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化肥工艺
第一章化肥工艺流程
20万吨复混肥工艺是采用我国目前颗粒状复混肥的主要生产方法，该工艺技术简单成熟，易操作；对原料适应性强，产品规格容易调整，可使用各种基础肥料造粒生产不同养份浓度的肥料；装置通用性强及建厂条件低，不受原料限制。
1.1团粒法
团粒法工艺的成粒基本原理是一定细度的基础肥料借助盐类自身的溶解产生的液相以及水或蒸汽把粉粒表面润湿，在适宜的条件下，通过机械搅动促使粒子不断运动，由于物料间相互碰撞、挤压、滚动使其紧密并团聚粘附成粒。
它是我国目前颗粒状复混肥的主要生产方法，并根据造粒设备的不同可分为圆盘成粒、转鼓成粒等。
该工艺技术简单成熟，易操作；对原料适应性强，产品规格容易调整，可使用各种基础肥料造粒生产不同
养份浓度的肥料（表1.1）；装置通用性强及建厂条件低，不受原料限制。
团粒法生产流程见图1.1。
表1.1 肥料体系表
Table1.1Theformofreplythefertilizersystem
养 份 浓 度原 料 体 系
低浓度尿素—普钙—钾盐
二元（>20%）氯化铵—普钙—钾盐
三元（≥20%）硝铵—普钙—钾盐
硫铵—普钙—钾盐
尿素—钙镁磷肥—钾盐
尿素—钙镁磷肥—钾盐
中浓度（≥30%）尿素—普钙—磷铵—钾盐
氯化铵—普钙—磷铵—钾盐
尿素—普钙—重钙—钾盐
氯化铵—普钙—重钙—钾盐
高浓度
三元（≥40%）尿素—磷铵—钾盐
氯化铵—磷铵—钾盐
硝铵—磷铵—钾盐
尿素—重钙—钾盐
氯化铵—重钙—钾盐
硝铵—重钙—钾盐
图1.1 团粒法肥料生产流程简图
Figure1.1Chien'sdiagramofregimentamethodsduplicatemixesthefatformulaproductionprocess
1.2料浆法
料浆法造粒工艺的原理是造粒所用基础肥料一部分以料浆形式送入造粒机，料浆作为液相与其它粉粒状原料和返料在造粒机内形成颗粒。
该工艺可分为转鼓造粒、圆盘造粒、喷浆造粒、双轴造粒、流化床造粒和转鼓幕帘造粒等。
另外，依据料浆原料又可分为尿基、硝铵基和磷复肥。
国内磷复肥生产装置（包括引进的DAP/NPK和很多料浆法磷铵装置以及以磷酸为首的硫基复混肥装置）均以喷浆造粒为主，该方法把造粒和干燥合并在一起，通过涂布、粘合和自成粒过程，所得产品具有较好的物化和机械性能。
（1）部分料浆法尿基（硝铵基）复混肥生产技术是近几年发展并推广的，它是利用尿素及硝铵具有较大溶解度和较低熔点的特点，在一定条件下制得含水量≤5%的高浓度溶液或熔盐直接送入造粒机与其它粉粒状原料一起形成颗粒，它既有团聚成粒特点又具有涂布作用，使产品外观圆润，颗粒强度增大。
工艺流程框图见图1.2。
图1.2 尿基（硝铵基）料浆法肥料生产流程简图
Figure1.2Chien'sdiagramofurine（nitric）santicipatetostrachthemethodrepliesmixesfertilizerproductionprocess
该工艺利用低含水量的尿素（或硝铵）溶液造粒，既有利于整个生产装置的水平衡，又在造粒过程中依赖所释放出的结晶热，不仅提高了造粒温度，还降低了造粒机的蒸汽加入量和干燥负荷。
它克服了传统团粒法工艺生产尿基复混肥中的难点，提高了产量和产品品质，降低了能耗。
该工艺的技术特点如下：
①省去了尿素浓缩液的造粒、包装、运输等费用，也省去了生产固体尿素复合肥时破碎、固体物料计量、运输的操作及费用。
②尿素溶液直接参与造粒，可使造粒温度由40℃升到60℃左右，物料水份由5%降至2.5%，减轻了干燥负荷。
③利用尿素溶液的粘性，在造粒机内帮助物料成粒，提高了成粒率，使其生产能力增加约30%，动力消耗相应减少30%。
④产品的颗粒强度由12N提高到30N，成品水份由2.0%降到1.0%，颗粒外观也有所改善，减缓结块。
⑤配料、流量等多采用自动控制，提高了装置的自动化程度，减少了直接操作人员，提高生产效益，还改善了操作环境，此外生产过程更趋平
衡，产品质量稳定。
（2）尿素已成为我国化肥中最重要的氮源，以尿素为氮源制造高浓度复混肥也日益受到重视。
考虑到体系性质、投资和操作成本，开发尿基复混肥生产的无干燥工艺成了热点，因此不带干燥系统的料浆法造粒工艺对尿基复混肥的生产具有特殊的吸引力。
料浆法无干燥造粒工艺既可生产氮钾肥（此氮钾肥可作掺混肥的原料，工艺流程见图1.3），
图1.3 颗粒氮钾复混肥（氮磷钾掺混肥）工艺流程
Figure1.3Thecraftofgrainnitrogenpotassiumsreplythefatty（thenitrogenpotassiummixesisfatty）inmixesprocess
也可生产氮磷钾复混肥（原则工艺流程见图1.4）。
图1.4 料浆法造粒工艺原则工艺流程简图
Figure1.4Chien'sdiagramofanticipatetostrachthemethodbuildacraftprinciplecraftprocess
料浆是尿素溶液或熔体，也可以是尿素溶液和氯化钾（或硫酸钾）生成的低共熔点化合物。
料浆作为液相与磷素原料（如重钙、磷铵等）、钾盐（氯化钾或硫酸钾）在造粒机内涂布或粘结成球。
造粒机可以是转鼓、圆盘或转鼓幕帘。
图1.3是将大颗粒尿素生产和钾肥成球技术有机地结合起来，氮钾产品颗粒成粒率大，颗粒大小可以调节，并且表面光滑、圆润、不易结块、具有较强的市场竞争力。
产品规格可以按需要灵活调整，既可以生产氮钾颗粒肥，也可以接掺混装置生产氮磷钾掺混肥，解决了目前掺混肥生产过程中钾的粒度对产品质量的影响；产品规格可多样化，磷素原料来源更广；投资更省，操作费用更低。
第二章肥料的物料衡算
作物需要的养分由土壤供给和施肥两部分组成，作物需要的养分总量，减去土壤能提供的部分，就是施肥补充的养分数量。
做到科学合理施肥，就是要做到“缺什么补什么，吃饱不浪费”，必须依靠科学的手段，了解作物、土壤和肥料的情况。
2.1配方施肥区的划分
利用现有土壤普查和化肥区划资料，在一个县范围内，可根据地形地貌，土壤类型等自然条件首先划分成测土配方施肥几个大区，然后在大区内，按土壤类型一致、自然条件相近，根据作物种植结构和土壤肥力高低等进一步再划分若干个测土施肥区，以此作为测土施肥的单元。
2.2土壤状况调查
在制定肥料配方前，应对配方区的土壤情况进行调查，如地形、排水、土壤类型、土层厚度、土壤质地、酸碱度、有机质含量、一般肥力状况、土壤利用和质量评价，以及各种障碍因素等。
建立地块档案，逐年记载农田面积、作物结构、产量水平、耕作措施、施肥水平等事项，作为测土施肥的基础资料，有条件的地区可将上述调查资料存入微机中，以供专家配方时参考。
2.3养分丰缺指标法
2.3.1基本原理
试验证明，土壤养分测定值与作物吸收的养分之间存在一定相关性，选择相关性高的测试方法进行养分测试，同时在该地块布置田间生物试验，把养分测定值按作物产量的高低划分等级，制成土壤养分丰缺指标及施用肥料数量的检索表，当取得某一土壤养分测定值后，对照检索表就可以了解土壤养份的丰缺情况和施肥量的大致范围，作为配方施肥的依据
2.3.2指标确定
在配方区内采取土样并测定土壤中速效养分含量，同时在该配方区不同肥力水平的土壤上进行多点对比生物试验，一般要多于20个点。
每点设全肥区（即NPK区）和缺素区（即NP区、NK区或PK区）。
收获后计算产量，用缺素区产量占全肥区产量百分数即相对产量的高低来表达土壤养分的丰缺情况。
按照我国通用标准将相对产量在55%以下的土壤养分测定值定为极低；相对产量55%—75%为低；75%—85%为中；85%—95%为高；大于95%为极高，从而确定出适用于某种作物的土壤养份丰缺指标。
该法由于试验设计只用了一个水平的施肥量，精确度较差。
因此，应在该区内布置多水平的田间肥料试验，以便更精确地确定肥料适宜用量，做到定量施肥。
也可利用肥料效应函数法建立肥料效应方程，求出最高施肥量和最佳施肥量。
2.4目标产量法
2.4.1基本原理
作物所需养份是由土壤本身和人为施肥两方面提供的养分来满足的，在一定目标产量下作物所需养分量是一定的，知道了作物从土壤中吸收的养分数量，利用计算公式
（1）便能计算出肥料的施用量（X1）。
（1）
式中：
X1--施肥量，kg/hm2；
Y--目标产量，kg/hm2；
Q--单位产量养分吸收量，kg/hm2；
A--土壤养分测定值；
P--土壤矫正系数；
B--肥料中养分含量，%；
R--肥料当季利用率，%。
2.4.2参数确定
目标产量：
目标产量应根据土壤肥力来确定，因为土壤肥力是决定产量高低的基础，通常用经验公式y=a+bX表示，即在不同土壤肥力条件下，以无肥区产量作为土壤肥力指标（X），通过田间试验求得最高可得产量（y），确定为目标产量。
也可以当地前三年作物平均产量为基础，再增加10%—15%的增产量作为目标产量。
单位产量养分吸收量：
单位产量养分吸收量（X2）是指作物每生产一单位（kg或100kg）经济产量所吸收的养分量。
可按公式
（2）计算：
（2）
式中：
X2--单位产量养分吸收量，kg/100kg；
C1--籽实养分含量，%；
M1--籽实重，kg；
C2--秸秆养分含量，%；
M2--秸秆重，kg。
初次进行配方时也可在肥料手册中查到各种作物形成单位产量的养分吸收量。
土壤供应养分量：
土壤供应养分量（X3）可按式（3）计算：
X3=A×2.25×P（3）
式中：
X3—土壤养分测定值，mg/Kg；
2.25——将mg/Kg换算成每公顷土重的换算系数；
P——校正系数。
矫正系数（P）可通过田间试验按式（4）求出：
（4）
式中：
P--矫正系数；
Y1--空白区（或缺素区）产量，kg/hm2；
X2--单位产量的该元素吸收量，kg/100kg
X3---土壤养分测定值，ppm。
肥料中养份含量：
肥料中养分含量计算，对化肥中的氮肥、进口磷钾肥可按厂家提供养分含量计算；对于国产磷钾肥应先行测定其养分含量，按实测养分含量进行计算，有机肥料必须经过测定按实际养分含量参与施肥量计算。
肥料当季利用：
肥料当季利用率对肥料定量的准确性影响很大，但肥料利用率不是一个常数，受多种因素影响，如作物品种、土壤肥力、施肥量及施肥方法等。
因此，各配方施肥区内应按作物布置田间试验求得适合本地区的当季肥料利用率。
应采用差减法求得，即按公式（5）计算：
（5）
式中：
R--肥料利用率，%；
C3--施肥区作物地上部含该元素总量，kg；
C4为空白区作物地上部该元素总量，kg；
B为施用肥料中含该元素量，kg。
通过试验获得上述参数，将各参数代入施肥量计算公式中，只要取得土壤养分测定值即可计算出应施肥料的数量。
第三章生产中的热量衡算
在复混肥的生产过程中，造粒机后面紧接着的就是干燥机，干燥机是用来去除复混肥的水分的，所以就以造粒机的进口到干燥机的出口为研究对象。
3．1画出所要研究对象的图
QL=0
t1=135oCH2=0.022Kg/Kg
t2=75oC
t0=20w1=5％
0=60﹪G1=8000Kg/h
W2=1.5％
QPQD
图3.1造粒机的进口到干燥机的出口示意图
Figure3.1Theschematicdrawingofpelleterimportstodryerexportation
3．2物料衡算和热量衡算：
湿基含水量为：
w
干基含水量为：
X
蒸发量为：
W
H1H2分别为湿空气进出干燥器的湿度，Kg/Kg
新鲜空气消耗量Lo
3.2.1蒸发量W
W=G（X1-X2）（6）
其中X1=w1/（1-w1）=0.05/（1-0.05）=0.0526Kg/Kg
X2=w2/（1-w2）=0.015/（1-0.015）=0.0152Kg/Kg
G=G1/（1-w1）=8000×（1-0.05）=7600Kg/h
W=G*（X1-X2）=7600×（0.0526-0.0152）=284.24Kg/h
3.2.2新鲜空气消耗量Lo
公式：
L=W/（H2-H1）（7）
查湿空气H-I图得：
当t0=20&=60﹪时Ho=0.009Kg/Kg，故
L=284.24/（0.022-0.009）=284.24/0.013=21864.6Kg/h
新鲜空气消耗量为Lo=L/（1+Ho）=21864.6×（1+0.009）=22061.3Kg/h
3.2.3风机的风量V
V=L×VH（8）
湿空气的比容为
VH=（0.772+1.244Ho）×（273+t0）/273=（0.772+1.244×0.009）×（273+20）/273=0.841M3/Kg
V=21864.6×0.841=18388.12M3/h
3.2.4预热器中消耗的热量Qp，忽略预热器的热损失
Qp=L（I1-I0）（9）
当t0=20
0=60﹪时，由图查出I0=43KJ/Kg空气离开预热器时t1=135
H1=H0=0.009Kg/Kg
由图查出I1=142KJ/KJ，故
Qp=21864.6×（142-43）=2164595.4Kg/h
3.2.5干燥系统消耗的总热量Q
Q=Qp+Qd（10）=1.01L（t2-to）+W（2490+1.88t2）+GCm（Q2-Q1）+Ql
=1.01×21864.6×（75-20）+284.24×（2490+1.88×75）+7600
×3.28×（50-20）+0
=1214578.5+747835.4+747840
=2710253.9KJ/h
3.2.6向干燥器补充的热量Qd
Qd=Q-Qp=545658.5KJ/h（11）
3.2.7干燥系统的热效率
W=（2490+1.88t2）/Q×100﹪=27.5﹪（12）
第四章肥料配方的计算
合理的配方，应有数量充足、品种齐全的肥料供应才能贯彻实施，并做到“技物结合”、“测、配、产、供、服一条龙”服务，以保证配方的执行。
因此，对配方肥料的配方设计与计算有特殊的要求。
很多复混肥厂选择了“产品标准含水量”计算法，但此法太复杂，所以在4.4小节我提出了一种简单而又快捷、准确的计算方法。
4.1原料相配性
在制定肥料的生产配方时，除了考虑原料肥提供的所需养分外，更重要的是保证各原料肥之间能稳定结合，并保证产品的质量。
这也就是所说的肥料的相配性。
一般的原料肥相配性情况如下，见图4.1。
图4.1肥料相配性判别
Figure4.1Thesexdistinguishesoffertilizersmatcheachother
硫酸铵
+
尿素
+
-
硝酸铵
+
*
+
重过磷酸钙
+
*
+
+
过磷酸钙
+
+
+
*
*
磷酸二铵
+
+
+
+
+
+
磷酸一铵
+
+
+
++
+
+
+
氯化钾
+
+
+
+
+
+
+
+
硫酸钾
+相配：
-不相配：
*有限相配中需要使用不相配的肥料时，可以作技术处理，待原料处理稳定后现使用。
4．2原料配料统一表示法
复（混）合肥生产的投料计算，需要将原料肥料中N、P2O5、K2O、H2O（游离水）的百分含量，有时还包括中量、微量营养元素百分含量，统一按下面方法不表示：
[N-P2O5-K2O-M-H2O]式中分别表示其进分含量。
如缺少一种用0表示。
例如：
尿素 [46-0-0-1（H2O）]
硫酸铵 [21-0-0-1.5（H2O）]
磷酸二铵 [18-46-0-1.5（H2O）]
过磷酸钙 [0-16-0-14（H2O）]
硫酸锌 [0-0-0-20（Zn）-1（H2O）]
三元复合肥 [10-10-5-5（H2O）]
4．3肥料的几种配方计算方法
本小节按“产品标准含水量”进行配料计算，所谓“产品标准含水量”是指产品必须达到的水分“限值”（%），即我国肥料专业标准ZBG21002-87中规定的各种浓度肥料的水分含水量指标。
本计算方法虽然能进行正确的配料计算和得到准确的计算结果，但在实际生产中，还必须要求企业在生产过程中有健全的生产管理制度、严格的技术控制和正确的计量，以获得最佳技术经济效果。
4.3.1基准化计算公式
将原料肥料的原始养分和水分含量换算成“产品标准含水量”时的养分含量：
（13）
式中：
C，C′分别为原料肥料的养分%和水分%；
G、G′分别为基准肥料的养分%和水分%。
式（13）为养分的“基准化计算公式”，可推导如下：
设100份重量原料肥料经烘干脱出的游离水重量为X，而原料中的结晶水、养分和非养分物料在烘干过程中均无变化，则可分别列出养分和水分的物料衡算式：
100×C%=（100-X）×G%（14）
100×C′%-X=（100-X）×G′%（15）
由式（14）可得：
（16）
由式（15）可得
（17）
由式（16）、（17）便可求得式（13）
用下法计算更加简捷：
原料肥料所含养分及干基物料在烘干前后无变化，即根据单位质量干基物料所含的养分质量在烘干前后相等的原则，可列出下式：
整理得：
（13）
[例]把原料肥料尿素[46-0-0-1（H2O）]换算成基准尿素[G-0-0-5（H2O）]：
4.3.2配料计算实例
例一、高浓度复混肥[15-15-15-1.5（H2O）]配料计算。
原料肥料的“基准化计算”:
首先将各种原料肥料养分含量换算成产品标准化水分含量（1.5%）时的见表4.1。
表4.1原料肥料养分含量换算成产品标准化水分含量（1.5%）
Table4.1Rawmaterialfertilizernutrientscontainthedealconvertstotheproductstandardizesthehumiditycontainsthedeal（1.5%）
原料肥料原料肥料规格基准肥料规格
尿素46-0-0-1（H2O）45.77-0-0-1.5（H2O）
硫酸铵20-0-0-2（H2O）20.10-0-0-1.5（H2O）
磷酸二铵18-46-0-2（H2O）18.09-46.23-0-1.5（H2O）
硫酸钾0-0-50-1（H2O）0-0-49.75-1.5（H2O）
氨化过磷酸钙0.96-15.09-0-11.6（H2O）1.07-16.81-0-1.5（H2O）
配料计算（按钾肥、磷肥、氮肥先后进行）:
（1）基准硫酸钾用量
（份）
（2）基准磷酸二铵、基准氨化过磷酸钙用量设定为3：
1（其它比例也可），则其基准混合磷酸中P2O5及N浓度为：
基准混合磷肥用量=
（份），
基准磷酸二铵用量=
（份），
其中含N量=28.94×18.09%=5.24（份）。
基准氨化过磷酸钙用量=
（份），（份），其中含N量=9.65×1.07%=0.10（份）。
（3）基准尿素、基准硫酸铵用量：
基准混合氮肥用量=100-30.15-38.58=31.27（份）
基准混合氮肥浓度=
设基准混合氮肥中，基准尿素和基准硫酸铵分别为X和（1-X），则：
X×45.77%+（1-X）×20.10%=30.89%
解出X=0.42，1-X=0.58
基准尿素用量=31.27×0.42=13.13（份）
基准硫酸铵用量=31.27×0.58=18.14（份）
（4）将各种基准肥料用量换算成原料肥料用量（原料配方）用下式计算：
Q′（基准肥料用量）×G（基准肥料养分含量）
Q（原料肥料用量）=————————————————————————（18）
C（原料肥料养分含量）
换算结果见表4.2。
表4.2换算结果
Table4.2Theresultofconvert
基准肥料配方原料肥料配方
30.15份基准硫酸30.00份硫酸钾[0-0-50-1（H2O）]
28.94份基准磷酸二铵29.08份磷酸二铵[18-46-0-2（H2O）]
9.65份基准氨化过磷酸钙10.75份氨化过磷酸钙[0.96-15.09-0-11.06（H2O）]
13.13份基准尿素13.06份尿素[46-0-0-1（H2O）]
18.14份基准硫酸铵18.23份硫酸铵[20-0-0-2（H2O）]
合计100.01（份）101.12（份）
例二，低浓度肥料[10-10-5-5（H2O）]配料计算
原料肥料的“基准化计算”见表4.3
表4.3原料肥料的“基准化计算”
Table4.3Rawmaterialfertilizerof“thebasisturnsthecalculation”
原料肥料规格基准肥料规格
尿素[46-0-0-1（H2O）][44.14-0-0-5（H2O）]
氯化铵[25-0-0-5（H2O）][23-0-0-5（H2O）]
氨化过磷酸钙[0.96-13.21-0-13.49（H2O）][1.05-14.51-0-5（H2O）]
氯化钾[0-0-60-1（H2O）][0-0-57.58-5（H2O）]
（1）基准氯化钾用量
（份）
（2）基准氨化过磷酸钙用量
（份）
其中含N量=68.92
1.05%=0.72（份）
（3）基准尿素、基准氯化铵用量
基准混合氮肥用量=100-8.68-68.92=22.4（份）
基准混合氮肥浓度=
由下列方程式求出基准尿素、基准氯化铵的比例用量X和1-X：
X×44.14%+（1-X）×23.00%=41.43%
X=0.87，1-X=0.13
基准尿素用量=22.4×0.87=19.49（份）
基准氯化铵用量=22.4×0.13=2.91（份）
（4）将各种基准肥料用量换算成原料肥料用量（原料配方）见表4.4
表4.4基准肥料用量换算成原料肥料用量
Table4.4Basisfertilizerdosagesconverttotherawmaterialfertilizerdosage
基准肥料配方原料肥料配方
8.68份基准氯化钾8.33份氯化钾[0-0-60-1（H2O）]
68.92份基准氯化过磷酸钙75.70份氯化过磷[0.96-13.21-0-13.49（H2O）]
19.49份基准尿素18.70
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