具有振動功能的熔體復合肥差動造粒裝置

孔亦周

(寶雞秦東流體設備制造有限公司　陜西寶雞　721006)

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具有振動功能的熔體復合肥差動造粒裝置

孔亦周

(寶雞秦東流體設備制造有限公司陜西寶雞721006)

摘要簡要介紹了熔體造粒工藝的原理和傳統差動造粒裝置存在的問題。在現有差動造粒裝置的基礎上新增振動機構，開發出具有振動功能的熔體復合肥差動造粒裝置。該造粒裝置尤其適用于高黏度熔體的造粒，可提高現有造粒裝置的產品合格率并延長其工作時間。

關鍵詞熔體造粒差動造粒振動

The Melt Compound Fertilizer Differential Prilling Device with Vibration Function

Kong Yizhou

(Baoji Qindong Fluid Equipment Manufacturing Co., Ltd.Shaanxi Baoji721006)

AbstractA brief introduction is given of the principle of melt prilling process and problems existing in traditional differential prilling device. A new vibration mechanism is added on the basis of present differential prilling device, and the melt compound fertilizer differential prilling device with vibration function is developed. The prilling device is especially suitable for prilling of high viscosity melt, and product qualification ratio of the prilling device is improved and its working hours are prolonged.

Keywordsmelt prillingdifferential prillingvibration

1熔體造粒工藝的原理

在自然界中，有許多物質都具有可以相變的性質，即當溫度達到該物質的熔點后其形態就會由常溫的固態轉變為可流動的熔融液態,當其溫度再降至低于熔點后則又重新凝固成固體。熔體造粒工藝就是利用物質的可相變特性，通過升溫措施令其成為液態的熔體料漿，然后通過專用的造粒噴頭將該熔體料漿以液滴的形式從造粒塔的頂部噴出，液滴在降落的過程中與塔內的常溫空氣(或其他冷媒)接觸換熱后自動收縮冷卻成圓球形的固體顆粒，常見的球形顆粒尿素或硝酸銨就是采用了該造粒技術。

熔體造粒工藝的原理：從造粒設備噴孔射出的細流狀熔融液受射流的運動速度、流體在空氣中的波動特性、空氣阻力、與冷媒的溫差以及熔融液自身的黏度、表面張力和重力等諸多因素的影響，很快就會斷裂成一定體積范圍的液滴，液滴遇冷收縮后即成為固態的圓球。依據物理化學原理，液滴的體積決定了成品顆粒的圓球直徑，因此，液滴體積的均勻度也就決定了成品顆粒的均勻度。

2傳統差動造粒裝置存在的問題

塔式熔體法復合肥造粒工藝與純尿素或純硝酸銨造粒工藝的區別在于熔體中還含有相當比例的磷、鉀等固態粉體物料，這些固態粉體物料的熔點溫度遠高于尿素或硝酸銨，故必須在加熱以及機械攪拌的雙重作用下使該熔融液被迅速復合成具有一定流動性的低溫共熔體。由于該低溫共熔體中含有相當數量的固相懸浮顆粒，其黏度遠遠大于純尿素或純硝酸銨熔液，傳統的造粒裝置根本無法滿足造粒工藝要求，為此，國內有關技術人員成功開發出了能夠滿足上述要求的差動造粒機和差動造粒噴頭。但經差動造粒噴頭噴出的液滴體積會有一定的差異，而有些復混肥生產企業出于商業競爭等原因，希望所生產的復混肥料顆粒的直徑范圍能夠比國家標準《復混肥料》(GB 15063—2009)的規定要求(Φ1.00～4.75 mm的顆粒質量分數≥90%即為合格品)更窄，即希望成品顆粒更加均勻，如有些企業將產品顆粒的出廠標準規定為Φ2.00～4.00 mm甚至更窄，目前普遍采用篩分工藝來滿足此要求。增加篩分工序后，必然存在如何消化篩分后的超標返料以及如何控制相應產生的生產成本等一系列問題，因此，復混肥生產企業更希望直接通過造粒裝置的升級生產出粒度更加均勻的產品。

在多年為化工熔體噴淋造粒用戶服務的過程中，許多用戶(生產尿素或硝酸銨)都曾反映過這樣的現象：在使用我們為其提供的1開1備2臺旋轉造粒噴頭中，在同等的工藝條件下，2臺采用同一張圖紙加工制造的造粒噴頭的造粒效果不盡相同，有些差異甚至還很明顯，這一現象同樣在復合肥差動造粒噴頭的用戶中也時有反映。分析其原因，竟然發現造粒效果較好的造粒噴頭往往是加工質量欠佳的(如同心度或跳動等型位值超標)，即造粒噴頭旋轉時由于加工或裝配等原因而令設備產生的不平衡會引起一種機械振動，而該振動對液滴的均勻斷裂起到了正面的作用。

3具有振動功能的熔體復合肥差動造粒裝置的開發

20世紀90年代，在為國內硝酸銨用戶提供多孔硝銨造粒的固定噴頭時，有幸接觸到了國外同行開發的噴頭，發現其內部設置了一片很薄的圓形金屬片(我們稱之為分布盤)，其外徑比噴壺內壁小，采用螺釘懸空固定在噴壺中心。經與外商交流得知，該分布盤是具有射流振動功能的部件，當流體經過該盤后就會令金屬片產生機械顫動，引起噴壺內的熔體發生諧振，進而對液滴的均勻斷裂起到積極的作用。

1997年，筆者受此原理的啟發，在對我國小尿素裝置的造粒噴頭改型設計中，就設置了利用流體產生微型振動的彈性布料機構，采用該結構的造粒噴頭在多家小尿素生產企業中得到應用并取得了國家專利。

20世紀末，天津大學化工系陳松等人公開了一種振動噴射造粒的機理研究成果并申請了專利，其工作原理正是人為地對造粒噴頭施以特定的振動來提高產品的合格率。近年來，類似對造粒噴頭施以特定的振動工藝及裝置在國外的化工產品資料中有許多報道。

筆者認為，如果在塔式熔體法復合肥差動造粒裝置上設置振動機構，并對噴頭的振動頻率和振動幅度分別加以控制，就可以令出差動造粒噴頭的射流在振動的作用下更加均勻地斷裂成液滴；同時，對于高黏度的熔體而言，振動狀態還可以明顯提高熔體的流動性能，降低堵塞噴頭孔眼的概率，這正是塔式熔體法復合肥造粒工藝所希望得到的效果。

基于用戶的需求，筆者在現有差動造粒裝置的基礎上新增振動機構。該振動機構由4組彈簧和1臺振動電機組成，振動電機由變頻器控制，振動電機的振動幅度和振動頻率可根據生產要求進行設定和調節。如圖1所示，差動造粒機的底座設在基座的上端，差動造粒機與基座之間有數組彈簧，通過彈簧的形變作用來彌補振動電機對差動造粒噴頭施加一定機械振動所產生的位置變化。

圖1　具有振動功能的差動造粒裝置整體結構示意

4結語

具有振動功能的差動造粒裝置是利用振動電機工作時產生特定的機械振動并通過造粒機的剛性材質施加至水平旋轉的造粒噴頭上，令造粒噴頭在水平旋轉的同時還伴有一個垂直往返振動的動作，使得熔體射流在離開造粒噴頭時受到一個特定的機械力切割，從而斷裂成更加均勻的液滴。振動電機工作時產生的振動幅度可通過調節偏心塊位置加以調整，振動頻率可通過調節變頻器的輸出頻率加以調節。本技術尤其適用于高黏度熔體的造粒，可提高現有造粒裝置的產品合格率并延長其工作時間。

(收到修改稿日期2015- 12- 15)

中圖分類號:TQ440.5

文獻標識碼:A

文章編號：1006- 7779(2016)02- 0023- 02

作者簡介：孔亦周(1951—)，男，寶雞秦東流體設備制造有限公司(原寶雞建光流體設備廠)總工程師；kongyz5877@vip.163.com。