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)化工藝設計

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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)化設計的要點，為磷銨生產和工業(yè)化應用提供參考依據。

磷銨；中和技術；濃縮技術；優(yōu)化設計

磷銨既能夠作為單獨的磷肥來使用，還可以用作高濃度的混合型化肥，是農業(yè)和種植業(yè)不可缺少的重要化肥，同時在水處理、防火材料、生物工程以及工業(yè)生產等方面有著廣泛的應用。一般情況下，磷銨是通過磷酸和氨發(fā)生化學反應得來的。其中最關鍵的是中和工藝和濃縮工藝，這兩個工藝步驟決定了制得磷銨的質量。以下是關于料漿生產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來完成的，按照一定的計量標準把稀磷酸和氣氨輸入到生產裝置的反應器中，待二者發(fā)生中和反應，反應過程中會產生大量的熱量，隨著熱氣的上升，取得熱料漿，經過冷卻降溫，形成循環(huán)漿，利用強壓技術把循環(huán)漿壓至上升管，并保持循環(huán)流動，可以促進磷酸和氨的充分反應。在中和反應中，最重要的是要控制稀磷酸和氣氨的比例，嚴格按照標準來控制原料的加入量，這樣才能使中和作用達到最佳效果，促進稀磷酸和氣氨的二次循環(huán)，達到強制循環(huán)的目的，在放熱反應的過程中，揮發(fā)了部分水蒸氣，可以為后續(xù)的濃縮工藝節(jié)省時間。

1.2 濃縮工藝流程簡述

在中和反應之后，把取得的磷銨混合原料漿強制壓進蒸發(fā)裝置，使料漿進入到下降管中，再利用升壓技術，把混合料漿壓入到加熱裝置中，進行加熱，使料漿升溫蒸發(fā)，把水分變成水蒸氣，實現(xiàn)氣體和液體分離。緊接著，把料漿輸入到循環(huán)泵中，實現(xiàn)強制循環(huán)和流動，進行二次加熱，提升傳熱系數(shù)，在此之后，把強壓轉為負壓，迅速實現(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，分別經過一效加熱和二效蒸發(fā)，進一步促進水分的蒸發(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，符合生產所需的水分含量標準。

2 中和濃縮工藝的優(yōu)化設計

2.1 槽式中和濃縮工藝

采用槽式生產裝置的方法適合大批量的磷銨生產，可以充分地混合稀磷酸和氣氨，發(fā)生反應之后，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。根據產量的不同要求，選擇規(guī)格不同的反應槽型號，正常情況下，如 100kt/a的磷銨需要的反應槽的容積約為30m3，如果難以掌控大容積的反應槽，可以通過增加反應槽數(shù)量的方式來解決該問題。磷酸和氣氨在反應槽發(fā)生反應的時間為50分鐘左右，1噸的濕法磷酸發(fā)生化學反應釋放出的熱量約為30000kj，將前一次中和所得的料漿放到蒸發(fā)器中，利用中和反應生成得到熱量進行加熱蒸發(fā)，將水分變成水蒸氣，從而達到濃縮料漿的作用。

2.2 強制循環(huán)中和濃縮工藝

槽式生產工藝雖有優(yōu)點，但占用空間面積過大，強制循環(huán)法進一步優(yōu)化了中和濃縮工藝，利用環(huán)流反應器作為磷酸和氨發(fā)生放熱反應的場所，把反應后形成的熱料漿到冷凝管中，此時上升管和下降管中的物質具有不同的密度，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現(xiàn)完全混合，即使沒有專門的攪拌機，反應器內的物料也可以發(fā)生劇烈的中和反應，在此劇烈的化學反應中，兩種化學物質的接觸面積越大，發(fā)生的反應就越充分，速率就越快，節(jié)約了反應時間，中和反應的時間一般為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準要求的磷銨。采用強制循環(huán)工藝，生產裝置主要有反應器、上升管、下降管和水循環(huán)站，設備體積小，占地面積較小，可以節(jié)約投資成本，利用最少的投資，實現(xiàn)較高效的生產。

2.3 泵動力中和循環(huán)工藝

磷銨中和反應最重要的是要有足夠的動力來維持料漿的流動，在強制循環(huán)系統(tǒng)的基礎上增加了循環(huán)泵，可以為整個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，加快反應的速率，使磷酸和氣氨發(fā)生更全面的中和反應，利用加熱器，通過蒸發(fā)濃縮技術取得磷銨。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過程中發(fā)生劇烈震動，以保證生產裝置處于穩(wěn)定的環(huán)境，防止裝置損壞。由于循環(huán)泵可以為生產提供穩(wěn)定的動力，不需要依靠外力來維持運行，因此，該生產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，將中和反應和蒸發(fā)濃縮產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)化了整個工藝設計。

3 結語

料漿法是我國當前應用最廣泛的磷銨生產方法，在新技術的支持下，可以進一步提高其生產效率，不斷優(yōu)化生產流程。在工藝設計過程中，需要考慮中和反應和蒸發(fā)濃縮的有效結合，降低能耗和環(huán)境污染，把新技術運用到實際的生產當中，發(fā)揮新工藝的優(yōu)勢，促進我國化工產業(yè)的發(fā)展。

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