磷铵既能够作为单独的磷肥来使用, 还可以用作高浓度的混合型化肥, 是农业和种植业不可缺少的重要化肥, 同时在水处理、防火材料、生物工程以及工业生产等方面有着广泛的应用。一般情况下, 磷铵是通过磷酸和氨发生化学反应得来的。其中最关键的是中和工艺和浓缩工艺, 这两个工艺步骤决定了制得磷铵的质量。以下是关于料浆生产磷铵中和浓缩工艺的探讨。
中和工艺主要是通过磷酸和气氨的中和反应来完成的, 按照一定的计量标准把稀磷酸和气氨输入到生产装置的反应器中, 待二者发生中和反应, 反应过程中会产生大量的热量, 随着热气的上升, 取得热料浆, 经过冷却降温, 形成循环浆, 利用强压技术把循环浆压至上升管, 并保持循环流动, 可以促进磷酸和氨的充分反应。在中和反应中, 最重要的是要控制稀磷酸和气氨的比例, 严格按照标准来控制原料的加入量, 这样才能使中和作用达到最佳效果, 促进稀磷酸和气氨的二次循环, 达到强制循环的目的, 在放热反应的过程中, 挥发了部分水蒸气, 可以为后续的浓缩工艺节省时间。
在中和反应之后, 把取得的磷铵混合原料浆强制压进蒸发装置, 使料浆进入到下降管中, 再利用升压技术, 把混合料浆压入到加热装置中, 进行加热, 使料浆升温蒸发, 把水分变成水蒸气, 实现气体和液体分离。紧接着, 把料浆输入到循环泵中, 实现强制循环和流动, 进行二次加热, 提升传热系数, 在此之后, 把强压转为负压, 迅速实现冷凝, 把蒸汽尾气传送到冷凝器中, 而蒸汽则被冷凝成为冷凝水, 留回到循环水站中, 减少对环境的污染。
浓缩技术最重要的是要做好混合蒸汽和液体的分离工作, 把蒸汽以及冷凝液输送到过滤装置中, 把浓缩过的料浆输送到下降管, 分别经过一效加热和二效蒸发, 进一步促进水分的蒸发。加热浓缩得到过程一般都是利用蒸汽热源来进行的, 而对于冷凝水的干燥处理流程则是利用余热为热源, 通过加热和余热的二次蒸发, 把去除料浆的水分, 使之成为浓缩的磷铵料浆, 符合生产所需的水分含量标准。
采用槽式生产装置的方法适合大批量的磷铵生产, 可以充分地混合稀磷酸和气氨, 发生反应之后, 可以有较大的缓冲空间, 提高原材料的使用效率, 并且具有稳定性, 可操作性较强。根据产量的不同要求, 选择规格不同的反应槽型号, 正常情况下, 如100kt/a的磷铵需要的反应槽的容积约为30m噁, 如果难以掌控大容积的反应槽, 可以通过增加反应槽数量的方式来解决该问题。磷酸和气氨在反应槽发生反应的时间为50分钟左右, 1吨的湿法磷酸发生化学反应释放出的热量约为30000kj, 将前一次中和所得的料浆放到蒸发器中, 利用中和反应生成得到热量进行加热蒸发, 将水分变成水蒸气, 从而达到浓缩料浆的作用。
槽式生产工艺虽有优点, 但占用空间面积过大, 强制循环法进一步优化了中和浓缩工艺, 利用环流反应器作为磷酸和氨发生放热反应的场所, 把反应后形成的热料浆到冷凝管中, 此时上升管和下降管中的物质具有不同的密度, 在密度差异的条件下, 可以使料浆发生循环流动, 而在外环的反应器中, 循环流动比约为15。这样的循环流动装置可以把稀磷酸和氨实现完全混合, 即使没有专门的搅拌机, 反应器内的物料也可以发生剧烈的中和反应, 在此剧烈的化学反应中, 两种化学物质的接触面积越大, 发生的反应就越充分, 速率就越快, 节约了反应时间, 中和反应的时间一般为5分钟左右, 再通过加热法来浓缩浆料, 取得水分含量符合标准要求的磷铵。采用强制循环工艺, 生产装置主要有反应器、上升管、下降管和水循环站, 设备体积小, 占地面积较小, 可以节约投资成本, 利用最少的投资, 实现较高效的生产。
磷铵中和反应最重要的是要有足够的动力来维持料浆的流动, 在强制循环系统的基础上增加了循环泵, 可以为整个中和浓缩工艺流程提供动力, 并利用专门的气氨分布器使气氨的分布更为均匀, 加快反应的速率, 使磷酸和气氨发生更全面的中和反应, 利用加热器, 通过蒸发浓缩技术取得磷铵。除此之外, 添加了循环泵和气氨分布器, 可以避免装置在反应过程中发生剧烈震动, 以保证生产装置处于稳定的环境, 防止装置损坏。由于循环泵可以为生产提供稳定的动力, 不需要依靠外力来维持运行, 因此, 该生产装置是完全处于密封的系统中, 加入的气氨不会逸出, 可以有效减少物料损失, 提高资源利用率。在密闭的环境中, 将中和反应和蒸发浓缩产生的水蒸气混合起来, 作为二次蒸发所需的热量来源, 简化了浓缩流程, 优化了整个工艺设计。
料浆法是我国当前应用最广泛的磷铵生产方法, 在新技术的支持下, 可以进一步提高其生产效率, 不断优化生产流程。在工艺设计过程中, 需要考虑中和反应和蒸发浓缩的有效结合, 降低能耗和环境污染, 把新技术运用到实际的生产当中, 发挥新工艺的优势, 促进我国化工产业的发展。
摘要：本文通过分析磷铵中和浓缩工艺的流程, 探究其优化设计的要点, 为磷铵生产和工业化应用提供参考依据。
关键词：磷铵,中和技术,浓缩技术,优化设计
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