粒状硫酸铵的生产工艺与技术路线的选择

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1、www.6chem.cn粒状硫酸铵的生产工艺与技术路线的选择2.1粒状硫酸铵主要生产方法硫酸铵的生产工艺，就是硫酸与氨反应得到硫酸铵溶液，再浓缩、结晶，得到硫酸铵产品。实际工业生产中，常以硫酸盐和铵盐反映，一些工厂也采用这种方法处理污染性的硫酸盐，得到硫酸铵的副产品。原料与生产方法、生产工艺可以说是五花八门。以下讨论的是硫铵结晶粒度，即生产过程中结晶颗粒的大小。结晶是化工过程中的一个重要单元操作，在工业生产应用非常广泛，常见的结晶过程是固体物质从溶液中结晶出来，硫铵装置生成硫铵的过程就是常见的结晶。结晶器作为结晶的主要设备，除了要满足产品数量的要求之外，更重要的是要

2、能生产出符合质量、粒度分布和晶形要求的产品。因此在操作中应根据生产规模、产品质量要求和结晶过程的特点，制定结晶器的操作方式和控制策略。因为在生产中一旦某一参数控制不好，就会出现成核与生长速率的改变，成核速率远大于晶体的成长速率时，产品中的晶体就会小而多。因此如何在操作中控制好晶体的大小，满足产品要求，成为一个重要课题。2.1.1结晶原理结晶过程由几个阶段组成，包括过饱和溶液或过冷熔体的形成、晶核的出现、晶体成长和再结晶。结晶的过程中，首先要产生称为晶核的微观晶粒作为结晶的核心，其次是晶粒长大成为宏观的晶粒。无论是晶核能够产生或使之能够长大，都必须有一个浓度差作为推动

3、力，这种浓度差称为溶液的过饱和度。产生晶核的过程称为成核过程，晶核长大的过程称为晶体成长过程。由于溶液中加入其他物质的质点或过饱和本身所析出的新固相质点，就是“成核”8/8www.6chem.cn；此后，原子或分子在这个最初形成的微小晶核上一层又一层覆盖直到一定的晶粒大小，这个过程叫“做生长”。在结晶过程中，每一粒晶体必然是一粒晶核生长而成。在一定体积的晶浆中，晶核生成量越少，结晶产品就会长得越大；反之，若晶核生成量越大，溶液中有限的溶质将分别生长到过多的晶核表面上，结晶产品的粒度就会越小。结晶是一个复杂的传热－传质过程，在不同的物理（流体力学等）化学（组分组成等）

4、环境下，结晶过程的任何控制步骤的改变都会形成不同的结晶效果。结晶反应直接影响到硫铵晶体的粒度大小，结晶器的压力、液位、pH值等的剧烈变化以及开工初期的进料负荷、速度等都会对晶体的生成产生较大影响。所以成核过程很不容易控制,任何一个参数或操作的影响都会对晶核的生成产生很大影响。2.1.2结晶部分流程硫铵装置的结晶器为DTB型，属于典型的内循环式结晶器。内有一圆筒形挡板，中央有一导流桶，其下端装有螺旋桨式搅拌器，在其推动下，悬浮液在导流筒以及导流筒与挡板之间的环形通道内循环不已，形成良好的混合条件。圆筒形挡板将结晶器分为晶体成长区和澄清区。挡板与器壁间的环隙为澄清区，其

5、中搅拌的作用基本上已经消除，使晶体得以从母液中沉降分离。为了进一步消除细晶，在结晶器的中下部与底部间设有循环线，循环量达1500m3/h。有机相酰胺油自结晶器的中部抽出，晶浆自底部抽出。结晶器底部装有搅拌器，使反应物料充分混合，避免产生剧烈的蒸发，生成过多的晶核。流程见图2.1。图2.1硫铵工艺的装置流程8/8www.6chem.cn2.1.3影响晶体粒度的因素2.1.3.1结晶环境的影响根据实验数据，在75～95℃的温度范围内，其溶液的绝对极限过饱和度应该是2～3g/100gH2O。硫铵结晶的动力学，在具体条件下取决于形成过饱和度的速度、结晶开始并生成沉淀的过饱和

6、度以及其他的结晶过程所需的条件。表2.1不同温度下水－硫铵物系的固液平衡数据温度/℃(NH4)2SO4平衡时的固相-1128.6冰041.4冰+硫铵晶体1042.2硫铵晶体3043.8硫铵晶体5045.8硫铵晶体6046.8硫铵晶体7047.8硫铵晶体8048.8硫铵晶体9049.8硫铵晶体10050.8硫铵晶体108.9（沸点）硫铵晶体有杂质存在时，对晶形和结晶过程的各方面都有影响。例如，三价铁离子会促使介稳区扩大，减慢结晶速度，在溶液中的含量到0.1%时会促进硫铵晶体变长，而在较高浓度时导致生成针状晶体。铅离子会促使大粒硫铵晶体析出，并生成连生体。杂质锰会促进晶

7、核生成。有它们存在时硫铵晶体为粗大的片状晶体。有机杂质的存在能够加速晶体的成长，促使生成较大的圆形晶体。介质的pH值对硫铵晶体的品质有重要影响，在强酸溶液中会生成碎小的针状晶体，在中性、碱性的溶液中晶体的直径减小，而在弱酸性的介质环境中会生成比较大的圆形晶体。因此我们在操作中应将结晶器的pH值控制在3～4.1的范围内，提供一个偏酸性的环境，但当存在过量的硫酸时，硫铵晶体会变得细碎，还会造成有机相酰胺油与母液的分离困难。8/8www.6chem.cn2.1.3.2晶体生长速率对晶体粒度的影响晶体生长速率不仅取决于溶液的过饱和度，也取决于温度、压力、搅拌的强度、各种