CN100358620C - 旋转喷淋造粒装置及喷淋包裹造粒法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化工造粒的装置及方法，尤其适用于高粘度熔体的造粒以及对小直径颗粒进行包裹使其球径长大的方法，属于化工造粒装备领域。造粒喷盘固定在空心主轴的下端且由空心轴带动旋转，供料盒套在空心轴上，其上部与传动机构连接、下部的开口直对造粒喷盘，晶种颗粒物料进料管出料口与供料盒连通，传动机构套在空心轴上且带动空心轴旋转，集电滑环位于空心轴的顶部，供料盒套在供料盒上，其下部的开口直对造粒喷盘，熔融液体物料进料管出料口与供料盒连通。

Description

旋转喷淋造粒装置及喷淋包裹造粒法

技术领域：

本发明涉及一种化工造粒的装置及方法，尤其适用于高粘度熔体的造粒以及对小直径颗粒进行包裹使其球径长大的方法，属于化工造粒装备领域。

背景技术：

目前在化肥造粒方面有许多成熟的技术，比如在传统的尿素成粒过程中采用最多的是塔式熔体法喷淋造粒；在传统的复合肥成粒过程中采用最多的是团粒法造粒等等。

通常我们将熔点在300℃以下的，其物料特征是在常温状态下呈固态、在熔融状态下呈液态且具有可流动性的低熔点化工物料，将其加温熔融后用专用的设备将液态的物料以液滴的形式直接进入冷媒中，这个冷媒可以是气体或也可以是与物料不互溶的液体，该液滴在与冷媒接触后冷却收缩成固体的球型颗粒，这一工艺称为熔体造粒工艺。

在塔式熔体法喷淋造粒工艺里，主要采用造粒喷头喷淋造粒，一般是在造粒塔的顶部安装一个旋转的造粒喷头或是在造粒塔的顶部安装数个静止的造粒喷头，旋转的造粒喷头的机械传动形式有单一旋转造粒和差动旋转造粒两种。不论是旋转的造粒喷头还是静止的造粒喷头，也不论造粒机是单一旋转结构还是差动旋转结构，其熔融液的最终出口目前为止仍然全部采用的是多数量的小直径圆型的喷孔结构。

由于造粒塔高度的限制、由于熔融原料自身的因素诸如他的粘度、流动性、表面张力等等理化性能的限制、在复合肥熔体造粒方面由于熔融原料自身的因素诸如它的熔融液内的固体悬浮物的比例以及固体悬浮物的几何尺寸等物理条件的限制，目前用塔式熔体法喷淋造粒工艺生产粒状化肥必将受到一定的限制，比如在造粒塔的高度方面就决定了其颗粒的几何尺寸、又比如在复合肥熔体造粒方面对熔融浆液的制造工艺要求就增加了其生产难度和成本等。也就是说，由于上述的限制，故用传统高度的塔式熔体法喷淋造粒方法几乎不可能生产出大颗粒的化肥；又由于在制浆工艺中难免有诸如编织袋的纤维物以及固体物料中超出工艺要求的固体悬浮颗粒以及在高温熔融时产生的大于喷孔孔眼直径的固体化学反应物，因此就必须经常性的更换和清洗造粒喷头。

传统的造粒塔式旋转喷淋工艺的造粒喷头有以下特点：

1、由于工业化生产过程中熔融物料自身的高粘度特性加之生产系统中存在着诸多造成堵塞喷头孔眼的因素，故清洗更换造粒喷头的工作就是不可避免的且是相对频繁的。

2、由于复合化肥生产是一个低附加值的粗放型的再加工型的农用化工，对其生产工艺的过高要求势必加大它的生产成本，然而放松对其的相关工艺要求又将加速导致堵塞造粒喷头喷孔的事故发生，因此目前国内外对熔体复合肥塔式旋转喷淋造粒工艺均采用对原材料严格筛分以及经常性的清洗更换造粒喷头等工艺措施以求企业生产的正常进行。

3、用于造粒的熔融液当其熔融温度下降后必将由液态向固态转变，其自身粘度的变化亦随温度下降而急剧加大，为保证熔融液的工艺流动性，就必须要求造粒喷头有一定的温度，传统的工艺是用蒸汽对即将工作的造粒喷头进行充分预热以及停止造粒后立即用蒸汽对造粒喷头进行彻底吹除以保证在造粒喷头内没有残留的物料，故蒸汽的消耗量较大且随着更换造粒喷头的频率成正比增加。

4、颗粒直径的大小取决于造粒塔的高度，实践证明用现有的尿素造粒塔的高度、用传统的旋转喷淋工艺来生产多元复合肥几乎不可能产出平均直径大于3毫米的颗粒，因为直径稍大的颗粒在降落过程中其内核尚不可能完全冷却固化，落地后即像鸡蛋一样破碎并与其他成品颗粒粘连成片。因此若想制得更大球径的颗粒，办法只有加大造粒塔的高度或增大造粒塔的换热通风量，然而上述办法势必会带来建设成本和生产运行费用的急剧增加，因为颗粒体积增加的关系是立方几何的关系。

发明内容：

设计目的：避免背景技术中的不足之处，一是解决由于熔融物料自身的高粘度特性所带来的堵塞喷头孔眼的不足；二是工业生产中无需更换喷头；三是改变喷头的保温结构，确保熔液的流动性；四是在降低能耗、造粒塔高度的前提下，生产出大于3毫米的颗粒。

设计方案：本申请是在本申请人已申请专利名称为“旋转喷盘技术”、申请号为0410025815.1的基础上，通过进一步的改进而实现的。本申请为了克服熔融物料易堵塞造粒喷头孔眼的问题，提供了一种不用喷孔的旋转喷洒设计方案：当熔融的物料在接触到被加热的水平旋转的喷盘端面上时，由于离心作用熔液在随喷盘作旋转运动的同时将迅速滑至喷盘外缘，并呈切线方向脱离喷盘体。此时脱离了喷盘外缘的熔融液是呈薄膜状态的，由于其运动速度以及熔液自身表面张力等缘故，薄膜被迅速撕裂成一定体积的液滴，液滴在与空气接触降落的过程中收缩冷却成圆球状的固体颗粒。本申请正是将旋转喷盘造粒技术、电加热技术、集电滑环技术等结合起来综合成为一个全新的技术方案：既能直接造粒又能使作为晶种的小颗粒包覆长大的装置和用较低的造粒塔生产出较大直径的化工颗粒产品的方法。

本申请的主要特点在于：一是熔融液是在一个开放式的被加热的水平旋转体的端面上运动并脱离其旋转体的，由于不存在孔眼的束缚，故也就不存在孔眼被堵塞的问题。因为对于两种以上这样的物料复合，在将其熔融前几乎是很难对其内在的固体不溶物和杂质的几何尺寸进行完全限制的，更何况像磷铵这样的原料在加热至一定温度时还会发生化学反应生成一种大于工艺要求的固体钙化物，另外由于复合肥生产是一个再加工型工艺，原料多以袋包装形式进入加工场地，故在对原料拆包熔融过程中亦无法完全避免诸如包装物纤维等杂质进入熔融系统。本发明所采用的喷盘结构与传统的造粒塔式旋转喷淋工艺的造粒喷头的成粒原理根本的不同之处就在于：传统的塔式旋转喷淋工艺的造粒喷头熔融液是从造粒喷头的孔眼中喷射出的，而造粒喷盘熔融液则是从喷盘的开放式端面抛洒出的；二是由于不存在造粒喷头被堵塞的问题，故生产工艺指标就相对的放宽了一些；由于不存在造粒喷头被堵塞的问题，故压根就不需要清洗更换造粒喷头这一操作程序；仅上述两项改进其生产成本就必将随之下降；三是由于熔融液是在一个开放式的旋转体上运动，故喷盘端面上的熔融物料液态膜相对的较薄，加之喷盘旋转运动时的散热效应，仅靠熔融液自身的热容量显然不能平衡工艺所要求的温度，另外，初始供料时高温熔融液如接触到的是常温喷盘时则会由于巨大的温差而立即聚凝降低其流动性，再者设备停车后仍需要有足够的温度让系统中的残料经喷盘全部流尽。为了保证熔液有良好的流动性能，故必须对喷盘进行加热并对其加热温度进行控制。传统的方法是利用蒸汽对造粒器加热，当蒸汽进入遍布孔眼的造粒喷头后绝大部分直接就从孔眼溢出了，换热效率极低且溢出的蒸汽冷凝水必将滴落到造粒塔底部与成品颗粒接触，这一现象对于极易潮解的复合肥来讲是非常不利的，尽管如此，传统的造粒工艺还是只能用此加热的方法。而本发明的金属喷盘结构就可以用电加热器来对其加热，本发明利用圆环板状的电加热器对金属喷盘加热并对其加热温度进行控制的关键是采用了旋转集电的技术，旋转集电的技术是已有的成熟技术。集电装置可采用由集电环和碳刷架组成的滑环式集电装置亦可采用更高级的水银导电滑环装置，集电环固定在主轴的上端，共有四道滑环，其中两道滑环与电加热盘连接，另外两道滑环与温度传感器连接，连接他们的电缆从主轴的中心穿过。此项技术取代了传统工艺用蒸汽加热造粒器的办法，即省却了蒸汽又省却了相关的操作程序，自然也就降低了生产成本；四是由于本发明的特点之一是能使作为晶种的小颗粒包覆长大，故直接原始造粒的颗粒就不必要求太大，这样对造粒塔的高度要求也就不需要太高了，降低造粒塔的高度不只是降低了建设的费用，更主要的是由于各种原材料提升高度的降低而使生产中的运行费用以及提升装置的维修成本随之降低了许多。

技术方案1：熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，造粒喷盘10固定在空心主轴4的下端且由空心轴4带动旋转，供料盒7套在空心轴4上，其上部与传动机构3连接、下部的开口直对造粒喷盘10，晶种颗粒物料进料管5出料口与供料盒7连通，传动机构3套在空心轴4上且带动空心轴旋转，集电滑环2位于空心轴4的顶部，供料盒8套在供料盒7上，其下部的开口直对造粒喷盘10，熔融液体物料进料管6出料口与供料盒8连通。

技术方案2：一种使用如权利要求1的述的装置进行熔体复合肥旋转喷淋造粒方法，当晶种小颗粒落到被加热的水平旋转体的造粒喷盘的端面上时，在离心力作用下将迅速滑至喷盘的外缘，此时它将不可避免的接触到从熔融液进料盒泄落到造粒喷盘端面上的熔融液，由于离心力作用，造粒喷盘端面上的熔融液及晶种小颗粒物料在喷盘端面上停留的时间都极为短暂，粘覆在晶种小颗粒身上的熔液尚不足以将这粒晶种熔融就已经开始了冷却的过程，在降落冷却的过程中，晶种小颗粒周身包覆的熔融液以晶种小颗粒为核心收缩成一个更大体积的圆球颗粒，落入造粒塔底部的是两种颗粒产品，一种是原始造粒的也可以作为晶种颗粒的成品颗粒，另一种是包覆了一层熔融体的其体积增大了一圈的颗粒，两种颗粒产品同时落到造粒塔底的颗粒收集装置，经分级筛分处理后，符合工艺要求的颗粒进入成品包装工序，小于工艺要求的颗粒进入包覆工序，不符合包覆工艺要求的粉粒进入熔融工序，如此循环，直至喷淋造粒结束。

技术方案3：一种熔体复合肥旋转喷淋造粒装置构成的熔体复合肥旋转喷淋造粒塔，熔体复合肥旋转喷淋造粒装置位于造粒塔顶部的中心。

本发明与背景技术相比，一是可单独造粒亦可在直接造粒的同时对晶种小颗粒进行熔体包覆使其球径长大；二是机械结构简单、操作及维修方便；三是造粒喷头永无堵塞现象发生，故不须清洗更换造粒喷头；四是对熔融物料内固体原料的体积要求较传统工艺宽，操作工艺简单；五是喷头自预热及自行控制喷头造粒温度，整个造粒过程不需要蒸汽预热以及蒸汽吹除；六是由于原始造粒的颗粒球径较小，故造粒塔的高度较传统工艺的造粒塔要低许多；七是本申请同样也适应其它高黏度的、含有固相悬浮不溶物的化工物料的造粒。

附图说明：

图1是本发明的主视示意图。

图2是本发明的左视示意图。

图3是本发明的晶种小颗粒包覆长大的方法示意图。

图4是本发明的造粒包覆工艺流程图

具体实施方式：

参照附图1～4，对本申表作以说明。造粒机安装在空心圆柱结构的造粒塔顶部工作层上，电机14拖动造粒机传动机构3的空心主轴4下轴端联结的造粒喷盘10做单方向水平转动，与空心主轴4同心设置了两套环形的相互独立的供料盒，位于内圈的是晶种颗粒物料供料盒7，位于外圈的是熔融液体物料供料盒8，进料管5与晶种颗粒物料供料盒7连接，进料管6与熔融液体物料供料盒8连接，空心主轴4的下部对称的焊有一组带一定螺旋角度的片状浆叶15，它的作用是将固态的晶种颗粒均匀的洒布在旋转喷盘端面上，造粒喷盘10的下部是一个空心圆片形状的造粒喷盘电加热器11，造粒喷盘电加热器11和造粒喷盘10依靠压板12及螺栓联为一体，温度传感器13固定在压板12的端面上，在熔融液体物料供料盒8的外圈上套有一个进料盒电加热器9，造粒喷盘电加热器11及温度传感器13的导线从空心主轴4的中心孔中穿出与四滑道的集电环2连接，通过碳刷架1与电器控制箱联通。以熔融温度为125℃的N.P.K三元素复合肥为例：符合工艺要求的三元复合肥熔融液经熔融液体物料供料盒连续落入到被加热的水平旋转的造粒喷盘端面上，熔融液在接触到造粒喷盘端面后即随旋转喷盘做放射状的离心运动并呈切线方向迅速脱离喷盘体随即断裂成一定比例的液滴，液滴在降落过程中自然收缩冷却成球形固体颗粒。本实施方案成品颗粒的平均球径控制在Ф0.8～1.5毫米之间；造粒喷盘的加热温度靠温度传感器控制，本实施方案造粒喷盘控制温度为125℃+5℃；电机功率为1.5千瓦，电机的转速由变频器控制，通过改变喷盘的转速即可改变成品颗粒的球径及喷洒的范围；本实施方案的熔融液投放量为每小时2吨；本实施方案的造粒喷盘距地面的高度为40米。利用原始造粒的成品颗粒作为晶种颗粒，经提升系统进入晶种颗粒物料供料盒再定量落入到工作中的造粒喷盘端面上，此时造粒喷盘喷出的是两种颗粒产品，一种是原始造粒的成品颗粒，另一种是包覆了一层熔融体的其体积增大了一圈的晶种颗粒，两种颗粒产品同时落到造粒塔底的颗粒收集装置，经分级筛分处理后符合工艺要求的颗粒进入成品包装工序，小于工艺要求的颗粒进入循环包覆工序。本实施方案的晶种颗粒投放量为每小时1.5吨。

实施例1：熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，造粒喷盘10固定在空心主轴4的下端且由空心轴4带动旋转，供料盒7套在空心轴4上，其上部与传动机构3连接、下部的开口直对造粒喷盘10，晶种颗粒物料进料管5出料口与供料盒7连通，传动机构3套在空心轴4上且带动空心轴旋转，集电滑环2位于空心轴4的顶部，供料盒8套在供料盒7上，其下部的开口直对造粒喷盘10，熔融液体物料进料管6出料口与供料盒8连通。造粒喷盘10下端面设有一圆环形状的电加热器11，用压板12将其与造粒喷盘10固定。造粒喷盘10与集电滑环2、喷盘电加热器11、熔体物料供料盒8以及晶种物料供料盒7同心、其轴线与造粒塔中轴线重合。造粒喷盘10的背面装有温度传感器13。集电滑环2为四道，两道滑环连接电加热器11，另外两道滑环连接温度传感器13。喷盘电加热器11及温度传感器13的导线自空心主轴4的中心孔穿出与固定在空心主轴4顶部的集电滑环2连接。碳刷架1的四组碳刷分别与集电环2的四道滑环靠碳刷弹簧恒压常接触。位于熔体物料供料盒8及晶种物料供料盒7的出料口下方的造粒喷盘10由传动机构3的空心主轴4带动做单方向水平旋转，造粒喷盘10由电机14通过传动机构3驱动，电机14的频率由工业变频器控制。

实施例2：在实施例1的基础上，熔体复合肥旋转喷淋造粒装置安装在造粒塔顶部的中心即可。

实施例3：在实施例1和2的基础上，能使作为晶种的小颗粒包覆长大的原理以及方法：图三中黑色的实心箭头以及水平排列的短划线代表熔融液，空心箭头以及小圆点的阵列则代表晶种小颗粒，晶种小颗粒的供料盒7位于熔融液供料盒8的内圈，当晶种小颗粒落到被加热的水平旋转体的造粒喷盘10的端面上时，在离心力作用下将迅速滑至喷盘10的外缘，此时它将不可避免的接触到从熔融液进料盒8泄落到造粒喷盘10端面上的熔融液，由于离心力作用，造粒喷盘10端面上的熔融液及晶种小颗粒物料在喷盘10端面上停留的时间都极为短暂，因此粘覆在晶种小颗粒身上的熔液尚不足以将这粒晶种熔融就已经开始了冷却的过程，在降落冷却的过程中，晶种小颗粒周身包覆的熔融液由于自身表面张力原因将自然的以晶种小颗粒为核心收缩成一个更大体积的圆球颗粒，由于该颗粒的内核本身就是不需要冷却的固体，故尽管新的颗粒的体积增大了，但其冷却所需的距离或时间并不会比原始造粒所需的冷却距离或时间长，也正因为此，本方法仅用三分之二现有的尿素造粒塔的高度就可造出大于3毫米球径的复合肥颗粒。落入造粒塔底部的是两种颗粒产品，一种是原始造粒的也可以作为晶种颗粒的成品颗粒，另一种是包覆了一层熔融体的其体积增大了一圈的颗粒，两种颗粒产品同时落到造粒塔底的颗粒收集装置，经分级筛分处理后符合工艺要求的颗粒进入成品包装工序，小于工艺要求的颗粒进入包覆工序，不符合包覆工艺要求的粉粒进入熔融工序。图四是本专利的流程图，图中16为熔融物料混合装置，17为晶种颗粒储料斗，18为造粒装置，19为造粒塔底部集料漏斗，20、21、22为皮带输送机，23为筛分装置，24为成品颗粒包装工序，25为晶种颗粒提升装置。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本发明说明性的，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1、一种熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：造粒喷盘(10)固定在空心主轴(4)的下端且由空心轴(4)带动旋转，供料盒(7)套在空心轴(4)上，其上部与传动机构(3)连接、下部的开口直对造粒喷盘(10)，晶种颗粒物料进料管(5)出料口与供料盒(7)连通，传动机构(3)套在空心轴(4)上且带动空心轴旋转，集电滑环(2)位于空心轴(4)的顶部，供料盒(8)套在供料盒(7)上，其下部的开口直对造粒喷盘(10)，熔融液体物料进料管(6)出料口与供料盒(8)连通。

2、根据权利要求1所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：造粒喷盘(10)下端面设有一圆环形状的电加热器(11)，用压板(12)将其与造粒喷盘(10)固定。

3、根据权利要求1所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：造粒喷盘(10)与集电滑环(2)、喷盘电加热器(11)、熔体物料供料盒(8)以及晶种物料供料盒(7)同心、其轴线与造粒塔中轴线重合。

4、根据权利要求1所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：造粒喷盘(10)的背面装有温度传感器(13)。

5、根据权利要求1所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：集电滑环(2)为四道，两道滑环连接电加热器(11)，另外两道滑环连接温度传感器(13)。

6、根据权利要求2所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：造粒喷盘(10)的背面装有温度传感器(13)，温度传感器(13)的导线自空心主轴(4)的中心孔穿出与固定在空心主轴(4)顶部的集电滑环(2)连接。

7、根据权利要求3所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：集电环(2)的四道滑环分别与碳刷架(1)的四组碳刷靠碳刷弹簧恒压常接触。

8、根据权利要求1所述的熔体复合肥旋转喷淋造粒装置，其特征是：位于熔体物料供料盒(8)及晶种物料供料盒(7)的出料口下方的造粒喷盘(10)由传动机构(3)的空心主轴(4)带动做单方向水平旋转，造粒喷盘(10)由电机(14)通过传动机构(3)驱动。

9、一种使用如权利要求1的述的装置进行熔体复合肥旋转喷淋造粒方法，其特征是：当晶种小颗粒落到被加热的水平旋转体的造粒喷盘的端面上时，在离心力作用下将迅速滑至喷盘的外缘，此时它将不可避免的接触到从熔融液进料盒泄落到造粒喷盘端面上的熔融液，由于离心力作用，造粒喷盘端面上的熔融液及晶种小颗粒物料在喷盘端面上停留的时间都极为短暂，粘覆在晶种小颗粒身上的熔液尚不足以将这粒晶种熔融就已经开始了冷却的过程，在降落冷却的过程中，晶种小颗粒周身包覆的熔融液以晶种小颗粒为核心收缩成一个更大体积的圆球颗粒，落入造粒塔底部的是两种颗粒产品，一种是原始造粒的也可以作为晶种颗粒的成品颗粒，另一种是包覆了一层熔融体的其体积增大了一圈的颗粒，两种颗粒产品同时落到造粒塔底的颗粒收集装置，经分级筛分处理后，符合工艺要求的颗粒进入成品包装工序，小于工艺要求的颗粒进入包覆工序，不符合包覆工艺要求的粉粒进入熔融工序，如此循环，直至喷淋造粒结束。

Images