SensoTech公司的超声波浓度计应用-肥料行业

肥料行业主要包括以下几种生产类型：氨合成、硝酸合成、硝酸铵生产、尿素生产、尿素硝酸铵生产、磷酸生产、过磷酸钙生产。使用LiquiSonic®能随时为肥料化学品浓度测量提供完整的文档记录及恒定的产品质量保证，在故障和偏差的情况下，能立即进行干预。减少因为人工处理步骤产生的成本并确保最佳资源节约型生产，提高生产率。

1. 氨合成

氨（NH3）是氨肥生产中的一种主要成分。氨还是用于进一步加工肥料的合成硝酸和尿素的活化材料。在工业规模上，Haber-Bosch工艺通过三个生产阶段——气体生产、气体净化和合成从原始氮（N2）和氢（H2）中生成了氨。

在催化反应器中采用铁或钌催化氨的形成(N2 + 3H2 → 2NH3)。最终在水溶液中进行冷却以冷凝氨。在环境温度下，NH3浓度的通常在10wt%到25wt%之间。该浓度可如下图通过LiquiSonic®分析仪进行精确监测。

 

氨合成工艺中的 LiquiSonic®

 

水中氨的声速与浓度之间的关系

2. 硝酸合成

大约70%的硝酸（HNO3）产物用于研制作物肥料硝酸铵（AN），而剩余的硝酸用于生产炸药和不锈钢酸洗。硝酸在三个阶段通过奥斯特瓦尔德法形成。第一，焚烧NH3和空气的气体混合物，而NH3在铂铑催化剂表面上反应形成一氧化氮（NO）。接着NO冷却以与次级空气自然反应并制备二氧化氮（NO2）。最后将NO2通入吸收塔以与逆流的水（H2O）结合产生硝酸，其典型浓度为HNO3的55wt%到65wt%。该生产范围可通过如下图中的LiquiSonic®分析仪进行测量。

硝酸合成工艺中的LiquiSonic®

 

水中硝酸的声速与浓度之间的关系

3. 硝酸铵合成

硝酸铵（NH4NO3）或“AN”是最重要的氮肥之一，构成全球氮肥总用量的12.4%。除农业外，AN还用于炸药的生产。工业硝酸铵几乎只使用通过NH3和HNO3（55wt%到65wt%）的中和而形成的AN进行生产，其中AN的浓度为大约70wt%且能够通过蒸发工艺提高到99.5wt%。

硝酸铵生产工艺中的LiquiSonic® 

4. 尿素生产

尿素（CH4N2O）的高含氮量使其成为理想的农业肥料且在制药工业（如护肤）和化学工业（如三聚氰胺）也起到关键作用。由于Haber-Bosch的产品（氨（NH3）和二氧化碳（CO2））是尿素合成所需的基本材料，尿素生产符合NH3构造。

尿素生产发生在两个阶段。第一，在压力下加热NH3和CO2以形成氨基甲酸铵（CH6N2O2）。第二，进行脱水移除H2O以产生70wt%到80wt%尿素的浓度——通过蒸发可恢复到98wt%。下图是对于这一收率水平LiquiSonic®的高精度测量范围。

尿素生产工艺中的LiquiSonic®

 

水中尿素的声速与浓度之间的关系

5. 尿素硝酸铵生产

制备尿素硝酸铵溶液（UAN）的工业设备通常设于尿素与硝酸铵生产线上游。典型的配方为将40 %的硝酸铵、30 %的尿素和水混合在搅拌罐中。该LiquiSonic®分析仪采用声速与电导率相结合测量反应物与产物的浓度。

 

UAN生产工艺中的LiquiSonic®

 

水中尿素硝酸铵的声速、电导率和浓度之间的关系

6. 磷酸生产

磷酸（H3PO4）是最重要的无机酸之一，通过将磷酸盐岩（含钙“磷灰石”）与浓硫酸（98wt%的H2SO4）结合而形成。该两种成分反应生成30wt%的磷酸及副产品硫酸钙（CaSO4）。蒸发器可进一步浓缩磷酸到54wt%。如下所示采用该LiquiSonic®分析仪可在本工艺中监测H2SO4和H3PO4的浓度。

 

磷酸生产工艺中的LiquiSonic®

 

磷酸中声速相对于电导率和密度的优势

7. 过磷酸钙生产

过磷酸钙为磷酸盐浓度（wt%）及次生水不溶物含量都发生变化的肥料。过磷酸钙通过搅拌粉状磷酸盐岩及70wt%到75wt%的H2SO4而形成。反应后溶液凝固成含有16wt%到20wt%的五氧化二磷（P2O5）的成品。通过与磷酸（50wt%到54wt%的P2O5）反应的磷酸盐岩制备三过磷酸钙。生产出大于两倍过磷酸钙含量的固体肥料（45wt%到46wt%的P2O5）。该LiquiSonic®分析仪有利于硫酸-磷酸浓度临界范围的安全控制。

过磷酸钙生产中的LiquiSonic®

 

磷酸中声速相对于电导率的优势