Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten fester Stoffe, ausgehend von einer flüssigen Phase in Form einer Lösung, Suspension oder Schmelze dieser festen Stoffe, mit Hilfe einer aufgewirbelten Masse fester Teilchen durch mehrmalige Beaufschlagung dieser festen Teilchen mit der genannten flüssigen Phase und Verdampfen des Lösungsbzw. Suspensionsmittels bzw. Kristallisieren der Schmelze.
Granulationsverfahren finden in verschiedenen Industriezweigen Verwendung, z. B. in der Atomindustrie zum Granulieren von radioaktiven und toxischen Stoffen oder ihren Gemischen, in der chemischen Industrie zum Granulieren von Düngemitteln wie Ammoniumsulfat, Harnstoff, Ammoniumphosphat, Ammoniumsalpeter und deren Gemischen.
Bekannt ist ein Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen aus deren Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in der suspendierten Schicht von festen Partikeln. Gemäss diesem Verfahren werden Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in zerstäubter Form der suspendierten Schicht zugeführt, die aus festen Teilchen besteht, die als Keime der Granulatbildung und des Granalienwachstums dienen. Die festen Teilchen sind im kontinuierlichen Kreislauf begriffen. Als Keime der Granulatbildung werden z. B. Granaliensplitter oder Salzkristalle verwendet. Die genannten Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen befinden sich in der suspendierten Schicht von festen Teilchen in Form von Tropfen, die, sobald sie auf die Oberfläche der Teilchen gelangen, die letzteren benetzen. Der genannten Schicht wird ein Wärmeträger, z. B. Rauchgase mit der erforderlichen Temperatur, gleichzeitig zugeleitet.
Die benetzten Teilchen kommen mit dem Wärmeträger in Berührung, wodurch entweder Verdampfen der in der Lösung oder Suspension vorhandenen Flüssigkeit oder Kristallisation der Schmelze erfolgt, d. h. in beiden Fällen erfolgt das Absetzen des festen Stoffes an dem Teilchen, und da sich die Teilchen im Kreislauf befinden, erfolgt das Benetzen derselben, d. h.
Berührung mit der eingeführten Flüssigkeit mehrmalig. Auf diese Weise tritt ein Wachstum des Granulats auf.
Einer der Hauptnachteile des genannten Verfahrens ist die Polydispersität des anfallenden Produktes, d. h. eine grosse Uneinheitlichkeit der Korngrössen des erhaltenen Granulats.
Das ist dadurch bedingt, dass die Spritzdüse die zugeführte Flüssigkeit, gleich ob Lösung, Suspension oder Schmelze, in Tropfen von unterschiedlicher Grösse dispergiert. Ausserdem vermindert sich die spezifische Tropfenmenge mit der Entfernung von der Spritzdüse. Infolgedessen gelangt auf die sich durch die Wirkungszone der Spritzdüse bewegenden Teilchen unterschiedliche Menge des zugeführten Stoffes, d. h. die Granalien wachsen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ungleichmässig an, was gerade zur Polydispersität des erhaltenen Produktes sogar bei der Anwendung von monodispersem Stoff als Granulationskeime führt.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist ein wesentliches Forttragen des Produktes in Form von Staub aus der suspendierten Schicht. Das wird dadurch erklärt, dass eine grosse Menge der sich in der Zerstäuberzone der Spritzdüse befindenden sehr kleinen Tropfen Zeit hat, trocken zu werden oder zu kristallisieren, ehe sie mit den festen Teilchen, die als Granulationskeime dienen, berührt. Deswegen werden sie auch als Staub durch den Wärmeträger weggetragen. Ausserdem ist nicht ausgeschlossen, dass bei kleiner Höhe der suspendierten Schicht auch grössere Tropfen weggetragen werden, und um eine Schicht von wesentlicher Höhe im suspendierten Zustand zu halten, ist ein grosser Energieverbrauch erforderlich, was auch ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist.
Darüber hinaus wird eine grosse Energiemenge zur Zerstäubung der Flüssigkeit verbraucht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, solche Bedingungen der Berührung des flüssigen Produktes mit den festen Teilchen aufzufinden, die ein gleichmässiges Wachstum von Granalien von gleicher Grösse unter minimalem Wegtragen des Produktes und geringerem Energieverbrauch ermöglichen.
Gemäss der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass man die flüssige Phase in Form eines Flüssigkeitsfilmes mit den aufgewirbelten Teilchen in Berührung bringt, wobei die aufgewirbelten Teilchen über die Oberfläche des Films geleitet werden und dabei Anteile der flüssigen Phase aufnehmen.
Dadurch, dass die festen Teilchen einen Film von vorgegebener Grösse berühren, setzt sich an den Teilchen gleicher Grösse eine gleiche Flüssigkeitsmenge ab, und die Geschwindigkeiten des Wachstums derselben sind entsprechend gleich, d. h. die Teilchen wachsen gleichmässig. Dadurch wird das Erhalten von monodispersem Produkt bei geringen Schichtdicken gesichert. Die Zufuhr der flüssigen Phase zu den suspendierten festen Teilchen in Form eines Films schliesst eine Tropfenbildung und folglich das Wegtragen des Produktes in Form von Tropfen und Staub, der sich aus Tropfen von geringer Grösse bilden könnte, durch den Wärmeträger aus. Dank den geringen Ausmassen des Films kann man die Höhe der Wirbelschicht der festen Teilchen auf ein Minimum reduzieren und dadurch den Energieverbrauch zum Durchblasen des Wärmeträgers wesentlich vermindern.
Also ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren im Vergleich zu den bekannten Verfahren eine Granulierung unter minimalem Verlust durch Wegtragen des Produkts in Form von Staub und unter geringem Energieverbrauch.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann wie folgt verwirklicht werden.
Als Keime der Granulatbildung werden Granulatsplitter, Salzkristalle oder andere feste Schüttstoffe verwendet.
Der aufgewirbelten Masse der festen Teilchen, beispielsweise einer Wirbelschicht, einer eruptierenden Schicht oder einer durch Vibration in den quasiflüssigen Zustand versetzten Schicht von festen Teilchen, durch die ein gasförmiger Wärmeträger mit vorgegebener Temperatur durchgeblasen wird, führt man die Ausgangsflüssigkeit auf solche Weise zu, dass sie sich in der Schicht in Form von einem beweglichen oder unbeweglichen Film verteilt. An der Oberfläche des Films wird ein Strom von festen Teilchen geführt. Die Bewegung der Teilchen an der Oberfläche des Films erfolgt entweder durch die Wirkung des Druckes des durch die suspendierte Schicht durchgeblasenen Wärmeträgers oder auf Grund der Bewegung des Films in bezug auf suspendierte Schicht, oder auf Grund der beiden Faktoren gleichzeitig.
Bei der Bewegung an der Filmoberfläche kommen die festen Teilchen mit dem Film in Berührung. Da der Film eine vorgegebene Länge hat, nehmen die der Grösse nach gleichen Teilchen, indem sie gleiche Strecken zurücklegen und dabei den Film berühren, auf ihrer Oberfläche gleiche Mengen von Flüssigkeit auf. Danach gehen die Teilchen in die Wirbelschicht über. Während der Bewegung der Teilchen in der Wirbelschicht trocknet oder kristallisiert das auf die Teilchenoberfläche aufgetragene flüssige Produkt infolge der Berührung derselben mit dem Wärmeträger, der eine vorgegebene Temperatur hat. Also setzt sich an den Teilchen eine gleiche Menge der festen Substanz ab. Durch den Kreislauf gelangen die Teilchen wieder an den Film und werden an dessen Oberfläche geführt. Der ganze Zyklus wird wiederholt, wodurch ein gleichmässiges Wachstum des Granulats gesichert wird.
Die Körner, die die aufgegebene Grösse erreicht haben, werden aus der Schicht entfernt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, den Prozess der Granulation von festen Stoffen sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich durchzuführen.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.
Beispiel 1
Kontinuierliches Granulieren von Ammoniumsulfat aus seiner 40 %igen Lösung
Als Ausgangsteilchen zur Erzeugung einer Wirbelschicht werden Kristalle von Ammoniumsulfat folgender Korngrösse genommen: Durchmesser, mm Menge, Gew. % 0,25-0,5 10 0,5-1 90
Die Teilchen wurden in den suspendierten Zustand mittels erhitzter Luft gebracht. Die Temperatur der suspendierten Schicht wurde im Bereich von 90-105" C gehalten. Der Widerstand der suspendierten Schicht betrug 30 + 60 mm WS.
Die Lösung wurde der Wirbelschicht in Form eines unbeweglichen Films zugeführt.
Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung hat: Durchmesser, mm Menge, Gew.% 1-2 26 2-3 74
Die Menge des weggetragenen staubförmigen Produktes, in Gew. % ausgedrückt, bezogen auf die zur Granulation aufgegebene Menge von Ammoniumsulfat und berechnet auf das vollkommen trockene Ammoniumsulfat, beträgt 1-2%.
Beispiel 2
Diskontinuierliches Granulieren von Nitrophoska aus dessen
Suspension, die 25-28 % Feuchtigkeit enthält
Als Ausgangsteilchen zur Erzeugung der Wirbelschicht werden Splitter von Nitrophoskagranulat von 1-2 mm Durchmesser verwendet.
Die Teilchen wurden in den suspendierten Zustand mittels erhitzter Luft gebracht. Die Temperatur der Wirbelschicht wurde im Bereich von 70-80" C gehalten. Die Höhe der Wirbelschicht wurde im Bereich von 140 + 180 mm durch periodische Entnahme von Granulaten gehalten.
Der Druckverlust in der Wirbelschicht betrug 40-70 mm WS.
Die Suspension wurde der Wirbelschicht in Form eines beweglichen Films zugeführt.
Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung hat: Durchmesser, mm Menge, Gew. % 34 99,1 2-3 0,6 0-2 0,3
Die Menge des weggetragenen Produktes, bezogen auf die Menge des zur Granulation aufgegebenen Produktes und berechnet auf das vollkommen trockene Produkt, beträgt 1-2 O/o.
Beispiel 3
Diskontinuierliches Granulieren von Ammoniaksalpeter aus seiner Schmelze
Als Ausgangsteilchen zur Erzeugung der Wirbelschicht werden Splitter von Ammoniaksalpetergranulat von 1-2 mm Durchmesser verwendet. Die Teilchen wurden mittels Kaltluft verwirbelt. Die Temperatur der Wirbelschicht wurde im Be reich von 60-70" C gehalten. Die Schmelze wurde der Wirbel- schicht in Form von beweglichem Film zugeführt.
Die Höhe der Wirbelschicht wurde im Bereich von 140-180 mm durch periodische Entnahme von Granulaten gehalten. Der Widerstand der Wirbelschicht betrug 40-70 mm WS.
Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung hat: Durchmesser, mm Menge, Gew. % 4-5 99,2 34 0,6 0,3 0,2
Die Menge des weggetragenen Produktes in Gew. % ausgedrückt, bezogen auf die Menge des zur Granulation aufgegebenen Produktes, beträgt 0,1-0,2%.
The invention relates to a process for the production of granules of solid substances, starting from a liquid phase in the form of a solution, suspension or melt of these solid substances, with the aid of a fluidized mass of solid particles by repeatedly exposing these solid particles to said liquid phase and evaporating the Solution or Suspending agent or crystallization of the melt.
Granulation processes are used in various branches of industry, e.g. B. in the nuclear industry for granulating radioactive and toxic substances or their mixtures, in the chemical industry for granulating fertilizers such as ammonium sulfate, urea, ammonium phosphate, ammonium nitrate and mixtures thereof.
A method is known for granulating solid substances from their solutions, suspensions or melts in the suspended layer of solid particles. According to this method, solutions, suspensions or melts are supplied in atomized form to the suspended layer, which consists of solid particles which serve as nuclei for the formation of granules and the growth of granules. The solid particles are in a continuous cycle. The nuclei of granule formation are such. B. granules or salt crystals are used. Said solutions, suspensions or melts are in the suspended layer of solid particles in the form of drops which, as soon as they reach the surface of the particles, wet the latter. The said layer is a heat transfer medium, for. B. flue gases with the required temperature, fed at the same time.
The wetted particles come into contact with the heat carrier, as a result of which either the liquid present in the solution or suspension is evaporated or the melt crystallizes; H. in both cases the solid matter will settle on the particle and, since the particles are in circulation, wetting of them will occur; H.
Contact with the introduced liquid several times. In this way, the granules grow.
One of the main disadvantages of the process mentioned is the polydispersity of the resulting product, i. H. a great inconsistency in the grain sizes of the granules obtained.
This is due to the fact that the spray nozzle disperses the supplied liquid, regardless of whether it is a solution, suspension or melt, in drops of different sizes. In addition, the specific number of drops decreases with distance from the spray nozzle. As a result, the particles moving through the zone of action of the spray nozzle get different amounts of the added substance, i. H. the granules grow unevenly at different speeds, which precisely leads to the polydispersity of the product obtained, even when monodisperse material is used as granulation nuclei.
Another disadvantage of the known method is that the product is substantially carried away from the suspended layer in the form of dust. This is explained by the fact that a large number of the very small droplets in the atomization zone of the spray nozzle have time to dry out or crystallize before they come into contact with the solid particles that act as granulation nuclei. Therefore, they are also carried away as dust by the heat transfer medium. In addition, it cannot be ruled out that larger drops are carried away when the suspended layer is small, and a large amount of energy is required to keep a layer of substantial height in the suspended state, which is also a disadvantage of the known method.
In addition, a large amount of energy is used to atomize the liquid.
The aim of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned.
The invention was based on the object of finding such conditions for the contact of the liquid product with the solid particles which allow a uniform growth of granules of the same size with minimal removal of the product and lower energy consumption.
According to the invention, the object is achieved in that the liquid phase in the form of a liquid film is brought into contact with the fluidized particles, the fluidized particles being passed over the surface of the film and thereby taking up portions of the fluid phase.
Because the solid particles touch a film of a given size, an equal amount of liquid is deposited on the particles of the same size, and the rates of growth of the same are correspondingly the same, i. H. the particles grow evenly. This ensures the preservation of monodisperse product with low layer thicknesses. The supply of the liquid phase to the suspended solid particles in the form of a film excludes the formation of droplets and consequently the removal of the product in the form of droplets and dust, which could form from droplets of small size, by the heat carrier. Thanks to the small dimensions of the film, the height of the fluidized bed of the solid particles can be reduced to a minimum and thus the energy consumption for blowing through the heat carrier can be significantly reduced.
Thus, in comparison to the known processes, the method according to the invention enables granulation with minimal loss due to the product being carried away in the form of dust and with little energy consumption.
The method according to the invention can be implemented as follows.
Granulate splinters, salt crystals or other solid bulk materials are used as nuclei for the formation of granules.
The whirled up mass of solid particles, for example a fluidized bed, an erupting layer or a layer of solid particles which has been vibrated into the quasi-liquid state and through which a gaseous heat carrier at a predetermined temperature is blown, is supplied with the starting liquid in such a way that it distributed in the layer in the form of a movable or immobile film. A stream of solid particles is carried on the surface of the film. The movement of the particles on the surface of the film occurs either due to the action of the pressure of the heat carrier blown through the suspended layer or due to the movement of the film with respect to the suspended layer, or due to the two factors simultaneously.
When moving on the film surface, the solid particles come into contact with the film. Since the film has a predetermined length, the particles of the same size take on equal amounts of liquid on their surface by covering equal distances and touching the film. The particles then go into the fluidized bed. During the movement of the particles in the fluidized bed, the liquid product applied to the particle surface dries or crystallizes as a result of the contact of the same with the heat carrier, which has a predetermined temperature. So an equal amount of the solid substance settles on the particles. Through the cycle, the particles reach the film again and are carried to its surface. The whole cycle is repeated, whereby an even growth of the granulate is ensured.
The grains that have reached the specified size are removed from the layer.
The method according to the invention makes it possible to carry out the process of granulating solid substances both discontinuously and continuously.
In order to better understand the present invention, the following specific examples are given.
example 1
Continuous granulation of ammonium sulfate from its 40% solution
The starting particles used to produce a fluidized bed are crystals of ammonium sulfate of the following grain size: diameter, mm amount,% by weight 0.25-0.5 10 0.5-1 90
The particles were brought into the suspended state by means of heated air. The temperature of the suspended layer was kept in the range of 90-105 "C. The resistance of the suspended layer was 30 + 60 mm WS.
The solution was fed to the fluidized bed in the form of an immobile film.
The result is a product that has the following grain composition: diameter, mm amount,% by weight 1-2 26 2-3 74
The amount of dust-like product carried away, expressed in% by weight, based on the amount of ammonium sulphate added to the granulation and calculated on the completely dry ammonium sulphate, is 1-2%.
Example 2
Discontinuous granulation of nitrophoska from its
Suspension containing 25-28% moisture
Splinters of nitrophosca granulate with a diameter of 1-2 mm are used as starting particles for generating the fluidized bed.
The particles were brought into the suspended state by means of heated air. The temperature of the fluidized bed was kept in the range of 70-80 ° C. The height of the fluidized bed was kept in the range of 140 + 180 mm by periodically removing granules.
The pressure drop in the fluidized bed was 40-70 mm WS.
The suspension was fed to the fluidized bed in the form of a moving film.
The result is a product that has the following grain composition: diameter, mm amount,% by weight 34 99.1 2-3 0.6 0-2 0.3
The amount of product carried away, based on the amount of product given up for granulation and calculated on the completely dry product, is 1-2%.
Example 3
Discontinuous granulation of ammonia nitrate from its melt
Splinters of ammonia nitrate granules with a diameter of 1-2 mm are used as the starting particles for generating the fluidized bed. The particles were swirled with cold air. The temperature of the fluidized bed was kept in the range of 60-70 ° C. The melt was fed to the fluidized bed in the form of a moving film.
The height of the fluidized bed was kept in the range of 140-180 mm by periodically removing granules. The resistance of the fluidized bed was 40-70 mm water column.
The result is a product which has the following grain composition: diameter, mm amount, wt.% 4-5 99.2 34 0.6 0.3 0.2
The amount of product carried away, expressed in% by weight, based on the amount of product given for granulation, is 0.1-0.2%.