毕业论文年产18万t磷酸一铵工程项目工艺设计P2O5进口含量：21.32%.doc
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摘要 2
第1章总论[1][3] 5
1．1设计项目 5
1.2磷酸一铵的社会价值和经济利益 5
1．2．1磷酸一铵的主要用途和在农业上的重要作用 5
1．2．2磷铵工业发展简史 6
1.2.3国内磷酸铵工业概况 7
1．2．4世界磷铵工业概况及其磷产品贸易 9
1．2．5原料分布 9
1．3厂址选择 11
1．3．1建厂位置的选择原则 11
1.3.2厂址地理位置、气象、水文、地质、地形等自然条件和社会经济现状 12
1．4工厂规划 15
1．5工作制度 16
1．5．1年工作制度的确定 16
1.5．2公司的年工作制度 17
第2章工艺[1][2][5] 18
2．1磷酸一铵生产原理 18
2．1．1磷酸一铵性质 18
2．1．2磷酸一铵技术要求 19
2．1．3磷酸一铵生产机理 19
2．2工艺流程的确定 20
2．2．1磷酸铵的生产方法 20
2．2．2磷酸铵生产的工艺流程 21
2．3设备选择论证 25
2.3.1中和反应器 25
2.3.2.料浆浓缩加热器 26
2.3.3喷浆造粒干燥机 27
2．3．4破碎系统设备 27
2．3．5冷却系统设备 28
2．3．6筛分系统设备 28
2．3．7输送系统设备 28
2．3．8除尘系统设备 28
2.4工艺参数 28
2．4．1反应pH的选择与控制 28
2．4．2中和浓缩系统的生产操作控制 29
2．4．3喷浆造粒工艺控制 30
2.5工艺计算[21]，[22] 31
2.5.1物料衡算 31
2.5.2能量衡算 41
2.5.3主要设备的工艺计算 57
第3章非工艺部分 69
3．1环境保护 69
3．1.1磷铵工业废水 69
3．3安全措施 73
参考文献 75
年产18万t磷酸一铵工程项目工艺设计
（P2O5进口含量：
21.32%）
摘要
磷铵是复合肥料最主要品种，养分含量高，物理性质和农化性质优良，可作为肥料直接施用，是一种适用于所有土壤作物且增产效果显著的高浓度氮磷复肥，也可作为复混肥和液体肥料的重要磷源。
磷酸一铵现存的生产方法主要是两种，一种是先对生产出来的磷酸进行浓缩后进行中和，这种方法成为浓缩法，另一种是中和之和进行浓缩，这种方法成为料浆法。
设计选择料浆浓缩—喷浆造粒干燥工艺生产粒状磷酸一铵产品。
该工艺技术路线对磷矿的适应性广泛、流程短、设备少、腐蚀轻、投资省、原材料消耗及能耗低、操作稳定、产品物性好,经生产实践的不断考验和完善，流程合理，操作简便，设备和技术完全国产化，装置大型化设计和生产的条件成熟。
关键词：
磷酸一铵，传统法，料浆法，工艺设计
Technologicaldesignofan180,000tMonoammoniumphosphateengineeringproject
（Import21.32%P2O5content）
Abstract
Ammoniumphosphateisthemostmainvarietiescompoundfertilizer,highnutrientcontent,physicalpropertiesandchemicalpropertiesisgood,canbeusedasfertilizerapplicationdirectly,isakindofapplicabletoallthesoilandcropyieldhighconcentrationsofnitrogenphosphate&compoundfertilizereffect,butalsocanbeusedasfertilizerandliquidofphosphorusfertilizerimportantsource.
Linsuanyianexistingproductionmethodismainlytwokinds,onekindisfirsttoproductionoutofthephosphoricacidconcentrationonafter,thismethodbewithpressure,andtheotheristhesumofconcentration,andonthismethodbepulpmethod.
Designchoicesslurryconcentration—dryingprocessSpherodizingmonoammoniumphosphateproductionofgranularproducts.Thetechnologyroutetotheadaptabilityextensivephosphaterock,ashortprocess,equipmentsmall,lightcorrosion,investment,rawmaterialconsumptionandlowconsumption,stableoperation,productsweregood,productivepracticeofthetestandrefineprocessesreasonable,easytooperate,equipmentandtechnologyiscompletelydomestic,largedevicedesignandproductionconditionsareripe.
Keywords:
monoammoniumphosphate,Thetraditionalmethod,Slurry,ProcessDesign
第1章总论[1][3]
1．1设计项目
年产18万吨磷酸一铵工程项目工艺设计，其中P2O5进口含量为21.32%，P2O5利用率为99%，中和度1.02，产品磷铵含水量为1%。
表1-1进口湿法磷酸组成（%）
P2O5
SO3
Fe2O3
AI2O3
MgO
F
21.32
1.25
1.11
0.90
1.38
1.4
1.2磷酸一铵的社会价值和经济利益
1．2．1磷酸一铵的主要用途和在农业上的重要作用
磷酸一铵（MAP）和磷酸二铵（DAP）合称为磷铵，是复合肥料最主要品种。
磷铵养分含量高，物理性质和农化性质优良，可作为肥料直接施用，是一种适用于所有土壤作物且增产效果显著的高浓度氮磷复肥，也可作为复混肥和液体肥料的重要鳞源。
聚磷酸铵养分含量高，因其对金属离子有鳌合作用，故在土壤中不易退化，它既可作微量元素肥料的载体，也是液体肥料的优良原料。
尿磷铵和硝磷铵是高浓度氮磷复肥，所含尿素氮和硝态氮各具独特的农化性质。
硫磷铵物性好，不吸潮，含有植物需要的硫养分，对缺硫土壤特别适用。
磷是组成原生质、核细胞的重要元素，它能促进作物开花结果，提高籽实的质量。
作物吸收的养分，必须是溶解状态的，即能够溶解于土壤的水中或作物根系分泌的弱酸中，呈离子或分子状态存在。
化肥进入土壤后，主要是呈离子状态被作物吸收的。
H2PO4¯最易被作物吸收，HPO4¯次之。
磷酸一铵在土壤中溶解后PH在4.4左右，以NH4﹢和H2PO4¯存在，有利于被作物吸收。
农业生产是一个能量和物质的转化与循环过程。
在农业内部再循环部分是很小的。
大部分随农产品的收获而转移到社会的各个方面，因此，必须从外部投入必要的能量和物质作为补偿。
在各种能量和物质的投入中，化肥约占50%，对农业增产所起的作约占40%。
因此，施用化肥是提高粮食单产的极其重要的措施。
当前，中国施用氮肥量较多，而施磷肥、钾肥量相对较少。
氮磷钾比例严重失调，多氮少磷缺钾现象严重。
这也成为农业增产的一大障碍。
今年来，虽然磷钾肥的发展很快，但是仍然不能满足要求。
据最新统计，国产花费的氮磷钾比例为N：
P2O5：
K20=1：
0.31：
0.013，农业部门提出的要求是1：
0.5：
0.4，故磷肥与钾肥施用量的差距很大。
中国21亿亩耕地中，可供作物吸收的速效性与缓效性的磷钾含量均很低。
耕地中严重缺磷（土壤中速效磷<5mg/Kg）与中等缺磷（土壤中速效磷<10mg/Kg）的土壤约占总耕地面积的三分之二。
因此，发展磷钾肥对中国农业增产十分重要。
造成上述缺磷状况的主要原因是中国化肥生产中磷钾肥或含磷钾高的复合肥料所占比例太低。
例如，磷铵是最受欢迎的高浓度磷铵复肥，在发达国家，其产量已占磷肥总量的70%，但在中国经过近十年的大力发展后，到1998年还不到磷肥总产量的20%。
以上分析表明，为了农业增产的需要，今后中国在发展磷肥的同时，必须大力发展磷肥与钾肥。
1．2．2磷铵工业发展简史
早在1920年，美国氰铵公司（AmericanCyanamidCompany）即开始生产MAP。
到20世纪30年代初期，加拿大Dorr公司管理的工厂进行了MAP的生产。
从1940年到1955年在美国和欧洲相继建立了许多类似的工厂，一般采用3个氨中和槽，将含P2O536%~38%的磷酸加到第一中和槽，通氨到H3PO4的第一个H﹢有80%被中和，其余的氨加入第二中和槽，只有少量的氨加入第三中和槽。
当需提高产品氨含量时，可在第一中和槽加硫酸。
将中和料浆加入双轴造料机中，用8~12倍的返料进行造粒后，在转筒干燥机中进行干燥。
干燥后的颗粒进行筛分，合格粒子作产品，粗粒粉碎后与粉粒一起作返料。
20世纪50年代初，美国TennesseeValleyAuthority（简称TVA）研制了转鼓氨化造粒机，首先用于普钙或重钙的氨化与造粒，并于1956年获准专利。
这种造粒机简单、耐用，从过磷酸钙到MAP、DAP和NPK三元复合肥均可用它进行造粒，这在化肥工业上是一项重大的技术革新。
从此，预中和-转鼓氨化造粒便成为生产磷铵和颗粒复合肥的通用流程。
但这种流程的缺点是预中和设备庞大和只能用P2O5质量分数小于40%的磷酸进行氨中和（为避免料浆过稠不便操作和输送），因而干燥产品要消耗较多燃料。
20世纪70年代初,美国TVA对管式反应器进行10多年的研究之后，建立起中试装置，用管式反应器代替预中和槽，将磷酸和氨同时通入反应管中，剧烈的中和反应后生成的料浆借自身压力直接喷洒在造粒机返料上进行造粒。
在磷酸浓度足够高的条件下，利用反应热可以除去酸中大量水分，甚至可不必进行产品干燥。
管式反应器的开发成功，是化肥工业又一重大技术进步。
20世纪70~80年代，磷铵生产技术革新的重点是降低能耗、提高设备生产能力、降低原料消耗和减少环境污染。
在采用管式反应器和高效氨回收设备后，有的流程已经实现不需干燥工序，氨回收率达到99%以上，设备生产能力较前提高20%~40%。
世界磷矿经过几十年的开采已逐渐趋于贫化，优质磷矿明显减少。
前苏联两大磷矿之一的卡拉-塔乌磷矿是含铁、铝、镁等杂质较高的磷矿，富集问题未很好解决，不适于作为生产浓缩磷酸的原料。
他们在20世纪60~70年代进行了大量的研究开发工作，绕开了浓缩磷酸的困难，改为浓缩结垢较少且垢层也易于清洗的氨中和料浆，并于1969年建成了第一套料浆浓缩法生产磷铵的工业装置。
在此基础上先后建成了单系列规模为13tP2O5/a的5个料浆法磷铵厂，总生产能力约占前苏联磷铵总产量的三分之一。
中国南京化学工业公司磷肥厂于1966年建成第一套3万t\a磷铵的工业装置，20世纪70年代有相继在安徽、江西、云南、广东等地建成12~24万t\a磷铵的工厂，均采用浓缩磷酸为原料。
为了充分利用中国储量丰富、杂质含量较高的磷矿，原成都科技大学和四川银山磷肥厂借鉴国外经验，于1983年成功开发了中和料将浓缩法制磷铵工艺，并在1984年和1987年先后完成喷雾干燥制粉状磷铵和喷浆造粒制粒状磷铵两种流程的中试。
1988年在银山磷肥厂完成料浆浓缩、喷浆造粒、干燥的3万t\a磷铵工业实验。
1996年四川硫酸厂与原成都科技大学合作建成6万t\a磷铵工业装置。
由南京化学工艺公司设计院完成了3万t/a磷铵的通用设计，并在全国推广。
20世纪80~90年代先后从国外引进了多项先进的磷酸和磷铵生产技术。
在磷铵方面有美国的Davy-Mckee管式反应-转鼓氨化造粒制MAP，DAP和NPK复合肥技术（南京，大连，云南），法国AZF双管反应器制DAP技术，西班牙ERT-ESPINDESA单管反应，一次氨化制MAP和DAP技术（广西鹿寨）等。
这批大型工厂的建成，对加速中国磷肥业的发展和技术进步起嘞促进作用，有力地推动了我国磷复肥的生产。
1.2.3国内磷酸铵工业概况
1．2．3．1国内磷铵工业发展情况
国内磷铵工业自60年代初完成以开阳磷矿萃取磷酸为原料制造粒状磷铵肥料中间实验后，在南京建设了第一套年产3万吨磷铵装置，并与1966年试车投产，从此揭开了中国磷铵生产的历史。
但是直到20年后，中国才从两个方面加快了磷铵的发展步伐。
（1）引进技术建设大中型磷铵装置70年代末、80年代初国内磷铵工业有了较快发展，各种不同规模、不同生产方法和工艺流程的磷铵生产装置已建成近100套。
表1-2磷铵装置及其规模至1994年建设情况
序号
工厂所在地
装置规模
万t\a
装置
套数
最终产品
生产方法
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
棉竹、贺兰山
银山、谷阳、什邡
徐州、昆明
银川、各旧等
德阳、马鞍山
内江、锦州
华县、湛江
铜陵、
红河州
宣威
南京、大连
贵溪
秦皇岛
1．0
3．0
3．0
3．0
5．0
6．0
6．0
12．0
12．0
24．0
24．0
24．0
48．0
10
70
2
3
2
2
2
1
1
1
2
1
1
MAP
MAP
MAP
DAP
APS
MAP
DAP
DAP
DAP
DAP／NPK
DAP／NPK
DAP
DAP
料浆浓缩-喷雾干燥
料浆浓缩-喷浆造粒
加压氨化-喷雾自热
预中和-氨化造粒
料浆浓缩-转化结晶
料浆浓缩-喷浆造粒
预中和-氨化造粒
槽式中和-喷浆造粒
预中和-氨化造粒
管式反应-氨化造粒
管式反应-氨化造粒
管式反应-氨化造粒
管式反应-氨化造粒
（2）采用中国开发的料浆法磷铵技术建设中小型装置1988年，中国四川银山磷肥厂与原成都科技大学合作，针对金河磷矿（27%P2O5，3%MgO）杂质含量高的特点，采用氨中和稀磷酸，双效浓缩料浆工艺，建成了3万t\a工业生产装置，产品规格为11-42-0，水溶率约70%。
1991年，原成都科技大学又开发了喷浆造粒机内返料工艺，使生产磷铵时的返料比由传统的3~4：
1降低到0.5：
1，节省了投资和成本，改善了车间的操作环境。
中国采用这两个相互结合的技术，建设了73套3万t\a磷铵装置，2套6万t\a磷铵装置。
1990年，山东鲁北化工总厂与3万t\a磷铵装置配套，建成了利用磷石膏制4万t\a硫酸和6万t\a水泥装置，实现了经济效益、社会效益和环境效益的三统一。
现在已有6个厂实现了这种资源的循环利用。
1997年，中国磷铵（实物）产量为199.02万吨（折N26.45万吨，P2O588.63万吨）。
其中MAP产量120.66万吨，占61%。
1．2．3．2国内磷铵工业存在的问题
虽然经过半个世纪的发展，国内磷铵工业取得了长足的进步，但是还存在很多需要改进的地方，发展空间相对很大。
目前国内磷酸铵工业存在的问题如下：
（1）产品数量不能满足
目前中国每年施用的磷肥已达850~900万吨P2O5，产量只有600万吨P2O5左右，30%依靠进口。
2000年，中国化肥需求量为4200万吨左右，按N：
P2O5：
K2O为1：
（0.4~0.45）：
0.25计算，需要1020~1110万吨P2O5。
2010年，中国需要化肥5000万吨以上，氮磷钾比例为1：
（0.4~0.45）：
0.30，需要1180~1280万吨P2O5。
表1-3中国磷肥生产量、施用量和进口量，万吨（P2O5）
年份
产量
施用量
进口量
1980
230．8
273．3
39．5
1981
250．8
295．6
49．9
1982
253．7
344．8
63．2
1983
266．6
351．4
102．9
1984
236．0
328．6
134．2
1985
175．8
310．9
90．0
1986
232．5
359．8
47．9
1987
323．9
371．9
116．6
1988
360．7
382．1
139．4
1989
366．3
418．9
155．4
1990
411．6
462．4
155．1
1991
592．1
499．6
283．8
1992
455．3
515．7
223．0
1993
416．8
575．1
127．9
1994
497．1
600．7
222．9
1995
618．6
632．4
284．0
1996
575．1
658．5
256．5
1997
640．8
689．4
259．3
（2）品种结构有待调整提高
中国磷肥品种中，低浓度的过磷酸钙和钙镁磷肥约占75%而高浓度磷复肥只有20.5%，导致磷肥平均含P2O5仅16%，这与世界发达国家平均含P2O5>40%相比，差距很大。
根据中国的具体情况，今后磷肥发展的重点应以MAP、DAP、NPK为主。
（3）企业效益普遍较差
根据UNIDO估计，发展中国家的总投资一般比发达国家要高25%。
中国新建厂投资较高的原因有几点。
企业办社会，界区内投资往往只占总投资的一半，而发达国家界区内投资一般为总投资的三分之二。
没有注册资本（应有30%以上），全部靠贷款建设，利息负担重。
技术、设备依靠引进。
许可证和设计费一般占合同价的15%~20%，如果加上服务费和培训费等，软件费用共占30%。
设备费用一般比国内价格高一倍以上。
进口税率高，进口设备、材料的关税和进口环节增值税为到岸价的三分之一。
用人多，定员往往是发达国家的几倍。
云南、贵州两省磷矿或磷肥外运，经常受铁路或车皮的限制。
老厂规模偏小，装备落后，管理水平低，企业负担重，各种费用上涨，致使企业效益差。
1．2．3．3国内磷铵工业发展趋势
磷铵以后的发展方向应走可持续发展路线。
目前能源短缺已成为世界性问题，而磷铵工业耗能很大。
为了国民经济发展的需要，今后应把以节能、降耗为中心的技术改造放在优先地位，大力加强节能降耗新工艺、新技术的开发工作。
近年来，四川大学等在磷酸、磷铵生产中，开发了节能型氨中和管式反应器，节能型搅拌桨及节硫型料浆法磷铵工艺的创新技术，对进一步降低产品成本、提高经济效益起了重要作用。
此外，磷铵工业也是环境污染的大户，排出的大量含氟、氨、磷的废气，含氟、磷的酸性污水及大量的磷石膏等国体废渣，严重地污染了环境。
现有的综合利用与处理方法尚需在技术上、经济指标上进一步完善和提高。
因此，努力研发新的减少或消除环境污染的新技术尤其重要。
1．2．4世界磷铵工业概况及其磷产品贸易
世界磷复肥工业发展是一条从低浓度到高浓度，单一品种到复合品种，小型厂到大型厂，工厂布局从邻近市场到邻近原料产地或港口，加工路线从酸热并举到酸法为主的道路。
随着世界人口的增大，对粮食的需求进一步增大，作为高效复肥的磷铵其需求量也相应提高。
1992年是世界磷铵装置的总生产能力为2431万吨P2O5，产量1807万吨P2O5。
如果将磷酸一铵和二铵中的P2O5分别以12-52-0和18-46-0中P2O5含量的平均值49%计算，则世界1992年磷铵实物产量为3688万吨。
磷铵存在较好的经济利益。
表1-4世界磷铵生产能力、产量、贸易量和价格一览表
年份
能力
万吨
产量
万吨
贸易量
万吨
价格（美国）
美元/吨
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
2254．0
2330．5
2463．0
2509．0
2563．0
2561．0
2612．0
2604．5
2660．5
2645．0
2606．0
2608．0
2646．0
1603．0
1737．7
1763．0
1643．5
1706．6
1836．4
1932．5
1955．7
1871．9
1924．3
1768．5
1872．3
1912．9
459．9
545．4
556．1
504．5
576．9
664．5
765．0
748．6
859．5
872．7
849．6
933．1
853．2
175
180
165
170
155
175
180
165
180
150
115
170
205
1．2．5原料分布
生产磷酸一铵的主要原料是正磷酸（H3PO4）和氨（NH3）。
一般复肥厂都有自己的液氨贮罐、液氨蒸发器和供氨系统。
目前，世界上90%以上的湿法磷酸由二水物流程生产，一般得到20%~30%P2O5的稀磷酸，这种酸可不经过浓缩直接用于料浆浓缩法生产磷铵。
磷铵工厂大多建在磷矿资源丰富的地方。
1．2．5．1世界磷矿资源
世界磷矿资源分布很广，但是目前磷矿生产主要集中在少数国家的少数大型产地。
1990年，世界磷矿产量15476万吨（实物）。
其中美国为4540万吨，前苏联3687万吨，摩洛哥2140万吨，中国1730万吨。
四国磷矿产量分别占世界总产量的29.3%，22.8%，13.8，11.1%。
四国合计产量占世界总产量的78%。
磷矿产量超过百万吨以上的国家还有：
突尼斯、多哥、约旦、以色列、南非、塞内加尔和阿尔及利亚等。
近十多年里，世界磷矿贸易量为4500~5000万吨，主要出口过是摩洛哥和美国，之外还有多哥、以色列和约旦等。
美国磷矿生产分布于四个地区：
佛罗里达州，北卡罗来纳州，田纳西州和西部的蒙大拿州、犹他州和爱达荷州。
其中佛罗里达磷矿产量约占80%，北卡罗来纳约占7%~8%，西部地区磷矿约占10%，田纳西磷矿约占2%~3%。
佛罗里达是世界上最大的磷矿产地，1980年前后的生产能力达到约每年5000万吨。
其中一部分就地加工成磷肥和磷酸，其余部分在坦泊港上船，发往墨西哥湾沿岸和中西部地的磷肥厂，或海运出口。
美国西部磷矿的自然地质品位比佛罗里达的高，但其发展速度和生产规模远不及佛罗里达，这是因为磷矿开采受到综合技术因素的制约。
前苏联是世界上第二大磷矿生产国，占世界磷矿生产的20%~24%。
位于北极圈的科拉半岛上有8个火成岩（岩浆型）磷矿床。
1980年产量为1900万吨，占当年苏联磷矿产量的75%。
科拉磷精矿
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