DAP üretiminde, amonyağın fosforik aside molar oranı, nötrleştirme oranı veya N/P oranı, prosesin geri kalanının takip etmeye çalıştığı değişkendir. Hangi bileşiğin üretileceğini belirler. Bulamacın pH'ını, viskozitesini ve yoğunluğunu belirler. Reaksiyonun ne kadar ısı açığa çıkaracağını belirler. Ve aşağı akışta granülasyonun stabilize olup olmayacağını veya ıslak topaklar ve kuru toz arasında gidip gelip gelmeyeceğini belirler. Oranı doğru ayarlamak ve orada tutmak, tesisteki en önemli proses kontrol görevidir ve aynı zamanda en zorlu olanlardan biridir, çünkü fosforik asit konsantrasyonu sürekli değişir, amonyak akışının kendi basınç dinamikleri vardır ve reaksiyonun dengesi, sıcaklık ve diğer koşullara her zaman sıkı oran kontrolünü kolaylaştırmayan şekillerde tepki verir.
Nötralizasyon oranının ardındaki kimyayı, bu oranın herhangi bir yöne doğru kayması durumunda neler olduğunu, ölçmek ve kontrol etmek için hangi cihazlara ihtiyaç duyulduğunu ve kontrolün başarısız olması durumunda hattı korumak için hangi kilitleme sistemlerine ihtiyaç duyulduğunu ele alacağız.
Nötralizasyon Oranı Gerçekte Nedir?
Nötralizasyon oranı, belirli bir ölçüm aralığında reaksiyon sistemine beslenen amonyağın (NH3) fosforik aside (H3PO4) molar oranıdır. Saf DAP üretimi için stokiyometrik gereksinim, fosfat grubu başına iki amonyak molekülü olan 2,0 mol NH3/mol H3PO4'tür ve bu da diamonyum hidrojen fosfat üretir. MAP üretimi, Stokiyometrik gereksinim, her bir mol H3PO4 için 1,0 mol NH3'tür.
Uygulamada, geleneksel bir DAP tesisinde ön nötrleştirici, genellikle proses tasarımına ve asit özelliklerine bağlı olarak, tam DAP stokiyometrik oranının altında, genellikle 1,4 ila 1,8 aralığında çalıştırılır; nihai ürün bileşimine ulaşmak için gereken ilave amonyak ise amonyaklama-granülatörde eklenir. Amonyaklamaya yönelik bu aşamalı yaklaşım, ön nötrleştirici bulamacının viskozitesini daha düşük ve fiziksel durumunu daha yönetilebilir hale getirir; bu durum, ön nötrleştiricide tek başına tam DAP oranına kadar amonyaklama denenmesi durumuna göre daha avantajlıdır.
Nötralizasyon oranı genellikle NH3'ün P2O5'e molar oranı olarak ifade edilir (çünkü gübre uygulamalarında fosfat içeriği P2O5 ile ölçülür) ve bazen "amonyaklama oranı" veya "N/P molar oranı" olarak da adlandırılır. Bu terimler aynı temel niceliği ifade eder ve kütle oranı ile molar oran arasındaki ayrım önemlidir: moleküler ağırlıklar hesaba katılmadıkça, belirtilen bir kütle oranı molar oranla aynı değildir.
Oran Düşük Seviyeye Düştüğünde Ne Olur?
Hedef değerin altına düşen bir oran, yani aside göre çok az amonyak bulunması, bulamaçta reaksiyona girmemiş veya kısmen reaksiyona girmiş fosforik asit bırakır. Bunun sonuçları giderek gelişir:
Bulamaç daha asidik hale gelir. Denge, diamonyum fosfattan ziyade monoamonyum fosfata doğru kayar ve serbest fosforik asit oranı artar. Bulamacın pH'ı düşer ve fiziksel özellikleri değişir: daha düşük N/P oranına sahip bir bulamaç daha az viskoz olma eğilimindedir ve daha az bağlı su taşır; bu başlangıçta bir iyileşme gibi görünse de aslında kimyanın yanlış olduğunun bir işaretidir.
Granülasyon düzgün çalışmamaya başlar. Granülatör yatağına uygulanan düşük N/P oranlı bulamaç, hedef üründen farklı bir granül yüzey ortamı oluşturur. Granül büyüme mekanizması değişir, genellikle daha fazla ince tanecik ve daha geniş bir parçacık boyutu dağılımı oluşur. Geri dönüşüm oranı yükselmeye başlar.
Islak temaslı ekipmanlarda korozyon oranları artar. Ekipmanla temas eden daha fazla serbest asit, temas bölgesindeki malzemelerde daha yüksek korozyon oranları anlamına gelir. Düşük oranlı durum uzun süre devam ederse, bu durum nominal çalışma koşulları için tasarlanmış ekipmanın hızlandırılmış bozulmasına neden olabilir.
Granülatörden kaynaklanan amonyak kayıpları artabilir. Daha düşük N/P oranlarında, bulamaç granülatöre ulaştığında amonyağı emme kapasitesi daha yüksektir. Granülatördeki amonyak ilave oranı, gerçek bulamaç bileşimine göre kontrol edilmek yerine sabit tutulursa, ilave emme talebi, beklenenden daha fazla amonyağı granülatör atmosferinden çekerek egzoz gazındaki amonyak konsantrasyonunu artırabilir.
Oran yükseldiğinde ne olur?
Hedef değerin üzerinde bir oran, yani aside göre çok fazla amonyak, farklı bir dizi soruna yol açar:
Sistemde serbest amonyak oluşur. N/P oranları stokiyometrik gereksinimin üzerinde olduğunda... DAP (2,0 mol/mol) oranında, reaksiyona girmemiş amonyak, sistemde bulamaçta çözünmüş NH3 ve bulamacın üzerindeki gaz fazında NH3 olarak bulunur. Bu serbest amonyak, doğrudan ürün kaybını temsil eder ve ayrıca egzoz gazı arıtma sistemindeki amonyak yükünü artırır.
Sulu karışımın viskozitesi artabilir. DAP stoikiyometrisinin üzerinde, ürün diamonyum fosfat açısından aşırı doygunluğa doğru eğilim gösterir ve sulu karışım koyulaşarak granülatörde pompalanması ve homojen bir şekilde dağıtılması zorlaşabilir. Aşırı amonyaklama durumlarında, ön nötrleştiricide veya boru reaktöründe erken kristalleşme meydana gelebilir ve bu da tıkanmalara yol açabilir.
Ürün kalitesi değişebilir. Üründe tam amonyaklı aşırı yüklenme meydana gelirse, ürünün azot içeriği DAP spesifikasyonundan daha yüksek olacaktır; ancak pratikte granülasyon döngüsü tamponu, kısa vadeli oran sapmalarını ürün analizine tamamen yansımadan önce absorbe etme eğilimindedir.
Granülatör ve yıkayıcılardan kaynaklanan emisyonlar hızla artmaktadır. Asit tarafından emilmeyen fazla NH3, granülasyon bölümü ve kurutucudan kaynaklanan NH3 emisyonlarının başlıca nedenidir. Hızlı bir şekilde tespit edilemeyen aşırı amonyaklama olayı, izleme gereksinimleri olan pazarlarda uyumluluk endişelerini tetikleyebilecek bir emisyon artışına neden olabilir.
Kontrol Enstrümantasyonu
Nötralizasyon oranını gerçek zamanlı olarak gösteren birincil ölçüm, ön nötralizatördeki veya bulamaç transfer hattındaki bulamacın pH değeridir. Amonyum fosfat bulamacının pH değeri, çalışma sıcaklığı ve konsantrasyonundaki N/P molar oranına büyük ölçüde bağlıdır ve ilişki mükemmel doğrusal olmasa ve safsızlıklardan, sıcaklıktan ve asit kalitesinden etkilense de, pH ölçümü oranın hedef değerde, çok düşük veya çok yüksek olup olmadığını sürekli ve gerçek zamanlı olarak gösterir.
pH ölçümü, çamurun agresif fiziksel ve kimyasal ortamına, yüksek sıcaklığa, aşındırıcı askıdaki katı maddelere ve aşındırıcı kimyasallara dayanabilen bir sensörle yapılmalıdır. Üretimi durdurmadan bakım için otomatik geri çekme özelliğine sahip, çamur hizmeti için derecelendirilmiş daldırma veya geri çekilebilir pH elektrotları pratik standarttır. pH sinyali, amonyak akış hızındaki ayar kontrolünü yönlendirir: pH hedef aralığın altına düşerse daha fazla amonyak eklenir; üstüne çıkarsa amonyak azaltılır.
İkincil ölçüm katmanı akış oranı kontrolüdür: hem asit beslemesinde hem de amonyak beslemesinde bulunan akış ölçerler, pH ölçümünün ne gösterdiğinden bağımsız olarak besleme aşamasında N/P oranının korunmasını sağlar. Bu ileri beslemeli kontrol katmanı, ölçüm noktasından itibaren oran korumasını sağlar; pH geri besleme kontrolü, reaksiyon ürünlerinde beklenen orandan herhangi bir sapmayı düzeltir. Her iki katman da gereklidir; yalnızca akış oranına güvenmek asit konsantrasyonundaki varyasyonu hesaba katmaz ve yalnızca pH'a güvenmek, ölçüm gürültülü ise veya hızlı besleme hızı değişiklikleri varsa kontrol kararsızlığına yol açabilir.
Asit konsantrasyonu izleme, asit P2O5 içeriğindeki değişikliklere göre akış oranı hesaplamasının düzeltilmesine olanak tanıyan destekleyici bir ölçümdür. Tank değişimlerinde veya tedarik partilerinde sıkça görülen bir durum olan asit konsantrasyonunda kaymalar meydana gelirse, önceki asit konsantrasyonu için doğru olan hacimsel akış oranının aynı molar oranı korumak için ayarlanması gerekebilir. Asit beslemesinin hat içi yoğunluk ölçümü veya laboratuvar titrasyonu ile periyodik örnekleme, bu düzeltme için gerekli verileri sağlar.
Kilitleme ve Koruyucu Mantık
Oran kontrolü arızalarının, ürün kalitesi sorunlarına, ekipman hasarına veya güvenlik olaylarına yol açmadan önce önlenmesi gerekir. Bir DAP tesisinin kilitleme mantığı, en azından aşağıdaki koşulları ele almalıdır:
Düşük N/P oranı alarmı ve düzeltici işlem: pH değerinin alt alarm eşiğinin altında olması, amonyak akış hızında bir artışı tetiklemeli ve operatörü uyarmalıdır. pH, tanımlanmış bir alt tetikleme eşiğinin altına düşmeye devam ederse, kontrol sistemi programlanmış bir yanıt başlatmalıdır; bu genellikle, spesifik duruma bağlı olarak, oranı tekrar aralığa getirmek için asit akışını azaltmak veya amonyak akışı devam ederken asit beslemesini durdurmak şeklinde olabilir. bitki tasarımı.
Yüksek N/P oranı alarmı: pH'ın üst alarm eşiğinin üzerinde olması, amonyak akış hızının azaltılmasını tetiklemelidir. Yüksek oran durumu devam ederse veya kötüleşirse, genellikle pH kabul edilebilir aralığa dönene kadar amonyak ilavesi durdurulur.
Besleme kaybı: Asit veya amonyak beslemesinin herhangi birinde kayıp meydana gelirse, doğru tepki hangisinin kaybedildiğine bağlıdır. Amonyak beslemesi devam ederken asit kaybı sistemde aşırı amonyağa neden olur ve amonyağın kontrollü bir şekilde kapatılmasını tetiklemelidir. Asit beslemesi devam ederken amonyak kaybı, ön nötrleştiricinin giderek daha asidik hale gelmesine neden olur ve bu da asidin kontrollü bir şekilde kapatılmasını gerektirir. Kilitleme mantığı, besleme koşullarının her bir kombinasyonunu ayrı ayrı ele almalıdır.
Yüksek ön nötrleştirici sıcaklığı: Ekzotermik reaksiyon, aşırı amonyaklama durumunda veya bulamaç sirkülasyonunun kaybında, ön nötrleştirici sıcaklığının tasarım sınırının üzerine çıkmasına neden olabilecek ısı üretir. Amonyak besleme kontrolüne yüksek sıcaklık kilitlemeleri bağlanmalıdır.
Bu kilitleme mantığının tasarımı, tesis devreye alınmadan önce yürütülen resmi bir HAZOP çalışmasının parçası olmalı ve kilitleme koşulları, ayar noktaları ve müdahale eylemleri, tesisin güvenlik yönetim sisteminin bir parçası olarak belgelenmeli ve periyodik olarak gözden geçirilmelidir.
Ceylan Machine & Process, güvenli ve istikrarlı amonyaklama için entegre oran kontrolü, enstrümante pH izleme ve tam kilitleme mantığına sahip DAP ve MAP gübre üretim tesisleri tasarlamaktadır. MAP/DAP tesisiniz için proses kontrol tasarımıyla ilgili teknik sorularınız için mühendislik ekibimizle iletişime geçin.
