張宗彩，王洪富，崔 然，卞會濤，徐勤政

(史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 山東臨沂 276700)

噴漿造粒工藝復(fù)合肥料配方計(jì)算方法

張宗彩，王洪富，崔 然，卞會濤，徐勤政

(史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 山東臨沂 276700)

以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝態(tài)氮的復(fù)合肥料為例，詳細(xì)介紹了采用物料平衡法及養(yǎng)分守恒計(jì)算噴漿造粒工藝復(fù)合肥配方的方法。采用物料平衡法可以快速、準(zhǔn)確地確定各原料使用量并穩(wěn)定控制養(yǎng)分指標(biāo)，避免了根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品養(yǎng)分含量調(diào)整配方所造成的物料浪費(fèi)。

噴漿造粒工藝；低溫轉(zhuǎn)化；配方計(jì)算；物料平衡法；養(yǎng)分守恒

采用噴漿造粒工藝生產(chǎn)的復(fù)合肥料顆粒堅(jiān)硬、肥效持久、養(yǎng)分不易流失，適合生長期較長的作物作為基肥使用。復(fù)合肥料生產(chǎn)配方主要是根據(jù)生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)酸鉀比及其他物料用量，一般需較長時間才能穩(wěn)定生產(chǎn)。目前，復(fù)合肥料生產(chǎn)常用的配方計(jì)算方法有解析法、標(biāo)準(zhǔn)含水量法、物料平衡法[1]、Excel表格計(jì)算法[2- 3]和加權(quán)平均數(shù)法[4]，但對噴漿造粒工藝的配方計(jì)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(yǎng)分守恒對噴漿造粒工藝復(fù)合肥配方計(jì)算進(jìn)行了研究。

1 噴漿造粒工藝流程

噴漿造粒工藝包括低溫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化主要是在低溫狀態(tài)下濃硫酸與氯化鉀反應(yīng)生成硫酸氫鉀[6]，其化學(xué)反應(yīng)方程式為H2SO4+KCl=KHSO4+HCl。造粒主要是在低溫轉(zhuǎn)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(jìn)行中和反應(yīng)[6]，中和度控制在1.3，反應(yīng)后得到的料漿由噴漿泵送入造粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行造粒，最后經(jīng)干燥、篩分、包衣、稱量、包裝等工序制得成品，其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NH3+2KHSO4=(NH4)2SO4+K2SO4，H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4和(NH4)H2PO4+NH3=(NH4)2HPO4。

根據(jù)物料守恒定律，采用物料平衡法計(jì)算復(fù)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(tǒng)。

2 配方計(jì)算

2.1 目標(biāo)肥料的確定

根據(jù)農(nóng)藝因素中作物基礎(chǔ)產(chǎn)量、目標(biāo)產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收規(guī)律和工業(yè)因素中原料的種類、生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化控制等確定適當(dāng)配比[7]。以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝態(tài)氮的復(fù)合肥料為例，說明配方計(jì)算方法。

假設(shè)生產(chǎn)復(fù)合肥料1 000 kg，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)混肥料(復(fù)合肥料)》(GB 15063—2009)的要求及產(chǎn)品特點(diǎn)，目標(biāo)肥料規(guī)格要求如表1所示。

表1 目標(biāo)肥料規(guī)格要求

項(xiàng)目組分/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NP2O5K2OCl-硝態(tài)氮水分水不溶物總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%質(zhì)量/kg理論養(yǎng)分14.016.015.02.02.51.21.045.01000實(shí)際養(yǎng)分13.815.814.82.02.544.4

2.2 原料種類及規(guī)格的確定

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

表2 原料種類和規(guī)格要求

原料原料養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%N硝態(tài)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(jù)噴漿造粒工藝流程、目標(biāo)肥料規(guī)格要求、原料種類和規(guī)格，確定的噴漿造粒工藝配方計(jì)算物料平衡圖如圖2所示。

2.4 配方計(jì)算

由圖2及目標(biāo)肥料規(guī)格要求，物料計(jì)算分為以下幾步進(jìn)行。

2.4.1 鉀元素守恒計(jì)算出氯化鉀用量

(1) 根據(jù)鉀元素守恒計(jì)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(jù)氯離子含量計(jì)算出未轉(zhuǎn)化氯化鉀的量

m未轉(zhuǎn)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(jì)算物料平衡圖

(3) 低溫轉(zhuǎn)化氯化鉀量

m轉(zhuǎn)化氯化鉀=m總氯化鉀-m未轉(zhuǎn)化氯化鉀

=246.7-44.4

=202.3(kg)

(4) 轉(zhuǎn)化生成氯化氫量

m氯化氫=m轉(zhuǎn)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(tài)氮守恒計(jì)算硝銨磷用量

原料中只有硝銨磷提供硝態(tài)氮，故硝銨磷用量計(jì)算如下：

m硝銨磷=m肥料×w肥料中硝態(tài)氮/[m硝銨磷中硝態(tài)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算硫酸用量

硫酸一部分與氯化鉀反應(yīng)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(jì)算。

(1) 與氯化鉀反應(yīng)用硫酸量

m硫酸-氯化鉀=m轉(zhuǎn)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(jù)各物料守恒計(jì)算出的各原料需求量進(jìn)行加和計(jì)算(表3)，結(jié)果小于目標(biāo)產(chǎn)量。

表3 各原料使用量 kg

普通復(fù)合肥料一般采用黏土、砼肥等價格比較低廉的填充料進(jìn)行補(bǔ)充，但目標(biāo)肥料產(chǎn)品具有水不溶物指標(biāo)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(jù)反應(yīng)式H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4，可計(jì)算出達(dá)到物料平衡時所需要增加的硫酸和液氨質(zhì)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(yǎng)分守恒

由于根據(jù)物料平衡增加了硫酸和液氨的用量，實(shí)際肥料養(yǎng)分含量規(guī)格為N- P2O5- K2O=14.8- 16.3- 14.8(總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)45.9%)，高于目標(biāo)養(yǎng)分。為達(dá)到目標(biāo)養(yǎng)分含量，采用硫酸銨調(diào)節(jié)養(yǎng)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(yǎng)增=27.8 kg，m液氨養(yǎng)增=9.7 kg。各原料最終用量如表5所示，產(chǎn)品養(yǎng)分含量規(guī)格為N- P2O5- K2O=15.0- 15.7- 14.3(總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)45.0%)。

表5 各原料最終用量 kg

3 結(jié)語

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

噴漿造粒工藝的配方調(diào)整長期依賴專業(yè)配方師或根據(jù)實(shí)際養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，往往需待產(chǎn)品產(chǎn)出才能確定是否達(dá)到目標(biāo)要求。而以物料守恒為主要原則，綜合考慮目標(biāo)產(chǎn)品及原料水分含量、水溶性等方面的要求計(jì)算工藝配方，能為準(zhǔn)確、快速地確定產(chǎn)品養(yǎng)分含量提供有效參考。

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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(xué)士，主要從事化工產(chǎn)品及肥料研究；hbcai@163.com