喷浆造粒工艺复合肥料配方计算方法

张宗彩，王洪富，崔 然，卞会涛，徐勤政

(史丹利农业集团股份有限公司 山东临沂 276700)

喷浆造粒工艺复合肥料配方计算方法

张宗彩，王洪富，崔 然，卞会涛，徐勤政

(史丹利农业集团股份有限公司 山东临沂 276700)

以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝态氮的复合肥料为例，详细介绍了采用物料平衡法及养分守恒计算喷浆造粒工艺复合肥配方的方法。采用物料平衡法可以快速、准确地确定各原料使用量并稳定控制养分指标，避免了根据实际产品养分含量调整配方所造成的物料浪费。

喷浆造粒工艺；低温转化；配方计算；物料平衡法；养分守恒

采用喷浆造粒工艺生产的复合肥料颗粒坚硬、肥效持久、养分不易流失，适合生长期较长的作物作为基肥使用。复合肥料生产配方主要是根据生产操作经验调节酸钾比及其他物料用量，一般需较长时间才能稳定生产。目前，复合肥料生产常用的配方计算方法有解析法、标准含水量法、物料平衡法[1]、Excel表格计算法[2- 3]和加权平均数法[4]，但对喷浆造粒工艺的配方计算鲜有说明。为此，从分析喷浆造粒工艺流程入手，采用物料平衡法及养分守恒对喷浆造粒工艺复合肥配方计算进行了研究。

1 喷浆造粒工艺流程

喷浆造粒工艺包括低温转化[5]和造粒，其工艺流程如图1所示。

图1 喷浆造粒工艺流程

低温转化主要是在低温状态下浓硫酸与氯化钾反应生成硫酸氢钾[6]，其化学反应方程式为H2SO4+KCl=KHSO4+HCl。造粒主要是在低温转化后的硫酸氢钾与磷酸一铵溶液混合后形成的混酸溶液中通入氨气进行中和反应[6]，中和度控制在1.3，反应后得到的料浆由喷浆泵送入造粒机内进行造粒，最后经干燥、筛分、包衣、称量、包装等工序制得成品，其主要的化学反应方程式为：2NH3+2KHSO4=(NH4)2SO4+K2SO4，H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4和(NH4)H2PO4+NH3=(NH4)2HPO4。

根据物料守恒定律，采用物料平衡法计算复合肥料的工艺配方，从图1可以得出守恒的组分主要有钾元素、磷元素、氮元素、硫元素，氯元素和部分氢元素以氯化氢气体的形式被水吸收后排出系统。

2 配方计算

2.1 目标肥料的确定

根据农艺因素中作物基础产量、目标产量及养分吸收规律和工业因素中原料的种类、生产工艺参数的优化控制等确定适当配比[7]。以N- P2O5- K2O=14- 16- 15含硝态氮的复合肥料为例，说明配方计算方法。

假设生产复合肥料1 000 kg，根据国家标准《复混肥料(复合肥料)》(GB 15063—2009)的要求及产品特点，目标肥料规格要求如表1所示。

表1 目标肥料规格要求

项目组分/%(质量分数)NP2O5K2OCl-硝态氮水分水不溶物总养分质量分数/%质量/kg理论养分14.016.015.02.02.51.21.045.01000实际养分13.815.814.82.02.544.4

2.2 原料种类及规格的确定

根据确定的配比及肥料规格要求确定的原料种类和规格如表2所示，其中氯化钾、硫酸和液氨在检验养分时已扣除水分，而磷酸一铵和硝铵磷在检验养分时未扣除水分。

表2 原料种类和规格要求

原料原料养分质量分数/%N硝态氮P2O5K2OCl-H2O利用率/%氯化钾60.045.00.0100.00硫酸2.0100.00磷酸一铵11.055.03.0100.00液氨81.00.0100.00硝铵磷32.015.04.01.0100.00

2.3 物料平衡图的确定

根据喷浆造粒工艺流程、目标肥料规格要求、原料种类和规格，确定的喷浆造粒工艺配方计算物料平衡图如图2所示。

2.4 配方计算

由图2及目标肥料规格要求，物料计算分为以下几步进行。

2.4.1 钾元素守恒计算出氯化钾用量

(1) 根据钾元素守恒计算出总氯化钾用量

m总氯化钾=m肥料×w肥料钾/w氯化钾

=1 000×0.148/0.600

=246.7(kg)

(2) 根据氯离子含量计算出未转化氯化钾的量

m未转化氯化钾=m肥料×w肥料中氯离子/w氯化钾中氯离子

=1 000×0.020/0.450

=44.4(kg)

图2 喷浆造粒工艺配方计算物料平衡图

(3) 低温转化氯化钾量

m转化氯化钾=m总氯化钾-m未转化氯化钾

=246.7-44.4

=202.3(kg)

(4) 转化生成氯化氢量

m氯化氢=m转化氯化钾×M氯化氢/M氯化钾

=202.3×36.5/74.5

=99.1(kg)

2.4.2 硝态氮守恒计算硝铵磷用量

原料中只有硝铵磷提供硝态氮，故硝铵磷用量计算如下：

m硝铵磷=m肥料×w肥料中硝态氮/[m硝铵磷中硝态氮×

(1-w硝铵磷中水)]

=1 000×0.025/[0.150×(1-0.010)]

=168.4(kg)

2.4.3 磷元素守恒计算磷酸一铵用量

原料中同时存在硝铵磷和磷酸一铵提供磷元素，故磷酸一铵用量计算如下：

m磷酸一铵=(m肥料×w肥料中磷-m硝铵磷×

w硝铵磷中磷)/[w磷酸一铵中磷×

(1-w磷酸一铵中水)]

=(1 000×0.158-168.4×0.040)/

[0.550×(1-0.030)]

=283.5(kg)

2.4.4 氮元素守恒计算液氨用量

原料中同时存在硝铵磷、磷酸一铵和液氨提供氮元素，故液氨用量计算如下：

m液氨=(m肥料×w肥料中氮-m硝铵磷×w硝铵磷中氮-

m磷酸一铵×w磷酸一铵中氮)/w氨气中氮

=(1 000×0.138-168.4×0.320-

283.5×0.110)/0.810

=65.3(kg)

2.4.5 硫酸根守恒计算硫酸用量

硫酸一部分与氯化钾反应生成硫酸钾，一部分吸收氨气生成硫酸铵，故硫酸用量分2步计算。

(1) 与氯化钾反应用硫酸量

m硫酸-氯化钾=m转化氯化钾×M硫酸/(2×M氯化钾)

=202.3×98/(2×74.5)

=133.1(kg)

(2) 吸收氨气用硫酸量

m硫酸-氨气=[m氨气-m磷酸一铵×w磷酸一铵中氮×

(中和度-1)×M氨气/M氮]×

M硫酸/(2×M氨气)

=[65.3-283.5×0.110×(1.3-1)

×17/14]×98/(2×17)

=155.5(kg)

2.4.6 物料守恒

对根据各物料守恒计算出的各原料需求量进行加和计算(表3)，结果小于目标产量。

表3 各原料使用量 kg

普通复合肥料一般采用黏土、砼肥等价格比较低廉的填充料进行补充，但目标肥料产品具有水不溶物指标要求，不能添加这些填充料，同时考虑原料成本，因此通过增加氨气和硫酸用量以使物料守恒。

根据反应式H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4，可计算出达到物料平衡时所需要增加的硫酸和液氨质量分别为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 养分守恒

由于根据物料平衡增加了硫酸和液氨的用量，实际肥料养分含量规格为N- P2O5- K2O=14.8- 16.3- 14.8(总养分质量分数45.9%)，高于目标养分。为达到目标养分含量，采用硫酸铵调节养分含量，即0.459×1 000+0.210×m硫酸铵=0.450×(1 000+m硫酸铵)，则m硫酸养增=27.8 kg，m液氨养增=9.7 kg。各原料最终用量如表5所示，产品养分含量规格为N- P2O5- K2O=15.0- 15.7- 14.3(总养分质量分数45.0%)。

表5 各原料最终用量 kg

3 结语

在进行喷浆造粒工艺复合肥料配方计算时，需注意以下几个方面：①肥料成品养分检测时未考虑水分含量，而检测原料氯化钾养分时考虑了水分含量，因此，配方计算时要综合考虑水分含量；②根据物料平衡计算出各原料用量，若总量小于目标产品量时需增加硫酸和液氨用量，若总量大于目标产量则说明目标配比不能生产或选择的原料种类有问题；③配方计算只平衡物料质量而忽略了养分平衡；④确定目标配比后，由于增加的硫酸铵提高了氮含量，配方计算时要适当降低氮含量，提高磷和钾含量。

喷浆造粒工艺的配方调整长期依赖专业配方师或根据实际养分指标进行调整，往往需待产品产出才能确定是否达到目标要求。而以物料守恒为主要原则，综合考虑目标产品及原料水分含量、水溶性等方面的要求计算工艺配方，能为准确、快速地确定产品养分含量提供有效参考。

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[2] 刘育林.Excel表格在复混肥料配方与成本测算方面的应用[J].磷肥与复肥，2009(4):56- 57.

[3] 王冲.利用Excel表格计算复混肥料和掺混肥料的配方及成本[J].磷肥与复肥，2010(4):55- 57.

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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)

张宗彩(1972—)，女，学士，主要从事化工产品及肥料研究；hbcai@163.com