具有振動(dòng)功能的熔體復(fù)合肥差動(dòng)造粒裝置

孔亦周

(寶雞秦東流體設(shè)備制造有限公司　陜西寶雞　721006)

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具有振動(dòng)功能的熔體復(fù)合肥差動(dòng)造粒裝置

孔亦周

(寶雞秦東流體設(shè)備制造有限公司陜西寶雞721006)

摘要簡(jiǎn)要介紹了熔體造粒工藝的原理和傳統(tǒng)差動(dòng)造粒裝置存在的問(wèn)題。在現(xiàn)有差動(dòng)造粒裝置的基礎(chǔ)上新增振動(dòng)機(jī)構(gòu)，開發(fā)出具有振動(dòng)功能的熔體復(fù)合肥差動(dòng)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(xiàn)有造粒裝置的產(chǎn)品合格率并延長(zhǎng)其工作時(shí)間。

關(guān)鍵詞熔體造粒差動(dòng)造粒振動(dòng)

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(zhì)都具有可以相變的性質(zhì)，即當(dāng)溫度達(dá)到該物質(zhì)的熔點(diǎn)后其形態(tài)就會(huì)由常溫的固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪鲃?dòng)的熔融液態(tài),當(dāng)其溫度再降至低于熔點(diǎn)后則又重新凝固成固體。熔體造粒工藝就是利用物質(zhì)的可相變特性，通過(guò)升溫措施令其成為液態(tài)的熔體料漿，然后通過(guò)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(guò)程中與塔內(nèi)的常溫空氣(或其他冷媒)接觸換熱后自動(dòng)收縮冷卻成圓球形的固體顆粒，常見(jiàn)的球形顆粒尿素或硝酸銨就是采用了該造粒技術(shù)。

熔體造粒工藝的原理：從造粒設(shè)備噴孔射出的細(xì)流狀熔融液受射流的運(yùn)動(dòng)速度、流體在空氣中的波動(dòng)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(huì)斷裂成一定體積范圍的液滴，液滴遇冷收縮后即成為固態(tài)的圓球。依據(jù)物理化學(xué)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(tǒng)差動(dòng)造粒裝置存在的問(wèn)題

塔式熔體法復(fù)合肥造粒工藝與純尿素或純硝酸銨造粒工藝的區(qū)別在于熔體中還含有相當(dāng)比例的磷、鉀等固態(tài)粉體物料，這些固態(tài)粉體物料的熔點(diǎn)溫度遠(yuǎn)高于尿素或硝酸銨，故必須在加熱以及機(jī)械攪拌的雙重作用下使該熔融液被迅速?gòu)?fù)合成具有一定流動(dòng)性的低溫共熔體。由于該低溫共熔體中含有相當(dāng)數(shù)量的固相懸浮顆粒，其黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純尿素或純硝酸銨熔液，傳統(tǒng)的造粒裝置根本無(wú)法滿足造粒工藝要求，為此，國(guó)內(nèi)有關(guān)技術(shù)人員成功開發(fā)出了能夠滿足上述要求的差動(dòng)造粒機(jī)和差動(dòng)造粒噴頭。但經(jīng)差動(dòng)造粒噴頭噴出的液滴體積會(huì)有一定的差異，而有些復(fù)混肥生產(chǎn)企業(yè)出于商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)等原因，希望所生產(chǎn)的復(fù)混肥料顆粒的直徑范圍能夠比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)混肥料》(GB 15063—2009)的規(guī)定要求(Φ1.00～4.75 mm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90%即為合格品)更窄，即希望成品顆粒更加均勻，如有些企業(yè)將產(chǎn)品顆粒的出廠標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為Φ2.00～4.00 mm甚至更窄，目前普遍采用篩分工藝來(lái)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(biāo)返料以及如何控制相應(yīng)產(chǎn)生的生產(chǎn)成本等一系列問(wèn)題，因此，復(fù)混肥生產(chǎn)企業(yè)更希望直接通過(guò)造粒裝置的升級(jí)生產(chǎn)出粒度更加均勻的產(chǎn)品。

在多年為化工熔體噴淋造粒用戶服務(wù)的過(guò)程中，許多用戶(生產(chǎn)尿素或硝酸銨)都曾反映過(guò)這樣的現(xiàn)象：在使用我們?yōu)槠涮峁┑?開1備2臺(tái)旋轉(zhuǎn)造粒噴頭中，在同等的工藝條件下，2臺(tái)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(xiàn)象同樣在復(fù)合肥差動(dòng)造粒噴頭的用戶中也時(shí)有反映。分析其原因，竟然發(fā)現(xiàn)造粒效果較好的造粒噴頭往往是加工質(zhì)量欠佳的(如同心度或跳動(dòng)等型位值超標(biāo))，即造粒噴頭旋轉(zhuǎn)時(shí)由于加工或裝配等原因而令設(shè)備產(chǎn)生的不平衡會(huì)引起一種機(jī)械振動(dòng)，而該振動(dòng)對(duì)液滴的均勻斷裂起到了正面的作用。

3具有振動(dòng)功能的熔體復(fù)合肥差動(dòng)造粒裝置的開發(fā)

20世紀(jì)90年代，在為國(guó)內(nèi)硝酸銨用戶提供多孔硝銨造粒的固定噴頭時(shí)，有幸接觸到了國(guó)外同行開發(fā)的噴頭，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部設(shè)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(nèi)壁小，采用螺釘懸空固定在噴壺中心。經(jīng)與外商交流得知，該分布盤是具有射流振動(dòng)功能的部件，當(dāng)流體經(jīng)過(guò)該盤后就會(huì)令金屬片產(chǎn)生機(jī)械顫動(dòng)，引起噴壺內(nèi)的熔體發(fā)生諧振，進(jìn)而對(duì)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(fā)，在對(duì)我國(guó)小尿素裝置的造粒噴頭改型設(shè)計(jì)中，就設(shè)置了利用流體產(chǎn)生微型振動(dòng)的彈性布料機(jī)構(gòu)，采用該結(jié)構(gòu)的造粒噴頭在多家小尿素生產(chǎn)企業(yè)中得到應(yīng)用并取得了國(guó)家專利。

20世紀(jì)末，天津大學(xué)化工系陳松等人公開了一種振動(dòng)噴射造粒的機(jī)理研究成果并申請(qǐng)了專利，其工作原理正是人為地對(duì)造粒噴頭施以特定的振動(dòng)來(lái)提高產(chǎn)品的合格率。近年來(lái)，類似對(duì)造粒噴頭施以特定的振動(dòng)工藝及裝置在國(guó)外的化工產(chǎn)品資料中有許多報(bào)道。

筆者認(rèn)為，如果在塔式熔體法復(fù)合肥差動(dòng)造粒裝置上設(shè)置振動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)噴頭的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度分別加以控制，就可以令出差動(dòng)造粒噴頭的射流在振動(dòng)的作用下更加均勻地?cái)嗔殉梢旱危煌瑫r(shí)，對(duì)于高黏度的熔體而言，振動(dòng)狀態(tài)還可以明顯提高熔體的流動(dòng)性能，降低堵塞噴頭孔眼的概率，這正是塔式熔體法復(fù)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(xiàn)有差動(dòng)造粒裝置的基礎(chǔ)上新增振動(dòng)機(jī)構(gòu)。該振動(dòng)機(jī)構(gòu)由4組彈簧和1臺(tái)振動(dòng)電機(jī)組成，振動(dòng)電機(jī)由變頻器控制，振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)幅度和振動(dòng)頻率可根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)。如圖1所示，差動(dòng)造粒機(jī)的底座設(shè)在基座的上端，差動(dòng)造粒機(jī)與基座之間有數(shù)組彈簧，通過(guò)彈簧的形變作用來(lái)彌補(bǔ)振動(dòng)電機(jī)對(duì)差動(dòng)造粒噴頭施加一定機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的位置變化。

圖1　具有振動(dòng)功能的差動(dòng)造粒裝置整體結(jié)構(gòu)示意

4結(jié)語(yǔ)

具有振動(dòng)功能的差動(dòng)造粒裝置是利用振動(dòng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生特定的機(jī)械振動(dòng)并通過(guò)造粒機(jī)的剛性材質(zhì)施加至水平旋轉(zhuǎn)的造粒噴頭上，令造粒噴頭在水平旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還伴有一個(gè)垂直往返振動(dòng)的動(dòng)作，使得熔體射流在離開造粒噴頭時(shí)受到一個(gè)特定的機(jī)械力切割，從而斷裂成更加均勻的液滴。振動(dòng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)幅度可通過(guò)調(diào)節(jié)偏心塊位置加以調(diào)整，振動(dòng)頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率加以調(diào)節(jié)。本技術(shù)尤其適用于高黏度熔體的造粒，可提高現(xiàn)有造粒裝置的產(chǎn)品合格率并延長(zhǎng)其工作時(shí)間。

(收到修改稿日期2015- 12- 15)

中圖分類號(hào):TQ440.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào)：1006- 7779(2016)02- 0023- 02

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