【正文】 內(nèi)，還需戴上防護眼鏡。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2. 工藝條件的確定 為了完全分解磷礦，分解過程中的硝酸用量通常以磷礦中所含氧化鈣 (CaO)的含量作為計算基準(zhǔn)．但磷礦中含碳酸鎂較高時，則需同時按氧化鈣與氧化鎂的總量來計算硝酸用量。 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。但根據(jù)本工藝的要求和實際條件，故選用濃度為 56%硝酸。分解所需溫度主要是內(nèi)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量來維持的，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℃左右進行。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行中和。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。大顆粒經(jīng)粉碎機粉碎與細(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。 工藝流程圖如圖 21： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 21 冷凍法硝酸磷肥工藝流程圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3. 工藝計算 物料衡算 設(shè)計任務(wù)為年產(chǎn)四十萬噸硝酸磷肥，按照國家磷肥生產(chǎn)規(guī)格為 N： P2O5 =20： 20；除設(shè)備檢修及放假時間，全年的生產(chǎn)時間為 300 天，即 7200h；采用的磷礦組成百分含量如表 31： 表 31 磷礦中礦物的化學(xué)組成 組成 P2O5 CaO MgO CO2 SiO2 Fe2O3 Al2O3 F 含量 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 消耗過多，即采用的硝酸濃度為 56%。 加入硝酸中的水為 hk m o lhtm / 6 0 5/ ???? 生成的 Ca(NO3)2量為 hthk mo lm /???? 式中 —— 硝酸鈣與硝酸的化學(xué)系數(shù)比； 將各組分歸納于表 32： 表 32 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 Ca(NO3)2 硝酸 硝酸 水 水 磷酸 CO2 與 HF 副產(chǎn)物 不溶物 合計 合計 結(jié)晶器物料衡算 進出的物料如 32 所示： 圖 32 冷凝器物料流程圖 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 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： hthk m o l /???? 溶液中剩余的 Ca(NO3)2為 : hthk m o l /??? 將進出物料量歸結(jié)于表 33： 表 33 結(jié)晶器物料衡算 輸 入 輸 出 組分 F（ t/h） 組分 F（ t/h） Ca(NO3)2 Ca(NO3)2即 反硝酸礦進 ??? 下面分別求每項的熱量： 8 2 6 4 1207 8 0 8 2 0 ????礦Q 式中 [15]： —— 磷精礦比熱， kJ/kgK ； —— 56%HNO3的比熱， J/molK）； 由化學(xué)物 性手冊查得 60K 時， 15%磷酸水溶液的比熱為 kJ/（ kgK）； ——水的比熱， kJ/（ kgK）； ——磷酸氫鈣的比熱， kJ/（ kgK）； ——水的比熱， kJ/（ kgK） 則熱損失為通入蒸氣的 %，則 Q 損 = 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： 2211 5 0 3 9 8 5 1 2 2 0 5 2 6%)( 7 0 8 6 2 8 TmcTmc ??????? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 6 5 5 1 7 5 ??????? mm 解得 ?m 故取 m=35820 kg；干燥段的爐氣算法也與此相同。K）； 設(shè)損失的熱量為輸入蒸氣的 2%，則： ?損Q 把各物料帶入的能量歸結(jié)于表 310： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 表 310 干燥段能量平 衡表 輸 入 輸 出 組成 kJ 組成 kJ 料漿帶入 出料帶出 返料帶入 氣化熱 7762880 爐氣帶入 15441984 爐氣帶出 熱損失 合計 合計 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 4. 主要設(shè)備的計算及選型 流程中涉及的設(shè)備較多，由于時間和能力有限，故只選擇了其中較為重要的設(shè)備作了計算（如中和反應(yīng)器、蒸發(fā)器和干 燥器）。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 (1)攪拌槳葉直徑 d 葉 。 (4)攪拌理論功率 N： WN )60 ( 53 ?????? 中和器溫度與壓力 設(shè)計溫度為： 120+20=140℃ 已知料漿的密度為 Kg/L， Pv=（表壓）； 則工作壓力： 361 . 4 1 1 0 9 . 8 1 2 . 3 0 . 2 1 1 0vP g h PMPa???? ? ? ? ? ?? 查得設(shè)計壓力為工作壓力的 110%，則設(shè)計壓力為： P = 1 . 1 = 1 . 1 0 .2 4 2 = 0 . 2 6 6 M P a設(shè) P ? 由于料漿對鋼材的腐蝕不大，溫度為 140℃ ，壓力也不大的情況下，材質(zhì)選為鉬二鈦不銹鋼。℃ )；富裕系數(shù)取 。標(biāo)準(zhǔn)正三角形 排列取 355 根，其中 8 根作拉桿，管子實際為 347 根，管層數(shù)為 11 層，對角線上的管數(shù)為 21 根，管子中心距為 32mm。h ）。 干燥器 本設(shè)計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)筒干燥器。 筒體直徑計算 (1)濕空氣比容 H? [m3/kg（干空氣） ]計算 23T 383( 0 . 7 7 3 1 . 2 4 4 ) ( 0 . 7 7 3 1 . 2 4 4 0 . 0 7 5 )2 7 3 2 7 31 . 2 1 5 m / k gH H（ 干 空 氣 ）? ? ? ? ? ? ? ?? (2)濕爐氣體積流量 V 計算： 313280 /3600 3600HAV m s?? ?? ? ? (3)筒體直徑 D: 124()VD u?? 式中 u——氣體流速， m/s； V——氣體體積流量， m3/s。 其中 [15]: 。h)； 取 A=150 Kg/(m3 已知數(shù)據(jù) (1)進入干燥器物料 F1=；密度 1? = t/m3； (2)出干燥器物料 F2= t/h；密度 2? = t/m3； (3)脫水量 W= t/h。 閃蒸 室有效高度 H 2 . 3 2 . 4 5 . 5 2 m? ? ? 取閃蒸室實際高度 。故加熱器外殼內(nèi)徑 D 外 為： D ( 2 1 1 ) 3 2 7 0 0 m m外 ? ? ? (3)加熱器封頭高 H 查上下封頭曲邊高為 175mm，直邊高 25mm。所以加熱器所需加熱管數(shù) n為： ????? ldSn ? 式中 d——管子外徑；因為傳熱系數(shù) K 的測定是以管外徑計算。 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。取槳葉葉尖線速度（即圓周速度）為 m/s。s；料漿密度 kg/L； (3)中和槽容積裝載系數(shù) ； (4)中和時水分蒸發(fā)量 5620kg/h； (5)中和槽通氨量 4930kg/h； (6)中和槽內(nèi)料漿平均停留時間 50min。K）； ——蒸汽在 140℃ 下的比熱， kJ/（ kgK）； 輸出的熱量為： 損氣蒸氣料 Q ???? 1 2 2 0 5 2 6??? ? TcmQ pp p料 1 6 1 4 2 7 ?????? TmcQ p蒸氣 式中 [8] ——過熱蒸汽的比熱， kJ/（ kgK）； ——NH4H2PO4 的比熱， kJ/（ kgK）； ——氨氣的比熱， kJ/（ kgK ）； 熱損失 Q 損 ，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約為各項支出熱量的 %即 kJ 將各組分的熱量歸結(jié)于表 37： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 表 37 反應(yīng)器能量衡算表 輸 入 輸 出 組成 kJ 組成 kJ 磷礦帶入 料漿帶出 硝酸帶入 氣體帶出 反應(yīng)產(chǎn)生 熱損失 合計 合計 中和段能量衡算 進料溫度為 20℃ ；出料溫度為 120℃ ； 則帶入的熱量為： TcmQ pp p ???1 = 4 0 0 3 6 9 3 4 0 ???????? 5 0 9 3 0 ?????? = 式中 [15] ——硝酸的比熱， kJ/（ kg 3P2O5 分子量 2Ca 5F(PO4)3分子量）； 504—— 氟磷灰石的分子量。 20—— 平均溫度， K。 故蒸發(fā)水量為 x t/h，則： %128,39 ?? ?? x x ?x 各組分的量如表 36 所示： 表 36 干燥段物料衡算 表 輸 入 輸 出 組分 F（ t/h） 組分 F（ t/h） 料漿量 出料量 返料量 160 水蒸氣 爐氣 爐氣 合計 合計 能量衡算 分別對反應(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)。 本設(shè)計依照設(shè)計任務(wù)書，主要設(shè)計了中和、濃縮及干燥工段。該干燥器采用爐氣與物料逆向流動，使物料中的水分蒸發(fā)被爐氣帶走，起到干燥的作用。然后料漿再與返料混合一起進入造粒機造粒；再進入轉(zhuǎn)筒式干燥機干燥。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。 酸解液在進結(jié)晶器前，先用冷卻水冷卻到 60℃ 左右。結(jié)合本工藝要求磷礦顆粒直徑控制在 1～ 4mm。也為了減少后來濃縮過程中所需蒸發(fā)的水量，按理論所用硝酸濃度是越高越好；但