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1、word毕业设计题目名称: 40万吨年硝酸磷肥 工艺初步设计 班 级： 甘化专131 专 业: 应用化工技术 姓 名: 苏 洹 指导教师: 司稳琴 摘要本设计为年产40万吨硝酸磷肥工艺初步设计，本设计从硝酸磷肥的开展前途和根本性质开始先论述，了解了生产硝酸磷肥的必要性，然后对其生产方法进展了简述和论证，最后选择了冷冻生产法。根据此法的工艺流程，对整个装置进展了物料衡算和能量衡算，并在物料和能力衡算的根底上对主要设备进展了设计与选型，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“三废治理作了相关讨论。完成了任务书规定的生产任务。关键词：硝酸磷肥；冷冻结晶；磷酸一铵 / 目录第一章
2、前言1第二章 工艺条件确实定2第三章 工艺计算43.1 物料衡算443.1.2 结晶器物料衡算668993.2.1 反响器能量衡算9121314第四章 主要设备的计算与选型164.1 中和反响器164.1.1 条件164.1.2 中和槽根本尺寸计算164.1.3 中和槽搅拌桨计算1717181818184.2.3 管数计算184.2.4 加热器外壳内径D外194.2.5 闪蒸室计算191919204.3.3 筒体长度L204.3.4 筒体转速n214.3.5 功率N21第五章 辅助设备设计235.1 储罐的选择235.2 泵的选择23第六章 安全生产与三废处理296.1 安全生产29“三废治理
3、29第七章 设计总结与讨论30参考文献31第一章 前言 经过三年的学习和在工厂的生产实践，我深刻理解了化工设计的真谛，本着理论与实际相结合的原如此，在毕业之即专门选择了硝酸磷肥生产为题材的毕业设计。通过此次毕业设计的训练，进一步巩固加深了所学的根底理论，根本技能和专业知识，使之系统化，综合化，对我以后的工作和生活起到了不可估量的作用。 本设计是根据教师下达的毕业设计任务书进展编写的，内容是年产40万吨硝酸磷肥初步工艺设计。为了全面介绍硝酸磷肥工艺过程的根本内容，根本原理。文章首先概述了硝酸磷肥的现在和开展趋势等；接着较详细地论述了硝酸磷肥的生产方法和本设计的工艺流程确实定；然后主要对工艺流程中
4、各阶段作了物料衡算和能量衡算；再物料和能量衡算的根底上对主要设备尺寸作了计算和选型；并对辅助设备作了简单的计算和选型；文章最后重点阐述了该工艺的安全须知事项和“三废的处理，并介绍了对硝酸磷肥生产过程中对尾气的处理方法。文章在设计计算的根底上画出了该工艺的带控制点的工艺流程图和主体设备图，并对本次设计进展了全面的总结和讨论，然后给出了主要参考文献。 本设计是以我三年来的学习和实践为依托，在指导教师和参考资料的帮助下完成的，尽量做到集中优点、克制和改善缺点。但由于本人水平有限，设计中有错误和不妥之处总是难免，恳切希望教师多予批评指正。第二章 工艺条件确实定为了完全分解磷矿，分解过程中的硝酸用量通常
5、以磷矿中所含氧化钙(CaO)的含量作为计算基准但磷矿中含碳酸镁较高时，如此需同时按氧化钙与氧化镁的总量来计算硝酸用量。这样计算出来的量，通常称为理论量，即按理论计算所需的硝酸总量，但因磷矿中经常含有倍半氧化物与有机质等，故实际的硝酸用量约为理论量的l02105之间。在冷冻法硝酸磷肥的工业生产中，每分子P2O5的磷矿以过量0.1分子硝酸的酸用量来分解，分解前后物料的组成可以如下表示1:在工业生产条件下，一般均按连续式分解磷矿，通常用两个或两个以上的圆筒形搅拌槽进展操作，经过计量的磷矿和硝酸参加第一个槽中或先在漏斗形预混器中先将酸和矿粉预混均匀后进入第一分解槽。搅拌一定时间后溢流入第二槽，总的磷矿
6、停留时间约需11.5小时。为了加快磷矿的分解速度，和尽可能减少以后加工中的蒸发水量。故所用硝酸浓度，一般以用52或更浓一些的硝酸为好，如对冷冻法来讲，为了使硝酸钙浓度较大，便于结晶析出。也为了减少后来浓缩过程中所需蒸发的水量，按理论所用硝酸浓度是越高越好；但从沉降物得别离和挥发损失来看却是越低越好。至于其他加工流程，硝酸浓度可略低一些，但至少希望要用50左右浓度较好。但根据本工艺的要求和实际条件，应当选用浓度为56%硝酸。对于磷矿颗粒的大小，也会严重影响到反响速率，酸解时所用矿粉细度，从理论上讲，矿粉越细和硝酸的接触面积越大，分解速度越炔，但由于硝酸分解能力强，而分解后的生成物均为可溶性的，不
7、会产生包裹现象，因此矿粉细度可以稍粗。结合本工艺要求磷矿颗粒直径控制在14mm。温度对于反响的速率也起着相当大的决定作用，如果温度过低分解速度减慢，随着温度的升高，溶液的粘度减少，可以加强溶液中的扩散作用，使分解速度加快；但是如果温度超过65将对设备材料要求更高，所以也不好。分解所需温度主要是内反响所产生的热量来维持的，如所用硝酸温度在30左右，如此根本上可以保持分解反响在55左右进展。所以要求反响槽内的温度控制在5065之间，压力为常压。酸解液在进结晶器前，先用冷却水冷却到60左右。在结晶器内，酸解液用制冷系统来的冷却剂20%的氨水冷却到-5，除去约80%的硝酸钙。别离硝酸钙晶体后的母液与洗
8、涤硝酸钙结晶所用的硝酸进展换热，使洗涤硝酸先冷到约10，母液本身如此加热到20，然后在中和槽中与氨气进展中和。结晶别离出的硝酸钙也有着不同的加工方式,得到充分的利用，其中主要方法有：一是调整硝酸钙、硝铵的比例后直接加工成硝酸铵钙，作氮肥使用；二是用NH3和CO2对硝酸钙进展转化生成硝铵和CaCO3，溶液经浓缩、枯燥制成含氮20%26%的石灰硝铵肥料。也可根据使用的磷矿和最终产品的质量要求将硝酸钙转化后的溶液过滤、别离碳酸钙,将硝铵溶液浓缩到92%后返回到母液中和工序或浓缩工序,调整中和料浆的粘度和产品的N/ P2O5比。 在中和器中表压维持在0.21MPa，从中和槽出来的料浆温度在120左右，
9、料浆在中和器内的停留时间约为50min，然后通入蒸发器内浓缩。蒸发器中通入约220蒸气，与料浆逆流传热，出口温度为约140，料浆如此加热到170左右，容器内的真空度约为200mmHg。料浆从蒸发器出来其含水量如此可降低到约10%14。然后料浆再与返料混合一起进入造粒机造粒；再进入转筒式枯燥机枯燥。转筒式枯燥机中通入450的炉气，出口温度约为110，颗粒出口温度约为90，再降温到40，最后通过颗粒筛选得到成品。大颗粒经粉碎机粉碎与细颗粒一起返回造粒工段，由于返料量大，故也有局部成品返回造粒工段。由于生产规模较大，所以选择的是转筒枯燥器。该枯燥器采用炉气与物料逆向流动，使物料中的水分蒸发被炉气带走
10、，起到枯燥的作用。它具有生产能力大，可连续操作；结构简单，操作方便；故障少，维修费用低；使用X围广，操作弹性大等优点。工艺流程图如图2-1：图2-1 冷冻法硝酸磷肥工艺流程图第三章 工艺计算3.1 物料衡算设计任务为年产四十万吨硝酸磷肥，按照国家磷肥生产规格为N：P2O5 =20：20；除设备检修与放假时间，全年的生产时间为300天，即7200h；采用的磷矿组成百分含量如表3-1：表3-1 磷矿中矿物的化学组成组成P2O5CaOMgOCO2SiO2Fe2O3Al2O3F含量为了使磷矿充分的分解，所以参加硝酸的量为理论用量的110%；为防止蒸发段的能量消耗过多，即采用的硝酸浓度为 56%。计算中
11、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分子量184。 本设计依照设计任务书，主要设计了中和、浓缩与枯燥工段。3.1.1 反响器物料衡算 该阶段进出的物料如图3-1：图3-1 反响器物料流程图主要化学反响有：磷矿的主要成份氟磷酸钙与足够数量的硝酸反响：生成的HF与矿石中的SiO2反响，形成氟硅酸:磷矿中带有的铁，铝化合物与硝酸反响转变成它们的硝酸盐:当磷矿中含有白云石时，它们也耗用硝酸，反响后以硝酸钙、镁的形态存在:此处有磷酸来自于结晶工段洗涤硝酸钙晶体中所含的磷酸；以每小时生产P2O5的含量为准，即：所以每小
12、时生产磷酸为：以磷元素守恒得：设整个过程中P2O5的损失量为1%如此实际每小时产磷酸为 所以实际每小时生产P2O5为 如此每小时需要磷矿为 如此每小时消耗硝酸为 用硝酸生成2mol磷酸的反响系数；如此实际参加的硝酸为 式中 110%实际参加硝酸用量为理论的110%。参加硝酸中的水为 生成的Ca(NO3)2量为 硝酸钙与硝酸的化学系数比；将各组分归纳于表3-2：表3-2 反响器物料衡算表输入输出组分Ft/h组分Ft/h磷矿Ca(NO3)2硝酸硝酸磷酸磷酸水水CO2与HF副产物不溶物合计合计3.1.2 结晶器物料衡算 进出的物料如3-2所示：图3-2 冷凝器物料流程图溶液冷却到5，查文献知除去80
13、%的Ca(NO3)2如此晶体中带走的水为 溶液中剩余的Ca(NO3)2为 将进出物料量归结于表3-3：表3-3 结晶器物料衡算输 入输 出组分Ft/h组分Ft/hCa(NO3)2Ca(NO3)24H2O硝酸硝酸磷酸磷酸水水其他其他不溶物不溶物Ca(NO3)2合计合计3.1.3 中和段物料衡算 进出中和器的物料如图3-3所示：图3-3 中和器物料流程图溶液中剩的为 如此为194.74 kmol/h=15.58 t/h如此需消耗的Ca(NO3)2为 氟硅酸与硝酸用量的比值；所以CaHPO4的量为 如此水溶性磷为： 设的量为水溶性磷的10%，如此：所以为 所以中和反响器中需要的量为 考虑到杂质的影响，所以NH3用量为105%如此： 把中和器中进出物料归结于表3-4：表3-4 中和器物料衡算输 入输 出组分Ft/h组分Ft/h硝酸NH4NO3磷酸CaHPO4水NH42HPO4其他NH4H2PO4Ca(NO3)2水NH3水蒸气其他合计合计3.1.4 浓缩段物料衡算 进出浓缩段的物料组分如图3-4：图3-4 浓缩器物料流程图通入220的过热蒸气为34.96 t/h，料浆进口含水量为19.
