復(fù)合肥高塔熔體造粒工藝產(chǎn)生扁顆粒的原因

孔亦周

(寶雞秦東流體設(shè)備制造有限公司 陜西寶雞 721006)

復(fù)合肥熔體旋轉(zhuǎn)噴淋造粒工藝，即復(fù)合肥高塔熔體造粒工藝，是上海化工研究院于20世紀(jì)末研發(fā)成功的一種新型復(fù)合肥生產(chǎn)工藝。隨著高塔熔體造粒工藝生產(chǎn)的復(fù)合肥產(chǎn)品在市場(chǎng)上的占有率不斷提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)復(fù)合肥配方及產(chǎn)量要求也不斷提高。10多年來(lái)，通過(guò)專業(yè)人士、設(shè)備供應(yīng)商以及復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)的不懈努力，使該造粒工藝得到不斷提升和完善。

但由于受諸多因素的影響，有些高塔熔體造粒工藝生產(chǎn)的復(fù)合肥產(chǎn)品質(zhì)量還不能令人滿意，具體表現(xiàn)在多個(gè)方面，筆者僅就顆粒圓潤(rùn)度方面闡述一些看法。

1 高塔熔體造粒工藝的成粒原理

經(jīng)造粒噴頭噴孔射出的細(xì)流狀熔融液受細(xì)流的運(yùn)動(dòng)速度、在空氣中的波動(dòng)特性、空氣阻力、地心引力以及熔融液自身的黏度和表面張力等因素的影響，很快就會(huì)斷裂成一定體積范圍的液滴，在與冷媒接觸換熱后會(huì)自然收縮冷卻成固態(tài)圓球狀顆粒。因此，造粒噴頭產(chǎn)生合格的液滴是高塔熔體造粒工藝的先決條件，造粒噴頭產(chǎn)生的液滴均勻度決定了成品顆粒的均勻度，而液滴的體積則決定了成品顆粒的直徑。

液滴從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的過(guò)程就是液滴從造粒塔頂部向塔底降落的過(guò)程，在此過(guò)程中液滴需與造粒塔內(nèi)的常溫空氣充分進(jìn)行熱交換，液滴的體積(即顆粒的直徑)決定著其從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)所需的時(shí)間，而造粒塔的有效高度則決定著液滴降落的時(shí)間。

2 產(chǎn)生扁顆粒的原因分析

從高塔熔體造粒工藝的成粒原理可知，在造粒塔有效高度確定的情況下，液滴的體積將受到限制，超出造粒塔冷卻能力的顆粒由于其內(nèi)部仍未完全冷卻固化，接觸到造粒塔底部就會(huì)出現(xiàn)顆粒變形、顆粒破碎、從破碎顆粒內(nèi)流出的熔融液黏附在造粒塔底部等現(xiàn)象。

目前，高塔熔體造粒工藝產(chǎn)生扁顆粒的現(xiàn)象比較普遍，特別是粒度較大的顆粒出現(xiàn)此現(xiàn)象尤為突出，而產(chǎn)生此現(xiàn)象的唯一原因就是顆粒尚未完全固化。經(jīng)造粒噴頭噴孔射出的熔融液滴在降落過(guò)程中與造粒塔內(nèi)的上升氣流進(jìn)行接觸換熱，受熔融液自身表面張力的作用，熔融液滴會(huì)自動(dòng)收縮成正圓球形狀。該圓球狀顆粒在降落過(guò)程中未完成由液相至固相的轉(zhuǎn)變，則該球體仍處于可塑狀態(tài)，必然會(huì)在觸地時(shí)發(fā)生變形，而如果此時(shí)球體外部已經(jīng)固化但內(nèi)部仍是半熔融液體狀,則熔融液必將沖破外殼導(dǎo)致顆粒破碎并發(fā)生黏塔底事故。

出現(xiàn)扁顆粒的根本原因是由于顆粒尚未完全固化，而造成顆粒未完全固化的具體原因很多，就高塔熔體造粒工藝而言，包括以下幾個(gè)方面。

(1)造粒塔自身的硬件條件(如塔徑、塔高、塔進(jìn)出風(fēng)口的面積等)與產(chǎn)量或產(chǎn)品配方不匹配。

(2)制漿工藝方面，如混合時(shí)間、溫度、均質(zhì)程度等與產(chǎn)量或產(chǎn)品配方不匹配。

(3)熔體內(nèi)的水分含量等指標(biāo)不符合工藝要求。

(4)在尿基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝中，原材料中的某些指標(biāo)不符合工藝要求，如選用的磷酸銨或硫酸鉀的pH低于某一數(shù)值，就會(huì)改變作為熔融載體的尿素的凝固條件，即會(huì)影響顆粒的凝固時(shí)間。

(5)原材料中的某些物質(zhì)會(huì)改變球體顆粒凝固時(shí)間或熔體的表面張力，具體表現(xiàn)在有些生產(chǎn)企業(yè)為了降低成本而在配方中添加了氯化銨或硫酸銨之類的含氮物質(zhì)來(lái)替代熔融載體(尿素或硝酸銨)且比例過(guò)大，有些生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品中添加了黃腐酸之類的有機(jī)物等，還有些采用硝基復(fù)合肥生產(chǎn)工藝的企業(yè)所選用的原材料中含有尿素成分等，均會(huì)造成出現(xiàn)扁顆粒現(xiàn)象。

(6)一味追求高產(chǎn)量，導(dǎo)致造粒噴頭的開(kāi)孔過(guò)密，即孔間距過(guò)小，熔融液出噴頭時(shí)容易相互碰撞而形成過(guò)大的顆粒。

(7)一味追求生產(chǎn)大顆粒產(chǎn)品，致使造粒塔的冷卻負(fù)荷超出了設(shè)計(jì)極限，大顆粒在降落的過(guò)程中不能完全固化，導(dǎo)致顆粒觸底時(shí)其外表面雖已成形固化但內(nèi)部仍處于熔液狀態(tài)。

(8)選用的造粒噴頭與產(chǎn)量或產(chǎn)品配方不匹配。

需要特別指出的是，為什么同樣是大顆粒，同樣是顆粒沒(méi)有完全固化，有的在塔底得到扁顆粒，而有的卻出現(xiàn)黏塔底現(xiàn)象呢？筆者認(rèn)為：產(chǎn)生扁顆粒的原因主要在上述第4條和第5條原料配方方面，熔體內(nèi)的某些成分改變了熔融載體(尿素或硝酸銨)的相變條件，致使顆粒落地時(shí)仍呈可塑狀態(tài)，結(jié)果自然就會(huì)導(dǎo)致偏大一點(diǎn)的顆粒從正圓球形變形為扁圓狀，嚴(yán)重時(shí)甚至中小顆粒都不是正圓球；而出現(xiàn)黏塔底現(xiàn)象的原因主要是上述第6條和第7條造粒時(shí)出現(xiàn)大顆粒，雖然顆粒的體積超出了造粒塔的冷卻能力，但由于并沒(méi)有改變?nèi)廴谳d體(尿素或硝酸銨)的相變條件，故顆粒的外殼仍會(huì)固化，只是落地后內(nèi)部尚未固化的熔體在慣性作用下沖破外殼。

3 結(jié)語(yǔ)

出現(xiàn)黏塔底現(xiàn)象時(shí)，往往通過(guò)改變?cè)炝C(jī)內(nèi)外圈的轉(zhuǎn)速以及更換合適的造粒噴頭即可得到緩解或徹底解決，而出現(xiàn)扁顆粒現(xiàn)象則必須從原料、原料配方、制漿等多方面同時(shí)著手。

如前所述，熔體造粒工藝中球形顆粒的形成是熔體液滴在降落過(guò)程中與冷媒進(jìn)行換熱，由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊粋€(gè)相變過(guò)程，在熔體自身表面張力的作用下，自然會(huì)收縮成為一個(gè)正圓球。因此，熔體造粒工藝的先決條件：首先要有足夠的冷凝時(shí)間，也就是造粒塔的高度；其次是要有足夠的換熱條件，也就是造粒塔的通風(fēng)量及通風(fēng)效率；再次就是熔體要有一定的流動(dòng)性，也就是要保證一定的造粒溫度；最后則是熔體自身要有能夠形成球體的表面張力。這4個(gè)先決條件缺一不可，而造粒噴頭的作用則僅僅是在可以滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的前提下噴灑出能夠符合工藝要求的液滴，至于該液滴是否能夠形成固體的圓球，則與造粒塔的高度、通風(fēng)效果、熔體自身?xiàng)l件以及制漿工藝等有關(guān)。

如有的企業(yè)在同一造粒塔、相同造粒量和顆粒規(guī)格以及同樣的制漿工藝、造粒裝置和氣候條件下，有的配方顆粒就很圓潤(rùn)，而有的配方就出現(xiàn)扁顆粒，那么首先可以排除造粒塔通風(fēng)能力、制漿工藝及造粒裝置方面的原因，應(yīng)著重從上述第4條和第5條配方原料方面找原因了；如果不論什么配方都不能生產(chǎn)出令人滿意的顆粒，那么就應(yīng)該著重從上述第1條、第2條以及第8條造粒塔的通風(fēng)能力或產(chǎn)量等方面尋找原因……