浅谈硫酸铵结晶颗粒大小影响因素

浅谈硫酸铵结晶颗粒大小影响因素

Summary：我公司现有两套硫酸铵装置，分别采用单效蒸发和三效蒸发两条不同的工艺路线，成品硫酸铵晶体大小也完全不同，根据装置实际运行情况，分析影响硫酸铵晶体成长因素的几个方面。Keys：硫酸铵晶体；单效蒸发；三效蒸发一、装置概况化工生产一部硫铵作业区现有两套生产装置，一套硫铵设计能力0.6万吨/年，处理丙烯腈装置产生的稀硫酸铵溶液；二套硫铵设计生产能力1.5万吨/年，处理聚丙烯酰胺尾气回收装置产生的稀硫酸铵溶液，分别采用单效蒸发和三效蒸发生产技术，都是由蒸发结晶、离心分离、干燥、包装等工序组成。二、生产工艺简介1、一套硫铵装置采用的是单效蒸发技术，利用丙烯腈装置生产过程中的副产品稀硫酸铵溶液为原料，稀硫铵液经蒸发器循环泵采用强制循环送到蒸发器加热器，经过加热器内管间的1.0MPa、250℃过热蒸汽加热后返回蒸发器，蒸发器底部的过饱和硫酸铵溶液，由蒸发器料浆泵送入稠厚器，稠厚器是重力沉降设备，过饱和溶液中的清液由上部溢流线进入母液槽，下部固液比为5:3的硫酸铵溶液依靠位差流入离心机，离心分离出的母液通过甩水线流入母液槽，分离出来的硫酸铵晶体在流化床干燥器内脱水干燥后，进入贮料斗，再通过半自动码垛机进行成品包装。2、二套硫铵装置采用三效蒸发技术，来自聚丙烯酰胺尾气吸收装置的稀硫铵溶液经乏汽预热器和冷凝水预热器预热后进入三效蒸发系统进行蒸发，一效蒸发产生的蒸汽给二效加热器做热源，二效蒸发器产生的蒸汽给三效加热器做热源，三效蒸发器蒸出的二次蒸汽经冷凝回收后返回给上游尾气回收装置重新利用，蒸发后的过饱和硫酸铵溶液通过出料泵送进稠厚器沉降，沉降后的溶液进入离心机进行脱水，脱水后的硫酸铵固体颗粒进入盘式干燥器烘干，烘干后出来的硫酸铵产品经包装机包装。三、结晶原理和影响结晶的主要因素硫酸铵的生产工艺，就是硫酸与氨反应得到硫酸铵溶液，再浓缩、结晶，得到硫酸铵产品。两套硫铵装置都是负压操作，蒸发、结晶后产生成品硫酸铵，但是由于两套装置生产条件不相同，产生的成品晶体大小也不同。一套硫铵采取单效蒸发，蒸发结晶时间较长，并且原料里夹带有聚合物，有机物较多，在生产过程中要将聚合物分离出来并焚烧处理，由于有机物较多，在蒸发提浓过程中硫酸铵性质稳定，PH値相对稳定在4左右，成品硫酸铵晶粒相对较大。二套硫铵原料较为纯净没有其它杂质，蒸发结晶较快，但在蒸发提浓发过程中PH值会降到1-2左右，硫酸铵晶体非常小且易碎成粉状。通过两套装置长时间的生产经验摸索，在操作温度、压力等相同条件下，硫铵作业区影响硫酸铵晶体大小主要有以下两个因素。1、结晶的原理

结晶是化工过程中的一个重要单元操作，在工业生产应用非常广泛，常见的结晶过程是固体物质从溶液中结晶出来，硫酸铵结晶过程是由几个阶段组成，包括过饱和溶液的形成、晶核的出现、晶体的成长和再结晶。结晶的过程中，首先要产生称为晶核的结晶核心，其次是晶粒长大。无论是晶核的产生还是晶核的长大，都必须有一个浓度差作为推动力，这种浓度差称为溶液的过饱和度。产生晶核的过程称为成核过程，晶核长大的过程称为晶体成长过程。在结晶过程中，每一粒晶体就是一粒晶核生产而成，此后，原子或分子在这个最初形成的微小晶核上一层又一层覆盖直到一定的晶粒大小，这个过程叫做“生长”。在一定体积的母液中，晶核生成量越少，结晶颗粒就会长的越大，反之，若晶核生产量过大，溶液中有限的溶质将分别生长到过多的晶核表面上，结晶产品的粒度就会越小。2、硫铵晶体大小影响因素（1）生产工艺的影响

一套硫铵装置采用单效蒸发，由单个蒸发器进行减压操作，蒸发器体积大、循环时间长，晶核生成时间长。原料是来自上游丙烯腈装置，原料在蒸发提浓过程中，会稀释出较多的聚合物混合在母液中，需要不断抽出外排焚烧，但这些有机物在硫酸铵结晶中占有特殊的地位，他们常常加速晶体的成长，促使生产较大的圆形晶体。因此，一套硫铵的硫酸铵成品颗粒相对较大、粉尘少、易包装，但是提浓循环时间长、能耗高。二套硫铵原料来自上游聚丙烯酰胺尾气回收装置，原料相对纯净没有杂质，但三效蒸发的技术特点是三个蒸发器体积小、提浓循环时间短，在二效、三效蒸发器内短时间内就会生产大量晶核，但晶核瞬时生产量越多，蒸发器内有限的溶质就要同时供应大量的晶核生成，晶核的生长速率就会减慢，出现大量的细小结晶，在三个蒸发器内不断循环发生相互碰撞晶体易破碎，这就导致硫酸铵产品颗粒小、粉尘大，但能耗低。原料罐蒸发器稠厚器洗涤器急冷水4.034.124.524.54.13（2）PH值的影响表1

一套硫铵系统内各部位PH値从表1可明显看出，一套硫铵装置在生产过程中，蒸发系统内各部位PH值一直处于较稳定状态，均在4-5之间，这是由于一套装置来料为丙烯腈装置急冷塔上段加酸吸收形成的稀硫铵液，硫酸加入量由pH计AICA1201控制调节阀开度，pH值控制范围3-5；急冷塔上段液位平稳，整个过程达到循环稳定状态。在吸收氨气过程中硫酸过剩，氨气完全和硫酸反应生成了硫酸铵，没有氨气溶解在水里，因此，这种吸收方式使一套硫酸铵溶液在蒸发提浓过程中，只有水分被蒸发掉，蒸发器内逐渐形成硫酸铵过饱和溶液，硫酸铵晶体逐渐析出，整个系统内PH至处于一个稳定状态。

原料罐一效二效三效稠厚器循环液罐一效凝水二三效凝水凝水罐7.443.582.192.022.11.598.649.378.93表2

二套硫铵系统内各部位PH値从表2可以看出，虽然二套硫铵装置来料PH值在7-8之间，但进入系统蒸发提浓后，尤其是在二效以后PH值直接降至2-3之间变化较大。并且二套硫铵冷凝水系统整体呈碱性，代表原料稀硫铵液在减压蒸发过程中，有氨气从母液中释放出来并溶于冷凝水中形成碱性。这种现象的出现主要是由于上游尾气回收装置硫酸吸收氨气的方式不同，造成母液内瞬间氨气过剩，部分氨气溶解在母液里，原料显示PH値在7左右，但母液在蒸发过程中氨气又释放出来，导致PH值急速下降。其中，整个吸收过程为间歇操作，每次一级循环罐向稀硫铵液储罐倒料剩余35%液位后，进行加水操作1小时，液位达87%左右后加4%液位的硫酸，加水加酸过程中同时进行循环吸收，再循环大约4小时后开始下料至稀硫铵液储罐。一级循环液罐向稀硫酸铵储罐倒料时溶液已经成碱性，这主要是因为氨气过量，溶液中除了25%浓度的硫酸铵，剩余的75%的水也在瞬间吸收了过量的氨气形成了一定浓度的氨水，这种间歇吸收氨气的方式会导致在二套硫铵装置在蒸发提浓过程中，氨气释放后母液PH値降至2左右。因此，硫酸铵母液的PH值对硫铵晶体的品质有重要影响，在一定条件下，随着母液酸度的提高，母液的介稳区域减小，硫铵晶型从多面体颗粒转变为细小易碎的六角凌柱形，甚至针状，同时蒸发系统母液粘度增大，硫酸铵分子扩散阻力增加，阻碍晶体的正常生长，这就导致二套硫铵成品晶型明显小于一套硫铵，并且粉尘较大。另外母液酸度大幅提升时，也破坏了结晶的的正常生产条件，正常生产时母液酸度保持在5-6%为宜。

四、结论蒸发结晶是一个较为复杂的过程，产品粒度取决于结晶条件。蒸发结晶的压力、液位、PH値、有机物含量、杂质含量等对结晶都会产生较大影响。