影响硫铵结晶粒度因素的控制

1、影响硫铵结晶粒度因素的控制焦化厂炼焦煤气中氨的回收普遍采用饱和器法生产硫铵。由于硫铵结晶过 程受多种因素影响，生产中一旦某种因素控制不当，就会造成产品颗粒碎小，水 分、酸度超标，影响产品质量。因此，找出影响硫铵结晶粒度的关键因素，寻求 最佳操作方法，成为一个重要课题。1 硫铵结晶原理硫铵的结晶属于反应过程主要由反应、过饱和溶液的形成、晶核的产生和 晶体的成长几个阶段组成。随着反应的进行，形式过饱和溶液，达到一定过饱和 度时，析出固相微观晶粒，这是晶核的形成过程，也称为初级成核，接着是晶核 的长大也称为晶体的生长过程。同时，由于晶液的流动，晶体之间及晶体与设备 之间的摩擦、碰撞，液体对晶体表面的

2、冲刷，又产生新的晶核，称为二次成核。 通常晶核的形成和晶体的成长是同时进行的。 在结晶过程中，无论是晶核的形成， 还是晶核的生长，都要消耗溶液中的溶质，均以一定的过饱和度为推动力。 每一 粒晶体都是由一粒晶核生长而成的， 在一定条件下，如果晶核成核速率越大，晶 核的生成量越多，溶液中有限的溶质要同时供应大量的晶核生长，晶核的生长速率就越慢，结果导致大量的细小结晶；反之，晶核的生成量越少，结晶粒度就会 长得越大。可见，晶核的生成速率和晶核的生长速率是此消彼长的关系，如能控制这两种速率，便可控制结晶的粒度。此外，结晶条件对产品的粒度也有很大的影响，如温度、搅拌、酸度、杂质 等都以一定的方式影响结晶

3、过程。2 影响硫铵结晶粒度的因素根据结晶原理分析，响硫铵结晶粒度的因素，归纳起来，主要有以下几项：(1) 饱和器工作温度(2) 母液的搅拌程度(3) 母液的酸度和加酸制度(4) 母液的晶比(5) 母液中的杂质生产中对一定工艺条件来说影响较大的往往是哪些变化频繁，或在量的变 化上敏感的因素，并且由于产生的结果滞后而增加了控制上的难度。 对上述几个 因素进行分析可以发现，饱和器工作温度和母液的搅拌程度变动不大， 可以说近 似恒定；母液的酸度、晶比随时间呈周期性变化，比较频繁，控制不当，对结晶粒度将产生很大影响；母液中的杂质的影响，在量的变化上比较敏感，一般来说 带有很大的偶发性，可是一旦发生，对生

4、产的影响很大。所以，母液的酸度、晶 比、杂质含量，是生产控制的重点。3 影响因素的控制3.1 母液酸度母液酸度对硫铵结晶的影响主要表现在两个方面：一是酸度的高低对结晶形 状的影响，二是酸度的频繁变动破坏了结晶的正常生长条件。在一定条件下，随着母液酸度的提高，母液的介稳区减小，硫铵晶形从多面体颗粒转变为细长易碎 的六角棱柱形，甚至针状，同时，母液黏度增大，硫铵分子扩散阻力增加，阻碍 晶体的正常生长；但是过低也不行，虽然硫铵结晶在pH5啲弱酸性介质中生成较大的圆形晶体，但是使氨的吸收效率下降，还易造成饱和器堵塞，特别是当 母液搅拌不充分或酸度发生波动时， 可能在母液中局部出现中性或碱性区， 母液

5、中的杂质铁等金属离子和铵生成胶态氢氧化物， 并蒙在硫铵晶体上，使晶体成长 困难和结晶过程复杂化，而且当母液酸度低于 3.5%时，因母液密度下降易产生 泡沫，使饱和器操作恶化。为避免这些影响，必须在酸性介质中进行结晶，正常 生产时，母液酸度保持在 4%6%为宜。酸度对结晶粒度的影响还表现在定期 向系统大加酸时，母液酸度大幅度提高，使母液中的晶种消失，破坏了结晶的正 常生长条件。再次结晶时，在较高饱和度下发生初级成核，使母液中的细小结晶 增多。因此要生产大颗粒结晶硫胺，应减少大加酸的次数，如把每班一次大加酸 改为12天一次，尽量延长饱和期的稳定操作时间。3.2 母液晶比母液中所含硫胺结晶的体积与母

6、液和结晶总体积的比，称为晶比。对饱和器 中晶比的控制，是控制硫胺结晶粒度的重要措施。从结晶原理可以知道卩能控制成核速率和晶核的生长速率便可控制晶体的 粒度。然而，在生产中这两种速率是极不易控制的，无论是爆发式的初级成核， 还是因摩擦碰撞产生的二次成核都很难控制， 生成的晶核总是过量，即成核速率 过高。晶核的生长速率相对于成核速率来说是很慢的，在其他条件不变时主要取 决于母液的过饱和度，提高过饱和度可以加快晶体的生长。过饱和度的高低，在 一定温度下取决于母液中晶核的数量。 当母液中存在足量晶核时，新生成的硫胺 溶质完全用于晶体的生长，过饱和度趋于稳定，晶体处于稳定的生长环境中。 生 产中采用控制

7、晶比的办法来控制过饱和度，达到控制晶体粒度的目的。晶比的大小直接影响结晶的粒度晶比过大时由于摩擦碰撞机会增多， 大颗 粒结晶被破碎，使二次成核量增大，晶体成长速率减慢，晶体粒度减小， 并使母 液搅拌阻力增加，导致搅拌不良，同时减少了氨与硫酸反应所需的容积， 不利于 氨的吸收，还易加重堵塞情况；晶比太小可能出现晶核量少，使过饱和度升高， 产生大量的初级成核，使结晶粒度减小，晶比太小，使取出次数增加，缩短了晶 体的生长时间，同样使晶体粒度减小。因此，母液中必须控制一定的晶比，以利 得到大颗粒硫胺。晶比的控制原则应是：避免初级成核，适当控制二次成核，尽量延长晶体的 生长时间。对晶比的控制，除在量上控

8、制晶比外，还要对结晶的形状、色泽进行 观察，预测饱和器内结晶情况，结合实际取出结晶粒度进行判断， 调节。如果发 现晶液中结晶细小，且取出晶粒也小，则应考虑是否酸度过高，还是晶比高低不 当，成核过多所致；如果不仅结晶细小而且着色，则应考虑杂质影响。正常生产 中晶比的控制，最小不低于 10%,达30%时取出为宜。3.3 杂质溶液中的杂质对结晶过程的所有阶段都产生影响。 硫铵母液中杂质的种类 和含量，主要取决于所采用的工艺流程、硫酸质量、用水质量和设备的防腐质量。 母液中所含的可溶性杂质主要有铁、铝、铜、铅、锑、砷等各种盐类，多半来自 硫酸、设备腐蚀和工业用水，这些离子吸附在硫铵结晶的表面， 遮盖了结晶表面 的活性区域，使结晶成长缓慢；有时由于杂质在一定晶面上的选择性吸附，以致形成细小畸形颗粒。金属离子对硫铵晶体的生长有较大影响，尤其是铁离子影响 最大，即使在母液中含量极少，也会使晶体生长速率显著下降。例如三价铁离子 会促使介稳区扩大，减慢结晶速度，在溶液中含量达 0.1%时会促使硫铵结晶变 长，而在较高浓度时导致生成针状晶体。这种晶体会在生产过程中大量破碎，使 成品硫铵的粒度大幅减小。此外，母液中的不溶性杂质如煤焦油雾， 有时也会与 母液形成稳定的乳浊液附着在晶体表面，阻碍晶体生长。母