物理混配法水溶肥生產(chǎn)技術改造總結

黃 平

(金正大生態(tài)工程集團股份有限公司 山東臨沂 276700)

隨著水肥一體化技術在全國的大規(guī)模應用[1]，水溶肥的市場需求量越來越大。物理混配法生產(chǎn)水溶肥具有工藝簡單、養(yǎng)分全面、濃度較高、配方靈活[2]等特點，是常用的生產(chǎn)工藝之一，其產(chǎn)品質量受原料配伍性、物理狀態(tài)、含濕量、空氣相對濕度、產(chǎn)品溫度等因素的影響[3]。

某水溶肥項目生產(chǎn)流程見圖1，根據(jù)產(chǎn)品配方的不同要求，原料采用尿素、硫酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸一銨、硝酸鉀、硫酸銨等，添加劑主要是防結塊劑、中微量元素，生產(chǎn)得到的水溶肥產(chǎn)品呈粉狀，大量元素的總質量分數(shù)≥50.0%，水不溶物的質量分數(shù)≤5.0%，水的質量分數(shù)≤3.0%。本文對該項目在生產(chǎn)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和技術改造過程進行了總結。

1 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及原因分析

1.1 產(chǎn)品結塊

水溶肥產(chǎn)品庫存1～2個月后，以及對外出口到達境外目的港后，都發(fā)現(xiàn)了結塊現(xiàn)象，嚴重影響了產(chǎn)品質量和客戶的信任。水溶肥從大氣中吸收水分后，表面進行重結晶形成晶橋，產(chǎn)品儲存或運輸過程中會堆放一定的高度，物料之間相互擠壓變得更加密實，晶橋連接作用進一步加強，時間長了就會出現(xiàn)產(chǎn)品結塊。因此，需要對原料化學相容性和含濕量、空氣相對濕度、防結塊劑添加系統(tǒng)進行分析。

主要原料規(guī)格和相對臨界濕度[4]見表1。從化學成分看，幾種原料是可以混配的，原料中水的質量分數(shù)均不超過1%，符合標準要求，但使用前應嚴格監(jiān)測，確保含水量不超標。

表1 原料規(guī)格和相對臨界濕度

該項目現(xiàn)場空氣相對濕度見表2，年平均空氣相對濕度為65%，年平均溫度為20～32 ℃。

對比表1、表2數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場全年各月份最高空氣相對濕度均高于尿素的相對臨界濕度，其中6—9月最高空氣相對濕度甚至高于磷酸一銨、磷酸二氫鉀的相對臨界濕度。這使得原料容易受潮結團，流動性變差。

表2 現(xiàn)場空氣相對濕度 %

為了避免對產(chǎn)品顏色均勻性可能造成的影響，項目設計時未考慮向產(chǎn)品中添加防結塊劑，加大了產(chǎn)品結塊的風險。

通過以上分析可知，解決水溶肥結塊需要采取全過程、系統(tǒng)性的措施，即控制原料含水量和環(huán)境空氣相對濕度、縮短原料與濕空氣的接觸時間、混合過程中使用熱空氣降低物料含濕量、添加防結塊劑、包裝袋采取防吸潮措施等。

1.2 微量元素混合不均勻

水溶肥產(chǎn)品中微量元素質量分數(shù)為0.2%～3.0%，也可根據(jù)市場和客戶需求進行調(diào)整。生產(chǎn)中按要求添加微量元素后，水溶肥產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)微量元素含量偏低、質量不達標的情況。

從物料平衡看，產(chǎn)品質量不合格的直接原因為微量元素在產(chǎn)品中分布不均勻。所有原料在混合前都已處理成粉狀，不存在因粒度不匹配產(chǎn)生離析[5]導致養(yǎng)分不均勻的問題。由于中微量元素添加總量小，很難在設定時間內(nèi)與混合機內(nèi)的大量元素混合均勻。

1.3 包裝袋脹氣

產(chǎn)品存放一段時間后，出現(xiàn)包裝袋脹氣鼓袋的現(xiàn)象，運輸過程中包裝袋容易破裂。包裝袋脹氣說明有新的氣體產(chǎn)生，且產(chǎn)生的氣體無法向外釋放。

從原料角度分析，各混配原料之間本身不會發(fā)生化學反應而產(chǎn)生氣體。在曼海姆法硫酸鉀生產(chǎn)過程中，需要添加碳酸鈉中和產(chǎn)品中過量的游離酸。碳酸鈉為固體，與硫酸鉀中游離酸接觸面積小，反應速率慢，當硫酸鉀與其他原料混合得到水溶肥產(chǎn)品后，碳酸鈉與游離酸的反應可能仍在進行，反應生成的二氧化碳在包裝袋中積累以后，就可能出現(xiàn)脹氣現(xiàn)象。在硝酸鉀生產(chǎn)中，某些生產(chǎn)廠家會使用碳酸鉀作防結塊劑，硝酸鉀進入呈微酸性的水溶肥以后，碳酸鉀可能會與酸性物質發(fā)生化學反應產(chǎn)生二氧化碳，導致包裝袋脹氣。

1.4 產(chǎn)品在料倉內(nèi)流動不暢

水溶肥進入錐形料倉后，出現(xiàn)流動不暢、物料起拱的現(xiàn)象，影響包裝效率，延長了產(chǎn)品在料倉內(nèi)的停留時間，增大了吸潮結塊的風險。項目投運初期，生產(chǎn)車間沒有安裝除濕設備，加上料倉內(nèi)物料相互擠壓密實度大，容易造成物料起拱，影響其流動性。

2 解決方法和效果

2.1 產(chǎn)品結塊解決措施

(1)控制原料含水量：每批次原料含水量經(jīng)檢測合格后使用，生產(chǎn)中定期檢測。

(2)控制廠房內(nèi)空氣相對濕度：將廠房設置為全封閉車間；增設除濕機，將車間空氣相對濕度維持在低于物料相對臨界濕度以下；安裝通風設施，將車間內(nèi)粉塵濃度控制在標準要求值以下。

(3)控制生產(chǎn)中物料吸潮：粉碎后的原料采用除濕后的壓縮空氣輸送，減少物料在輸送中吸濕；混合機中使用熱風作為物料混合媒介，降低產(chǎn)品含濕量；混合完成后，向混合機內(nèi)通入除濕壓縮空氣對物料進行冷卻，防止自然冷卻吸潮。

(4)控制產(chǎn)品吸潮：采用聚乙烯(PE)袋或帶內(nèi)膜聚丙烯(PP)包裝袋，PE袋和PP袋內(nèi)膜采用熱熔封口；產(chǎn)品生產(chǎn)后盡快完成包裝，減少物料吸潮；保持庫房干燥，運輸途中做好防雨防潮保護。

(5)防結塊劑：向產(chǎn)品中添加防結塊劑，防止結塊。

通過這些組合措施，產(chǎn)品結塊的現(xiàn)象很少再出現(xiàn)。

2.2 微量元素混合不均勻解決措施

顆粒摻混肥生產(chǎn)中常將某一種主要原料與其他物料團球后再與尿素、顆粒鉀肥摻混[6]。該項目中，進入混合機的物料均為粉狀，通過改造，采用了二次混合的方法解決微量元素混合不均勻的問題。第一次為預混合，添加劑(微量元素、防結塊劑)先與磷酸二氫鉀或磷酸一銨進行混合，得到的混合物料再與尿素、硫酸鉀等進行第二次混合。通過二次混合，將微量元素均勻地分散到產(chǎn)品中。

2.3 包裝袋脹氣解決措施

對已經(jīng)出現(xiàn)脹氣現(xiàn)象的包裝袋進行放氣，避免包裝袋裂口或爆袋。

對原料硫酸鉀采取兩方面的措施：①要求生產(chǎn)商在生產(chǎn)中按照硫酸鉀中游離酸含量定量添加碳酸鈉，不得過量；②硫酸鉀購入后，先在庫房存放1個月左右，再用于水溶肥生產(chǎn)。采用未添加碳酸鹽防結塊劑的硝酸鉀作為生產(chǎn)水溶肥的原料。

水溶肥生產(chǎn)中采用以高分子表面活性劑為主要成分的防結塊劑，不使用碳酸鹽或者堿性防結塊劑，防止與水溶肥中的少量酸性物料發(fā)生化學反應產(chǎn)生二氧化碳或水。

2.4 產(chǎn)品在料倉內(nèi)流動不暢解決措施

在錐形成品料倉四面?zhèn)缺?，分別安裝3組助流氣碟。儀表壓縮空氣通入助流氣碟后，沿錐形壁噴出，可破壞產(chǎn)品在料倉內(nèi)架橋起拱。

2.5 改造后的生產(chǎn)工藝流程

改造后的水溶肥生產(chǎn)流程見圖2。與改造前相比，主要是增加了1臺預混合機、1臺除濕機(非工藝設備，用于控制整個生產(chǎn)車間空氣的相對濕度)以及采用氣力輸送設備代替斗提皮帶輸送機輸送粉碎后的原料。

3 結語

(1)嚴格控制原料含水量、設置除濕機、使用壓縮空氣輸送原料、采用熱空氣作為物料混合媒介、向產(chǎn)品中添加防結塊劑、采用聚乙烯包裝袋、使用熱熔法對包裝袋封口等是解決水溶肥產(chǎn)品結塊的有效措施。

(2)二次混合是微量元素在水溶肥中混合均勻的有效措施。

(3)避免原料硫酸鉀中加入過量的碳酸鹽、采用不含碳酸鹽防結塊劑的硝酸鉀原料，是防止水溶肥產(chǎn)品包裝袋出現(xiàn)脹氣的重要措施。

(4)在錐形產(chǎn)品料倉側面安裝助流氣碟可破壞產(chǎn)品架橋起拱，防止堵料。