魏巖(東華工程科技股份有限公司, 安徽 合肥 230024)

料漿法磷銨中和與濃縮的優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

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本文通過分析磷銨中和濃縮工藝的流程，探究其優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，為磷銨生產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用提供參考依據(jù)。

磷銨；中和技術(shù)；濃縮技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

磷銨既能夠作為單獨(dú)的磷肥來使用，還可以用作高濃度的混合型化肥，是農(nóng)業(yè)和種植業(yè)不可缺少的重要化肥，同時(shí)在水處理、防火材料、生物工程以及工業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用。一般情況下，磷銨是通過磷酸和氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得來的。其中最關(guān)鍵的是中和工藝和濃縮工藝，這兩個(gè)工藝步驟決定了制得磷銨的質(zhì)量。以下是關(guān)于料漿生產(chǎn)磷銨中和濃縮工藝的探討。

1 中和濃縮工藝概述

1.1 中和工藝簡述

中和工藝主要是通過磷酸和氣氨的中和反應(yīng)來完成的，按照一定的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)把稀磷酸和氣氨輸入到生產(chǎn)裝置的反應(yīng)器中，待二者發(fā)生中和反應(yīng)，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，隨著熱氣的上升，取得熱料漿，經(jīng)過冷卻降溫，形成循環(huán)漿，利用強(qiáng)壓技術(shù)把循環(huán)漿壓至上升管，并保持循環(huán)流動，可以促進(jìn)磷酸和氨的充分反應(yīng)。在中和反應(yīng)中，最重要的是要控制稀磷酸和氣氨的比例，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)來控制原料的加入量，這樣才能使中和作用達(dá)到最佳效果，促進(jìn)稀磷酸和氣氨的二次循環(huán)，達(dá)到強(qiáng)制循環(huán)的目的，在放熱反應(yīng)的過程中，揮發(fā)了部分水蒸氣，可以為后續(xù)的濃縮工藝節(jié)省時(shí)間。

1.2 濃縮工藝流程簡述

在中和反應(yīng)之后，把取得的磷銨混合原料漿強(qiáng)制壓進(jìn)蒸發(fā)裝置，使料漿進(jìn)入到下降管中，再利用升壓技術(shù)，把混合料漿壓入到加熱裝置中，進(jìn)行加熱，使料漿升溫蒸發(fā)，把水分變成水蒸氣，實(shí)現(xiàn)氣體和液體分離。緊接著，把料漿輸入到循環(huán)泵中，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)和流動，進(jìn)行二次加熱，提升傳熱系數(shù)，在此之后，把強(qiáng)壓轉(zhuǎn)為負(fù)壓，迅速實(shí)現(xiàn)冷凝，把蒸汽尾氣傳送到冷凝器中，而蒸汽則被冷凝成為冷凝水，留回到循環(huán)水站中，減少對環(huán)境的污染。

濃縮技術(shù)最重要的是要做好混合蒸汽和液體的分離工作，把蒸汽以及冷凝液輸送到過濾裝置中，把濃縮過的料漿輸送到下降管，分別經(jīng)過一效加熱和二效蒸發(fā)，進(jìn)一步促進(jìn)水分的蒸發(fā)。加熱濃縮得到過程一般都是利用蒸汽熱源來進(jìn)行的，而對于冷凝水的干燥處理流程則是利用余熱為熱源，通過加熱和余熱的二次蒸發(fā)，把去除料漿的水分，使之成為濃縮的磷銨料漿，符合生產(chǎn)所需的水分含量標(biāo)準(zhǔn)。

2 中和濃縮工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 槽式中和濃縮工藝

采用槽式生產(chǎn)裝置的方法適合大批量的磷銨生產(chǎn)，可以充分地混合稀磷酸和氣氨，發(fā)生反應(yīng)之后，可以有較大的緩沖空間，提高原材料的使用效率，并且具有穩(wěn)定性，可操作性較強(qiáng)。根據(jù)產(chǎn)量的不同要求，選擇規(guī)格不同的反應(yīng)槽型號，正常情況下，如 100kt/a的磷銨需要的反應(yīng)槽的容積約為30m3，如果難以掌控大容積的反應(yīng)槽，可以通過增加反應(yīng)槽數(shù)量的方式來解決該問題。磷酸和氣氨在反應(yīng)槽發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間為50分鐘左右，1噸的濕法磷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出的熱量約為30000kj，將前一次中和所得的料漿放到蒸發(fā)器中，利用中和反應(yīng)生成得到熱量進(jìn)行加熱蒸發(fā)，將水分變成水蒸氣，從而達(dá)到濃縮料漿的作用。

2.2 強(qiáng)制循環(huán)中和濃縮工藝

槽式生產(chǎn)工藝雖有優(yōu)點(diǎn)，但占用空間面積過大，強(qiáng)制循環(huán)法進(jìn)一步優(yōu)化了中和濃縮工藝，利用環(huán)流反應(yīng)器作為磷酸和氨發(fā)生放熱反應(yīng)的場所，把反應(yīng)后形成的熱料漿到冷凝管中，此時(shí)上升管和下降管中的物質(zhì)具有不同的密度，在密度差異的條件下，可以使料漿發(fā)生循環(huán)流動，而在外環(huán)的反應(yīng)器中，循環(huán)流動比約為15。這樣的循環(huán)流動裝置可以把稀磷酸和氨實(shí)現(xiàn)完全混合，即使沒有專門的攪拌機(jī)，反應(yīng)器內(nèi)的物料也可以發(fā)生劇烈的中和反應(yīng)，在此劇烈的化學(xué)反應(yīng)中，兩種化學(xué)物質(zhì)的接觸面積越大，發(fā)生的反應(yīng)就越充分，速率就越快，節(jié)約了反應(yīng)時(shí)間，中和反應(yīng)的時(shí)間一般為5分鐘左右，再通過加熱法來濃縮漿料，取得水分含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求的磷銨。采用強(qiáng)制循環(huán)工藝，生產(chǎn)裝置主要有反應(yīng)器、上升管、下降管和水循環(huán)站，設(shè)備體積小，占地面積較小，可以節(jié)約投資成本，利用最少的投資，實(shí)現(xiàn)較高效的生產(chǎn)。

2.3 泵動力中和循環(huán)工藝

磷銨中和反應(yīng)最重要的是要有足夠的動力來維持料漿的流動，在強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了循環(huán)泵，可以為整個(gè)中和濃縮工藝流程提供動力，并利用專門的氣氨分布器使氣氨的分布更為均勻，加快反應(yīng)的速率，使磷酸和氣氨發(fā)生更全面的中和反應(yīng)，利用加熱器，通過蒸發(fā)濃縮技術(shù)取得磷銨。除此之外，添加了循環(huán)泵和氣氨分布器，可以避免裝置在反應(yīng)過程中發(fā)生劇烈震動，以保證生產(chǎn)裝置處于穩(wěn)定的環(huán)境，防止裝置損壞。由于循環(huán)泵可以為生產(chǎn)提供穩(wěn)定的動力，不需要依靠外力來維持運(yùn)行，因此，該生產(chǎn)裝置是完全處于密封的系統(tǒng)中，加入的氣氨不會逸出，可以有效減少物料損失，提高資源利用率。在密閉的環(huán)境中，將中和反應(yīng)和蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的水蒸氣混合起來，作為二次蒸發(fā)所需的熱量來源，簡化了濃縮流程，優(yōu)化了整個(gè)工藝設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

料漿法是我國當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的磷銨生產(chǎn)方法，在新技術(shù)的支持下，可以進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程。在工藝設(shè)計(jì)過程中，需要考慮中和反應(yīng)和蒸發(fā)濃縮的有效結(jié)合，降低能耗和環(huán)境污染，把新技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中，發(fā)揮新工藝的優(yōu)勢，促進(jìn)我國化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]林楓.磷酸、磷銨裝置的節(jié)水、節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].磷肥與復(fù)肥,2015,(02):14-16.

[2]宋學(xué)軍,魏蜀剛.磷銨裝置中液氨蒸發(fā)與中和濃縮工序的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].磷肥與復(fù)肥,2014,(05):30-32.

[3]宋學(xué)軍,魏蜀剛.料漿法磷銨強(qiáng)制循環(huán)中和工藝設(shè)計(jì)[J].磷肥與復(fù)肥,2014,(04):19-22.

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