BR0105117B1 - método para obtenção de grãos de uréia. - Google Patents
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Description
"MÉTODO PAEiA OBTENÇÃO DE GRÃOS DE URÉIA"
Campo de Aplicação
A presente invenção se refere a um método paraobtenção de grãos de uréia.
Mais particularmente, a invenção se refere a ummétodo de obtenção de grãos de uréia mediante resfriamentode gotas de uréia fundida em uma torre de granulação de umainstalação de produção de uréia. Em conformidade com outro aspecto, a invenção concerne uma torre de granulação paraobtenção de grãos de uréia de acordo com o método acima.
Estado da Técnica
Uma torre de granulação para produção de grãos de uréia geralmente compreende uma parede tubular vertical,que define uma câmara interna para resfriamento das gotasde uréia fundida. Numa parte superior da câmara, ésuportado um dispositivo de distribuição de uréia fundida.0 dispositivo distribui descendentemente, por toda a seçãotransversal da torre, uréia fundida sob alta temperatura naforma de gotas, que caem ao longo de percursos destinados àcaida de uréia, dentro da câmara.
As gotas em queda de uréia fundida é depoissolidificado e resfriado, mediante contato com o ar que circula ascendentemente na câmara, em sentidocontracorrente às gotas de uréia. 0 resfriamento transformaas gotas de uréia fundida em grãos sólidos de uréia.
Os grãos de uréia assim obtidos são coletados emuma base de coleta compreendida em uma parte inferior dacâmara acima mencionada, e retirados da torre de granulaçãopor meios convencionais, tal como esteiras transportadoras.Em particular, um raspador rotativo está geralmentepresente sobre tal base, a fim de conduzir os grãos atravésde uma abertura na base da esteira transportadoralocalizada subjacente à base.
Conforme é bem conhecido, um parâmetro bastanteimportante para produção de grãos de uréia de boaqualidade, isto é, grãos apropriadamente resfriados esolidifiçados em uma moderna instalação de produção deuréia, é estabelecer um adequado tempo de residência dentroda torre de granulação.
O "tempo de residência" é definido como o períodode tempo necessário para uma gota de uréia fundida cobrir adistância do dispositivo de distribuição para a base decoleta, onde a gota de uréia é coletada na forma de um grãosólido de uréia.
Quanto maior for a dita distância, maior será otempo de residência durante o qual ocorre o resfriamento e,consequentemente, mais frios e, portanto, mais duros e maismecanicamente resistentes serão os grãos de uréia que caemna base de coleta, conforme uma predeterminada vazão etemperatura de ar.
A parede da torre, feita de concreto ou outrosmateriais de construção, apresenta uma relevante alturapara proporcionar a distância desejada acima mencionada.
Nesse contexto, deve ser observado que entre oequipamento e as unidades de uma instalação para produçãode uréia, tais como as unidades de reação, decomposição econdensação, a torre de granulação representa a unidade demaior extensão.
Isso se deve pelo fato da mencionada relevantealtura requerida para se obter o necessário tempo deresidência para as gotas de uréia fundida, sob altatemperatura, a serem resfriadas.No entanto, no campo técnico das torres de granulação de uréia, existe uma crescente demanda pela diminuição da altura da torre tão baixa quanto possível, de modo a reduzir a complexidade da construção, os custos de investimento e manutenção, assim como aumentar a confiabilidade da torre. Isso significa que o tempo de residência deve ser diminuído o máximo possível, sem que seja afetado negativamente o grau de resfriamento, a fim de garantir satisfatórios grãos sólidos de uréia.
Para tal objetivo, são disponíveis poucas opçõesde acordo com o estado da técnica, conforme será evidente da descrição seguinte.
Tais opções são geralmente aplicadas no caso da capacidade de produção de uma instalação para produção de uréia já existente ter de ser aumentada, e, portanto, uma maior quantidade de calor da uréia ter de ser removido da torre de granulação, a fim de que seja mantido um apropriado resfriamento das gotas de uréia fundida.
Uma primeira opção é aumentar a vazão de ar dentro da torre para intensificar o resfriamento das gotas. Entretanto, existe uma limitação para tal aumento, pelo fato de que uma vazão demasiadamente alta pode suspender as gotas de uréia para cima, causando um arrasto de tais gotas na câmara. Além disso, essa opção freqüentemente não é tecnicamente possível ou bastante difícil de ser realizada.
Uma segunda opção é resfriar o fluxo de ar que irá circular na torre, antes do mesmo entrar na torre.
O sistema de resfriamento requerido para resfriar o fluxo de ar é, entretanto, um sistema refrigerador para processamento de grandes volumes de ar, com um alto consumo de energia, o que requer altos custos de investimento e manutenção, além dos custos referentes à torre.Uma terceira opção é resfriar os grãos de uréia na base da torre ou fora da torre por meio de um sistema refrigerador de leito fluido.
Para obter esse resfriamento, é necessário um fluxo de ar de fluidização, por exemplo, na base da torre, tendo uma pressão suficientemente alta para fluidizar os grãos suspensos em um leito fluido e com uma temperatura suficientemente baixa para resfriar os grãos.
Isso envolve um compressor de ar auxiliar e um apropriado sistema refrigerador para dita fluidização do fluxo de ar, com conseqüentes altos custos de investimento e alto consumo de energia.
Para superar os inconvenientes acima, uma quarta opção propõe o uso de um dispositivo de resfriamento externo à torre, em comunicação fluida com a base de coleta e ã jusante da mesma.
O dito dispositivo de resfriamento, feito através de placas de resfriamento dispostas em paralelo, internamente alimentado com um fluido de resfriamento, é cruzado pelos grãos de uréia que são adicionalmente resfriados pelo contato com a superfície fria externa.
Esse dispositivo requer menos energia e menos investimentos de capital do que o equipamento de resfriamento anteriormente descrito.
No entanto, algum equipamento adicional faz-se ainda necessário, tal como para trazer os grãos da base de coleta da torre para os sistema refrigerador, para levantar os grãos para a entrada do sistema refrigerador e para selecionar os grãos, o que torna o dispositivo de resfriamento tecnicamente complexo de fabricação e dispendioso.
Portanto, se deduz que diante do estado datécnica exposto, nenhuma efetiva solução foi proposta no campo de aplicação acima mencionado, para intensificar a eficiência de resfriamento dos grãos de uréia de uma maneira bastante simples, confiável e de custo razoável, apesar da crescente necessidade sentida de se minimizar a altura das novas torres de granulação ou de se aumentar a eficiência de resfriamento das torres existentes após um aumento de produção, enquanto se reduz ou se mantém inalterada a altura da torre.
Resumo da Invenção
O problema técnico que fundamenta a presente invenção é de fornecer um método para obtenção de grãos de uréia em uma torre de granulação com aperfeiçoada eficiência de resfriamento das gotas de uréia fundida, que seja simples de execução, confiável e que não requeira altos custos de investimento e de operação.
O problema é solucionado de acordo com a presente invenção, mediante um método de obtenção de grãos de uréia em uma torre de granulação (1), compreendendo a etapa de:
- produzir uma pluralidade de gotas de uréia fundida caindo de um dispositivo de distribuição (4) de uréia fundida, na direção de uma base de coleta (6) de grãos de uréia da dita torre de granulação, obtendo-se, desse modo, grânulos deuréia;
caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de:
- resfriar a dita base de coleta (6);
- coletar os grânulos de uréia assim obtidos na dita base de coleta (6); e
- resfriar os grânulos de uréia assim obtidos coletados na dita base de coleta (6) diretamente na dita base de coleta por meio da própria base.De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção torna disponível uma torre de granulação (1) para obtenção de grânulos de uréia de acordo com o método da presente invenção, compreendendo um dispositivo de distribuição de uréia fundida e uma base de coleta de grãos de uréia, caracterizada pelo fato de compreender ainda: - meios para resfriamento da dita base de coleta dispostos imediatamente abaixo de referida base de coleta ou dentro de referida base de coleta, ou compreendendo pelo menos um elemento oco, colocado acima da dita base de coleta, para passagem dentro do dito elemento oco de um fluido de resfriamento em relação de troca de calor com a dita base de coleta.
Graças à presente invenção, o resfriamento dos grãos de uréia é vantajosa e substancialmente aumentado, de uma maneira fácil e confiável.
De fato, o resfriamento dos grãos de uréia que caem sobre a base de coleta pode ser efetiva e satisfatoriamente completado, diretamente sobre esta última por meio da própria base. Isso vantajosamente, permite a fabricação de torres de granulação de altura reduzida, isto é, com um tempo de residência da queda das gotas de uréia fundida distante do valor do tempo de residência ótimo, além de aumentar a capacidade de produção de uma torre já existente, sem a necessidade de aumento de sua altura.
Além disso, a presente invenção pode ser facilmente aplicada, tanto para torres de granulação novas, como para torres já existentes, sem necessitar de mudanças estruturais particulares na torre em si, assim como de 30 altos custos de investimento e de manutenção.
As características e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguintedescrição indicativa e não-limitativa de uma modalidade da invenção, feita com referência aos desenhos anexos.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 mostra uma seção longitudinal de umatorre de granulação de acordo com a presente invenção.
A figura 2 mostra uma seção longitudinal de um detalhe da torre de granulação de acordo com a figura 1, tomada ao longo da linha x-x.
A figura 3 mostra uma vista de topo de uma seçãotransversal da torre de granulação de acordo com a figura 1, tomada ao longo da linha y-y.
Descrição Detalhada da Invenção
Com referência às figuras 1-3, é mostrada umatorre de granulação (1), compreendendo uma parede vertical tubular (2), preferencialmente de formato cilíndrico, que define uma câmara interna (3), para resfriamento das gotas de uréia fundida, geralmente indicado por "d" na figura 1.
Um dispositivo de distribuição de uréia fundida(4) é colocado em uma extremidade superior (3a) da câmara (3). O dispositivo de distribuição (4) é fixado à parede (2) e conectado a uma tubulação de entrada de uréia fundida por meios convencionais (não mostrado).
O dispositivo de distribuição (4) geralmentecompreende uma cesta perfurada (5), que gira a velocidade constante em torno de seu eixo central vertical ou um ou mais pulverizadores estáticos, se encontrando em comunicação fluida com a dita tubulação de entrada de uréia fundida (não mostrado).
No exemplo da figura 1, a parede (2) e, portanto, a câmara (3) são abertas na parte superior. No entanto,coberturas e/ou tetos convencionais podem ser fornecidos no topo da torre a fim de deixar o ar de resfriamento fora, mas, ao mesmo tempo, proteger a câmara interna (3) do ambiente.
A base de coleta (6) de grãos de uréia é dispostana extremidade inferior (3b) da dita câmara (3) . A base de coleta (6) é substancialmente perpendicular à parede (2) e apresenta um diâmetro substancialmente equivalente ao diâmetro interno da torre de granulação (1).
Conforme claramente mostrado nas figuras 2 e 3, abase de coleta (6) é dividida em duas porções semicirculares substancialmente iguais, ambas indicadas pela referência numérica (7). As porções (7) são separadas entre si por uma fenda longitudinal (8), estendida ao longo 15 de um diâmetro da base de coleta (6).
Por baixo da base de coleta (6) e paralelo à fenda (8), é disposta uma esteira transportadora (9), um pouco mais larga que a fenda (8), para extração dos grãos de uréia obtidos, geralmente indicado por "p" nas figuras 2 e 3, da torre de granulação (1).
Conforme pode ser visto na figura 1, a esteira transportadora (9) é maior que o diâmetro da parede tubular (2), que, portanto, é fornecida com aberturas (2a) para a disposição da esteira (9) através da torre de granulação (1).
Na base de coleta (6) é disposto um raspador rotativo (10) para remoção dos grãos de uréia da dita base e direcionamento dos mesmos na direção da fenda (8) sobre a esteira transportadora (9).
O raspador (10) compreende uma lâmina (11) quegira em torno do eixo central da torre, na proximidade da base de coleta (6), sendo acionado por um motor (13)disposto abaixo da base (6) e conectado ao raspador (10) por meio do eixo (12). Por razões de simplicidade, o motor(13) e o eixo (12) foram omitidos da figura 2.
A parede (2) é convencionalmente fixada com sua base ao solo, esquematicamente indicado pela referência(14) nas figuras.
De acordo com a presente invenção, a torre de granulação (1) vantajosamente compreende ainda meios (15) para resfriamento da base de coleta (6).
Em uma primeira concretização da invenção, taismeios de resfriamento (15) são fornecidos acima da base de coleta (6), entre uma superfície superior (6a) da mesma e a lâmina do raspador (11).
No presente exemplo, tais meios de resfriamento (15) compreendem dois elementos semicirculares ocos, ambos indicados pela referência (16), cobrindo completamente as duas porções de base (7), respectivamente. Os elementos ocos são preferencialmente planos e permitem a passagem dentro dos mesmos de um fluido de resfriamento (não mostrado), em uma relação de troca de calor com a base de coleta (6).
Em conformidade com uma alternativa da primeira modalidade, os elementos (16) definem nas suas partes internas um percurso de fluxo na forma de ziguezague ou de serpentina para o fluido de resfriamento. Para tal objetivo, os elementos ocos (16) são fornecidos com paredes verticais ou chicanas (não mostrado), que separam o espaço interno oco dos elementos (16), de acordo com o percurso de fluxo que se deseja obter.
Em alternativa aos elementos ocos (16), os meiosde resfriamento (15) podem compreender um ou mais tubos no formato de serpentinas ou ziguezague (não mostrado), parapassagem do fluido de resfriamento.
Os meios de resfriamento (15), tais como os elementos ocos (16), são oportunamente conectados com meios convencionais (tais como dutos) na direção da entrada e saída dos mesmos do fluido de resfriamento. Por motivos de simplicidade, tais meios de conexão não são mostrados nas figuras.
Além do mais, de acordo com modalidades adicionais da presente invenção, os meios de resfriamento (15) são dispostos imediatamente abaixo da base de coleta (6) ou dentro da mesma (não mostrado).
Além disso, a torre de granulação (1) pode também compreender meios como serpentinas para resfriamento do raspador rotativo (10) (não mostrado), dessa forma, vantajosamente intensificando o resfriamento e o endurecimento dos grão de uréia que caem sobre a base de coleta (6).
Na descrição feita a seguir, o presente método para obtenção de grãos de uréia é descrito em maiores detalhes.
Um fluxo de uréia fundida, obtido de uma seção de acabamento (não mostrado) de uma instalação de produção de uréia é convencionalmente alimentado ao dispositivo de distribuição (4) da torre de granulação (1), disposta na extremidade superior (3a) da câmara de resfriamento (3).
A cesta rotativa (5) do dispositivo de distribuição (4) gera uma pluralidade de gotas de uréia fundida "d" que são obrigadas a cair (por gravidade) dentro da câmara (3), na direção da base de coleta de grãos (6) da 30 torre de granulação (1).
O tempo requerido para que as gotas de uréia fundida caiam a partir do dispositivo de distribuição (4),ao longo de seus respectivos percursos de queda sobre a base de coleta (6) e, mais particularmente, sobre a superfície superior dos elementos ocos (16) dos meios de resfriamento (15), é o tempo em que as gotas de uréia fundida são transformadas em grãos sólidos de uréia "p". Conforme visto acima, esse tempo é o denominado tempo de residência.
Durante a queda na direção da base de coleta (6), as gotas de uréia fundida "d" são colocadas em contato com um fluxo de ar à temperatura ambiente (não mostrado), circulando de forma ascendente na câmara (3), em sentido contracorrente à uréia, sendo as ditas gotas, portanto, resfriadas e solidificadas em grãos de uréia.
Vantajosamente, de acordo com a invenção, o presente método para obtenção de grãos de uréia compreende ainda a etapa de resfriar a base de coleta (6).
Ao proceder dessa forma, o resfriamento e endurecimento dos grãos de uréia pode ser drasticamente aperfeiçoado e completado, independentemente da altura da torre ou da capacidade de produção da torre. Portanto, é possível se projetar uma nova torre de granulação, com uma altura menor, ou se aumentar a capacidade de uma torre de granulação já existente, sem que seja afetada a qualidade dos grãos desejada.
De fato, os grãos obtidos durante a queda dasgotas de uréia fundida dentro da câmara (6) são coletados sobre os elementos ocos (16) constantemente resfriados, colocados acima da base de coleta (6). Nesse caso, os grãos são ainda resfriados por contato direto com a superfície 30 resfriada dos elementos (16) (isto é, mediante troca de calor indireta com o fluido de resfriamento que circula dentro dos elementos (16)).Uma vez coletados na base (6), os grãos de uréia são depois removidos da torre de granulação (1) por meio do raspador rotativo (10), que impulsiona os grãos na direção da fenda central (8) e da esteira transportadora (9).
Graças à presente invenção, a grande área desuperfície da base de coleta (6) é vantajosamente explorada, de modo a intensificar de forma sensível o resfriamento dos grãos de uréia.
Além do mais, a etapa de resfriamento de acordo com a invenção é também bastante efetiva, uma vez que a mesma é realizada em uma parte da torre de granulação, a base de coleta (6), onde os grãos de uréia permanecem por um determinado período de tempo, considerado não desprezível, antes de deixar a mesma através da fenda (9).
A presente invenção, assim, faz uso desse período de permanência, para adicionalmente resfriar os grãos de uréia.
Vantajosamente, a ação dos raspadores rotativos (10) durante o período de permanência dos grãos de uréia na base de coleta (6), permite uma mistura dos grãos, intensificando, dessa forma, um resfriamento uniforme dos mesmos e obtendo, em conseqüência, um produto homogêneo. O raspador (10) garante também que toda a área de superfície da base de coleta pode ser usada para resfriamento dos grãos de uréia.
Comparado aos métodos do estado da técnica, a etapa de resfriamento da base de coleta dos grãos de uréia é simples e confiável de ser realizada, não requerendo altos custos de investimento e de operação, assim como um alto consumo de energia.
Além disso, a presente invenção é particularmente adequada para ser aplicada em torres de granulação jáexistentes, uma vez que torna disponível uma aperfeiçoada eficiência de resfriamento, sem a necessidade de modificações estruturais particularmente na torre em si, permitindo, dessa forma, aumentar a capacidade de produção e ao mesmo tempo manter de modo inalterado ou até mesmo reduzir o tempo de residência da uréia dentro da torre.
Claims (5)
1. Método de obtenção de grãos de uréia em uma torre de granulação (1), compreendendo a etapa de:- produzir uma pluralidade de gotas de uréia fundida caindo de um dispositivo de distribuição (4) de uréia fundida, na direção de uma base de coleta (6) de grãos de uréia da dita torre de granulação, obtendo-se, desse modo, grânulos de uréia;caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de:- resfriar a dita base de coleta (6);- coletar os grânulos de uréia assim obtidos na dita base de coleta (6); e- resfriar os grânulos de uréia assim obtidos coletados na dita base de coleta (6) diretamente na dita base de coleta por meio da própria base.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida pluralidade de grânulos de uréia cai em contra-corrente com um fluxo de ar de circulação ascendente.
3. - Torre de granulação (1) para obtenção de grânulos de uréia de acordo com o método da reivindicação 1, compreendendo um dispositivo de distribuição (4) de uréia fundida e uma base de coleta (6) de grãos de uréia, caracterizada pelo fato de compreender ainda:- meios (15) para resfriamento da dita base de coleta (6) dispostos imediatamente abaixo de referida base de coleta(6) ou dentro de referida base de coleta (6), oucompreendendo pelo menos um elemento oco (16), colocado acima da dita base de coleta (6), para passagem dentro do dito elemento oco (16) de um fluido de resfriamento em relação de troca de calor com a dita base de coleta (6).
4. Torre de granulação (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende uma parede vertical tubular (2) , que define uma câmara interna (3) para resfriamento de gotas de uréia fundida, dito dispositivo de distribuição (4) de uréia fundida sendo disposto em uma extremidade superior (3a) da dita câmara (3), e dita base de coleta de grãos de uréia (6) sendo disposta em uma extremidade inferior (3b) da dita câmara (3) e um raspador rotativo (10) na dita base de coleta (6) para remoção dos grãos de uréia da torre de granulação.
5. Torre de granulação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de compreender ainda meios para resfriamento do dito raspador rotativo (10) .
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