噴漿造粒工藝復合肥料配方計算方法

張宗彩，王洪富，崔 然，卞會濤，徐勤政

(史丹利農業集團股份有限公司 山東臨沂 276700)

噴漿造粒工藝復合肥料配方計算方法

張宗彩，王洪富，崔 然，卞會濤，徐勤政

(史丹利農業集團股份有限公司 山東臨沂 276700)

以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝態氮的復合肥料為例，詳細介紹了采用物料平衡法及養分守恒計算噴漿造粒工藝復合肥配方的方法。采用物料平衡法可以快速、準確地確定各原料使用量并穩定控制養分指標，避免了根據實際產品養分含量調整配方所造成的物料浪費。

噴漿造粒工藝；低溫轉化；配方計算；物料平衡法；養分守恒

采用噴漿造粒工藝生產的復合肥料顆粒堅硬、肥效持久、養分不易流失，適合生長期較長的作物作為基肥使用。復合肥料生產配方主要是根據生產操作經驗調節酸鉀比及其他物料用量，一般需較長時間才能穩定生產。目前，復合肥料生產常用的配方計算方法有解析法、標準含水量法、物料平衡法[1]、Excel表格計算法[2- 3]和加權平均數法[4]，但對噴漿造粒工藝的配方計算鮮有說明。為此，從分析噴漿造粒工藝流程入手，采用物料平衡法及養分守恒對噴漿造粒工藝復合肥配方計算進行了研究。

1 噴漿造粒工藝流程

噴漿造粒工藝包括低溫轉化[5]和造粒，其工藝流程如圖1所示。

圖1 噴漿造粒工藝流程

低溫轉化主要是在低溫狀態下濃硫酸與氯化鉀反應生成硫酸氫鉀[6]，其化學反應方程式為H2SO4+KCl=KHSO4+HCl。造粒主要是在低溫轉化后的硫酸氫鉀與磷酸一銨溶液混合后形成的混酸溶液中通入氨氣進行中和反應[6]，中和度控制在1.3，反應后得到的料漿由噴漿泵送入造粒機內進行造粒，最后經干燥、篩分、包衣、稱量、包裝等工序制得成品，其主要的化學反應方程式為：2NH3+2KHSO4=(NH4)2SO4+K2SO4，H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4和(NH4)H2PO4+NH3=(NH4)2HPO4。

根據物料守恒定律，采用物料平衡法計算復合肥料的工藝配方，從圖1可以得出守恒的組分主要有鉀元素、磷元素、氮元素、硫元素，氯元素和部分氫元素以氯化氫氣體的形式被水吸收后排出系統。

2 配方計算

2.1 目標肥料的確定

根據農藝因素中作物基礎產量、目標產量及養分吸收規律和工業因素中原料的種類、生產工藝參數的優化控制等確定適當配比[7]。以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝態氮的復合肥料為例，說明配方計算方法。

假設生產復合肥料1 000 kg，根據國家標準《復混肥料(復合肥料)》(GB 15063—2009)的要求及產品特點，目標肥料規格要求如表1所示。

表1 目標肥料規格要求

項目組分/%(質量分數)NP2O5K2OCl-硝態氮水分水不溶物總養分質量分數/%質量/kg理論養分14.016.015.02.02.51.21.045.01000實際養分13.815.814.82.02.544.4

2.2 原料種類及規格的確定

根據確定的配比及肥料規格要求確定的原料種類和規格如表2所示，其中氯化鉀、硫酸和液氨在檢驗養分時已扣除水分，而磷酸一銨和硝銨磷在檢驗養分時未扣除水分。

表2 原料種類和規格要求

原料原料養分質量分數/%N硝態氮P2O5K2OCl-H2O利用率/%氯化鉀60.045.00.0100.00硫酸2.0100.00磷酸一銨11.055.03.0100.00液氨81.00.0100.00硝銨磷32.015.04.01.0100.00

2.3 物料平衡圖的確定

根據噴漿造粒工藝流程、目標肥料規格要求、原料種類和規格，確定的噴漿造粒工藝配方計算物料平衡圖如圖2所示。

2.4 配方計算

由圖2及目標肥料規格要求，物料計算分為以下幾步進行。

2.4.1 鉀元素守恒計算出氯化鉀用量

(1) 根據鉀元素守恒計算出總氯化鉀用量

m總氯化鉀=m肥料×w肥料鉀/w氯化鉀

=1 000×0.148/0.600

=246.7(kg)

(2) 根據氯離子含量計算出未轉化氯化鉀的量

m未轉化氯化鉀=m肥料×w肥料中氯離子/w氯化鉀中氯離子

=1 000×0.020/0.450

=44.4(kg)

圖2 噴漿造粒工藝配方計算物料平衡圖

(3) 低溫轉化氯化鉀量

m轉化氯化鉀=m總氯化鉀-m未轉化氯化鉀

=246.7-44.4

=202.3(kg)

(4) 轉化生成氯化氫量

m氯化氫=m轉化氯化鉀×M氯化氫/M氯化鉀

=202.3×36.5/74.5

=99.1(kg)

2.4.2 硝態氮守恒計算硝銨磷用量

原料中只有硝銨磷提供硝態氮，故硝銨磷用量計算如下：

m硝銨磷=m肥料×w肥料中硝態氮/[m硝銨磷中硝態氮×

(1-w硝銨磷中水)]

=1 000×0.025/[0.150×(1-0.010)]

=168.4(kg)

2.4.3 磷元素守恒計算磷酸一銨用量

原料中同時存在硝銨磷和磷酸一銨提供磷元素，故磷酸一銨用量計算如下：

m磷酸一銨=(m肥料×w肥料中磷-m硝銨磷×

w硝銨磷中磷)/[w磷酸一銨中磷×

(1-w磷酸一銨中水)]

=(1 000×0.158-168.4×0.040)/

[0.550×(1-0.030)]

=283.5(kg)

2.4.4 氮元素守恒計算液氨用量

原料中同時存在硝銨磷、磷酸一銨和液氨提供氮元素，故液氨用量計算如下：

m液氨=(m肥料×w肥料中氮-m硝銨磷×w硝銨磷中氮-

m磷酸一銨×w磷酸一銨中氮)/w氨氣中氮

=(1 000×0.138-168.4×0.320-

283.5×0.110)/0.810

=65.3(kg)

2.4.5 硫酸根守恒計算硫酸用量

硫酸一部分與氯化鉀反應生成硫酸鉀，一部分吸收氨氣生成硫酸銨，故硫酸用量分2步計算。

(1) 與氯化鉀反應用硫酸量

m硫酸-氯化鉀=m轉化氯化鉀×M硫酸/(2×M氯化鉀)

=202.3×98/(2×74.5)

=133.1(kg)

(2) 吸收氨氣用硫酸量

m硫酸-氨氣=[m氨氣-m磷酸一銨×w磷酸一銨中氮×

(中和度-1)×M氨氣/M氮]×

M硫酸/(2×M氨氣)

=[65.3-283.5×0.110×(1.3-1)

×17/14]×98/(2×17)

=155.5(kg)

2.4.6 物料守恒

對根據各物料守恒計算出的各原料需求量進行加和計算(表3)，結果小于目標產量。

表3 各原料使用量 kg

普通復合肥料一般采用黏土、砼肥等價格比較低廉的填充料進行補充，但目標肥料產品具有水不溶物指標要求，不能添加這些填充料，同時考慮原料成本，因此通過增加氨氣和硫酸用量以使物料守恒。

根據反應式H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4，可計算出達到物料平衡時所需要增加的硫酸和液氨質量分別為m硫酸物平增=34.6 kg和m液氨物平增=12.0 kg。物料平衡后各原料用量如表4所示。

表4 物料平衡后各原料用量 kg

2.4.7 養分守恒

由于根據物料平衡增加了硫酸和液氨的用量，實際肥料養分含量規格為N- P2O5- K2O=14.8- 16.3- 14.8(總養分質量分數45.9%)，高于目標養分。為達到目標養分含量，采用硫酸銨調節養分含量，即0.459×1 000+0.210×m硫酸銨=0.450×(1 000+m硫酸銨)，則m硫酸養增=27.8 kg，m液氨養增=9.7 kg。各原料最終用量如表5所示，產品養分含量規格為N- P2O5- K2O=15.0- 15.7- 14.3(總養分質量分數45.0%)。

表5 各原料最終用量 kg

3 結語

在進行噴漿造粒工藝復合肥料配方計算時，需注意以下幾個方面：①肥料成品養分檢測時未考慮水分含量，而檢測原料氯化鉀養分時考慮了水分含量，因此，配方計算時要綜合考慮水分含量；②根據物料平衡計算出各原料用量，若總量小于目標產品量時需增加硫酸和液氨用量，若總量大于目標產量則說明目標配比不能生產或選擇的原料種類有問題；③配方計算只平衡物料質量而忽略了養分平衡；④確定目標配比后，由于增加的硫酸銨提高了氮含量，配方計算時要適當降低氮含量，提高磷和鉀含量。

噴漿造粒工藝的配方調整長期依賴專業配方師或根據實際養分指標進行調整，往往需待產品產出才能確定是否達到目標要求。而以物料守恒為主要原則，綜合考慮目標產品及原料水分含量、水溶性等方面的要求計算工藝配方，能為準確、快速地確定產品養分含量提供有效參考。

[1] 崔益順.淺談復混肥配方計算的幾種方法[J].化學工程與裝備，2008(4):42- 44.

[2] 劉育林.Excel表格在復混肥料配方與成本測算方面的應用[J].磷肥與復肥，2009(4):56- 57.

[3] 王沖.利用Excel表格計算復混肥料和摻混肥料的配方及成本[J].磷肥與復肥，2010(4):55- 57.

[4] 張廣忠，何守學，朱玉臣，等.采用加權平均數法估算復混肥料成品養分質量分數[J].磷肥與復肥，2013(3):46- 47.

[5] 李善層，鄒士龍.低溫轉化料漿法生產硫基氮磷鉀復合肥[C]∥全國中氮情報協作組.全國中氮情報協作組第23次技術交流會論文集.2005：244- 245.

[6] 曹廣峰，王恒濤.噴漿和氨化造粒法生產硫基復合肥的工藝技術研究[C]∥中國化工學會.全國復合(混)肥新工藝技術推介會暨生產技改經驗交流會論文資料集.2005：120- 126.

[7] 賈可，沈兵，曲艷娣.復合肥配方設計原則及影響因素[J].安徽農學通報，2008(20):37- 38.

CompoundFertilizerFormulaCalculationMethodforSprayGranulationProcess

ZHANG Zongcai, WANG Hongfu, CUI Rang, BIAN Huitao, XU Qinzheng

(Stanley Agricultural Group Co., Ltd., Linyi 276700, China)

Taking compound fertilizer (N- P2O5- K2O=14- 16- 15) containing nitrate nitrogen as an example, detailed description is given of formula calculation method of spray granulation process compound fertilizer with material balance method and nutrient conservation. The use of material balance method can quickly and accurately determine the amount of each raw material and realize stability control of nutrient indexes, avoiding material waste caused by adjustment of formula according to nutrient content of actual product.

spray granulation process; low- temperature conversion; formula calculation; material balance method; nutrient conservation

TQ444

A

1006- 7779(2017)04- 0024- 03

2017- 05- 05)

張宗彩(1972—)，女，學士，主要從事化工產品及肥料研究；hbcai@163.com