（化学工程专业论文）70kta粒状氯化铵的开发.pdf

四川大学工程硕士学位论文 7 0 k t a 粒状氯化铵的开发 研究生张雄指导教师褚良银教授韦思虎高工 氯化铵是一种良好的氮素肥料，但粉状氯化铵在使用过程中容易吸湿、 结块、烧苗；而粒状氯化铵由于颗粒坚实均匀、密度高、有足够的强度，因 而具有吸湿低、不易结块、不易飞扬、便于包装贮存，同时可实现机械化施 肥，提高肥料的利用率且运输方便。因此，为了改善粉状氯化铵的性能，必 须进行造粒。四川自贡鸿化股份有限公司结合联碱装置的扩大，进一一步将粉 状氯化铵加工成粒状氯化铵，将是提高公司氯化铵产品的附加值和竞争力的 良好途径之一。 粒状氯化铵生产装置的工艺路线主要有两种：一是改变结晶器的操作条 件，以得到大颗粒的氯化铵结晶；二是对粉状干铵产品进行辊式挤压造粒。 经论证分析，在四川自贡鸿化股份有限公司利用现装置通过改变结晶器的操 作条件以得到粒状氯化铵的工艺路线不现实、也不经济，因此，提出了采用 辊式挤压法制备粒状氯化铵的工艺方案。根据四川自贡鸿化股份有限公司现 有的氯化铵生产能力和其相关产品状况，经论证分析，将粒状氯化铵装置规 模确定为7 0 k t a 。 根据粉状氯化铵的性质及粒状氯化铵产品的要求，在天滓碱厂5 0 k t a 粒 状氯化铵装置和四川自贡鸿化股份有限公司1 5 0 k t a 重质纯碱装置提供的大量 试验数据基础上，本文对辊式挤压法制备粒状氯化铵： 艺中挤压、破碎和筛 分三大主要工序，通过理论公式计算并对设备进行了选型。为了便于对生产 进行控制和调节，在主体设备m s 3 0 0 挤压机和锤式粉碎机等设备上采用了变 频调速，可弥补因实验数据与实际工况所产生的差异，从而使装置具有较大 的弹性，以获得最佳的设备选型及最优化的运行参数。 本文完成的辊式挤压法制备粒状氯化铵工艺设计和主要装置选型为四川 自贡鸿化股份有限公司氯化铵产品结构的调整提供了有效方案。 关键词：氯化铵粒状产品辊式挤压法工艺设计设备选型 a b s 打a c t d e v e l o p m e n t o fg r a n u l a ra m m o n i u m c h l o r i d ew i t hc a p a c i t y o f7 0t h o u s a n d t o n s y e a r s p e c i a l t y f i e l d ：c h e m i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：z h a n gx i o n g s u p e r v i s o r ：c h ul i a n g y i n ( p r o f e s s o r ) w c i s i h u ( s e n i o re n g i n e e r ) a m m a n i u mc h l o r i d ei sak i n do ff i n e n i 仃o g e n o u sf e r t i l i z e r s ；h o w e v e r , p o w d e r ya m m o n i u mc h l o r i d e i se a s i l yt ob eh y g r o s c o p i ca n da g g l o m e r a t e d o n t h eo t h e rh a n d ，b e c a u s et h eg r a n u l a ra m m o n i u mc h l o r i d ei s f e a t m e do fs t a b l e p a r t i c l e s 丽t hh i g hd e n s i t ya n de n o u g hs t r e n g t h g r a n u l a ra m m o n i u mc h l o r i d ei s n o te a s i l yt ob eh y g r o s c o p i co ra g g l o m e r a t e d ，a n di ti sn o te a s i l yt of l yu p w a r d st o p r o d u c ed u s t ，a n d i ti s e a s i l yt o b es t o r e da n dt r a n s p o r t e d f o rt h e g r a n u l a r a m m o n i u mc h l o r i d e ，m e c h a n i z e d f e r t i l i z i n g i sa l s o e a s i l y t ob ec a r r i e do u t t h e r e f o r e ，i no r d e rt o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o fa m m o n i u mc h l o r i d e ，t h e p o w d e r ya m m o n i u mc h l o r i d es h o u l d b et r a n s f o r m e di n t o g r a n u l a ro n e w i t h e n l a r g i n gt h ee q u i p m e n tf o rp r o d u c i n ga l k a l i ，m a k i n gt h ep o w d e r ya m m o n i u m c h l o r i d ei n t o 舀 a n u l a ro n ei sag o o d a p p r o a c h t oi m p r o v et h ee c o n o m i cb e n e f i ta n d e n l a r g et h em a r k e to fa m m o n i u mc h l o r i d ep r o d u c t si ns i c h u a nz i g o n gh o n g h e c h e m i c a li n c t h e r ea r et w ot e c h n i c a lr o u t e st op r o d u c eg r a n u l a ra m m o n i u m c h l o r i d e o n e i s c h a n g i n gt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o no ft h ec r y s t a l l i z a t i o ne q u i p m e n tt oa c h i e v e l a r g ep a r t i c l e so fa m m o n i u mc h l o r i d ec r y s t a l s ；t h eo t h e ro n ei si n t r o d u c i n gr o l l e r e x t r u s i o ne q u i p m e n tt om a k et h ep o w d e r ya m m o n i u m c h l o r i d ei n t og r a n u l a ro n e a f t e ras e r i e so fa n a l y s e s ，t h ef i r s tm u t ew a sc o n s i d e r e dt o b en o t p r o p e r i n s i c h u a nz i g o n gh o n g h ec h e m i c a li n c t h e r e f o r e ，t h er o u t eu s i n gr o l l e re x t r u s i o n e q u i p m e n tw a sa d o p t e dt op r o d u c eg r a n u l a ra m m o n i u m c h l o r i d e a c c o r d i n g t ot h e p r o d u c t i o nc a p a c i t yo fa m m o n i u mc h l o r i d ei ns i c h u a nz i g o n gh o n g h ec h e m i c a l i n c t h es c a l eo ft h ee q u i p m e n tf o rp r o d u c i n gg r a n u l a ra m m o n i u m c h l o r i d ew a s 四川大学工程硕士学位论文 d e t e r m i n e da s7 0k t a a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o w d e r ya m m o n i u mc h l o r i d ea n dt h e r e q u i r e m e n to fg r a n u l a ra m m o n i u mc h l o r i d ep r o d u c t s ，t h ee q u i p m e n ts e l e c t i o n s f o rt h em a i nw o r k i n gp r o c e d u r e si n c l u d i n ge x t r u s i o n ，f r a g m e n t a t i o na n ds i e v i n g w e r ec a r r i e do u tb yc a l c u l a t i o no nt h eb a s i so fal o to fd a t a 舶mt h e5 0 k f f a g r a n u l a ra m m o n i u mc h l o r i d ee q u i p m e n ti nt i a n j i na l k a l ip l a n ta n df r o m1 5 0 k g a a l k a l ie q u i p m e n ti ns i c h u a nz i g o n gh o n g h ec h e m i c a li n c t oc o n t r o la n da d j u s t t h ep r o d u c t i o nm o r e e a s i l nf r e q u e n c yc o n v e r s i o na c t i y a t o r sw e r ei n t r o d u c e di nt h e m a i ne q u i p m e n t si n c l u d i n gm s 3 0 0e x t r u s i o ne q u i p m e n ta n dh a m m e r p u l v e r i z e r t h e r e f o r e ，t h ef l e x i b i l i t yo ft h ee q u i p m e n to p e r a t i o nc o u l db ee n l a r g e d ，a n dt h e n o p t i m u me q u i p m e n t s e l e c t i o na n d o p t i m u mo p e r a t i o n a l c o n d i t i o nc o u l db e a c h i e v e d t h et e c h n o l o g i c a ld e s i g na n dt h ee q u i p m e n ts e l e c t i o nf o rt h ep r o d u c t i o no f g r a n u l a ra m m o n i u mc h l o r i d eu s i n gr o l l e re x t r u s i o ne q u i p m e n tp r e s e n t e di nt h i s p a p e rp r o v i d e d a ne f f i c i e n t p r o j e c t t o a d j u s t t h e p r o d u c t s t r u c t u r eo ft h e a m m o n i u mc h l o r i d ei ns i c h u a n z i g o n gh o n g h ec h e m i c a li n c k e y w o r d s ：a m m o n i u m c h l o r i d e ；g r a n u l a rp r o d u c t ；r o l l e re x t r u s i o n m e t h o d ； t e c h n o l o g i c a ld e s i g n ；e q u i p m e n ts e l e c t i o n i i i 婴业查堂三望婴主兰些笙塞一 1 引言 1 1 氯化铵现状分析 自贡市鸿鹤化工股份有限责任公司是西南地区的联碱生产基地，具有 2 8 5 k t a 的生产装置。通过近几年的挖潜、改造已达到4 5 0 k t a 装置规模，联碱 生产的两大产品为纯碱( n a z c 0 3 ) 和氯化铵州h 4 c 【) 。公司自被列为四川省 3 7 户扩张型企业起，便不断对装置规模和产品结构进行了调整，除生产传统 产品轻质纯碱和农用氯化铵以外，公司于近年还先后开发生产：4 0 k t a 的工业 氯化铵；1 5 0 k t a 的复混肥和具有世界先进水平的1 5 0 k t a 挤压法重质纯碱。按 公司近期规划：联碱装置一期要扩大到5 6 0 6 0 0 k t a ；二期达到8 0 0 k t a 。 据了解，目前世界上氯化铵的年生产能力大约为3 4 0 万吨左右，其中我 国的生产能力就达3 0 0 万吨【l 】。而氯化铵是联碱法生产纯碱的副产品( 每生 产一吨纯碱联产一吨氯化铵) 。故随着我国联碱规模的不断扩大以及入世后对 肥料工业的冲击，国内市场销路将受到影响，而日本，东南亚等国家比较喜 欢氯化铵( 但对粒径有一定的要求) ，如果我公司结合联碱装置的扩大迸一步 将粉状氯化铵加工成粒状氯化铵，对氯化铵产品结构进行调整，可扩大出口， 缓解国内市场的压力。 粒状氯化铵产品的开发系为增加氯化铵产品的品种，将是提高我公司氯 化铵产品的附加值和竞争力的良好途径之一。 发展粒状氯化铵势在必行。这是由于粒状氯化铵的特性所决定。粒状氯 化铵颗粒大，颗粒坚实均匀，密度高，有足够的强度。因而具有吸湿低、不 易结块、粉尘少、不易飞扬、流动性好、便于包装贮存和节省包装费用等优 点。同时粒状氯化铵可实现机械化施肥，减小肥料损失，提高肥料的利用率 且运输方便，较易实现散装散运等特点。 另据中国纯碱工业协会与农业部门的专家经过长达五年多的试验，对各 种不同类型土壤、农作物、施用氯化铵后的影响得出科学的结论，纠正了施 用氯化铵后会对一些忌氯作物和土壤产生不良影响的不正确观点，消除了广 大用户对直接施用氯化铵的顾虑。而农业用氯化铵在使用过程中总是希望粒 度能大些；为了改善氯化铵吸湿、结块、烧苗等弊端，需对我公司的粉状氯 化铵进行造粒，开发和生产一种新性能的产品粒状氯化铵，势在必行。 另外肥料颗粒化也是当今化肥的发展趋势。 !j!，一 粒状氯化铵装置的工艺路线目前主要有两种：一是改变结晶器的操作条 件，以得到大颗粒的氯化铵结晶；二是在粉状干铵产品后增设辊式挤压生产 装置。前者优点是工艺路线简单，颗粒成球型，但缺点是操作条件控制严格， 颗粒最大平均在l 跏n 左右，生产强度低( 或增设超大型结晶器，或者牺牲现 有结晶器的生产强度) ；后者优点是生产强度大，产品粒径可达到2 4 m m 。 我公司现装置因受强化生产的制约，要求生产能力越大越经济。故利用 现装置通过改变结晶器的操作条件以得到大颗粒的粒状氯化铵的工艺路线不 现实、也不经济。 1 2 粒状氯化铵肥料的性质及现状 氯化铵主要用于农业，它是一种良好的氮素肥料【2 】。而肥料的种类多种 多样。根据肥料产品的形态可分为液体肥料和固体肥料。液体肥料主要在美 国和西欧使用，我国大部分的化肥为固体形态，根据颗粒的大小可分为粉状 肥料和粒状肥料。粒状氯化铵便是一种颗粒肥料。 固体颗粒肥料的大小取决于造粒工艺的不同。通过肥料液滴固化( 如塔 式喷淋造粒) 或特定条件下的结晶等工艺形成的颗粒较小，平均粒度在l m m 左右，甚至更小，为粉状肥料，如我公司结晶法生产的粉状氯化铵粒径平均 仅为3 5 0pm ，通过控制造粒塔及结晶器的工艺操作参数，可以增加粒度但要 形成更大的颗粒是困难的。粒状肥料通常为特定的造粒装置形成的较大粒径 的肥料，通常i - 4 m m 颗粒的比例要求达到9 0 左右，则平均粒度约在2 - 3 m m ， 如大颗粒的尿素和1 - 4 r a m 粒径的氯化铵等。 影响化肥使用的关键因素除肥效外，这有储存、运输和装卸性能。化肥 发展的初期，产品多为粉状。虽然粉状肥料混合起来比较容易，但有许多缺 点，如离析、难以控制结块、流动性差、难以实现机械化施肥、在施肥过程 中易形成粉尘而流失等。解决以上问题的途径之一是实现肥料的颗粒化。 粒状肥料具有物理性能好，装卸时不起尘，长期存放不结块，流动性好， 施肥时易撒布，并可实现飞机播种，减少损失等优点；同时还可起到缓释作 用，提高肥料的利用率。此外，品种不同但大小相近的颗粒肥可以实现直接 掺混，得到低成本的混配肥( b b 肥) ， 肥料造粒技术不断发展，大颗粒尿素、 具有同多混肥同样的肥效。因此随着 氯化铵、颗粒钾肥等产品也得到迅速 四川大学工程硕士学位论文 发展。肥料粒状化是当今化肥的发展趋势之。 近几十年来，世界化肥的发展经历了一个较大的起伏过程。二十世纪七 八十年代，世界化肥的生产和消费发展迅速，在二十世纪八十年代末达到最 高峰。由于前苏联及东欧地区的体制巨变，世界化肥的生产和消费在二十世 纪九十年代初不断增长，拉动世界化肥的生产和消费平稳增长，今后将保持 稳定增加的势头。如碳铵、氯化铵由1 9 7 8 1 9 7 9 年的5 9 0 万吨到1 9 9 8 1 9 9 9 年的2 8 5 0 万吨，而其中粒状肥有不断增加的趋势。 总之，在世界化肥总量中大颗粒肥料及经过二次造粒的颗粒肥料约占 3 5 左右，在经济发达的欧美地区机械化麓肥比较普遍，要求肥料粒状化及 复合化，粒状肥料约占化肥总消费量的6 0 。 今后5 一1 0 年世界化肥的增长主要集中在发展中国家，提高化肥利用率的 途径之一即大力发展粒状肥料。粒状肥料可直接施用，也可将物性和粒度相 匹配的粒状肥料用物理方法均匀掺混成为b b 肥，提高施肥的复合化率。因 此，世界粒状肥料会有较快的发展。 1 3 我国粒状肥料的现状及发展趋势 1 9 9 9 年，我国的化肥产量约3 0 0 0 万吨，但粒状肥料约占化肥产量的2 0 ， “十五”期间，提高肥料的复合化率是我国化肥行业的主要发展方向。提高 肥料的复合化率主要有三种途径：一是直接生产加工成复合肥料，产品为粒 状。二是以粉状基础肥料为原料，通过蒸汽团粒法或挤压法再造粒形成的混 配肥。三是把基础肥料加工成粒状肥料，直接施肥或通过掺混的方法做成b b 肥实现复合化。而按国家标准对不同的肥料的粒度有不同的要求。如尿素： g b 2 4 4 0 9 1 0 8 5 - 2 8 m m 9 0 ，粒状氯化铵：g b 2 9 4 6 9 2 1 4 r r m 7 5 。 b b 肥的生产前景广阔，只是将各种原料机械掺混后包装或者散装，生产 简单无三废排放，投资省，配方灵活，产品具有广泛性。但b b 肥的发展要 求化肥原料的颗粒大小基本一致，否则会出现储运过程中产品离析现象，导 致养分不均，而粒状尿素，粒状氯化铵便是基础原料。我国b b 肥发展缓慢， 究其原因，一是基础颗粒肥料缺少；二是许多农民及化肥生产经营者还有认 识上的误解。 粒状肥料即便不做b b 肥，也比粉状肥料优越。如肥效长，物性好。在 3 引言 市场上大颗粒肥料比同品种的粉状肥料售价约高5 0 一1 0 0 元，其主要用于出口。 而当前，我国的大部分肥料仍为粉状产品如普通的尿素，碳铵、氯化铵 等。其中一部分为复混肥的原料，但大部分约7 0 仍以粉状形态施用到农田 中。 因此，结合我国提高肥料利用率的发展战略，将粉状肥料加工成粒状肥 料将有较好的市场前景。 综合上述，根据当今化肥工业的国内外研究现状和发展趋势，我公司在 联碱装置规模扩大后开发生产粒状氯化铵将具有较好的市场前景。 1 4 粒状氯化铵生产工艺比较 粒状氯化铵属颗粒肥料，固体颗粒肥料的大小取决于造粒工艺的不同。 常用的颗粒造粒方法有以下三种。 a ) 通过肥料液滴固化( 如塔式喷淋造粒) 肥料液滴固化是将料浆用泵送入喷枪，在喷枪口与压缩空气混合喷入造 粒塔，溶液在塔内落下过程中，形成料幕，而喷枪喷出的雾化料浆粘结在料 幕中的颗粒上，使颗粒增大。目前尿素和复混肥的造粒常采用此种工艺。肥 料液滴固化的缺点是颗粒较小，在运输贮存中易破碎形成尿素粉尘，易损耗。 b ) 改变现有结晶器的操作条件或增设超大型结晶器 改变现有结晶器的工艺条件，就是通过对氯化铵溶液的过饱和度、表观 流速的合理调整和增加结晶停留时间来提高氯化铵的粒径，优点是工艺路线 简单，颗粒成球型，但缺点是操作条件控制严格，颗粒最大平均在i r r a n 左右， 生产强度低。增设超大型结晶器的实质就是在不降低生产能力的条件下通过 延长结晶停留时间来提高氯化铵的粒径，同时还需增大结晶器的容量及增设 相应的配套设备。 c ) 在粉状干铵产品后增设辊式挤压生产装置 挤压造粒是粉料进入辊式挤压机挤压成薄饼，然后破碎，再筛分出符合 要求的产品，不合格产品返料循环再挤压。挤压法生产非常简单方便，能耗 低，生产过程中温度没有升高，就能得到合适温度的产品，而且粒度可进行 调整，比另外的流程具有更大的灵活性。 挤压法与其它方法相比较其特点在于： 4 四川i 大学工程硕士学位论文 工艺简单，完全是物理过程，成本低。 可改变氯化铵粉体的粒度。 根据市场要求，产品粒度可以调整。 能耗单一只有电的消耗，没有其它能耗。 1 5 联合制碱生产装置及粒状氯化铵工艺选择 我公司采用联合制碱工艺。联合制碱法生产一吨纯碱的同时副产吨氯 化铵，其过程是一个循环过程，故又称循环制碱嘲，过程示意图见图1 - 1 。 图l 一1 循环制碱过程示意图 生产过程要同合成氨厂联合，利用氨厂的n h 3 生产n h 4 c l ，利用副产 5 引言 的c o ：f 来制碱，在过程中只加入盐。生产可分为如下两个过程h 。 i 过程：由盐析结晶器溢流之母液m i i 与i 过程的a i 进行热交换，使m 1 1 升温，再进入吸氨器中吸氨后制成a i i ，经澄清除去杂质后，送到碳化清洗塔 溶解塔内的结疤，并吸收少量c 0 2f 称为清洗a ”然后送入碳化塔中与c 0 2 f 逆流反应生成碳酸氢钠悬浮液，经回转真空过滤机分离得重碱，送煅烧炉 分解成纯碱，炉内排出的高浓度的c 0 2 气体，经冷凝塔，洗涤塔降温和洗涤， 再经压缩机将c 0 2f 送入碳化塔制碱。 在制碱过程中，由u 过程来之m i i 吸氨成为a i i 。吸氨化学反应包括母 液吸收氨、二氧化碳，其反应式为： c 0 2 ( g ) + h 2 0 ( g ) = h 2 c d 3 ( f ) 日2 c 0 3 ( p ) + 2 n h 。o h ( e ) 。( n h 。) 2 c 0 3 ( 1 ) + 2 马o ( e ) ( n h 。) 2 c q ( g ) + h 2 c 0 3 ( ) = 2 n h 。h c 0 3 ( 1 ) n a c i ( g ) + n i t 4 0 h ( e ) + c 0 2 ( g ) = n a h c 0 3 ( s ) + n h 4 c l ( s ) 2 n a h c q ( j ) 生哼n a 2 c q ( s ) + c 0 2 ( g ) + h 2o ( g ) i i 过程：过滤重碱后的母液称m i 经吸氨后制成a i ，用以清洗结晶器内 的结疤，然后与r i 过程的m i i 进行热交换，使a i 降温后送入冷析结晶器内， 通过外冷器冷却析出一部分氯化铵，结晶器上部清液称半m i ，溢流到盐析 结晶器，加入n a c l ，因同离子效应，使剩余的氯化铵从溶液中析出，离心分 离后，送到沸腾干铵炉干燥而得成品氯化铵。 离心分离氯化铵后的滤液及由盐析结晶器溢流的母液为m i i ，再循环至i 过程。该过程总反应式为： n h a c i ( g ) + n a c l ( s ) - - 9 , n h 。c l ( s ) + n a c i ( g ) 如此连续循环不断地产生纯碱和氯化铵两种产品。 成品氯化铵为粉状氯化铵，粒径约为3 5 0pm 。为了制得粒径为i 一2 r i m l ： 2 - 4 m m 的粒状氯化铵还需进行造粒处理。 由于肥料液滴固化工艺在喷淋造粒时，循环母液温度达不到过饱和度的条 件，不能析出氯化铵结晶，更不可能使粒子增大，因而无法实现氯化铵的造 粒。 目前氯化铵的造粒工艺可通过改变结晶器的工艺条件，通过过饱和度，表 6 四川大学工程硕士学位论文 观流速的合理调整，增加结晶停留时间来提高氯化铵的粒径。 对于联碱法生产的氯化铵其结晶粒度主要受以下几个因素影响 5 】： 母液成分的影响。 搅拌强度的影响。 冷却速度的影响。 晶浆固液比的影响。 结晶停留时间的影响。 结晶需要一定的停留时间，停留时间愈长，结晶粒子长得愈大。为了制 得粒状氯化铵，结晶停留时间通常要大于八小时或更长的时间。而我公司的 冷、盐析结晶器悬浮段的尺寸分别为巾6 5 0 0 2 6 0 0 和中7 0 0 0 3 1 0 0 m m ；则 冷、盐析悬浮层体积分别为8 6 3 m 3 和1 1 9 _ 3r f l 3 ；冷、盐析固液比分别为1 5 和3 0 ( v ) 。 若产量为l o t h ( 其中冷析产量占4 6 ，盐析产量占5 4 ) ，那么冷、盐 析的盘存量( 指存于结晶器内悬浮层中结晶的质量) 用公式( 1 - 1 ) 表示为【6 】 w = 甲( 1 - i ) 式中 冷、盐析的盘存量，t ； v 结晶器的晶浆悬浮层体积，m 3 ： v 8 晶浆固液比( 视体积百分比) ，： 甲一质量换算系数，即晶浆固液比为1 ( 视体积) 所相当的结晶质量。 冷析结晶t 挣的经验值为0 s k g l ( t m 3 ) ，盐析结晶的经验值为o 7 k g l ( t m 。) 。因此 5 0 ；8 1 5 8 6 3 = 1 04 ，t ； 。o 7 3 0 1 1 9 3 = 2 5 1 ，t 。 结晶停留时间t = w g ( h ) 6 1 ，则 t 。g 析2 1 0 4 ( 1 0 4 6 ) 22 60 1 ) 8 ( h ) ： 1 # * 2 w 么g # # i 2 2 5 1 ( 1 0 5 4 ) = 4 6 5 ( h ) 7 0 4 c ) 。 2 4 生产方法及原理、工艺流程 2 4 1 生产方法 挤压法7 0 1 c # a 粒状氯化铵装置概述 采用挤压法生产粒状氯化铵。其原理是通过机械加工方法来改变粉状氯 化铵的密度和形状，即在高压下将粉状氯化铵挤压成粒状氯化铵。整个过程 不存在化学反应，因而生产非常简单方便，能耗低，生产过程中温度没有升 高，就能得到合适温度的产品，而且粒度可进行调整，比另外的流程具有更 大的灵活性，化工单元操作属粉体工程范畴。 2 4 ，2 原理 2 4 2 1 团聚 挤压属团聚，又称造块。是使粉状氯化铵聚合或固结为较大粒度的产品， 该产品具有一定的机械强度。团聚产生的团块，可以具有一定的形状，可为 球状或块状，本装置通过挤压机挤压后形状为块状。团聚是破碎或磨碎的反 过程。前者使粒度变大；后者使粒度变小。 2 4 ，2 i 1 粉状氯化铵挤压机埋 粉状氯化铵具有较高的孔隙率。颗粒之问被大量的孔隙隔开，在挤压机 外力作用下颗粒发生位移及重新排列，使孔隙率减少，颗粒间接触状态发生 变化，即一个颗粒同更多颗粒接触，接触面积增加，使颗粒之间产生机械啮 合，使粉状氯化铵堆积密度增加，强度发生变化，便颗粒具有更大的抗碎、 耐磨的特性。 2 , 4 2 1 2 影响粉状氯化铵挤压的因素 影响因素有挤压力，粉状氯化铵的性质、塑性、粒度分布、颗粒形状以 及温度，均影响到压制团块的强度和密度吼 压块的质量同压力大小有关，挤压机必须产生足够的压力，使粉状氯化 铵被压缩发生紧密，加压速度、挤压时间、压模的设计、挤压设备及运行参 数等也均对物料的压块产生重要的影响。 2 4 2 2 粉碎 粉碎产品粒度1 - 5 r a m 以上的作业称为破碎，在l - s t o r e 以下的作业称为 磨碎。 堕型查兰三塑堡主兰堡堡苎 粉碎主要靠机械的作用力，用机械方法将块状氯化铵粉碎成小颗粒的过 程。虽然粉碎块状氯化铵时要求把全部或大部分物料粉碎成要求的粒度以下， 但其中小于要求粒度下限( 粒径 o 5 m m ) 使用筛分，分离粒度较小( 0 5 m m ) 使用分级机。但实际应用中也不完全如此划分，一些新型筛分小到 0 1 m m 以下粒子。本装置分级采用筛分。 筛分是在筛面上将松散物料分为各种粒级的作业。筛面是筛子进行筛分 的主要部件。筛面上有筛孔，筛孔的形状有长方形、方形、缝条形、圆型等。 该装置的振动筛、筛面由2 个1 3 5 0 2 6 9 0 筛面组成，筛孔尺寸2 0 7 m m ( 方 形) ，筛网倾斜度为3 8 。 筛面上筛孔面积与整个筛面面积之比值，称为筛面有效面积。筛面有效 面积越大，即产率越高。大于筛孔孔径的物料颗粒为筛上物；小于筛孔孔径 的物料颗粒为筛下物。 振动筛工作时筛面作上、下振动：振动方向与筛面垂直加剧了颗粒之间、 颗粒与筛面之间的相对运行，加上筛面具有强烈的振动，筛孔不易被堵塞， 因而筛分效率高。 筛面振动的作用，使筛面上的物料层松散，细粒物料有机会透过料层下 落到筛面上，并通过筛孔排出，使物料沿筛面向前运动，使卡上筛孔中难筛 粒跳出，有清理筛孔的作用。 1 3 挤压法7 0 k t a 粒状氯化铵装置概述 当选用筛网的网目确定后，所得到的物料粒度就确定。影响振动筛的筛 分效率有：筛网的倾角、振动频率、振幅、筛网丝径及生产量等因素。 筛面的倾角要求选择合适，与生产量及筛分效率有关，倾角越大，筛生 产量也越大；筛分效率越低。加大筛面倾角，可提高送料速度，提高生产率， 但却缩短了物料在筛面上的停留时间，使筛分效率降低。 振动筛的频率及振幅必须使筛面产生足够的加速度，使卡在筛孔中的颗 粒可以跳出，以防堵塞筛面，降低筛分效率。 筛分的给料需要稳定，而且要求沿筛面斜度上均匀布料。 2 4 3 工艺流程简述 本装置是将堆积密度为o 7 5 9 m l 的粉状氯化铵，经一次挤压、二次粉碎、 二次筛分得堆积密度为1 1 0 9 m l 合格粒状氯化铵的粉体工程工艺。 农用氯化铵粉状约8 0 。c 的原料由原料斜皮带送入原料贮仓，物料通过金 属分离器自由落入料仓，当金属分离器中的电磁检测绞圈分辩到有金属( 铁) 碎片时，金属分离器底部分离挡板关闭，转换到“杂质输出”1 3 随物料进入 单层保护筛分离金属杂质后的物料落入料仓内，在设定时间大约0 2 o 6 秒 钟后，开关转回金属分离器挡板打开，物料又自由落入料仓。粉状氯化铵通 过料仓底部的振动给料斗，经料仓排放仪下至分配螺旋输送机。分配螺旋输 送机还设有旋风分离器回收的细粉物料进料1 3 和到挤压机的出口。 进入挤压机约2 9 t h 的粉状氯化铵，挤压成饼后落入粗料皮带，送到粗料 斗式提升机，进入锤碎机；后经分配螺旋进入1 4 振动分级筛；从振动分级筛 出来的物料分三路走。大于4 m m 的粗料经粗料皮带进入粗料斗式提升机进行 破碎。1 - 4 r a m 的物料经成品斗提到2 4 成品筛；由成品筛分成1 - 2 r a m 和2 - 4 m m 的两种产品分别进入两个成品仓中储运包装。小于l m m 的粉料迸入细粉返回 绞刀返回原料斗提。 由空气带出的细粉，经旋风分离器分离，尾气经文丘里洗涤塔进行二次 水洗排空，循环水送至母i i 桶，供联碱生产循环使用。 四川大学工程硕士学位论文 3 装置工艺设计说明 3 1 挤压法几种流程的概述 挤压法制取重质纯碱和粒状氯化铵作为生产重质纯碱和粒状氯化铵产品 的一种方法，目前在世界各国开始得到了推广和普及。波兰、罗马尼亚、美 国、日本、伊朗、印度以及我国的天津碱厂均有挤压装置在联碱行业运行。 根据掌握的资料，在联碱行业挤压装置生产流程目前大致有以下几种【8 】o a ) 罗马尼亚挤压法工艺流程 罗马尼亚挤压法工艺流程如图3 1 。 1 、3 、1 2 刮板输送机 2 、挤压机 4 、1 3 、 4 - - n 机 5 、1 4 、振动给料器 6 、8 、1 5 、1 6 振动筛 7 、1 1 、1 8 滚子磨 9 、1 0 、1 7 、1 9 磁铁分离器 图3 - 1 罗马尼亚挤压法工艺流程 从煅烧来的温度为1 5 0 的轻质纯碱，经刮板输送机( 1 ) 磁铁分离器( 1 9 ) 连续进挤压机( 2 ) ，压成薄片状并经预粉碎后，由刮板输送机( 3 ) 斗提机( 4 ) ， 经振动给料器( 5 ) 进入第一级双层振动筛( 6 ) ，筛上的大块物料经磁铁分离 器( 9 ) 进入滚子磨( 7 ) 破碎后再到二级振动筛( 8 ) ，二级振动筛上层物料 1 5 装置工艺设计说明 经磁铁分离器( 1 0 ) 进入滚子磨( 1 1 ) 破碎后，与中层物料及一级振动筛中 层物料一起，进入斗提机( 1 3 ) 再经振动给料器( 1 4 ) 到三级振动筛( 1 5 ) ， 筛上物料可作为o 3 2 m m 粒度重质纯碱产品，也可经磁选器( 17 ) 去滚子磨 ( 1 8 ) 破碎后返回斗提机( 1 3 ) 入1 2 1 ，筛下物料再经四级振动筛( 1 6 ) 筛分， 筛上物料即为0 2 1 m m 粒度重质纯碱产品，筛下物料与一级振动筛( 6 ) 二级 振动筛( 8 ) 筛下细粉一起，经刮板输送机( 1 2 ) ( 1 ) 与新加入轻质纯碱混合 再进入挤压机。系统各设备设有除尘系统，分离下来的轻质纯碱由刮板输送 机( 1 2 ) ( 1 ) 送入挤压机。 b ) 波兰孟瓦特二厂挤压法工艺流程 波兰孟瓦特二厂挤压法工艺流程如图3 2 e 5 1 。 1 挤压机2 、1 2 斗提机3 、6 、7 、1 0 、1 1 振动筛 4 、5 、8 、9 锤式粉碎机 图3 - 2 波兰孟瓦特二厂挤压法工艺流程 轻质纯碱进入挤压机( 1 ) 挤压成片状，经预破碎后，由斗式提升机( 2 ) 提升到级振动筛( 3 ) ，筛上粗颗粒物料分别去破碎机( 4 ) ( 5 ) 破碎后，再 四川大学工程硕士学位论文 由二级振动筛( 6 ) ( 7 ) 筛分，筛下细物料与一级振动筛下层来的细物料一起 返回挤压机，上层物料与一级振动筛中层物料一起，分别又进入二级破碎机 ( 8 ) ( 9 ) ，再次破碎后，经三级振动筛( 1 0 ) ( 1 1 ) 筛分，下层物料返回挤压 机，上层物料由斗式提升机( 1 2 ) 提升返回到破碎机( 8 ) ( 9 ) ，中层物料与 二级振动筛( 6 ) ( 7 ) 中层物料一起作为重质纯碱成品。 c ) 德国蒂森公司报价挤压法工艺流程 德国挤压法重质纯碱工艺流程如图3 3 l 1 0 j 。 0 6 8 0 1 再循环料斗0 6 h o i 0 2 0 4 0 7 0 8 0 9 刮板输送机0 6 n o i 0 2 挤压机 0 6 2 0 i 0 2 破碎机0 6 h 0 3 0 5 0 6 斗提机0 6 f o i 0 2 0 3 振动筛 0 6 0 0 1 转向门0 6 2 0 3 0 4 锤式粉碎机0 6 x 0 2 振动筛0 6 e 0 1 除尘系统 图3 - 3 德国挤压法重质纯碱工艺流程 轻质纯碱与二级振动筛下层细料及再循环料斗( 0 6 8 0 1 ) 的细物料一起，由 刮板输送机( 0 6 h 0 1 ) 输送，分别进入挤压机( 0 6 n o i 0 2 ) 挤压成片状后，分 别进入破碎机( 0 6 2 0 i 0 2 ) 破碎。破碎后的物料与二级振动筛( 0 6 f 0 2 0 3 ) 上 层物料及埋刮板输送机( 0 6 h o i ) 供给挤压机后的富余物料共同由埋刮板输送 机( 0 6 h 0 2 ) 送斗式提升机( 0 6 h 0 3 ) ，再经刮板输送机( 0 6 h 0 4 ) 转送到一级振动筛 ( 1 3 6 f o i ) 。一级振动筛下层细料去再循环斗( 0 6 8 0 1 ) ，中层中等粒度物料经锤式 1川川二= 装置工艺设计说明 粉碎机( 0 6 2 0 4 ) 粉碎后，并通过斗式提升机( 0 6 n 0 6 ) 转到二级振动筛( 0 6 f 0 3 ) ，上 层粗料经锤式粉碎机( 0 6 2 0 3 ) 粉碎后，通过斗式提升机( 0 6 h 0 5 ) 转到二级振动筛 f 0 6 f 0 2 ) 。二级振动筛( 0 6 f 0 2 0 3 ) 上层粗粒度物料经刮板输送机( 0 6 h 0 7 ) 、振动 给料器( 0 6 x 0 2 ) 、转向f ( 0 6 0 0 1 ) _ 鞫j 刮板输送机( 0 6 h 0 1 ) 或( 0 6 h 0 2 ) ，下层细物 料入刮板输送机( 0 6 h 0 1 ) ，中层物料作为重质碱成品，由刮板输送机( 0 6 h 0 8 0 9 ) 送入成品仓。所有设备和输送机都连接到除尘系统上，回收的细粉返回到再 循环料斗。 d ) 日本细j i i 密克朗公司挤压工艺流程 日本细川密克朗公司挤压工艺流程如图3 4 i n 】。 纯煞朗 、i 参 = ：i l j j _ 1 丫 fl 。： o 5 m m ) 使用筛分，当分级的粒度较小( o 5 m m 使用分级机。但实际应用中也不 完全如此划分，一些新型筛也可筛分小至o 1 m m 以下的粒子。 筛分即是利用筛网尺寸不同，将物料筛分为若干级，当选定筛网的网目 确定后，得到物料粒度就确定，筛子的性能，如筛面倾角、振动频率及振幅、 网的丝径，只是影响到生产量和筛分效率。 为了提高筛子的能力，给料量需要稳定，而且沿筛面宽度上的分布要均 匀。 筛分是从粒子的大小进行分离，空气分级不单纯从粒子的大小，还涉及 到粒子的密度。 空气分级是采用空气作介质，利用颗粒在流程中下沉受到介质阻力的不 同，颗粒和介质之间的相对速度不一样而实现分离。颗粒的速度不仅与粒子 的大小有关，还与其密度有关。这样当物料为同等大小粒子，具有不同密度 的颗粒组成时，则粒子的密度对颗粒的沉降末速，即对分级作业产生影响， 这与筛分不同，筛分主要是靠筛孔大小将物料分为若干颗粒级，物料的密度 影响较小，因此，调整介质的速度以及粒子的初速都将影响到分级作业。 从上述三个化工单元的叙述中可以看出，除了筛分外，挤压、粉碎的工 艺与设备的关系很密切，设备的结构、设备的运行工况、以及物料性质都互 相影响。为了使挤压、分级、粉碎技术建立在科学的基础上，需要加强对物 料的实验，从实验中获得最佳的运行工况和设备结构。 3 4 挤压法生产粒状氯化铵装置工艺流程的改进 本装置采用的挤压法生产粒状氯化铵工艺流程如图3 7 ，工艺流程分为一 次挤压、二级粉碎、二级筛分。，现装置流程较以往流程作以下改进： a ) 挤压机和进料螺旋采用变速的方式 阻往挤压机压辊和螺旋均为固定转速，但由于原料氯化铵的温度、粒径、 结晶形式可能变化，因此只能生产变化密度的挤压块。采用挤压辊和进料螺 旋变速的方式，可以根据物料的变化来调整挤压块的密度及挤压机生产能力。 螺旋转速加快，给料的压力增大，便得到更紧密的压块。挤压机采用3 3 0 0 k n 的压力，能保证产品堆积密度在1 o o 1 1 0 0 9 t ，如果再提高挤压机的挤压力， 2 4 四川大学工程硕士学位论文 能耗急剧增加，但堆积密度不会明显增大。增大挤压机压辊转速，可提高产 量；但挤压力会降低，使产品的堆积密度变小。实际生产中可根据物料的变 化，确定螺旋和挤压辊适宜的转速。 b 1 选用了预破碎的工艺 为了便于输送挤压块及提高破碎机的效率，选用了辊式破碎机将挤压块 预碎为3 0 5 0 1 5 m m 的小块，预破碎为下工序创造了条件。 图3 - 7 挤压法生产粒状氯化铵装置工艺流程图 g ) 选用锤式破碎机为氯化铵挤压块的主破碎机 粉碎与挤压机一样在挤压法生产粒状氯化铵装置中占有很重要的地位， 根据挤压块的性质，氯化铵的挤压块属中硬性物料。锤式粉碎机的粉碎比和 生产量很大，可起到中碎和细碎的双重作用，特别适宜于中硬性物料的破碎， 蓬墨三茎堡生塑塑 一 因此选择锤式破碎机为氯化铵挤压块的主破碎机。 d 1 物料的分级采用筛分的方法 在流程中，粉碎的物料经一次筛分，即得到成品。一级筛底网将小于l m m 的粒子筛除；上层筛网将大于4 m m 的粒子筛去：中层物料即可直接得到 1 - - - 4 r a m 的成品，再通过二级筛分分级为1 2 、2 4 m m 的两种产品，避免了成 品的再循环。 e 、采取了电磁分离器和单层保护筛的除铁屑工艺 在挤压法生产粒状氯化铵流程中，由于原料在进入挤压机前，铁屑等杂 物的存在，对挤压机、破碎机等设备的正常运行危害较大；为了保证操作工