72文獻(xiàn)綜述及主要工作2.1國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)概況磷銨生產(chǎn)工藝總的來說可分為傳統(tǒng)法和料漿法二大類見圖2-1。傳統(tǒng)法工藝既能生產(chǎn)磷酸一銨(MAP)也能生產(chǎn)磷酸二銨(DAP)。該工藝由美國DAVY-MCEE和英國FISON等公司首先開發(fā)成功，國外單系列最大生產(chǎn)能力1000kt/a，國內(nèi)引進(jìn)和消化吸收國產(chǎn)化后的單系列最大生產(chǎn)能力480kt/a。由于生產(chǎn)技術(shù)的成熟可靠，國外裝置開展趨向于規(guī)模大型化，但要求磷酸濃度較高，可以通過二水法萃取磷酸濃縮或半水法直接生產(chǎn)得到，一般來說，此法用于含雜質(zhì)較低的優(yōu)質(zhì)磷礦。料漿法工藝是國家“七.五〞科技攻關(guān)成果，該工藝主要用于生產(chǎn)磷酸二銨，并首先在四川銀山磷肥廠建立裝置開車成功?！鞍?五〞以來，國內(nèi)相繼建成30~60kt/a裝置80多套，單系列最大生產(chǎn)能力可達(dá)150kt/a。該工藝技術(shù)在生產(chǎn)、管理和設(shè)計(jì)方面已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，有了相當(dāng)?shù)母祝夹g(shù)日趨成熟可靠。傳統(tǒng)法料漿法中和傳統(tǒng)法料漿法中和濃縮濃縮中和枯燥固體磷銨濕法磷酸濃H3P04稀磷銨料漿熱爐氣濃磷銨料漿蒸汽H2O蒸汽NH3 H2OH2ONH3H2O圖2-1傳統(tǒng)法和料漿法磷銨生產(chǎn)示意圖傳統(tǒng)法是指以蒸汽為熱源先將稀磷酸進(jìn)行濃縮，所得濃磷酸再用氨中和得濃磷銨料漿去枯燥,生產(chǎn)固體磷銨產(chǎn)品。料漿法是先用氨中和稀磷酸,所得稀磷銨料漿再以蒸汽為熱源進(jìn)行濃縮，所得濃磷銨料漿去枯燥，生產(chǎn)固體磷銨產(chǎn)品。兩種生產(chǎn)方法分別簡述如下。1.3.1傳統(tǒng)法(1)預(yù)中和-氨化?；罕竟に囍泻头错懺陬A(yù)中和反響器進(jìn)行，氨氣通過反響器周圍接管噴頭噴入，容器中磷酸和氣體由反響本身進(jìn)行有力攪拌，因此可取消機(jī)械攪拌裝置。中和料漿用泵送氨化?；鲀?nèi)再與磷酸反響。并控制中和度在1.95。料漿與返料細(xì)粉造粒后經(jīng)枯燥、篩分、冷卻制得磷銨產(chǎn)品。該工藝技術(shù)成熟可靠，使用磷酸濃度低，適應(yīng)性強(qiáng)，裝置操作靈巧方便，能生產(chǎn)多種產(chǎn)品，國外普遍使用，有較成熟的設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)秦皇島、大連、南京、云峰等廠先后從美國DAVY-MCKEE公司引進(jìn)480kt/a、240kt/a生產(chǎn)技術(shù)，并建成投產(chǎn)。目前國內(nèi)消化吸收和國產(chǎn)化亦投產(chǎn)了多套同類裝置。(2)管式反響—氨化?；罕竟に囍饕^程為磷酸與氨在管式反響器中產(chǎn)生高溫、高濃度料漿，借助本身壓力噴入氨化?；?，生成DAP時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步氨化與返料細(xì)粉造粒，經(jīng)枯燥、篩分、冷卻后制得磷銨產(chǎn)品。管式反響器是近年來國外新開發(fā)的技術(shù)，投資省，能耗低，返料少，流程操作簡單，工藝成熟。缺乏之處是國內(nèi)僅建成中試裝置，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還須引進(jìn)國外專利技術(shù)，且對(duì)磷酸濃度、質(zhì)量要求較高。(3)預(yù)中和-噴漿造粒：該工藝是氨和磷酸參加帶攪拌反響槽內(nèi)反響生成磷銨料漿，料漿直接噴入造粒枯燥窯，與返料細(xì)粉造粒，并進(jìn)行枯燥，物料經(jīng)篩分、冷卻制得產(chǎn)品。該生產(chǎn)工藝對(duì)磷酸質(zhì)量要求相對(duì)較低，操作簡單、易控制。我國第一套120kt/a磷銨裝置即銅陵磷銨廠就是從羅馬利亞引進(jìn)這種工藝的。此工藝存在許多缺乏之處，由于使用較低濃度的磷酸，使得設(shè)備體積龐大、投資高、反響熱利用不充分、能耗也高、返料比大、本錢較高。因此近年來國外已很少采用，只適于中小型規(guī)模難以濃縮的磷酸制磷銨裝置。(4)加壓中和-噴霧造粒：該工藝主要過程為磷酸與氣氨在加壓帶攪拌的反響器內(nèi)反響，反響熱把局部水蒸發(fā)，高溫的料漿借助反響產(chǎn)生的壓力通過一個(gè)特殊噴嘴進(jìn)入噴霧枯燥塔，更多的水在閃蒸中蒸發(fā)，霧化的物料經(jīng)與上升空氣接觸、冷卻、固化，得到粉粒狀產(chǎn)品后送包裝工段。整個(gè)生產(chǎn)工藝省去了造粒、返料和枯燥過程,實(shí)現(xiàn)了流程簡短、投資省、本錢低的目的。缺乏之處是對(duì)磷酸的濃度和質(zhì)量要求高。1.3.2料漿法料漿法磷銨工藝的核心是料漿濃縮。由于磷銨料漿的沸點(diǎn)升高損失較小，介質(zhì)腐蝕性較弱，因此，可以采用多效蒸發(fā)節(jié)約蒸汽。根據(jù)模擬計(jì)算，料漿濃縮采用雙效濃縮最經(jīng)濟(jì)。以往小規(guī)模裝置原設(shè)計(jì)的濃縮流程均采用相同的雙效傳熱面積，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)Ⅱ效蒸發(fā)器相對(duì)偏小，因此，這些裝置在擴(kuò)能改造中都擴(kuò)大了Ⅱ效加熱器的相對(duì)傳熱面積。采用強(qiáng)制循環(huán)氨化蒸發(fā)反響器后，有效利用氨化反響二次蒸汽需要相對(duì)更大的Ⅱ效加熱面積。當(dāng)裝置大型化后，大型料漿濃縮循環(huán)泵和真空操作的Ⅱ效蒸發(fā)器的造價(jià)比規(guī)模擴(kuò)大增加更快，而且過大的加熱器清洗花費(fèi)的時(shí)間過長，影響裝置開車率。綜合考慮各種因素，240kt/a磷銨及以上規(guī)模的料漿法磷銨裝置，采用“雙效三體〞濃縮流程更經(jīng)濟(jì)合理。即采用2臺(tái)Ⅱ效蒸發(fā)器、1臺(tái)Ⅰ效蒸發(fā)器、3臺(tái)蒸發(fā)器的加熱器、氣液別離器和料漿循環(huán)泵采用大致相同的規(guī)格。料漿串連流通，二次蒸汽那么并聯(lián)分配。這個(gè)流程可以保持Ⅰ效蒸發(fā)器常壓或微負(fù)壓操作，可以有效充分地利用熱量，同時(shí)為提高一次加熱蒸汽溫度，強(qiáng)化生產(chǎn)留有余地。料漿濃縮裝置大型化的核心是臥式料漿循環(huán)泵的研制，目前國內(nèi)制作的3000m3以上的大型料漿濃縮循環(huán)泵已經(jīng)完全可以滿足單系列30萬t磷銨規(guī)模大型裝置的運(yùn)行要求。大型料漿法磷銨裝置的濃縮系統(tǒng)，在能量利用上更加合理。在濃縮循環(huán)水流程的安排上，采用單臺(tái)循環(huán)水泵完成循環(huán)，操作簡便、穩(wěn)定，而且節(jié)能。此外，利用循環(huán)水的熱量蒸發(fā)液氨，在20萬t磷銨以上規(guī)模的裝置上，節(jié)能效果也非常顯著。從上述比較看：預(yù)中和-氨化?；夹g(shù)成熟可靠、生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、更換產(chǎn)品品種容易,可生產(chǎn)DAP、MAP、NPK等。目前大型化裝置國產(chǎn)化率高，國內(nèi)可自行設(shè)計(jì)大型化單系列裝置，有較成熟的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)是此流程由于大量返料，使得流程復(fù)雜，小型裝置單位產(chǎn)品投資偏高。管式反響器-氨化?；癁榻陙硇麻_發(fā)技術(shù)，生產(chǎn)技術(shù)新，各項(xiàng)指標(biāo)較先進(jìn)，裝置生產(chǎn)靈巧性好，投資低、能耗省，使用磷酸濃度高，生產(chǎn)工藝成熟。但管式反響器技術(shù)尚未國產(chǎn)化，國內(nèi)僅有中試裝置，未完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，故不宜選用。加壓中和-噴霧枯燥在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化已經(jīng)近10年，隨著不斷完善和提高，流程日益簡練合理，裝備更加穩(wěn)定可靠，已成為我國高濃度磷復(fù)肥生產(chǎn)的工藝路線之一。其裝備經(jīng)過多年的完善和提高，整體技術(shù)水平和運(yùn)行穩(wěn)定性都較好，保證了開車率，因在裝備國產(chǎn)化方面的優(yōu)勢(shì)，基建投資大大下降。由于生產(chǎn)技術(shù)在小磷銨生產(chǎn)中占有的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)已建成了幾套30kt/a和1套60kt/a裝置，且主要用來生產(chǎn)MAP。建設(shè)1套60kt/aMAP裝置僅需投資850萬元。該工藝技術(shù)的缺乏之處是對(duì)磷酸濃度和質(zhì)量要求稍高，其磷酸濃度必須≥45%P2O5。料漿法生產(chǎn)MAP工藝技術(shù)成熟可靠，設(shè)備材質(zhì)要求低、易解決，對(duì)礦的適應(yīng)性強(qiáng)，能適于中低品位礦，可直接采用低濃度磷酸。流程已逐步簡化，減少了投資、降低了本錢，國內(nèi)可以自行設(shè)計(jì)。但入枯燥窯料漿含水率高，造成枯燥熱負(fù)荷大，能耗高，氨損失大。建設(shè)一套60kt/a生產(chǎn)裝置仍需投資4000萬元。比較下“料漿法工藝〞更適合中國國情，西方興旺國家在高濃度磷復(fù)肥生產(chǎn)過程中大量采用傳統(tǒng)的“磷酸濃縮〞生產(chǎn)工藝，這種工藝是將中間產(chǎn)品低濃度濕法磷酸蒸發(fā)濃縮后，再與氨中和形成料漿，直接造粒枯燥得到產(chǎn)品?！傲姿釢饪s〞工藝要求以高品位優(yōu)質(zhì)磷礦為原料。我國雖然磷礦資源豐富，但大局部是難選的中低品位的磷礦。多年試驗(yàn)證明，這類國產(chǎn)中品位原礦不適合“磷酸濃縮〞工藝。我國于1966年在南京化學(xué)工業(yè)公司磷肥廠建成一套采用“磷酸濃縮〞工藝的年產(chǎn)115×104t磷酸、3×104t磷銨的工業(yè)裝置，連續(xù)運(yùn)行至今磷酸裝置生產(chǎn)能力已達(dá)4×104t/a，磷銨裝置已被24×104t/a的硫基復(fù)合肥裝置所取代。該裝置曾經(jīng)出現(xiàn)過如下問題：(1)采用有害雜質(zhì)含量較高的國產(chǎn)中品位磷礦(原礦)為原料時(shí)磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以P2O5計(jì))很難到達(dá)48%～50%，磷酸加熱器管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，2～3天必須停車清洗，垢層堅(jiān)硬致密，不易去除；(2)采用“轉(zhuǎn)鼓氨化造粒-轉(zhuǎn)筒枯燥流程〞，由于方案和技術(shù)原因，直至80年代初國內(nèi)高濃度磷復(fù)肥的產(chǎn)量還缺乏磷肥總產(chǎn)量的1%，嚴(yán)重制約了我國磷復(fù)肥工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。四川大學(xué)和原銀山磷肥廠等單位針對(duì)傳統(tǒng)“磷酸濃縮〞工藝不適應(yīng)我國具體國情的難題，在20世紀(jì)70至80年代初進(jìn)行了大量的根底研究和中等規(guī)模的開發(fā)研究。其技術(shù)核心是，先以氨中和稀磷酸，制得的中和料漿再進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，從而避開了“磷酸濃縮〞的困難，并由此形成一系列更具優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)的料漿法制磷銨新工藝。2.2枯燥工藝2.2.1枯燥概述固體枯燥是利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹?水分或其他溶劑)氣化，水汽或蒸汽經(jīng)氣流帶走或由真空將其抽出以除去，從而獲得固體產(chǎn)品的操作。枯燥在化工生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣，枯燥的目的是使物料便于加工、運(yùn)輸、貯藏和使用。肥料含水過高易使產(chǎn)品結(jié)塊，物性變壞，因此常需枯燥加工?？菰锟煞譃椋骸?〕傳導(dǎo)枯燥〔2〕對(duì)流枯燥〔3〕輻射枯燥〔4〕介電加熱枯燥以及由上述兩種或三種方式的聯(lián)合枯燥。目前，常用于磷銨物料的枯燥工藝有滾筒枯燥、噴霧枯燥、噴漿造粒枯燥、流化枯燥及回轉(zhuǎn)圓筒枯燥等幾種。2.2.2滾筒枯燥滾筒枯燥器是一種連續(xù)接觸式枯燥器，其根本原理是筒內(nèi)加熱蒸汽供給的熱，經(jīng)筒壁傳遞給筒體外表上的物料層。在物料層內(nèi)，熱是以傳導(dǎo)方式由料層內(nèi)側(cè)傳至外側(cè)。物料中所含水分由于受熱，也由料層內(nèi)側(cè)向外側(cè)擴(kuò)散。當(dāng)料層外表的水蒸汽分壓大于周圍空氣的水蒸汽分壓時(shí)，那么水分汽化并向四周擴(kuò)散，所以滾筒外表上物料的枯燥過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)傳質(zhì)和傳熱過程，而且傳質(zhì)和傳熱的方向一致。2.2.3噴霧枯燥噴霧枯燥是指用單獨(dú)一次工序，將溶液、乳濁液、懸浮液或含有水分的膏糊狀物料變成粉狀、顆粒狀或塊狀的枯燥產(chǎn)品。噴霧，是將液體通過霧化的作用，噴灑成極細(xì)小的霧狀液滴?？菰锬敲词怯奢d熱體(過熱蒸汽、熱空氣、煙道氣等)同霧滴均勻混合，進(jìn)行熱交換和質(zhì)交換使水分蒸發(fā)的過程。噴霧枯燥就是噴霧與枯燥兩者的密切結(jié)合。噴霧枯燥具有枯燥速度快、枯燥時(shí)間短(通常為15~30秒)、操作條件易于調(diào)節(jié)控制、產(chǎn)品物性好、純度高、生產(chǎn)過程簡化、適宜于連續(xù)化、大規(guī)模生產(chǎn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。噴霧枯燥技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用已有近百年的歷史。但是過去限于奶粉、蛋粉等少數(shù)食品工業(yè)，現(xiàn)已廣泛用于化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、陶瓷、水泥、冶金等各部門中。磷銨工業(yè)采用噴霧枯燥技術(shù)近年來已得到普遍的重視和開展，特別在磷酸一銨生產(chǎn)上更為突出。如英國的弗森(Fison)流程。美國的斯威夫特(Swift)流程、法國的加提尼爾(Gardinier)流程和日本的日產(chǎn)〔Nissan〕流程等均采用了噴霧枯燥技術(shù)。2.2.4噴漿造?？菰飮姖{造?？菰锪鞒淌菍姖{、造粒和枯燥三者結(jié)合在一起，在一個(gè)回轉(zhuǎn)筒內(nèi)同時(shí)完成的流程，這對(duì)減少設(shè)備、縮短流程和強(qiáng)化操作有著重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。該流程自從法國PEC公司用于碳化法硝酸磷肥以來，運(yùn)轉(zhuǎn)已久，而且隨著使用范圍的不斷擴(kuò)大更趨成熟。目前，直徑5米，長12米的噴漿造粒枯燥機(jī)的單機(jī)最大生產(chǎn)能力已達(dá)1000噸/日復(fù)合肥料。在蘇聯(lián)、法國、羅馬尼亞等國，噴漿造粒工藝已成為制造復(fù)合肥料和高濃度肥料的主要枯燥流程。目前，噴漿造?？菰锕に嚥粌H大量用于磷銨的生產(chǎn)，而且還廣泛用于其他氮磷復(fù)肥如硫磷按、硝酸銨鉀、硝酸磷酸鉀以及高濃度磷肥重過磷酸鈣的生產(chǎn)上。對(duì)于尿磷銨和尿磷銨鉀，也已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。合理設(shè)計(jì)的噴漿造?？菰餀C(jī)根本不會(huì)結(jié)疤。在蘇聯(lián)已經(jīng)研制出將造被、枯燥、分級(jí)、冷卻在一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成的噴漿造粒枯燥分級(jí)冷卻器。毫無疑問，隨著我國復(fù)合肥料工業(yè)的日益開展，這種設(shè)備在造?？菰飭卧僮魃蠈⒂泻艽蟮拈_展前途。2.2.5轉(zhuǎn)筒枯燥轉(zhuǎn)筒枯燥器是國內(nèi)外普遍采用的一種枯燥設(shè)備。不僅能適用于散粒物料的枯燥，而且還可以用于枯燥粘性膏狀物科或含水量較高的物料。國內(nèi)外廣泛采用它作為粒狀肥料(如磷銨和硝酸磷肥)的枯燥設(shè)備。轉(zhuǎn)筒枯燥器的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，氣流阻力小，操作彈性大和操作方便。缺點(diǎn)是耗鋼材量多，基建費(fèi)較高和占地面積大。2.3本研究工作意義和主要工作2.3.1工作意義對(duì)于肥料產(chǎn)品，通常都希望是直徑為2~4mm的球形顆粒，這是因?yàn)椋?1)與粉狀肥料相比，顆粒肥料外表而要小得多，而球形顆粒的相互接觸面又是最小的，因而可大大降低肥料的結(jié)塊性，這對(duì)結(jié)塊傾向比較嚴(yán)重的高濃度復(fù)肥來說，意義更為重人；(2)球形顆粒肥料流動(dòng)性好，機(jī)械強(qiáng)度高，不易破損和產(chǎn)生粉塵便于貯存和使用，特別符合機(jī)械化施肥的要求；(3)顆粒肥料溶解速度較慢具有緩效肥料的作用，可提高農(nóng)作物對(duì)肥料的有效利用。為了獲得一定形狀、大小、結(jié)構(gòu)和物理性好的顆粒肥料，需要研究從原料到成品的全部物理化學(xué)和物理機(jī)械過程。同時(shí)還需注意肥料顆粒不全是一次形成的，它還與后續(xù)的枯燥、篩分、冷卻、破碎等過程有關(guān)。2.3.2主要工作本設(shè)計(jì)通過了解磷酸一銨的枯燥原理，選擇適宜的枯燥工藝和操作條件，并確定操作條件下主要物性參數(shù)，然后根據(jù)物性參數(shù)進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算和主體設(shè)備計(jì)算；最后根據(jù)主體設(shè)備計(jì)算結(jié)果進(jìn)行附屬設(shè)備選型。畢業(yè)設(shè)計(jì)3工藝選擇與論證PAGE26工藝選擇與論證本設(shè)計(jì)采用噴漿造?？菰餀C(jī)枯燥磷酸一銨。噴漿造?？菰餀C(jī)是把造粒和枯燥合并在一起的顆粒肥料生產(chǎn)設(shè)備。料漿噴淋在抄板揚(yáng)起的返料細(xì)粒料幕上，顆粒外表涂布的料漿層立即被熱氣流枯燥。這種造粒方法所得產(chǎn)品有較好的物化和機(jī)械性能。3.1噴漿造?？菰餀C(jī)成粒機(jī)理含水25%～35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的濃縮磷銨料漿，借助于壓縮空氣通過噴嘴使之霧化。不斷噴淋在主要由返料形成的料幕上，磷銨顆粒不斷形成和長大，同時(shí)在并流進(jìn)入的熱氣流中蒸發(fā)除去水分。根據(jù)觀察，噴漿造?？菰镞^程中，顆粒的形成主要通過下述三種途徑：(1)涂布成粒：霧化了的濃縮磷銨料漿均勻涂布在返料粒子粒的外表上，在熱的煙道氣流中水分迅速汽化后又重新涂布。屢次重復(fù)涂布汽化過程之后，細(xì)顆粒逐步長大成合格的顆?；蚋蟮念w粒。(2)粘合成粒：霧化了的濃磷銨料漿作為一種粘合劑，把假設(shè)干個(gè)小顆粒粘結(jié)在一起成為大顆粒。(3)自成粒：經(jīng)噴槍霧化后的料漿小滴，如果在其飛行途中尚未碰到其它固體物之前即已枯燥，那么會(huì)失去粘合能力而自成小顆粒存在。當(dāng)料漿水分含量低時(shí)，這種成粒作用就更強(qiáng)烈，形成細(xì)粉量增多。3.2粒狀磷銨的枯燥原理3.2.1濕氣體性質(zhì)在噴漿造?？菰餀C(jī)中是以煙道氣為載氣體，并由它帶走汽化的水分。因此研究濕氣體的性質(zhì)是很有必要的。由于煙道氣只是由CO2代替了空氣中的局部O2，而CO2與O2的熱性質(zhì)很近似，因此把枯燥作業(yè)中經(jīng)常使用的濕空氣性質(zhì)、計(jì)算式和圖表用于煙道氣，誤差不會(huì)超過0.8%。濕度即濕空氣中單位質(zhì)量干氣所帶有的水汽的質(zhì)量以表示。設(shè)—水的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；—干氣體的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；—濕氣體的總壓；—水的分壓。那么(3-1)根據(jù)分壓定律，物質(zhì)的量與其分壓成正比，(3-2)對(duì)空氣—水系統(tǒng)，=18；=29，于是〔3-3〕相對(duì)濕度氣體的濕度只表示所含水分的多少，不能反映這種情況下氣體還有多大的吸濕潛力，而相對(duì)濕度那么可表示出這種潛力。在一定的溫度和總壓下，濕氣體中水汽的分壓與該溫度下水的飽和蒸氣壓的百分比稱相對(duì)濕度，用表示：〔3-4〕相對(duì)濕度越低表示濕氣體距飽和狀態(tài)越遠(yuǎn)，吸濕能力也越大。當(dāng)=100%時(shí)，表示濕氣體已達(dá)飽和，氣體不能再吸濕，因此不能再作載濕氣。將帶入〔3-2〕、〔3-3〕，得(3-5)對(duì)空氣-水系統(tǒng)(3-6)相對(duì)濕度可用毛發(fā)溫度計(jì)，干濕球溫度計(jì)等儀器來測(cè)量。測(cè)出相對(duì)濕度后即用〔3-5〕或〔3-6〕式計(jì)算濕度。露點(diǎn)溫度和濕球溫度這兩個(gè)溫度均可用于濕度的測(cè)量現(xiàn)分析如下：〔a〕露點(diǎn)溫度不飽和氣體在總壓和濕度保持不變的情況下，進(jìn)行冷卻而到達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的溫度稱該氣體的露點(diǎn)溫度，簡稱露點(diǎn)，以表示。當(dāng)?shù)竭_(dá)露點(diǎn)時(shí)，空氣的濕度為飽和濕度，〔3-3〕式變成：〔3-7〕式中，—露點(diǎn)時(shí)水的飽和蒸汽壓。這是露點(diǎn)法測(cè)定空氣濕度的依據(jù)。露點(diǎn)溫度對(duì)于枯燥過程有以下作用：〔1〕通過測(cè)定露點(diǎn)可測(cè)定氣體濕度。將一鏡面置于氣樣中，用制冷劑使之逐漸冷卻，當(dāng)鏡面上開始有水汽冷凝而使反射光的能力減弱，這時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度。查得此溫度水的飽和蒸氣壓，帶入〔3-7〕式即可求得；(2〕由于露點(diǎn)是開始有液滴析出時(shí)的溫度，因此在枯燥過程中氣體的溫度必須高于其露點(diǎn)，否那么物料反而要增濕。還應(yīng)注意在枯燥后的除塵系統(tǒng)中，氣體溫度也要高于露點(diǎn)，否那么物料〔粉塵〕因回濕而發(fā)生粘結(jié)。為確保粉塵不回濕，一般應(yīng)保持除塵系統(tǒng)高于露點(diǎn)15℃?！瞓〕濕球溫度在普通溫度計(jì)的感溫球上纏一層薄紗布，紗布下端浸入水中，由于毛細(xì)管作用，感溫球上的紗布始終保持潤濕狀態(tài)，這就成為濕球溫度計(jì)。將濕球溫度計(jì)置于一定線速的氣流中時(shí)，如果氣流中的水蒸氣是不飽和的，那么紗布上的水就要汽化到氣流中去。水汽化所需熱量首先取自濕紗布的顯熱，氣流將以對(duì)流的方式把熱量傳給濕紗布。當(dāng)氣流傳遞給紗布的熱量恰好等于液體汽化所需的潛熱〔汽化熱源僅來自氣流，輻射等影響可忽略〕時(shí)，濕紗布的溫度不再下降，這個(gè)穩(wěn)定的溫度稱為濕球溫度，以表示。通過到達(dá)穩(wěn)態(tài)后的傳質(zhì)、傳熱速度方程的關(guān)聯(lián)，可得出如下的濕球溫度定義式：〔3-8〕式中，—濕球溫度，K；—干球溫度，K；—以濕度差表示推動(dòng)力時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)，;—?dú)怏w與液體間的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，；—水在時(shí)的汽化潛熱，kJ/kg；—時(shí)氣體的飽和濕度，kg〔水〕/kg〔干氣〕；—?dú)怏w主體濕度。其中和只是得函數(shù)，和是通過同一氣膜的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)和對(duì)流傳熱系數(shù)。但凡能引起氣膜厚度改變的因素〔例如流速〕，對(duì)于每一系數(shù)的改變也是成比例的，假設(shè)氣膜厚度減半，那么與均加倍，但/比值不變；因此它是與氣體粘度、流速等無關(guān)的常數(shù)，并可由試驗(yàn)確定?？梢娭皇桥c氣體干球溫度t和濕度H有關(guān)。因此測(cè)得和之后即可根據(jù)〔3-8〕式求得濕度H〔式中常數(shù)由試驗(yàn)確定〕。濕球溫度對(duì)枯燥過程有以下作用：〔1〕通過測(cè)定氣體的干、濕球溫度，可以測(cè)定氣體的濕度；〔2〕在枯燥過程中，當(dāng)物料外表含濕高，在對(duì)流枯燥條件下，物料外表到達(dá)一個(gè)穩(wěn)定的溫度，這個(gè)溫度接近濕球溫度。對(duì)于高溫低濕氣體，濕球溫度比干球溫度低得多，所以對(duì)含濕量高的物料，往往可用很高溫度的氣體進(jìn)行枯燥而不致?lián)p害物料質(zhì)量；〔3〕當(dāng)物料很濕時(shí)，物料溫度約等于濕球溫度，氣體和物料間的溫度差〔〕，也就是物料含濕高時(shí)對(duì)流枯燥的推動(dòng)力?！?〕濕熱和焓濕熱和焓是熱衡算需要的數(shù)據(jù)。現(xiàn)分述于后：濕熱又稱濕比熱容或干基濕比熱容。是在定壓下將1kg干氣體和帶有Hkg水汽的濕氣體的溫度升高1K所需的熱量。即〔3-9〕式中，—濕熱，；—干氣體的比熱容，;—水蒸氣的比熱容，。和與濕度有關(guān)，但在通常枯燥條件下隨溫度變化較小，在工程計(jì)算中通常取為常數(shù)。對(duì)于空氣—水系統(tǒng)，取=1.005，=1.884，那么〔3-10〕〔b〕濕氣體的干基焓，或稱干基濕焓，簡稱焓。為1kg干氣體的焓與所帶水蒸氣的焓之和：〔3-11〕式中，—濕氣體的干基焓，；—干氣體的焓，；—水蒸氣的焓，。在計(jì)算干基焓時(shí)，取0℃的干氣體為基準(zhǔn)態(tài)，取0℃時(shí)液態(tài)水位基準(zhǔn)態(tài)，那么；故〔3-12〕〔3-13〕式中，—?dú)怏w溫度，℃；—0℃時(shí)水的汽化潛熱，。對(duì)空氣-水系統(tǒng)，。〔3-14〕〔5〕濕比容即1kg干空氣和所帶有kg水蒸氣所占有的體積，對(duì)空氣—水系統(tǒng)：〔3-15〕式中，—濕比容；；—?dú)怏w溫度，℃；—總壓，kPa。3.2.2濕物料的性質(zhì)〔1〕濕含量以表示。即單位質(zhì)量干物料所含水分質(zhì)量。〔2〕平衡濕含量以表示。如將一物料與一定溫度和相對(duì)濕度的空氣接觸時(shí)，物料將失去水分或吸收水分。直到物料外表產(chǎn)生的水蒸氣壓與空氣中的水蒸氣分壓相等，這時(shí)到達(dá)平衡。物料中濕含量不再增減，物料中的水分稱平衡濕含量。不同物料的平衡濕含量差異很大，對(duì)于同一物料又因所接觸的空氣溫度和濕度不同而變化。物料在枯燥條件下所含平衡水分不能除去。〔3〕自由水分：物料所含水分中超出平衡水分的局部稱自由水分(或稱游離水分)，它可在枯燥過程中除去?！?〕結(jié)合水分與非結(jié)合水分：它是根據(jù)物料中水分除去的難易來劃分的。當(dāng)物料濕含量小于某一值時(shí)，其平衡蒸氣壓即低于水的飽和蒸氣壓，這就說明水分與物料有某種形式的結(jié)合(例如化學(xué)吸附水，毛細(xì)管水等)，由于這種結(jié)合力的存在使水分難于揮發(fā)。顯然結(jié)合水較非結(jié)合水難于除去。〔5〕物質(zhì)的吸濕性：個(gè)別物質(zhì)與水的親合力極大，例如氯化鈣、阿拉伯膠等。另一種情況是如果物料中沒有可溶于水的成分，沒有親水基，也沒有毛細(xì)孔隙，就與水沒有什么親合力。這種物料是非吸濕性的，例如石英砂。一般物料都介于這兩種極端之間，即都是吸濕性的，但最大吸濕量是個(gè)有限值。3.3枯燥速率及其影響單位時(shí)間內(nèi)在單位枯燥面積上汽化的水分質(zhì)量稱枯燥速率：〔3-15〕式中，—枯燥速率，；W—汽化水分量，kg；F—枯燥面積，；—枯燥時(shí)間，h。圖3-1恒定枯燥條件下的枯燥速率[1]在實(shí)際枯燥操作中，熱氣的溫度、濕度以及流速是不斷變化的。但為了研究枯燥過程的根本規(guī)律，通常都在固定熱氣體的溫度、相對(duì)濕度及流速的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。如果將于燥速率對(duì)物料濕含量作圖，即得圖3-1的枯燥速率曲線。從圖中可看出，枯燥開始時(shí)物料被預(yù)熱，枯燥速率升高，物料溫度也升高(AB段)，但這段時(shí)間很短，當(dāng)物料被加熱到濕球溫度后，開始了恒速枯燥。物料外表溫度也保持濕球溫度(BC段)。當(dāng)物料濕含量降低到某一值X0時(shí)，枯燥速率開始下降，物料外表溫度也開始升高，這就開始了枯燥的降速段。恒速斷與降速段的交界處〔C點(diǎn)〕稱為臨界點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的濕含量稱臨界濕含量。此后物料的枯燥速率隨濕含量的減小而降低，表現(xiàn)出水分由物料內(nèi)部向物料外表遷移的速率低于物料外表水分的汽化速率。隨著枯燥過程的進(jìn)行，枯燥區(qū)不斷向內(nèi)層延伸，當(dāng)物料濕含量降低到等于平衡濕含量時(shí)，物料溫度也升高至熱氣的溫度，枯燥過程即停止。降速段曲線的形狀因物料不同而異。圖3-1是實(shí)驗(yàn)測(cè)得顆粒狀多孔物料的枯燥速率曲線。這種情況下，物料內(nèi)部水分的遷移首先是由于毛細(xì)管作用，然后水分在物料內(nèi)部汽化而擴(kuò)散至外表。由上述可知，枯燥過程可分為恒速和降速兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段的枯燥機(jī)理是不相同的，因而影響它們枯燥速率的因素也不完全一樣。恒速段主要是水分從物料外表汽化?？菰锼俾嗜Q于水的外表汽化速率。因而與物料的種類和物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。凡影響外表汽化速率的因素，也都對(duì)枯燥速率產(chǎn)生影響。例如顆粒尺寸小，提供枯燥外表大，氣流速度高；熱氣體溫度高，相對(duì)濕度小等都能提高于燥速率。降速段那么主要是水分在物料內(nèi)部的傳遞，因此凡有利于減少內(nèi)部傳質(zhì)阻力的因素，就有利于提高降速段的枯燥速率。例如減小顆粒以縮短水分遷移路程，提高溫度以增大水分子擴(kuò)散速度。物料本性如毛細(xì)孔的結(jié)構(gòu)，物料與水的結(jié)合形式等對(duì)降速段的枯燥速率有重大影響，但這些屬物料本性，通常是無法改變的。磷銨料漿在回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)進(jìn)行噴漿造?？菰飼r(shí)，主要是干顆粒外表涂布的料漿層進(jìn)行外表汽化的過程，因而它主要屬恒速枯燥。3.4枯燥器的物料和熱量衡算3.4.1物料衡算物料中的水分含量有兩種表示方法：濕基含水量：〔3-16〕干基含水量：〔3-17〕這兩種表示法的換算關(guān)系為〔3-18〕由于干物料的質(zhì)量在枯燥過程中是不變的，計(jì)算時(shí)用干基含水量比較方便。故都先將濕基含水量換成干基含水量。L，HL，H1G1，X1氣體濕物料L，H2G2，X1氣體產(chǎn)品W圖3-2枯燥器的物料衡算設(shè)：；；；；；；。根據(jù)進(jìn)出口物料和氣體的有關(guān)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出以下重要結(jié)果：〔3-19〕〔3-20〕〔3-21〕(3-22)3.4.2熱量衡算前面已經(jīng)講過，煤燃燒所得煙道氣的熱性質(zhì)與空氣接近，而且枯燥所用煙道氣還經(jīng)常稀釋了大量空氣，因而在熱平衡計(jì)算中把煙道氣當(dāng)成空氣處理所引起的誤差不大?？菰镞^程的熱量衡算，可按表3-1列出的工程進(jìn)行?？砂褲裎锪蠋氲臒岷蜌怏w帶出的熱分解為兩項(xiàng)之和，即把汽化的水單獨(dú)分為一項(xiàng)?？菰锲骺菰锲鱭2q5G1,θ1,Cm1L,t1,H1,iH1G2,θ2,Cm2L,t2,H2,iH2圖3-3枯燥器的熱量衡算表3-1枯燥過程的熱量衡算輸入的熱量輸出的熱量氣體帶入的熱氣體帶出的熱濕物料帶入的熱產(chǎn)品帶出的熱補(bǔ)充參加枯燥器的熱，返料帶入的熱等：熱損失表2-1中的符號(hào)：；；；；；；；；；；；。下角標(biāo)2表示出口條件下的相應(yīng)參數(shù)。根據(jù)熱量平衡：輸入的熱量=輸出的熱量見圖3-3將表2-1中的各熱量代入平衡式并整理〔3-23〕設(shè)：；；。那么〔3-24〕〔3-24〕式的物理意義是：進(jìn)枯燥器氣體冷卻放出的熱和返料帶入〔或補(bǔ)充參加〕的熱提供的熱能消耗于三個(gè)方面，即水的汽化物料的加熱，以及熱損失。3.4.3氣體進(jìn)出枯燥器狀態(tài)確實(shí)定用于枯燥的熱氣體溫度一般根據(jù)工藝要求選定。氣體的濕度那么取決于氣體的性質(zhì)，當(dāng)然希望濕含量越低越好。氣體的出口濕度可根據(jù)熱平衡確定。以W除(3-23)式：因?yàn)楣省?-25〕上式中的熱損失可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算確定，可按算得，除外的其余各項(xiàng)均為或可計(jì)算求出。因此用上式即可算出氣體的出口濕度。3.4.4枯燥器的熱效率與枯燥效率進(jìn)枯燥器氣體帶入的熱只有一局部在枯燥過程中放出，其余局部隨廢氣帶走。氣體在枯燥器中放出的熱與氣體帶入的熱之比稱熱效率。〔3-26〕上式適用于枯燥器中沒有補(bǔ)充加熱的情況，一般為熱效率為50%~70%。氣體在枯燥器中放出的熱量只有一局部用于汽化水分，對(duì)于燥過程而言，只有這局部熱是有效的，汽化水分與枯燥器中消耗的總熱量之比稱枯燥效率?！?-27〕枯燥過程的總效率：〔3-28)3.5噴漿造粒枯燥操作條件的選擇3.5.1枯燥機(jī)的進(jìn)口溫度干的磷銨產(chǎn)品在高溫下容易分解，其完全分解溫度約為200℃。當(dāng)濕物料與熱風(fēng)順流流動(dòng)時(shí)，雖然最初熱風(fēng)溫度很高(350~450℃)，但這時(shí)濕物料的溫度也只相當(dāng)于濕球溫度，因此不會(huì)使磷銨分解。到枯燥機(jī)尾部時(shí)，氣體溫度下降、濕度增大，但干磷銨不會(huì)從氣體吸回水分，也不會(huì)分解。故磷銨的枯燥宜于采用濕物料與熱氣體順流操作。在枯燥機(jī)頭部濕物料與熱風(fēng)之間的溫差很大，傳質(zhì)傳熱的速度很快，因此提高熱風(fēng)溫度必然會(huì)提高枯燥強(qiáng)度，在蘇聯(lián)，咳漿造?？菰餀C(jī)的進(jìn)氣溫度已提高到600~650℃。但熱風(fēng)溫度過高，自成粒作用會(huì)增強(qiáng)，物料的成粒率會(huì)下降。故應(yīng)綜合考慮全部操作條件后，才能對(duì)進(jìn)氣溫度作出正確選擇。3.5.2枯燥機(jī)的尾風(fēng)溫度磷銨產(chǎn)品出枯燥機(jī)時(shí)的含水量接近平衡濕含量。平衡濕含量除與物料本性有關(guān)還與所接觸氣體的濕度和物料溫度有關(guān)。出枯燥機(jī)物料的溫度愈高，其平衡濕含量愈低，即產(chǎn)品含水率愈小，但物料出口溫度與出氣溫度是相關(guān)的。通常出口氣體溫度較固體物料高10~20℃。因此保持氣體出口溫度100~110℃，使固體物料出口維持80~90℃，既可防止產(chǎn)品分解，也能到達(dá)對(duì)產(chǎn)品含水率的要求。提高氣體出口溫度雖可降低產(chǎn)品含水量，提高產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度，但含水率過低返料系統(tǒng)容易粉塵飛揚(yáng)，造成環(huán)境污染，也容易引起產(chǎn)品分解造成損失。出氣溫度過高也會(huì)增大系統(tǒng)的熱損失。3.5.3濃縮料漿含水率濃縮料漿的含水率，直接影響噴槍的噴霧情況、枯燥系統(tǒng)的水平衡和生產(chǎn)能力。料漿過濃會(huì)使噴漿困難，霧化不良，容易造成噴槍堵塞，料漿含水率高，那么霧化良好，涂布造粒和粘結(jié)造粒作用都有所加強(qiáng)，物料成粒率也相應(yīng)提高。但枯燥機(jī)的生產(chǎn)能力那么因料漿含水量增高而下降。從提高設(shè)備生產(chǎn)能力和節(jié)約能量的角度出發(fā)，料漿的濃度應(yīng)是愈高愈好。但如果因料漿濃度過高而影響噴漿造粒，那么應(yīng)對(duì)料漿含水率作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。一般來說，維持料漿含水率25％~35％都可使噴漿造粒過程順利進(jìn)行。但必須是濃縮系統(tǒng)能夠提供含水率穩(wěn)定的料漿，才能保證噴漿造粒枯燥系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。而目前采用的蒸發(fā)料漿濃縮系統(tǒng)的操作控制水平能夠滿足這一要求，這也是料漿濃縮法制固體磷銨的優(yōu)點(diǎn)之一。3.5.4枯燥機(jī)填充系數(shù)填充系數(shù)又稱裝載系數(shù)，以枯燥機(jī)內(nèi)物料體積占枯燥機(jī)總?cè)莘e的百分率表示。噴漿造?？菰餀C(jī)內(nèi)大局部質(zhì)、熱交換是在噴舌-料幕區(qū)進(jìn)行的。在這里需要保持較高的料幕密度，以增大參加質(zhì)、熱交換的外表積。因而也就要求枯燥機(jī)內(nèi)的物料具有相應(yīng)的填充系數(shù)，以滿足料幕密度的需要。當(dāng)然，料幕密度過大也會(huì)增大氣流阻力，使傳熱條件變差。對(duì)噴漿造?？菰餀C(jī)來說適宜的填充系數(shù)為15~20％。3.5.5料漿中和度中和度直接影響磷銨產(chǎn)品的組成、P2O5的水溶率、生產(chǎn)過程的氨損失、氟選出率和料漿粘度等，因此它是中和過程最重要的控制指標(biāo)。料漿法生產(chǎn)磷酸一銨的中和度一般都控制在1.1~1.2之間，達(dá)時(shí)產(chǎn)品中約含80％~90％的一銨和10％~20％的二銨。這樣作可適當(dāng)提高產(chǎn)品含氮量。生產(chǎn)二銨時(shí)那么中和度控制在1.8左右。這是為了防止在生產(chǎn)和使用過程中過大的氨損失和減少水溶磷的退化。在實(shí)際生產(chǎn)中，中和度是通過銻電極連續(xù)測(cè)定料漿的pH值，再根據(jù)原料磷酸實(shí)測(cè)的中和度(或NH3/H3PO4摩爾比)與pH的關(guān)系曲線確定的。中和度也可用酸堿滴定法測(cè)得。3.5.6料漿溫度磷酸與氨中和的反響熱，除了足夠把中和料漿溫度升到沸點(diǎn)外，同時(shí)還可蒸發(fā)掉一局部水分。如果是在常壓下采用槽式中和，那么料漿沸點(diǎn)約102℃。如采用加壓中和或管式反響器，那么視所用磷酸濃度和受控壓力而分別可達(dá)170℃或150℃。允許中和料漿有較高的溫度，既可防止固體磷銨析出，保持料漿有良好的流動(dòng)性，而高溫料漿進(jìn)入蒸發(fā)器或枯燥器又可大大節(jié)約熱能。由上述文獻(xiàn)確定工藝參數(shù)如下表3-2表3-2工藝參數(shù)表工藝參數(shù)操作條件料漿含水率25%填充系數(shù)15%進(jìn)口溫度〔℃〕450尾氣溫度〔℃〕100中和度1.1料漿進(jìn)口溫度〔℃〕100料漿出口溫度〔℃〕90返料溫度〔℃〕50畢業(yè)設(shè)計(jì)4枯燥機(jī)的設(shè)計(jì)4枯燥機(jī)的設(shè)計(jì)噴漿造粒枯燥機(jī)L(cH1t1+r0H1)料漿G1cm1θ1G4cm2θ4返料G3cm2θ2L(cH2t2+r0H2)煙道氣G2cm2θ2熱損失q5產(chǎn)品廢氣圖4-1枯燥機(jī)的物熱衡算示意圖設(shè)計(jì)要求：〔1〕一年生產(chǎn)12萬噸，一年生產(chǎn)時(shí)間按300天計(jì)，一天生產(chǎn)24小時(shí)，所以每小時(shí)生產(chǎn)，按計(jì)算；〔2〕的比熱容查文獻(xiàn)[7]得：；〔3〕產(chǎn)品含水量w2=1%，干基含水量按試〔3-18〕計(jì)算：，產(chǎn)品的比熱容；〔4〕出枯燥機(jī)溫度；〔5〕濃縮料漿含水量，干基含水量，比熱容；〔6〕進(jìn)枯燥機(jī)的溫度；〔7〕枯燥用的煙道氣進(jìn)枯燥機(jī)溫度t1=450℃，濕度?！?〕廢氣溫度t2=100℃；〔9〕噴漿造?？菰餀C(jī)的返料倍數(shù)一般為4~6倍[2]，規(guī)定返料比為5：1，返料進(jìn)枯燥機(jī)溫度；(10)估計(jì)熱損失為進(jìn)枯燥機(jī)氣體熱量的20%。4.1枯燥機(jī)的物熱衡算4.1.1水分蒸發(fā)量絕干物料流量水分蒸發(fā)量根據(jù)式〔3-19〕計(jì)算：4.1.2廢氣的濕度根據(jù)式〔3-25〕，加上q2返料帶入的的熱量，這里的返料從變到所帶入的熱量為這樣式變?yōu)?4-1)；；；根據(jù)式〔3-10〕計(jì)算氣體比熱容：；返料量：；；；；0℃時(shí)水的汽化熱；水汽的比熱容；水的比熱容；；；熱損失；；；帶入式〔4-1〕計(jì)算：求解上式得出：計(jì)算廢氣溫度的相對(duì)濕度由式〔3-6〕的變形得〔4-2〕查文獻(xiàn)[5]得100℃時(shí)，水的飽和蒸汽壓為101.330kPa，帶入式〔4-2〕計(jì)算：由圖〔3-2〕[8]查的90℃磷銨的臨界相對(duì)濕度為，因?yàn)槿绻麣怏w的相對(duì)濕度超過肥料的臨界相對(duì)濕度，那么不但不能進(jìn)行枯燥，物料反而會(huì)吸潮變濕，所以必須使出口的相對(duì)濕度比產(chǎn)品的臨界相對(duì)濕度低10%以上[2]。所以要求的出口氣體的相對(duì)濕度為，由此可見出口氣體的相對(duì)濕度遠(yuǎn)低于這一數(shù)值，物料不會(huì)吸潮變濕。圖4-2肥料的臨界相對(duì)濕度與溫度的關(guān)系[8]4.1.3廢氣的露點(diǎn)溫度根據(jù)〔3-7〕式可得：〔4-3〕式中，ps—露點(diǎn)時(shí)水的飽和蒸汽壓，Pa;Hs—到達(dá)露點(diǎn)時(shí)的飽和濕度，kg〔水〕/kg〔干氣〕；P—?dú)怏w總壓，Pa；P=101.325KPa〔正常大氣壓力〕；Hs=0.1023kg〔水〕/kg〔干氣〕；代入〔4-3〕式得：查水的飽和蒸汽壓表得53℃時(shí)的飽和蒸汽壓是14.215KPa，因此廢氣的露點(diǎn)td=53℃。在枯燥的過程中氣體的溫度必須高于其露點(diǎn)，否那么物料反而要增濕。由于td<t2所以物料不會(huì)增濕。4.1.4氣體耗量枯燥氣體消耗量按式〔3-20〕計(jì)算：4.1.5進(jìn)氣體積流量根據(jù)式〔3-15〕可得：4.1.6出氣體積流量根據(jù)式〔3-15〕可得：4.1.7熱效率和枯燥效率根據(jù)式〔3-26〕和〔3-27〕；在50%~70%范圍內(nèi)。4.1.8物料和熱量衡算表表4-1噴漿造?？菰镂锪虾馑惚磔斎胼敵龉こ蘇g/h百分率%工程Kg/h百分率%煙道氣磷銨產(chǎn)品L〔1+H1〕6382237.57G2170009.93磷銨料漿返料G12244013.105×G28500049.63返料廢氣5×G28500049.63L〔1+H2〕6926140.44總計(jì)171262100總計(jì)171261100表4-2噴漿造粒枯燥熱量衡算表輸入輸出工程MJ/h百分率%工程MJ/h百分率%氣體帶入廢氣帶出L〔cH1t1+r0H1〕31578.876.18L(cH2t2+r0H2)23418.456.49料漿帶入產(chǎn)品帶出G2cm2θ1+Wcwθ14448.210.73G2cm2θ21953.84.71返料帶入返料帶出G4cm2θ45427.313.09G4cm2θ29769.123.56熱損失0.2[L(cH1t1+r0H1)]6315.815.24總計(jì)41454.2100總計(jì)41457.11004.2枯燥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〔1〕枯燥機(jī)尾氣氣體流量為每小時(shí)：；〔2〕枯燥機(jī)每小時(shí)蒸發(fā)水量：；〔3〕堆積密度是把粉塵或者粉料自由填充于某一容器中，在剛填充完成后所測(cè)得的單位體積質(zhì)量這里取堆積密度；按筒內(nèi)煙道氣的最大流量計(jì)算，根據(jù)表3-3取枯燥機(jī)尾氣質(zhì)量流速；換成小時(shí)；〔4〕一般噴漿造粒枯燥機(jī)枯燥強(qiáng)度為20~25kg/m3·h[7]，超過此值轉(zhuǎn)筒內(nèi)抄板或擋圈上就容易出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)疤現(xiàn)象,取枯燥機(jī)容積蒸發(fā)強(qiáng)度??；〔5〕富裕系數(shù)是設(shè)計(jì)為了平安和目前技術(shù)水平考慮留有的余量取1.3[1]。表4-3粒子大小和密度與截面氣體速度的關(guān)系[3]粒子大小mm堆積密度，kg/m33501000140018002200截面氣體速度，kg/(m2·s)0.3~20.5~12~53~7.54~85~10>21~33~54~86~107~124.2.1轉(zhuǎn)筒直徑煙道氣流通橫截面積F：設(shè)枯燥機(jī)內(nèi)裝載系數(shù)為15%，那么轉(zhuǎn)筒橫截面積為：取轉(zhuǎn)筒直徑。4.2.2轉(zhuǎn)筒長度先求轉(zhuǎn)筒所需總?cè)荩恨D(zhuǎn)筒長度取L=24m。4.2.3轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速噴漿造?？菰餀C(jī)最正確旋轉(zhuǎn)速度與Fr準(zhǔn)數(shù)關(guān)系可以用〔4-4〕[14]計(jì)算：〔4-4〕式中：弗魯特準(zhǔn)數(shù)??；g—重力加速度，9.81m/s2‘D—轉(zhuǎn)筒直徑，4.2m。代入公式〔4-4〕取筒體轉(zhuǎn)速為筒體的傾斜度一般為[3]取傾斜角，斜率。4.3附屬設(shè)備設(shè)計(jì)筒體材料??；筒體壁厚；筒體跨距一般取〔0.56-0.6〕z，取0.6；支點(diǎn)跨距。4.3.1筒體自重筒體自重的估算式中，筒體直徑：；筒體壁厚：?？紤]到滾圈下墊板加厚等，單位長度重量取1.25。代入公式得：4.3.2物料重量式中，堆積密度：；填充系數(shù)：；。代入公式得：4.3.3傳動(dòng)功率確實(shí)定設(shè)計(jì)依據(jù)：佐野氏公式是計(jì)算造粒機(jī)傳動(dòng)功率常用的方法之一[6]。它包括：筒體內(nèi)粉粒體運(yùn)動(dòng)需要的動(dòng)力〔克服偏心力矩〕——粉粒體休止角,(°)；——粉粒體的密度；——充滿度系數(shù),充滿度夾角。當(dāng)筒體充滿度系數(shù)為15%時(shí),[6]所以,；——充滿度系數(shù)。休止角,求得；D——筒體直徑，m；L——筒體長度，m；N——筒體轉(zhuǎn)速，r/min。代入有關(guān)數(shù)據(jù)：P1=55.35kW筒體旋轉(zhuǎn)所需要的動(dòng)力式中Mr—筒體質(zhì)量〔包括附屬物〕，加上附屬物取其余與〔1〕中相同。所以，筒體支撐局部的摩擦阻力式中——滾圈直徑,；取?！搀w內(nèi)物料質(zhì)量,；——滾圈與托輪之間的磨擦系數(shù)；——軸承的磨擦系數(shù)；——軸承直徑,m；——托輪直徑,m；——筒體的傾斜度,(°)；——滾圈與托輪之間的接觸角,(°)?？偣β剩嚎紤]到其他因素，取系數(shù)1.2，那么：所以本機(jī)應(yīng)取電動(dòng)機(jī)功率200kW，這樣滿足了設(shè)計(jì)要求。4.3.4托輪.齒輪.齒圈根據(jù)筒體直徑選擇如下：表4-4托輪參數(shù)[3]類別每組托輪承重t托輪直徑mm寬度mm適用筒體直徑mm結(jié)構(gòu)特點(diǎn)最大徑向負(fù)荷kg滾動(dòng)軸承質(zhì)量t標(biāo)準(zhǔn)圖圖號(hào)類別直徑型號(hào)重型10012004503400~4200轉(zhuǎn)軸并設(shè)止推軸承62400雙列向心球面滾子軸承180363690693309.30HG-21546.2-93-7表4-5齒輪、齒圈常用材料[3]標(biāo)準(zhǔn)號(hào)材料牌號(hào)截面尺寸mmMPaMPa熱處理硬度HBJB438540Cr301~500638441調(diào)質(zhì)229~2694.3.5揚(yáng)料板的結(jié)構(gòu)尺寸造粒段選用28塊揚(yáng)料板,枯燥段后2排選用24塊揚(yáng)料板，其余也選用32塊揚(yáng)料板，后段揚(yáng)料板少的原因是物料成粒后，筒體尾部既要枯燥，又要防止揚(yáng)塵。L1=300mmL2=240mmL3=190mmα1=135°α2=135°圖4-3抄板結(jié)構(gòu)造粒段噴槍噴出的料漿密集度一般沿集束徑向減弱，筒體直徑越大邊沿局部料漿密集度越小，那么抄板揚(yáng)起的細(xì)粒越不易造粒，所以造粒段抄板應(yīng)適當(dāng)加長。4.3.6噴槍選擇圖4-4磷銨料漿的密度[14]料漿法生產(chǎn)磷酸一銨的中和度一般都控制在1.1~1.2之間，這時(shí)產(chǎn)品中約含80%~90%的一銨和10%~20%的二銨。這樣做可適當(dāng)提高產(chǎn)品含氮量。這里我們?nèi)≈泻投葹?.1。查圖4-4得含水率25%的磷酸一銨的料漿密度為1520kg/m3。代入公式；得；本次設(shè)計(jì)的流量為：取250L/min。選用型號(hào)為SUE75的噴嘴3個(gè)見表4-6表4-6噴嘴技術(shù)指標(biāo)液體流量〔L/min〕水壓〔巴〕空氣〔L/min〕空氣壓力〔巴〕液體帽型號(hào)空氣型號(hào)900.768505.6625780121164.3.7旋風(fēng)除塵器在枯燥物料的過程中，會(huì)產(chǎn)生粉塵，其中有的粉塵就是產(chǎn)品。粉塵飛失，不僅增加各種原料、燃料和動(dòng)力的消耗，增加產(chǎn)品本錢，而且污染環(huán)境，因此回收粉塵，搞好除塵設(shè)施時(shí)關(guān)系到降低本錢保護(hù)環(huán)境的重要問題。根據(jù)本設(shè)計(jì)的尾氣流量為76631m3/h,選用3個(gè)河北瞳鳴環(huán)保有限公司生產(chǎn)的旋風(fēng)除塵器并聯(lián)。型號(hào)CLT/A-6X7.0，處理風(fēng)量21780-32640m3/h，設(shè)備阻力〔mmH2O〕86—195，除塵效率85%~90%。氣體流量或者說旋風(fēng)除塵器入口氣速，對(duì)旋風(fēng)除塵器的壓力損失、除塵效率都有很大影響。一般來說，在一定范圍內(nèi)入口氣速越高，除塵效率也就越高，這是因?yàn)樵鰠⒓涌跉馑伲茉黾訅m粒在運(yùn)動(dòng)中的離心力，使塵粒易于別離，使以除塵效率提高。但氣速太高，氣流的湍動(dòng)程度增加，二次夾帶嚴(yán)重。另外，氣速過高易使粉塵微粒與器壁磨擦加劇，導(dǎo)致粗顆粒粉碎，使細(xì)粉塵含量增加。過高的入口氣速對(duì)具有凝聚性質(zhì)的粉塵也會(huì)起分散作用，當(dāng)入口流速超過監(jiān)界值時(shí)，紊流的影響就比別離作用增加得更快，以至于除塵效率隨入口氣速增加的指數(shù)小于1。假設(shè)入口的氣速進(jìn)一步增加，除塵效率反而降低，因此，旋風(fēng)除塵器的入口氣速不宜太高。另一方面，從理論可以分析可知，旋風(fēng)除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比。所以進(jìn)氣口氣速成太大，雖然除塵效率會(huì)稍有提高〔有時(shí)不提高甚至下降〕，但壓力損失卻急劇上升，即能耗增大，同時(shí)入口氣速過大，也會(huì)加劇旋風(fēng)除塵器筒體的磨損，降低使用壽命。因此在設(shè)計(jì)除塵器的進(jìn)口截面時(shí)，必須使進(jìn)入口氣速為一適應(yīng)值，一般為18~20m/s，最好不要超過30m/s，濃度高和顆粒粗的粉塵入口速度應(yīng)選小些，反之可選大些。所以出氣管流速要選擇比適應(yīng)值大些，選擇出氣口速為25m/s。根據(jù)公式：選出口管徑為1m；進(jìn)氣管氣速取15m/s,根據(jù)公式:選進(jìn)口管徑為1.8m。4.3.8高溫風(fēng)機(jī)煙道氣進(jìn)氣體積流量為131983m3/h，根據(jù)空氣的進(jìn)口量查杭州余杭特種風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的FW防腐蝕、耐高溫離心鼓風(fēng)機(jī)。型號(hào)FWZ2000-360Ⅱ，轉(zhuǎn)速960r/min，流量85570-164150m3/h，全壓500℃時(shí)934-1406Pa，配用電機(jī)500℃時(shí)Y355M1-6160kW。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)評(píng)述設(shè)計(jì)評(píng)述這次針對(duì)120kt/a粒狀MAP枯燥工段做出了初步設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過對(duì)目前磷銨生產(chǎn)的兩種方法料漿法和濃酸法結(jié)合中國優(yōu)質(zhì)磷礦資源缺乏的國情，說明料漿法更適合中國國情。進(jìn)一步了解磷銨枯燥的方法，通過比較最終選擇了噴漿造?？菰锕に?。通過了解粒狀磷銨的枯燥原理和噴漿造?？菰餀C(jī)的操作條件，然后確定了操作條件下主要物性參數(shù)