87261

Разработка технических решений по модернизации технологической схемы производства ДАФ с целью уменьшения энергозатрат и увеличения производительности

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Целью данного курсового проекта разработка технического решения по модернизации технологической схемы производства диаммонийфосфата с целью уменьшения энергозатрат и увеличения производительности. Задачами курсового проекта являются изучение сырья, физико-химических основ основных стадий производства...

Русский

2015-04-18

2.28 MB

6 чел.

Разработка технических решений по модернизации технологической схемы производства ДАФ с целью уменьшения энергозатрат и увеличения производительности

Оглавление

ВВЕДНИЕ…………………………………………………………………………3

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР………………………………………….4

1.Основные способы производства диаммонийфосфата…………………….…4

1.1 Получение диаммонийфосфата из неконцентрированной фосфорной ……

кислоты…………………………………………………………………………….4

1.2 Производство диаммонийфосфата с использованием одностадийной нейтрализации жидкого и газообразного аммиака…………………………………9

1.3 Способ получения диаммонийфосфата, с применением упаренной и

неупаренной фосфорных кислот………………………………..………………11

1.4 Способ получения диаммонийфосфата, с применением неупаренной фосфорной кислоты, полученной в дигидратном режиме………...………………11

1.5 Способ получение диаммонийфосфата с применением неупаренной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме……...………………12

ГЛАВА 2 РАСЧЕТНАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………….16

2.1 Характеристика сырья и готового продукта……………………………16

2.1.1 Физикохимические свойства диаммонийфосфата……...…………16

2.1.2  Марки ДАФ и технические требования к ДАФ…………………………18

2.2 Физико-химические основы процессов производства диаммонийфосфата

…………………………………………………………………………………….19

2.3 Разработка и описание технологической схемы производства диаммонийфосфата……………..………………………………………………………..22

2.4 Расчёт материального баланса нейтрализатора в производстве ДАФ…...26

2.5 Материальный баланс барабанной сушилки в производстве диаммонийфосфата…………………………………….……………………………………..31

2.6 Тепловой баланс нейтрализатора в производстве диаммонийфосфата….34

2.7 Тепловой баланс барабанной сушилки в производстве…………………….

диаммонийфосфата……………………………………………………………...36

ГЛАВА 3 РАСЧЁТ ОСНОВНОГО И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ………………………………………………………………41

3.1 Расчет основных размеров БГС…………………………………………….46

4.Технологический расчёт вспомогательного оборудования………………...47

4.1 Расчет вытяжного циклона………………………………………………….48

4.2 Расчет вытяжного вентилятора……………………………………………..49

4.3 Технологический расчёт рукавного фильтра………………………………49

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….52

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………..54

ВВЕДЕНИЕ

Диаммонийфосфат - концентрированное, водорастворимое, азотно-фосфорное удобрение. Диаммонийфосфат отличается высокой усвояемостью азота и фосфора, не содержит хлора и нитратов, применяется в сельском хозяйстве в качестве основного удобрения и подкормках на всех типах почв под овощные, зерновые, кормовые, плодово-ягодные и другие культуры. 
Наличие в диаммонийфосфате высокой  дозы фосфора обеспечивает хорошее  развитие и защиту корневой системы, способствует повышению морозоустойчивости растений [13].

Целью данного курсового проекта разработка технического решения по модернизации технологической схемы производства диаммонийфосфата с целью уменьшения энергозатрат и увеличения производительности. Задачами курсового проекта являются изучение сырья, физико-химических основ основных стадий производства, разработка технологической схемы производства, составление тепловых и материальных балансов. Объектом исследования является производство диаммонийфосфата, предметом –технологическая схема производства диаммонийфосфата.

В качестве основных источников получения информации использованы литературные работы, технологический регламент производства диаммонийфосфата, патенты, ГОСТы.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.Основные способы производства диаммонийфосфата

1.1 Получение диаммонийфосфата из неконцентрированной

фосфорной кислоты

Принципиальная схема получения фосфатов аммония представлена на рис. 1. При этом диаммофос получают из концентрированной фосфорной кислоты аналогично производству аммофоса.

Рисунок 1- Принципиальная схема получения фосфатов аммония

На технологический процесс получения фосфатов аммония оказывают влияние примеси, присутствующие в фосфорной кислоте, ее концентрация, температура, давление и другие факторы. Фосфаты аммония, получаемые из термической фосфорной кислоты, обладают высокой чистотой, не содержат примесей и используются в основном в пищевой, фармацевтической промышленности или для других технических целей. Концентрация термической кислоты не должна быть выше 77 мас.% Н3РО4.Образующаяся при нейтрализации экстракционной фосфорной  кислоты аммофосная пульпа представляет собой сложную солевую систему. Кроме фосфатов, в ее состав входят сульфат аммония (NH4)2SO4, фосфаты кальция, магния, алюминия и железа в виде СаНРО4·2Н2О, MgHPO4·3H2O,A1PO4·2H2O, FePO4·2H2O, кремнефторид аммония (NH4)2SiF6 и комплексные соединения типа Fe3NH4H6(PO4)6·6H2O, (NH4H2(PO4)2·0,5Н2О,Fe(NH4)2H2F(PO4)2·xH2O.Комплексные соединения нерастворимы, и их присутствие снижает содержание усвояемого Р2О5 в удобрении.

         Образование комплексных соединений происходит при низких значениях рН. Поэтому, чтобы избежать образования неусвояемых солей, процесс нейтрализации фосфорной кислоты необходимо вести при рН>3.

Так, при нейтрализации сравнительно чистой фосфорной кислоты из апатитового концентрата рН в пульпе поддерживают не выше 4,5, для загрязненной примесями фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау – в пределах 5-5,5.

Практический режим нейтрализации должен быть таким, чтобы образующаяся в смесителях (нейтрализаторах) пульпа обладала достаточной подвижностью. Вязкая пульпа трудно перекачивается насосами и плохо поглощает аммиак. Вязкость аммофосной пульпы зависит прежде всего от концентрации исходной фосфорной кислоты, а также от растворимости фосфатов аммония, температуры и других факторов.

В производстве диаммофоса достаточно текучая пульпа с небольшим

содержанием твердой фазы образуется при нейтрализации концентрированной (до 75%) фосфорной кислотой, причем процесс проводят в две ступени, так как при подаче всего количества аммиака в одной ступени температура поднимается очень высоко и получается слишком густая пульпа, вследствие чего имеют место потери аммиака. Поэтому после реакции в первой ступени пульпа охлаждается, а затем поступает на реакцию второй ступени.

Первую ступень осуществляют в смесителях до мольного отношения NH33РО4 = 1,4. При более высоком соотношении происходит загустевание пульпы, что осложняет процесс. Вторую ступень нейтрализации до мольного отношения NH33РО4 = 2 проводят в барабанах одновременно с грануляцией продукта.

Температурный режим в нейтрализаторах поддерживается за счет тепла реакции нейтрализации около 80°С. Более высокая температура приводит к разложению продукта и потерям аммиака.

Диаммофос из концентрированной фосфорной кислоты получают в аппарате аммонизаторе-грануляторе (АГ), позволяющем перерабатывать вязкие среды, с применением вакуум-кристаллизаторов. В схеме производства предусмотрен замкнутый цикл водооборота и сведены к минимуму выбросы аммиака и фтора в атмосферу. В этой схеме используют обесфторенную (0,5% F) концентрированную фосфорную кислоту (50-54% Р2О5), полученную путем упаривания экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата.

Применение концентрированной фосфорной кислоты значительно упрощает технологический процесс, так как уменьшается объем испаряемой влаги. Использование в производстве ДАФ обесфторенной (путем осаждения кремнефторида натрия) фосфорной кислоты улучшает качество готового продукта и упрощает очистку отходящих газов.

Упаренную фосфорную кислоту подают из хранилища в каскадно расположенные нейтрализаторы емкостного типа, оборудованные трехъярусными турбинными мешалками. Одновременно в нейтрализаторы поступают стоки от систем абсорбции, в результате чего концентрация фосфорной кислоты снижается до 47-48% Р2О5, разбавление необходимо для обеспечения текучести пульпы. Фосфорную кислоту нейтрализуют газообразным аммиаком до мольного отношения NH33РО4= 1,4. Полученная в нейтрализаторах пульпа самотеком поступает в аммонизатор-гранулятор [1].

Технология гранулирования диаммонийфосфата (ДАФ) в АГ (рис 2.) включает наслаивание пульпы на поверхность ретура с последующим резким изменением растворимости, что приводит к отверждению пленки и увеличению размера гранул. При этом решающее влияние на гранулообразование оказывает толщина пленки и соотношение Т:Ж в шихте на завершающем этапе процесса. Регулирование этихпараметров в технологии осуществляют изменением расхода ретура. При уменьшении растворимости снятием кислотности пульпы путем аммонизации ретурность составляет 4-6:1, а производительность АГ диаметром 4 м – 25 т/ч по готовому продукту [1]. Уменьшение растворимости, т.е. кристаллизацию солей, можно инициировать уменьшением влагосодержания и (или) температуры пульпы. Процесс подсушки пульпы в АГ осуществлен аммонизацией фосфорной кислоты не в емкостном, а в трубчатом реакторе, на выходе из которого водяной пар, образовавшийся от тепла реакции, отделяется, и из части капель пульпы образуются самостоятельные гранулы. Другая часть пульпы распределяется по поверхности ретура и кристаллизуется в процессе досушки за счет тепла самой гранулы и до аммонизации пульпы в слое шихты. При этом важно, чтобы количества тепла было достаточно для просушки слоя пульпы, т.е. толщина пленки и ее влагосодержание должны быть соответствующими.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Производительность АГ диаметром 4 м в таком процессе за счет использования более крепкой фосфорной кислоты достигает 40 т/ч, а, благодаря образованию новых гранул из пульпы, ретурность уменьшается до 4-5:1.

Дальнейшее повышение производительности ограничено допустимой температурой шихты. Чем она выше, тем выше тепловой потенциал гранул,вплоть до осуществления бессушковой технологии. С другой стороны, чем выше температура, тем выше растворимость и ниже влагосодержание, при котором происходит кристаллизация. Технологически нужное соотношение Т:Ж достигается увеличением количества ретура. [2]

Рисунок 2- Аммонизатор-гранулятор:

1-корпус; 2-течка для загрузки сыпучих компонентов; 3-нож для очистки внутренней стенки; 4-трубопроводы для подачи жидких компонентов; 5-аммиакопровод; 6-распылители аммиака;7-привод; 8-несущие и опорные ролики; 9-течка для влажных гранул; 10-подпорное кольцо; 11-бандаж; 13-зубчатое колесо; 14- газоход.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Гранулированный продукт сушат в прямоточной барабанной сушилке дымовыми газами, получаемыми при сжигании топлива в выносной топке. Сушку ДАФ производят при температуре не выше 60°С во избежание потери им аммиака и перехода в моноаммонийфосфат (в то время, как сушку моноаммонийфосфата можно вести при температуре до 100-110 °С ).Высушенные гранулы рассеивают на вибрационных грохотах .Мелкую фракцию в качестве ретура возвращают в аммонизатор-гранулятор. Крупную фракцию направляют в валковую дробилку; измельченный продукт возвращают в процесс вместе с мелочью.Товарную фракцию также частично используют в качестве ретура,остальную часть, соответствующую часовой производительности, после контрольного пересева направляют в холодильник , где охлаждают атмосферным воздухом. Охлажденный продукт направляют на склад, где его

хранят навалом.

Парогазовая смесь, отсасываемая от нейтрализаторов и аммонизатора-гранулятора проходит очистку от аммиака и фтора в двух последовательно установленных абсорберах: для улавливания аммиака используют аммофосную пульпу, для улавливания фтористых соединений – известковое молоко или воду.

Дымовые газы, выходящие из сушильного барабана, очищают от пыли в циклоне и далее от аммиака, фтористых соединений и от остатков пыли – в двух абсорберах. Стоки от систем абсорбции возвращают в нейтрализаторы. Таким образом, в производстве диаммофоса загрязненные стоки не образуются. Запыленный воздух после холодильника перед выбросом в атмосферу очищают от пыли в циклоне.

1.2 Производство диаммонийфосфата с использованием одностадийной нейтрализации жидкого и газообразного аммиака

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

 Технологическая схема представлена на рис.3.  В трубчатый реактор 1 подается жидкий и газообразный аммиак при их соотношении 1:(0,25÷3,0), соответственно, и фосфорнокислый раствор из сборника 6. Подача в трубчатый реактор 1 жидкого и газообразного аммиака осуществляется автоматически по расходу фосфорной кислоты из сборника 6. Соотношение жидкого и газообразного аммиака изменяют от 1:0,25 до 1:3,0, что определяет количество товарной фракции в гранулированном продукте после барабанного гранулятора-сушилки 2. При увеличении количества газообразного аммиака содержание мелкой фракции в продукте увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. Продукт реакции нейтрализации - пульпа диаммонийфосфата, имеющая температуру 147÷150°С, распыляется в барабанном грануляторе-сушилке 2 на слой продукта и высушивается топочными газами. Так как во время реакции нейтрализации выделяется большое количество тепла, то при увеличении соотношения жидкого и газообразного аммиака от 1:0,9 и выше, продукт высушивается преимущественно реакционным теплом.

Рисунок 3–Схема производства диаммонийфосфата включающая одностадийную нейтрализацию жидкого и газообразного аммиака:

1-трубчатый реактор;2-гранулятор-сушилка;3-грохот;4-дробилка;5-охладитель;6-реакторный бак;7,9-сборники;11,14-вентеляторы;13-абсорбер.

Высушенный продукт просеивается через грохот 3, крупная фракция измельчается в дробилке 4 и вместе с мелкой фракцией возвращается в барабанный гранулятор-сушилку 2, а товарная фракция 2÷4 мм охлаждается в охладителе 5. Воздух вместе с пылью диаммонийфосфата отсасывается из охладителя 5 вентилятором 14, очищается водой в абсорбере 13 и выбрасывается в атмосферу. Абсорбционная жидкость - раствор фосфатов аммония - из сборника 12 поступает в сборник второй ступени очистки газа 9, в который подается фосфорная кислота. В абсорбере 10 газ очищается от остатков аммиака и фтора и вентилятором 11 выбрасывается в атмосферу. Избыток фосфорнокислого раствора из сборника 9 подается в сборник 7 первой ступени очистки газов. Из барабанного гранулятора-сушилки 2 газ с температурой 95÷110°С  попадает в абсорбер первой ступени очистки газов, в котором мольное соотношение NH33PO4 фосфорнокислотной

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

абсорбционной жидкости повышается до 1,1÷1,3, а избыток жидкости попадает в реакторный бак 6, куда добавляется фосфорная кислота с концентрацией 52% по Р2O5 и серная кислота с концентрацией 92,5%. Из реакторного бака 6 фосфорнокислый раствор с температурой 80÷90°С и мольным соотношением NH33PO4=0,5÷0,7 подается в трубчатый реактор 1 для нейтрализации жидким и газообразным аммиаком[3]. 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

1.3 Способ получения диаммонийфосфата, с применением упаренной и

неупаренной фосфорных кислот

По этому способу предварительно смешивают упаренную и неупаренную фосфорные кислоты, смесь нейтрализуют аммиаком в трубчатом реакторе сначала до мольного отношения 1,4, а затем в аммонизаторе-грануляторе донейтрализуют до мольного отношения 1,75. Гранулированный продукт сушат, а отходящие газы со стадии гранулирования и сушки направляют на абсорбцию в две ступени, на первой ступени абсорбцию ведут пульпой фосфатов аммония, а на второй - фосфорной кислотой. Данный способ позволяет не только снизить энергозатраты на упарку всей массы кислоты, но и получить гранулы удобрений с более пластичной поверхностью, что значительно улучшает их потребительские свойства.

Однако, так как данный способ предусматривает отдельное предварительное смешение кислот, то на этой стадии возникает неуправляемое выделение фтора, который не улавливается [4].

1.4 Способ получения диаммонийфосфата, с применением неупаренной фосфорной кислоты, полученной в дигидратном режиме

Способ включает нейтрализацию фосфорсодержащего раствора аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, а затем до мольного отношения 1,75, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени с подачей на первую ступень фосфорной кислоты и стоков второй ступени. По этому способу неупаренную фосфорную кислоту подают сначала на стадию абсорбции отходящих газов, процесс ведут до получения абсорбционного раствора, представляющего собой частично аммонизированную кислоту с соотношением в ней F:NH3=0,2-0,6, которую затем упаривают до влажности 26-40%. На первой ступени абсорбции отходящих газов поддерживают мольное отношение NH33PO4=0,4-0,8, а на второй - 0,1-0,3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Недостатком данного способа является то, что технология, в основном, рассчитана на использование экстракционной фосфорной кислоты, полученной в дигидратном режиме . При использовании экстракционной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме , заявленный способ технологически плохо осуществим, так как абсорбционные стоки, имеющие соотношение NH33PO4 на первой ступени 0,8, обладают малой текучестью, что вызывает дополнительные сложности при транспортировке ее на последующую стадию упарки, что влияет на технологичность процесса и снижает его производительность[5].

1.5 Способ получение диаммонийфосфата с применением неупаренной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме

Способ  включает нейтрализацию раствора фосфорной кислоты аммиаком сначала до мольного отношения 1,4, а затем до мольного отношения 1,8, грануляцию, сушку продукта и абсорбцию отходящих газов в две ступени, при этом на первую ступень абсорбции отходящих газов подают неупаренную фосфорную кислоту и стоки второй ступени. На первую ступень абсорбции дополнительно подают упаренную фосфорную кислоту. В абсорбционные стоки первой ступени сначала вводят всю неупаренную кислоту, 15-35% от всего количества упаренной кислоты и стоки второй ступени абсорбции при плотности последних 1,01-1,3 г/см3, затем в полученный частично аммонизированный раствор фосфорной кислоты добавляют остальную упаренную кислоту, при этом количественное соотношение упаренной кислоты, неупаренной кислоты и стоков второй ступени поддерживают в пределах, обеспечивающих плотность смеси не выше 1,55 г/см3. На второй ступени абсорбции отходящие газы орошают водой.

Сущность способа заключается в следующем. При получении кислоты в полугидратном режиме упарка пульпы (как предусмотрено в примере 3 прототипа) вызывает загустевание последней и соответственно затрудняет

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

проведение процесса. Чтобы избежать этого часть полугидратной кислоты предварительно упаривают. Для того, чтобы избежать выделения неконтролируемого фтора (на стадию абсорбции подают отходящие газы только со стадий нейтрализации, грануляции и сушки), упаренную и неупаренные кислоты предварительно не смешивают, а подают раздельными потоками на первую ступень абсорбции газов. Как было указано выше, для технологичности процесса необходимо добиться таких реологических свойств смеси абсорбционных стоков и фосфорной кислоты, поступающей на дальнейшую нейтрализацию NH3, например, в трубчатый реактор, чтобы в процессе не возникали технологические трудности, связанные с транспортировкой реагентов и работой технологического оборудования в условиях использования полугидратной фосфорной кислоты. Актуальность разработки такого способа связана с тем, что в настоящее время не только существуют цеха производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) в полугидратном режиме, но и предполагается перевод уже действующих цехов, работающих в дигидратном режиме на полугидратный. Так весь объем упаренной кислоты подают в два приема, так как при подаче всего объема упаренной кислоты мольное отношение NH33PO4 понижается до значения ниже 0,3, при котором резко увеличивается выделение фтора. При этом упаренная кислота распределяется по точкам подачи в определенных объемах. Сначала в абсорбционные стоки первой ступени вводят 15-35% от всего количества упаренной кислоты. Если подают менее 15% всего объема упаренной кислоты, то мольное отношение NH33PO4 увеличивается. Пульпа густеет. Если подают более 35%, то мольное отношение падает ниже 0,3 (выделение фтора). После введения первой части упаренной кислоты вводят абсорбционные стоки второй ступени с плотностью 1,01-1,3 г/см3. Снижение плотности приводит к снижению производительности системы, а повышение к повышению плотности раствора, поступающего на основную нейтрализацию, выше 1,55 г/см3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

   Для того, чтобы поддерживать такую плотность (1,55 г/см3), также необходимо вводить компоненты, а именно неупаренную фосфорную кислоту, упаренную фосфорную кислоту и стоки второй ступени в строго определенных количествах. Эти количества определяются в каждом процессе конкретно в зависимости от качества и концентрации используемых кислот, от колебания содержания аммиака в отходящих газах и других показателей производственного процесса.

   На вторую стадию абсорбции подается вода, количество которой также регламентируется плотностью абсорбционных стоков на второй ступени.

   Использование предложенного способа позволит при использовании фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме, сделать процесс достаточно технологичным, исключить загустевание пульпы, ликвидировать забивку пульпопроводов[6].

Сравнительная характеристика способов производства представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Анализ современного состояния методов производства ДАФ

Способ получения

Достоинства

Недостатки

1

2

3

1. Получение диаммонийфосфата из неконцентрированной фосфорной кислоты

- совмещение стадии нейтрализации с грануляцией продукта

- большие потери аммиака;

-низкая производительность

-большие энергозатраты

2.Способ получения диаммонийфосфата одностадийной нейтрализацией жидкого и газообразного аммиака

- совмещение стадий сушки и грануляции

-увеличение производительности;

-уменьшение энергозатрат.

-выделение большого количества теплоты при реакции нейтрализации

3. Получение диаммонийфосфата с применением упаренной и неупаренной фосфорных кислот

1

-совмещение стадий аммонизации и грануляции;

- на упарку всей массы кислоты;

2                                                 

- получение гранул удобрений с более пластичной поверхностью;

-улучшение потребительских свойств.

-неуправлемое выделение фтора;

-использование дефицитной серной кислоты;

- большие энергозатраты

3

4.Получение диаммонийфосфата с применение неупаренной фосфорной кислоты, полученной в дигидратном режиме

-улучшение потребитель

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

ских свойств.

-технология расчитана на испотльзование экстракционной фосфорной кислоты полученной в полугидратном режиме;

-способ плохо осушествим;

-сложности при транспортировке;

-уменьшение производительности;

5. Получение диаммонийфосфата с применением неупаренной фосфорной кислоты, полученной в полугидратном режиме

-исключение загустевания пульпы;

-ликвидирование забивки трубопроводов.

-большие энергозатраты;

-образование пульпы, содержащей неоднородные вещества

Вывод: в результате анализа литературных данных выявлено, что наиболее оптимальным является метод производства ДАФ с использованием одностадийной нейтрализации жидкого и газообразного аммиака, потому что данный способ позволяет увеличить производительность производства и уменьшить энергозатраты за счёт совмещения основных стадий производства.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

ГЛАВА 2 РАСЧЕТНАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика сырья и готового продукта

2.1.1 Физикохимические свойства диаммонийфосфата

  Диаммонийфосфат термически неустойчив и начинает разлагаться при температуре 70С с выделением аммиака, превращаясь в моноаммонийфосфат:

(NH4) 2HPO4  NH4H2PO4 + NH3

Оптимальные условия сушки диаммонийфосфата зависят от начальной влажности: с увеличением начальной влажности от 2 мас. % до 8мас. % потери аммиака увеличиваются с ростом температуры сушки. При 80 С потери аммиака достигают 1 % от общего содержания NH3 в соли.

Схема производства диаммонийфосфата предусматривает поглощение аммиака из отходящих газов. ДАФ нетоксичен, пожаро - и взрывобезопасен. Предельно допустимая концентрация пыли удобрений в воздухе рабочих помещений - 6 мг/м3 .

Для ДАФ угол естественного откоса - 32-34 при влажности 1,3 -1,5 %

Характеристика исходного сырья и готового продукта представлена в табл.2[7].

Таблицы 2 - Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов, полупродуктов и энергоресурсов

Наименование сырья

Государственный или отраслевой стандарт , СТП

Показатели по стандарту, обязательные для проверки

Регламентируемые

показатели

1

2

3

4

1. Аммиак жидкий синтетический

ГОСТ 6221-90
(СТ СЭВ 6380-88)

Массовая доля аммиака, мас. %, не менее

99,6

Массовая доля воды (остаток после испарения),мас. %,не более

0, 2 - 0, 4

Массовая концентрация масла, не более, мг/дм3

8

Массовая концентрация железа, не более, мг/дм3

2

2. Кислота серная техническая

ГОСТ 2184-77

Массовая доля моногидрата (Н2SО4),не менее,мас %

92,5

3. Кислота фосфорная экстракционная упаренная

ТУ 6-08-342-76 с изменениями
№ 1-7

Массовая доля Р2О5 в осветленной фазе, ,мас. %,не более

52

Массовая доля сульфатов (SO3), мас.%,не более

4,5

Массовая доля взвешенных веществ, мас. %,не более

5

СТП 113-00203648-098-2000

Кислота фосфорная экстракционная

Массовая доля Н3РО4 в пересчете на Р2О5,мас. %,не менее

52,0

Массовая доля сульфатов (SO3),мас .% ,не более

3,5 (допускается 4,0 при условии суммы примесей не более 8,0)

Массовая доля взвешенных веществ, мас.% не более

Допускается 4,5 при условии суммы примесей (SO3+тв.в.+ F) не более 8,0

Массовая доля F, мас. % не более

0,5

Массовая доля MgO , мас.% не более

0.6

Давление, кПа

300 – 350 ( 3,0-3,5)

4. Природный газ

ГОСТ 5542-87

Давление, не более, кПа

Температура, не более, С

700 (7)

195 нп  5 С

5. Водяной пар на входе в корпус

СТП 113-08-24-070-84

Показатели качества соответствуют Технологическому регламенту системы гидроудаления фосфогипса:

рН

6,0-8,5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

2.1.2  Марки ДАФ и технические требования к ДАФ

Диаммонийфосфат должен быть изготовлен в соответствии с требованиями стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. [7]
          Диаммонийфосфат изготовляют следующих марок:
 А - пищевой (получается на основе термической ортофосфорной кислоты);
Б - технический (получается на основе термической фосфорной кислоты);
В - технический (получается на основе экстракционной фосфорной кислоты).

  По физико-химическим показателям диаммонийфосфат должен соответствовать нормам, указанным в табл.3.[8]

Таблица 3-Требования, предъявляемые к диаммонийфосфату

Наименование показателя

Норма для марки

2

3

4

А

Б

В

1. Внешний вид

Кристаллы белого цвета

Кристаллы белого цвета, допускается желтоватый или серый оттенок

Кристаллы белого цвета, допускается желтоватый или серый оттенок

2. Массовая доля общего оксида фосфора ,мас %, не менее

52,0

52,0

50,0

3. Массовая доля аммиака, мас %, не менее

23,5

23,0

23,0

4. Массовая доля влаги, мас %, не более

4,0

5,0

5,0

5. Массовая доля мышьяка, мас %, не более

0,001

Не нормируется

Не нормируется

6. Массовая доля тяжелых металлов сероводородной группы (Рb),

мас %, не более

0,002

То же

То же

7. Массовая доля фторидов, мас %, не более

0,01

0,1

"

2.2 Физико-химические основы процессов производства диаммонийфосфата

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Физико-химические процессы, происходящие при получении фосфатоваммония, определяются в первуюочередь реакциями нейтрализациифосфорной кислоты. Изменение состава пульпы фосфатов аммония принейтрализации оказывает влияние наследующие важные для технологиихарактеристики:изменение растворимости (усвояемости) готового продукта;изменение реологических свойствпульпы;изменение парциальных давленийNН3 и HF над пульпой.

Изменение растворимости в процессе аммонизации. Рассмотрим вначале процесс нейтрализации  аммиаком чистой фосфорнойкислоты (рис.4).

Рисунок 4- Диаграмма процесса нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком при 25

При изменении содержания последнего от0 до 21 % концентрация (NН4)2S04 уменьшается сравнительно мало, в то время как содержание (NН4)2НР04 снижается почти вдвое. При дальнейшем увеличении концентрации NН4Н2Р04 с 21 до 32 мас.%наблюдается обратная картина: содержание(NН4)2S04 резко снижается и достигает втройной точке всего

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

15 мас.%, содержание (NН4)2НР04 резко возрастает и составляет 22,4 мас.%. Это говорит о высаливающем действииNН4Н2Р04 на (NН4)2НР04 в присутствии (NН4)2НР04. Линия совместной кристаллизации (NН4)2НР04 - NН4Н2Р04 представляетнаибольший интерес для практики, так как обеэти соли используются как концентрированныеазотно-фосфорные удобрения. Соединения кальция в исходнойфосфорной кислоте находятся в видеСа(H2Р04)2 — жидкая фаза иСаS04·2Н20, СаSiF6·2Н20 — твердая фаза. При рН> 5,6 может происходить конверсия сульфата кальция в СаНР04 и (NН4)2S04, котораяприводит к переходу в растворионов S032-.Соединения магния в исходнойфосфорной кислоте содержатся какв жидкой фазе [Мg2Р04)2], так ив твердой (МgS04gSiF6·6Н2О).При нейтрализации аммиаком фосфорнойкислоты вместо водорастворимого Мg2Р04)2 образуется цитратнорастворимый МgНР04. Если в кислоте присутствуют оксиды полуторных металлов, можетвходить в состав сложных комплексов.

Система МgONН3Р2О5 — Н20 представлена на рис. 5. В системе установлено существование следующих твердых фаз:МgНР04·ЗН20, которая образуется при любойтемпературе и концентрациях Р2О5 и МgОв фосфорной кислоте, и Мg2РO4)2 с различным содержанием кристаллизационной влагив зависимости от концентрации Р2О5 и температуры. При повышении температуры растворимость диаммонийфосфата практически не меняется.[10]

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Рисунок 5 - Изотермы растворимости системы МgONН3 —Р2О5 — Н20 при 25 °С (а) и75 °С (б)

Наиболее вероятные реакции при нейтрализации кислоты аммиаком:

1) Н3РO 4 + NН3 = NH4Н2РO4,

2) Н2SO 4 + NН3 + NН4Н2Р04 =NН4НSO4·NH4Н2РO4,

3) Н2SiF6 + 2NН3 =(NН4)SiF6,

4) R33O8O 4)6·6Н2O + NН3 = R3NН4Н8O4)6·6Н2O + Н2O,

5) R33O8O4)6·6Н2O + 3Мg2РO4)2 + 9NН3 + Н2SiF6 = 3RМg NН4(НР04)2F2 + 6 NH4Н2РO4 + 5SiO2 + 5Н2О,

6) 6 NH4НSO4·NH4Н2РO4 + NН3 =(NН4)2SO4+ NH4Н2РO4,

7) 6RМgNН4(НРO4)2F2+(NН4)2SiF6+4NН3+2Н20=6RМg(NН4)2(НРO4)2F3+ SiO2.

8) Мg2РO4)2 + NН3 =MgHPO4+ NН4Н2Р04

9) RNН4Н8O4)6·6Н2O + 2NН3 = ЗRNН4(НРO4)2 · 0,5Н2O + 4,5Н2O,

10) NH4Н2РO4 + NН3 = (NН4)2НРO4,

11) МgНРO4+(NН4)2НРO4 + 4Н2Og(NН4)2(НРO4)2·4Н2O

12) Мg(NН4)2(НРO4)2·4Н2O= МgNН4РO4·Н2O + NН4Н2РO4 + ЗН2O,

13) СаS04·2Н2O + 2NН33РO4 = СаНРO4+ (NН4)2SO4+2Н2O,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

14) 5СаНРO4 + 2NН3 + Н2O = Са5(Р04)3ОН + NН4Н2РO4

Все реакции идут параллельнос образованием моно- и диаммонийфосфата. При низких значениях pH образуются водорастворимые соединения (реакции 1—3)и цитратнорастворимые комплексы(реакции 4—5). При повышении рНдо 4,35 образуются комплексные фосфаты железа и алюминия (реакции 7и 9) и выпадают двузамещенные фосфаты кальция и магния (реакции 8и 13) [11]. Вязкостьаммонизированных фосфатных пульпво многом определяется наличиемэкстремальных точек на кривой растворимости чистого диаммонийфосфата. Однако в кислоте сдостаточно большим содержаниемпримесей (на основе фосфоритовКаратау) экстремальные значениявязкости пульп соответствуют мольному отношению NН33Р04=0,4[3],когда значительная часть примесейпереходит в осадок.[12]

2.3 Разработка и описание технологической схемы

производства диаммонийфосфата

Примерная схема стадий производства диаммонийфосфата представлена на рисунке 6.

Весь производственный цикл по производству ДАФ имеет 4 стадии.

Мелкая и крупная фракция

                             

4

1

2

3

    Сырье

                                                                              Продукт

Рисунок 6 – Примерная блок-схема стадий процесса синтеза аммиака:

1 –подготовка сырья, 2 – основное химическое превращение, 3 –выделение целевого продукта, 4 – придание товарной формы целевому продукту.

Первая стадия – подготовка сырья. Это изменение температуры  и  давления.

Вторая стадия – основное химическое превращение. Заключается в  процессе нейтрализации, продуктом которого служит пульпа диаммонийфосфата.

Третья стадия – аммонизация пульпы диаммонийфосфата.

Четвертая стадия –гранулирование и сушка продукта в барабанном грануляторе-сушилке.

          Принципиальная схема производства ДАФ представлена на рис.7

ДАФ получают из концентрированной фосфорной кислоты аналогично производству аммофоса.

Технологическая схема представлена на рис.8. В трубчатый реактор 1 подается жидкий и газообразный аммиак при их соотношении 1:(0,25÷3,0), соответственно, и фосфорнокислый раствор из сборника 6. Подача в трубчатый реактор 1 жидкого и газообразного аммиака осуществляется автоматически по расходу фосфорной кислоты из сборника 6. Соотношение жидкого и газообразного аммиака изменяют до 1:3,0, что определяет количество товарной фракции в гранулир

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

ованном продукте после барабанного гранулятора-сушилки 2.

                   NH3                                                                                                                                          H3PO4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Аммонизация фосфорной кислоты

Отходящие газы,

содержащие воду, аммиак

и фтор

Донейтрализация до требуемого мольного соотношения

Сушка

Стандартные стадии дообработки гранул

Упарка пульпы фосфата аммония

                                 NH3                                                                                                           

                Топочные газы

Готовый продукт

Рисунок 7-Принципиальная схема производства ДАФ

При увеличении количества газообразного аммиака содержание мелкой фракции в продукте увеличивается, а при уменьшении - уменьшается. Продукт реакции нейтрализации - пульпа диаммонийфосфата, имеющая температуру 147÷150°С, распыляется в барабанном грануляторе-сушилке 2 на слой продукта и высушивается топочными газами. Так как во время реакции нейтрализации выделяется большое количество тепла, то при увеличении соотношения жидкого и газообразного аммиака от 1:0,9 и выше, продукт высушивается преимущественно реакционным теплом. Высушенный продукт просеивается через грохот 3, крупная фракция измельчается в дробилке 4 и вместе с мелкой фракцией возвращается в барабанный гранулятор-сушилку 2, а товарная фракция 2÷4 мм охлаждается в охладителе 5. Воздух вместе с пылью диаммонийфосфата отсасывается из охладителя 5 вентилятором 14, очищается водой в абсорбере 13 и выбрасывается в атмосферу.

Рисунок 8–Схема производства диаммонийфосфата включающая одностадийную нейтрализацию жидкого и газообразного аммиака:

1-трубчатый реактор;2-гранулятор-сушилка;3-грохот;4-дробилка;5-охладитель;6-реакторный бак;7,9,12-сборники; 8-пробоотборник ;11,14-вентеляторы;10,13-абсорберы.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

Абсорбционная жидкость - раствор фосфатов аммония - из сборника 12 поступает в сборник второй ступени очистки газа 9, в который подается фосфорная кислота. В абсорбере 10 газ очищается от остатков аммиака и фтора и вентилятором 11 выбрасывается в атмосферу. Избыток фосфорнокислого раствора из сборника 9 подается в сборник 7 первой ступени очистки газов.

Из барабанного гранулятора-сушилки 2 газ с температурой 95÷110°С попадает в абсорбер первой ступени очистки газов, в котором мольное соотношение NH33PO4 повышается до 1,1÷1,3, а избыток жидкости попадает в реакторный бак 6, куда добавляется фосфорная кислота с концентрацией 52% по Р2O5 и серная кислота с концентрацией 92,5%. Из реакторного бака 6 фосфорнокислый раствор с температурой 80÷90°С и мольным соотношением NH33PO4=0,5÷0,7 подается в трубчатый реактор 1 для нейтрализации жидким и газообразным аммиаком.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

2.4 Расчёт материального баланса нейтрализатора в производстве ДАФ

Цель расчета: определение расхода реагентов, подаваемых в реактор, определение массы вещества подающихся в нейтрализатор.

Н

А

БС

Тр=140                               Т-?                                 Т=75                      Т=85   

Т(H3PO4)=70                      AlPO4-?                         Wн=2,5                       Wк=1

Тп=140                               P2O5-?                            AlPO4-?                    AlPO4-?       

NH3(ж)=100мас.%              FePO4-?                        P2O5-?                      P2O5-?

P=0,23МПа                         Н2О-?                           FePO4-?                  FePO4-?

                                                                                Н2О-?                      Н2О-?

Рисунок 9 –Схема материальных потоков :

Н-нейтрализатор; А-абсорбер; БС-барабанная сушилка.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

         Исходные данные:

Производительность линии по сухому продукту 25 т/ч.

Нейтрализацию ведут до мольного отношения NH3:H3PO4: в трубчатом реакторе – 1,35:1, в аммонизаторе–грануляторе – 1,8:1. Фосфорная кислота, подаваемая на нейтрализацию, содержит 40 мас. % Р2О5. Жидкий аммиак содержит 100 мас. %. NH3. Температура в реакторе 140 С. Температуры, С: поступающей кислоты 70; аммиака 20; пульпы 140. За счет тепла реакции аммонизации испаряется вода, поступающая с кислотой. Давление в смесителе 0,23 МПа. Влажность пульпы на выходе из трубчатого реактора 18 мас. %. В аммонизатор–гранулятор подается ретур с температурой 70 оС. Кратность подачи ретура равна 5. Температура гранул после аммонизатора 75 оС.

         Расчёт:

В  1000 кг H3PO4  (40 мас% P2O5)   содержится:

 кг  H3PO4  ,

где 98-молярная масса фосфорной кислоты, кг⁄кмоль;

и  1000 – 717,7 = 282,3 кг Н2О

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ

В результате обработки  фосфорной кислоты аммиаком образуется и испаряется некоторое количество воды. Состав образующейся массы определяется взаимодействием кислоты с содержащимися в ней примесями и аммиаком. В основу расчета количества получаемых солей берем следующие стехиометрические соотношения:
MgO + H
3PO4 + 2Н2О → MgHPO· 3Н2О       (1.1) 
СaO + H
3PO4 + Н2О → СаHPO· 2Н2О    (1.2)
Al
2O3 + 2H3PO4 → 2AlPO+ 3Н2О     (1.3) 
Fe
2O3 + 2H3PO4 → 2FePO+ 3Н2О     (1.4) 
2NH
3 + H2SiF6 → (NH4)2SiF      (1.5) 
2NH
3 + H2SO4 → (NH4)2SO4       (1.6) 
NH
3 + H2PO4 → NH4H2PO      (1.7) 
2NH
3 + H3PO4 → (NH4)2HPO      (1.8) 
При нейтрализации  раствора фосфорной кислоты аммиаком  получаются следующее соли, состав которых рассчитываем исходя из стехиометрических  коэффициентов:
1.
m(MgHPOх 3Н2О)  =,

где m (MgO)количество оксида магния, кг;

M(MgHPOх 3Н2О) молярная масса, кг⁄кмоль;

M(MgO) молярная масса оксида магния, кг⁄моль;

M(MgO)= 40 кг⁄моль;  M (MgHPOх 3Н2О)=174 кг⁄кмоль;

М(Н2О)=18 кг⁄моль; М(P2O5)=142 кг⁄кмоль.

 m(MgHPOх 3Н2О)= ==69,6 кг
в т.ч.  
m2О) =  =14,4 кг 
в т.ч. 
m(P2O5) =   кг ,
2.
m (СаHPO.  2Н2О) =,

где m(CaO) – количество оксида кальция, равное16 кг;

М(СаHPO.  2Н2О) –молярная масса равная 172 кг⁄кмоль;

М(CaO) - молярная масса оксида кальция, равная 56 кг⁄кмоль.

m (СаHPO.  2Н2О) =  кг 
в т.ч.  
m2О)  =  кг 
в т.ч. 
m(P2O5) =  кг ,
3.
m (AlPO4) =  кг ;

в т.ч m(P2O5) =  кг , 
где 102 и 122- молярные  массы  
AL2Oи AlPO4 кг ⁄кмоль;

5. m((NH4)2SiF6) =  кг 
в т.ч.
m(NH3) =    кг ,
где 178, 17, 19 - молярные  массы (NH
4)2SiF, NHкг ⁄кмоль;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

6. m((NH4)2SO4) =   кг ;
в т.ч.
m(NH3) =   кг ,
где 132, 80- молярные массы (NH
4)2SOи SO3 моль⁄кг  соответственно

Таким образом,  по этим стадиям связывается    P2O5
28,4 + 2,5 + 13,9 + 8,8 + = 53,6 кг ;
Тогда теоретически остальное количество связывается  с аммиаком для образования фосфатов аммония: 
1000 · 0,4 – 53,6 = 346,4 кг 

Аммиак связанный  по примесям: 
1,5 + 8,5 = 10 кг.
Но на данной стадии реакции подаем 100 кг аммиака.
Тогда на образования  фосфатов аммония  пошло аммиака: 
100 – 10 = 90 кг.
 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Количество NHнеобходимого для связывания всей оставшейся P2O( 346,6 кг) , исходя из условия H3PO4 : NH= 0,7 равно 39,1 кг

 При этом остается избыток аммиака: 
90 – 39,1 = 50,9 кг.

Избыток расходуется  на образование диаммонийфосфата, его  количество рассчитываем как:
m((NH4)2HPO)  кг ,

Количество моноаммонийфосфата: 

m((NH4)2HPO4)=   кг,
где 115 и 132 молекулярные  массы моно и ди - аммонийфосфатов моль⁄кг
Так как из  346,4 кг P
2O5  могло образоваться моноаммонийфосфата: 
m( (NH4)2HPO4)=346,4‒174,2=172,2 кг ,то после образования  диаммонийфосфата остается моноаммонийфосфата: 
264,5 – 172,2 = 92,3 кг ;
Тогда всего: 
NH
4H2PO  и  (NH4)2HPO= 246,4+92,3=338,7 кг ;

Тогда выход  сухих солей (с учетом кристаллизованной  воды) равен m(MgHPOх 3Н2О) +. m (СаHPO.  2Н2О) +m(AlPO4) + m (FePO4) + m((NH4)2SO4) =69,6 + 6,1 + 23,9 + 25,8+ 7,8 + 33 + 289,9 = 456,1 кг 
в том числе: 
m2О) кристаллизованная = 21,6 + 1,3 = 22,9 кг; 
Рассчитаем количество  P
2Oв полученных солях аммония: 
в NH
4H2PO 
m(P2O5)=   кг       m2О) =  кг 
в (NH
4)2HPO
m(P2O5)=    кг              m2О) =  кг 
Тогда осталось P
2O5
346,4 – 106,3– 57=183,1 

             Рассчитаем количество фосфорной кислоты, в составе  которой будет такое количество  P2O5 ,которая перейдет на следующую стадию. 
2О + P2O5    →  2H3PO4                     
m(H3PO4) =   кг 
m2О) =   кг 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО


Полученные данные внесём в таблицу 4

Таблица 4 - Материальный баланс стадии нейтрализации и аммонизации

Статья баланса

Количественная

характеристика показателя

Статья баланса

Количественная

характеристика показателя

кг/ч

мас.%

кг/ч

мас.%

Приход

Расход

1.Раствор H3PO4

В том числе:

1000

-

1.Пульпа, в том числе

MgHPOх 3Н2О

69,6

6,4

P2O5

520

47,3

СаHPOх 3Н2О

6,1

0,5

MgO

16

1,45

AlPO4

23,9

2,36

СаО

2

0,18

FePO4

25,8

2,18

Al2O3

10

0,009

(NH4)2SiF6

7,8

0,71

Fe2O3

10

0,009

(NH4)2SO4

33

3,01

Fe

5

0,0045

NH4H2PO4

92,3

8,44

SO3

20

0,018

(NH4)2HPO4

197,6

18,02

H2O

414

37,9

P2O5

303,1

27,72

2.NH3

100

9,09

H2O

115,3

10,54

2.Испаряющаяся вода

154

14,08

Всего

1100

100

Всего

1093

100

Таким образом, в результате расчёта материального баланса стадии нейтрализации, выявлен состав фосфорной кислоты и аммиака на входе в нейтрализатор и на выходе - 1100 и 1093 кг/ч соответственно, рассчитали погрешность вычислений:

,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Погрешность находится в пределах нормы.

2.5 Материальный баланс барабанной сушилки

в производстве диаммонийфосфата

Исходные данные

Влажность гранул, мас. %: после аммонизатора – 2,5, после сушилки – 1. Температура сушильного агента (топочных газов) на входе в барабан 200 С. Температура сушильного агента на выходе из барабана 85 С. Потери тепла 3 % от прихода. Температура возду ха на получение топочных газов 18 С, относительная влажность – 75 мас. %.Остальные данные, необходимые для расчета, – литературные и цеховые.

2.5.1 Параметры топочных газов, подаваемых в зону сушилки

В качестве топлива используют природный сухой газ следующего составав мас% :СН4 -92,0 ;  С2Н6 -0,5; Н2-5; СО-1; N2-1,5

Теоретическое количество сухого воздуха , затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно
          
 
где составы горючих газов выражены в объемных долях. Подставив соответствующие значения, получим в кг/кг:

.=17,68 кг/кг

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов (табл.5).

Таблица 5 - Теплоты сгорания 

Газ

Реакция

Тепловой эффект реакции кДж/м3

Водород

H2+0,5O2     H2O

10810

Оксид углерода

CO+0,5O2     CO2

12680

Метан

CH4+2O2   →  CO2+ 2H2O

35741

Ацетилен

C2H2+2O2   →   2CO2+ H2O

58052

Этилен

C2H4 +3O2 →  2CO2+ 2H2O

59108

Этан

C2H6+3,5O2 →2CO2+ 3H2O  

63797

Пропан

C3H8+5O2 → 3CO2+ 4H2O

91321

Бутан

118736 

Сероводород

23401

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Количество тепла выделяющегося при сжигании 1 м3 газа, равно
 0,92 ∙35741 + 0,005 ∙63797 + 0,05 ∙10810 + 0,01 ∙12680 = 33868 кДж.
Плотность газообразного топлива 
:

где  – мольная масса топлива, кмоль/кг; tT – температура топлива, равная 20 °С; v0 – мольный объем, равный 22,4 м3/кмоль.
Подставив значения, получим плотность газообразного топлива:

Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива:
                          
 кДж/кг.

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг 

сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха а, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси tсм = 500 °С. Значение а находят из уравнений материального и теплового балансов.
Уравнение материального баланса:

                           
 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО


 где  – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива; 
СтНп – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг. Полученные данные сводим в таблицу 6.

Таблица 6 – Результаты расчета материального баланса сушки ДАФ

Статья баланса

Количественная

характеристика показателя

Статья баланса

Количественная

характеристика показателя

кг/ч

м3/ч

об. %

кг/ч

м3/ч

об.%

Приход

Расход

CH4

55639

31158

92,0

CH4

30072

23320

60,9

C2H6

211

169

0,5

C2H6

8250

5082

17,7

H2

1284

1693

5,0

H2

3432

2908

7,8

CO

605

339

1,0

CO

11366

509

1,0

N2

362

508

1,5

N2

5420

2079

13,0

Всего

57890

33867

100

Всего

548540

33898

100

Рассчитаем погрешность вычислений:

Погрешность находится в пределах нормы. Следовательно, условие выполняется

Вывод: в результате расчета материального баланса  гранулирования ДАФ определен состав газовой смеси на выходе из барабанной сушилки. Объем газовой смеси на входе в сушилку составил 33867 м3/ч, на выходе 33898 м3/ч.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

2.6 Тепловой баланс нейтрализатора в производстве диаммонийфосфата

Цель расчёта: определение тепловой нагрузки нейтрализатора в производстве диаммонийфосфата, используя данные  материального баланса.

Исходные данные указаны в разделе «Материальный баланс нейтрализатора в производстве диаммонийфосфата».

Суммарная теплота смесителя-нейтрализатора определяется теплотами, вносимыми: кислотой (Qк), аммиаком (Qа), теплотами реакции (Qр). Тепло расходуется  для нагревания аммонизированной пульпы(Qп), и  при потерях в окружающую среду (Qпот):
Qр + Qк+ Qа = Qп+ Qпот;

Приход тепла.
С газообразным аммиаком:
Q
а = Ga  Ca  t,

где Ca-теплоёмкость аммиака, кДж⁄моль

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

t-начальная температура аммиака,
Q
а = 9879  1,541  20=456706 кДж
С фосфорной  кислотой:
Q
к = Gк  Cк  t,

где Cк-теплоёмкость фосфорной кислоты, кДж⁄моль,

t-температура подаваемой фосфорной кислоты,
Q
к = 53191  2,06  70=4382938 кДж

Теплота пульпы состоит из теплот реакций образования моноаммонийфосфата (Qмаф) и диаммонийфосфата (Qдаф) и определяется по формуле: 
Qр= Qмаф+ Qдаф;

Теплота реакции  образования моноаммонийфосфата (Qмаф) определяется по формуле:
Н
3РО4 + NН3 = NН4Н2РО4+75362кДж,
Qмаф =(184,5·73 392)/17 = 10484184 кДж,

где 184,5 - количество (в кг) вступившего в реакцию аммиака образования диаммонийфосфата из моноаммонийфосфата

Теплота реакции  образования диаммонийфосфата (Qдаф) определяется по формуле:
4Н2РО4 + NН3 = (NН4)2НРО4+96296кДж,
Q
даф =(46·96 296)/17= 4256832кДж,

где 46 - количество (в кг) аммиака, реагирующего с моноаммонийфосфатом
Q
р= Qдаф+ Qмаф ,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Qр =10484184 + 42562832= 53047016 кДж

         Расход  тепла.

         Для нагревания аммонизированной пульпы до 140  необходимо:
Q
п = 56422  2,608  140=20600800кДж,

где 56422-количество пульпы; 2 721 - средняя удельная теплоемкость пульпы, кДж/(кг·К);

Теплопотери в окружающую среду принимаем равными 3% от общего количества подводимой теплоты:
Q
пот = 0,03  Qприх
Q
пот = 0,03  20600800=618024кДж
Всего расходуется  теплоты:
Q
пот + Qп = 20600800+618024=21218824кДж

Избыток теплоты расходуется на испарение  воды:
53886660 -21218824=31828192 кДж

Количество испаряющейся воды составит :

31828192/0,974=32667354 кДж

Где 0,974 - скрытая теплота испарения воды при 140

Расчётные данные внесём в таблицу 7

Таблица 7- Тепловой баланс стадии нейтрализации и аммонизации

Статья

баланса

Количественная

характеристика показателя

Статья

баланса

Количественная

характеристика показателя

МДж/ч

%

МДж/ч

%

Приход

Расход

Теплота фосфорной кислоты

4382

7,6

Нагревание аммонизированной пульпы

20600

35,6

Теплота аммиака

456

0,8

Теплопотери в окружающую среду

618

1,0

Теплота реакций

53047

91,6

Испарившаяся вода

32667

56,4

Всего

57887

100

Всего

57887

100

2.7 Тепловой баланс барабанной сушилки

в производстве диаммонийфосфата

Цель расчёта: определение параметров сушильного агента, расходов сухого газа и воздуха, тепла и топлива на сушку

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Уравнение теплового баланса:
 (5)
где 
 – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95; ст – теплоемкость газообразного топлива при температуре tT = 20 °С, равная 1,34 кДж/(кгК); I0 –энтальпия свежего воздуха, кДж/кг;  – энтальпия сухих газов,кДж/кг;  – соответственно теплоемкость и температура сухих газов:  = 1,05 кДж/(кгК),  = 500 °С; х0 – влагосодеражание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре t020 °С и относительной влажности  = 80 %;  – энтальпия водяных паров, кДж/кг;  – теплота испарения воды при температуре 0 °С,равная 2500 кДж/кг;  – средняя теплоемкость водяных паров, равная 1,97кДж/(кгК); tn – температура водяных паров;  500 °C.

Решая совместно уравнения , получим:
       
(6) 

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:
 кг/кг.

Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению:

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 500 °С, равна:
                                 

Gс.г =1+4,61∙17,68-2,19=80,91 кг/кг

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

                                
 

G=2,19+4,61∙0.0092∙17,68=2,93 кг/кг

Влагосодержание газов на входе в зону сушки  на 1 кг сухого воздуха равно:
                                

откуда 
X1=2,93/80,31=0,036кг/кг
Энтальпия газов на входе в зону сушки:
                                 

I1=(51945∙0,95+1,34∙20+4,61∙17,68∙41,9)/80,31=657,3 кДж/кг

Поскольку коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-x.

2.7.1 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента

Из уравнения материального баланса определим расход влаги W, удаляемой из высушиваемого материала:
                                   

W=667∙(12-0,5)/(100-12)=87,12 кг/с

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса зоны сушки:
                             
  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

где  – разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, с – теплоемкость влаги во влажном материале при температуре , кДж/(кгК);  – удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту  = 0;  – удельный подвод тепла в сушилку с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае 0;  –удельный подвод тепла в сушильный барабан с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги;   – теплоемкость высушенного материала, равная 0,8 кДж/(кгК) [1];  – температура высушенного материала на выходе из сушилки, °С. При испарении поверхностной влаги принимают приблизительно равной температуре мокрого термометра tM при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим qпо I-х диаграмме по начальным параметрам сушильного агента: = 57 °С – удельные потери тепла в окружающую среду,кДж/кг.

        Подставив соответствующие значения, получим кДж/кг влаги.
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
                        
 или  

Пусть х = 0,1 кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда  кДж/кг сухого воздуха.
х2 = 0,107 кг/кг, I2 = 365 кДж/кг.

Расход сухого газа:
                                               

 
L=87,12(0,107-0,0248)=1058 кг/с

Расход сухого воздуха:
                                               
 

L=87,12(0,107-0,0092)=890,79 кг/с

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Расход тепла на сушку:
                                                
Q=1059(392-41,9)=3,027 кДж/с

Расход топлива на сушку:
G=3,027/51954=0,00005 кг/с

Поученные данные сведём в таблицу 8

Таблица 8 – Результаты расчета теплового баланса зоны сушки

Статья

баланса

Количественная

характеристика показателя

Статья

баланса

Количественная

характеристика показателя

МДж/ч

%

МДж/ч

%

Приход

Расход

Qр

27240

54,8

Qвых

51945

97

Qвх

26825

45,2

Qпот

2130

3

Всего

54065

100

Всего

54065

100

Вывод: в результате расчета теплового баланса определен расход сухого газа и воздуха 1058 и 890,79 кг⁄с соответственно, а также расходы тепла и топлива на сушку составили 3,027 и 0,00005 кг⁄с соответственно, расход влаги,удалемой из высушиваемого удобрения составил 87,12 кг⁄с

м

ист

кум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

3. РАСЧЁТ ОСНОВНОГО И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Расчет основных размеров БГС

Расчет основных размеров БГС сводится к определению объема сушильного барабана Vб, длины и диаметра барабана. Объем барабана складывается из объема необходимого для сушки Vсуш иобъема для прогрева материала.

Vб = Vсуш + Vпрогр     

Объем необходимый для сушки материала можно определить по формуле:

,

где  Кv – объемный коэффициент массопередачи; с-1   

ΔХср – средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3

Движущую силу массопередачи ΔХср определяем по уравнению:

,   

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

ΔХб = Х1* - Х1 – движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3

ΔХм = Х2* – Х2 – движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3

Δрб = р1* – р1 - движущая сила в начале процесса сушки, Па

Δрм = р2* – р2  – движущая сила в конце процесса сушки, Па

Х1*, Х2*  – равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из нее, кг/м3

р1*, р2* – давление насыщенных паров над влажным материалом в начале и конце процесса сушки, Па. Их значения пределяются по температуре мокрого термометра сушильного агента в начале tм1 и в конце tм2 процесса сушки.

По диаграмме Рамзина (см.приложение 1)найдем:tm1 = 57 оC,р1* = 18498 (Па),tm2 = 56 о2* =17109 (Па);

р1, р2– давление водяных паров в газе в начале и конце процесса сушки, Па. Их определяют по формуле:

,     

где Х – влагосодержание на входе или на выходе из сушилки.

Тогда на входе в сушилкуp1 = (0,036/18∙105) / (1/29 + 0,036/18) = 5482 Па

на выходе из сушилки

р2 =(0,107/18∙105) / (1/29 + 0,107/18) = 14704 Па

Δpср = ((18498–5482) − (17109 − 14704)) / ln(16,7) = 3768 Па

Откуда ΔХср по  уравнению 18 будет равно:

ΔХср = 3768∙18 / (105∙22,4∙((273 +560)/273)) = 0,0099 (кг влаги/м)

tср = (tвх + tвых) / 2 = 500 + 120 / 2 = 560  0С

Для барабанной сушилки коэффициент массотдачи βv может быть

вычислен по эмпирическому уравнению:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

где

ρср – средняя плотность сушильного агента, кг/м3

ρср = М∙Т0 / (V0(T0 + tср)) = 29∙273 / (22,4∙(273 + 560)) = 0,424 кг/м3

с – средняя теплоемкость сушильного агента,

с = 1 кДж/(кг∙К)

β – степень заполнения барабана высушиваемым материалом, %

р – среднее парциальное давление водяных паров в сушильном барабане, Па

p = (p1 + p2)/2 = (5482 + 14704)/2 = 10093(Па)

ω – рабочая скорость сушильного агента в барабане, м/с

n – число оборотов барабана ( изменяется в реальных барабанах от 2 до 12 об/мин)

Уравнение 20 справедливо для значений:

ωρср = 0,6 . 1,8 кг/м2∙с

n = 1,5 -5 об/мин

β = 10 -25 %

Если указанные пределы не соблюдаются, то объем барабана можно рассчитывать

по величине объемного напряжения по влаге:

,     

где Аv - значение объемного напряжения по влаге

Скорость газов в барабанах выбирается в зависимости от размеров частиц и насыпной плотности высушиваемого материала по таблице 6[12].

Таблица 6 «Выбор рабочей скорости газов в сушильном барабане».

    

Размер частиц, мм

Значение скорости ω при насыпной плотности

350

1000

1400

1800

2200

0,3 – 2

0,5 – 1,0

2,0 – 5,0

3,0 – 7,5

4,0 – 8,0

5,0 – 10,0

Более 2-х

1,0 – 3,0

3,0 – 5,0

4,0 – 8,0

6,0 – 10,0

7,0 – 12,0

Степень заполнения барабана зависит от конструкции перевалочных устройств:

подъемно – лопастные допускают β = 12 -14

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

Принимаем:ω = 2,3 м/с,n = 5 об/мин,β = 12 %

          

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ

Д. КР. 24030

. 000. 010 П

Тогда объем сушильного пространства рассчитывается по формуле 2 и равен:

Vсуш = 0,348 / 0,48∙0,0099 = 73,23 м3; 

Объем барабана необходимый для прогрева влажного материала определяют по уравнению:

,    

Vп = 151,63 / 0,3127∙245 = 1,98 м3;

Общий объем сушильного барабана равен:

Vб = Vсуш + Vпрогр = 73,23 + 1,98 = 75,21 м3;

Определим действительную скорость газов в барабане:

,    

где Vг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м3

,     

хср – среднее содержание влаги в сушильном агенте, кг/кг

Vг =

Тогда:

ω = 6,1 / 0,785∙1,82 = 4,22м/с;

Время пребывания материала в барабане:

,     

где Gм = Vβρм = 75,21 * 0,12 * 1100 =10830   

Отсюда

τ = 10830 / (3,3 + 0,348/2) = 3117 с;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

По таблице [12] выбираем барабанную сушилку № 7207 со следующими характеристиками: объем V = 74 м3, диаметр d = 2,8 м, длина l = 12 м.

Зная время пребывания, рассчитаем угол наклона барабана α:

                           ,     

α = (30∙12/2,8∙5∙9117 +0,007∙4,22)∙(180/3,14) = 1,940;

К основным геометрическим параметрам зоны гранулирования относится площадь газораспределительной решетки S, м

.

S=690/4,22∙1,125=145

Диаметр аппарата D определяется из ранее рассчитанного сечения газораспределительной решетки, м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

45

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

D=

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ООРУДОВАНИЯ

4.1 Расчет вытяжного циклона.

Для выделения частиц сухого материала из воздуха, выходящего из барабанной сушилки, выбираем циклон конструкции НИИОГАЗ серии ЦН-24. Для циклона ЦН-24 оптимальная скорость воздуха 4,5 м/с [13].
Определим необходимую площадь сечения циклона:

                                                         
где νг – объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана, м3/с; ωопт – оптимальная скорость воздуха в циклоне, м/с.

F=17,22/4,5=3,82м2
Диаметра циклона,м                                        .

                                                

Диаметр циклона округляем до стандартного значения D = 2,4 м [14].

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

         Действительная скорость воздуха в циклоне:

   м/с.

Действительная скорость не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15%. Данное условие сохранилось.
Определим потери давления в циклоне:
                                               
где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления; ρ – плотность воздуха при рабочих условиях кг/м3.
ξ для циклона ЦН-24 равно 80 [15].
        Плотность воздуха при рабочих условиях определим по формуле:


где ρ0 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; t2 – температура воздуха на выходе из сушилки, оС.

кг/м3.

Тогда потери давления в циклоне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

4.2 Расчет вытяжного вентилятора

Для транспортировки сушильного агента через сушильную установку применяют вытяжной вентилятор. Расчет ведем по летним условиям, так как летом нагрузка на вентилятор больше. Для его выбора рассчитываем полное гидравлическое сопротивление установки:
                                        ∆Р = ∆Рб.с +∆Рц +∆Рр.ф + ∆Рп    
Где ∆Рб.с, ∆Рц, ∆Рр.ф, ∆Рп, - гидравлическое сопротивление соответственно барабанной сушилки, циклона, рукавного фильтра, трубопровода, в Па.

∆Рб.с для сушилок диаметром до 2.8 м. составляет 20-35 мм. вод. ст. = 196-343 Па. [16].
Примем:∆Рб.с = 343 Па,∆Рц = 808 Па,∆Рр.ф = 2000 Па.

Примем скорость воздуха в трубопроводе ωтр = 25 м/с.

Диаметр трубопровода:
                                                 
Где V = 8.92 * 1.4 = 12,43;
d = 0,796 м.
Примем диаметр d = 800 * 15 мм, ωтр = 24,73 м/с.
Температура воздуха на входе в сушилку 500 ОС, на выходе из рукавного фильтра примем t = 70 ОС.Средняя температура: tср = (500+70)/2 =285 ОС.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

37

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 013 ПЗ

ρ=1,04 кг/м3 [15]
μ=2,2*10-5 Па*с
Re = (24,73*0,8*1,04)/2,2*10-5 = 9,35*105

Примем, что трубы были в эксплуатации и имеют незначительную коррозию. Тогда ∆=0,15 мм. Получим: e = 1,5*10-4 / 0,77 = 1,95*10-4,
10/e = 51282< Re = 935000< 560/e = 2871795.
Так как Re попадает в этот промежуток, расчет λ следует проводить для смешанного трения:

                                          

λ = 0,11*(1,95*10-4 + 68/935000)0,25 = 0,014 м.
Определяем коэффициенты местных сопротивлений [17]:
1) вход в трубу (принимаем с острыми краями);   ξ1=0,5
2) колено с углом 90О;   ξ2=1,1
3) выход из трубы;  ξ3=1,0
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

Гидравлическое сопротивление трубопровода:
ΔРn = (0,014/0,77 + 4,8)*1,04*24,732/2 = 1642 Па.
Избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления всей установки и трубопровода:

ΔР = 343 + 808 + 2000 + 1642 = 4793 Па.
Таким образом, необходим вентилятор высоко давления. Полезную

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ

мощность его находим по формуле:
Nn = V* ΔР = 12,83*4793 = 60 кВт.
В центробежных насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях ηпер = 1.
ηн центробежных насосов большой подачи примем равной 0.9.

N = Nn/( ηпер* ηн) = 66,67 кВт.

Выбираем газодувку ТВ-450-1,08, которую можно считать вентилятором высокого давления, со следующими характеристиками:
Q=7,50 м3/с; ∆р=8000 Па; п=49,5 с-1; электродвигатель типа А2-92-2; N=125 кВт; ηдв=0,94.

4.3 Технологический расчёт рукавного фильтра
Для дальнейшей очистки воздуха после циклона устанавливаем рукавный фильтр. Фильтрующая поверхность аппарата определяем из выражения:
                                            
где Vп – объем газа, поступающего на очистку, м3/ч;
Vр – объем газа или воздуха, расходуемого на обратную продувку, м3/ч;
q – удельная газовая нагрузка при фильтровании, м3/(м2*мин);
Fp – фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерации в течение 1 ч, м2.
      Для фильтров с импульсной продувкой, в связи с кратковременностью процесса регенерации, поверхностью фильтра, выводимой из процесса фильтрации на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку, можно пренебречь.С достаточной для практических расчетов точностью удельная газовая нагрузка в рукавных фильтрах может определяться из следующего выражения:

                                     q = qн·С1·С2·С3·С4·С5  
где qн – нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склон

ности к агломерации, м3/(м2·мин):
qн = 2,6 м3/(м2·мин).
С1 – коэффициент, характеризующий особенность регенерации фильтровальных элементов. Для коэффициента, учитывающего влияние особенностей регенерации фильтровальных элементов, в качестве базового варианта принимается фильтр с импульсной продувкой сжатым воздухом с рукавами из ткани.
Для этого аппарата коэффициент C1 = l [18]. 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

50

ЧГУ Д. КР. 240301. 000. 010 ПЗ


С2 – коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку.
С2 = 0,9 [19].
С3 – коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе.
С3 = 1,2 [19].
С4 – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа. 
С4 = 0,78 [19].
C5 – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.
С5 = 1 [7].
q = 2,6·1·0,9·1,2·0,78·1 = 2,2 м3/(м2·мин).
Определим фильтровальную площадь:
 м2.
Выбираем рукавный фильтр с импульсной продувкой ФРИП-540, фильтровальная площадь которого 540 м2, допустимое давление (разряжение) внутри аппарата 5 кПа.
Расчётные данные вносим в табл.7

Таблица 7 – Основное и вспомогательное оборудование

№ по порядку

позиции по схеме

Наименование и тип аппарата

Краткая техническая характеристика

Кол.

1

2

Барабанная гранулятор-сушилка

Объем – 75,21 м3.

Диаметр – 2,8 м

Высота - 11 м.

Площадь распределительной решётки - 145 м2

1

2

8

Вытяжной циклон

Объем - 121 м3

Диаметр – 42,2 м

Высота - 16,0 м

Площадь сечения - 3,82 м2

2

3

11

Рукавный фильтр

Фильтровальная площадь – 472 м2

Объем – 25 м3.

Диаметр – 2,9 м.

Высота – 2,0 м.

1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 018 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 018 ПЗ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате  разработки технологической схемы производства диаммонийфосфата установлено, что:

  1.  Выбранный способ производства диаммонийфосфата с использованием одностадийной нейтрализации жидкого и газообразного аммиака является наиболее целесообразным, вследствие сравнительно небольшого количества энергозатрат и сравнительного увеличения производительности.
  2.  На технологический процесс получения фосфатов аммония оказывают влияние примеси, присутствующие в фосфорной кислоте, ее концентрация, температура, давление и другие факторы 
  3.  Практический режим нейтрализации должен быть таким, чтобы образующаяся в смесителях (нейтрализаторах) пульпа обладала достаточной подвижностью. Вязкая пульпа трудно перекачивается насосами и плохо поглощает аммиак. Вязкость аммофосной пульпы зависит прежде всего от концентрации исходной фосфорной кислоты, а также от растворимости фосфатов аммония, температуры и других факторов.
  4.  Основым сырьем для производства диаммонийфосфата служат аммиак и фосфорная кислота.
  5.  Разработана принципиальная схема производства диаммонийфосфата, являющаяся наиболее оптимальной, так как позволяет снизить энергозатраты на производство и увеличить производительность.
  6.  В результате расчета теплового баланса стадии нейтрализации определен приход теплоты в систему. Он составляет 57887 МДж/ч. В результате расчёта теплового баланса стадии сушки диаммонийфосфата общий приход теплоты составил 54065 МДж/ч.
  7.  В результате расчета материального стадии нейтрализации определен состав фосфорной кислоты на выходе из системы, а также состав топочных газов на выходе из барабанной сушилки. 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ ВО

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ПЗ ВО

  1.  Обзор рынка диаммонийфосфата в СНГ., Объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленнсти.,Москва,2008 Электронный ресурс:  files/demo_file/2464.pdf– 2008
  2.   Гришаев И.Г., Гриневич В.А.Основы техники гранулирования. – М.: Химия, 1982.272с.
  3.  Патент РФ 142298, МПК7 G 01V 9/00 Способ получения диаммонийфосфата / Ракаускас Б.Л., Рахманова О.А., Бондаренко И.П., Плисс А.Е., Мелентьев В.А.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. проф. Я.В. Самойлова (ОАО "НИУИФ").; – 678210/23; заявл. 05.09.2001; опубл. 20.09.2001. – 4 с.
  4.  Патент РФ 2152374, МПК7 C05B7 Способ получения диаммонийфосфата / Черненко Ю.Д, Хувес Я.Э, Сущёв В.С.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. проф. Я.В. Самойлова (ОАО "НИУИФ").; – 678210/23; заявл. 25.07.2003; опубл. 20.09.2001. – 5 с.
  5.  Патент РФ 2224712, МПК7 C01C1/04 Способ получения диаммонийфосфата /Калеев И.А., Гриневич А.В.,Маркова М.Л.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. проф. Я.В. Самойлова (ОАО "НИУИФ").; – 678210/23; заявл. 17.11.2001; опубл. 20.09.2001. – 4 с.
  6.  Патент РФ 2026849 МПК7 C01C1/04 Способ производства диаммонийфосфата/Бабкин В.В.,Бродский А.А.,Колпаков Ю.А; .; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. проф. Я.В. Самойлова (ОАО "НИУИФ").; – 678210/23; заявл. 17.11.2001; опубл. 20.05.2006. – 8 с.
  7.  ГОСТ 6221-90 – Диаммонийфосфат гранулированный. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2011. – 20 с.
  8.  ГОСТ 8515-75– Диаммонийфосфат.Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2007. – 19 с.
  9.  Кононов А. В., Стерлин В. Н.  Основы технологии комплексных удобрений. – М.:Химия 1988. –318 с.
  10.  Технология фосфорных и комплексных удобрений / Под ред. С. Д. Эвенчика, А. А. Бродского. – М.: Химия, 1987. – 464 с.
  11.  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ. Д. КП. 240301. 000. 010 ВО

Кочетков В. Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. – М.: Химия, 1982. – 400 с.

3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37941. ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА 168.5 KB
  11 Изучение свободных незатухающих колебаний пружинного маятника.11 Изучение затухающих колебаний пружинного маятника12 5. Изучение вынужденных колебаний пружинного маятника.14 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10 ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА Цель работы Изучение свободных незатухающих свободных затухающих и вынужденных колебаний пружинного маятника.
37942. Изучение собственных колебаний струны 137 KB
  Колебания струны5 3.10 Лабораторная работа № 11 а Изучение собственных колебаний струны 1. Цель работы Изучение собственных колебаний струны. Колебания струны В закрепленной с обоих концов натянутой струне при возбуждении поперечных колебаний устанавливаются стоячие волны причем в местах закрепления струны должны располагаться узлы.
37943. Определение ускорения силы тяжести при свободном падении тела 374 KB
  Центростремительное ускорение соответствующее движению Земли по орбите годичное вращение гораздо меньше чем центростремительное ускорение связанное с суточным вращением Земли. Поэтому с достаточной точностью можно считать что система отсчета связанная с Землей вращается относительно инерциальных систем с постоянной угловой скоростью суточного t = 86400 с вращения Земли . Если не учитывать вращение Земли то тело лежащее на ее поверхности следует рассматривать как покоящееся сумма действующих на это тело сил равнялось бы тогда...
37944. Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла 188 KB
  12 Лабораторная работа № 13 Изучение закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла 1. Цель работы Изучение закона сохранения энергии на примере движения маятника Максвелла. Диск маятника представляет собой непосредственно сам диск и сменные кольца которые закрепляются на диске. При освобождении маятника диск начинает движение: поступательное вниз и вращательное вокруг своей оси симметрии.
37945. НАКЛОННЫЙ МАЯТНИК 252 KB
  Изучение силы трения качения. Определение коэффициента трения качения. Со стороны поверхности на тело действует сила трения FТР. Тело скользит по поверхности со скоростью на него действует сила трения совершающая отрицательную работу вследствие чего полная механическая энергия системы уменьшается т.
37946. Изучение закона сохранения момента импульса с помощью гироскопа и определение скорости его прецессии 695 KB
  12 Лабораторная работа № 15 Изучение закона сохранения момента импульса с помощью гироскопа и определение скорости его прецессии 1. Цель работы Изучение гироскопического эффекта и закона сохранения момента импульса с помощью гироскопа. Определение скорости прецессии гироскопа измерение угловой скорости вращения маховика гироскопа и момента инерции гироскопа. Справедливость этого закона можно проверить с помощью гироскопа.
37947. Определение коэффициента Пуассона воздуха методом адиабати 445 KB
  1 Определение коэффициента Пуассона воздуха методом адиабатического расширения: Методические указания к лабораторной работе № 16 по курсу общей физики Уфимск. В работе определяется коэффициент Пуассона воздуха методом адиабатического расширения основанным на измерении давления газа в сосуде после последовательно происходящих процессов его адиабатического расширения и изохорного нагревания.8] Список литературы ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ВОЗДУХА МЕТОДОМ АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ 1. Цель работы Определение...
37948. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И ЗАКОНОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА 146.5 KB
  1 Экспериментальная проверка уравнения состояния и законов идеального газа: Методические указания к лабораторной работе № 17 по курсу общей физики Уфимск. В работе изучается взаимосвязь параметров задающих состояние идеального газа и закономерности их изменения. Контрольные вопросы [7] Список литературы ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И ЗАКОНОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА 1.
37949. Определение коэффициента Пуассона воздуха акустическим методом 128 KB
  Обратимся к молярным теплоемкостям идеального газа при постоянном объеме и при постоянном давлении. Внутренняя энергия идеального газа – это энергия теплового движения молекул и атомов в молекулах. Следовательно средняя энергия теплового движения молекулы идеального газа равна 2. Внутренняя энергия  молей газа равна 2.