CN101037371A - 一种制造聚合物包膜控释肥料的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于材料包覆技术范围的涉及采用喷雾沉淀相转化法制造高分子聚合物包膜控释肥料的工艺和设备。该法首先使物料颗粒处于稳定的循环流化状态，然后利用二流体喷头把有机聚合物等制膜液喷涂到运动中的颗粒表面，通过热空气等手段促使沉淀到颗粒表面的制膜液的溶剂和溶质分相，溶剂由液相变为气相挥发，溶质由高度分散的液相变为具有透过性膜结构的固相；设备包括：空气电加热器，喷动流化床，冷凝器，溶剂吸收水槽及其收集器，加热恒温搅拌反应釜，二流体喷头及其电路和自动控制系统等。该工艺方法和设备适用于把含高分子聚合物等材料的各种包膜液雾化沉淀到尿素或复合肥颗粒颗粒上，生产释放期在1－9月的包膜控释肥料。

Description

一种制造聚合物包膜控释肥料的工艺和设备
技术领域
本发明属于材料包覆技术范围，特别涉及采用喷雾沉淀相转化法制造高分子聚合物包膜控释肥料的工艺和设备。该工艺方法和设备适用于把以高分子聚合物为主要材料的各种包膜液，雾化沉淀到肥料颗粒上形成具有控释性能的膜，生产具有控释性能的包膜肥料。该工艺和设备主要用于颗粒表面膜，尤其适合于：在肥料颗粒表面喷涂包裹有机聚合物，生产包膜控释肥料。
背景技术
控释技术可以有效的控制肥料中所含营养元素的释放过程，从而更好的调节营养物质在土壤中的作用强度和作用时间，这样就可以针对不同作物的养分吸收特点，达到精细施肥、改善植物营养供应状况和肥料利提高用率的目的。通过化学工程手段，把有机高分子材料喷涂沉淀在肥料颗粒表面形成结晶膜，或者使有机单体或预聚体在肥料颗粒表面反应形成聚合物膜，均可以使肥料养分得到控制释放。
1974年Chissoasahi肥料公司申请的美国专利“包衣肥料的生产方法”(U.S.Pat.No.4019890)中，介绍了使用流化床将聚烯烃溶液喷涂到肥料颗粒表面，制备控释肥料的方法。该专利附图中给出了所涉及流化床设备的工艺流程图，它包括：流化床、鼓风机、加热器、溶液箱、蠕动泵和喷嘴等组成部分。但是该工艺并没有涉及溶剂回收系统和包膜加工控制系统的工艺过程。该专利也没有对所涉及设备进行详细描述。该公司申请的另外一些专利(U.S.PatNo.5147442，1988；U.S.Pat.No.5147442，1989；中国专利：87105398，87105467，89101193)中，均涉及使用该工艺流程的包膜设备。这些设备参考于早期的美国专利(U.S.Pat.No.2648609，1953；U.S.Pat.No.3089824，1963)，不过这些专利文献涉及的流化床主要是针对药物包衣，而不是针对制备肥料控释膜，所以在实际的肥料包膜操作中，这些流化床设备的结构均有所改变。目前在肥料包膜领域中，所申请的与流化床设备有关的专利还有：1991年Shirley等人开发过连续包膜肥料生产设备，该设备前后由四室相连，底部是气流分布板，保证肥料颗粒呈流化态，并逐室推进，从第四室出料口出料，颗粒肥料在这个流化过程中被包膜(U.S.Pat.No.5211985)；2004年北京市农林科学院发明了“颗粒连续包衣设备”(中国专利：03256417.1)，该设备强调在喷流塔内设置一个可以开闭的闸板阀来实现颗粒从一个塔到另一塔的转移；这些连续生产设备运行中的不稳定性限制了其在实际中的应用，而间歇式单室流化床仍然是实际生产中使用的主体设备。2005年山东农业大学就包膜液配置设备做了深入研究，开发了“高压气流快速加热恒温器”(中国专利：200420096624.X)和“管盘式多层尿素、硫磺快速熔融器”(中国专利：200420096625.4)用来加热包膜材料，改善了传统的溶液箱性能，但是并没有从整体上改善流化床包膜设备的性能。由此可见：现有专利涉及的只是局部改进的流化床和包膜液配置设备，控释肥料研究和生产中缺乏一套完整的生产工艺方法和设备。
在另一些专利(U.S.Pat：No.4019890，No.5147442，No.5147442；中国专利：87105398，89101193，03155813.5)中，均涉及将聚合物溶解于某种有机溶剂制备包膜液的方法，而该方法所得的包膜液需要加热到一定的温度，一般在60℃～160℃的范围内，具有遇冷粘度变大，容易凝固的特点；另外，加热的包膜液对于聚烯烃类塑料常具有很强的溶解性。因此，这对传统的溶液调配桶、包膜液输送方式和喷头雾化模式等都提出了更高的要求。而现有的专利中，并没有针对于此的相关工艺方法和设备发明。
调配包膜液时需要使用大量的有机溶剂，一般包膜液的浓度(聚合物材料质量kg/溶剂体积L)在5％左右，如果按照包膜率(聚合物质量kg/肥料质量kg)为5％计算，每加工1吨包膜肥料，则需要消耗1m3的溶剂，因此溶剂回收对于降低成本、保护环境都至关重要，而过去的工艺和设备中并没有包括这一部分。
随着包膜材料体系和加工工艺的研究发展，采用喷雾沉淀相转化法制备包膜控释肥料的工艺已经越来越普遍，流化床成了研制和生产包膜控释肥料的设备，但是上述工艺和设备问题却限制了其进一步的发展。针对现有工艺不完整，设备需要优化组合，蠕动泵容易堵塞、溶剂无回收、溶液箱控制能力差等问题，发明设计加热能力强、加热温度范围宽、控温精度高、耐压、具搅拌功能的包膜液配置设备一反应釜，代替溶液箱；设计空气冷凝、冷却回收系统回收溶剂；设计雾化颗粒小、流量可调控和不易堵塞的二流体喷头用以雾化包膜液，代替蠕动泵驱动喷头雾化包膜液的雾化系统。并组建立起一种基于喷雾沉淀相转化法工艺方法，以及以喷动流化床为主体的肥料包膜成套设备。期望从整体上提供一个经济可行的工艺方案和可控能力强、运行稳定、耐用的成套设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造聚合物包膜控释肥料的工艺和设备。其特征在于该工艺是将流化床喷雾热解法与溶剂蒸发沉淀相转化法结合起来，建立起基于喷雾流化床制备肥料控释膜的一种喷雾沉淀相转化法。该法首先使物料颗粒处于稳定的循环流化状态，然后利用二流体喷头把有机聚合物等制膜液喷涂到运动中的颗粒表面，通过热空气等手段促使沉淀到颗粒表面的制膜液的溶剂和溶质分相，溶剂由液相变为气相挥发，溶质由高度分散的液相变为具有透过性膜结构的固相。所说的工艺流程是：
第一步：将有机溶剂和聚合物包膜材料加入反应釜内，搅拌。
第二步：使用电加热棒对加热套中导热油直接加热，导热油使反应釜内物料温度逐渐升高；当反应釜内液体温度达到预定温度110～150℃时，由自动控制系统控制釜内物料温度在设定范围内，聚合物在反应釜内逐渐溶解完全，变成均一的包膜溶液。
第三步：使用罗茨鼓风机和缓冲罐提供平稳气流，用流量计调节空气流量，之后气流通过电加热器被加热，并被传输到流化床底部，经锥斗底口喷入流化床，提供烘托气流，其中烘托气体流量控制在30～40/sec的范围内；烘托气体温度由可控硅三相调压器自动控制在100±2℃范围内。
第四步：将进料斗中的肥料颗粒送入流化床，在热空气的烘托和导筒的引流作用下，肥料颗粒处于循环流化状态。
第五步：使用二流体喷头将包膜液雾化到肥料颗粒表面，促进溶剂挥发、聚合物沉淀，制备包膜肥料：包膜液从喷头液相入口端进入喷头内部液体分布帽，并被0.5MPa的高压气流由空气分布帽喷射出去，包膜液被雾化成液滴，雾化液滴在烘托气体的带动下，向上运动，在导筒中，与循环运动的肥料颗粒接触，并粘附在颗粒表面凝结形成具有一定孔隙结构的有机聚合物膜。随着颗粒的不断往复循环，肥料颗粒表面能够均匀的包覆上一层具有控释性能的膜。
第六步：含有机溶剂的热空气进入列管式冷凝器和空气冷却器，气态溶剂被逐步冷却为液态，回收再利用。
第七步：包膜率达到4％～8％的时候，关闭包膜液出料阀，关闭喷头，打开缓冲罐放空闸阀，关闭流化气体，肥料颗粒停止循环流化；打开流化床底放料展型阀门，卸料；进入下一周期。
所述聚合物包膜材料和有机溶剂按kg/L比1∶(10～20)混合，
所述石蜡和有机溶剂按kg/L比为1∶100。
所述聚合物包膜材料为聚乙烯。
所述有机溶剂为四氯乙烯。
所述肥料颗粒是粒径为2-4mm的大颗粒尿素或三元复合肥。
基于上述工艺操作要求，本发明涉及的喷雾流化床设备由罗茨鼓风机、气体缓冲罐、电加热器、流化床、列管式冷凝器、空气冷却器、空气压缩机、加热恒温搅拌反应釜、喷头等设备和控制系统组成，其设备是罗茨鼓风机1连接气体缓冲罐2，气体缓冲罐2通过转子流量计3、电加热器4连接到喷动流化床5底部；导筒22固定在喷动流化床5下部，作为雾化系统的二流体喷头16、空气压缩机17固定在喷动流化床5底部的喷头液相入口；喷动流化床5顶部连接冷凝器6入口，冷凝器6出口和作为空气冷却器的室内机7、室放机8连接；作为溶剂收集系统的视盅9接到冷凝器6出口和室内机7连接处、溶剂收集器10和溶剂回收罐11接在视盅9下面；作为包膜液调配系统的导热油泵12、导热油储槽13、恒温加热搅拌反应釜14和15串联后通过控制阀门和喷动流化床5底部的喷头液相入口连通；
所述喷动流化床5的底锥部21底锥角为55°～65°。，为了便于观察，在喷动流化床5床壁设置第一观察口24、第二观察口25、第三观察口26和第四观察口27；在流化床壁下沿160mm高处设置螺旋进料器18和进料漏斗19；底部设置出料口。
本发明有益效果是：一、通过对控释肥料生产方法的比较研究，根据制膜工艺和控释膜成膜机理，建立一种生产包膜肥料的工艺方法：喷雾沉淀相转化法。二、根据此工艺方法的要求，设计出结构紧凑、操作完整、清洁无污染的喷雾沉淀相转化法包膜工艺流程。三、根据工艺条件设计了成套设备，设备可控能力强，可操作范围宽，控制精度高。四、采用的有机溶剂低温冷却回收系统为封闭结构，溶剂理论回收率可以达到99％以上。五、整套生产设备总功率为38kw，经济实用。
附图说明
图1为喷雾沉淀相转化法包膜工艺流程图。
图2为缓冲罐设备简图。
图3为电加热器设备简图。
图4为流化床装配图。
图5为二流体喷头装配图和空气帽零件图。
图6为冷凝器设备简图，a为冷凝器简图。b为截面图，c为按照等腰三角形均匀排列的列管示意图(如图6b、c所示)。
图7a为溶剂收集器设备简图，图7b为进料斗简图。
图8为储油罐设备简图。
图9为反应釜设备简图。
图10为包膜肥料的养分累积释放曲线。
具体实施方式
本发明提供一种制造聚合物包膜控释肥料的工艺和设备。如图1所示的喷雾沉淀相转化法包膜工艺流程图。该工艺是将流化床喷雾热解法与溶剂蒸发沉淀相转化法结合起来，建立起基于喷雾流化床制备肥料控释膜的一种喷雾沉淀相转化法。该法首先使物料颗粒处于稳定的循环流化状态，然后利用二流体喷头把有机聚合物等制膜液喷涂到运动中的颗粒表面，通过热空气等手段促使沉淀到颗粒表面的制膜液的溶剂和溶质分相，溶剂由液相变为气相挥发，溶质由高度分散的液相变为具有透过性膜结构的固相。
基于上述工艺操作要求，本发明涉及的喷雾流化床设备由罗茨鼓风机、气体缓冲罐、电加热器、流化床、列管式冷凝器、空气冷却器、空气压缩机、加热恒温搅拌反应釜、喷头等设备和控制系统组成，其设备是罗茨鼓风机1连接气体缓冲罐2，气体缓冲罐2通过转子流量计3、电加热器4连接到喷动流化床5底部；导筒22固定在喷动流化床5下部，作为雾化系统的二流体喷头16、空气压缩机17固定在喷动流化床5底部的喷头液相入口；喷动流化床5顶部连接冷凝器6入口，冷凝器6出口和作为空气冷却器的室内机7、室放机8连接；作为溶剂收集系统的视盅9接到冷凝器6出口和室内机7连接处、溶剂收集器10和溶剂回收罐11接在视盅9下面；作为包膜液调配系统的导热油泵12、导热油储槽13、恒温加热搅拌反应釜14和15串联后通过控制阀门和喷动流化床5底部的喷头液相入口连通。
所述喷动流化床5的底锥部21底锥角为55°～65°。，为了便于观察，在喷动流化床5床壁设置第一观察口24、第二观察口25、第三观察口26和第四观察口27；在流化床壁下沿160mm高处设置螺旋进料器18和进料漏斗19；底部设置出料口。
图2所示为气体缓冲罐2的具体结构。缓冲罐具有进气口72、出气口70、放空口69、底部设置液体排放口71、顶部设置压力表68。它的作用是缓冲罗茨鼓风机1输送来的气体，使其平稳。叶轮式罗茨鼓风机提供的气体是脉冲气流，该气流使颗粒的流化状态具有波动性，为此使用缓冲罐让气流在此混合均匀，平衡气流的稳定性。如果罗茨鼓风机的额定工作流量为0.25m3/sec，转数为960r/sec，可设计其停留时间为5sec，则缓冲罐容积需为：0.75m3。设计一个DN800mm，高1560mm的罐体既可满足要求。
电加热器设计功率为15kw，135根功率为1kw的电热丝57套上瓷环，穿在水平均布的270根DN32的铁管56内(如图3所示)，电热丝每三根串联后，并联，每15组为一相，按照星型连接为三相60。大量的电热丝和铁管，能够保障换热器有大的换热面积和换热效率；采用功率为1kw的电热丝并且每三根串联，可以在保障电热丝的耐用性的同时，降低单根电热丝的负荷(其实际功率只是额定功率的11％)，电热丝仅仅发热而不发红，能提高其使用寿命。另外使用可控硅三相调压器对其电压进行控制，实际工作电压按照设计控制在120伏特(V)以内，能够提高设备用电的安全性；同时，通过自动调节电压的高低，可以精确控制被加热空气的温度，并使其恒定在设定温度的±2℃范围内。两端分别为管道入口58和出口59。
图4所示为喷动流化床5设计依据是：直径为2-4mm的肥料颗粒，在喷动流化床5底部被吹起，顶部回落，为此，烘托气流速应该大于30m/sec，如果以供风能力为0.25m3/sec设计，则喷动流化床5底部烘托气体入口直径为DN100mm，喷动流化床5圆筒直径DN500mm，流化床高2000mm，导筒22固定在喷动流化床5下部，导筒22的直径DN200mm，高600m，可以自由升降；为了使肥料颗粒循环良好，底部不存在死角，则喷动流化床5底锥部21的锥角小于60°。为了便于观察，喷动流化床5床壁设置第一观察口24、第二观察口25、第三观察口26和第四观察口27；在流化床壁下沿160mm高处设置螺旋进料器18和进料漏斗19；底部设置出料口。
图6为冷凝器设备简图，冷凝器设计为气-气交换列管式，热空气走管程，冷却空气走壳程。根据热量守衡定律和换热计算公式，以及溶剂在空气中饱和浓度，确定换热器总体传热效率和换热面积。具体结构是筒体直径为DN500mm，长3000mm，筒体两端分别设置冷却介质入口46(如图6a所示)和出口47，内部设置100根DN20，长3000mm的列管45，按照等腰三角形均匀排列(如图6b、c所示)。
空气冷却系统包括室内机7、室外机8，室内机为带翅片的蛇行管蒸发器与其箱体构成，室外机为提供冷源的压缩机组。首先使用一段弯管排气筒，把室内机与冷凝器连接起来，再使用一段带弯管的排气筒把室内机接入冷凝器壳程。室内机箱体结构：长、宽和高分别是1440mm、900mm和900mm，蒸发器结构设计为片距3.5mm，排深为5排，实际传热面积FZ1S＝38.5m2。室外机采用两级压缩机组，总制冷量Q0＝22.89kw。
溶剂收集系统包括：用以观察冷凝回收下流溶剂的视盅9、回收的溶剂被溶剂收集器10临时收集，收集器内过多的溶剂由其底部的排放口进入溶剂回收罐11。视盅中间为一玻璃筒体，两端用法兰连接；溶剂收集器如图7a所示，上部设置一个溶剂入口61和一个放空口62；收集器垂直方向设置液位计安装口63，64；下部为锥形，设置一个排放口65。图7b所示为进料斗简图，在进料斗19下面由连接法兰66连接进料口67。
包膜液调配系统包括：导热油泵12、导热油储槽13、恒温加热搅拌反应釜14和15。导热油储槽(如图8所示)为直径为DN600mm，高为1260mm的封闭筒体，内部设置冷却水盘管55，筒体上设置盘管进口50和出口51，垂直方向设置液位计安装口52和53；顶部设置导热右入口48和排空口49，下部侧面设置导热油出口54。
电加热恒温搅拌反应釜结构如图9。为了精确控制反应釜内物料温度(如：120℃±2℃)，采用导热油对有机溶剂进行加热，导热油由电热棒直接加热。为了使聚合物溶解快速、溶液均一，设置一个叶轮机械搅拌釜44；为了使包膜溶液能够顺利输送到喷头，该反应釜设计为耐压设备，釜体、法兰和封头设计耐压能力为10MPa；机械搅拌与反应釜封头连接处设置防爆密封。具体的管口设置包括：顶部封头溶剂入口33、高聚物等固体物料入口34、温度监控孔37、压缩气入口35、放空口36；釜底设置包膜液排放口43；加热套上部设置一个温度监控孔38、温度自动控制传感器孔39，下部设置四个电热棒插孔41，均匀分布，每根电热棒功率为2kw，预留一根备用，其它三根按照三相星型连接方式连接，加热套底部设置一个导热油入口42、顶部设置一个导热油出口40。
雾化系统包括压缩空气机17和二流体喷头16。因为喷雾沉淀相转化法的一个核心点就是要使包膜液分散成超细粒子，以促使溶剂挥发速度和聚合物分子重组结晶，而二流体喷头能够使液体的雾化达到微米级。通过改变两相的压力和流量，能够在一个比较宽的范围内调节雾化状态，从而调节包膜肥料控释性能。但是传统的二流体喷头一般针对的液相是水，其空气帽的设计在此工艺中不能使用。为此，本发明改进设计了一种二流体喷头的空气帽(如图5所示，28为液体流量调节螺栓、29为气相入口、30液相入口、31为液体分布帽、32为空气分布帽。)把原来空气帽出口变短，使空气和液体的混合直接在空气中进行，解决了包膜液在出口处结晶堵塞的情况，确保操作正常。
实验一使用恒温搅拌反应釜配制包膜液
使用聚乙烯和四氯乙烯作为主要的包膜液组分，实验考察恒温搅拌反应釜的加热和控温能力，包膜液需要被加热到118℃。实验时首先向反应釜内加入50L四氯乙烯，然后加入2.5kg聚乙烯。开启反应釜加热。实验中结果如表1，由表中的数据来看，设备在加热过程中，实际加热时间上比设计值超出0.2个小时，使加热时间延长外，其他参数指标与实验要求比较接近，符合设计要求。要缩短加热时间的一个办法是更换电加热棒的功率，把原来功率2kw的电热棒，更换为3kw，使其单位时间内的加热能力提高50％，就可以使其加热时间缩短。另外，对釜体进行保温，防止热量辐射扩散，也是一项必不可少的措施。
                  表1反应釜设计参数和加工使用参数的对比表
  项目   设备设计参数   实验要求参数   实验测定数据   偏差值
  加热温度(℃)包膜液体积(L)温度变幅(℃)加热时间(小时)   常温~170300±21   11850±21   115～12150±21.2   ±3--+0.2
实验二冷凝器的溶剂回收效率测定实验
采用实验一所调配的包膜液，对50kg大颗粒肥料进行包膜，含四氯乙烯的尾气进入冷凝器和空气冷却器。在单独使用冷凝器的时候，分别采用风、水为冷却剂，其冷凝效果如表2所示：对于四氯乙烯的回收，使用空气冷却回收的效率很低，只有13％，而使用水作为冷却剂回收率可以达到54％，只能够起到一定的回收效果。在冷凝器后端连接一空气冷却蒸发器，并让整个气路系统封闭循环，则溶剂回收效果可以达到99％。尾气中的所含四氯乙烯的浓度通过这些操作，加工车间空气中的四氯乙烯含量能够达到排放标准，减少其对操作工人的危害。
                     表2空气和水作冷却剂的回收效果对比表
项目   气/气热交换   气/水热交换   翅片式空气冷却器
  尾气   冷却气   尾气   冷却水   尾气   翅片蒸发器
  入口温度(℃)出口温度(℃)温度差(℃)   503515   182810   502525   18193   50050   -10-10-
  溶剂回收量   13％   54％   99％
实验三包膜肥料中试加工
以本发明涉及的工艺条件和流化床等设备建立聚合物包膜中试设备，以聚乙烯等材料溶解于四氯乙烯为包膜液体系，进行实验。具体的包膜液配置方案见表3，实验参数设置见表4。
                 表3包膜材料组成配方方案和包膜肥料氮素释放特性表
  编号 LDPE 溶剂(1)   石蜡(g)   尿素(kg) ηt1 ηΔt T(天) 拟合的直线方程 r
  IIIIII   2.53.03.5  253035   400400400   505050   1.30.90.6   0.80.60.4   105127178   y＝0.008x-0.021y＝0.006x+0.003y＝0.005x-0.007   0.9840.9980.991
注：实验中使用的PE为燕山石化生产的农膜用聚乙烯粒料，牌号为：1F7B；石蜡为燕山石化生产，熔点为60℃；溶剂为美国杜邦公司生产，330kg/桶；颗粒肥料为河北沧州大化生产的大颗粒尿素，粒径为2-4mm。
ηΔt为微分溶出率，ηt1为初期溶出率，T为养分释放期，r为相关系数。其中，微分溶出率ηΔt＝(ηtn-ηti)/(tn-ti)×100％；初期溶出率ηt1＝Mt1/M×100％；累积释放率η＝∑ηtn/M ×100％；养分释放期T＝1+(80％-ηt1)/ηtn。tn为第n天，ti为第1天，ηtn为第n-i天累计释放率，ηt1为初期溶出率，Mt1为第1天溶出的养分量，M为包膜肥中的养分总量。
                             表4加工工艺参数设置详表
  项目编号   控制设备名称   控制指标   测定仪表   设定值
  12345678   罗茨鼓风机电加热器反应釜反应釜包膜液输送管喷头喷头冷凝器   流化气体流量流化气体温度包膜液温度压力伴热带温度气相压力液相流量冷却水温度   ZL型转子流量计温度自动控制表温度自动控制表压力调节阀数字温度测定仪压力调节阀椭圆齿轮流量表数字温度测定仪   15m3/min100℃115℃0.01MPa100℃0.5MPa1.5L/min5℃
注：测定仪表均固定安装在设备特定部位。
操作步骤为：
1、准备工作
准备好实验所需要的物质材料。筛分肥料颗粒，准确称取所需要的包膜材料，准确计量溶剂。
2、包膜液的配制操作步骤
检查电加热恒温搅拌反应釜的阀门使之处于工作位置；通过溶剂入口由电动泵把溶剂送入釜内，注意准确计量送入的溶剂体积，然后关闭溶剂入口阀门；通过进料阀门加入称量好的固体物料，并关闭进料阀门；把釜1(或釜2)电加热自动/手动转化开关旋转到手动档，按下釜1(或釜2)电加热启动按钮，检查温度控制表上设定温度值和实际数显温度、温度表显温度；按下釜1(或釜2)搅拌启动按钮，搅拌；在包膜液配制完成后，把釜1(或釜2)电加热自动/手动转化开关旋转到自动档，使包膜液处于恒温状态。并按下釜1(或釜2)搅拌停止按钮。
3、流化床预热和肥料进料
把肥料置于进料斗中；把电加热器自动/手动转化开关旋转到手动档，按下电加热器启动按钮，检查温度控制表上设定温度值和实际数显温度。旋转三相调压器的手动调压电位器，使电压值有0伏特(V)缓慢地升高到160伏特(V)；2分钟后，按下大罗茨鼓风机启动按钮，打开缓冲罐放空阀门，调节烘干气体流量为400m3/h；打开大空气压缩机，打开喷头气相阀门；逆时针方向把肥料颗粒完全旋进流化床；按下电加热带调压器启动按钮，打开调压器开关，调节电压输出值为100伏特(V)，连接数显温度表；关闭缓冲罐放空阀门，调节烘干气体流量为900m3/h，使肥料颗粒呈良好的流化状态；观察电加热器工作温度是否达到设定温度，达到设定温度后，调节电压到120伏特(V)
4、包膜操作
全面检查肥料颗粒流化状态，烘干气温度、流量参数，包膜液温度参数、压力参数等，检查其它阀门和喷头阀门；打开釜底阀门；记时，从视镜观察包膜过程，注意记录各项参数值。
5、包膜加工结束
包膜液被雾化完毕以后，给一点压力使包膜液完全排出，关闭釜底阀门。按下釜1(或釜2)电加热停止按钮。把电加热带调压器调到0伏特(V)。关闭电源，按下电加带调压停止按钮；按下电加热器停止按钮；按下大罗茨鼓风机停止按钮；把盛包膜肥料的容器置于流化床底，拉闸放料。；插上插板，拉出容器，检查肥料表观状态，并记录。
6、结束
检查各个阀门是否恢复到起始状态，做好相关记录和标签。
所得产品控释性能：
采用水泡法测定包膜肥释放期，具体方法是：称取包膜肥10.00g，装于尼龙网袋中，将肥料袋置于塑料瓶里，然后加入200ml蒸馏水，盖好瓶盖，放入25℃的恒温箱内静止、浸提。每个样品设3个平行。每次取样时，把塑料瓶中的浸提液全部取出，用于N、P、K的测定。取样测定时间为1天、4天、7天、10天、14天、21天、28天。测定浸提液中尿素氮含量反应包膜尿素的释放性能，使用对二甲氨基苯甲醛-分光光度法测定(鲍士旦，2002)。
由表1可以看出，采用本工艺和设备生产的包膜肥料，初期溶出率在0.3％～1.3％，微分溶出率在0.4％～0.8％，释放期为3.5个月、4个月和6个月，符合控释标准。初期溶出率低，说明包膜均匀，即流化和包膜工艺稳定可靠；释放期在3.5～6个月符合大多数植物生命期，可以一次施用满足整个生育期养分需求。由拟合的直线方程相关系数(r＜0.98)来看，该工艺和设备加工所得肥料按照直线模式释放，根据28天水浸泡法测定氮素累积释放率，拟合的累积释放曲线(如图10所示)来看，符合典型的直线释放模式。另外肥料氮素释放期随着聚乙烯用量的增加而延长。

Claims (10)

1.一种制造聚合物包膜控释肥料的工艺，其特征在于，该工艺是将流化床喷雾热解法与溶剂蒸发沉淀相转化法结合起来，建立起基于喷雾流化床制备肥料控释膜的一种喷雾沉淀相转化法；该法首先使物料颗粒处于稳定的循环流化状态，然后利用二流体喷头把有机聚合物等制膜液喷涂到运动中的颗粒表面，通过热空气等手段促使沉淀到颗粒表面的制膜液的溶剂和溶质分相，溶剂由液相变为气相挥发，溶质由高度分散的液相变为具有透过性膜结构的固相；
所说的工艺流程是：
第一步：将有机溶剂、石腊和聚合物包膜材料加入反应釜内，搅拌；
第二步：使用电加热棒对加热套中导热油直接加热，导热油使反应釜内物料温度逐渐升高；当反应釜内液体温度达到预定温度110～150℃时，由自动控制系统控制釜内物料温度在设定范围内，聚合物在反应釜内逐渐溶解完全，变成均一的包膜溶液；
第三步：使用罗茨鼓风机和缓冲罐提供平稳气流，用流量计调节空气流量，之后气流通过电加热器被加热，并被传输到流化床底部，经锥斗底口喷入流化床，提供烘托气流，其中烘托气体流量控制在30～40/sec的范围内；烘托气体温度由可控硅三相调压器自动控制在100±2℃范围内；
第四步：将进料斗中的肥料颗粒送入流化床，在热空气的烘托和导筒的引流作用下，肥料颗粒处于循环流化状态；
第五步：使用二流体喷头将包膜液雾化到肥料颗粒表面，促进溶剂挥发、聚合物沉淀，制备包膜肥料：包膜液从喷头液相入口端进入喷头内部液体分布帽，并被0.5MPa的高压气流由空气分布帽喷射出去，包膜液被雾化成液滴，雾化液滴在烘托气体的带动下，向上运动，在导筒中，与循环运动的肥料颗粒接触，并粘附在颗粒表面凝结形成具有一定孔隙结构的有机聚合物膜，随着颗粒的不断往复循环，肥料颗粒表面能够均匀的包覆上一层具有控释性能的膜；
第六步：含有机溶剂的热空气进入列管式冷凝器和空气冷却器，气态溶剂被逐步冷却为液态，回收再利用；
第七步：包膜率达到4％～8％的时候，关闭包膜液出料阀，关闭喷头，打开缓冲罐放空闸阀，关闭流化气体，肥料颗粒停止循环流化；打开流化床底放料展型阀门，卸料；进入下一周期。
2.根据权利要求1所述制造聚合物包膜控释肥料的工艺，其特征在于，所述聚合物包膜材料和有机溶剂按kg/L比1∶(10～20)混合，石蜡和有机溶剂按kg/L的比例为1∶100。
3.根据权利要求1或2所述制造聚合物包膜控释肥料的工艺，其特征在于，所述聚合物包膜材料为聚乙烯。
4.根据权利要求1或2所述制造聚合物包膜控释肥料的工艺，其特征在于，所述有机溶剂为四氯乙烯。
5.根据权利要求1所述制造聚合物包膜控释肥料的工艺，其特征在于，所述肥料颗粒是粒径为2-4mm的大颗粒尿素或三元复合肥料。
6.一种制造聚合物包膜控释肥料的设备，其特征在于，所述喷雾流化床设备由罗茨鼓风机、气体缓冲罐、电加热器、流化床、列管式冷凝器、空气冷却器、空气压缩机、加热恒温搅拌反应釜、喷头等设备和控制系统组成，其设备是罗茨鼓风机(1)连接气体缓冲罐(2)，气体缓冲罐(2)通过转子流量计(3)、电加热器(4)连接到喷动流化床(5)底部；导筒(22)固定在喷动流化床(5)下部，作为雾化系统的二流体喷头(16)、空气压缩机(17)固定在喷动流化床(5)底部的喷头液相入口；喷动流化床(5)顶部连接冷凝器(6)入口，冷凝器(6)出口和作为空气冷却器的室内机(7)、室放机(8)连接；作为溶剂收集系统的视盅(9)接到冷凝器(6)出口和室内机(7)连接处、溶剂收集器(10)和溶剂回收罐(11)接在视盅(9)下面；作为包膜液调配系统的导热油泵(12)、导热油储槽(13)、恒温加热搅拌反应釜(14)和(15)串联后通过控制阀门和喷动流化床(5)底部的喷头液相入口连通；在喷动流化床(5)床壁设置第一观察口(24)、第二观察口(25)、第三观察口(26)和第四观察口(27)；在流化床壁下沿160mm高处设置螺旋进料器(18)和进料漏斗(19)；底部设置出料口。
7.根据权利要求6所述制造聚合物包膜控释肥料的设备，其特征在于，所述导流筒(22)可以自由升降，顶部设置筛网，防止颗粒随气流带出，喷头位于锥底喷头室内，喷头室为中空立方体，内设导流挡板，喷头室底部设置一拉阀，作为检修口和卸料口。
8.根据权利要求6所述制造聚合物包膜控释肥料的设备，其特征在于，所述喷动流化床(5)的底锥部(21)底锥角为55°～65°。
9.根据权利要求6所述制造聚合物包膜控释肥料的设备，其特征在于，所述喷动流化床(5)的底锥部(21)底锥角小于60°
10.根据权利要求6所述制造聚合物包膜控释肥料的设备，其特征在于，所述电加热器通过采用串、并联相结合的接线方式，使单根电热丝使用功率为额定功率的11％，降低了电热丝的工作负荷，电热丝工作时不发红，发热元件最高温度在400℃以内，使用可控硅三相调压器自动控制被加热空气的温度，反应釜使用导热油作为传热介质，可控制釜内温度在20℃～200℃内的任意点，工作电压设定在120伏以下的低压范围，提高安全性。
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