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(xué)原理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，規(guī)劃和發(fā)展我國(guó)磷資源化工、開(kāi)發(fā)清潔磷化工生產(chǎn)技術(shù)已納入我國(guó)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃，針對(duì)目前我國(guó)磷肥生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，本文以某廠引進(jìn)的Norsk Hydro預(yù)中和一轉(zhuǎn)鼓氨化造粒工藝年產(chǎn)60萬(wàn)噸磷酸二銨DAP生產(chǎn)裝置的大氣排放物為例，通過(guò)對(duì)DAP尾氣分流的熱力學(xué)分析，揭示了60萬(wàn)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(xué)機(jī)理，是高濕度尾氣露點(diǎn)溫度高于煙囪內(nèi)局部位置的實(shí)際溫度而產(chǎn)生凝霧。源頭治理措施

2、是尾氣脫濕，由此開(kāi)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(shù)，使?jié)窈康陀?.114 kg(H<,2>O)/kg(Air)，露點(diǎn)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(wàn)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(guò)程耦合技術(shù)，節(jié)約過(guò)程推動(dòng)力，提高二次能源利用效率?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明了該技術(shù)的可行性，耦合過(guò)程總的傳熱系數(shù)500～600 W·m<'-2>·K<'-1>，達(dá)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(shì)，蒸發(fā)表面擴(kuò)展了1個(gè)多數(shù)量級(jí)。 對(duì)高濕度工業(yè)廢氣冷凝脫濕進(jìn)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(quán)重。DAP尾氣冷卻冷凝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)傳熱傳質(zhì)數(shù)據(jù)，在水汽冷凝減量34～57％的范圍內(nèi)，與α=0.2的數(shù)值模擬結(jié)果相當(dāng)吻合，定量驗(yàn)證了本文的模型與數(shù)值模擬。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，考察了磷酸液膜平均傳熱、傳質(zhì)系數(shù)與膜Re的關(guān)系。隨著Re的增大，液膜平均傳熱系數(shù)開(kāi)始呈線

4、性增大，后來(lái)增加更快，最后開(kāi)始減小。平均傳質(zhì)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(lái)越快。 實(shí)驗(yàn)研究了磷酸液膜過(guò)冷度對(duì)磷酸降膜蒸發(fā)過(guò)程的影響。過(guò)冷度的提高有利于傳熱。但相對(duì)單位過(guò)冷度的蒸發(fā)強(qiáng)度卻有所減小。實(shí)驗(yàn)還揭示磷酸過(guò)冷沸騰是一項(xiàng)很有應(yīng)用前景的磷酸濃縮清潔生產(chǎn)技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)獲得的P<,2>O<,5>濃度27.1～41.7％范圍內(nèi)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(guò)冷沸騰現(xiàn)象，這

5、對(duì)磷酸濃縮技術(shù)很有研究?jī)r(jià)值。 通過(guò)對(duì)真空降膜濃縮磷酸脫氟實(shí)驗(yàn)表明，操作溫度對(duì)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(guò)程中，設(shè)備的液位控制和密度測(cè)量對(duì)保證設(shè)備正常生產(chǎn)和后續(xù)噴漿造粒產(chǎn)品的質(zhì)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(cè)方法，但對(duì)粘稠料漿流動(dòng)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(wú)法正常感應(yīng)流體主體壓強(qiáng)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(hào)的測(cè)量方法，依據(jù)熱力學(xué)和流體靜力學(xué)原理導(dǎo)出了測(cè)量管內(nèi)氣液界面高度隨系統(tǒng)溫度、壓力變化的關(guān)系式。以水-空氣體系為例計(jì)算了160℃、0.7MPa范圍內(nèi)測(cè)量管內(nèi)氣液界面的漲落，獲得了測(cè)量管可靠的工作范圍及氣柱溢出、測(cè)量失效的判定公式。進(jìn)一步分析了氣體通過(guò)氣液界面擴(kuò)散傳質(zhì)可能引起的測(cè)量失效問(wèn)題，建立了傳質(zhì)模型，計(jì)算表明難溶性氣一液體系此過(guò)程十分緩慢。選用空氣．水體系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在壓力0.2MPa

7、、溫度分別為50℃和80℃兩工況下，測(cè)量管內(nèi)通過(guò)氣液界面?zhèn)髻|(zhì)而引起的界面高度變化量在90天內(nèi)小于5％，與理論預(yù)測(cè)值相當(dāng)吻合，驗(yàn)證了該方法的可靠性。 超聲波是一種研究反應(yīng)綠色化的重要的物理手段，本文從熱力學(xué)基本原理出發(fā)，研究了聲場(chǎng)中的汽液相平衡熱力學(xué)，提出聲場(chǎng)中的相平衡條件。通過(guò)引入聲力勢(shì)的概念，推導(dǎo)并建立了超聲波聲場(chǎng)中熱力學(xué)模型，從理論上研究和分析外加超聲聲場(chǎng)對(duì)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?cè)械钠胶怏w系

8、，從而使體系達(dá)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(yùn)動(dòng)時(shí)周圍流體流動(dòng)特性，結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)原理，基于滲透?jìng)髻|(zhì)理論提出并建立了超聲波聲空化氣泡相界面逸出崩潰時(shí)相際間傳質(zhì)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(shí)液體中的傳質(zhì)行為。根據(jù)文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)模型賦值并結(jié)合對(duì)模型參數(shù)的估值確定，理論計(jì)算預(yù)測(cè)值能較好地反映文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，表明本文的機(jī)理模型能合理反映超聲空化泡在相間的傳質(zhì)現(xiàn)象，該模型為超聲波