孙继鹏，刘志平，张占营，王锦峰，肖苹，张杰瑶，吴峰*

    (1.洛阳涧光特种装备股份有限公司，河南 洛阳 471003；2.西北大学化工学院，陕西 西安 710069)

    硫磺作为重要化工原料，如生产硫酸、含硫聚合物和橡胶硫化，在工业过程中存在着广泛应用[1-6]。工业硫通常来自天然含硫化物的脱硫过程，可脱除形成液态硫磺。为了运输、储存安全和使用方便，要将液态硫磺加工成固态颗粒。由于不同行业对硫磺的广泛需求，硫磺的造粒趋势有所增加[7]。近几十年来，市场上流通的硫磺形态为粉或块状，在运输和使用上存在安全性差、易发生污染、腐蚀严重等缺点[8]。目前工业上已有并广泛运用的硫磺造粒类型主要包括，回转钢带造粒、转筒喷浆造粒及水下湿法造粒[9-11]。水下湿法造粒[12]因其颗粒形貌饱满稳固、无粉尘污染、易操作、维护成本低、检修方便等优点，使得该设备在硫磺成型行业中逐渐被广泛采纳。目前，国内外的学者对硫磺造粒进行了大量的研究。Yakovlev P V[13]等为制定用于硫磺湿法造粒的设备生产和制度参数提供了依据。Momoniat F[14]等通过强度、尺寸和结构等方面表征商业生产的硫磺颗粒和颗粒的物理和机械性能。Liu S[15]等采用超疏水表面应用于硫磺造粒，为经济环保的硫磺造粒工艺提供了参考策略。

    此外，随着计算机形势的不断变化和计算流体力学的高速发展，数值模拟被广泛地应用于流体-颗粒研究[16-19]。Selivanov N V[20]等用数值方法研究了不同传热方式对硫磺颗粒内部结构形成的影响，揭示了硫磺颗粒质量特性依赖于生产温度条件的原因。Abdoli Rad[21]等采用有限差分法求解了颗粒凝固过程的一维数学模型，研究并分析各种操作参数对造粒工艺总体性能的影响。

    目前，由于实验条件的限制，对于湿法硫磺造粒固化过程的机理认识并不是很完善，而且实验研究难以观测到颗粒内部情况。综合已有研究文献，采用CFD 研究成型盘工艺参数对颗粒质量的影响规律未见报道。本文基于VOF(Volume of Fluid Model)模型方法，数值模拟探析了硫磺造粒冷却过程机理，并针对液硫温度、液硫液面高度、成型盘孔径、液硫入水高度等主要成型盘工艺参数对硫磺颗粒产品质量的影响规律进行了深入分析，从而优化工艺参数，为硫磺湿法造粒工艺参数设计提供理论及应用参考。

    1 模型方程

    1.1 控制方程及计算方法

    利用Fluent 软件对湿法硫磺造粒过程进行了三维数值模拟。为了获得流体的流动特性以及对运动界面的追踪等动力学性质 ......