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） UF45
UF85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。
稀的UF溶液中含有比较多的游离NH3，在造粒和回收过程对环境会有影响。
UF稀溶液含有大量水分，对造粒过程和产品尿素强度是不利的。
（3） MMU [21]
MMU是单羟基尿素（Monomethylol urea）的缩写。
MMU生产工艺是TEC的专利技术。此特点是MMU的制备附属于流化造粒装置。做到就地使用甲醛和尿素生产添加剂，用于成粒或造粒工艺。
MMU生产工艺的主要优点是：
① 甲醛和尿素在合成塔进行约30分钟长时间的预反应，做到出合成塔物料中无游离甲醛，从而保证了生产过程，粉尘回收，最终产品都没有游离甲醛，对环境无甲醛污染。
② 由于MMU预反应的完全性，在送入熔融尿素泵入口和泵出口管线中只需要很短的时间即可完成单羟基甲醛尿素聚合反应生成聚亚甲醛尿素，亚甲醛二脲，分散在整个熔融尿素体系中，起到增加最终尿素产品强度的作用。
③ 由于在线生产和使用MMU，其成本大大低于昂贵的UF85成本，所得到的产品强度两者是相同的。
其实MMU的组分U:F:H2O=64:21:15（重量），与UF85相一致，只是生产过程不一样。 MMU溶液浓度高，在使用过程中存在易结晶堵塞的现象；MMU工艺中需用液NH3，调节溶液的碱度，加入NH3最后送入粉尘洗涤塔再经烟囱排入大气，对环境不利。
国家标准规定农业用尿素含甲醛（HCHO）≤0.6%[22]
二、国内开发的流化床造粒工艺
天津大学化工学院造粒工程技术中心在多个喷动单元的喷动流化造粒器专利技术基础上开发的大颗粒尿素生产工艺可望逐步实现全部国产化[23]。
国外各种流化床造粒工艺的核心技术在于喷嘴。国内在引进技术设备分交中，除了下箱体之外，所有设备均可在中国境内制造。唯独下箱体由技术出售方供货。秘密之处在于下箱体中喷嘴是核心秘密技术。
天津大学已开发出单喷嘴产量达到350kg/h，达到了工业化生产水平。
喷动流化床造粒工艺有如下特点：
（一）采用特殊结构的雾化喷嘴和喷动流化床，尿素颗粒在流化床内呈现有规律的上下环流运动，所得产品具有球形度好，颗粒均匀，返料量小。
（二）特殊的气体分布板（即多孔板或流化板）结构可以防止过大颗粒在流化床内累积，有利于流化床的连续稳定操作，生产周期长。
（三）全部设备均可实现国产化，装置投资可大幅降低。
第五节 双转鼓流化床技术（DDG）
由北京达立科公司和清华大学双方共同开发的双转鼓流化床造粒专利技术已经实现了产业化。建成投产了近20套装置。目前最大单机能力为150Kt/a。
流称框图见图6-41
图6-41 双转鼓流化床技术[24]
双转鼓是指转鼓造粒和转鼓产品冷却。
双转鼓流化床技术由4个实用新型专利组成：
尿素转鼓造粒装置ZL98249040.2；尿素转鼓冷却装置ZL98250394.6；净化含尿素粉尘气体的方法ZL99121906.6；大颗粒尿素组合转鼓造粒工艺及设备ZL99122286.5。
ZL98249040.2的技术核心是在转鼓内加入小型流化床。产品粒径2~6mm，强度高，过程耗气量低于流化床，粉尘少，能耗低。
ZL98250394.6的技术核心是引入循环水列管式冷却器和板式冷却器，实现直接风冷和间接水冷，把90℃左右的尿素颗粒冷却到50~60℃。
ZL99121906.6的技术核心是把转鼓造粒和转鼓冷却所产生的尿素粉尘用引风机送入在线造粒塔。对在线造粒塔而言，送入的尿素粉尘相当于第三节的晶钟造粒所需要的晶钟，提高塔式造粒尿素产品的强度；对DDG而言，尿素粉尘得到一定程度的净化。该技术使用有局限性。
ZL99121906.6的核心内容是一种组合工艺和设备工艺参数的要求。确定了如果没有在线造粒塔，则把尿素粉尘送往粉尘洗涤塔。
[27]第六节 旋转成粒法
1983年山特维克（Sandvik）开发了旋转成型工艺，采用一步法把液态或熔融态产物转变成均匀的高质量物锭（半球形固体），该方法具有速度快，效率高和较大的灵活性。
该法具有多种用途，如硫磺，制蜡，松香，食品和精细化工。在世界范围内已经有1500多台旋转成型机。它也可以用于熔融尿素造粒。其过程原理见图6-42；6-43；6-44。
图6-42 旋转成粒机示意图
1-旋转成粒机；2-钢带冷却器；3-出口刮刀；4-水槽
图6-42是旋转成粒机示意图。熔融尿素经泵送入旋转成粒机1，在下端经过小孔滴向特制的不锈钢输送带2,2的底侧用冷却水喷射，移走熔融尿素的冷却和结晶热。熔融物在钢带表面快速地成锭，即半球形或球台形固体颗粒，当固体温度降至50~60℃时到达终端，由刮刀把颗粒从钢带上刮下来。直接就地包装或经胶带输送至散装仓库。
图6-43 旋转成粒机功能示意图
1-计量；2-旋转机壳；3-蒸汽管；4-熔融尿素室
在图6-43中，旋转机壳2圆周速度与钢带冷却器的速度同步，保证熔融尿素滴下来不变形，形成一个适宜的形状。蒸汽进出管3维持温度，防止熔融尿素结晶堵塞。计量栏1起计量控制液滴的流出作用。
图6-44 产品冷却示意图
图6-44是图6-42的断面图，上层钢带的背（底）面与水接触，起到冷却作用。水与钢带之间有密封。水不会溅到钢带顶面与成粒接触，所以颗粒尿素始终保持干燥状态。
旋转造粒特点：
一. 尿素产品质量高
1. 粒度分布均匀，直径3~4mm占99%；
2. 平均压碎强度高达56N±20N；
3. 冲击强度高，碎粒率仅有0.49%；
4. 在后处理过程摩擦系数低，产生粉尘很少；
5. 缩二脲含量
6. 不需要添加甲醛。
二. 环境效益
1.非直接传热，产品和冷却剂不直接接触；
2. 不需要空气净化处理；
333. 污染低，空气中粉尘量
三. 系统效率
1. 一步法完成液态到固态过程；
2. 过程单一，只需要最少的设备；
3. 不需要专用的空气洗涤；
4. 不需要筛分；
6. 无需大量冷却；
7. 能够控制好冷却时间，有效地完成结晶化。
四. 生产灵活性
1. 高的产品产量的弹性，用并联配置成粒机组，现有成粒机组生产能力为120t/d.台；机组宽度5m，长度25m；
2. 可以快速改变局部操作，无需停产，也不改变产品质量；
3. 工厂开车和停车快速。
五. 经济效益
1. 在欧洲市场初始投资费用低于竞争对手，一台能力120t/d旋转成粒机组价格约100万欧元（注：编者：类似成粒机国内进行过研制，实现工业化后，价格会大幅下降）；
2. 电耗很低，吨尿素耗电4kwh；
3. 不需要化学剂，如甲醛；
4. 安装费用低；
5. 不需要特殊地基，可直接位于地面。
第七节 产品贮运
随着市场经挤的发展，“施用效率”（指尿素施向农田时的结块性和粉尘性对工作效率的影响）对产品尿素的销售产生直接影响日趋显著。经常出现用户不买本地区的尿素，而买外地价高质优尿素的事例。
尿素从生产到最后施于土壤为止的这一段时间里，必然要贮存，或者是袋装贮存或者是散装贮存。贮存时间长短不一，少则几周，长则1年或更久。在贮存期间，尿素或者是完全疏松(可以自由流动)，或者虽然有少量结块，但只要稍加处理就可以恢复原来自由的流动状态。但是，尿素在贮存期间过度结块，在运输过程中的粉化问题经常出现，必须予以解决，提高“施用效率”，增强产品竞争能力。
一、产品贮存
尿素贮存结块的原因是尿素颗粒间晶体的结晶键增长引起的，贮存期间晶体有所发展，颗粒状尿素或粉化状尿素晶粒交互生长导致结块。
影响尿素结块的原因和对策：
(一) 含水量的影响
1．袋装贮存
尿素包装在采用不透水的袋子里，保护得很好，不受外界水分的影响，但还是经常出现结块现象。其原因是尿素在蒸发造粒时所含有的水分引起的。此水分是“游离水”，是以溶液状态存在于尿素颗粒表面，这对贮存期间的结块有很大影响。因此要求尿素含水量尽量地低，一般含水量≤0.3％(质量)。
尿素采用的包装袋应以牢固、不透水为前提。
2．散装贮存
尿素散装贮存时，因尿素自身所含水分导致料堆内部严重结块；因吸收外界空气中的湿气水分，料堆表面会潮湿和结块，散装贮存时间长了以后，料堆表面的水分可以向内部渗透，引起较严重的结块。
为了防止尿素在大气中运输、包装或散装贮存过程中吸湿，需采取下列处理办法： ① 根据传质过程分析，提高尿素出塔温度，使得颗粒尿索表面水蒸汽分压大于环境空气中的水蒸汽分压；
②胶带输送栈桥建筑结构物要密闭，尽量减少透气性；
③包装厂房采取空气除湿措施，即将一定量空气经过降温除湿(或化学法吸收水分)，再加热至室温后送入包装厂房，这种正压送入干燥空气方法，可防止尿素在包装过程中的吸湿或结块(干燥空气送入贮斗或料斗等处)}
④散装仓库应尽量减少漏风，同时敷设加热库内空气用的蒸汽管道(或加热器等)以提高
库内空气温度，降低空气相对湿度；
⑤散装仓库内建筑物表面要干燥，不得漏雨、雪及地面渗水现象。
(二) 贮存温度的影响
贮存温度高，有增加尿素结块的趋势。因为温度高，颗粒尿素表面水蒸汽分压高。当温度降低之后，即有一部分蒸汽冷凝于颗粒表面，即会造成结块。因此，在袋装或散装堆放贮存以前，充分冷却新鲜尿素是必要的。一般应冷却到55℃以下，一是避免对塑料包装袋的损坏；二是降低颗粒尿素表面水蒸汽分压。具体冷却到什么温度为宜，需要根据具体的空气相当湿度，可在图6-2上进行选择。即是按照当时的环境空气温度和相对湿度(或水蒸汽分压)在图6-2的曲线Ⅲ找到一坐标点，过该点作温标平行线与曲线I相交于一点，这点对应的温度数值加3℃～5℃，就是出塔颗粒尿素的适宜冷却温度。附加温度3℃～5℃，是供胶带输送过程热损失之用，视输送路程的长短和实验测试数值来确定附加温度值。
对于成粒法大颗粒尿素，贮存温度的选择，利用图6-2中曲线Ⅲ和曲线Ⅱ按前述方法进行即可。
(三) 贮存压力(高度)的影响
尿素结块的程度与贮存压力有较大的关系。因此要控制码包高度或散装堆积的高度。 对袋装尿素而言，码堆底层一袋上的压力可以通过测量该包的承载面积（袋与袋之间的接触面积）以及经由这个面积所分摊的该堆的重量来计算。对于塔式造粒所得粒径Φ0.8～Φ3.0mm的小球粒状尿素，抗压强度很低，对于Φ2.4～Φ2.8mm的尿素颗粒抗压强度只有1.0～1.3³105Pa。粒径越大，抗压强度越大；粒径愈小，抗压强度愈小。对于平均粒径为
1.5mm的尿素来言，抗压强度只有0.4～0.6³l05Pa，塔式粒状尿素的堆密度为740kg/m3。在包装袋中的密度约增加5.0％。即777kg/ m3。袋装码堆中，袋与袋之间接触面积约90％，所以袋堆最大高度为：
0.9³（0.4～0.6）³104/777＝4.6～6.9m
堆高超过这个数值，最下层的尿素颗粒即被压碎，增加了结块程度。
对于散装贮存时，一个圆锥形料堆底部尿素的平均压力P
P=d³h/3 (6-21) 堆中心最大压力Pmax
Pmax＝2³d³h/3 (6—22)
式中 d——尿素的堆密度，kg/m3，取740；
h——贮堆的高度，m。
对于抗压强度为0.4～0.6³105Pa尿素而言，其堆高
h＝3³ Pmax /2d；
＝3³（0.4～0.6）³104/（2³740）
＝8.1～12.2m
散堆顶高大于以上数值．则堆顶底部尿素会被压碎而粉化，易于结块。
在海运过程中，船仓高度很大，无论是袋装或是散装尿素，其高度均大于上述抗压强度所限制的堆高数值。因此要求在尿素生产过程中添加一些外部调节剂或“内部”调节剂，以增强尿素颗粒的流动性或增加颗粒的抗压强度。
常用的“外部”调节剂有两类，一类是非常细的粉末粘附在尿素颗粒表面上，常用的有硅藻土、高岭土、滑石和白垩，要求这些固体粉剂粒度非常细，90%
至100厘沲的油品，其功能是抑制或者减轻结晶增长。用量一般为0.2％～0.5%(质量)。
在尿素造粒之前即把某种称为“内部”调节剂加入到熔融尿素中，常用的有甲醛或者UF水溶液，作为固化剂和防结块添加剂。加入量为0.3％～0.5％，抗压强度可以提高20%～70%。
二、产品运输
(一) 散料运输
无论在厂内输送还是在厂外运输(转运)过程中，通常采用胶带输送机，而不采用气流输送或埋刮板输送机，因为这类方式会增加尿素颗粒的粉化程度。
采用光面胶带输送机时，输送带角度在12°~14°，输送大颗粒尿素时，其角度应在10°以下。
输送机速度一般在3m/s以下，以1～2m/s为宜。
在散装运输的装卸过程中最讨厌的是粉尘的产生。粉尘飞扬，污染了环境，影响了职工身体健康，也损失了产品。因此，作为散运方式的尿素质量应具有较高的冲击强度，细料少，需要采用筛分，除去细料；或者采用调节剂，如粘度大的油品喷涂，可大大减少转运时粉尘。 (二 )袋装运输
袋装运输中的一个重要指标是降低破袋率。
从工厂包装机落袋到田头施肥之间，一袋尿素需经倒运、搬运，转运达5～l0次，甚至更多次数。除了要求运输器具、机械避免毛刺勾破包装袋之外，对包装质量有如下要求：
①包装袋材质(无论是牛皮纸袋、塑料袭、单层涂膜编织袋，编织袋加内衬薄膜袋，麻袋加内衬薄膜袋等)应牢固。装袋后从3米高处自由落于水泥地面，反复10次，外袋或内袋应均不破碎；
②袋装质量无论是每包重25、40、50kg、其包装袋外形尺寸应适当，缝袋后应留有5％～10％的空隙容积；
③缝袋时应排除袋内空气，要折边，双道缝线；
④对热压缝口塑料袋，不得采用扎孔排气办法．应是先排气后热合。
(三) 尿素成品包装流程
图6-45是一个典型的尿素成品包装流程图。
图6-45尿素成品包装流程
1-造粒塔；2刮料机；3-下料漏斗，4-1#槽形胶带输送机；5-2#槽形胶带输进机； 6-斗式提升机；7振动筛； 8-3#槽形胶带输送机；9-散装仓库；10-电子皮带秤； ll-布料小车；12-4#槽形胶带输送机(天皮带)；13-耙 料机；14-耙料机操作室；15-散堆料盘；16-5#槽形胶带输送机（地皮带）； 17-破碎机；18-6#槽形胶带输送机；19-包装厂房； 20-7#槽形胶带输送机；21一电动分料器； 22-料仓；23-包装机；24-缝包机；25-送带
机；26一链式输送机；27-平皮带； 28一溜槽；29-平皮带；30-站棚；3l、32-平皮带；
33-桥式装车机；16A-电磁铁组
从造粒塔出来的颗粒尿素，经刮料机2和下料漏斗3，由1#槽形胶带输送机送至2#槽形胶带输送机进入斗式提升机6，再经振动筛7分离出粒度合格的尿素由3#槽形腔带输送机送往散装仓库9。粒度过太和过小的不合格尿素由振动筛面层及底层流至回收循环系统（包括溶解槽，搅拌机、泵等，图中未示出)。经电子(或核子)皮带秤累积计量后送往2#槽形胶带输送机，该输送机位于耙料机上方一散装仓库屋顶下面，简称天皮带，天皮带上面配有布料小车11，将尿素分布于天皮带两侧，在仓库地面盛料盘15上面形成双驼峰料堆。当包装系统需要供料时，在操作室14内(亦可设置库外遥控操作)人工操作耙料机13，门式双臂耙料机可将料盘上尿素耙送到5#槽形胶带输送机（又称地皮带）上面。由于散装贮存期间，料堆表层和内部均会结块，所以由地皮带送至6#槽形胶带输送机之前需经过电磁铁组16A吸除黑色金属(如耙料机的耙齿碎片，散落的紧固件等)，再流经双齿辊式破碎机17破碎块状尿素。经6#胶带输送机送入包装厂房19。再经7#槽形胶带输送机和电动分料器2l把尿素分装到各个料仓22中去。料仓下面布置有包装机组23，它由自动定量秤、气动袋夹、缝纫输送机所组成。人工套袋或自动套袋，自动称量灌包，自动落袋，由缝包机24缝口。一袋一袋尿素由链式输送机26送至平皮带机27，再经溜槽28送至平皮带机29、31、32和桥式装车机33送入货车车厢外运。
对于成粒大颗粒尿素工艺，可省去位号1至位号7。来自大颗粒尿素装置的输送机与3#输送机8相衔接即可，尔后流程与前相同。
6.5.1造粒工艺技术概况
尿素溶液的加工方法和造粒技术，主要依据产品用途而定，工业用途的尿素一般使用结晶法尿素，结晶法尿素也可用作牛羊等反刍动物的辅助饲料。农用单一肥料（φ1～2mm），一般采用造粒塔喷淋造粒或真空结晶和再熔融造粒。复混肥料（φ2～4mm）森林、草原飞播和散撒的肥料（φ4～8mm）以及水稻田深施等大颗粒或超大颗粒尿素（φ8～12mm）则采用机械造粒。造粒塔造粒广泛应用于单一肥为φ1～2mm普通小粒径的粒状尿素生产中，机械成粒法造粒的应用开始于60年代末期，发展至今成粒器主要有盘式成粒机、喷浆转鼓成粒机和流化床造粒机等。有代表性的为美国TVA盘式造粒工艺：挪威Norsk Hydro公司的盘式造粒工艺、美国C&I/Cirdler和加拿大联合公司的喷浆转鼓粒工艺等。这些造粒工艺存在单机能力小，无法适应工业化大规模的生产需求。为此，七十年代研究开发出流化造粒技术，其中有荷兰Stamicarbon公司研究成功的喷流床流化造粒新工艺，并在荷兰DSM/Stamicarbon公司推动下实现工业化应用并称之为NSM流化造粒新工艺。随后日本三井东压／东洋工程公司也开发研究成功流化床造粒工艺。国内尿素生产中普遍采用造粒塔造粒，生产普通小颗粒的农用粒状尿素。七十年代末八十年代初在镇海、新疆、宁夏三套大尿素装置中，曾经采用过晶种造粒的技术，在提高产品的强度、减少造粒塔排放粉尘有一定好处。九十年代中期以来，大颗粒尿素的生产国内发展较快，海南富岛化工有限公司引进的挪威海德鲁公司流化床造粒装置和宁夏化工厂改扩建工程采用日本东洋工程公司流化床造粒
工艺对国内大颗粒尿素的生产起了领头作用，随后泸天化、赤天化、金陵石化等尿素厂也先后在现有装置上进行改产大颗粒尿素。新建的大中型尿素工厂也多数生产大颗粒尿素产品。造粒塔造粒与机械造粒方法的比较如下：
（A）造粒塔造粒的优缺点
造粒塔造粒生产能力大，操作简单、方便。生产费用低，产品粒径φ1～2mm，呈球形，表面光洁圆滑性一般，压碎强度φ2mm时6N。采用晶种造粒时，压碎强度可提高到12N左右。造粒塔不适合于生产大颗粒尿素。造粒塔造粒采用的尿素溶液浓度≥99.7%（重量），达到该浓度必须采用两段真空蒸发。因此，两段真空蒸发流程复杂，真空蒸发设备多，尤其是第二段蒸发真空度高，尿液蒸发温度也高，蒸汽加热和抽真空所消耗的蒸汽量较大，能耗高。造粒塔造粒制得的产品含缩二脲约为0.9%(wt)，通常较流化床造粒的产品高0.1%。含水量也较流化床造粒产品高0.05～0.1%（重量）。造粒塔造粒放空尾气含尿素粉尘量较大，损失尿素通常高于流化床造粒工艺2～5倍。由于放空尾气量大，含尿素粉尘多，对周围环境造成不良的影响，尤其是放空尾气中含尿素的水雾对人体有害，对周围建构筑物有腐蚀作用。
（B）机械造粒（流化床造粒）的优缺点
一般机械造粒的造粒机生产能力较小，而流化床造粒单机能力大，可达3000t/d。产品粒径大，可生产粒径φ1.5～φ3mm用作单一肥料的产品及生产φ2～φ4mm粒径用作掺混复肥的大颗粒尿素产品，生产φ5～8mm大粒径产品用作森林、草原飞机播撒和φ8～12mm稻田深施等特殊用途的大颗粒产品。流化床造粒成品粒子大均匀，表面光洁圆滑，流动性能好，不易吸潮结块、粒子强度高，不易压碎，φ2.5mm的尿素粒子压碎强度30N，较造粒塔φ2mm粒径的尿素产品高约5倍。产品贮存运输、使用方便，生产、贮运和使用过程损失较造粒塔产品可减少10%，使用实践证明，大颗粒尿素在作肥料施用后，缓效释放，提高了氮的利用率，促进农业的增产。流化床造粒采用95%～96%(wt)浓度的尿素溶液作造粒原料，简化尿素生产装置中尿液加工的工序、节省蒸汽消耗。流化床造粒因返料晶种在流化床层内被尿液包裹逐级结晶成长为大的颗粒。流化过程结晶蒸发水分和冷却固化，造粒效率高，加添加剂后控制结晶，减少粉尘含量，而且尾气经湿法洗涤回收后，放空尾气含尿素粉尘量少（≤20～30mg/Nm3）。流化床造粒主要缺点是增加设备和投资费用。而且每吨产品电耗也增加25～38度，本项目采用流化床造粒工艺。
6.5.2 流化床造粒工艺技术的比较和选择
当前，国际上具有竞争能力且广泛应用于大型化的流化床大颗粒尿素造粒工艺主要有挪
威海德鲁公司（现已改名为YARA公司）和日本东洋工程公司（Toyo Engineering Corp）两家公司流化床造粒工艺，现进行比较和选择说明如下：
（1）YARA公司（原Hydro公司）流化床造粒工艺
① 发展概况及建厂业绩
该工艺始于1974年由荷兰Stamicarbon尿素专利商研究开发，试验装置规模为10t/d，1975年实现试生产，能力为150t/d；产品粒径φ2.1～2.9mm，其后于1978年在荷兰Sluiskil建成800t/d的工艺生产装置，产品粒径φ2.1～7mm。二十世纪八十年代末和九十年代有较大的发展。该工艺技术是荷兰DSM/Stamicarbon公司和挪威Hydro公司结合的结晶，由Hydro公司对外经营，2004年更名YARA公司。至今为止已建大颗粒尿素生产装置28套，最大能力可达3600t/d，总生产能力超过1820万吨/年，产品粒径为φ2～8mm。生产能力超过1500t/d的有19套之多。除此以外，海德鲁工艺用于其他复肥及磷铵生产的装置也有10套以上。国内海南富岛化工有限公司、赤天化、宜化、云天化、金陵石化等厂引进该公司流化床造粒技术、生产φ2.8～4mm大颗粒尿素。
② 工艺技术特点
a 工艺成熟、可靠，工业化时间长，经验丰富。
b 采用95～96%浓度的尿液作原料，尿液加工只需一段蒸发浓缩，省去二段蒸发系统，简化流程和减少浓缩系统设备。
c 由于省去二段蒸发浓缩系统，节省了二段蒸发加热和抽真空所消耗的蒸汽量。相应工艺冷凝液量也减少，水解系统的负荷也因工艺冷凝液的量和组成的变化，水解和解吸负荷也相应减少。冷却水用量下降。
d 造粒机采用空气雾化和流化相结合的技术，造粒效率高，生产能力大，成品质量好，颗粒大，强度高。
e 流化床造粒工艺操作简单，开车时间短，一般投料后1小时内可出产品。具造粒装置操作灵活，负荷变化30～105%，生产弹性大，适应性高。
f 与其他机械造粒装置相比，造粒返料比低（0.5∶1），从而强化设备能力和减少了造粒过程中的能耗。
g 采用添加剂及雾化流化造粒技术，流化床形成的粉尘量少，且含尘尾气采用湿式洗涤，吸收效率高，放空尾气中尿素粉尘含量小于30mg/Nm3，不仅减少损失，而且满足了环境保护的要求。
h 流化床造粒工艺装置运行可靠性高，造粒机、粉尘洗涤器等因无磨损部件，可长期
运行，寿命长达25年以上。运转设备空气压缩机、风机等介质为空气，无磨损和腐蚀，斗提机、振动筛、破碎机等运行条件也较好。
（2) 东洋工程公司喷射流化床造粒工艺
① 发展概况及建厂业绩
该工艺专利发表于1979年。试验装置规模为50t/d后改建为200t/d，1983年第一个工业化生产装置在新西兰Kapuni石油化学公司建成，生产规模为470t/d。迄今为止，在世界范围内已建成的装置10套，其中3套采用改进后的喷射流化床造粒工艺，最大规模为2100t/d于1995年在德国Piestertz建成投产。1997年宁夏化工厂改扩建工程新建日产1740吨大颗粒尿素装置采用该工艺技术，1999年底投产。泸天化改产大颗粒尿素规模为2000t/d于2000年6月投产。五环公司设计的日产2680t/d的塔里木化肥项目于2009年投产，还有五环公司总包的越南金瓯项目的2385t/d大颗粒装置也于2012年1月投产。另外，德国Piesteritz厂已建成的1200t/d大颗粒尿素装置将扩大至日产2100吨，另有2套日产500吨造粒塔造粒的装置有一套改为喷射流化床生产大颗粒尿素，包括在建中的装置在内，采用该工艺生产大规模尿素总的设计能力约480万吨/年。
② 工艺特点
东洋工程公司喷射流化床造粒工艺其主要特点如下：
a 工艺流程及设备结构比较简单
该工艺流程造粒机喷咀采用一般压力式喷咀，结构简单，且单台能力大。造粒机内分成流化成粒和冷却两部分。粉尘洗涤塔直接与造粒机顶部连接，简化流程和减少设备。
b 造粒时间短、造粒效率较高
该工艺流化床内返料粒子依次在串联的小室内被喷射液滴包裹而长大，且流化床层较薄，有利于粒子的形成，造粒时间较短，效率高且成品压碎强度大。
c 生产操作灵活方便，正常生产时调节返料比达到合格的产品，生产控制方案可靠，负荷变化时，调节喷咀简单。
d 造粒机内流化床床层高度较低，在50～100%负荷范围内床层高仅400mm，流化床阻力小，所需风机压头低，电耗省。
e 采用96%尿液作原料，可简化尿液加工工序。节省尿液蒸发能耗。
f 粉尘回收系统采取集中收尘和高效的湿式洗涤吸收，排放尾气中尿素粉尘含量低，达到30mg/Nm3以下。
g 该工艺中增加添加剂MMU自备系统，MMU溶液由甲醛和尿液制备，过程简单，
灵活方便，不需外购UF85。较在尿素溶液中直接加入甲醛作添加剂，可克服甲醛尿液混合不均匀，影响产品质量的弊端。
③ 造粒工艺初步比较和选择
工艺发展与业绩比较见表表4-39A、表4-39B。