CN102093133A - 一种包膜型缓控释肥料的制备方法及其包膜设备 - Google Patents
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Abstract
一种包膜型缓控释肥料的制备方法及其包膜设备，属于肥料及其制造领域，具体涉及一种肥料的制备方法及其设备。其特征在于：将肥料颗粒浸入到包膜液中进行包膜，包膜液温度高于肥料颗粒的温度。采用浸渍式包膜的方法，利用包膜液与肥料颗粒的温差产生的吸附力，包膜液瞬时将肥料颗粒包裹起来，迅速冷却成完整壳体，完成包膜。不仅可以提高包膜后的成品养分含量，减少了包膜材料的用量，而且包膜强度高。
Description
技术领域
本发明属于肥料及其制造领域，具体涉及一种肥料的制备方法及其设备。
背景技术
目前市场上以商业产品销售的肥料已达数十万种，产量及消费量十分庞大。随着世界肥料用量的不断增加，肥料利用率却未见明显的提高，这造成了严重的资源浪费和环境污染。随着生产水平的提高和人们知识水平的增长，人们对肥料应用有了新的认识，降低生产成本、保护土壤成为了人们追求的目标，开发高效利用的环境友好型肥料成为了人们的共识。其主要技术路线是实现肥料的缓释与控释，世界各国纷纷开发具有自主知识产权的缓控释肥料，以适应农产品安全生产、持续发展和肥料市场的需求。
缓控释肥料施入土壤中能缓慢释放养分，对作物具有缓效性或长效性，可提高肥料中养分的吸收率，减少养分流失。目前市场上以商业产品销售的缓控释肥料已达数十种，产量及消费量增速明显，市场前景良好。
缓控释肥料分为微溶于水的有机合成氮化合物、微水溶性或柠檬酸溶性无机合成肥料、加工过的天然有机肥料和通过物理手段达到缓控释目的的包膜(包裹)型肥料。
包膜型肥料是利用一种或多种物质包裹另一种植物营养物质而形成的植物营养复合体，通过包裹的方法使肥料达到缓控释的效果。由于包裹肥料的方法是以材料包裹肥料，因此包裹层的质量可占肥料总质量的30％～80％，而且在包裹过程中使氮肥或其它单一肥料加工成了复合肥料。
目前，缓控释肥料大都采用喷涂工艺，即把熔融的硫磺雾化成细微液滴喷到转鼓中的肥料颗粒表面。由于在高温环境中，不但肥料会极易分解，氮、硫等迅速挥发，而且还会使刚喷到肥料颗粒表面的硫磺相互粘连、聚集成块，因而转鼓内的温度不能过高；而转鼓内温度如果不够高，熔融的硫磺会在喷出喷嘴还未到达肥料颗粒表面时就已经冷却成了颗粒，而这种颗粒在肥料颗粒表面堆积成的膜厚且结构松散、裂缝多、易破裂，必须再采用涂腊或涂油等方法进行密封处理，所以这种喷涂工艺不但硫磺用量大，而且有会造成成品养分含量降低的缺点。据统计，生产一吨成品消耗硫磺量为260-300千克，成品养分含量降低到了32％-34％。这种方法提高资源利用率的能力有限，会对环境造成一定的影响。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：设计一种具有缓控释效果的包膜型肥料的制备方法及其包膜设备，不仅可以提高包膜后的成品养分含量，减少了包膜材料的用量，而且包膜强度高。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种包膜型缓控释肥料的制备方法，将肥料颗粒浸入到包膜液中进行包膜，包膜液温度高于肥料颗粒的温度。工艺步骤按如下依次进行：
(1)将计量后的硫磺加入熔硫釜中并加热熔融成硫磺液，加入计量后的调节剂，硫磺和调节剂的重量比为：100∶10～100∶30；
(2)保持加热，控制熔硫釜中的温度在120℃～180℃范围内，并不断搅拌成均匀的液体，形成包膜液；
(3)将高温包膜液连续加入到硫磺浸渍离心式包膜机中；
(4)将室温的肥料颗粒浸入到包膜液中进行包膜；保持加热，控制包膜液的温度在120℃～180℃范围内；
(5)通过硫磺浸渍离心式包膜机进行高速离心分离；保持加热，控制分离温度在120℃～180℃范围内；
(6)包膜肥料在膜冷却成形后，制得成品。
调节剂中包含AL2(SiO4)3。调节剂主要由AL2(SiO4)3、MgO、AL2O3、Fe2O3和SiO2组成，上述组分按重量份计的比例为：7∶5∶3∶2∶10。硫磺与肥料颗粒之间的重量比为1∶3～1∶5。
一种包膜型缓控释肥料的硫磺浸渍离心式包膜机，其特征在于：包括配备有加热系统的包膜仓和料仓，包膜仓和料仓之间设置隔网；包膜仓上开设加料口和出料口，包膜仓内安装离心包膜装置；料仓内安装搅拌器。离心包膜装置为叶轮，叶轮包括叶片，叶片上开设有网孔，叶片呈辐射状安装在轮毂上，轮毂安装在主轴上；叶片与隔网之间的距离小于肥料颗粒的直径。料仓上开设包膜液进液口。加热系统包括油加热炉，油加热炉连接热油泵，热油泵连接导热油输送管道；包膜仓和料仓外壳中空，导热油输送管道与包膜仓和料仓外壳的中空部分相联通。
本发明所具有的有益效果是：
1.采用浸渍式包膜的方法，利用包膜液与肥料颗粒的温差产生的吸附力，包膜液瞬时将肥料颗粒包裹起来，迅速冷却成完整壳体，完成包膜。不仅可以提高包膜后的成品养分含量，减少了包膜材料的用量，而且包膜强度高。
2.包膜液中加入了调节剂，无需另外裹蜡或涂油，节约生产工序，降低生产成本，包膜的厚度均匀致密、完整、无裂缝，提高了包膜的强度和质量。
3.配备有加热系统的包膜仓和料仓，使得在包膜过程中熔融的硫磺不会凝固。包膜仓和料仓之间设置隔网，肥料在包膜过程中不会落入料仓中；包膜仓上开设加料口和出料口，包膜仓内安装离心包膜装置，通过调节离心包膜装置的转速可使得肥料包膜时间充足且分离时间短，减少肥料在包膜液中的浸渍时间，包膜液不会凝固，减少浪费，保证包膜过程顺利实施。
4.离心包膜装置为叶轮，叶轮的叶片上开设有网孔，叶片呈辐射状安装在轮毂上，轮毂安装在主轴上，结构简单，可以实现肥料颗粒从浸入包膜液到与包膜液分离过程的顺利实施；叶片与隔网之间的距离小于肥料颗粒的直径，保证所有肥料都可以被叶片顺利带出。
5.料仓上开设包膜液进液口，可以便于包膜液的供给。
6.加热系统包括油加热炉，油加热炉连接热油泵，热油泵连接导热油输送管道；包膜仓和料仓外壳中空，导热油输送管道与包膜仓和料仓外壳的中空部分相联通，保证了包膜温度和分离温度，熔融态硫磺不易凝固，维持在一定温度的包膜液可利用温差产生的吸附力，迅速包裹温度较低的肥料颗粒。
附图说明
图1是生产包膜型肥料的工艺流程图
图2是硫磺浸渍离心式包膜机结构示意图
图3是硫磺浸渍离心式包膜机包膜仓结构示意图
图4是叶轮的结构示意图
图5是叶片示意图
图中：1.油加热炉，2.热油泵，3.热油箱，4.导热油输送管道，5.熔硫釜，6.硫磺浸渍离心式包膜机，7.硫磺输送计量设备，8.调节剂输送计量设备，9.肥料颗粒输送计量设备，10.加料口，11.出料口，12.包膜仓，13.料仓，14.包膜液进液口，15.搅拌器，16.叶轮，17.电机，18.联轴器，19.主轴，20.轮毂，21.叶片，22.网孔。
具体实施方式
实施例一
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明的包膜型肥料包括肥料和其外面的包膜，其中肥料可以是氮肥、磷肥、钾肥或复合肥料，只要是圆颗粒状，肥料的硬度达到行业标准的要求，都可以进行包膜；包膜材料采用添加了调节剂的硫磺，使包膜的厚度均匀致密、完整、无裂缝，提高了包膜的强度，减少了包膜材料的用量，既能保证肥料前期养分的缓慢释放，又能做到标定期养分的释放，有效实现养分的控制释放，并减少了对环境的污染。
本发明的包膜材料包括硫磺、纤维、调节剂，必不可少的一种组分是调节剂，其包括AL2(SiO4)3，还包括MgO、AL2O3、Fe2O3、SiO2，他们之间的重量比为7∶5∶3∶2∶10。仅仅使用硫磺制成的包膜材料，膜厚且结构松散、裂缝多、易破裂，膜的调控能力不佳，往往造成膜内残存较多的养分不能在作物生育期内释放的状况，肥料的控释能力差，还会造成环境污染。因此，在包膜材料中加入调节剂来调节肥料养分的释放特性。
需要特别注意的是：以上给出的调节剂的成分组成以及组分之间的重量比不是一成不变的，针对不同的用途和不同的需求可以灵活改变。例如，采用经过简单处理就可以转化为调节剂组分的近似材料，或者采用与调节剂组分同类的、作用近似的材料。
本发明中所包裹的肥料颗粒，可以是尿素或者复合肥料，或者是诸如氮肥、磷肥、钾肥等可以从市场上购买、无需复杂加工的肥料原料。肥料因其种类，颗粒、表面光滑度、硬度、粒径、形状等性状不同，对工艺有所要求。
(1)肥料种类。氮肥、磷肥、钾肥和复合肥料，只要是颗粒状，肥料的硬度达到行业标准的要求，都可以进行包膜，只是相同的包衣率下，由于肥料的种类，其养分释放特性也有所不同。
(2)颗粒直径。肥料的颗粒直径既影响养分释放速率又影响到包膜材料的用量。同类肥料，相同包衣率条件下，直径小的肥料表面积大，所形成的膜的厚度薄，则养分释放快，肥料颗粒直径一般在2.5～5.0mm范围内包膜效果较好。
(3)形状。本发明中的包膜材料最好为圆形颗粒状，形成的膜比较均匀、破损率小，养分释放的可控性较强，而且包膜材料的用量少。
(4)硬度与表面光滑度。肥料的硬度小则可能在包膜过程中造成肥料颗粒破碎，严重影响包膜效果，硬度大的肥料在包膜过程中不易破碎，加工性能好。一般说来，能够达到国家标准的肥料都能满足加工要求。表面不光滑的在包膜过程中，在肥料表面的突起部分容易造成膜破碎，一般选择表面较光滑的肥料加以包膜效果较好。
图1所示生产包膜型肥料的工艺流程，包括：
步骤一：将硫磺经硫磺输送计量设备7输送计量，加入熔硫釜5中并加热熔融成硫磺液。
步骤二：将调节剂经调节剂输送计量设备8输送计量，加入熔硫釜5中。硫磺和调节剂的重量比为：100∶10。
步骤三：保持加热，控制熔硫釜5中的温度在120℃～150℃范围内，并不断搅拌成均匀的液体，形成包膜液。
步骤四：将高温包膜液连续加入硫磺浸渍离心式包膜机6中。
步骤五：将室温的肥料颗粒经肥料颗粒输送计量设备9输送计量，连续加入到硫磺浸渍离心式包膜机6中，浸入到包膜液中进行包膜。保持加热，控制硫磺浸渍离心式包膜机6中的温度在120℃～160℃范围内。
步骤六：通过硫磺浸渍离心式包膜机6高速离心轮分离；保持加热，控制分离温度在120℃～170℃范围内。
步骤七：包膜肥料在膜冷却成形后，成为成品。
其中，硫磺与肥料颗粒之间的重量比为1∶3～1∶4。
包膜液是加入了调节剂的硫磺熔融液，凝固后即成为包膜材料。调节剂的加入，改善了硫磺的物理性质，使硫磺遇冷能迅速凝固的特性更为明显，即：硫磺遇冷凝固的速度变快。肥料颗粒与包膜液存在温差，产生肥料颗粒和包膜液之间的吸附力，包膜液瞬时就会由于温差原因把肥料颗粒包裹起来自然迅速冷却成完整壳体，完成包膜。
通过调节加热系统，可以控制包膜液的温度，从而调节肥料颗粒与包膜液的温差；通过控制输送计量设备可以调节肥料颗粒的下料量与包膜液的液面高度；通过控制硫磺浸渍离心式包膜机6的转速，可以调节肥料颗粒浸入及分离的时间。调节肥料颗粒与包膜液的温差、调节肥料颗粒下料量与包膜液的液面高度、通过改变硫磺浸渍离心式包膜机6的转速来调节肥料颗粒浸入及分离的时间，可以调节膜的厚度。
同类肥料，相同包衣率条件下，包膜的厚度直接影响养分释放的可调控性能。调节膜的厚度可以实现对肥料颗粒释放时间的控制和包膜肥料养分的控释。为了达到好的包膜效果及控释性能，包膜厚度控制在0.1mm～0.2mm范围内为最佳。
需要注意的是：以上所述的生产包膜型肥料的工艺流程，仅用以说明而非限制本发明的技术方案。对上述工艺流程的内容修改或者等同替换，而不脱离本发明的实质，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本发明的包膜型肥料的生产设备中，采用导热油循环加热，将热油箱3中的导热油通入到油加热炉1中，油加热炉1点火升温，在油温升到80℃后开启热油泵2，导热油被热油泵2压入与其连接的导热油输送管道4，进入加热系统中。导热油输送管道4与包膜仓12和料仓13外壳的中空部分相联通，导热油进入外壳的中空部分为硫磺浸渍离心式包膜机6供热。
硫磺浸渍离心式包膜机6温度升到130℃时，把熔融的包膜液从包膜液进液口14加入到料仓13中，并保持硫磺浸渍离心式包膜机6中的温度在120℃～180℃范围内。开启料仓13内安装的搅拌器15。
硫磺浸渍离心式包膜机6的包膜液液位应该高于包膜仓12和料仓13之间设置的隔网，当液位达到规定后，开启回流加热器阀门，开启电机17，电机17通过联轴器18带动主轴19转动，主轴19带动装配在其上的叶轮16转动。调整叶轮16转速达到要求后，从加料口10加入肥料颗粒到包膜仓12，调整下料量，达到规定的流量。
在包膜仓12中，肥料颗粒包裹上包膜材料以后，在离心力作用上被甩向外端，包膜仓12和料仓13之间设置的隔网可以保证其不会沉入料仓13中。叶轮16包括叶片21，叶片21上开设有网孔22，叶片21呈辐射状安装在轮毂20上，轮毂20安装在主轴19上，主轴19带动装配在叶轮16上的叶片21转动，叶片21与隔网之间的距离小于肥料颗粒的直径但不与隔网接触。在叶轮16转动过程中，包膜液通过叶片21上开设的网孔22，而固态肥料被叶片21挡住、兜起，使肥料和包膜液分离。肥料在离心力和叶片21的作用下，从包膜仓12进入位于包膜仓12上方的出料口11，从出料口11离开硫磺浸渍离心式包膜机6，完成包膜。
根据具体情况需要，本发明可以作局部改动或同等替换。例如：包膜仓12内安装的离心包膜装置也可以为安装在轴上的辐射状排刷。这种结构上的可能变化同样落入本发明的保护范围。
同样，硫磺浸渍离心式包膜机6的转速以及下料量不是一成不变的，可以在适当范围内作调整，单纯转速或者下料量的改变不应影响本发明的保护范围。
实施例二
生产包膜型肥料的工艺流程，包括：
步骤一：将硫磺经硫磺输送计量设备7输送计量，加入熔硫釜5中并加热熔融成硫磺液。
步骤二：将调节剂经调节剂输送计量设备8输送计量，加入熔硫釜5中。硫磺和调节剂的重量比为：100∶18。
步骤三：保持加热，控制熔硫釜5中的温度在155℃～180℃范围内，并不断搅拌成均匀的液体，形成包膜液。
步骤四：将高温包膜液连续加入硫磺浸渍离心式包膜机6中。
步骤五：将室温的肥料颗粒经肥料颗粒输送计量设备9输送计量，连续加入到硫磺浸渍离心式包膜机6中，浸入到包膜液中进行包膜。保持加热，控制硫磺浸渍离心式包膜机6中的温度在141℃～180℃范围内。
步骤六：通过硫磺浸渍离心式包膜机6高速离心轮分离；保持加热，控制分离温度在153℃～180℃范围内。
步骤七：包膜肥料在膜冷却成形后，成为成品。
其中，硫磺与肥料颗粒之间的重量比为1∶3.5～1∶5。
包膜组分及其配比、工艺和生产包膜型肥料使用的设备与实施例一相同，不再赘述。
实施例三
生产包膜型肥料的工艺流程，包括：
步骤一：将硫磺经硫磺输送计量设备7输送计量，加入熔硫釜5中并加热熔融成硫磺液。
步骤二：将调节剂经调节剂输送计量设备8输送计量，加入熔硫釜5中。硫磺和调节剂的重量比为：100∶30。
步骤三：保持加热，控制熔硫釜5中的温度在120℃～180℃范围内，并不断搅拌成均匀的液体，形成包膜液。
步骤四：将高温包膜液连续加入硫磺浸渍离心式包膜机6中。
步骤五：将室温的肥料颗粒经肥料颗粒输送计量设备9输送计量，连续加入到硫磺浸渍离心式包膜机6中，浸入到包膜液中进行包膜。保持加热，控制硫磺浸渍离心式包膜机6中的温度在120℃～180℃范围内。
步骤六：通过硫磺浸渍离心式包膜机6高速离心轮分离；保持加热，控制分离温度在120℃～180℃范围内。
步骤七：包膜肥料在膜冷却成形后，成为成品。
其中，硫磺与肥料颗粒之间的重量比为1∶3～1∶5。
包膜组分及其配比、工艺和生产包膜型肥料使用的设备与实施例一相同，不再赘述。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种包膜型缓控释肥料的制备方法，其特征在于：将肥料颗粒浸入到包膜液中进行包膜，包膜液温度高于肥料颗粒的温度。
2.根据权利要求1所述的一种包膜型缓控释肥料的制备方法，其特征在于：工艺步骤按如下依次进行：
(1)将计量后的硫磺加入熔硫釜中并加热熔融成硫磺液，加入计量后的调节剂，硫磺和调节剂的重量比为：100∶10～100∶30；
(2)保持加热，控制熔硫釜中的温度在120℃～180℃范围内，并不断搅拌成均匀的液体，形成包膜液；
(3)将高温包膜液连续加入到硫磺浸渍离心式包膜机中；
(4)将室温的肥料颗粒浸入到包膜液中进行包膜；保持加热，控制包膜液的温度在120℃～180℃范围内；
(5)通过硫磺浸渍离心式包膜机进行高速离心分离；保持加热，控制分离温度在120℃～180℃范围内；
(6)包膜肥料在膜冷却成形后，制得成品。
3.根据权利要求2所述的一种包膜型缓控释肥料的制备方法，其特征在于：调节剂中包含AL2(SiO4)3。
4.根据权利要求3所述的一种包膜型缓控释肥料的制备方法，其特征在于：调节剂主要由AL2(SiO4)3、MgO、AL2O3、Fe2O3和SiO2组成，上述组分按重量份计的比例为：7∶5∶3∶2∶10。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种包膜型缓控释肥料的制备方法，其特征在于：硫磺与肥料颗粒之间的重量比为1∶3～1∶5。
6.根据权利要求1或2所述的一种包膜型缓控释肥料的包膜设备，其特征在于：包膜设备为硫磺浸渍离心式包膜机，包括配备有加热系统的包膜仓和料仓，包膜仓和料仓之间设置隔网；包膜仓上开设加料口和出料口，包膜仓内安装离心包膜装置；料仓内安装搅拌器。
7.根据权利要求6所述的一种包膜型缓控释肥料的包膜设备，其特征在于：离心包膜装置为叶轮，叶轮包括叶片，叶片上开设有网孔，叶片呈辐射状安装在轮毂上，轮毂安装在主轴上；叶片与隔网之间的距离小于肥料颗粒的直径。
8.根据权利要求6所述的一种包膜型缓控释肥料的包膜设备，其特征在于：料仓上开设包膜液进液口。
9.根据权利要求6所述的一种包膜型缓控释肥料的包膜设备，其特征在于：加热系统包括油加热炉，油加热炉连接热油泵，热油泵连接导热油输送管道；包膜仓和料仓外壳中空，导热油输送管道与包膜仓和料仓外壳的中空部分相联通。
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