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化工设计报告

年产5万吨高浓度复合肥

化工设计说明书

院系：

化工与能源学院

专业：

化学工程与工艺

班级：

x班

姓名：

xxx

学号：

2010xxxxxxx

指导老师：

张xx、张xx

目录

一、总论················································3

1.1概述·············································3

1.2设计依据·········································4

1.3设计指导思想····································4

1.4设计范围········································4

1.5建筑规模和产品方案································4

1.6主要原材料、燃料·································6

1.7生产方法·······································5

1.8厂址概况·······································5

1.9公用工程和辅助工程·····························5

1.10环境保护及综合利用·······························6

1.11工厂的机械化和自动化水平·······················6

1.12劳动安全卫生···································6

1.13消防···········································7

1.14地质条件和气象资料······························7

1.15管理体制及全厂定员······························8

1.16车间及厂区布置··································9

二、生产流程············································9

2.1生产方法··········································9

2.2工艺流程·········································11

三、工艺计算···········································12

3.1物料衡算·······································12

3.2热量衡算·······································13

四、设备选型···········································16

五、原材料、动力消耗定额和消耗量····················19

六、费用估算·····································21

6.1投资估算····································21

6.2成本估算····································21

七、效益分析······································23

7.1经济效益····································23

7.2社会效益····································23

八、结论与建议····································23

年产5万吨高浓度复合肥

化工设计说明书

一、总论

1.1概述

氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分表明量的仅由化学方法制成的肥料，是复混肥料的一种。

复合肥具有养分含量高、副成分少且物理性状好等优点，对于平衡施肥，提高肥料利用率，促进作物的高产稳产有着十分重要的作用。

但它也有一些缺点，比如它的养分比例总是固定的，而不同土壤、不同作物所需的营养元素种类、数量和比例是多样的。

因此，使用前最好进行测土，了解田间土壤的质地和营养状况，另外也要注意和单元肥料配合施用，才能得到更好的效果。

目前，复合肥的发展具有三大趋势：

第一是多品种专用化。

不同作物有不同的专用肥，专用肥是根据作物生长发育规律和吸肥量研制生产的。

农民在选用复合肥时，要根据不同作物选择相应的专用肥。

如果不是专用就违背了作物吸肥规律，使作物的增产潜力得不到发挥，同时造成某些营养元素浪费。

第二是多功能药用化。

将农药和化肥结合到一起，免去药剂拌种程序，一次施用既能保证作物所需养分又能防治地下害虫和苗期病害，可起到多重效果。

第三是高浓度长效化。

随着农业生产的发展，高浓度长效化的复合肥越来越受到农民欢迎，这种类型肥料的应用减少了施肥用量，方便耕作，免去追肥环节，减轻了劳动量，提高了肥料利用率，省工、省力、省时，提质增效。

我国是一个拥有13亿人口的农业大国，人均耕地面积很小，要解决人多地少的矛盾，就必须大幅度提高农业的单位面积产量，而增加高浓度复合肥的使用量是提高农业产量的关键措施之一。

因此发展高浓度复合肥，尤其是系列产品：

含微量元素、含农药、含激素的专用型复合肥料，含磁，含生物菌缓释绿色环保复合肥料等多品种、多等级肥料，是发展方向。

近几年，中国化肥消费总量在4150－4300万吨（折纯），每年需进口化肥弥补不足，历年进口化肥实物总量在1300多万吨，2003年实际进口各种化肥约1137.7多万吨（实物），其中NPK复合肥进口224.397万吨（配额为298万吨），而2003年中国出口各类化肥（实物）443.5万吨，（其中尿素217.7万吨，DAP69.7万吨，）。

如按我国现行种植结构来计算，全国氮、磷、钾肥合理消费量应分别为2483.6万吨，1276.90万吨和958.6万吨，总量达到4719.10万吨（折纯），但因用肥习惯，各地气候条件，特别是农民经济收入条件的限制，近几年用肥消费量远低于预期消费水平。

但随着中国经济的高速发展和农民收入的提高，我国化肥用量将逐年提高。

复合肥有多种养分，对农作物可产生联合效应，NPK复肥的养分含量可根据农作物和土壤条件不同需要，进行科学的比例调节，因此，其肥效比施用同等量养分单一肥料的肥效要高10～15%。

与低浓度肥料相比，可大大节省包装、贮存、运输和施用方面的费用，越来越受农民的欢迎。

1.2设计依据

化工设计

化工原理（上、下册）

化肥工学丛书——磷酸、磷肥和复混肥料

中华人民共和国国家标准GB15063-2009复混肥料

HG/T20688—2000《化工厂初步设计文件内容深度规定》

1.3设计指导思想

实行综合利用优先、资源化、无害化的处理原则，因地制宜，采用高效稳定、节省占地、方便管理、确保达标的新工艺、新技术，努力降低一次性投资和长年运行费用。

1.4设计范围

生产流程、工艺计算、设备选型、成本估算、工厂总平面布置图、设备平面布置图

1.5建设规模及产品方案

建设规模：

年产5万吨高浓度复合肥。

产品方案：

15-15-15为设计基础生产复合肥，其中氮，磷，钾含量分别占15%。

1.6主要原材料、燃料

氮肥：

尿素，含氮46%，氯化铵，含氮24%；

磷肥：

过磷酸钙，含五氧化二磷为15%；钙镁磷肥，含五氧化二磷为15%；磷酸一铵，含氮11%，含五氧化二磷为44%

钾肥：

氯化钾，含氧化钾60%；硫酸钾，含氧化钾50%

燃料：

无烟煤

水：

外部供给，至界区内；

电：

外部供给，至界区内；

1.7生产方法

原料全部破碎，计算机自动配料，混合后，采用滚筒加蒸汽造粒，滚筒干燥机，滚筒冷却机，筛分后，自动包装，非成品破碎后返回造粒。

1.8厂址概况

初步选定厂址在河南省义马市，总占地20亩。

义马市位于河南省西部，隶属三门峡市，东距省会郑州183千米，西距三门峡市区65千米，陇海铁路、郑西高铁、310国道、连霍高速公路穿义马而过，铁路公路运输十分方便。

生产复合肥所需原材料、燃料及公用设施等资源十分丰富，能足以保证供给。

1.9公用工程及辅助工程

该项目生产车间有：

复合肥反应车间、造粒车间、原料库、成品库。

辅助车间有风机房、泵房、控制室等配套设施。

公用工程主要有总图、锅炉房、配电室、供水塔等。

项目序号

工程名称

建筑面积（m2）

结构

1

复合肥反应车间

4200

彩钢

2

造粒车间

2800

彩钢

3

原料库

2400

彩钢

4

成品库

2000

彩钢

5

辅助车间

500

砖混

6

公用工程

200

砖混

7

合计

12100（合18.15亩）

1.10环境保护及综合利用

新建项目投产后主要大气污染源为反应工序尾气、锅炉和热风炉烟气。

尾气为HCl和粉尘，烟气污染物为烟尘、SO2。

本项目脱硫采用石灰石脱硫，在燃烧过程中加入石灰石达到脱硫目的。

烟气除尘采用高效除尘器，除尘效率99%，利用原有烟囱，高空排烟尘，充分利用大气稀释、扩散、自净能力，降低大气污染物的浓度，通过采取上述合理、有效的治理措施，锅炉所排放的烟尘、SO2等可以达到国家标准要求。

产生的固体废物为燃煤灰渣、生活垃圾、废水处理污泥、废包装材料，以上固废全部综合处置。

灰渣的储存、运输、粉碎都应有防尘措施，建设防尘棚、周围设喷水设施，有效控制粉尘对环境的影响。

项目中的噪声来源于设备噪声，设备噪声经过安装消声器，修建隔音间、吸声墙等，噪声源的声级值可降低15～20dB（A），各噪声源经消声隔音后均可达到厂界标准。

1.11工厂的机械化和自动化水平

原料和产品机械运送，原料采用电子秤计量，产品自动包装。

自动化水平一般，运行可靠，生产灵活。

1.12劳动安全卫生

对装置中高速旋转和往复运动的机械、设备，设计可靠的防护器、挡板或安装围栏，传动设备，如皮带运输机，应设带有护栏的安全走道，爬梯、平台，设扶手护栏等。

压力容器检修、焊接时应由专业人员来进行，对检修情况应作好文字记录归档备查。

采用先进可靠的设备、机泵、伐门，平时应注意加强维修和管理，防止跑、冒、滴、漏现象的发生，严格控制车间内部有毒气体在空气中的浓度。

加强个人防护，从事有毒、有害介质作业的操作人员，上岗时应穿戴工作服、安全帽、防护镜和橡胶手套，在有毒、有害岗位附近应设紧急冲洗管，以防万一出现事故时作临时冲洗之用。

对高温设备及管道均应保温，防止热量的散失和对操作人员的烫伤，夏季车间应加强通风，使空气流通，既能防暑降温，又能防止易燃易爆气体聚集造成事故。

工厂设置专职管理安全卫生的机构和人员，对岗位操作人员进行经常性的安全生产教育，使大家牢固树立“安全第一”的思想观念。

对新入厂的职工必须经过三级安全教育，并通过教育，合格后持证上岗。

1.13消防

本厂生产的复合肥不属于易燃易爆物品，因此发生火灾的概率要低，但是在造粒、和干燥过程中需要用到蒸汽，因此需要一些防火措施，在锅炉附近应设置一定的消防设施。

在生产装置、锅炉房、中间罐区、成品罐区、装车站等爆炸火灾危险区域设置可燃气体监测报警装置。

选用防爆型电气设备、仪表、开关等；采用可靠的防雷保护及防静电接地措施；通风、空调管道的材质采用不燃型玻璃钢；设备管线保温材料也选用不燃烧型。

1.14地质条件和气象资料

义马煤炭资源十分丰富，煤田地质呈现为一不对称、不完整的近东西向斜构造，煤田大部分处于向斜的北翼。

东西向断裂带和向斜：

从太古界至新生界地层一起卷入于线状褶皱，部分同向斜倒转，形成规模大，挤压强烈，构成背向斜构造。

向斜南翼断裂切割，断裂由东向西逐渐增多，东西向构造体系控制了新安、渑池、陕县地区的古生代到中生代的煤系地层，具有陆源屑沉积和滨海陆相交的建造煤源。

义马位于渑池向斜的核部，主要由中生界、新生界地层组成。

地层内断裂构造发育，但含水性不强。

含水层中第三系泥灰岩含水层呈不连续分布，以角度不整合接触方式，覆盖于下伏地层之上，溶洞溶隙相对发育，富水性中等，厚0米至50.8米，第四系沙卵、砾石层孔隙潜水含水层富水性为弱到中等，其余含水层均富水性较弱。

义马水文地质为简单到中等类型。

义马市属暖温带季风性气候，四季分明，日照充足，年平均气12.4℃，历年最热为7月，平均气温25.5℃，最冷为1月，平均气温－2.1℃，年平均日照2250.4小时，历年日照平均率为51%，太阳总辐射量为118.61千卡/厘米。

秋冬季多西北风，春夏季多东南风，年平均风速3.3米/秒，瞬时最大风速为20米/秒，年差较大。

无霜期118天至276天，初霜日在10月下旬。

冰冻期为12月到翌年2月，土壤最大冻土层厚度34厘米。

由于大陆性气候所致，天气变化无常，干旱较多。

1.15管理体制及全厂定员

劳动定员由生产人员和管理人员组成，根据产品工艺流程和生产规模，按三班8小时倒班工作制生产，行政管理部门实行单班工作制，每班工作8小时。

本项目劳动定员70人，其中：

管理人员1人，生产工人及其他人员69人。

序号

岗位

班数

人/班

合计人

1

车间主任

1

1

1

2

值班长

3

1

3

3

原料运输

3

4

12

4

原料破碎

3

2

6

5

原料计量

3

4

12

6

粉碎

3

2

6

7

造粒

3

1

3

8

烘干

3

1

3

9

筛分

3

1

3

10

包裹

3

1

3

11

计量包装

3

1

3

12

成品运输

3

2

6

13

机修

3

1

3

14

控制室

3

1

3

15

司炉

3

1

3

总计

70

1.16车间及厂区布置

车间设备布置以及厂区平面布置见附图。

二、生产流程

2.1生产方法

目前颗粒状复混肥料的生产方法主要有料浆法、固体团粒法、部分料浆法、融熔法等，下面对这几种典型的生产方法作以介绍。

1．料浆法 

以磷酸、氨为原料，利用中和器、管式反应器将中和料浆，在氨化粒化器中进行涂布造粒，生产过程中添加部分氮素和钾素以及其他物质，再经干燥、筛分、冷却而得到NPK复合肥产品，这是国内外各大化肥公司和大规模生产常采用的生产方法。

磷酸可由硫酸分解磷矿制取，有条件时也可直接外购商品磷酸，以减少投资和简化生产环节。

该法的优点是：

既可生产磷酸铵也可生产NPK复合肥，同时也充分利用了酸、氨的中和热，蒸发物料水份，降低造粒水含量和干燥负荷，减少能耗，生产规模大，生产成本较低，产品质量好，产品强度较高。

由于通常需配套建设磷酸装置及硫酸装置，建设不仅投资大，周期长，而且涉及磷、硫资源的供应和众多的环境保护问题（如磷石膏、氟、酸沫、酸泥等），一般较适用于在磷矿加工基地和较大规模生产、产品品数不多的情况。

如以外购的商品磷酸为原料，则目前稳定的来源和运输问题及价格因素是不得不考虑的，近年来，由于我国磷酸工业技术和装备水平的提高，湿法磷酸作为商品进入市场有了良好的条件，在有资源和条件的地区建立磷酸基地，以商品磷酸满足其它地区发展高浓度磷复肥的需要，正在形成一种新的思路和途径，市场需求必将促进这一行业发展，也必将解决众多地区原料磷酸的需求问题。

拥有该种生产技术的外国公司主要有挪威的norskhydro、西班牙incro、espindsea、法国的AZF、KT、美国的Davy/TVA等。

国内的主要生产厂家有：

中阿化肥有限公司、江西贵溪化肥厂、云南云峰化工公司、南京南化磷肥厂、大连化工厂、金昌化工公司、广西鹿寨磷肥厂等。

拥有相近于该种生产技术的国内企业主要有山东的红日集团、四川成都科技大学、上海化工研究院等。

2．固体团粒法  

以单体基础肥料如：

尿素、硝铵、氯化铵、硫铵、磷铵（磷酸一铵、磷酸二铵、重钙、普钙）、氯化钾（硫酸钾）等为原料，经粉碎至一定细度后，物料在转鼓造粒机（或园盘造粒机）的滚动床内通过增湿、加热进行团聚造粒，在成粒过程中，有条件的还可以在转鼓造粒机加入少量的磷酸和氨，以改善成粒条件。

造粒物料经干燥、筛分、冷却即得到NPK复合肥料产品，这也是国际广泛采用的方法之一，早期的美国及印度、日本、泰国等东南亚国家均采用此法生产。

该法原料来源广泛易得，加工过程较为简单，投资少，生产成本低、上马快，生产灵活性大，产品的品位调整简单容易，通用性较强，采用的原料均为固体，对原材料的依托性不强，由于是基础肥料的二次加工过程，因此几乎不存在环境污染问题，由于我国目前的基础肥料大部分为粉粒状，因此，我国中小型规模的复合肥厂大多采用此种方法。

目前，该种生产技术在国内已日趋成熟。

国内最早开发和拥有该项生产技术和成套装备知识产权的单位为上海化工研究院。

3．部分料浆法

近年来，在TVA尿素、硝铵半料浆法及团粒法的基础上，国内又发展了利用尿液或硝铵溶液的喷浆造粒工艺-即部分料浆法，该技术利用了尿素和硝铵在高温下能形成高浓度溶液的特性（95%），由于尿液或硝铵溶液温度高，溶解度大，液相量大的特点，以尿液或硝铵浓溶液直接喷入造粒机床层中，利用尿液或硝铵溶液提供的液相与其它固体基础肥料和返科一起进行涂布造粒，这样可以减少水或蒸汽的加入量，减少造粒物料的水含量，同样也达到减少造粒水含量、干燥负荷和减少能耗的目的。

造粒物料经干燥、筛分、冷却即得到（尿基或硝基）复合肥料产品。

目前国内开发和拥有该项知识产权的生产技术的单位为上海化工研究院等二十几个单位。

4．融熔法 

熔体油冷造粒制高浓度尿基复合肥生产技术是利用尿素厂的中间产品尿素溶液，配以磷铵、钾盐，开发成功高质量、低能耗、少污染的高浓度尿基复合肥生产技术--熔体造粒工艺，已在江苏恒丰集团，海化和银川化肥厂等单位得到应用。

熔体造粒工艺在化肥生产中已得到应用，如尿素塔式喷淋造粒、硝酸磷肥塔式喷淋造粒和双轴造粒、硝铵塔式喷淋造粒、尿磷铵塔式喷淋造粒等。

但该工艺用于制造高浓度尿基复合肥料在国内尚属空白，这一工艺由于不需要传统复合肥生产装置中投资及能耗最大的干燥系统，而且由于尿素及尿素基复合肥的特性，特别适合尿基高氮比的三元（N、P、K）和二元（N、K或N、P）高浓度复合肥的生产。

2.2工艺流程

1.生产方案

采用固体团粒法，原料全部破碎，混合后，计算机自动配料，采用加蒸汽滚筒造粒，滚筒干燥机，滚筒冷却机，筛分后，产品自动包装，非成品破碎后返回造粒。

2.生产流程

（1）磷钾肥及填充料等原料分别送入生产线各自道口,由计算机控制配料秤进行自动配料。

（2）固体原料经破碎后送入原料料斗,经计算机控制配料秤按配比投入溶解槽。

溶解槽由数控系统控制加入一定比例的水和用内部的蒸汽盘管进行加热,温度控制在95～110℃,尿浆浓度为85%～95%（质量分数,下同）。

（3）配料岗位投入的原料和系统返料一起进入造粒机,返料比为1∶3,在数控系统控制下喷入设定量的尿浆,同时喷入一定量的蒸汽补充水分和热量,使物料达到合适的液固比,在转鼓造粒机的转动下团聚成粒,然后由陈化皮带送至干燥岗位。

此造粒工艺利用了尿浆的液相、低水分、高粘性特点使物料成粒,造粒机出口物料水分由6%降到4%,大大降低了干燥负荷。

复合肥在造粒过程中是通过设置在造粒机内的数个喷头将尿浆均匀喷涂在固体物料表面,随着物料的转动团聚成粒。

因物料颗粒是随着喷浆涂布不断长大,形成合适的肥料颗粒,所以产品的抗压强度大（大于18N）,缓释性能好。

（4）自造粒机出来的粒化物料送入1#干燥窑干燥后再送入2#干燥窑进行二次干燥。

1#干燥窑进气温度为120～135℃,出气温度<70℃,物料停留时间为19min,出口物料水分<2%;2#干燥窑进气温度为50～90℃,出口物料水分<1.5%。

干燥所需的热气由高效节能炉提供,每吨复合肥干燥煤耗仅8kg,而普通燃烧炉为20kg,提高能效60%。

（5）从2#干燥窑出来的物料已达到产品水分要求,进入冷却窑冷却。

冷却后物料经筛分送包膜机包膜。

包膜剂由油和胺片配制,比例为5～8∶1,油槽温度控制在90℃±5℃。

包膜后的成品送至自动包装机进行包装。

团粒法生产复混肥的生产工艺流程

三、工艺计算

3.1物料衡算

由于设计项目为年产五万吨高浓度复合肥，则假定原料利用率为100%，原料计算配比如下：

1.每小时生产高浓度复合肥量

M=50000÷300÷24=6.95吨/小时

2.每生产一吨高浓度复合肥需要N、P2O5、K2O之比为:

15-15-15且产品中的氯离子含量小于3%。

其中氯化钾中氯离子的含量为47%。

设每生产一吨复合肥需要各原料量（吨）为：

尿素：

x；氯化铵：

y；磷酸一铵：

w；过磷酸钙：

p；硫酸钾：

o；

可得：

0.46x+0.24y+0.1w=0.15

（1）

0.15p+0.45w=0.15

（2）

0.5o=0.15（3）

0.47y=0.03（4）

x+y+o+p+w=1（5）

则联立五个方程可得：

O=0.3

y=0.0638

P=0.1082

w=0.3

X=0.228

因此：

每年消耗尿素：

0.228x50000=11400吨

每年消耗氯化铵：

0.0638x50000=3200吨

每年消耗磷酸一铵：

0.3x50000=15000吨

每年消耗过磷酸钙：

0.1082x50000=5400吨

每年消耗硫酸钾：

0.3x50000=15000吨

3.2热量衡算

1.物料的性质

空气的进料状态：

湿度：

0.007kg/kgr0=2500kJ/kg

Cpv=1.88kJ/（kg﹒℃）Cpl=4.2kJ/（kg﹒℃）

w1=0.06kg水/kg湿物料w2=0.015kg水/kg湿物料

t0=20℃t2=20℃t1=140℃

T3=90℃t4=60℃

Cp尿素=1.55kJ/（kg﹒℃）Cp过磷酸钙=1.84kJ/（kg﹒℃）

Cp磷酸一铵=0.92kJ/（kg﹒℃）Cp氯化铵=1.57kJ/（kg﹒℃）

Cp水=4.2kJ/（kg﹒℃）Cp硫酸钾=0.39kJ/（kg·℃）

2.单位时间内的生产量

G1=5X10^7÷300÷24÷3600x（1-0.015）=1.9kg/s

绝干物料重量：

Gc=1.9x（1-0.015）=1.8715kg/s

单位时间蒸发的水分量：

W=1.8715÷0.94-1.9=0.091kg/s

3.各类物质的含量

尿素%=22.5%磷酸一铵%=29.5%

氯化铵%=6.3%硫酸钾%=29.5%

过磷酸钙%=10.7%水%=1.5%

物料的热容：

Cpm=1.55x0.225+0.92x0.295+1.57x0.063+1.84x0.107+0.39x0.295+4.2x0.015=1.1kJ/（kg·℃）

4.预热器的热负荷

汽化水由进口状态的水变为出口状态的蒸汽所消耗的热：

Q1=Wx（r0+CpvXt3-CplXt2）

=0.091x（2500+1.88x90-4.2X20）

=235.25kJ/s

物料升温所消耗的热量：

Q2=G1xCpmx（t4-t2）

=1.9x1.1x（60-20）

=83.6kJ/s

废气所带走的热量：

Q3=VxCpH1X（t3-t0）

CpH1=1.01+1.81H1=1.01+1.88