尿基复混肥造粒塔内颗粒运动分析
高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的工艺技术
高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥的工艺技术尿基熔体塔式造粒工艺直接利用尿素熔液，省去了尿素溶液的喷淋造粒以及固体尿素制复合肥时的破碎操作，大大简化了生产流程，改善了环境。
该技术充分利用熔融尿素的热能，物料水分含量低，无需干燥，节省了能耗和投资；同时产品合格率高，生产过程返料量少，产品颗粒养分均匀，表面圆润，不易结块，具有较强的市场竞争力。
我公司2005年9月份投资4000万元，建设 1套年产15万t高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥装置，由某化工研究院设计，于2006年6月份投产。
投产后生产系统存在消耗高、产品质量不稳定、混合槽管道易堵塞、造粒塔小漏斗结疤等诸多问题。
8月初针对存在问题进行了技术改造。
改造后，降低了成本，稳定了产品质量，保障了系统的连续性，节能效果明显，达到预期效果。
现在二期工程已如期进行，2007年五一预期投产。
总之，高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥生产工艺简单，但是对工艺参数要求苛刻，稍有不慎就能导致系统停车造成经济损失。
现就技术改造成功经验归纳如下，供同行借鉴。
1 高塔熔融喷浆造粒生产尿基复合肥工艺1.1 工艺原理利用熔融尿素和磷酸一铵、氯化钾及填充剂可以形成低共熔点化合物的特点，将预热后的粉状磷酸一铵、氯化钾及填充剂与熔融尿素充分混合，通过反应生成流动性良好的NPK 熔体料浆。
该料浆通过专用喷头喷入造粒塔后，在空气中冷却固化成颗粒，从而获得养分分布均匀、颗粒形状良好的复合肥。
该技术的关键点在于制备流动性良好的熔融料浆，混合槽温度、停留时间及料浆液固比是工艺过程的主要参数，参数控制得好有助于降低料浆的黏度，保证其流动性，减少副反应，降低氨损。
1.2 生产工艺流程我公司以尿素、磷酸一铵、氯化钾及填充剂为原料，塔式熔融造粒制高浓度尿基复合肥，生产工艺流程见图1。
固体尿素经尿素提升机提至尿素振动筛，去除杂质后进入尿素贮斗，经计量后进入尿素熔融器，熔融后的尿液进入缓冲槽，再经泵送到塔顶混合槽；粉状氯化钾和磷酸一铵经人工拆包后各自经提升机，筛分、计量后与填充剂一起经混料输送带进入混料提升机提至混料贮斗，经螺旋输送机进入混料加热器用蒸汽预热。
尿素造粒塔工作原理
尿素造粒塔工作原理
尿素造粒塔是一种用于生产尿素的设备，其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 原料进料：将尿素合成反应中所需的氨气和二氧化碳通过管道引入到尿素造粒塔中，同时加入适量的水分。
2. 合成反应：在尿素造粒塔中，氨气和二氧化碳在催化剂的作用下进行合成反应，生成尿素。
这个过程需要控制温度、压力和流速等参数来保证反应效果。
3. 溶液冷却：合成反应后生成的尿素溶液需要经过冷却处理，以便进一步加工处理。
这个过程通常采用水冷却或者蒸汽冷却等方式。
4. 造粒干燥：将冷却后的尿素溶液通过喷雾器喷洒到热空气中，使其迅速形成颗粒状物质，并通过干燥器进行干燥处理，最终得到纯净的尿素颗粒。
总之，尿素造粒塔是一种利用化学原理进行生产制造的设备，在其中进行各种参数调控和工艺处理，最终得到高品质的尿素产品。
复合肥造粒工作总结
复合肥造粒工作总结
近年来，复合肥造粒工作在农业生产中发挥着越来越重要的作用。
复合肥是一
种将多种营养元素混合制成的肥料，可以提供作物生长所需的多种养分，对于提高农作物产量、改善土壤质量具有重要意义。
因此，复合肥造粒工作的质量和效率直接关系到农业生产的成败。
在过去的一段时间里，我们团队在复合肥造粒工作中取得了一些成绩，也积累了一些经验，现在我将对这些工作进行总结。
首先，复合肥造粒工作需要精准的配方。
我们团队在选择肥料原料时，注重了
不同营养元素的比例和作物的需要，通过科学的配方设计，确保了复合肥的养分含量和比例符合农作物的生长需要。
在实际操作中，我们还不断进行调整和改进，以适应不同作物和不同土壤的需求。
其次，复合肥造粒工作需要高效的生产工艺。
我们团队引进了先进的造粒设备，通过精密控制生产工艺参数，确保了复合肥颗粒的均匀性和稳定性。
同时，我们还注重了生产环境的清洁和卫生，以保证复合肥的质量和安全性。
最后，复合肥造粒工作需要严格的质量控制。
我们团队建立了完善的质量管理
体系，对原材料的采购、生产过程的监控和成品的检验都进行了严格把关，确保了复合肥的质量稳定和可靠。
通过以上工作总结，我们团队在复合肥造粒工作中取得了一定的成绩。
但同时，我们也清楚地意识到，复合肥造粒工作还有很大的提升空间。
未来，我们将继续加强技术研发和生产管理，不断提高复合肥的质量和效率，为农业生产做出更大的贡献。
熔体塔式造粒法生产尿基复合肥
造粒 、 圆盘造粒和钢带造粒等多种形式 ， 其中最为 常用且最具发展前景 的是熔体塔式造粒技术 。
３ 工艺流 程
采 用 常规 的 工 业 化 生 产 方 法 生 产 尿 基 复 合 肥 ， 别 是 高浓 度 尿 基 复合 肥 ， 产过 程 中造 粒 、 特 生 干燥操 作 比较 困难 ， 品外 观 较 差 ， 粒强 度 低 ， 产 颗
维普资讯
２０ ０ ６年 第 ３期
川 化
５
熔 体 塔 式造 粒 法 生产 尿 基 复合 肥
原 息中 汪 家铭 信 心
摘 要 化肥企业生产尿基复合肥对于农业科学施肥 、 提高肥料利用 率 、 避免环境 污染及 促进企业
产 品结 构调整都具有十分重要 的意义 。熔 体塔 式造 粒法 生产尿 基复合 肥较 之其 他方 法优越 性更 为显 著， 本文 简要介绍该法 的生产机理 、 工艺流程 、 技术 特点 、 国内现状及产品市场前景等 方面的一些情况。
后循 环使 用 。 采用 该 工 艺 生 产 ２ —２１ ４１—２规格 的 复合 肥 ， 每 吨产 品 的消 耗 定 额 为 ： 素熔 融液 （９ ， 尿 ９ ％ Ｎ含 量 ≥４ ％ ） ． ６ 、 铵 （ 含 量 ≥ ｌ％ ， ２ ５ ６ ０ ４ １ｔ磷 Ｎ ｌ Ｐ ０ ≥ ４ ％ ）．７ 、 化钾 （ ２ ４ Ｏ ２６ｔ氯 Ｋ ０≥６ ％ ） ．０ 、 充 ｏ ０ ２ ２ｔ填
常用的生产方法有挤压法、 团粒法 、 料浆法和熔体 法等 ， 而尿基复合肥则是以尿素为氮源和磷 、 钾等 原 料肥 经 二次 加工 制取 的氮磷 钾多 元复合 肥 。 随着 国 内尿 素生 产 能 力 的 日趋 扩 大 ， 于加 用 工生产尿基复合肥的尿素数量也呈逐年上升 的趋 势 。据 报道 ， 由于 目前 国内 尿基 复 合 肥 生 产 技术 已基本成熟 ， 已有 一半 以上的小氮肥企业生产尿 基 复合 肥， 也有数 家大氮企业生产尿基复合肥。 到 ２０ ０ ５年底 ， 不计 中石 化 和 中石 油 企 业 的产 量 ， 全国氮肥企业生产的尿基复合肥总产量 已达 ４０ ０ 多万 吨 ， 占国 内 复 合 肥 年 总 产 量 （２００ ｋ） ３ ０ ｔ 的
1尿素造粒塔腐蚀机理分析
1尿素造粒塔腐蚀机理分析1.1尿素的吸湿性和潮解度尿素[co(nh2)2]结晶是一种易溶解的微碱性有机物,80℃以下不易分解,在干燥状态下一般对混凝土不产生化学腐蚀,但潮解后形成的尿液对混凝土有极强的渗透性,尿素的吸湿性和潮解度如表1、表2所示[1]。
1.2尿素造粒塔内部腐蚀的机理1.2.1尿液的腐蚀尿素颗粒易潮解,呈微碱性,常含有少量nh3、硫酸盐、水蒸气等物质,造粒塔中易出现固体、液体、气体3种形态,温度从喷头处的140℃到刮料平台,逐步冷却到60~70℃。
混凝土中含有大量气孔,尿素液体易在气孔中结晶膨胀,当尿液水份挥发后,便形成白色条状或棒状结晶残存于混凝土结构中,其结晶后的体积比原体积大1. 67~1. 93倍,产生85mpa以上的结晶胀力[2],远远超过了混凝土极限强度,因而混凝土被破坏,尿素液体再溶解→结晶→膨胀→破坏反复进行,会造成极大破坏,特别是在喷头处尤为严重。
1.2.2冲刷腐蚀刮料平台表面与刮料机板下端有20mm间隙,溶融尿液由造粒塔头喷下到达刮料平台前冷却凝结成 1. 8mm左右的小颗粒,在刮料机轴附近由于热胀冷缩原因易出现缺陷,冲刷及渗漏较为严重。
1.2.3碱集料效应和碳化腐蚀尿素造粒塔内,co2浓度往往比自然状态高10~15倍, co2与水泥中的ca(oh)2作用形成caco3和h2o,h2o的析出引起混凝土收缩,轻则附加内应力,重则使混凝土形成微小裂缝,降低混凝土温度并促使破坏加剧,当ca(oh)2减少到一定浓度时, ph下降到临界值, ph<9. 8时,钢筋开始从内部腐蚀。
1.3尿素造粒塔外部腐蚀的机理化肥厂中大气成分比一般环境复杂,主要为nh3、co2等。
影响大气腐蚀的重要因素有相对湿度、大气污染指数、灰尘及颗粒、气温及其变化、风沙磨蚀等。
另外紫外线破坏防腐介质,易引起防腐材料的老化。
2对防腐蚀材料的要求2.1附着力强尿素造粒塔内防腐材料必须与塔本身的附着力强,与塔形成一体,不开裂,虽然目前使用的防腐蚀材料与混凝土表面有良好的浸润性,但对于新塔来说,水泥凝固过程中生成的碱(主要成分ca(oh)2)降低了涂层附着力。
高塔复合肥熔体造粒工艺粒度成因机理及影响造粒的各种因素
［摘要］我国现有高塔熔体工艺生产尿基、硝基复合肥，成品粒度波动较大，常有大块肥、扁平粒、细粉的产生，生产过程较难控制。
分析高塔熔体造粒工艺成粒机理，原料物性、配方、操作条件对造粒的影响；介绍根据成品粒度的状况及观察喷头造粒情况如何进行生产控制的经验，以生产内外在质优的复合肥。
［关键词］高塔熔体造粒工艺；产品粒度；成粒机理；影响因素［中图分类号］TQ444［文献标识码］A［文章编号］1007－6220（2009）06－0041－04高塔复合肥熔体造粒工艺粒度成因机理及影响造粒的各种因素李晓波，韩春金，刘建华，崔聪娜，李金蓉（山西丰喜肥业（集团）股份有限公司闻喜复肥分公司，山西闻喜043802）［收稿日期］2008－03－14；［修回日期］2009－06－29［作者简介］李晓波（1963－），男，山西闻喜人，高级工程师。
E－mail ：milxb＠126．com熔体造粒工艺的特点是：物料处于高温熔融状态，含水量很低，可流动的熔体直接喷入冷媒（冷媒通常是空气或熔体物料不溶解的液体，如矿物油等）中，物料在冷却时固化成球形颗粒。
溶液的蒸发或浓缩固然需要消耗能量，但在能量利用方面远较干燥颗粒产品有效，更何况在某些生产工艺中还可以充分利用反应热来蒸发部分甚至全部水分。
一般的造粒工艺，干燥机通常是生产装置中最大的而且也是最昂贵的设备，而熔体造粒工艺无需干燥，节省了投资和能耗。
本文主要对高塔复合肥熔体造粒工艺粒度成因机理及影响造粒的各种因素讨论如下。
1高塔熔体造粒工艺原理及工程装置熔体塔式造粒制造尿基复合肥料主要是利用尿素熔体可与磷酸一铵、氯化钾等混合形成低共熔点的特性，生成均匀的含有固体悬浮物的较低温度熔体料浆。
熔体料浆通过特制喷头，喷入造粒塔中分散为一定粒度的液滴，液滴在空气中与上升气流进行热交换冷却并表面收缩，成为表面圆滑的小球粒，即可获得养分分布均匀的多养分颗粒状肥料。
工程装置包括如下过程：固体原料处理，粉料提升输送，熔融混合，造粒，冷却，包装。
复混肥高塔造粒数值模拟研究发展现状及展望
般 在 ２ ４ ｍ左 右 。颗 粒 下 降 速 度 随 产 品 粒 径 的 ．ｍ 增 大 而增 加 、 落 时 间减 少 、 热 阻 力增 大 、 降 传 单位 质量 物料传 热 比表 面 积减 小 ， 以颗 粒 粒 径 的增 所 大 ， 大地 影响 了颗粒 的 冷却效 果 ． 极 ． ｄ ．造粒 塔 的结 构 形式 不 同 。尿 素 造 粒 塔 有 效落 程一 般在 ５ ｍ 左右 ，『 在 的复 混 肥造 粒 塔 ０ 『现 『 『 有效 落程 一般 在 ８ ｍ左 右 ； 尿 素造 粒 塔 的恒 温 ０ 且
５８ ４ １ 尿 素 与 复 混 肥 高 塔 造 粒 过 程 的 区 别
化 上 机 械
２１ ０ ２年
固 。 当 然 ， 内气 固 比 大 也 可 能 是 造 成 造 粒 塔 进 塔
出 口温 差 小 的 一 个 原 因
虽 然 复 混 肥 塔 式 造 粒 与 尿 素 塔 式 造 粒 过 程 基
虽然熔 体塔 式造 粒制 高浓 度复混 肥 技术 已经
产 业 化 ， 场推 广也 取得 了很 好 的成 绩 ， 随着 近 市 但
几 年 的 连 续 运 转 ， 塔 造 粒 过 程 中 逐 渐 暴 露 出 诸 高
多 问题 ， 塔 底颗 粒 温 度 过高 、 度 分 布不 均匀 、 如 粒 塔 底粘 料 以及 尾 气 温 度 偏低 等 。对 此 ， 些 学 者 一
第 ３ ９卷
第 ５期
化 工 机 械
５７ ４
复混 肥 高 塔 造 粒 数 值 模 拟 研 究发 展 现 状 及 展 望
刘 阿 龙 韩 坤 彭 东辉 吴 文 华 韩 婕 孙 定 芳
（ 海 化 工 研 究 院 化 学 １程 及 装 备 研 究 所 ） 上
熔体塔式造粒法生产尿基复混肥
关键词 尿基复混肥 生产方法 尿素熔体 塔 式追 粒
Ｍ ｅｔＰ ｆ ｉ ｇ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ａ ｕ ａ ｔ ｒ ｆＵｒ ａ Ｂａ ｅ ｍｐ ｕ ｄ Ｆ ｒ ｉ ｚ ｒ ｌ ｒ ｌ ｏ ｅ ｓｆ ｒ Ｍ ｎ ｆ ｃ ｕ ｅ ｏ ｅ － ｓ ｄ Ｃｏ ｏ ｎ ｅ ｔ ｉｅ ｓ ｌ ｎ ｌ
ｐ ｏ ｕ ｔｍｉ ｈ ｌ ｔ． Ｔ ｅ ｍａ ｕａ ｔｒ ｆｕｅ － ａｅ ｏ ｏ ｎ ｅ ｉｚｒ ｙ ｔｅ ｍｅｔｐ ｉ ｎ ｒｄ ｃ ｘ ｏ ｔｅ ｐａ ｓ ｈ ｎ ｆｃ ｅ ｏ ｒａｂ ｓ ｄ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｆｒ ｌ ｅｓ ｂ ｌ ｒ ｌ ｇ ｆ ｎ ｕ ｔ ｉ ｈ ｌ ｉ
Ｗ ａ ｇＪａ ｎ ｎ ｉｍｉｇ
（ｉ ｕｎＣ ｅ ｉ ｌ ｏｋ ＧｏｐＬｄ Ｃ ｅｇｕ １３ １ Ｓ ｈａ ｈｍ ｃ ｒｓ ｒ ｔ． ｈｎｄ ６００ ） ｃ ａＷ ｕ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｏ ｒａｂ ｓｄ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｆｒ ｌ ｅｓｂ ｈ ｍｉＭ ｅｔｉｅ ｌｎｓ ｉ ｏ ｓｒ ｃ ｈ ｒｄ ｃｉ ｆｕ ｅ － ａｅ ｏ ｏ ｎ ｅｔ ｉ ｒ ｙ ｃ ｅ ｃ ｆｒ ｌ ｒｐａ ｔ ｓｆ ｏ ｉｚ ｉｚ ｖ ｒ ｍｐ ｒ ｎ ｉｎｆ ａ ｃ ｎｆｒ ｌ ｅ ｅ ｏ ｅｙｉ ｏ ｔ ｔｓｇ ｉ ｃ ｅｉ ｅｔ ｉ ｒｒ ｃｍｍｅ ｄ ｔ ｎ ｂ ｓｄ ｏ ｏｌａ ａｙｉ ｎａ ｒ ｕｔｒ ａ ｉｎ ｉｚ ｎ ａｉ ａ ｅ ｎ ｓｉ ｎ ｌｓ ｉ ｇｉ ｌ ｅ，ｉ ｒｖ － ｏ ｓ ｃ ｕ ｍｐ ｏｅ
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ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｔｉｏｎ
０ｆ ｉｓ
ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｌｕｅｎｔ
ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ｐａｒｔｉｃｌｅ
ｔｏｗｅｒ．
ｕｓｉｎｇ ｏｆ
ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ， ｓｏｌｖｅｄ
ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ
ｗｈｉｃｈ
ａｒｅ
ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｗｒｉｔｔｅｎ ｉｎ
ａ
ｐｈａｓｅ
ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
１复混肥颗粒下降的运动方程
力、空气阻力、浮力，以及其他力如热泳力、 ｓ甜ｍａｎ升力等。由颗粒的惯性与受力平衡，写出 颗粒运动方程为（以直角坐标系内ｚ方向为例）：
誓：三（。一坼）＋只：三（。一坼）＋里生型＋Ｅ。 二＝一（ｕ一坼）＋只＝一（“一坼）＋三二２二＋Ｅ。
ｄｔ
ｆＰ
（１）
Ｔ
ｐ
ｐｐ
式中“——颗粒周围空气速度，ｍ，ｓ；
慧７如专嚣愁７
ｍｍ ～Ｗ。ｍ’氏， ２９２．６ｌ ２４６．５２ １．ｏｏ ２．ｏｏ ３５６．６８ ｌ １８２．４２
ｍｍ７胁絮繁‘ｍ’Ａ，
２．８３ ４．００ ２ ０６２．７６ ３ ５５８．０９ ２２４．６３ ２０４．９９
４结语
尿基复混肥颗粒在造粒塔内，以抛物线的形式 降落。对于平均粒径２ ｍｍ左右的颗粒，总降落时 间为９．４７ ｓ，最终轴向匀速速度为７．６７ ｍ／ｓ。颗粒 粒径越大，降落冷却时间越长，最终轴向速度值越 大。模拟计算中，最大粒径４．７６ ｍｍ的颗粒轴向匀 速阶段距离塔中心８．５ ｍ，小粒径的粒子在塔内降 落过程中受水平气流的影响轨迹发生偏移。在得出 不同粒径粒子的运动轨迹线后，依据最外层颗粒轨 迹线在粘壁落程以下一个适当落程与塔壁碰撞的原 则，可以计算出该工况下的最小塔径值。
ｐｒｉｌｌｉｎｇ
ｔｏｗｅｒ；
ｐａｒｔｉｃｌｅ
ｔ阳ｊｅｃｔｏｒｙ；
ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
复混肥造粒塔设计一定程度上参照了尿素造粒 塔，为了防止造粒过程中出现物料粘壁，在设计时 人为扩大了塔径。过大的塔径不仅提高了建筑成 本，也不利于复混肥颗粒的冷却。塔径的设计与颗 粒在造粒塔内的运动轨迹息息相关，因此有必要对 造粒塔内复混肥的降落过程进行详细分析。 国内不少人对造粒塔内颗粒的运动轨迹进行过 分析ｎ。２，，然而均未考虑造粒塔空气分布规律对颗 粒轨迹的影响，将塔内空气的流动简单地近似成活 塞流，空气以恒定的速度上升。这与实际情况不相 符，必然造成一定的误差。近年来，随着计算机技 术和流体力学的发展，出现了一门新兴交叉学科即 计算流体力学，为解决该问题提供了新思路。利用 Ｆｌｕｅｎｔ软件耦合计算塔内空气流场分布和颗粒的运 动轨迹，为复混肥造粒塔的设计提供参考。
４
睇＝０．５（衅＋睇“）；
ｕ’＝Ｏ．５（““＋“ｎ＋１）：
ｕ”１＝旷＋△ｆ醒・Ｖ矿。
将式（５）至（７）代人式（４）中得到下式：
睇（１一ｏ．５竺）＋竺（Ⅱ一＋ｏ．５△￡ｕ：．ｖｕｎ）＋△￡Ｆａ—
Ｈ∥＝————ｊＬ—上。—————————一。（８）
△ｆ ｌ＋Ｏ．５—— Ｌ
ｍｍ范围内的颗粒的总降落时间为６．８５～１６．４３
Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｕｒｅａ—ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ
ｆｂ嘣ｌｉｚｅｒ
ｐｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ
ＷＵ Ｗｅｎ—ｈｕａ，ＨＡＮ Ｋｕｎ，ＬＩＵ Ａ—ｌｏｎｇ，ＸＵ Ｊｉｎｇ—ａｎ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ—ｌｉａｎｇ
（ＳｈⅡｎ曲谢ｍ跏砌‰疵眦矿ｍｅｍｉｃ口ｆ加ｄｗ打ｙ，｜ｓ＾ｏ，渺ｏｉ ２００３３３，矾ｉ眦）
表２颗粒下降参数
蛇ｎ
ｌ５ ２８ ３２
２ ７●６ ７
２ ７５
１‘１‘
４ ｌ●２ ０ ６ ２５
Ｈ虬∞
３７
∞鳄丝拍∞
以山东某造粒塔工况为例，人口空气气温为 ２７２．１５ Ｋ，模拟计算风量为１５４．６９ ｍ３／ｓ。造粒塔高
为９９ ｍ，塔径为１８ ｍ，垂直有效落程６９．６ ｍ。造粒
３．２颗粒轨迹分析 复混肥颗粒自喷孔射出后，其运行轨迹为不规 整抛物线形，粒径越小，不规整度越大。从图２可 看出，粒径０．５ ｍｍ的粒子受造粒塔内水平方向气 流运动的影响，下降５ ｍ左右开始向塔壁方向运动， 至塔中心的径向距离越来越大；粒径＞２ ｍｍ的粒
磷肥与复肥
・１６・
Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ＆Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
２０１３年１月 第２８卷第１期
◆研究与开发◆
尿基复混肥造粒塔内颗粒运动分析
吴文华，韩坤，刘阿龙，徐静安，陈明良
（上海化工研究院，上海２００３３３）
［摘要］通过对尿基复混肥颗粒在造粒塔内的降落过程进行理论分析，得出颗粒运动方程。利用Ｆ１ｕｅｎｔ软件 对颗粒的运动过程进行数值模拟计算。通过积分Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ参考系下的颗粒运动方程，计算出颗粒运动轨迹。运动 方程求解方式采用梯形离散法，分析得出颗粒的水平速度、轴向速度以及空间住置随路程和时间的变化规律。计算 结果可为造粒塔的塔径设计提供参考。 ［关键词］尿基复混肥；造粒塔；颗粒运动轨迹；数值模拟 ［中图分类号］ＴＱ４４４ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００７—６２２０（２０１３）０ｌ一００１６—０３
盹：堕：２＋ｏ．６Ｐｒ—ｎ＋砘ｍ。
Ｋ 精¨‰１
（１０）
图２颗粒至塔中心径向距离随路程变化曲线
式中＾，一颗粒表面对流换热系数，’吖（ｍ２・Ｋ）；
Ｋ——空气的导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）；
图３为造粒塔内横截面上不同粒径粒子的径向 分布图。选取距离通风窗１８．４、２８．４、３８．４ ｍ的３ 个截面上的粒子进行分析。图３显示，在同一截面 上颗粒粒径越大，距离塔中心越远。粒径４．７６ 的颗粒在通风窗上端１８．４ ｍ处，距离塔壁只有０．５
・１７・
式中，ｒ空气黏度，ｋｇ／（ｍ‘ｓ）；
以——颗粒直径，ｍ； 尺岛——颗粒雷诺数。
复混肥颗粒自喷头的各排孑Ｌ中以不同的初始水平速 度沿着喷杯切线方向射出，喷头内外转速１９９、
（３）
忍。：丛型。
肛
２７ｈ／ｍｉｎ。为了简化计算以及对比不同粒径颗粒 的运动隋况，将喷头简化成Ｃｏｎｅ模型，设置所有粒
径颗粒的初始水平速度均为平均速度值４．２８ ３．１颗粒速度分析 复混肥颗粒自喷孑Ｌ中射出，在造粒塔内下降的 过程中与塔内上升的空气进行动量交换。水平方向 颗粒逐渐减速，轴向颗粒先加速后匀速。追踪其中
粒径２ ｍｍ的颗粒，得到颗粒的水平方向速度和轴
ｍ／ｓ。
巴为空气阻力系数，对于复混肥颗粒，将其简 化成球形颗粒且颗粒形状不发生变化，则阻力系数
ＣＤ＝。，＋去＋毒，式中。－、。ｚ和锄对于光滑球形颗
粒在一定尺ｅ。范围内为常数（见表１）。
表ｌ阻力系数参数
Ｒｅ。范围
０．１一ｌ ＞１一ｌＯ ＞１０～１００
Ⅱｌ ｎ２
∞
耽范围
＞１００—１ ０００ ＞１ ０００
口．
０２
ｍ
向速度随路程、时问的变化曲线，如图１所示。
３．６９６ Ｏ ２２．７３０ ０ ０．０９０ ３ １．２２２０ Ｏ．６１６ ７ ２９．１６６７ ３．８８９０
Ｏ．３６４４ Ｏ．４０００
９８＿３３—２ ７７８ ０ ０
４６．５００ ０一１１６．６７
２计算方法 本次计算采用分散相模型（ＤＰＭ）计算，离散 方式采用控制容积有限差分法。连续相方程采用 ＳＩＭＰＬＥ算法迭代求解，分散相进行稳态耦合计 算。ＤＰＭ模型通过积分Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ参考系下的颗粒 的运动方程计算其运动轨迹，求解方式采用梯形离 散法。３１。对运动方程（１）梯形离散如下所示：
ｓ，
最终匀速速度为４．３０—１１．７５ ｍ，ｓ。颗粒粒径越小 降落时间越长，轴向到达匀速阶段所需时间与水平
（９）
颗粒位置离散化求解用如下方程式：
露“＝露＋０．５血（衅＋睇“）。
方向减速到零所需时间越短。
式中：０为颗粒平均速度，ｍ／ｓ；Ｍ＋为空气平 均速度，耐ｓ；△￡为积分时间步长，ｓ；簖、布、““ 分别为第凡次积分迭代中颗粒速度（ｒＩｌ／ｓ）、颗粒位 置（ｍ）、空气速度（１Ｉｌ／ｓ）；酊“、茹”、“”１分别为第 ｎ＋１次积分迭代中颗粒速度（ＩＩｌ／ｓ）、颗粒位置 （ｍ）、空气速度（ｄｓ）。
ｍｍ ｍ。
Ｐｒ－—颢粒周围空气的普朗特常数。 表３为颗粒匀速阶段雷诺数与表面传热系数统 计表。粒径１。４ ｍｍ粒子的传热系数在２０４～２９２ Ｗ／（ｍ２・Ｋ）范围内，粒径越小表面传热系数越高。
表３颗粒匀速阶段的雷诺数与传热系数
相同粒径的粒子在不同横截面上的分布不同，越接 近通风窗，颗粒至塔中心的距离越远，说明颗粒匀 速阶段虽然水平运动很弱，但水平速度始终不为 零。粒径０．５ ｍｍ的粒子因轨迹发生偏移，相对于 粒径１ ｍｍ的粒子，距离塔中心更远。实际生产 中，造粒塔内水平方向气流运动比模拟计算中的气 流运动要强些，颗粒轨迹偏移的现象更加明显。
３结果分析
蚴。热，塞蹩萋竺塑翌竺竺兰訾茹撩 ｍｍ有效路程，ｍ时间，ｓ时间，。路程，。盖嚣：）哥蒿菩ｉ；；孟
１．００ ２．００ ２．８３ ３．６４ ４．ｏｏ ６９．６ ６９．６ ６９．６ ６９．６ ６９．６ ６ ９ ８ ７ ６ 们钾∞¨弱 １ ５５ ｌ ２ ５ ７ ４ ８Ｏ １２ １７ ０ ０ ４ ３Ｏ ７ ６７ ９ ４７ １ ４２ ｌ ７５ ２ ２ ３ ３ ３ ７
时间，ｓ ａ．速度随时间变化
路程，ｍ
ｂ．速度随路程变化
图１粒径２ｍｍ颗粒速度变化规律
图１显示，粒径２ ｍｍ的颗粒运行１０ ｍ左右路
程（即运行１．６ ｓ左右）轴向开始以７．６７ ｍ／ｓ的速
兰竺：土（。・一正）＋凡。； ——＝——Ｌ“一Ⅱ。Ｊ＋，。；
出
Ｌ
（４） Ｌ‘｜， （５） （６） （７）
度匀速运动，运行１６ ｍ左右路程（即运行２．７ｌ ｓ左 右）颗粒水平方向速度降到零左右，之后运行中颗 粒水平速度在零附近波动。颗粒降落到通风窗（距 塔顶６５ ｍ）附近，受进口气流的影响颗粒水平方向 速度变大，颗粒轴向速度发生微小波动。统计其他 粒径粒子的变化规律，制成表格（见表２），粒径１～