磷酸氨化造粒制磷铵上

磷酸氨化造粒制磷铵上

（1）磷酸铵聚焦造粒制备磷酸铵的方法有以下几种方法：（1）预紧器-鼓浪转化硝基溶胶；（2）氨化器-鼓混肥生产磷铵；（3）磷酸铵管道喷雾干燥生产粉末铵；（4）加压氨基状结构的粉末方案和dap。这一讲主要介绍槽式预中和-转鼓氨化造粒生产MAP和DAP的机理和操作条件。1湿颗粒移动研磨的过程机理当粉状原料或返料与作为粘结剂的各种溶液或料浆混合时,借助于液体的润湿作用和颗粒之间的缝隙形成的毛细管力,使液体迅速充满缝隙而使颗粒粘结。这时如适当使其滚动,即可形成湿的颗粒胚子,物料的粒度愈小、液体表面张力愈大,则颗粒间的毛细管力愈大。当细粒很少时,大粒之间的缝隙较大,则颗粒间连接强度减弱。只有当大粒与小粒数达一定比例时,才能获得高强度湿颗粒胚料,这时粗粒部分的作用在于形成强度较高的骨架,细粒则使缝隙减小,增大毛细管力。颗粒在造粒机中滚动下落时,在颗粒表面不仅受到冲击力,也受到剪切力,其大小取决于滚动速度和颗粒质量。借助于这些力量,经多次滚动、撞击,使颗粒变得圆滑结实。颗粒中多余的水分也可能被挤出,露出表面,它将进一步粘附干粒子,使颗粒强度进一步提高。如果干返料从湿颗粒表面吸收水分占了优势,则会使颗粒失水粉碎。因此,为了使颗粒在造粒过程不断长大,需配合返料不断补充液体,使颗粒表面经常保持最佳润湿度。物料在转鼓中借助于筒壁的摩擦力,使靠近筒壁的物料上升到一定高度,超过自然倾角后,则最上层物料开始快速向下滑落。但物料层的重心位置仍保持不变。在转筒中各层颗粒物料运动速度的线圈图见图67。看起来好像各层颗粒物料都围绕着一个不动点“O”在旋转,靠近筒壁的颗粒上升速度最快,愈接近不动点则速度愈小,过不动点则颗粒开始向下坠落,最外层向下坠落速度最快。颗粒运动的线速度取决于转筒的转速和颗粒之间的摩擦力。由于细粒的摩擦系数大,很快减慢下落速度,进入半径较小的回转运动轨迹。通过多次上升、下降的回转运动,大颗粒被抛向外围,小颗粒则相对集中在不动点周围。1最佳湿含量的确定液相的存在是粉状物成粒的关键。适当增加液相(粘结剂)可使物料塑性增加,成粒容易,颗粒密度和强度增高。液固比也是影响粒度分布的重要因素。各种物料的最佳湿含量是不同的,而且各自的范围都很窄。若造粒时物料湿含量不在此最佳范围,就会不成粒或粘结成块。从图68可以看出,65℃时磷铵造粒的最佳湿含量约7%。最佳液相量还与原料粒度组成有关。当细粉量多时,即减少了颗粒之间的缝隙体积,从而减少填充缝隙所需的液体量。实验表明,增大物料比表面10m2/g,则最佳湿含量减小1.45%。如果液体分布不均,则过湿处形成大颗粒或大块,干处仍为粉状。如液体雾化良好,分布均匀,粉料混合充分,则所得产品有比较窄的粒度分布范围。1造粒条件的影响一般盐的溶解度随温度的升高而增大,因此,造粒温度高时液相量也随之增多,这时外加液体的量应适当减少。由此可见造粒的湿含量应随温度而定。例如磷铵造粒温度从50℃改为85℃时,其物料湿含量应从10.5%降为4%,这种改变对减小产品干燥负荷是十分有利的。从图69还可看到其它种肥料的类似关系。升高温度也使液相粘度和表面张力减小,从而在机械外力的作用下可获得更结实的颗粒。但每种肥料都有一个最高的允许温度,过此温度则可见到明显的氨逸出。多数肥料的这一温度在75～110℃之间。总的说来,湿含量和温度是影响造粒过程的重要因素。图70是某肥料的造粒条件曲线。可以看出,液相量过高则颗粒含水和粒度都较大;液相量不足则情况相反。为了获得粒度1～4mm的产品,就必须把造粒条件控制在AB和EF曲线之间,曲线CD显然是最佳造粒条件。实践证明,在造粒过程的成粒阶段加热升温最为有效。因为增湿阶段液相主要在颗粒表面,这时升高温度会导致结块。成粒后表面水分已部分移去,这时加热可补偿水分的不足。在以水作粘结剂时,用蒸汽加热最为简单有效,这时形成的冷凝水同时起到增湿作用。但最有效的方法是利用化学反应热,这种加热方式能使热量分布非常均匀,而避免局部过热和通常外加热引起的热损失。在化肥生产的氨化造粒机中,经常利用酸与氨的中和热作为造粒过程的主要热源。值得一提的是磷铵料浆的粘结力不仅与磷氮比有关,也与原料化学组成有关。湿法磷酸中经常含有铁、铝等杂质,它们所生成的凝胶状物质的粘结作用对成粒非常有利。热法磷酸不含这些杂质,其磷铵料浆造粒就困难得多。2造粒干燥和回料比的确定预中和—转鼓氨化造粒是常用于磷铵生产的流程,如图71所示。先将一部分原料磷酸送去各洗气塔回收氨后再返回预中和槽,使磷酸浓度达40%P2O5(质量分数,下同)。生产MAP时控制预中和n(NH3)/n(H3PO4)为0.5～0.7,生产DAP时为1.3～1.4,这时磷铵溶解度最大,以而可在较高浓度处获得流动性好的料浆。预中和料浆由泵送入造粒机,喷洒在物料床上,埋于转鼓物料层中的氨分布管继续通氨进行氨化,生产MAP时氨化到n(NH3)/n(H3PO4)为1.0,生产DAP时氨化到1.8,以减少氨逸出。在造粒机中氨化的结果,使磷铵进入溶解度更小的区域,降低了液相量,有利于颗粒的形成。同时反应热也有利于造粒温度的提高和产品的干燥。造粒后的物料含水3%～4%,再送入转筒干燥机中与热气体并流干燥。干燥后的物料含水约1%。大块物料从机尾掉入破碎机。通过条筛的物料进入斗提机,再到振动筛将物料分级。大粒再经破碎后与筛下细粒一起经返料皮带送回造粒机。生产NPK时可将氯化钾等固体原料加到返料皮带上送入造粒机。合格的成品由皮带送入冷却机。经冷却的产品可减少贮存中结块,有的NPK产品还需送去包裹筒加包裹油和包裹粉,以减少产品粉尘和防止结块。出冷却机的热空气经旋风除尘后,可作为干燥机热气的稀释气,以降低干燥能耗。干燥机、冷却器、振动筛及斗提机等含尘气体先通过高效旋风除尘器,然后再进入文丘里洗涤器。出造粒机的气体则直接进入洗涤器。这里用15%～36%P2O5的磷酸作洗涤液,后者是用52%P2O5的磷酸与尾气洗涤器来的酸性洗涤水配成。控制溶液的n(NH3)/n(H3PO4)约0.8,以保持磷铵溶解度较大,并对氨有较高的吸收能力。出文丘里的废气再由风机送至用橡胶衬里,并装有聚四氟乙烯填料层的卧式尾气洗涤器。尾气洗涤器第一级用含低浓度硫酸、pH5～6的循环液洗涤吸收残留的氨,第二、三级用循环水作洗涤液吸收残余的含氟气体。采用槽式预中和时,为了保持料浆有足够的流动性而不得不使料浆含较多水分。显然这就必须为返料比的增高和产品的干燥付出更多的能耗。虽然在造粒机中要放出大量的热,但仍不够使产品完全干燥,还需要在另一干燥机中进行干燥。据估算,生产MAP时干燥产品的能耗约占总能耗50%,生产DAP时占36%。为了使造粒后的颗粒有一定的强度,在进入干燥机之前不变形,通常需保持高达5～6的返料比。这样一来就需要维持比较庞大的包括造粒、干燥、破碎和运输系统的设备,从而会增大投资和操作费用。管式反应器在磷铵生产中开发成功,为克服上述槽式预中和流程的缺点创造了有利条件。3造粒机中的孔隙率典型的转鼓氨化造粒机如图72所示。这种造粒机既适用于槽式预中和料浆造粒,也在其中安装了管式反应器,可广泛用于生产MAP、DAP、TSP及多种NPK复合肥料的造粒。目前美国有Ø1.83m×3.66m到Ø3.66m×7.6m之间系列规格的氨化造粒机,其长度与直径之比均约为2∶1。使用最多的是Ø3.05m×6.10m的规格。筒体用不锈钢或不锈钢衬里作成,筒内安装刮刀以清涂疤垢。但使用最多的是碳钢外壳、内衬橡胶板的筒体(见图73)。橡胶板由若干钢条固定在内壁上。筒体转动时,当粘结在橡胶板上的料块转至筒体上部高位,则因重力作用使橡胶变形下垂,物料自然坠落,因而不必安装除垢刮刀。为防止胶板与筒壁形成真空,防碍橡胶变形,在筒体上钻有若干呼吸孔。造粒机内氨分布管的安装位置很重要。一般取氨分布管长度为造粒机长的3/4。安放在距筒壁为物料层总高的1/3处。这里是物料在造粒机中强烈运动的位置,有利于氨被颗粒物料均匀吸收,同时这里物料对分布管的牵引力也比较小。分布管上钻孔的总面积在使用液氨时为0.0028cm2/(kgNH3·h),使用气氨时为0.0142cm2/(kgNH3·h)。所有孔的总面积不应超过氨分布管截面积。造粒机的旋转速度为临界速度的35%时,混合作用最好。临界速度是物料附于筒壁停止滚动时的转动速度。计算最佳转速的检验公式为:n=15D√r/minn=15Dr/min式中D——造粒机的直径,m。卸料挡圈的高度以保持造粒机填充系数25%～30%为好。物料停留时间为2～7min。4续氨化到nnh3/nh3po4的回收采用槽式预中和流程生产MAP可按两种方式进行。一种是先在预中和槽中使磷酸氨化到n(NH3)/n(H3PO4)为0.6～0.7。从图14可看出,这时磷铵溶解度很大,可保持料浆有较高浓度而不失其较好的流动性。然后再于氨化造粒机中继续氨化到n(NH3)/n(H3PO4)为1.0。另一种方式是同生产DAP的预中和一样,先在预中和槽中氨化到n(NH3)/n(H3PO4)≈1.3～1.5,这时磷铵溶解度很高,流动性也很好,再送去造粒机中喷50%～54%P2O5的磷酸使中和到n(NH3)/n(H3PO4)≈1.0,后一方式也叫“回滴法”。采用前一种方式生产MAP时,为保持预中和料浆的流动性,只能全部采用含40%P2O5的磷酸。而生产MAP时由于中和度不高,在预中和槽、造粒机和干燥机逸出氨很少,不需要用很多稀磷酸去洗气装置回收氨。这时如果把浓磷酸稀释后使用是不合算的。但如采用“回滴法”生产MAP则可在造粒机中使用约占总酸量1/3的浓磷酸,这种方法无疑可降低产品干燥的能耗。“回滴法”生产MAP的操作条件如下:5造粒机的氨逸出生产DAP时,如果最后在造粒机中氨化到n(NH3)/n(H3PO4)≈2,造粒温度是98℃,从图16可得出这时氨分压约5.5×104Pa,估计氨逸出可达进造粒机总氨量的35%。即使将造粒温度降至73℃,氨分压也达8.6×103Pa。为了提高造粒机生产强度,造粒机的氨逸出一直是最大障碍。许多厂家不得不设法强化氨的回收,增加洗涤设备,用较多的稀磷酸作洗涤回收液。好在稀酸与浓酸混合后,还能满足槽式预中和流程要求的40%P2O5磷酸浓度。用降低造粒温度的办法降低氨分压,可减少氨逸出。具体措施是通入一定流量的空气以带出热量;加入冷返料或增大预中和度以减少造粒机中氨化反应热。但预中和度也不宜超过1.6,以免料浆过稠。槽式预中和流程生产DAP的操作条件如下:6元保鲜剂生产中的添加量槽式预中和—转鼓氨化造粒流程不仅用于生产MAP和DAP,也能用于生产NPK三元复合肥。这时预中和槽中除了加入磷酸外,还经常加入硫酸来调整产品含氮量。在预中和槽中氨化达预定中和度的料浆,用泵送去喷洒在造粒机颗粒床上。钾盐则加到返料皮带上与返料一道送入造粒机。造粒机内还同时加入硫酸和氨以维持造粒所需温度。出造粒机的颗粒物料送去干燥、筛分。产品部分还需进行冷却和调理加工。下面列出规格为:14.5—14.5—14.5的三元复合肥的原材料消耗和生产操作条件。按每吨产品计的原材料消耗:槽式预中和流程生产NPK三元复合肥的操作条件如下:美国JacobsEgineering主张在使用管式反应器的同时保留预中和槽。不仅原先已有预中和槽的厂家是这样,一些新建的如我国南京、大连、云南的年产24万吨磷铵的工厂也都是二者兼备。主要原因是预中和槽对除去多余的反应热具有比较灵活的调节作用。例如生产规格为16-20-0或18-22-0的复合肥时,需在磷酸中加入一定硫酸调节氮含量