磷銨尾氣減排與節(jié)能的清潔工藝研究.pdf

1、根據(jù)綠色化學原理和循環(huán)經(jīng)濟原則，規(guī)劃和發(fā)展我國磷資源化工、開發(fā)清潔磷化工生產(chǎn)技術已納入我國中長期科技發(fā)展規(guī)劃，針對目前我國磷肥生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，本文以某廠引進的Norsk Hydro預中和一轉鼓氨化造粒工藝年產(chǎn)60萬噸磷酸二銨DAP生產(chǎn)裝置的大氣排放物為例，通過對DAP尾氣分流的熱力學分析，揭示了60萬噸，年磷酸二銨(DAP)生產(chǎn)裝置尾氣排放“磷銨雨”污染的熱力學機理，是高濕度尾氣露點溫度高于煙囪內局部位置的實際溫度而產(chǎn)生凝霧。源頭治理措施

2、是尾氣脫濕，由此開發(fā)采用磷酸二銨尾氣循環(huán)聯(lián)產(chǎn)磷酸一銨清潔新工藝技術，使?jié)窈康陀?.114 kg(H<,2>O)/kg(Air)，露點溫度低于55℃。脫濕釋放的能量循環(huán)用于磷酸一銨(MAP)生產(chǎn)，可以替代24萬噸，年MAP生產(chǎn)裝置45％的一次能源。提出尾氣部分冷凝-磷酸降膜蒸發(fā)過程耦合技術，節(jié)約過程推動力，提高二次能源利用效率?，F(xiàn)場實驗證明了該技術的可行性，耦合過程總的傳熱系數(shù)500～600 W·m<'-2>·K<'-1>，達到工業(yè)裝置

3、水平，并具有低溫(<60℃)、低循環(huán)量的突出優(yōu)勢，蒸發(fā)表面擴展了1個多數(shù)量級。 對高濕度工業(yè)廢氣冷凝脫濕進行模型研究和數(shù)值模擬，引入分配系數(shù)α表征霧狀冷凝和膜狀冷凝并存的權重。DAP尾氣冷卻冷凝現(xiàn)場實驗傳熱傳質數(shù)據(jù)，在水汽冷凝減量34～57％的范圍內，與α=0.2的數(shù)值模擬結果相當吻合，定量驗證了本文的模型與數(shù)值模擬。 通過實驗，考察了磷酸液膜平均傳熱、傳質系數(shù)與膜Re的關系。隨著Re的增大，液膜平均傳熱系數(shù)開始呈線

4、性增大，后來增加更快，最后開始減小。平均傳質系數(shù)隨Re的增大逐漸減小。并且隨著流量的增加，減小越來越快。 實驗研究了磷酸液膜過冷度對磷酸降膜蒸發(fā)過程的影響。過冷度的提高有利于傳熱。但相對單位過冷度的蒸發(fā)強度卻有所減小。實驗還揭示磷酸過冷沸騰是一項很有應用前景的磷酸濃縮清潔生產(chǎn)技術。現(xiàn)場實驗獲得的P<,2>O<,5>濃度27.1～41.7％范圍內磷酸蒸發(fā)濃縮數(shù)據(jù)，揭示了在55℃以下低溫濃縮濕法磷酸的可能性以及磷酸過冷沸騰現(xiàn)象，這

5、對磷酸濃縮技術很有研究價值。 通過對真空降膜濃縮磷酸脫氟實驗表明，操作溫度對磷酸的濃縮和深度脫氟效果有顯著影響。磷酸濃度愈高，其影響愈大。 在磷銨料漿蒸發(fā)濃縮過程中，設備的液位控制和密度測量對保證設備正常生產(chǎn)和后續(xù)噴漿造粒產(chǎn)品的質量都十分重要，接觸式差壓法是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的液體密度或液位在線檢測方法，但對粘稠料漿流動體系卻常因料漿粘附在與其相接觸的傳感器敏感膜片表面，使傳感器無法正常感應流體主體壓強的變化而失效。

6、本文提出了一種用空氣或惰性氣體傳遞液相壓力信號的測量方法，依據(jù)熱力學和流體靜力學原理導出了測量管內氣液界面高度隨系統(tǒng)溫度、壓力變化的關系式。以水-空氣體系為例計算了160℃、0.7MPa范圍內測量管內氣液界面的漲落，獲得了測量管可靠的工作范圍及氣柱溢出、測量失效的判定公式。進一步分析了氣體通過氣液界面擴散傳質可能引起的測量失效問題，建立了傳質模型，計算表明難溶性氣一液體系此過程十分緩慢。選用空氣．水體系進行了實驗驗證，在壓力0.2MPa

7、、溫度分別為50℃和80℃兩工況下，測量管內通過氣液界面?zhèn)髻|而引起的界面高度變化量在90天內小于5％，與理論預測值相當吻合，驗證了該方法的可靠性。 超聲波是一種研究反應綠色化的重要的物理手段，本文從熱力學基本原理出發(fā)，研究了聲場中的汽液相平衡熱力學，提出聲場中的相平衡條件。通過引入聲力勢的概念，推導并建立了超聲波聲場中熱力學模型，從理論上研究和分析外加超聲聲場對磷酸濃縮汽液相平衡的影響。理論表明超聲波完全可以改變原有的平衡體系

8、，從而使體系達到了一種新的平衡狀態(tài)。 此外，本文根據(jù)超聲空化泡在相間特殊運動時周圍流體流動特性，結合流體動力學原理，基于滲透傳質理論提出并建立了超聲波聲空化氣泡相界面逸出崩潰時相際間傳質模型，所建立的模型較好地描述相界面上逸出超聲空化泡時液體中的傳質行為。根據(jù)文獻實驗條件對模型賦值并結合對模型參數(shù)的估值確定，理論計算預測值能較好地反映文獻實驗數(shù)據(jù)的變化趨勢，表明本文的機理模型能合理反映超聲空化泡在相間的傳質現(xiàn)象，該模型為超聲波