磷酸一铵相关物化性质及工艺设计

磷酸一铵是通过气氨与稀磷酸进行中和反应制得的，主要由原料制备工序、快速氨化中和工序、逆流三效真空浓缩工序、流化干燥工序、尾气净化工序组。该反应是瞬间即可完成的快速反应，反应时伴随着大量的热量产生，根据磷酸中氢离子被替代的程度，可生成磷酸一铵，其基本化学反应方程式如下：

NH3+H3PO4―NH4H2PO4

磷酸一铵相关物理数据包含粉料的热稳定性、结块性、休止角等，料将的中和度和温度、加热器的传热系数等。化学数据通常指其中氮、五氧化二磷的百分含量。下面就磷酸一铵物化性质与工艺设计的关系进行简要的分析。

1.热稳定性

在磷酸一铵流化干燥工艺中，磷酸一铵的热稳定性很有意义，因为干燥过程中热稳定性对于限制干燥塔的热风温度非常重要。磷酸一铵的热稳定性好，即使加热到100℃，也难察觉分解放出氨，大约在200℃左右开始熔解和分解才。磷酸一铵的氨和水蒸汽平衡压力见表1-1，从表1-1可以看出，磷酸一铵在低于125℃时，氨损失非常小。为了兼顾干燥效果，进入干燥塔的热风温度一般控制在150℃。

2.结块性

磷酸一铵结块的重要原因是“盐桥作用”。由于磷酸一铵成品不可能绝对干燥，存在少量水分，成品磷酸一铵晶体间的结合键快速增长由此形成肥料溶液，因温度变化而促成了盐类的结晶-溶解交替变更过程，产生了“盐桥作业”。为了避免磷酸一铵成品发生严重的结块，影响其包装、装卸和施用，应控制磷酸一铵成品中水的百分含量不大于3%。

3.休止角

休止角是把肥料从一个固定的高度自由落下堆成圆锥堆时，堆与地面所形成的夹角。它是设计储存库的斜顶和储存设备、溜槽和输送机的重要参数。磷酸一铵粉料干燥塔下部圆台部分、溜槽、粉料容器的休止角一般不得小于40°。

4.临界相对湿度

磷酸一铵粉料的相对湿度是指在一定条件下，粉料暴露在空气中时向空气吸收或者失去水分的大气湿度。若空气的相对湿度高于这一湿度，肥料会自然吸收水分，低于这一湿度，粉料就会自然地失去其中的水分。粉料的临界相对湿度高，意味着不易吸收水分。临界相对湿度一般情况下在很大成都上决定了包装袋的类型（防湿度）和是否可以散装储运。

5.料浆中和度和温度

料浆中和度和温度对氨蒸汽压有很大影响。料浆氨蒸汽压随着中和度和温度的增加急剧升高。实际运行表明，浓缩时料浆中和度不宜大于1.15，温度不宜超过115℃。根据不同中和度和温度的磷铵溶液氨蒸汽压，如果希望产品的氮含量增加，则可将中和度提高到1.4左右，此时磷铵溶解度增大，磷铵料浆流动性仍然比较好。

料浆终点浓度要视料浆流变性而定。如磷酸杂质含量高，料浆黏度大，则不能浓缩到高浓度。料浆浓缩的终点浓度也应与喷浆流化干燥的效果结合起来考虑，料浆太浓会导致喷枪易堵塞，雾化效果不良。一般控制料浆水分在25%-35%。

6.料浆加热器的传热系数

影响料浆加热器传热系数的主要因素是管壁垢层。因此，必须采用强制循环来提高传热系数和减轻垢层的形成。增大循环速度能使管壁收到冲刷，对减少垢层起到良好作用，然而过高的流速也会增大动力消耗和设备磨损，通常加热管内流速控制在2～3m/s。为了减少加热器管壁垢层，增大传热系数，通常可采取以下措施。

㈠增大加热管内料浆流速。

㈡防止料浆在加热管内沸腾。如果料浆在加热管内沸腾汽化，形成局部过饱和，会很快在管壁析出结晶引起结垢。因此，通常在加热器上端加一垂直管段以形成液体静压头，此净压头足以使料浆过热而不沸腾。

㈢选择合适的料浆终点浓度。采用料浆浓缩法时，随着料浆浓度的提高，析出的固相增多，料浆黏度迅速增大，流动性减小，管壁容易结垢，传热系数减小，终点浓度一般控制料浆水分在25%-35%。

㈣定期清洗加热器。如果发现蒸发器生产能力下降，就有可能是加热管壁垢所致。通过清洗后的加热管表面光洁，不易结垢。因此，定期清洗加热管，是减少结垢的有效措施之一。

7.料浆的流变性

氨化料浆的黏度，对料浆浓缩法生产磷酸一铵的工艺至关重要。当料浆浓缩到一定浓度后，经常会出此案非牛顿流体性质，这时料浆黏度将随着剪切速率而变。在一定的剪切速率范围内，料浆表现黏度随这剪切速率改变，又回复牛顿流体性质。这一流变性质的变化表明，在相对静止或搅动不太强烈的条件下，料浆中的固体粒子形成了絮凝网状结构。随着剪切速率的增大，气结构被剪切力拆散，黏度随之降低。如果完全拆散，黏度就不再改变。根据这一特性，可用加强机械搅拌或加大料浆在见热管中的流速减小料浆黏度。这些措施如蒸发系统中逆流强制循环和机械搅拌已经在磷酸一铵工艺中获得应用。