复合肥高塔熔体造粒工艺产生扁颗粒的原因

孔亦周

(宝鸡秦东流体设备制造有限公司 陕西宝鸡 721006)

复合肥熔体旋转喷淋造粒工艺，即复合肥高塔熔体造粒工艺，是上海化工研究院于20世纪末研发成功的一种新型复合肥生产工艺。随着高塔熔体造粒工艺生产的复合肥产品在市场上的占有率不断提高，市场竞争也越来越激烈，生产企业对复合肥配方及产量要求也不断提高。10多年来，通过专业人士、设备供应商以及复合肥生产企业的不懈努力，使该造粒工艺得到不断提升和完善。

但由于受诸多因素的影响，有些高塔熔体造粒工艺生产的复合肥产品质量还不能令人满意，具体表现在多个方面，笔者仅就颗粒圆润度方面阐述一些看法。

1 高塔熔体造粒工艺的成粒原理

经造粒喷头喷孔射出的细流状熔融液受细流的运动速度、在空气中的波动特性、空气阻力、地心引力以及熔融液自身的黏度和表面张力等因素的影响，很快就会断裂成一定体积范围的液滴，在与冷媒接触换热后会自然收缩冷却成固态圆球状颗粒。因此，造粒喷头产生合格的液滴是高塔熔体造粒工艺的先决条件，造粒喷头产生的液滴均匀度决定了成品颗粒的均匀度，而液滴的体积则决定了成品颗粒的直径。

液滴从熔融状态转变为固体状态的过程就是液滴从造粒塔顶部向塔底降落的过程，在此过程中液滴需与造粒塔内的常温空气充分进行热交换，液滴的体积(即颗粒的直径)决定着其从液态转变为固态所需的时间，而造粒塔的有效高度则决定着液滴降落的时间。

2 产生扁颗粒的原因分析

从高塔熔体造粒工艺的成粒原理可知，在造粒塔有效高度确定的情况下，液滴的体积将受到限制，超出造粒塔冷却能力的颗粒由于其内部仍未完全冷却固化，接触到造粒塔底部就会出现颗粒变形、颗粒破碎、从破碎颗粒内流出的熔融液黏附在造粒塔底部等现象。

目前，高塔熔体造粒工艺产生扁颗粒的现象比较普遍，特别是粒度较大的颗粒出现此现象尤为突出，而产生此现象的唯一原因就是颗粒尚未完全固化。经造粒喷头喷孔射出的熔融液滴在降落过程中与造粒塔内的上升气流进行接触换热，受熔融液自身表面张力的作用，熔融液滴会自动收缩成正圆球形状。该圆球状颗粒在降落过程中未完成由液相至固相的转变，则该球体仍处于可塑状态，必然会在触地时发生变形，而如果此时球体外部已经固化但内部仍是半熔融液体状,则熔融液必将冲破外壳导致颗粒破碎并发生黏塔底事故。

出现扁颗粒的根本原因是由于颗粒尚未完全固化，而造成颗粒未完全固化的具体原因很多，就高塔熔体造粒工艺而言，包括以下几个方面。

(1)造粒塔自身的硬件条件(如塔径、塔高、塔进出风口的面积等)与产量或产品配方不匹配。

(2)制浆工艺方面，如混合时间、温度、均质程度等与产量或产品配方不匹配。

(3)熔体内的水分含量等指标不符合工艺要求。

(4)在尿基复合肥生产工艺中，原材料中的某些指标不符合工艺要求，如选用的磷酸铵或硫酸钾的pH低于某一数值，就会改变作为熔融载体的尿素的凝固条件，即会影响颗粒的凝固时间。

(5)原材料中的某些物质会改变球体颗粒凝固时间或熔体的表面张力，具体表现在有些生产企业为了降低成本而在配方中添加了氯化铵或硫酸铵之类的含氮物质来替代熔融载体(尿素或硝酸铵)且比例过大，有些生产企业在产品中添加了黄腐酸之类的有机物等，还有些采用硝基复合肥生产工艺的企业所选用的原材料中含有尿素成分等，均会造成出现扁颗粒现象。

(6)一味追求高产量，导致造粒喷头的开孔过密，即孔间距过小，熔融液出喷头时容易相互碰撞而形成过大的颗粒。

(7)一味追求生产大颗粒产品，致使造粒塔的冷却负荷超出了设计极限，大颗粒在降落的过程中不能完全固化，导致颗粒触底时其外表面虽已成形固化但内部仍处于熔液状态。

(8)选用的造粒喷头与产量或产品配方不匹配。

需要特别指出的是，为什么同样是大颗粒，同样是颗粒没有完全固化，有的在塔底得到扁颗粒，而有的却出现黏塔底现象呢？笔者认为：产生扁颗粒的原因主要在上述第4条和第5条原料配方方面，熔体内的某些成分改变了熔融载体(尿素或硝酸铵)的相变条件，致使颗粒落地时仍呈可塑状态，结果自然就会导致偏大一点的颗粒从正圆球形变形为扁圆状，严重时甚至中小颗粒都不是正圆球；而出现黏塔底现象的原因主要是上述第6条和第7条造粒时出现大颗粒，虽然颗粒的体积超出了造粒塔的冷却能力，但由于并没有改变熔融载体(尿素或硝酸铵)的相变条件，故颗粒的外壳仍会固化，只是落地后内部尚未固化的熔体在惯性作用下冲破外壳。

3 结语

出现黏塔底现象时，往往通过改变造粒机内外圈的转速以及更换合适的造粒喷头即可得到缓解或彻底解决，而出现扁颗粒现象则必须从原料、原料配方、制浆等多方面同时着手。

如前所述，熔体造粒工艺中球形颗粒的形成是熔体液滴在降落过程中与冷媒进行换热，由液相转变为固相的一个相变过程，在熔体自身表面张力的作用下，自然会收缩成为一个正圆球。因此，熔体造粒工艺的先决条件：首先要有足够的冷凝时间，也就是造粒塔的高度；其次是要有足够的换热条件，也就是造粒塔的通风量及通风效率；再次就是熔体要有一定的流动性，也就是要保证一定的造粒温度；最后则是熔体自身要有能够形成球体的表面张力。这4个先决条件缺一不可，而造粒喷头的作用则仅仅是在可以满足工业化连续生产的前提下喷洒出能够符合工艺要求的液滴，至于该液滴是否能够形成固体的圆球，则与造粒塔的高度、通风效果、熔体自身条件以及制浆工艺等有关。

如有的企业在同一造粒塔、相同造粒量和颗粒规格以及同样的制浆工艺、造粒装置和气候条件下，有的配方颗粒就很圆润，而有的配方就出现扁颗粒，那么首先可以排除造粒塔通风能力、制浆工艺及造粒装置方面的原因，应着重从上述第4条和第5条配方原料方面找原因了；如果不论什么配方都不能生产出令人满意的颗粒，那么就应该着重从上述第1条、第2条以及第8条造粒塔的通风能力或产量等方面寻找原因……