一、尿素粒子机械强度塔式造粒所得尿索粒子，由于在塔内降落过程中互相碰撞，冲撞塔下漏斗，或被刮料机破碎，在后续的输送、贮存、包装过程中均受到多次碰撞作用。

尤其采用散装贮存、运输和销售过程，粒于经受的碰撞作用次数还要多。

碰撞作用结果会导致其中部分粒子破碎，甚至粉化。

这样在包装或堆存过程中产生粒度分离和集聚现象，破碎和粉化的尿素容易结块；在倒运过程中或在撒播过程中，这些粉化物形成粉尘而流失，造成经济损失，恶化劳动环境，形成公害。

因此对尿素的机械强度特别是冲击强度提出新的要求。

尿索粒子的机械强度是指：(1) 压碎强度它表示粒子承受静荷载的能力。

对已知直径的尿素粒子逐步地增加荷载，直至最后压碎粒子。

此压碎强度是对这个已知直径的粒子而言的。

压碎强度用kg或N表示。

(2) 冲击强度是表示粒子承受动荷载的能力。

测量冲击强度是用完好粒子百分比法。

如规定用速度为20m/s的空气喷枪将一定量粒子发射到一定远处的钢板上，称量出来破碎的粒子所占百分数。

试验装置见图6-38。

亦可采用自由落体法。

即从7m高处将一定量的尿素粒子自由落于一块钢上，反复进行10次，称量未破碎粒于所占百分数。

还可以设计出其他的冲击强度测定方法。

二、粒状尿素结晶过程(一) 两种结晶结构尿素粒子的强度差异在一个干净的(指对造粒塔壁清洗后无尿素粉尘存在)塔内，以低生产负荷造粒(以保证尿素粒子不碰到塔壁)，在塔下用油布收集尿素粒子。

把得到的粒子在显微镜下观察，可以看到它们的外表面非常圆滑。

对工厂正常生产情况下所得到的尿素粒子进行显微观察，发现有的粒子外表面十分粗糙。

图6-38尿素粒子冲击强度测定装置1-进料贮斗；2-压力表；3-减压阀（气源压力＝0.2MPa表压）；4-发射管（玻璃）；5-金属板(45°角)；6-接受器（玻璃）；7-橡皮塞；8-导管（有机玻璃）对上述两种尿素粒子进行机械强度试验，发现如下情况：两种不同外形的尿素粒子的压碎强度几乎没有差别；但是两种不同外形的尿素粒子的冲击强度差别很大，圆滑粒子的冲击强度约为10％，而粗糙表面粒子的冲击强度高达75％。

表6-7是在某试验中测得的结果。

表6-7尿素粒子冲击强度试验数据[18](二) 尿素粒子内部结构对圆滑尿素粒子剖开放在显微镜下观察，发现结晶方向是一致的。

观察粗糙粒子剖面，发现其结晶是无方向性的。

(三) 粒状尿素的结晶过程在模拟造粒塔的操作条件下(空气呈滞流)，在玻璃管中做实验。

将熔融尿素从玻璃管顶部滴下，与空气逆流接触，用高速摄影法拍摄液滴降落过程，可以看出：当空气中没有微小的尿素粉尘作为结晶种子时，熔融尿素在降落时要经过4至6秒钟才开始结晶，估计过冷30℃～50℃。

当向空气中添加一些微小的尿素粉尘作为结晶种子时，熔融尿素在自由降落一开始就结晶。

用X射线分析结晶晶体，发现表面圆滑的尿素粒子内部呈单晶结构，碰撞时容易破碎；而表面粗糙的尿素粒子内部结构呈夹层交错状态，冲击强度高。

三、晶种造粒系统流程品种造粒流程见图6-39。

固体尿素和防结块剂一硬脂酸钙分别加入混合机3，经过充分搅拌混合，由蝶阀控制加入贮斗6，再经定量给料机(螺旋式)7将尿素和硬脂酸钙送入空气磨8，在压缩空气的冲动下，固体尿素颗粒相互摩擦而粉化成2.5～8μm的晶种，再经空气喷射器9把这些晶种输送到造粒塔的中部，分4个口喷入塔内。

亦可从塔下百叶窗进风口处吹入晶种。

加硬脂酸钙是为了增加晶种系统中的尿素粉尘的流动性，加入量为3％～5％(体积)，加得太多不经济。

加得太少，可能引起加晶种系统的设备和管路堵塞。

尿素粉尘的用量为8～20kg/h(对直径20m造粒塔而言)，粉尘量太少．不能提供足够量的晶核，太多则不经挤。

尿素粉尘的尺寸应当有90%以上是大于2.5μm的。

如果大于2.5μm的粉尘量大少，则粉尘微粒与下落的尿素液滴之间的碰撞机会较少，这样最终产品的冲击强度较低。

对生产能力为65～75t/h的尿素造粒塔而言，晶种系统尿素粉尘喷射器所需空气量为180～220m3(标)/h，空气量少，系统堵塞的危险性就高。

空气磨用气约100m3(标)/h。

空气进入空气磨8和喷射器9之前要预热到60～80℃。

四、加晶种的必要性在正常条件下，造粒过程自身产生的尿素粉尘(尿素粒子相互碰撞，冲击塔下漏斗、地面，或被刮料机破碎等)随着进塔空气而向上流动，起到了晶种作用。

但是当大气中水蒸汽分压增高时，这些数量有限的粉尘在塔下部被溶解到固体尿素表面溶液中，而到达不了塔的上部，此时由于缺乏足够数量的晶种，会导致某些液滴的过冷现象而产生粘结和结块现象，以及尿素粒子冲击强度低。

因此在中国南方多雨地区．如采用加晶种措施会收到较好的的效果。

由于加晶种所得粒子内部结构呈夹层交错紧密状态，在造粒塔内降落过程中．水的溶解速度慢(即在尿素吸湿过程时)。

与不加晶种相比，出塔尿素含水量可降低0．05％。

图6-39晶种造粒流程[18]1-贮斗；2-加料斗；3-混合机；4-电机；5-蝶阀；6-贮斗；7-给料机；8-空气磨；9-喷射器第四节流化床造粒一、国外流化床造粒工艺现代广泛使用的流化床造粒工艺有：挪威海德鲁（Hydro）法；荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon）法；日本东洋工程公司（TEC）喷射流化床法。

图6-40是典型的流化床造粒工艺流程图。

图6-40 典型的流化床造粒工艺流程图1-熔融尿素给料泵；2-造粒机上箱体；3-造粒机下箱体；4-造粒喷嘴；5-流化（多孔）板；6-鼓风机；7-喷射（或雾化）空气加热器；8-流化空气加热器；9-后流化冷却器；10-斗式提升机；11-多层振动筛；12-产品冷却器；13-液氨蒸发制冷器；14-产品冷却鼓风机；15-产品计量和输送；16-粉尘洗涤塔；17-洗涤塔循环泵；18-40~45%浓度尿素溶液送蒸发系统；19-补充清洗水；20-洗涤塔引风机；21-烟囱；22-甲醛-尿素溶液制备系统；23-破碎机；24-集液管；S-中压蒸汽；SC-蒸汽冷凝液；LA-液氨；GA-气氨；LS-低压蒸汽。

流化床造粒工艺由下列四部分系统组成：--造粒部分--循环和产品冷却过程--除尘和回收部分--甲醛尿素系统（一）造粒系统造粒系统核心设备是造粒机，由上箱体2和下箱体3组成。

上箱体上部空间悬挂不锈钢丝网防止顶部结块尿素脱落砸坏造粒喷嘴4和多孔板5，下箱体顶面是流化（多孔）板5和造粒喷嘴4，集液管24。

先向多孔板加入细小粒子作为晶种，然后从多孔板下方通入加热空气使之形成流化床。

埋在流化床层中喷嘴将浓度95~97%的熔融尿素喷入流化床，熔融尿素被包围在喷嘴周围的热空气雾化为极细的雾滴粘附在晶种粒子的表面上，经过一定时间这些尿素晶种便长大到规定的尺寸，在造粒机内部后冷却床被冷空气从110~120℃冷却到90℃送到循环系统。

流化造粒床和流化冷却床可以合在一起，也可以分成两个设备。

（二）循环和产品冷却部分1、循环系统循环系统主要由多层振动筛11和破碎机23所组成。

常用三层式振动筛，尿素颗粒筛分为四种规格尺寸--结块尿素--超大颗粒--产品颗粒--小颗粒（1）筛顶出来的结块尿素送到溶解单元，制成40~50%尿液送回尿素蒸发系统。

（2）超大颗粒来自中层筛，送至破碎机破碎成晶种返回造粒机流化床。

（3）出底筛下面的细小颗粒也返回造粒机流化床。

（4）来自底筛的合格产品尿素送到产品冷却器12，用冷冻空气（除去空气中的水分）将产品由90℃冷却到60℃左右，经过计量送去贮存和包装。

2、产品冷却系统从图6-2曲线Ⅱ知道流化床成粒法尿素颗粒表面水蒸气压力是很低的，用普通的不加除湿的空气去冷却，则颗粒尿素表面处于吸水状态，将增加颗粒结块性。

在湿度大的天气条件下，采用氨冷除湿是合理的。

为了节能，改气-固冷却法为固-固水冷却法也是可取的。

（三）除尘和回收部分由于流化床造粒，流化冷却床，产品冷却和固体颗粒破碎和输送过程均产生大量尿素粉尘。

为防止粉尘外泄，上述各处均在负压下运行。

集尘管系与粉尘洗涤塔16相连。

16下部为填料段，用循环尿液进行洗涤，在中部和上部分设丝网除雾层，用补充清水喷洒洗涤，出洗涤塔顶气相含尿素粉尘符合设计要求，一般为30mg/Nm3。

根据当地环保排尘量的要求来决定洗涤塔内件设计。

粉尘洗涤塔有多中型式：除立式塔外还有卧式洗涤塔；除填料式外还有无填料空塔洗涤塔。

大量粉尘经过洗涤后得以回收。

循环洗涤尿素溶液浓度约增浓到40~50%（重量），抽出一部分送回上游尿素蒸发工序。

回收量约为产品的4%。

粉尘中还有较多的游离NH3：它来自熔融尿素的溶解NH3，输送和造粒过程中缩二脲生成和尿素水解而释放的NH3，甲醛-尿素携带的NH3，在洗涤塔内仅以尿素-水溶液无法加以吸收。

如果环保有严格的NH3排放要求，需要在洗涤塔顶部增加酸洗段，可以用硫酸或硝酸来吸收NH3。

生成（NH4）SO4或NH4NO3。

（四）. 甲醛-尿素系统由于尿素和甲醛可以生成单羟基甲醛尿素，然后再与尿素发生聚合反应生成聚亚甲醛尿素，从而提高了尿素产品的强度。

制取单羟基甲醛尿素有如下三种方法：1、直接法直接法就是把商品级甲醛水溶液用计量泵加入到熔融尿素泵入口，经泵送至塔式造粒或机械造粒，要求逗留时间不大于30秒钟。

直接法的优点是工艺过程简单，运行无结晶和堵塞。

但是存在诸多缺点不能忽视，主要缺点是：（1）单羟基甲醛尿素生成是放热反应，该热量在熔融尿素泵进出口管系中无法除去，因此处于平衡状态，反应不能进行到底，因此对提高尿素产品硬度有一定影响。

例如，某厂流化床造粒原使用直接法添加甲醛溶液，抗破碎强度约为22.4~28.1N，改用UF45添加剂后，抗破碎强度提高到了36.4~37.9N[20]，强度提高了47%。

（2）由于上述原因，游离甲醛会释放至大气（塔式造粒）或进入工艺水系统（机械造粒的粉尘回收溶液返回上游蒸发冷凝系统），并残留于最终尿素产品，最后进入土壤和水体，这种对环境影响尤待评估。

2、UF制备（1）UF作为商品，通常名为UF85，组份为U:F:H2O=64:21:15（重量）。

UF85制备是在UF85工厂进行，然后用保温车辆送到用户。

UF85制备路线是：商品尿素+商品甲醛溶液+苛性碱（如NaOH，KOH等）在反应釜内加热保温，并停留足够时间。

在碱性条件下生成单羟基甲醛尿素和二羟基甲醛尿素，经过浓缩和精制除去杂质和有害物，制得UF85商品。

（2）UF45UF85作为商品，价格高，不利于长途运输和较长时间贮存。

往往用户自己根据需要制备UF稀溶液，例如UF45等，UF45组份为U:F:H2O=12.5:32:55.5（重量），并含有少量游离NH3，在70~90℃下送入熔融尿素泵口，该方法的优点是浓度低，在输送过程中不发生结晶堵塞。

类似UF45制备方法，可以衍生出多种规格的UF稀溶液。