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1、年产20万吨过磷酸钙生产工艺设计科技学院毕业设计论文题目：年产20万吨过磷酸钙生产工艺的设计 学科专业： 化学工程与工艺 学生姓名： XXX 导师姓名： XXX 完成时间： 2016.5.25 年产20万吨过磷酸钙生产工艺的设计目 录摘要(4)1.前言(5)1.1过磷酸钙的产量及施用现状(5)1.2过磷酸钙的发展前景(5)2.设计原则(6)2.1工艺路线的选择(6)2.1.1现有工艺路线的比较及分析(6)2.1.2 工艺路线影响因素分析(7)2.2 生产过程中的主要化学反应方程式(9)3.产品方案(9)3.1产品(9)3.2产品规格(9)3.3 产品的主要物性(10)3.4 包装贮运(10)4
2、.生产方法及工艺过程(10)4.1生产方法(10)4.2原料准备(11)4.3混合化成(11)4.4熟化中和(12)4.4.1熟化工序(12)4.4.2 中和工序(13)4.5含氟气体的吸收处理(14)4.6 造粒与干燥(15)5.计算(17)5.1物料衡算(17)5.1.1数据计算(17)5.1.2反应式(18)5.1.3计算(19)5.2热量衡算(25)5.2.1输入热量(25)5.2.2输出热量(27)6.设备选型(28)6.1卧式混合机(28)6.2挤压造粒机(29)7.总结(30)参考文献(32)年产20万吨过磷酸钙生产工艺的设计学 生： XXX指导教师： XXX（三峡大学 材料与化
3、工学院） 摘要: 过磷酸钙是由磷矿粉和硫酸起化学反应后制成的一种含磷的化学肥料。由于具有生产工艺简单，生产操作易于掌握；生产设备容易制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点，使其在各种磷肥新品种不断涌现的情况下产销量仍然持高不下。本设计采用干法来生产过磷酸钙，原料矿与硫酸在混合机内进行混合，然后进入化成室再经过熟化、中和及造粒干燥后得到成品过磷酸钙。通过物料衡算、热量衡算以及设备选型设计出能符合国家标准的产品的工艺流程。 关键词：过磷酸钙;磷矿;生产;干法 The design of the annual output of 200000 tons of calcium superphos
4、phate production processStudent: Shi TengkunTutor: Chen Weifeng(College of Materials and Chemical Engineering, Three Gorges University) Abstract: calcium superphosphate is a containing phosphorus chemical fertilizers which was made of phosphate rock and sulfuric acid from the chemical reactions beca
5、use of the production process, and operation simple is easy to master; production equipment easy to make,invest save; It will become effective quickly after used, Increase notable and so on characteristics,so that Under the situation that the new various phosphate fertilizer breed springs up unceasi
6、ngly,production and sales remained stubbornly high.This design uses a dryprocess to produce superphosphate,the raw material ore and sulfuricacid carry out commixture within blending machine, and then enter kasei room and curing and after drying and granulation to get finished superphosphate.Through
7、material accounting quantity of heat accounting and equipment chooses a type to designs a design which conform to the nationalstandards product。 Keywords: calciumsuperphosphate,Phosphorusore,production,dry-process1. 前言1.1过磷酸钙的产量及施用现状过磷酸钙在中国是从50年代开始发展的。经过60年的发展，现在全国已经有过磷酸钙厂400多个，达到甚至大于20万吨/年的厂有20多家。过
8、磷酸钙年产量在400万吨P2O5左右，占肥产量的55%。目前，虽然 在国 内 农 业 上 使 用 的 磷 肥 主 要 是 磷 酸 二 铵 和 含 磷 复混肥，过 磷 酸 钙 的 用 量 也在逐年降低，但是由于过磷酸钙施用的历史比较长，许多农民仍然还有一定需求，特别是在小麦、棉花主产区，有一些农民还习惯施用过磷酸钙去作为底肥。尤其是在近几年磷酸铵大幅涨价的情况下，农民更加倾向于购买施用过磷酸钙。过磷酸钙的使用有效的提高了土壤中含磷水平，尤其是在小麦、棉花上使用，增加产两效果非常明显。虽然施用过磷酸钙有着明显的增加产量的效果，但据调查发现，过磷酸钙在生产、施用中仍然还存在着一些问题。1995年原国
9、家化工部修订颁布了过磷酸钙行业标准，确定了过磷酸钙的合格品、一等品、优等品的技术指标，并规定过磷酸钙的有效磷（P2O5）含量不得低于12，游离酸含量不得高于5.5，水分含量不得高于15。该标准的颁布对于加强企业质量管理，保证产品质量起到了特别好的促进作用。但由于过磷酸钙生产工艺比较简单，企业规模也相对较小，产品质量仍然不够稳定。在历年来有关部门的质量抽检中，过磷酸钙、复混肥合格率都相对较低。主要问题是由于有效磷含量不达标或游离酸、水分含量超标严重。另外不合格的过磷酸钙产品中含有来自磷矿粉的重金属和来自硫酸的三氯乙酸、三氯乙醛等，使得有害物质污染和减产事故也时有发生，因此除了企业自身要严以自律，
10、切实按照国家标准进行生产以外，有关部门去也要加强监管力度，杜绝劣质过磷酸钙产品的上市1.2过磷酸钙的发展前景 过磷酸钙虽然充分利用中低品位磷矿资源、满足市场不同消费层次和习惯需求等方面具备一定的优势，由于受高浓度磷肥的冲击，加上过磷酸钙本身存在生产工艺技术落后、质量不稳定和价格低、利润薄等问题，预计其产量以及施用面积会逐年减少，如果不给予足够重视，那么在新工艺技术开发、市场开拓等方面去改进突破的话，其生存的空间可能会变的越来越狭窄。 另外，为保证过磷酸钙的施用后的效果，过磷酸钙施入土壤以后，其有效成分磷酸一钙容易与土壤中的某些成 分发 生 反 应 从而 被 固定，使 过 磷 酸 钙 的 当季利
11、用率降低，因此必须合理的施用，既要减少肥料与土壤的接触避免水溶性的磷酸盐被固定，又要尽量将肥料施用在根系密集的土层中，使 养 分很 容 易 输 送 到 根系，利于植物吸收。据此可推广采取集 中 施 用、分 层 使 用，或 与 有 机 肥 料 混 合 施 用 等 方 法以外，因 过 磷 酸 钙 中 含有大量 的 硫 酸 钙，所以应 优 先 使 用 在 缺 硫、缺钙的土地上，充分的发挥过磷酸钙的综合增产作用。根据有关资料报道，目前世界化肥年生产能力大约22400万吨，其中氮肥大约14170万吨，磷肥大约4050万吨，钾肥大约4180万吨。化肥年产量大约14320万吨，其中氮肥大约8670万吨，磷肥
12、大约3380万吨，钾肥大约2270万吨。世界化肥年贸易量大约5500万吨，其中氮肥大约2400万吨，磷肥大约1100万吨，钾肥大约2000万吨。根据联合国粮农组织预测，今后5年以内世界化肥生产和消费增长缓慢，年均增长2左右。2005年世界化肥消费量大约为15600万吨，其中氮肥大约9400万吨，磷肥大约3800万吨，钾肥大约2500万吨。世界磷肥消耗量将从1995年的2962.5万吨增加到2000年的3359.5万吨。目前世界磷肥生产形势是供大于求，但从亚洲的生产与消费形势总的来看，磷肥供求矛盾还是比较大，我国仍然将是世界上磷肥进口最多的国家之一。2. 设计原则2.1工艺路线的选择2.1.1现
13、有工艺路线的比较及分析 根据不同的原料工艺条件.过磷酸钙的生产方法可分为干法 (稀酸矿粉法)和湿法 (浓酸矿浆法)。 稀酸矿粉法是目前世界上广泛采用的一种方法，故又称为传统法。它是用浓度为6078%的稀硫酸和磷矿粉混合，再经过化成和熟化工序制成粉状过磷酸钙。此处的所谓稀硫酸是相对于95%-98%浓度的浓硫酸而言，而实际上此法所用的硫酸浓度是根据所用磷矿的特性以及其他的工艺条件来具体确定。 浓酸矿浆法是以浓硫酸与经过加水湿磨的磷矿浆来进行混合，然后同样经过化成与熟化工序制成粉状的过磷酸钙。此法的特点是浓硫酸经过计量后直接加入混合机与磷矿浆来进行反应，省去了加水稀释配酸和调温带来的麻烦；磷矿加水湿
14、磨后磷矿不需干燥，因此可以露天堆存.既可以节省仓库的投资，又能够节约燃料；湿磨磷矿与干磨磷矿相比较的电耗低，生产强度高，劳动和环境条件好。湿磨磷矿的缺点是磨机中的钢球消耗比干磨磷矿时高大约5倍。为了使磷矿浆具有流动性，矿浆的最低水分含量因矿种从而有所不同、亲水性磷矿的矿浆最低水分会含量偏高，导致使用它生产的过磷酸钙成品含水量超过质量标准要求，并影响生产成品的物理性质。经过科研单位和生产企业的后来不断努力开发了多种添加剂(即所谓的稀释剂、减水剂等)。使矿浆在水分含量偏高的问题基本上得到解决。论文中将对干法（稀酸矿浆法）生产过磷酸钙工艺路线进行详细介绍。2.1.2 工艺路线影响因素分析影响硫酸与磷
15、矿粉(或磷矿浆)的反应过程的主要因素有：矿粉的粒度、硫酸的浓度、温度和用量、混合时间及搅拌强度等，具体分析如下：（1）矿粉的粒度 由于硫酸与磷矿粉的反应为液固相反应，因此反应速率会与液固相接触面积成正比，而矿粉的比表面积会与矿粉的粒径成反比。即矿粉越细，比表面积越大，与硫酸的反应也会就越快。矿粉由大小不同的颗粒组成，以致于粒度较会细的先与硫酸反应，余下较粗的矿粒会与磷酸反应。这是第二阶段反应比第一阶段反应所需要时间长的原因之一。（2）硫酸的浓度 按照磷矿的P2O5 、CO2 、Fe2O3及A12O3组分来计算硫酸定额(100份质量磷矿需用的100H2SO4质量数)，如生产时提高硫酸定额，第一阶段反应终了时，新鲜过磷酸钙的产率、水分和游离P2O5都将增加。但新鲜过磷酸钙的总P2O5含量将会降低(因加入的硫酸及水量增加)(参见图 2- 1)。 游离P2O5，图2- 1 H2SO4质定额与过磷酸钙的游离P2O5关系1
