BRPI0411979B1 - Processo e dispositivo para granulação em leito fluido - Google Patents

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA GRANULAÇÃO EM LEITO FLUIDO".

Campo de Aplicação A presente invenção, em seu aspecto mais geral, refere-se a um processo de granulação em leito fluido de uma apropriada substância, como, por exemplo, uréia, nitrato de amônio, cloreto de amônio e substâncias similares suscetíveis a serem granuladas.

Em particular, a presente invenção concerne um processo de granulação em leito fluido, compreendendo o controle da temperatura do dito leito através da injeção no mesmo de um fluxo de ar quente. A invenção também se refere a um dispositivo para granulação, o qual é usado para implementação do processo acima mencionado.

Estado da Técnica É conhecido que em um processo de granulação em leito fluido, a obtenção de grânulos de uma predeterminada substância ocorre através do continuo crescimento (em volume e massa) de caroços de grânulos da tal substância, continuamente alimentados dentro do dito leito fluido, ao mesmo tempo, com um fluxo de uma apropriada substância de crescimento no estado líquido.

Geralmente, a substância de crescimento é da mesma natureza que a substância a ser granulada e se apresenta na forma líquida, adequada para umedecer, aderir e se solidificar sobre os caroços e sobre os grânulos de crescimento que, juntos, constituem o dito leito fluido. A dita substância de crescimento é alimentada ao leito fluido sob uma alta temperatura, de modo que a substância de crescimento em si, uma vez solidificada sobre os caroços, pode manter a característica de aderência, de modo a permitir a aderência ao grânulo de uma adicional substância de crescimento, enquanto estiver dentro do leito fluido.

Além disso, dentro do leito fluido é necessário se manter a temperatura dentro de predeterminados e, geralmente, altos valores, a fim de permitir a evaporação do solvente presente na substância de crescimento que é geralmente alimentada na solução, por exemplo, aquosa, no caso de uréia, dentro do dito leito fluido. A temperatura do leito fluido deve ser escolhida, também, levando-se em consideração o fato de que um possível resfriamento da substância de crescimento, antes de seu contato com os caroços e com os grânulos de crescimento, pode determinar uma prematura solidificação da mesma, com conseqüentes dificuldades, se não totalmente impossível, da aderência aos grânulos e com formação de pós que necessitam de subsequente recuperação.

Para satisfazer a necessidade acima mencionada, em outras palavras, para controlar a ajustar a temperatura do leito fluido dentro de predeterminados valores, foi proposto se alimentar dentro do próprio leito fluido de granulação um fluxo adicional de ar adequadamente quente, o qual é preferencialmente injetado no mesmo nível que o fluxo de substância de crescimento.

Além disso, durante a etapa de partida ou quando em operação com baixas cargas ou ainda quando o ar de fluidificação que é usado com velocidades de fluxo bastante altas requeridas para a formação e manutenção do leito fluido, se encontra em uma temperatura ambiente particularmente fria, torna-se necessário se implementar um adequado preaquecimento de tal ar de fluidificação através de adequados trocadores de calor exteriores ao leito fluido.

Conquanto vantajosa sob alguns pontos de vista, essa sugestão sofre de um sério e reconhecido inconveniente.

De fato, devido às velocidades de fluxo de ar bastante altas que circulam no leito fluido, um controle de temperatura de acordo com a sugestão acima mencionada necessariamente envolve consumo de energia bastante alto para o preaquecimento do ar de fluidificação (quando necessário) e do adicional fluxo de ar. Esse consumo de energia proporciona um impacto negativo sobre os custos de operação do processo. A presença de tais dispositivos para preaquecimento do ar também proporciona um impacto negativo sobre os custos incorporados e sobre a complexidade estrutural da correspondente instalação de granulação.

Resumo da Invenção 0 problema técnico em que se fundamenta a presente invenção é aquele de se projetar e proporcionar um processo de granulação em leito fluido do tipo considerado acima, tendo determinadas características funcionais, de modo a superar todos os inconvenientes citados correlacionados ao estado da técnica e, em particular, de modo a que o consumo total de energia necessário para manter o leito fluido na predeterminada temperatura que garanta a ótima concretização do processo, seja substancialmente reduzido.

Este problema é solucionado de acordo com a presente invenção mediante um processo de granulação em leito fluido de uma apropriada substância, com controle de temperatura do dito leito, compreendendo uma etapa de resfriamento dos grânulos quentes acabados assim obtidos em um respectivo leito fluido de resfriamento, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do ar de fluidificação que é proveniente do dito leito fluido de resfriamento dos grânulos acabados, é alimentada dentro do leito fluido de granulação.

Preferencialmente, todo o ar de fluidificação alimentado dentro do leito fluido de granulação é proveniente do leito de resfriamento.

Vantajosamente, de modo substancial, todo o ar de fluidificação proveniente do leito de resfriamento é usado como ar de fluidificação do dito leito de granulação.

De forma ainda mais vantajosa, o processo de granulação em leito fluido da presente invenção é caracterizado pelo fato de que usa um único fluxo de ar de fluidificação para continuamente formar e suportar, nesta ordem, os ditos leitos de resfriamento e leito fluido de granulação dispostos em série, com relação ao dito único fluxo e em comunicação fluida entre si.

Adicionais características e vantagens da invenção se tornarão mais claras a partir da descrição detalhada de uma modalidade de um processo de granulação em leito fluido de acordo com a invenção, a qual será feita a seguir com referência aos desenhos anexos, os quais são apresentados com fins indicativos e não-limitativos.

Breve Descrição dos Desenhos - A figura 1, de forma esquemátíca, mostra uma vista axonométrica de um dispositivo para implementação do processo de granulação em leito fluido de acordo com a presente invenção; - a figura 2, de forma esquemátíca, mostra uma vista em seção transversal do mesmo dispositivo da figura 1.

Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida Com referência às figuras acima mencionadas, um dispositivo para implementação de um processo de granulação em leito fluido de acordo com a invenção é totalmente referenciado por (1).

Tal dispositivo compreende uma estrutura auto- suportante (2) , substancialmente na forma de um recipiente com formato de paralelepípedo, o qual define no seu interior um espaço (A), no qual dois leitos fluidos (Fl) e (F2) são idealizados de serem implementados, conforme pode ser visto mais claramente no restante da descrição. A dita estrutura de recipiente (2) (a qual, daqui em diante será simplesmente chamada de recipiente (2)), apresenta longas paredes laterais (5, 6), curtas paredes frontal (7) (ou de topo) e traseira (8); sendo fechado no topo por uma tampa convencional, portanto, não representada e sendo dotado na base de uma placa de base dupla (4, 4a), superior e inferior, respectivamente.

Em conformidade com uma característica da presente invenção, a parede de topo (7) do dito recipiente (2) apresenta o lado de fundo (7a), espaçado da placa de base (4) da dita placa de base dupla com a qual define uma passagem (ou porta) (20), que coloca o espaço (A) em comunicação com o exterior do dito recipiente (2).

Além disso, em conformidade com outra característica da presente invenção, as acima mencionadas placas de base (4, 4a) se estendem da parede traseira (8) do recipiente (2) até passar a dita parede de topo (7) numa predeterminada porção de comprimento.

Nas suas extremidades frontais livres, um painel frontal (17) é fixado às placas de base (4, 4a), preferencialmente, substancialmente em paralelo à parede de topo (7), com a qual ele define um tipo de bolsa (18), no exemplo das figuras, se estendendo por toda a largura da dita parede (7) e em comunicação com o espaço (A), através da acima mencionada passagem (20).

As placas de base (4, 4a) da dita placa de base dupla, a parede traseira (8) do recipiente (2) e o painel frontal (17) definem uma câmara (19) que se encontra em comunicação fluida com o espaço (A), justamente através da dita placa de base (4), fornecida perfurada, gradeada ou de algum modo permeável a fluxos de gás. A dita câmara (19), que se estende abaixo do espaço (A) é de altura limitada e é idealizada de constituir uma câmara para distribuição uniforme de um fluxo de ar de fluidificação que chega dentro do dito espaço (A), conforme será melhor deduzido da descrição seguinte.

Vantajosamente e em conformidade com uma adicional característica da presente invenção, a dita câmara de distribuição (19} apresenta um perfil cônico partindo da parede traseira (8) do recipiente (2) na direção do painel frontal (17) . Para tal finalidade, a placa de base (4a) é fornecida inclinada sobre a placa de base oposta (4) e converge sobre a mesma, na direção do acima mencionado painel frontal (17) .

Dentro do dito recipiente (2) é suportado um painel vertical retangular (15), em paralelo e numa relação predeterminada espaçada a partir da parede traseira (8) do dito recipiente (2), com o qual define um interespaço (16). 0 dito painel (15) é fixado às paredes longas opostas (5, 6) e à parede de topo (3) do dito recipiente (2), enquanto apresenta o lado de base horizontal (15a) espaçado da placa de base (4), de modo a definir com esta uma passagem (ou porta) (15a), adequada para colocar o dito interespaço (16) em comunicação com o espaço (A) interiormente ao recipiente. 0 interespaço (16) se encontra em comunicação com o espaço (A), também próximo à parede superior do dito recipiente (2), através de uma abertura (11) · Dentro do recipiente (2) e a uma predeterminada distância de sua placa de base (4), é posicionada uma prateleira retangular (14), perimetricamente fixada aos longos lados (5, 6), à parede frontal (7) do dito recipiente (2) e ao painel acima mencionado (15). A dita prateleira (14) define no dito espaço (A), uma zona de granulação (B) interior ao espaço (A), sendo idealizada de suportar o leito de granulação (Fl) de uma predeterminada substância; para tal fim, a prateleira (14) é perfurada, gradeada ou, de qualquer modo, feita permeável a um fluxo de ar de fluidificação, necessário para a formação e manutenção do dito leito (Fl).

Na figura 1, um dispositivo distribuidor (conhecido per si) de caroços de grânulos da substância a ser granulada, posicionado no topo do recipiente (2) é referenciado por (10), enquanto dispositivos distribuidores/supridores de substância liquida de crescimento de grânulos (também já conhecidos e, portanto, não representados em detalhes), são referenciados por (12) e (13).

Na figura 2 uma abertura é esquematizada com a referência (22), associada com a parede traseira (8) para a entrada de ar dentro da câmara (19). Tal abertura (22) se encontra em comunicação fluida com meios já conhecidos e, portanto, não representados, de sopramento de ar dentro da dita câmara (19).

Com referência ao dispositivo das figuras 1 e 2, uma modalidade do processo de granulação da presente invenção será agora descrita.

Ao alimentar um fluxo contínuo de caroços de grânulos de uma predeterminada substância e, ao mesmo tempo, um fluxo continuo de substância de crescimento dentro da zona de granulação (B) é formado sobre a prateleira (14) um leito fluido de granulação (Fl). Esse leito de granulação é obtido, suportado e mantido através de um fluxo continuo de ar de fluidificação, alimentado dentro da câmara (19) e dai, através da placa de base (4), para dentro do espaço (A), abaixo da dita prateleira (14).

Correspondendo ao procedimento de granulação (crescimento de grânulos) ocorre um aumento na altura do leito fluido (Fl) até que a sua superfície livre alcance o nível (pré- calculado) da abertura (11). Nesse ponto, através da dita abertura (11), a qual atua substancialmente como uma represa, tem início um contínuo derramamento (ou descarga) do leito (Fl) para o interespaço (16) de grânulos de substância que estão bastante quentes (sua temperatura depende da temperatura da substância de crescimento) e, acima de tudo, que estão acabados, em outras palavras, que apresentam um predeterminado tamanho de grão. A partir do início de tal descarga ou derramamento, a altura ao leito de granulação (Fl) permanece substancialmente constante.

Os grânulos acabados, que continuamente passaram no interespaço (16), "caem" de uma maneira substancialmente orientada ou na forma de cascata sobre um leito fluido (F2), compreendendo grânulos acabados (15), dispostos para a etapa de partida adjacente à placa de base perfurada (4), onde eles são submetidos ao acima mencionado fluxo de fluidificação de ar usado para o leito (Fl). Sobre esta placa de base (4), um segundo leito fluido (F2) é então definido, consistindo exclusivamente de grânulos acabados, o qual se estende no dito espaço (A), sobre a dita placa de base (4), no interespaço (16) e na bolsa (18), que se comunica com o dito espaço.

Na superfície livre do leito fluido (F2), no interespaço ¢16) e na bolsa (18), existe uma pressão mais baixa do que aquela que pode ser medida na superfície livre do leito fluido (F2) na câmara (A), entre as paredes (7) e (15); por essa razão e uma vez que as três zonas citadas são funcionalmente comparáveis a vasos comunícantes, a altura do leito fluido (F2) no interespaço (16) e na bolsa (18) é maior do que aquela entre as paredes (7) e (15), na dita placa de base (4).

Deve ser observado que o leito fluido de resfriamento (F2) se encontra em comunicação fluida com o leito de granulação disposto acima (Fl), exclusivamente através da prateleira (14) para suportar o dito leito.

Deve ser também observado que o interespaço (16) acima mencionado executa uma função de duto, mediante um assim chamado tubo de descida, para a transferência dos grânulos do leito (Fl) para o leito (F2).

No leito fluido (F2), os grânulos acabados quentes trocam calor com o fluxo de ar de fluidificação, alimentado à temperatura ambiente. Enquanto os grânulos acabados se resfriam, este ar é aquecido pelos mesmos, e este mesmo ar aquecido, proveniente do leito fluido (F2), é usado como ar de fluidificação do leito de granulação (Fl), ao qual é alimentado.

Por essa razão, a zona do espaço (A) entre a dita placa de base (4) e a prateleira disposta acima (14) é conhecida como zona de resfriamento de grânulo e, ao mesmo tempo, pode ser considerada como a zona de preaquecimento do ar de fluidificação do leito de granulação (Fl). A alimentação de ar de fluidificação preaquecido ao leito de granulação, significa, de um lado, o fornecimento da quantidade de ar necessária para a formação e manutenção do dito leito fluido e, de outro lado, o fornecimento a este mesmo leito da quantidade de calor necessária para diminuir ou mesmo prevenir uma prematura solidificação da substância de crescimento e, ao mesmo tempo, permitir a evaporação do solvente possivelmente presente na substância de crescimento alimentada na solução, dentro do leito fluido de crescimento. 0 uso do ar proveniente do leito fluido de resfriamento de grânulo como ar de fluidificação preaquecido para o leito de granulação, também tem o significado de reduzir o consumo total de ar para completar o processo de granulação. A altura do leito fluido (F2) (leito de resfriamento de grânulo e leito de preaquecimento de ar de fluidificação) é tal que a sua superfície livre na bolsa (18) alcança a borda superior do painel frontal (17), garantindo a descarga para fora do recipiente (2) dos grânulos acabados e resfriados.

Uma vez que o leito fluido, como é bem conhecido, apresenta um comportamento totalmente comparável ao de um líquido, os níveis dos grânulos na bolsa (18), no interespaço (16) e no espaço (A) são estabilizados nas respectivas alturas piezométricas.

Portanto, deve ser observado que a altura do dito painel frontal (17), através da determinação da altura do leito fluido (F2), também determina o tempo de permanência médio dos grânulos quentes e acabados na zona de resfriamento e, conseqüentemente, determina a temperatura dos grânulos acabados descarregados do recipiente (2) e, acima de tudo, a temperatura de preaquecimento do ar de fluidificação. A partir do inicio da acima mencionada "descarga" de grânulos acabados, o processo da presente invenção e os correlacionados dispositivos entram em operação.

Nesse ponto, uma característica básica do processo da presente invenção deve ser observada: os leitos (F1) e (F2), respectivamente, para granulação e resfriamento dos grânulos acabados/preaquecimento do ar de fluidificação, são formados e suportados por um idêntico fluxo de ar de fluidificação e, em relação ao qual, os ditos leitos (Fl) e (F2) são dispostos em série.

Uma segunda característica do processo acima mencionado é que os grânulos acabados e quentes são derramados substancialmente na forma de cascata, do dito leito de granulação para o leito de resfriamento. A principal vantagem alcançada pela presente invenção consiste, conforme indicado, da grande economia no consumo de energia no que diz respeito à energia requerida até o momento para a implementação de processos de granulação em leito fluido conhecidos do estado da técnica, em que, no presente caso, o controle de temperatura é proporcionado através da introdução de um adicional fluxo de ar quente ou mediante preaquecimento, por meio de trocadores de calor, do próprio ar de fluidificação durante predeterminadas situações do ciclo de operação do processo de granulação. Levando-se em consideração as consideráveis quantidades de ar de fluidificação e de adicionai ar quente envolvidas nos processos acima mencionados, a economia de energia já mencionada, se traduz numa redução igualmente substancial dos custos de operação do processo.

Essa vantagem é conseguida graças ao uso de um único fluxo de ar para a fluidificação do leito de resfriamento dos grânulos acabados e, em seguida, do leito de granulaçao, que envolve um efetivo preaquecimento do ar subseqüentemente alimentado a esta última operação.

De acordo com uma modalidade preferida, o painel frontal (17) compreende um anteparo móvel (21), ajustável na altura (capaz de deslizar verticalmente).

Ao variar a altura de tal painel frontal (17), a altura do segundo leito fluido (F2) é conseqüentemente variada. Isto significa que, se por exemplo, a altura de tal painel frontal (17) for aumentada, a altura do segundo leito fluido (F2) também aumenta e, conseqüentemente, o tempo de permanência médio dos grânulos dentro de tal leito também aumenta.

Isso proporciona uma aperfeiçoada troca de calor entre os acima mencionados grânulos e o ar de fluidificação, o qual, pode aumentar sua temperatura de entrada dentro do leito de granulação (Fl). A invenção assim concebida é suscetível de adicionais variantes e modificações, desde que todas estas sejam abrangidas pelo conceito inventivo e, como tal, se enquadrem dentro do escopo de proteção da invenção em si, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Por exemplo, a bolsa (18) e o interespaço (16) podem ser implementados com uma largura menor que a largura da correspondente parede curta frontal (7) do painel (15), respectivamente.

Claims (10)

1. Processo de granulação em leito fluido (Fl) de uma predeterminada substância sob temperatura controlada, através do contínuo crescimento de caroços de grânulos da dita substância, continuamente alimentados dentro do dito leito fluido de granulação, ao mesmo tempo, com um fluxo de uma apropriada substância de crescimento no estado líquido, compreendendo as etapas de remoção de grânulos acabados quentes do dito leito fluido de granulação (Fl), resfriamento dos ditos grânulos em um leito de resfriamento (F2) continuamente formado e suportado por um respectivo fluxo de ar de f luidif icação, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do ar de fluidificação proveniente do dito leito fluido de resfriamento (F2) dos grânulos acabados é alimentada dentro do leito fluido de granulação (Fl) .

2. Processo para granulação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que todo o ar de fluidificação alimentado dentro do leito de granulação (Fl) é proveniente do leito de resfriamento (F2).

3. Processo para granulação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que substancialmente todo o ar de fluidificação proveniente do leito de resfriamento (F2) é usado como ar de fluidificação para o dito leito de granulação (Fl).

4. Processo de granulação em leito fluido (Fl) de uma predeterminada substância sob temperatura controlada, através do contínuo crescimento de caroços de grânulos da dita substância, continuamente alimentados dentro do dito leito fluido de granulação, ao mesmo tempo, com um fluxo de uma apropriada substância de crescimento no estado líquido, compreendendo a etapa de resfriamento de grânulos acabados quentes em um respectivo leito fluido de resfriamento (F2), caracterizado pelo fato de que o processo usa um único fluxo de ar de fluidificação para continuamente formar e suportar, nesta ordem, os ditos leitos fluidos de resfriamento e granulação (Fl, F2), substancialmente dispostos em série, com relação ao dito fluxo único.

5. Processo de granulação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os grânulos acabados da dita substância são transferidos substancialmente na forma de cascata para o dito leito fluido de resfriamento (Fl).

6. Dispositivo para implementação de um processo de granulação em leito fluido sob temperatura controlada, de acordo com a reivindicação 4, compreendendo uma estrutura auto-suportante (2) substancialmente na forma de um recipiente, definindo um espaço de granulação (A) no seu interior, em que é posicionada uma prateleira (14) idealizada de suportar um leito fluido de granulação (Fl), caracterizado pelo fato de que compreende no dito espaço (A) uma adicional placa de base (4), posicionada abaixo e em uma predeterminada relação distanciada da dita prateleira (14), a dita placa de base (4) sendo idealizada de suportar um respectivo leito fluido de resfriamento (F2) de grânulos acabados quentes provenientes do dito leito de granulação (Fl), o dito leito de resfriamento (F2) se encontrando em comunicação fluida com o dito leito de granulação (Fl) através da dita prateleira (14), a qual é fornecida perfurada, gradeada ou de algum modo permeável a fluxos de gás, um tubo de descida (16), que se estende verticalmente no dito espaço (A) , adequado para a transferência de grânulos acabados do dito leito fluido de granulação (Fl) para o dito leito fluido de resfriamento (F2) na dita adicional placa de base (4) e meios para alimentação e distribuição (22, 19) do ar de fluidificação no dito espaço (A), abaixo da dita adicional placa de base (4), para formar e manter o dito leito fluido de resfriamento (F2) e o dito leito de granulação (Fl), que são dispostos em série com relação ao dito fluxo.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito tubo de descida (16) compreende um painel vertical (15) suportado no dito espaço (A) em uma predeterminada relação espaçada de uma parede (8) da dita estrutura de recipiente (2), definindo com ela um interespaço (16), o dito painel (15) apresentando um lado de base horizontal espaçado da dita adicional placa de base (4), de modo a definir com ela uma passagem (15a) adequada para colocar o dito interespaço (16) em comunicação com o espaço (A) acima da mencionada placa de base (4).

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito interespaço (16) está em comunicação no topo com o dito espaço (A) , através de uma abertura (11) fornecida no mesmo.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito leito fluido de resfriamento (F2) se encontra em comunicação com o exterior através de uma bolsa (18), compreendida entre uma parede (7) da dita estrutura de recipiente (2) e um painel frontal (17) fixado à placa de base (4), que suporta o leito de resfriamento (F2) e que é preferencialmente paralela à dita parede de topo (7) .

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito painel frontal (17) compreende um anteparo móvel (21), ajustável na altura.