具有振动功能的熔体复合肥差动造粒装置

孔亦周

(宝鸡秦东流体设备制造有限公司　陕西宝鸡　721006)



具有振动功能的熔体复合肥差动造粒装置

孔亦周

(宝鸡秦东流体设备制造有限公司陕西宝鸡721006)

摘要简要介绍了熔体造粒工艺的原理和传统差动造粒装置存在的问题。在现有差动造粒装置的基础上新增振动机构，开发出具有振动功能的熔体复合肥差动造粒装置。该造粒装置尤其适用于高黏度熔体的造粒，可提高现有造粒装置的产品合格率并延长其工作时间。

关键词熔体造粒差动造粒振动

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熔体造粒工艺的原理

在自然界中，有许多物质都具有可以相变的性质，即当温度达到该物质的熔点后其形态就会由常温的固态转变为可流动的熔融液态,当其温度再降至低于熔点后则又重新凝固成固体。熔体造粒工艺就是利用物质的可相变特性，通过升温措施令其成为液态的熔体料浆，然后通过专用的造粒喷头将该熔体料浆以液滴的形式从造粒塔的顶部喷出，液滴在降落的过程中与塔内的常温空气(或其他冷媒)接触换热后自动收缩冷却成圆球形的固体颗粒，常见的球形颗粒尿素或硝酸铵就是采用了该造粒技术。

熔体造粒工艺的原理：从造粒设备喷孔射出的细流状熔融液受射流的运动速度、流体在空气中的波动特性、空气阻力、与冷媒的温差以及熔融液自身的黏度、表面张力和重力等诸多因素的影响，很快就会断裂成一定体积范围的液滴，液滴遇冷收缩后即成为固态的圆球。依据物理化学原理，液滴的体积决定了成品颗粒的圆球直径，因此，液滴体积的均匀度也就决定了成品颗粒的均匀度。

2传统差动造粒装置存在的问题

塔式熔体法复合肥造粒工艺与纯尿素或纯硝酸铵造粒工艺的区别在于熔体中还含有相当比例的磷、钾等固态粉体物料，这些固态粉体物料的熔点温度远高于尿素或硝酸铵，故必须在加热以及机械搅拌的双重作用下使该熔融液被迅速复合成具有一定流动性的低温共熔体。由于该低温共熔体中含有相当数量的固相悬浮颗粒，其黏度远远大于纯尿素或纯硝酸铵熔液，传统的造粒装置根本无法满足造粒工艺要求，为此，国内有关技术人员成功开发出了能够满足上述要求的差动造粒机和差动造粒喷头。但经差动造粒喷头喷出的液滴体积会有一定的差异，而有些复混肥生产企业出于商业竞争等原因，希望所生产的复混肥料颗粒的直径范围能够比国家标准《复混肥料》(GB 15063—2009)的规定要求(Φ1.00～4.75 mm的颗粒质量分数≥90%即为合格品)更窄，即希望成品颗粒更加均匀，如有些企业将产品颗粒的出厂标准规定为Φ2.00～4.00 mm甚至更窄，目前普遍采用筛分工艺来满足此要求。增加筛分工序后，必然存在如何消化筛分后的超标返料以及如何控制相应产生的生产成本等一系列问题，因此，复混肥生产企业更希望直接通过造粒装置的升级生产出粒度更加均匀的产品。

在多年为化工熔体喷淋造粒用户服务的过程中，许多用户(生产尿素或硝酸铵)都曾反映过这样的现象：在使用我们为其提供的1开1备2台旋转造粒喷头中，在同等的工艺条件下，2台采用同一张图纸加工制造的造粒喷头的造粒效果不尽相同，有些差异甚至还很明显，这一现象同样在复合肥差动造粒喷头的用户中也时有反映。分析其原因，竟然发现造粒效果较好的造粒喷头往往是加工质量欠佳的(如同心度或跳动等型位值超标)，即造粒喷头旋转时由于加工或装配等原因而令设备产生的不平衡会引起一种机械振动，而该振动对液滴的均匀断裂起到了正面的作用。

3具有振动功能的熔体复合肥差动造粒装置的开发

20世纪90年代，在为国内硝酸铵用户提供多孔硝铵造粒的固定喷头时，有幸接触到了国外同行开发的喷头，发现其内部设置了一片很薄的圆形金属片(我们称之为分布盘)，其外径比喷壶内壁小，采用螺钉悬空固定在喷壶中心。经与外商交流得知，该分布盘是具有射流振动功能的部件，当流体经过该盘后就会令金属片产生机械颤动，引起喷壶内的熔体发生谐振，进而对液滴的均匀断裂起到积极的作用。

1997年，笔者受此原理的启发，在对我国小尿素装置的造粒喷头改型设计中，就设置了利用流体产生微型振动的弹性布料机构，采用该结构的造粒喷头在多家小尿素生产企业中得到应用并取得了国家专利。

20世纪末，天津大学化工系陈松等人公开了一种振动喷射造粒的机理研究成果并申请了专利，其工作原理正是人为地对造粒喷头施以特定的振动来提高产品的合格率。近年来，类似对造粒喷头施以特定的振动工艺及装置在国外的化工产品资料中有许多报道。

笔者认为，如果在塔式熔体法复合肥差动造粒装置上设置振动机构，并对喷头的振动频率和振动幅度分别加以控制，就可以令出差动造粒喷头的射流在振动的作用下更加均匀地断裂成液滴；同时，对于高黏度的熔体而言，振动状态还可以明显提高熔体的流动性能，降低堵塞喷头孔眼的概率，这正是塔式熔体法复合肥造粒工艺所希望得到的效果。

基于用户的需求，笔者在现有差动造粒装置的基础上新增振动机构。该振动机构由4组弹簧和1台振动电机组成，振动电机由变频器控制，振动电机的振动幅度和振动频率可根据生产要求进行设定和调节。如图1所示，差动造粒机的底座设在基座的上端，差动造粒机与基座之间有数组弹簧，通过弹簧的形变作用来弥补振动电机对差动造粒喷头施加一定机械振动所产生的位置变化。

图1　具有振动功能的差动造粒装置整体结构示意

4结语

具有振动功能的差动造粒装置是利用振动电机工作时产生特定的机械振动并通过造粒机的刚性材质施加至水平旋转的造粒喷头上，令造粒喷头在水平旋转的同时还伴有一个垂直往返振动的动作，使得熔体射流在离开造粒喷头时受到一个特定的机械力切割，从而断裂成更加均匀的液滴。振动电机工作时产生的振动幅度可通过调节偏心块位置加以调整，振动频率可通过调节变频器的输出频率加以调节。本技术尤其适用于高黏度熔体的造粒，可提高现有造粒装置的产品合格率并延长其工作时间。

(收到修改稿日期2015- 12- 15)

中图分类号:TQ440.5

文献标识码:A

文章编号：1006- 7779(2016)02- 0023- 02

作者简介：孔亦周(1951—)，男，宝鸡秦东流体设备制造有限公司(原宝鸡建光流体设备厂)总工程师；kongyz5877@vip.163.com。