年产10万吨磷酸一铵工艺设计

1、 学校代码：学校代码： 学学 号：号：0 毕毕业业设设计计（论论文文） BACHELOR DISSERTATION论文题目： 年产 10 万吨磷酸一铵工艺设计（铵中合） 学位类别： 工学学士 学科专业： 化学工程与工艺 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 2013.6.3 I年产年产 10 万吨磷酸一铵工艺设计万吨磷酸一铵工艺设计(铵中和铵中和)摘摘 要要中国是一个人口大国，拥有十几亿人口，而且还有不断增加的趋势，因此，食物的来源问题日益严峻，农业的发展成了必不可少的话题。但耕地面积总量将保持动态平衡。因此，提高单位面积产量是增加粮食产量的重要途径之一，而合理增施化肥又是提高单位面积产量的直接

2、有效的措施。磷铵是复合肥料最重要的品种，养分含量高，可做为肥料直接使用。本设计主要针对 10 万吨/年粒状磷酸一铵工艺及主要设备进行，采用一二效蒸发方式达到节能同时又保证了设备投资合理，采用喷浆造料干燥一体化机节约了生产空间，内有自循环螺旋返料系统解决了造料返料大问题，工艺过程合理，投资成本不高。关键词：磷酸一铵；工艺设计；节能；合理关键词：磷酸一铵；工艺设计；节能；合理 II Technological design of an 100000t Monoammonium enginerring project （Ammonium neutralization reaction）Abstrac

3、tChina is a populous country, with billion-plus populations, but also the trend of increasing, therefore, the problem of the food source is more and more serious, the development of agriculture became the essential topic. But the total cultivated land will keep dynamic balance. Therefore, increase u

4、nit area yield is one of the important ways to increase food production, and reasonable to add fertilizer is directly effective measures to increase the unit area output. Ammonium phosphate compound fertilizer is the most important varieties, high nutrient content, can be used as fertilizer directly

5、. This design is mainly aimed at 100000 t/a granulated monoammonium phosphate process and main equipments, using two effect evaporation achieve energy saving at the same time to ensure the reasonable investment in equipment, adopting deflecting drying integration of shotcrete machine to save the pro

6、duction space, with the circular spiral returns system can solve the problem of the deflecting returns big, reasonable technological process, investment cost is not high. Keywords: monoammonium phosphate;Process design;energy conservation; reasonableIII目录目录第一章 前言.11.1 磷酸一铵相关的物化性质.11.1.1 磷酸一铵的物理性质 .1

7、1.1.2 磷酸一铵在农业中的应用 .11.1.3 工业级磷酸一铵 .21.2 我国日益重要的农业 .2第二章 磷酸一铵工艺的路线选择.32.1 磷酸一铵的生产方法 .32.2 磷酸铵生产的化学反应原理和物化性质 .32.2.1 铵中和反应 .32.2.2 磷酸铵的物理性质 .32.3 磷铵生产工艺 .4第三章 工艺计算.63.1 物料平衡计算 .63.1.1 计算条件.63.1.2 氨中和系统物料恒算.63.1.3 浓缩系统物料恒算.103.1.4 干燥系统物料恒算.113.1.5 消耗定额及产品规格（按每吨磷铵产品计） .123.2 热量平衡计算 .133.2.1 计算条件.133.2.2

8、 氨中和系统热量衡算.143.3 浓缩系统热量衡算 .163.4 喷浆造粒干燥机热量 .203.4.1 已知条件.203.4.2 浓缩计算.203.5 小时物料平衡图 .213.5.1 小时物料平衡.213.5.2 小时物料平衡图.22第四章 主要设备的选型.234.1 中和反应器 .234.1.1 中和反应器已知条件.234.1.2 中和反应器计算.234.2 喷浆造粒干燥机 .244.3 闪蒸室计算 .25第五章 厂区及车间布置设计.266.1 总平面布置原则.266.2 车间布置设计的意义.286.3 车间布置的原则.296.4 车间布置设计.29第七章 结论.30参考文献.31IV致谢

9、.321第一章第一章 前言前言1.1 磷酸一铵相关的物化性质磷酸一铵相关的物化性质1.1.1 磷酸一铵的物理性质磷酸一铵别名磷酸二氢铵呈白色粉状或颗粒状物（粒状产品具有较高的颗粒抗压强度），密度 1.803（19）。熔点为 190，易溶于水，微溶于醇、不溶于丙酮，25下 100g 水中的溶解度为 41.6g，生成热 121.42kJ/mol，1%水溶液 pH 值为 4.5，呈中性，常温下稳定，无氧化还原性，遇高温、酸碱、氧化还原性物质不会燃烧、爆炸，在水中、酸中具有较好的溶解性，粉状产品有一定的吸湿性，同时具有良好的热稳定性，并且在高温下会脱水成黏稠的焦磷酸铵、聚磷酸铵、偏磷酸铵等链状化合物。

10、磷酸一铵含有磷和氮两种营养元素，通常营养元素含量 12-52-0(N-P-K)或 10-50-0，磷酸一铵盐能与过磷酸钙、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵和尿素等盐类混合制成肥料，此类肥料具有良好的物理性质，其湿性低，在储存时不结块。磷酸一铵是一种稳定的铵盐，将它加热到 100110，不会引起氨损失，125.1下，它的氨蒸汽压仅为 8.0 帕；144.9下为36.0 帕；在 190.5下长期加热，也只有轻微的分解，氨的蒸汽压仅为 36.0 帕。磷酸一铵易溶与水。20下，每 100 克水中可溶解 26.7 克的磷酸一铵。1.1.2 磷酸一铵在农业中的应用磷酸一铵（MAP）是一种水溶性速效复合肥，有效磷（A

11、P2O5）与总氮（TN）含量的比例约 5.44:1，是高浓度磷复肥的主要品种之一。该产品一般作追肥，也是生产三元复混肥、BB 肥最主要的基础原料；该产品广泛适用于水稻、小麦、玉米、高粱、棉花、瓜果、蔬菜等各种粮食作物和经济作物；广泛适用于红壤、黄壤、棕壤、黄潮土、黑土、褐土、紫色土、白浆土等各种土质；尤其适合于我国西北、华北、东北等干旱少雨地区施用。 21.1.3 工业级磷酸一铵工业用磷酸一铵（MAP）是一种很好的阻燃、灭火剂，广泛用于木材、纸张、织物的阻燃，纤维加工和染料工业的分散剂、搪瓷用釉剂、防火涂料的配合剂、干粉灭火剂，此外还可以用作饲料添加剂，医药和印刷工业等也有使用，同时也用作高档

12、肥料，在食品工业中还用作膨松剂、面团调节剂、酵母养料、酿造发酵助剂和营养强化剂等。1.2 我国我国日益重要的农业日益重要的农业中国是一个人口大国，拥有十几亿人口，而且还有不断增加的趋势，因此，食物的来源问题日益严峻，农业的发展成了必不可少的话题。但我国的可耕地面积少，但人口却不断递增。由于我国严格执行基本农田保护制度，耕地面积总量将保持动态平衡。因此，提高单位面积产量是增加粮食产量的重要途径之一，而合理增施化肥又是提高单位面积产量的直接有效的措施。氮肥、磷肥与钾肥三大类化肥，是农作物需要量最多的三大营养元素肥料，也称为肥料的三要素或称大量元素肥料。随着人口的增长，人民生活水平的提高，对农产品的

13、需求都将增加。经济农作物的施肥量将逐年增加，同时林、牧、渔业也开始施用化肥，因此，化肥用量的增长势在必行。据有关部门统计，我国目前每亩季施肥量低于 10 公斤的耕地约占一半，到 2000 年和 2010 年，化肥的供应量应分别达到 4200 万吨和 5000 万吨以上，这样，按 1.33 亿公顷（20 亿亩）的耕地和16%的复种指数计，每季作物的施肥水平可分别达到 13.1 公斤和 15.6 公斤，在世界上仍属中低水平。国家原计划 1998 年化肥生产量 2800 万吨，比上年略有增加。这与国家计委提出的 2000 年化肥需求量 4000 万吨相比尚差 1200 万吨。与各部门共同提出的到 2

14、010 年化肥需求量 5000 万吨相比差 2200 万吨。同时，随着科学的发展，经济作物的施肥量将逐年增加，加上林、牧、渔业也开始施用化肥，因此今后 15 年内化肥的增长将持续呈上升趋势。从化肥的产品结构上看，生产高浓度的磷复肥在中国愈来愈显得重要。3第二章第二章 磷酸一铵工艺磷酸一铵工艺的路线选择的路线选择2.1 磷酸一铵的生产方法磷酸一铵的生产方法生产磷酸一铵的原料是磷酸和氨，用氨中和磷酸可以生产出磷铵。按不同的磷酸生产方法，可分为热法磷酸和湿法磷酸，由于经济效益，用于加工肥料磷酸铵的磷酸，大多用湿法磷酸。2.2 磷酸铵生产的化学反应原理和物化性质磷酸铵生产的化学反应原理和物化性质2.2

15、.1 铵中和反应磷酸有三个氢原子，它们可以依次和氨反应发生铵中和反应，依次生成磷酸一铵(MAP)NH4H2PO4、磷酸二铵(DAP)(NH4)2HPO4、磷酸三铵(NH4)3PO4。反应方程如下：H3PO4(l)+NH3(g)=NH4H2PO4(s) H298= 126 kJH3PO4(l)+2NH3(g)=(NH4)2HPO4(s) H298= 203 kJH3PO4(l)+3NH3(g)=(NH4)3PO4(s) H298= 256 kJ2.2.2 磷酸铵的物理性质纯的磷酸铵盐都是白色晶体，其中以磷酸一铵最为稳定，结晶形态为正方晶系，加热到 130以上才会分解放出氨，变成焦磷酸甚至偏磷酸；

16、磷酸二铵较稳定，结晶形态为单斜晶系，当温度达 90时开始分解放出氨，变成磷酸一铵。磷酸一铵和磷酸二铵都是高浓度氮磷复合肥料。磷酸三铵则很不稳定，结晶形态为斜方晶系，在常温下就能放出氨，变成磷酸二铵，不宜作商品肥料使用。2.2.3 湿法磷酸法通常所称的“湿法磷酸”实际上是硫酸法湿法磷酸，即用硫酸分解磷矿生产得到的磷酸。硫酸法的特点是矿石分解后产物磷酸为液相，副产物硫酸钙是一种溶解度很小的固相。两者的分离是简单的液固分离，具有其他工艺方法无可比拟的优越性。因此，硫酸法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于主导地位。但其产生的大量的石膏废渣无法得到有效的利用，三废问题严重。湿法生产是无机酸分解磷粉矿，分离

17、出粗磷酸，再净化后制的磷酸产品。4湿法磷酸比热法磷酸成本低 20%30%，经适当方法净化后，产品纯度可与热法磷酸相近。湿法磷酸工艺处于磷酸生产的主导地位。以湿法磷酸为原料制造磷酸铵时，湿法磷酸中所含的杂质将参加化学反应：H2SO4(l)+ 2NH3(g)=(NH4)2SO4(s)H2SiF6(l)+ 2NH3(g)=(NH4)2SiF6(s)H2SiF6 + 6NH3 +(2+x)H2O = 6NH4F+ SiO2x H2OCaSO42H2O + H3PO4 + 2NH3 = CaHPO42H2O +(NH4)2SO4Fe2(SO4)3(s)+2H3PO4(l)+ 6NH3(g)=2FePO4

18、(s)+3(NH4)2SO4(s)Al2(SO4)3(s)+2H3PO4(l)+ 6NH3(g)=2AlPO4(s)+3(NH4)2SO4(s)MgSO4(s)+H3PO4+ 2NH3 +3H2O=MgHPO43H2O +(NH4)2SO4(pH104,搅拌处于充分湍流区,仍可用与酸解搅拌桨相同的近似公式计算理论功率。搅拌理论功率N搅拌搅拌 N搅拌搅拌 = 6.1浆n叶3d叶5=6.11350()30.755=5.5kw70 604.2 喷浆造粒干燥机喷浆造粒干燥机1.已知条件有物料平衡知干燥机尾气质量流量55088kg/h干燥机每小时蒸发水量4789kg干燥机尾气质量流速每小时取6000kg

19、/m2；干燥机容积蒸发强度由实测值取每小时22kg/m3富裕系数取1.32.转筒直径D计算转筒直径可根据筒内烟气最大流量即尾处流量计算。由已知条件可算出烟气流通截面积F F=11.9m21.3 550886000式中1.3是富裕系数。设干燥机内装载系数为20%，则转筒截面积为 D2=14.875m2141 20%F所以，转筒内径D=4.4m 取D=5m2.转筒长度L26采用测定数据以简化计算，先求转筒所需总容积V总V=283m3总1.3 478922 L=4283/52=14.4m，取15m2 V4D总喷浆造粒干燥机长度15m，对于喷浆造粒干燥机过程已足够。所以，喷浆造粒干燥和筒体尺寸为500

20、015000mm3.筒体转速n：筒体转速可由经验公式 N=60DgFr Fr-弗鲁特准数，Fr取0.022G-为重力加速度，9.81m/s2D-为筒体直径，4.4m筒体最佳转速 N=4.23r/min 取n=4.5r/min604 . 481. 9022. 04.3 闪蒸室计算闪蒸室计算由热物衡算知，1 效蒸发水量 11694.2108kg/h，2 效蒸发水量 12402.4444 kg/h.。闪蒸室尺寸取 12 效相同，用 2 效蒸发水量计算。 闪蒸室截面蒸发强度，2800kgH2O/m2h。 闪蒸室高径比，H有效/D内=2.3 则正常生产时所需闪蒸室截面积 A 为： A=4.18m2=D2

21、闪11694.210828004 闪蒸室内径 D闪2.31m4A实际生产中由于开始时料浆浓度很低，传热系数很大，水份蒸发量比正常生产大得多。因此一般将闪蒸室内径放大到 2. 5m。27第五章第五章 厂区及车间布置设计厂区及车间布置设计6.1 总平面布置原则总平面布置原则从工程角度来看，化学工厂的总布置应该注意以下要求：（1） 工厂总平面布置应满足生产和运输要求 厂区布置应符合生产工艺流程的合理要求，应使工厂各生产环节具有良好的联系，保证它们间的径直和短捷的生产作业线，避免生产流程的交叉和迂回往复，使各种物料的运输距离为最小。 供水、供电、供热、供气、供冷以及其他公用设施，在注意其对环境影响和厂

22、外外管网联系的情况下，应力求靠近负荷中心，以使各种公用系统介质的输送距离为最小。 厂区铁路，道路要径直短捷，不同货流之间，人流和货流之间都应该尽可能避免交叉和迂回。货量大，车辆往返频繁的设施（仓库、堆场、车体、运输站场等）宜靠近厂区边缘地段布置。 当厂区较平坦方整时，一般采用矩形街道布置方式，以使布置紧凑，用地节约，实现运输及管网的短捷，厂容整齐。 总之，符合生产与运输要求，实质上要求总平面布置实现生产过程中的各种物料和人员的输送距离为最小，最终实现生产的能耗为最小。（2） 工厂总平面布置应满足安全和卫生要求 化工企业生产具有易燃、易爆和有毒有害等特点。厂区布置应充分考虑安全布局，严格遵守防火

23、，卫生等安全规范、标准和有关规定。其重点是防止火灾爆炸的发生，以利保护国家财产，保障工厂职工的人身安全和改善劳动条件，具体布置时应注意以下几点： 火灾危险性比较大以及散发大量烟尘或有害气体的生产车间，装置和场所，应布置在厂区边缘或其它车间，场所的下风侧。 经常散发可燃气体的场所，如易燃液体罐区、隔油池，易燃液体装卸站台等，应远离各类明火源上风侧。28 储存大量可燃液体或比空气重的可燃气体储罐和使用的车间，一般不宜布置在人多场所及火源的上风侧。对由于工艺要求而设在上坡侧。对由于工艺要求而设在上坡地段的可燃液体罐区，应采取有效安全措施，如设置防火墙，导流墙或导流沟，以避免流散的液体威胁坡下的车间。

24、 火灾、爆炸危险性比较大和散发有毒气体的车间，装置或设备，应尽可能露天或半场开布置，以相对降低其危险性，毒害性和事故的破坏性，但应注意生产特点对露天布置的适应性。 空压站、空分车间及其吸风口等处理空气介质的设施，应布置在空气较洁净的地段，并应位于散发烟尘或有害气体场所的上风侧，否则应采取有效措施。 厂区消防通道布置一般宜使机动消防设备能从两个不同方向迅速到达危险车间，危险仓库和罐区等。 厂区建筑物的布置应有利于自然通风和采光。 厂区应考虑合理的绿化，以减轻有害烟尘，有害气体和噪音的影响，改善气候和日晒状况，为工厂的生产、生活提供良好的环境. 环境洁净要求较高的厂区总平面布置，洁净车间应布置在上

25、风侧或平行风侧，并与污染源保持较大的距离，在货物运输组织上尽可能做到黑白分流。（3） 工厂总平面布置应考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设的问题由于工艺流程的更新，加工程度的深化，产品品种的变化和综合利用的增加等原因，化工厂的布局应有较大的弹性，即要求在工厂发展变化、厂区扩大后，现有的生产、运输布局和安全布局方面仍能保持合理的布置。具体注意以下： 分区建设时，总平面布置应使前后各期工程项目尽量分别集中，使前期工程尽早投产，后期有适当的合理的布局。 应使后期施工与前期生产之间的相互干扰尽可能小。后期工程一般不宜布置在前期工程地段内，其外管还应避免穿过前期工程危险区域或者车间内部，以利于安全

26、生产和施工。 考虑远期近期的关系应坚持“远近结合，以近为主，近期集中远期外围，由近及远，由内向外”的布置原则，已达到近期紧凑，远期合理的目的。29 在预留发展用地时，总平面布置至少应有一个方向可供发展的可能，并主要将发展用地留于厂外，防止在厂内大圈空地，多征少用，早征迟用和征而不用的错误做法。（4）工厂总平面布置必须贯彻节约用地原则 节约用地是本国的基本国策。生产要求、安全卫生要求和发展要求与节约用地是相辅相成的。保证径直和短捷的生产作业流线必然要求工厂集中和紧凑的布置，而集中和紧凑的布置不仅节约了能量，也同样节约了土地。在安全卫生要求方面，如能妥善安排不同对象的不同安全间距要求，既可保证必要

27、的安全距离，又可使土地得到充分利用。在对待发展要求方面，坚持“远近结合，以近为主，近期集中远期外围，由近及远，由内向外”的布置原则，可以使近期工程因集中布置而节约近期用地，并为远期工程的发展创造最大的灵活性。节约土地还可通过以下手段实现：不占或少占良田耕地，利用坡地瘠地；采用综合厂房或联合装置，并尽可能采用露天布置；采用多层厂房，向空中发展；建筑物的平面外形力求整齐、统一；合理布置管线，压缩红线间距。（5） 工厂总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响 重视风向和风向频率对总平面布置的影响。布置建、构筑物位置时要注意它们与主导风向的关系。山区建厂还应考虑山谷风影响和山前山后气流的影响，要避

28、免将厂房建在窝风地段。 注意工程地质条件的影响。厂房应布置在土层均匀，地耐力强的地段。一般挖方地段宜布置厂房，填方地段宜布置道路、地坑、地下构筑物等。 地震区、湿陷性黄土区的工厂布置还应遵循有关规范的规定。 工厂总平面布置应满足城市规划工业区域规划的有关要求。做到局部服从全体，注意与城市规划的有关要求，做到局部服从全体，注意与城市规划的协调。（6） 工厂总平面布置应为施工安装创造有利条件 工厂布置应满足施工和安装（特别是大型设备吊装）机具作业要求。 厂区道路的布置同时应考虑施工安装的使用要求，兼顾施工要求的道路，其技术条件，路面结构和桥涵荷载标准等应满足施工安装的要求。306.2 车间布置设计

29、的意义车间布置设计的意义车间布置设计是工厂设计中很重要的一环，一个合理的车间布置设计，不仅可在建设投资经济效益等方面取得良好效果，且对今后的正常安全生产、间管理、备维修、量利用、料运输、流往来等多方面有极大影响。6.3 车间布置的原则车间布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求，尽可能使各车间的平面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观、相互融洽、混为一体。（1）辅料车间与使用设备靠近。（2）按节省能源的角度，把设备分布在两面楼层。做到减轻楼层负荷减少输送数量和管道的密度。（3）合理安排通道以及楼梯的位置。（4）设备要统一安排，排列整齐，有足够的操作空间。6.4 车间布置设计车间

30、布置设计（1）工艺流程的通畅 保证工艺流程在水平方向和垂直方向的连续性，以便生产连续正常进行。（2）考虑合适的设备间距 设备间距过大会增加建筑面积，拉长管道，从而增加建筑和管道的投资，同时操作和管理都不方便。设备间距过小，虽可以节省占地和投资，但会带来操作、安装和维修的困难。（3）满足生产方便操作 如彼此相连续的各工序的设备，应尽量配置靠近些，以缩短联系她们的输送线路，设备之间尽可能达到自动流送物料，这样可减少输送设备。（4）满足安装检修拆卸的要求 一般厂房大门的宽度要比所需要通过的设备宽度大 0.2 米左右，本厂车间大门设计为 4 米。（5）考虑运输通道 如每排设备至少一侧要留有通道，大的室内设备在底层还要留有移出通道，并接近主道路布置。通道的宽度取决