影響磷酸二銨產品總養分含量的因素及計算

王平飛

(云南云天化股份有限公司紅磷分公司 云南開遠 661699)

云南云天化股份有限公司紅磷分公司(以下簡稱紅磷分公司)磷酸二銨裝置產能為270 kt/a，以磷酸、液(氣)氨為原料生產w(總養分)為60.00%(16- 44- 0)的磷酸二銨(DAP)產品。由于磷礦石中雜質的不同，采用濕法磷酸工藝生產的磷酸質量也不同，導致磷酸二銨產品總養分出現波動，而產品總養分(富?？傪B分質量分數≤0.30%)的控制是企業生產成本控制的關鍵要素，因此在磷酸二銨生產過程中添加一些其他物料是調節產品總養分的重要措施。

1 磷酸含固量變化對產品養分的影響

磷酸含固量是指料漿中的固體總質量除以組成料漿的所有組分的質量，其成分主要是二水石膏(CaSO4·2H2O)、鐵鋁磷酸鹽、氟硅酸鹽等。60.00% DAP產品中w(N)為15.70%，w(P2O5)為44.30%，w(總養分)為60.00%，w(水分)為1.50%；所用磷酸質量w(P2O5)為44.00%，w(固)為11.50%；若磷酸的w(固)上升為12.50%，磷酸含固量中w(P2O5)為15.00%，P2O5收率取97.50%，其他組分含量不變，不考慮其他影響因素，1 000.00 kg 60.00% DAP養分變化情況計算如下。

60.00% DAP產品中有效P2O5質量：1 000.00×44.30%=443.00(kg)。

消耗磷酸量：443.00/(97.50%×44.00%)=1 032.63(kg)。

含固量變化值：1 032.63×(12.50%-11.50%)=10.33(kg)。

產品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+10.33)=15.54%。

產品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+10.33×15.00%)×100%/(1 000.00+10.33)=44.00%。

產品中w(總養分)：15.54%+44.00%=59.54%。

產品中w(N)變化值：15.54%-15.70%=-0.16%。

產品中w(P2O5)變化值：44.00%-44.30%=-0.30%。

產品中w(總養分)變化值：59.54%-60.00%=-0.46%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若磷酸中w(固)升高或降低1.00%，不考慮其他影響因素，產品中w(N)，w(P2O5)和w(總養分)將分別下降或上升0.16%，0.30%和0.46%。

2 水分含量變化對產品養分的影響

DAP產品的干燥過程是熱風將熱能以對流的方式直接傳給與其接觸的濕物料，使濕物料中的水分汽化并將水蒸氣帶走的過程。當熱風爐所提供的高溫氣流與來自造粒機的濕物料接觸時，氣固兩相間發生熱、質同時傳遞。造粒機的物料到達干燥機頭部時，粒子的表面溫度低于熱風溫度，熱風將熱量傳遞給粒子，同時熱風中的水蒸氣分壓低于粒子表面的水蒸氣分壓，粒子中的水被汽化并進入氣相中，粒子內部的水分以液態或水蒸氣的形式擴散至表面。對于同樣的60.00% DAP產品，若產品中w(水分)由1.50%上升至2.50%，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

水分質量變化值：1 000.00×(2.50%-1.50%)=10.00(kg)。

產品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+10.00)=15.54%。

產品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+10.00)=43.86%。

產品中w(總養分)：15.54%+43.86%=59.40%。

產品中w(N)變化值：15.54%-15.70%=-0.16%。

產品中w(P2O5)變化值：43.86%-44.30%=-0.44%。

產品中w(總養分)變化值：59.40%-60.00%=-0.60%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若產品中w(水分)升高或降低1.00%，產品中w(N)，w(P2O5)和w(總養分)將分別下降或上升0.16%，0.44%和0.60%。

3 添加其他物料對產品養分的影響

3.1 添加硫酸

紅磷分公司硫酸廠生產的濃硫酸質量分數為98.00%，是調節磷酸二銨產品養分(濃硫酸與氨發生化學反應生成硫酸銨)的原料之一。對于同樣的60.00% DAP產品，若添加1.00 kg濃硫酸，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

硫酸銨生成質量：1.00×98.00%×132/98=1.32(kg)。

硫酸銨中N質量：2×14×1.32/132=0.28(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.28)×100%/(1 000.00+1.32)=15.71%。

產品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.32)=44.24%。

產品中w(總養分)：15.71%+44.24%=59.95%。

產品中w(N)變化值：15.71%-15.70%=0.01%。

產品中w(P2O5)變化值：44.24%-44.30%=-0.06%。

產品中w(總養分)變化值：59.95%-60.00%=-0.05%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加1.00 kg硫酸，產品中w(N)將上升0.01%，而w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.06%和0.05%。

3.2 添加硫酸銨

硫酸銨產品中w(N)為21.00%，對于同樣的60.00% DAP產品，若添加1.00 kg粉狀硫酸銨，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

硫酸銨中N質量：1.00×21.00%=0.21(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.21)×100%/(1 000.00+1.00)=15.71%。

產品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

產品中w(總養分)：15.71%+44.26%=59.97%。

產品中w(N)變化值：15.71%-15.70%=0.01%。

產品中w(P2O5)變化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

產品中w(總養分)變化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加1.00 kg粉狀硫酸銨，產品中w(N)將上升0.01%，而w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.04%和0.03%。

3.3 添加氯化銨

氯化銨產品中w(N)為25.00%，對于同樣的60.00% DAP產品，若添加1.00 kg粉狀氯化銨，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

氯化銨中N質量：1.00×25.00%=0.25(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.25)×100%/(1 000.00+1.00)=15.71%。

產品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

產品中w(總養分)：15.71%+44.26%=59.97%。

產品中w(N)變化值：15.71%-15.70%=0.01%。

產品中w(P2O5)變化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

產品中w(總養分)變化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加1.00 kg粉狀氯化銨，產品中w(N)將上升0.01%，而w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.04%和0.03%。

3.4 添加尿素

尿素產品中w(N)為46.00%，對于同樣的60.00% DAP產品，若添加1.00 kg粒狀尿素，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

尿素中N質量：1.00×46.00%=0.46(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+0.46)×100%/(1 000.00+1.00)=15.73%。

產品中w(P2O5)：1 000.00×44.30%×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

產品中w(總養分)：15.73%+44.26%=59.99%。

產品中w(N)變化值：15.73%-15.70%=0.03%。

產品中w(P2O5)變化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

產品中w(總養分)變化值：59.99%-60.00%=-0.01%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加1.00 kg粒狀尿素，產品中w(N)將上升0.03%，而w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.04%和0.01%。

3.5 添加磷石膏

磷石膏是紅磷分公司磷酸廠生產高濃度磷復肥時的工業副產品，主要成分是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，其w(P2O5)≤0.70%。對于同樣的60.00% DAP產品，若添加1.00 kg粉狀磷石膏，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

磷石膏中P2O5質量：1.00×0.70%=0.007(kg)。

產品中w(N)：1 000.00×15.70%×100%/(1 000.00+1.00)=15.68%。

產品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+0.007)×100%/(1 000.00+1.00)=44.26%。

產品中w(總養分)：15.68%+44.26%=59.94%。

產品中w(N)變化值：15.68%-15.70%=-0.02%。

產品中w(P2O5)變化值：44.26%-44.30%=-0.04%。

產品中w(總養分)變化值：59.94%-60.00%=-0.06%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加1.00 kg粉狀磷石膏，產品中w(N)，w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.02%，0.04%和0.06%。

3.6 添加DAP不合格品

在生產或包裝過程中，難免會出現因產品內在質量或外在質量不合格的DAP產品，一般將其作為原料重新添加至生產系統，此時將造成DAP產品養分發生變化。

3.6.1 添加63.50% DAP不合格品

由于63.50% DAP不合格品養分含量較高，會產生DAP產品養分含量偏高的現象。對于同樣的60.00% DAP產品，若添加10.00 kg粒狀63.50% DAP不合格品[w(N)為17.50%，w(P2O5)為46.00%，w(總養分)為63.50%，w(水分)為1.50%]，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

DAP不合格品中N質量：10.00×17.50%=1.75(kg)。

DAP不合格品中P2O5質量：10.00×46.00%=4.60(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+1.75)×100%/(1 000.00+10.00)=15.72%。

產品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+4.60)×100%/(1 000.00+10.00)=44.32%。

產品中w(總養分)：15.72%+44.32%=60.04%。

產品中w(N)變化值：15.72%-15.70%=0.02%。

產品中w(P2O5)變化值：44.32%-44.30%=0.02%。

產品中w(總養分)變化值：60.04%-60.00%=0.04%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加10.00 kg粒狀63.50% DAP不合格品，產品中w(N)，w(P2O5)和w(總養分)將分別上升0.02%，0.02%和0.04%。

3.6.2 添加56.50% DAP不合格品

由于56.50% DAP不合格品養分含量較低，會產生DAP產品養分含量偏低的現象。對于同樣的60.00% DAP產品，若添加10.00 kg粒狀56.50% DAP不合格品[w(N)為14.20%，w(P2O5)為42.30%，w(總養分)為56.50%，w(水分)為1.50%]，1 000.00 kg 60.00% DAP產品養分變化情況計算如下。

DAP不合格品中N質量：10.00×14.20%=1.42(kg)。

DAP不合格品中P2O5質量：10.00×42.30%=4.23(kg)。

產品中w(N)：(1 000.00×15.70%+1.42)×100%/(1 000.00+10.00)=15.69%。

產品中w(P2O5)：(1 000.00×44.30%+4.23)×100%/(1 000.00+10.00)=44.28%。

產品中w(總養分)：15.69%+44.28%=59.97%。

產品中w(N)變化值：15.69%-15.70%=-0.01%。

產品中w(P2O5)變化值：44.28%-44.30%=-0.02%。

產品中w(總養分)變化值：59.97%-60.00%=-0.03%。

計算結果表明，生產60.00% DAP產品時，若添加10.00 kg粒狀56.50% DAP不合格品，產品中w(N)，w(P2O5)和w(總養分)將分別下降0.01%，0.02%和0.03%。

4 結語

通過理論計算出各種原料的投加對60.00% DAP產品養分的影響數值，然后對操作人員進行技能培訓，使得紅磷分公司270 kt/a磷酸二銨裝置生產的60.00% DAP產品的富裕養分控制取得了較好的效果。