上海母婴展会:成品尿素中水含量超标的原因分析

尿素的水含量是尿素产品质量控制中的重要指标 。对于塔式造粒 ! s) ^8 Z( d+ \! R0 |5 m
                  装置而言，尿素中的水含量，不仅与生产过程控制本身有关，同时受环境因素的影响也比较大。 ' W- E1 x, Y6 m
                  如何在不同状况下控制好成品尿素中的水份， 本文就相关影响因素进行简要分析，以供参考：5 l8 t  t9 S. v4 v7 f  \% b
                  1  蒸发温度对尿素中水含量的影响
           尿素的结晶温度为132.7℃,为保证蒸发系统的生产安全 ，蒸发系统一般应在高   于尿素结晶温度3～5  ℃的状况下运行。 + j0 c2 v) E6 P1 R7 c' }
                  蒸发系统一、二段设计温度分别为128℃和136℃，实际操作中 
            蒸发一段温度一般控制在128～132℃,蒸发二段温度一般控制在136～140℃。3 }9 F3 w. R3 ?3 q2 k8 `
                  生产中严格控制好蒸发系统的工艺指标，对保证最终尿素的产品质量至关重要。控制温度过高，容易导致尿素中的缩二脲含量增高，影响产品质量的另外一个主要指标；控制温度过低， 2 g  l! t5 M. i# t
                  系统的真空度会有一定程度的降低，尿液得不到充分浓缩，尿液中的水份不能很好地蒸发，严重时，还会导致喷头拉稀，出现质量事故。8 V" b& @9 s; P: E
                    在造粒的过程中，从蒸发二段出来的140℃左右的高温熔融尿液，其中所含微量的水份实际呈现为游离状态， 
              当尿液离开喷头的瞬间，尿液中会有相当一部分水份在此期间闪蒸，闪蒸量的多少随温度的升高而增大。即尿素中的水份与尿液温度存在着这样的变化关系： 
                尿液温度愈高 ，离开喷头的液滴表面开始固化时间就愈长，尿液中游离态的水份就愈容易逸出；相反， 尿液温度愈低 
   离开喷头的液滴表面开始固化时间就愈短，尿液中水份的逸出量就愈少。因此，适当提高造粒时熔融尿液的温度，有利于减少成品尿素中的水含量。
             由于提高尿液温度会增加缩二脲的生成量，因此，在利用提高尿液温度来降低成品尿素中的水份时，要兼顾缩二脲的生成问题。" M" ^8 r) S9 R8 _' j4 }
                  2  蒸发真空度对尿素中水含量的影响
              蒸发系统的真空度，是成品尿素中水份控制的关键。这是由于在真空度较低的状况下，尿液中的水份不能被充分闪蒸，此时尿液的浓度就比较低，造粒后尿素中水含量就有可能超标。所以，生产中一旦发现系统真空度被破坏，蒸发应立即停止造粒，待查明原因，系统真空恢复正常后再送造粒。
                . C; ?2 q. \" J" a& I4 d& v
                  蒸发系统一、二段真空度的设计指标分别为0.035MPa和0.003MPa，实际生产中，随负荷和季节的变化，蒸发系统一、二段的真空度一般控制在0.05～ / G- |& E. g' B# H, u4 O
                  0.035MPa，0.006～0.003MPa。4 E; E5 \/ L2 V
                  生产中，为把尿素中的水份控制在一个较好的状态，在高温、高湿的夏季，要把真空度控制得尽可能高一些；在冬季，由于气温较低，空气干燥，可以将二段真空度控制得低一些。现场适当关小蒸汽升压泵EJ153蒸汽切断阀，这样不仅可以节约一定量低压蒸汽，同时还会降低解吸系统的负荷。
             3  大气温度和湿度对尿素中水含量的影响; B! d. x9 S* i' w0 U! K3 R
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                  对于塔式造粒过程而言。熔融尿素从造粒喷头至塔底要经过三个过程，即熔融体降温过程、相变过程和冷却过程。这三个过程放出的热量通过塔底进入的空气吸收，当环境温度较高，空气相对湿度较大，入塔 空气中水蒸汽分压大于固体尿素表面水蒸汽分压时，大气中的水份向成品尿素中转移，整个造粒过程中尿素以吸湿为主，成品中水含量就容易超标。因此，在高温、高湿的夏季， 
                操作中应尽量将蒸发系统的真空度提高一些； 相反，当环境温度较低、空气相对湿度较小时，入塔 空气中水蒸汽分压小于固体尿素表面水蒸汽分压时，则尿素中的水份向大气中转移，整个造粒过程中尿素以放湿为主，此时成品中水份会降到很低， 
            有时甚至在0.15%左右，这时，为了防止因尿素水份低而产生的粉尘量增大，操作中需要适当将系统的真空度控制的低一些，以提高成品尿素中的水份。* L  ~* I+ L5 o: p! k
                  4  风窗开度（塔底通风量）对尿素中水含量的影响
      塔式造粒，一般采用自然通风，尿素从塔顶自由下落，空气从塔底风窗进入，与塔顶落下的高温尿素逆向接触，达到尿素冷却降温的目的。塔底进风量愈大，尿素冷却效果愈好，下塔尿素温度就会愈低；相反，塔底进风量愈少，尿素冷却效果就会愈差，塔底温度就会愈高。下塔尿素温度一般以不超过50℃为宜。但不同的季节，塔的通风量对成品尿素中的水含量影响各不相同。
                 . r" `% Z* D# U' _
                  在夏天高温高湿的天气里，由于整个造粒过程尿素以吸湿为主，一般吸湿量在0.1～0.3%左右。塔内进风量愈大，尿素吸收的水份就愈多，成品尿素中的水含量就有可能超标，此时，应适当关小造粒塔底部风窗。但是，夏季在靠调节进风量减少尿素水份的同时，要兼顾下塔尿素的温度不能太高，否则，还有可能对尿素 
           其它指标造成影响。
     在冬季天气比较干燥时，由于整个造粒过程中，尿素以放湿为主，塔内进风量愈大，尿素释放出的水份就愈多，为保持尿素中的水份在正常范围内，冬季一般要把风窗控制在较小的开度。通常可以用热量平衡的方法计算进风量：8 Y6 ?. Z$ x) ?8 ^0 @+ Z; A
                    以1Kg尿素为基准，忽略空气中的湿含量和造粒塔壁的散热，熔融尿素凝固与冷却过程移走 
        的热量（Q）应等于冷却空气所带走的热量（QC）。其值可用下式计算：7 N2 q2 X7 B0 v/ s4 h) Q
                  Q = Q凝＋C（t2—t1）. R/ p" T0 G7 W( @
                                                                                 - [  w' M2 M) v. I/ E) f  C
                                                               
    式中  Q凝——为熔融尿液凝固时放出的热量，即等于结晶热，通常可取24.2×10 4J/KgUr（57.8千卡/KgUr）；5 p" N: P( Z! G6 s
                  C—— 固体尿素的比热容，其值随温度的变化而不同，取平均值2.09×103J/KgUr·℃（0.5千卡/KgUr）； 4 `$ X7 @0 Z" E/ M# Z9 W& \, D
                  t2  ——进塔熔融尿液温度，℃；
            t1 ——  成品尿素出塔温度，℃；6 f% q/ ]2 }: o
                  QC = V · ρ ·△I  ) G6 G! ?+ E- ?  w* V: K7 q
                                                                                 
                                                                              
                             2 f, q) G7 g8 [$ _# A+ d
                  式中 V——冷空气量，M3；
             C —— 冷却空气的密度，随温度和 压力不同而变化，温度在20℃、0.1MPa（绝）的空气密度为1.2Kg/M3；5 t5 a* X: e% w4 {/ ]
                  △I   —— 冷却空气进出塔的焓差，J/Kg空气；
         因为Q = QC，则冷却空气量可由下式计算：
                 V＝Q/ρ ·△I 
                                                                 ' ?- u/ r" ~" o' t6 E
                  由于冷却空气在塔内流动不均匀，故取系数为1.1,既V实 = 1.1V 。2 K! M/ ], ^; R3 D
                  若考虑空气中的湿含量，则需计算出湿空气的焓值，则Q应为空气焓值和湿空气焓值之和。湿空气密度也需要计算求得。
               假设在造粒过程中，入塔尿液的温度为138℃,出塔成品尿素的温度为50℃；入塔空气的温度为20℃,出塔空气的温度为70℃；若不考虑湿空气和塔壁散热造成的影响，每千克尿素冷却时需要的空气量（Q凝取24.2×104，C取2.09×103） ( o) [. p; E- A3 \. A( \
                  ：* \, E/ S6 ^: u3 h2 p7 N
                  由公式Q = Q凝＋C（t2—t1）得：
          Q = 24.2×104＋2.09×103（138—50）3 [. r- W; W. X& _, f5 Q
                       ≈ 42.6×104 J/KgUr+ w. w; l  [' D. i3 b9 r8 z
                       ≈426 千焦/KgUr
                 若ρ 取1.2Kg/M3，20和70℃空气的焓值分别为291 千焦/Kg和345千焦/Kg * b! z4 E6 u: S$ a: `
                  △I =345—291 = 54 千焦/Kg : N1 K9 |  f1 w+ a( [+ T. j) o
                  则实际所需要的冷却空气量：7 w" u1 w7 f& p. |1 q$ W
                  V实 =1.1Q/ ρ ·△I= 1.1×426/1.2×54≈7.23 m3 /kg ur
              每吨尿素需要的冷空气量为7230 m3 。通常设计时每吨尿素需要的空气量取8000～10000 m3 
            。若每小时生产70吨尿素，一般需要的最大空气量为7×105 m3 。
               由上述计算可知，造粒塔的通风量可以根据系统负荷、环境温度进行调节。在负荷较低时若通风量过大，容易增加塔顶的粉尘量，但风窗开度过小，空气量不够，尿素得不到充分冷却，容易使下塔尿素温度偏高。
             5  尿素颗粒的大小与成品尿素中水含量的关系
         在正常情况下，相同重量的尿素中，尿素颗粒愈大，其综合表面积愈小；尿素颗粒愈小，其综合表面积愈大。 
       在空气比较干燥的季节里，由于整体来讲尿素颗粒在降落的过程中呈放湿状态，所以，当颗粒较小时从尿素中释放出的水份相对量就多，颗粒较大时从尿素中释放出的水份相对量就少。相反 # H   ，在高温、高湿的季节里，由于整体来讲尿素颗粒在降落的过程中呈吸湿状态，所以，当颗粒较小时大气进入尿素中水份相对量就多，颗粒较大时大气进入尿素中 ( d  X5 Z' \5 w8 的水份相对量就少。
                 
             无论在冬季还是夏季，当尿素颗粒增大到一定程度（其极端情况为喷头溢流），即尿素液滴在整个下落过程中，不能充分被冷凝时，也有可能造成水份超标。 
               6  与蒸发系统相连的冲洗水或蒸汽阀门内漏，对成品尿素中水含量的影响! e# h4 _# J: Q* k7 r
                      
       在生产过程中，如果与蒸发系统相连的冲洗水或蒸汽阀门内漏，会直接导致成品尿素中的水含量增高。尤其是与蒸发二段相连冲洗水和喷头吹扫蒸汽内漏时，对成品尿素中的水含量影响更大，严重时甚至会导致喷头拉稀等现象发生。因此，在蒸发系统各项指标均正常的情况下，如果尿素中的水含量仍然较高，就应重点检查各冲洗水阀门是否有内漏现象。 . }) i% b% o' }1 H: Q# |# ]
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                  7  尿素储运过程中有可能出现的问题1 D, ], R. v2 V4 C; R5 A
                      尿素在储运 过程中，也有可能造成最终成品尿素中的水含量超标。主要有以下几个方面的原因：
          a.) 造粒塔进水。造粒塔的顶部、底部百叶窗叶片脱落或底部挡风围裙等损坏时，都会导致阴雨天气时 & Z  |4 K2 b, n2 S: B4 Q3 _  G
                  雨水直接进入造粒塔内，影响尿素中的水含量。- n7 |) d8 |# T4 F* F: i4 I7 }3 r
         b)   尿素传送过程中进水。从造粒塔出来的尿素到包装机，中间距离很长，如果皮带廊漏雨、风窗损坏或阴雨天气时关闭不及时，也会造成成品尿素中的水含量增加。
     c) - m! @- q- d7   散装尿素储存不当。尿素在散装仓库储存期间，如果仓库漏雨或门窗损坏现象，均会出现尿素在储存期间大量吸湿，从而导致成品尿素水含量超标。0 x) K! v( {5 T* x7 Z- C- b' O
      d) 因包装袋问题对尿素水份的影响。如果包装袋质量不好，袋子密封不严，存放期间也会因吸湿而导致尿素水含量增加。
     e)运输问题。尿素在运输过程中如果遭受雨淋、浸泡等，也会导致尿素水含量增高。              " F" C& E; Q5 U$ M% j
                  通过上述分析可以看出，成品尿素中水含量的控制，是一个全方位、多环节的控制过程，无论哪个环节出现问题，都会导致最终成品尿素的水含量指标超标，出现不合格品尿素。因此，为保证尿素最终产品的合格，需要从尿素的生产、传送、储存、运输等每一个过程从严控制，才能确保最终到达用户手中尿素 水含量指标不超标。