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)品在市場上的占有率不斷提高，市場競爭也越來越激烈，生產(chǎn)企業(yè)對復(fù)合肥配方及產(chǎn)量要求也不斷提高。10多年來，通過專業(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)在多個方面，筆者僅就顆粒圓潤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流狀熔融液受細流的運動速度、在空氣中的波動特性、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，很快就會斷裂成一定體積范圍的液滴，在與冷媒接觸換熱后會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)的過程就是液滴從造粒塔頂部向塔底降落的過程，在此過程中液滴需與造粒塔內(nèi)的常溫空氣充分進行熱交換，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)所需的時間，而造粒塔的有效高度則決定著液滴降落的時間。

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程中與造粒塔內(nèi)的上升氣流進行接觸換熱，受熔融液自身表面張力的作用，熔融液滴會自動收縮成正圓球形狀。該圓球狀顆粒在降落過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)，必然會在觸地時發(fā)生變形，而如果此時球體外部已經(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，包括以下幾個方面。

(1)造粒塔自身的硬件條件(如塔徑、塔高、塔進出風口的面積等)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，就會改變作為熔融載體的尿素的凝固條件，即會影響顆粒的凝固時間。

(5)原材料中的某些物質(zhì)會改變球體顆粒凝固時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)來替代熔融載體(尿素或硝酸銨)且比例過大，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)致造粒噴頭的開孔過密，即孔間距過小，熔融液出噴頭時容易相互碰撞而形成過大的顆粒。

(7)一味追求生產(chǎn)大顆粒產(chǎn)品，致使造粒塔的冷卻負荷超出了設(shè)計極限，大顆粒在降落的過程中不能完全固化，導(dǎo)致顆粒觸底時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，致使顆粒落地時仍呈可塑狀態(tài)，結(jié)果自然就會導(dǎo)致偏大一點的顆粒從正圓球形變形為扁圓狀，嚴重時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

出現(xiàn)黏塔底現(xiàn)象時，往往通過改變造粒機內(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程中與冷媒進行換熱，由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊粋€相變過程，在熔體自身表面張力的作用下，自然會收縮成為一個正圓球。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量及通風效率；再次就是熔體要有一定的流動性，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、通風效果、熔體自身條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，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條造粒塔的通風能力或產(chǎn)量等方面尋找原因……