【正文】 洗水 石膏 硝酸 氣氨 磷礦 成品 圖 1 混凝法生產(chǎn)硝酸磷肥工藝流程圖 冷凍法 (1)冷凍法硝酸磷肥的發(fā)展概貌 早在 1928 年，挪威的奧達公司的約翰森提出了一種冷凍法生產(chǎn)硝酸磷肥的流程，即將磷礦的硝酸分解液用液氨氣化所產(chǎn)生的冷量冷卻至 10～ 15℃ ，以使分解液中的大部分硝酸鈣成為四水 結(jié)晶析出，用離心機分離，然后將母液氨化中和，可制成含有 90%水溶性磷的氮磷復合肥料，這是冷凍法最初發(fā)展時的原始流程，后來在冷凍溫度、冷卻方式、產(chǎn)品中磷的水溶率以及副產(chǎn)品的加工方法等方面分別有所改進，因而產(chǎn)生了挪威的挪斯克、荷蘭的 法。硝酸的用量，當以超過理論量大一些為好，但過大也會降低溶液中硝酸鈣的濃度，就反而有害了，根據(jù)我國對某些磷礦試驗結(jié)果，認為酸用量以采用理論量的 105～ 110%為好。 中和料將流入中間槽由此送往蒸發(fā)設(shè)備，當需制造高中和度產(chǎn)品時，則蒸發(fā)后的料將可再在第二級階梯狀排列中和器組 Ⅱ 中氨化至所需的中和度，如此中和至 pH 為 6～ 時，則原來以生成的磷酸一銨轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫@： 4243424 )( H P ONHNHPOHNH ?? ② 直接冷凍法 直接冷凍法和間接冷凍法總的流程是相似的，盡是冷卻方式和冷卻設(shè)備有所不同，間接冷凍法是蛇管內(nèi) 通冷卻介質(zhì)循環(huán)冷卻，實際上就是靠蛇管的冷卻表面進行冷卻的故又名間壁冷卻，而直接冷凍法的特點是用汽油、煤油或丁烷、丙烷等石油產(chǎn)品為冷卻劑，經(jīng)氨冷或氟利昂冷卻后使之與酸分解液接觸，以達到四水硝酸鈣冷卻結(jié)晶的目的，由于應(yīng)用了直接接觸冷卻，所以接觸面大大增加，冷卻效率提高。 ④ 可達到比一般傳熱方法更低的冷凍溫度，從而可以制得含高水溶性磷的復合肥料，由于硝酸鈣分解程度高，所得成品的有效成分含量也得以提高。由于造粒機中造成的粒子大小不均勻，故干燥后的粒狀物料在用斗式提升機提升至雙層振動篩中，振動篩中有兩層篩網(wǎng)，其上層篩網(wǎng)的孔徑大小約為 4毫米，下層篩網(wǎng)的孔徑約為 2 毫米，大于 4毫米的粒子留在上層，然后送入對輥粉碎機中扎碎。當接觸有腐蝕性液體如酸液或灼熱的物質(zhì)時，應(yīng)戴上防酸或防熱的手套或同時穿著橡膠制的圍裙或膠鞋等，有時為了防止有害液體濺入眼內(nèi)，還需戴上防護眼鏡。 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。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。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。 工藝流程圖如圖 21： 蘭州交通大學畢業(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%。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）； 由化學物 性手冊查得 60K 時， 15%磷酸水溶液的比熱為 kJ/（ kgK）； ——磷酸氫鈣的比熱， 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。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 (1)攪拌槳葉直徑 d 葉 ?！?)；富裕系數(shù)取 。h ）。 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。h)； 取 A=150 Kg/(m3 閃蒸 室有效高度 H 2 . 3 2 . 4 5 . 5 2 m? ? ? 取閃蒸室實際高度 。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。取槳葉葉尖線速度（即圓周速度）為 m/s。K）； ——蒸汽在 140℃ 下的比熱， kJ/（ kgK）； ——NH4H2PO4 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 20—— 平均溫度， K。 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。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。 酸解液在進結(jié)晶器前，先用冷卻水冷卻到 60℃ 左右。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；但從沉降物得分離和揮發(fā)損失來看卻是越低越好?？傊?，在車間內(nèi)一定要按照崗位操作方法的規(guī)定進行操作，不能擅自離開崗位，并切實重視勞動安全和技術(shù)全，重視防止意外事故的發(fā)生，特別是防火、防爆、防有害氣體、防有腐蝕性氣體 、防灼傷以及防止被機器扎傷等等，所以車間操作人員必須事先學好車間的安全操作規(guī)程和崗位操作方法，并切實的遵守。但由于造粒所需返料量較大，而合格粒子往往要占總量的 60～ 65%，故只靠細粒作為返料仍嫌不夠，根據(jù)返料所需倍數(shù)，有一部分合格成品亦將與細粒物料合并返回造粒機作為返料 “三廢 ”治理 及存在的環(huán)境風險 硝酸磷肥生產(chǎn)首先是磷礦的粉碎，在粉碎過程中產(chǎn)生的粉塵采用風除塵器和水噴淋兩級除塵后高空排放；在酸解工序產(chǎn)生 的含有氟化氫和四氟化硅的尾氣用兩級堿液吸收后高空排放；然后再濃縮、造粒或干燥過程中會有氨的產(chǎn)生和揮發(fā)及一定量的粉塵，所以尾氣用旋風除塵器和稀酸、水兩級噴淋后高空排放。與此相適應(yīng)則料漿中所含的酸被中和的程度，如以氨態(tài)氮（ 4NH N ）與硝態(tài)氮（ 3NO N ）加 52OP 的分子比表示為： 中和度 =2P 523 4 ??? ? ONNO NNH水溶性磷 按上述氨化條件則第一槽的中和度為 ，第二槽再加上 25%為 ，第三槽再加上 10%則最終為 ，因此氨化中和是一個放熱反應(yīng)，故每只中和槽中因氨化而使料漿溫度升高，每只槽的料漿溫度在氨化過程中分別約為（ 1） 105～ 110℃ （ 2） 100～ 105℃ （ 3） 100℃ 以上，由于在中和過程中料漿溫度升高，并在不斷攪拌的情況下，故料漿中一部分水蒸發(fā)，一般中和過程中，料漿總的蒸發(fā)水量約相當于母液中原有水量的 15%。因此可以避免周期性停車清理的需要，有利于連續(xù)操作，并可節(jié)約操作費用，此流程的酸分解液經(jīng)過澄清并將不溶性殘渣壓濾分離后用泵送至高位槽，然后再送入冷卻器，冷卻后 的煤油以逆流的方式經(jīng)過在導流筒下部的油分布器分散后向上通過分解液，冷油分散成油滴與分解液接觸，因而使分解液冷卻。 ① 間接冷凍法 在間接冷凍法中，又可按間歇操作流程或定期停車清理的連續(xù)操作流程進行，一般采用間接傳熱的冷卻方式。另外在復肥造粒錢加入氯化鉀，亦可制成氮磷鉀三元復合肥 料，這一流程副產(chǎn)硝酸鈣，可采用氨和二氧化碳處理使生成的硝酸鈣和不溶行性的碳酸鈣： Ca( 3NO )2 ． 4 OH2 +2 3NH + 2CO →2 OHC aC ONONH 2334 3??? 將不溶性碳酸鈣沉淀分離后，得到硝酸銨母液可加到原來分離掉硝酸鈣的母液中，以調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品的氮磷比，此流程的特點是產(chǎn)品成分的靈活性，即 N。 硝酸﹣硫酸法是先加硝酸分解磷礦，再加硫酸結(jié)晶除鈣。反之，氮素若供應(yīng)不足，植株就會矮小瘦弱，夜色黃綠，籽粒不飽滿，所以，在施肥過程中，必須要增施氮肥，不過，氮肥也不能偏施過多。此裝置于 1976 年底在南化集團公司磷肥廠建成并開始進行中間試驗， 1979 年五月 “ 冷凍法硝酸磷肥中 間試驗 ” 通過原化工部組織的技術(shù)鑒定。 30 管數(shù)計算 28 中和槽攪拌槳計算 17 濃縮段物料衡算 1 硝酸磷肥的發(fā)展概貌 關(guān)鍵詞： 硝酸磷肥；冷凍結(jié)晶；磷酸一銨 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 Abstract The design of the annual output of 35 kt of nitric acid phosphorus, the design process preliminary design future development of phosphate from nitric acid and basic properties, the paper understand the necessity of phosphate production nitric acid of its production method firstl