毕设论文----产年1万吨磷酸一铵铵中合工艺设计.doc

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学 号：0
毕业设计（论文）
BACHELOR DISSERTATION

论文题目： 年产10万吨磷酸一铵工艺设计（铵中合）
学位类别： 工学学士
学科专业： 化学工程与工艺
作者姓名：
导师姓名：
完成时间： 2013.6.3

年产10万吨磷酸一铵工艺设计(铵中和)
摘 要
中国是一个人口大国，拥有十几亿人口，而且还有不断增加的趋势，因此，食物的来源问题日益严峻，农业的发展成了必不可少的话题。但耕地面积总量将保持动态平衡。因此，提高单位面积产量是增加粮食产量的重要途径之一，而合理增施化肥又是提高单位面积产量的直接有效的措施。磷铵是复合肥料最重要的品种，养分含量高，可做为肥料直接使用。
本设计主要针对10万吨/年粒状磷酸一铵工艺及主要设备进行，采用一二效蒸发方式达到节能同时又保证了设备投资合理，采用喷浆造料干燥一体化机节约了生产空间，内有自循环螺旋返料系统解决了造料返料大问题，工艺过程合理，投资成本不高。

关键词：磷酸一铵；工艺设计；节能；合理
Technological design of an 100000t Monoammonium enginerring project （Ammonium neutralization reaction）
Abstract
China is a populous country, with billion-plus populations, but also the trend of increasing, therefore, the problem of the food source is more and more serious, the development of agriculture became the essential topic. But the total cultivated land will keep dynamic balance. Therefore, increase unit area yield is one of the important ways to increase food production, and reasonable to add fertilizer is directly effective measures to increase the unit area output. Ammonium phosphate compound fertilizer is the most important varieties, high nutrient content, can be used as fertilizer directly.
This design is mainly aimed at 100000 t/a granulated monoammonium phosphate process and main equipments, using two effect evaporation achieve energy saving at the same time to ensure the reasonable investment in equipment, adopting deflecting drying integration of shotcrete machine to save the production space, with the circular spiral returns system can solve the problem of the deflecting returns big, reasonable technological process, investment cost is not high.
Keywords: monoammonium phosphate;Process design;energy conservation; reasonable

目录
第一章 前言 1
1.1 磷酸一铵相关的物化性质 1
1.1.1磷酸一铵的物理性质 1
1.1.2磷酸一铵在农业中的应用 1
1.1.3工业级磷酸一铵 2
1.2我国日益重要的农业 2
第二章 磷酸一铵工艺的路线选择 3
2.1磷酸一铵的生产方法 3
2.2磷酸铵生产的化学反应原理和物化性质 3
2.2.1铵中和反应 3
2.2.2磷酸铵的物理性质 3
2.3磷铵生产工艺 4
第三章 工艺计算 6
3.1物料平衡计算 6
3.1.1 计算条件 6
3.1.2 氨中和系统物料恒算 6
3.1.3 浓缩系统物料恒算 10
3.1.4 干燥系统物料恒算 11
3.1.5消耗定额及产品规格（按每吨磷铵产品计） 12
3.2热量平衡计算 13
3.2.1 计算条件 13
3.2.2 氨中和系统热量衡算 14
3.3浓缩系统热量衡算 16
3.4喷浆造粒干燥机热量 20
3.4.1 已知条件 20
3.4.2 浓缩计算 20
3.5小时物料平衡图 21
3.5.1 小时物料平衡 21
3.5.2 小时物料平衡图 22
第四章 主要设备的选型 23
4.1中和反应器 23
4.1.1 中和反应器已知条件 23
4.1.2 中和反应器计算 23
4.2喷浆造粒干燥机 24
4.3闪蒸室计算 25
第五章 厂区及车间布置设计 26
6.1 总平面布置原则 26
6.2 车间布置设计的意义 28
6.3 车间布置的原则 29
6.4 车间布置设计 29
第七章 结论 30
参考文献 31
致谢 32

IV

第一章 前言
1.1 磷酸一铵相关的物化性质
1.1.1磷酸一铵的物理性质
磷酸一铵别名磷酸二氢铵呈白色粉状或颗粒状物（粒状产品具有较高的颗粒抗压强度），密度1.803（19℃）。熔点为190℃，易溶于水，微溶于醇、不溶于丙酮，25℃下100g水中的溶解度为41.6g，生成热121.42kJ/mol，1%水溶液pH值为4.5，呈中性，常温下稳定，无氧化还原性，遇高温、酸碱、氧化还原性物质不会燃烧、爆炸，在水中、酸中具有较好的溶解性，粉状产品有一定的吸湿性，同时具有良好的热稳定性，并且在高温下会脱水成黏稠的焦磷酸铵、聚磷酸铵、偏磷酸铵等链状化合物。磷酸一铵含有磷和氮两种营养元素，通常营养元素含量12-52-0(N-P-K)或10-50-0，磷酸一铵盐能与过磷酸钙、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵和尿素等盐类混合制成肥料，此类肥料具有良好的物理性质，其湿性低，在储存时不结块。磷酸一铵是一种稳定的铵盐，将它加热到100—110℃，不会引起氨损失，125.1℃下，它的氨蒸汽压仅为8.0帕；144.9℃下为36.0帕；在190.5℃下长期加热，也只有轻微的分解，氨的蒸汽压仅为36.0帕。磷酸一铵易溶与水。20℃下，每100克水中可溶解26.7克的磷酸一铵。
1.1.2磷酸一铵在农业中的应用
磷酸一铵（MAP）是一种水溶性速效复合肥，有效磷（AP2O5）与总氮（TN）含量的比例约5.44:1，是高浓度磷复肥的主要品种之一。该产品一般作追肥，也是生产三元复混肥、BB肥最主要的基础原料；该产品广泛适用于水稻、小麦、玉米、高粱、棉花、瓜果、蔬菜等各种粮食作物和经济作物；广泛适用于红壤、黄壤、棕壤、黄潮土、黑土、褐土、紫色土、白浆土等各种土质；尤其适合于我国西北、华北、东北等干旱少雨地区施用。
1.1.3工业级磷酸一铵
工业用磷酸一铵（MAP）是一种很好的阻燃、灭火剂，广泛用于木材、纸张、织物的阻燃，纤维加工和染料工业的分散剂、搪瓷用釉剂、防火涂料的配合剂、干粉灭火剂，此外还可以用作饲料添加剂，医药和印刷工业等也有使用，同时也用作高档肥料，在食品工业中还用作膨松剂、面团调节剂、酵母养料、酿造发酵助剂和营养强化剂等。
1.2我国日益重要的农业
中国是一个人口大国，拥有十几亿人口，而且还有不断增加的趋势，因此，食物的来源问题日益严峻，农业的发展成了必不可少的话题。但我国的可耕地面积少，但人口却不断递增。由于我国严格执行基本农田保护制度，耕地面积总量将保持动态平衡。因此，提高单位面积产量是增加粮食产量的重要途径之一，而合理增施化肥又是提高单位面积产量的直接有效的措施。氮肥、磷肥与钾肥三大类化肥，是农作物需要量最多的三大营养元素肥料，也称为肥料的三要素或称大量元素肥料。随着人口的增长，人民生活水平的提高，对农产品的需求都将增加。经济农作物的施肥量将逐年增加，同时林、牧、渔业也开始施用化肥，因此，化肥用量的增长势在必行。据有关部门统计，我国目前每亩季施肥量低于10公斤的耕地约占一半，到2000年和2010年，化肥的供应量应分别达到4200万吨和5000万吨以上，这样，按1.33亿公顷（20亿亩）的耕地和16%的复种指数计，每季作物的施肥水平可分别达到13.1公斤和15.6公斤，在世界上仍属中低水平。国家原计划1998年化肥生产量2800万吨，比上年略有增加。这与国家计委提出的2000年化肥需求量4000万吨相比尚差1200万吨。与各部门共同提出的到2010年化肥需求量5000万吨相比差2200万吨。同时，随着科学的发展，经济作物的施肥量将逐年增加，加上林、牧、渔业也开始施用化肥，因此今后15年内化肥的增长将持续呈上升趋势。从化肥的产品结构上看，生产高浓度的磷复肥在中国愈来愈显得重要。
第二章 磷酸一铵工艺的路线选择
2.1磷酸一铵的生产方法
生产磷酸一铵的原料是磷酸和氨，用氨中和磷酸可以生产出磷铵。按不同的磷酸生产方法，可分为热法磷酸和湿法磷酸，由于经济效益，用于加工肥料磷酸铵的磷酸，大多用湿法磷酸。
2.2磷酸铵生产的化学反应原理和物化性质
2.2.1铵中和反应
磷酸有三个氢原子，它们可以依次和氨反应发生铵中和反应，依次生成磷酸一铵(MAP)——NH4H2PO4、磷酸二铵(DAP)——(NH4)2HPO4、磷酸三铵——(NH4)3PO4。反应方程如下：
H3PO4(l)+NH3(g)==NH4H2PO4(s) △H298= —126 kJ
H3PO4(l)+2NH3(g)==(NH4)2HPO4(s) △H298= —203 kJ
H3PO4(l)+3NH3(g)==(NH4)3PO4(s) △H298= —256 kJ
2.2.2磷酸铵的物理性质
纯的磷酸铵盐都是白色晶体，其中以磷酸一铵最为稳定，结晶形态为正方晶系，加热到130℃以上才会分解放出氨，变成焦磷酸甚至偏磷酸；磷酸二铵较稳定，结晶形态为单斜晶系，当温度达90℃时开始分解放出氨，变成磷酸一铵。磷酸一铵和磷酸二铵都是高浓度氮磷复合肥料。磷酸三铵则很不稳定，结晶形态为斜方晶系，在常温下就能放出氨，变成磷酸二铵，不宜作商品肥料使用。
2.2.3湿法磷酸法
通常所称的“湿法磷酸”实际上是硫酸法湿法磷酸，即用硫酸分解磷矿生产得到的磷酸。硫酸法的特点是矿石分解后产物磷酸为液相，副产物硫酸钙是一种溶解度很小的固相。两者的分离是简单的液固分离，具有其他工艺方法无可比拟的优越性。因此，硫酸法生产磷酸工艺在湿法磷酸生产中处于主导地位。但其产生的大量的石膏废渣无法得到有效的利用，三废问题严重。
湿法生产是无机酸分解磷粉矿，分离出粗磷酸，再净化后制的磷酸产品。湿法磷酸比热法磷酸成本低20%～30%，经适当方法净化后，产品纯度可与热法磷酸相近。湿法磷酸工艺处于磷酸生产的主导地位。
以湿法磷酸为原料制造磷酸铵时，湿法磷酸中所含的杂质将参加化学反应：
H2SO4(l)+ 2NH3(g)==(NH4)2SO4(s)
H2SiF6(l)+ 2NH3(g)==(NH4)2SiF6(s)
H2SiF6 + 6NH3 +(2+x)H2O == 6NH4F+ SiO2·x H2O
CaSO4·2H2O + H3PO4 + 2NH3 == CaHPO4·2H2O +(NH4)2SO4
Fe2(SO4)3(s)+2H3PO4(l)+ 6NH3(g)==2FePO4(s)+3(NH4)2SO4(s)
Al2(SO4)3(s)+2H3PO4(l)+ 6NH3(g)==2AlPO4(s)+3(NH4)2SO4(s)
MgSO4(s)+H3PO4+ 2NH3 +3H2O==MgHPO4·3H2O +(NH4)2SO4(pH<4)
磷酸和液氨在中和槽中完成中和反应，控制好中和度，可生成磷酸一铵和磷酸二铵料浆，并放出大量热能，在反应过程中利用中和热，可以蒸发20%～25%的水分。中和度指磷酸的氢离子被氨中和的程度，磷酸第一个氢离子被中和时中和度为1.0，生成磷酸一铵；磷酸的第二个氢离子被中和时中和度为2.0，生成磷酸二铵。由此可见，中和度实为NH3与H3PO4的摩尔比。
磷酸铵生产有固体磷铵和液体磷铵之别，而生产固体磷铵则要复杂一些，在生产颗粒状磷铵成品时，以铵中和磷酸得到的料浆必须稳定和易于结晶、造粒，以便于制得合格的颗粒成品，同时还要尽可能减少氨的损失。控制中和料浆的流动性即料浆中含水量和含液量的多少是造粒的关键，而料浆的流动性与中和度有密切的关系。利用NH3-H3PO4-H20三元体系相图，可以对磷酸铵生产过程进行物化分析。
2.3磷铵生产工艺
传统的磷铵工业生产方法是先将二水物湿法磷酸浓缩到含P2O5为54%(质量分数)的浓磷酸或直接用半水物流程所产含P2O5为40%的磷酸为原料，在预中和槽、管式反应器或加压反应器中进行氨化，所得氨化料浆再进行造粒、干燥制粒状磷酸一铵，或喷雾干燥制粉状磷酸一铵。此法对磷矿质量要求高，需要将磷矿富集成精矿才能使用。 我国磷矿资源虽然丰富，但大部分是含磷品位低，含铁、铝、镁等有害杂质高且又难于富集的中低品位磷矿，从而难以用传统的“磷酸浓缩”法制磷按。磷酸浓缩法对品位较高的矿，较为有利，可利用磷酸浓度高的特点，在同一设备中很方便地实现高质量磷酸一铵、磷酸二铵和高浓度三元复合肥多种产品的切换。但在磷酸浓缩法中对材质要求较高。
随着世界磷资源的日趋贫乏，中低品位磷矿的开发利用势在必行。对于含有较多杂质的磷矿，磷酸浓缩过程中加热管易产生酸性结垢，造成生产无法进行。为避免这一情况，可采用料浆浓缩工艺。中和反应后，料浆pH值约4.6，因此料浆浓缩中形成的垢层接近中性，并较为疏松，可以用酸溶掉。同时，因腐蚀显著降低，可以采用比磷酸浓缩设备中更为便宜的金属材料制作蒸发器。
料浆浓缩法首先进行中和反应。从萃取槽来的磷酸未经浓缩，含量约20%(P2O5)。常用的反应器为常压式搅拌槽、管式反应器、外环流快速反应器。搅拌槽与管式反应器的基本结构与前述不同。外环流快速反应器，特别适宜稀酸的中和反应。
表2.1浆料法磷酸一铵主要技术指标
组分
优等品11-47-0
一等品11-44-0
合格品10-42-0
　总养分(N+P2O5)
58.0
55.0
52.0
　总氮(N)
10.0
10.0
9.0
　有效磷以(P2O5)计
46.0
43.0
41.0
　水溶性磷占有效磷百分率
80
75
70
　水分(H2O)
2.0
2.0
2.5
　粒度(1.00-4.00)mm
90
80
80
本次设计采用料浆法工艺,磷酸首先送入尾气洗涤器后，再用泵经管反送到中和搅拌槽与气氨进行反应，所得的料浆进入二效蒸发器，经第一次浓缩后，再进入一效蒸发器。从一效蒸发器处来的料浆送入收集槽，含水率为30%左右。新鲜蒸气送入一效蒸发器的加热器，料浆在闪蒸室中分离出的蒸汽进入二效蒸发器的加热器作为热源。收集槽中的料浆送入喷浆造粒机进行造粒干燥，经筛分后得到粒度为3mm的颗粒产品。
第三章 工艺计算
3.1物料平衡计算
3.1.1 计算条件
①规模以100000t/aNH4H2PO4为标准，年工作日300天，日产333.33T，平均每天生产20h。
②湿法磷酸组成表
表3.1进口湿法磷酸组成表
组分
P2O5
SO3
Fe2O3
Al2O3
MgO
F
含量 %
22.1
1.23
1.10
0.90
1.38
1.62
③氨利用率为98%，其中中和工序损失0.7%，浓缩工序损失0.3%，干燥工序损失1%。
④P2O5利用率为99%，P2O5机械损失与干燥损失为1%。
⑤氨中和过程蒸发水量为1㎏(H2O)/1㎏(NH3)。
⑥中和度(NH3/H3PO4)为1.03。
⑦浓缩料浆终点浓度含H2O为25%。
⑧产品磷铵含H2O为1%。
3.1.2 氨中和系统物料恒算
计算基准：1000kg湿法磷酸。
1.进料
磷酸：J1=1000kg，其中P2O5=221㎏
气氨：氨用量包括①磷酸中杂质（包括、等阴离子含量）与NH3集合的量；②磷酸中扣除P2O5与杂质（主要是Fe3+、Al3+、Mg2+等金属阳离子）结合后剩余的P2O5的NH3量；③氨损失。上述三项之和即为氨用量J2。

中 和 系 统
磷酸J1
气氨J2
磷铵浆料C3
蒸发水C1
氨损失C222

图3.2物料平衡示意图
ⅰ磷酸中的游离硫酸生成(NH4)2SO4耗NH3量
(NH4)2SO4～2NH3～SO3
生成的(NH4)2SO4量为
1000×1.23%×=20.295kg
消耗氨的量为
20.295×=5.2275kg
ⅱ与磷酸中的F生成的(NH4)2SiF6耗氨量
(NH4)2SiF6～～2NH3
生成的(NH4)2SiF6为
1000×1.62%×=25.2947kg
消耗的氨的量为
25.2947×=4.8316kg
上述才的(NH4)2SO4和(NH4)2SiF6均为可溶性盐，故生成可溶性盐（不包括磷铵）总量为
20.295+25.2947=45.5897kg
消耗的NH3的量为 5.2275+4.8316=10.0591kg
ⅲ生成FePO4·2H2O的量为
FePO4·2H2O～0.5 P2O5～2H2O
1000×1.1%×=25.7125kg
消耗的P2O5的量为
25.7125×=9.7625kg
消耗的水的量为
25.7125×=4.95kg
ⅳ生成的AlPO4·2H2O的量：
AlPO4·2H2O～0.5 P2O5～Al2O3～2H2O
1000×0.90%×=27.8824kg
消耗的P2O5的量：
27.8824×=12.5294kg
消耗的H2O的量为
27.8824×=6.3529kg
ⅴ生成的MgHPO4·3H2O的量为
MgHPO4·3H2O～0.5 P2O5～3H2O
1000×1.38%×=60.03kg
消耗的P2O5的量为
60.03×=24.495kg
消耗的H2O量为
60.03×=18.63kg
由于铁、铝、镁的磷酸都是非水溶性盐类，故生成非水溶性盐的总量为
25.7125＋27.8824＋60.03=113.6249kg
非水溶性盐类结合的P2O5总量为
9.7625＋12.5294＋24.495=46.7869kg
所以产品中的P2O5的水溶率为
100%-（×100%）=80.09%
消耗的H2O的总量为
4.95＋6.3529＋18.63=29.9329kg
与杂质反应后剩余的P2O5量
221-46.7869=174.2131kg
已知中和度为1.03（即NH3/H3PO4摩尔比为1.03），设生成磷酸一铵反应的P2O5为X kg
则生成磷酸二铵反应的P2O5为（188.2131- X）kg
可得
=1.03
得x=168.9867kg
生成磷酸二铵反应的P2O5量为174.2131-168.9867=5.2264kg
3H2O+P2O5+2NH3 =2NH4H2PO4
H3PO4+2NH3=(NH4)2HPO4
ⅵ生成磷酸一铵的量为
P2O5～2NH4H2PO4
168.9867×=273.7108kg
ⅶ生成磷酸二铵的量为
P2O5～2H3PO4～2(NH)2HPO4
5.2264× =9.7167kg
生成磷酸一铵结合的NH3量为
273.7108×=40.4616kg
生成磷酸二铵结合的NH3量为
9.7167×=2.5028kg
生成磷酸一铵、二铵其结合的NH3量为
40.4616+2.5028=42.9644kg
包括生成(NH4)2SO4等铵盐在内的NH3量
9.7167+42.9644=52.6811kg
以知在中和浓缩过程中氨损失1%。所以实际需要总NH3量为J3 =56.9096/99% =53.2132kg
以上得进如物料总量
∑J=J1 +J2=1000+57.4844=1053.2132kg
2.出料
ⅰ蒸发水量C1=53.2132(每㎏NH3蒸发㎏H2O)
ⅱNH3损失C2=53.2132×0.7%=0.3724kg
式中0.7%为中和工序NH3损失。
ⅲ中和料浆量设为C3
以上得出料总和∑C =C1 +C2 +C3 =53.2132+0.3724+C3 =53.5856+C3
由于∑J=∑C 即1053.2132=53.5856+C3
故中和料浆量 C3 =1053.2132-53.5856=999.6276kg
其中NH4H2PO4 273.7108kg；(NH4)2HPO49.7167kg；(NH4)2SO420.295kg； (NH4)2SiF6 25.2947kg；FePO4·2H2O 25.7125kg； AlPO4·2H2O 27.8824kg；MgHPO4·3H2O 60.03 kg。上述盐类总量（不包括浓缩过程中分解逸出的NH3）合计为462.6479kg
所以中和料浆含水量 999.8806-465.4148=556.9797kg
中和料浆含水率 =55.72%
表3.3中和系统物料平衡表
项目名称
物质的量/㎏
%
项目名称
物质的量/㎏
%
气氨
53.2132
5.05
蒸发水
53.2132
5.05
磷酸
1000
94.95
NH3损失
0.3724
0.35

中和料浆
999.6276
94.91
合计
1053.2132
100
合计
1053.2132
100
3.1.3 浓缩系统物料恒算
1.进料
中和料浆J=999.6276kg，其中H2O=556.9797kg
2.出料
ⅰNH3损失量C1 =53.2132×0.3%=0.1596kg
ⅱ中和料浆中干盐量=442.6179kg,所以浓缩料浆量C2为
C2==590.1572kg
ⅲ蒸发水量设为C3
得
∑C =C1 +C2 +C3 =0.1596+590.1572+C3=999.6276+C3
由于∑C=∑J，得999.6276=590.3168+C3
所以蒸发水量为C3=999.6276-590.3168=409.3108kg

表3.4浓缩系统物料平衡表
进 料
出 料
序号
项目名称
物质的量/㎏
%
序号
项目名称
物质的量/㎏
%
1
中和料浆
999.6276
100
1
NH3损失
0.1596
0.02

2
蒸发水
409.3108
40.95

3
浓缩料浆
590.1572
59.04

合计
999.6276
100

合计
999.6276
100

3.1.4 干燥系统物料恒算
1.进料
浓缩料浆J=590.6276kg；其中干盐442.6179kg；H2O 155.1382kg
2.出料
ⅰ机械损失C1（干燥系统损失为1%）
C1 =442.6179×1%=4.4262kg
ⅱ产品磷铵量（含H2O为1%）
产品磷铵中干盐量=442.6179-4.4262=438.1917kg
产品磷铵量 C2==442.6179kg
其中水分442.6179-438.1917=4.4262kg
ⅲ蒸发水量设为C3
出料中和
∑C=4.4262+442.6179+C3=590.1572+C3
由于∑C=∑J，即590.1572=447.0441+C3
所以蒸发水量为C3 = 143.1131kg

表3.5干燥系统物料平衡表
进 料
出 料
序号
项目名称
物质的量/㎏
%
序号
项目名称
物质的量/㎏
%
1
浓缩料浆
590.1572
100
1
机械损失
4.4262
0.75

2
蒸发水
143.1131
24.25

3
产品磷铵
442.6179
75.00

合计
590.1572
100

合计
590.1572
100
3.1.5消耗定额及产品规格（按每吨磷铵产品计）
1．湿法磷酸（22.1%P2O5）
=2.2593t/t
2.气氨（100%NH3）
57.4844×=0.1299t/t
3.产品规格的计算
表3.6产品的理论组成表
序号
组成名称
物质的质量/kg
%
含N/kg
含P2O5/kg
1
NH4H2PO4
275.3091
62.9
33.5049
169.9390
2
(NH4)2HPO4
9.7698
2.23
2.0719
5.2531
3
(NH4)2SO4
18.8950
4.31
4.0053

4
(NH4)2SiF6
23.5499
5.37
3.7984

5
FeH2PO4·2H2O
23.9389
5.46

9.0912
6
AlH2PO4·2H2O
25.9592
5.93

11.6695
7
MgHPO4·3H2O
55.8892
12.8

22.7695
8
H2O
4.3768
1

合计

437.6680
100
43.3805
218.7223

ⅰ产品含N
产品含量N = 57.4844×0.98×14/17 = 46.3933kg
产品含N百分比为×100%=10.6%
ⅱ产品含P2O5
产品含P2O5量为218.7223kg
产品含P2O5百分比为×100%=49.97%
所以产品规格表示为9.97-49.97-0
规格简式为10-49-0
3.2热量平衡计算
3.2.1 计算条件
（1）以1000kg湿法磷酸为基准；
（2）以上面物料平衡数据为基准：
(3)参考温度为0℃
3.2.2 氨中和系统热量衡算
1.输入热量
与计算有关的标准生成热（）如下
表3.7标准生成热
名称
NH3(g)
H3PO4(aq)
NH4H2PO4(aq)
(NH4)2HPO4(aq)
(kJ/mol)
-46.14
-1290.92
-1435
-1560

H2SO4(aq)
(NH4)2SO4(aq)
H2SiF6(aq)
(NH4)2SiF6(aq)
-909.87
-1175.067
-2331
-2602

(1)化学反应热△
① NH3(g)+H3PO4(l)NH4H2PO4(aq)
△H1 =-1435-(-46.14–1290.92)=-97.94kJ·mol-1
②2NH3(g)+H3PO4(l)(NH4)2HPO4(aq)
△H2=-1560-(-2×46.14-1290.92)=-176.80kJ·mol-1
③2NH3(g)+H2SO4(aq)(NH4)2SO4(aq)
△H3 =-1175.07-(-2×46.14-909.87) =-172.92kJ·mol-1
④2NH3(g)+H2SiF6(aq)(NH4)2SiF6(aq)
△H4=-2602-(2×46.14-2331)=-178.72kJ·mol-1
所以△={97.94×+176.80×+172.92× +178.72×}×103 =3.02278×105kJ
(2)气氨带入热Q1：设气氨温度为5℃，比热容为2.219kJ/(㎏·K)
Q1=57.4844×2.219×5=637.7894kJ
(3) 磷酸带入热Q2：设磷酸温度为45℃，查表得比热容为3.2194kJ/(kg·K)
Q2=1000×3.2194×45 =1.44873×105kJ
总输入热量
Q=（3.02278+1.44873）×105 +637.7894=4.63569×105kJ
2.输出热量
（1）中和料浆带出热Q3：设中和料浆温度为105℃，比热容为2.88kJ /(kg·K)
Q3=999.5976×2.88×105=3.02278×105kJ
(2) 水分蒸发热Q4：常压下水的汽化热2258kJ
Q4=57.4844×2258=1.298×105kJ
（3）中和浆料带出热Q5
Q5=57.4844×105×4.1868=0.25271×105kJ
（4）热损失
Q6=Q入-(Q3+Q4+Q5)=[4.63569-(3.02278+1.298+0.25271)]×105kJ
=0.0622×105kJ =66200kJ
热损失为输入热量的百分率是
×100% =14.3%
这一热损失比较合理，说明原设定每通入1kgNH3即蒸发1kg水是比较合理的。因此对物料衡算和能量横算不再作修正。
上述计算结果由下表所示
表3.8中和系统热量衡算表
输入
输出
项目名称
热量(×105kJ)
%
项目名称
热量(×105kJ)
%
气氨带入热
0.00638
0.14
中和料浆带出
3.02278
65.21
磷酸带入热
1.44873
31.25
水分蒸发
1.298
28
化学反应热
3.18058
68.61
水蒸汽显热
0.25271
5.45

热损失
0.0622
1.34
合计
4.63569
100
合计
4.63569
100
3.3浓缩系统热量衡算

图3.9浓缩系统示意图
蒸发过程应用蒸汽较多，用焓衡算较为方便。规定0℃水的焓为零。热损失不可忽略，为输入的2%。。
计算如下：
1.对第Ⅱ效作热量衡算
输入热量=料浆带入热量+二次整齐带入热量=F·+D1·
式中 F——中和料浆进料量，F=999.5976kg
——中和料浆焓，kJ/㎏
D1 ——Ⅰ效二次蒸汽量，kg
——Ⅰ效二次蒸汽焓，kJ/kg
输出热量=料浆带出热+二次蒸汽带出热量+整齐冷凝液带出热量=（F-D2）·+D2·+D1++热损失
假设热损失为2%
式中 D2——Ⅱ效二次蒸汽量，kg
——Ⅱ效出口料浆焓，kJ/kg
——Ⅱ效二次蒸汽焓，kJ/kg
——Ⅱ效蒸汽冷凝焓，kJ/kg
F、D1——同上式
由输入=输出+热损失 得下式
0.98（F·h0+D1×）=(F—D2)×h2+D2×+D1×
ho=C0×t0=2.88×90=259.2
h2=C2×t2=2.4897×80=199.176
=2685.1(105℃) r1=2283.1 =H1-r1=401.9
=2642.4(80℃) D1+D2=W=378.8721kg
D1==186.3732kg
D2=192.4988kg
D2=192.4989kg
第2效焓衡算
中和料浆带入热Q1
Q1=F×h0=999.5976×259.2=259095kJ
第1次二次蒸汽汽化热量Q2
Q2=D1 ×=186.3732×2685.1=500431kJ
蒸汽冷临液带出热Q3
Q3=D1(-)=186.3732×(2685.1-2258.1)=74922kJ
第2效二次蒸汽带出热Q4
Q4=D2×=192.4989×2642.4=508659kJ
料浆带出热量Q5
Q5=(F-D2)×h2=(999.5976-192.7989)×199.176=160754kJ
热损失Q6
Q6=0.02×Q输入
Q输入=Q1+Q2=259096+500431=759526kJ
Q6=0.02×759527=15191kJ
Q输出=Q3 +Q4+Q5+Q6=759526kJ
表3.10第2效蒸发器焓衡算表
输 入
输 出
项目名称
kJ
%
项目名称
kJ
%
中和料浆带入
259095
33.03
蒸汽冷临液带出热
74922
9.86
Ⅰ效二次蒸汽带人热量
508659
66.97
Ⅱ效二次蒸汽带出热
508659
66.97

料浆带出热量
160754
21.17
热损失
15191
2
合计
759526
100
合计
759526
100

2.对Ⅰ效作热量衡算
输入热量=料浆带入热量+新鲜蒸汽带入热量=D0+（F-D2）·h2
式中——新鲜蒸汽焓，kJ/kg
——Ⅱ效出口料浆焓，kJ/kg
D0 ——新鲜蒸汽量，kg
输出热量=料浆带出热+二次蒸汽带出热量+蒸汽冷凝液带出热量=D0hw2+D1·H1+D1+(F-D1-D2)h1+热损失
设热损失为输入的2%
式中
——Ⅰ效二次蒸汽焓，kJ/kg
——Ⅱ效蒸汽冷凝焓，kJ/kg
F、D1、D2——