CN101984748A - 流化床制粒的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种流化床制粒方法和装置，通过馈送包含生长液(L)的输入流(F)和适于促进制粒的种子流(S1)，在制粒机(1)内维持微粒材料的适当流化床，并且其中，取所述输入流(F)的一部分(F2)作为所述流化床馈送的上游，并用于在种子生成器(33)中生成用于流化床的种子。

Description

流化床制粒的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于流化床制粒的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种方法和装置，其中，通过在流化床环境下进行的生长方法，将包含特定物质的液流转换成具有一定纯度的所述物质的固体颗粒。
现有技术
流化床制粒方法通过将颗粒保持在流化状态(例如通过吹气)，并且通过喷洒或雾化由待制粒物质制成的适当生长液或其溶液逐步裹覆颗粒并使颗粒增大。同一物质或另一物质的微小的固体微粒(一般直径小于2mm)(称作种子)还被馈送到流化床，作为生长液渐进沉积的起点促进液体的制粒进程。
大致来说，通过使生长液的液滴润湿种子和颗粒且将该液滴粘附和凝固在种子和颗粒上从而一起形成流化床来执行该方法。所述方法用于诸如尿素、硝酸铵和氯化铵和其他物质的制粒。
概括地讲，该方法的一个目的是以最佳可行方法形成具有近似预定的理想形状(例如球形)的颗粒；另一目的是使颗粒的尺寸和质量尽量保持恒定，即近似“单分散”的产品。也就是说，颗粒的尺寸和质量的统计分布应以理论的期望值为中心且具有尽可能小的偏差。
为了实现上述目的，有必要利用生长液有效湿润种子和生长中的颗粒。而且，生长液必须以非常小的液滴的形式馈送到流化床，所述非常小的液滴小于形成流化床的生长中的颗粒和种子。为使可能包含在生长液中且可能成为杂质保留在最终产品中的任何溶剂蒸发，生长液的液滴的尺寸也是关键性的。关于尿素的制粒，生长液实质上为尿素的水溶液，液滴更小，这促使水蒸发，提高了更有价值的高纯度的固体尿素颗粒的生产。
US-A-4353730揭示了一种用于制粒的现有方法和装置，其中，以雾化形式馈送生长液。然而，所述方法具有公认的缺陷，包括：基本上不能控制最终产品的微粒尺寸的分布；需要筛选生成的颗粒；产生了大量尺寸不可接受(过大或过小)的颗粒废料；需要回收这些废颗粒以及将它们循环到制粒方法的上游。
为了分离达不到最终产品尺寸要求的颗粒，对脱离流化床的颗粒进行筛选。如此得到的废弃颗粒作被回收作为流化床自身的生长种子。
图10示意性地示出了现有的这种类型的制粒方法。流化床制粒机1通过流水线102馈送生长液物质，并且通过种子馈送线103馈送适当的种子流。制粒机1中产生的颗粒通过输出流水线105馈送到分离器104。构成最终产品的可接受范围内的颗粒通过线106排出；过大或过小的颗粒分别通过线107和108排出。线108的较大的颗粒在设备109中被粉碎得到小微粒(线110)，这些小微粒与线107的较小的颗粒一起被回收到种子馈送线103。
换句话说，通过回收制粒机1自身输出的废弃颗粒获得馈送到流化床制粒机1的种子。因此，分离器104执行双重任务：筛选流化床输出的颗粒从而得到最终产品流106，以及向线103提供操作流化床制粒机1所必不可少的种子流。应当注意，被回收的颗粒部分(线107和108)可达到制粒机1的输出105的50％，一般为30-35％。
WO 02/083320揭示了有效得多的制粒方法及相关的流化床制粒机，尤其提供了在流化床中形成涡流环境，并且其中，在流化床的输出端处获得大致单分散的颗粒，即，脱离流化床的几乎所有颗粒都在最终产品可接受的尺寸范围内。然而，图10的方案需要将一部分生产的颗粒作为制粒方法的种子回收到流化床的输入端。因此，应用具有图10的已知方案的根据公开号为02/083320的专利申请的流化床制粒机具有如下局限性，其需要将准备销售的部分产品(线105)回收到该方法中。
总之，根据已知技术，特定物质的流化床制粒方法包括如下基本步骤：
-向流化床提供微粒材料，所述微粒材料包括方法所述物质的颗粒和适当物质的固体微粒，所述适当物质的固体微粒用作所述制粒方法的种子。
-将包括包含所述物质的生长液的输入流馈送到所述流化床；
-将所述种子流馈送到所述流化床，以促进颗粒的生长和保持液化质量；
-使用在流化床输出端处的颗粒的一部分以获得用于所述流化床的种子。
如上所述，需要持续改进制粒方法和装置，尤其需要用于市场价值受颗粒测定法且特别受颗粒的统一形状、尺寸和质量的剧烈影响的一些产品(例如像尿素)的方法和装置。
发明内容
基于本发明的问题是设计并得到一种适于克服现有技术的上述缺陷与限制的流化床制粒方法和装置；获得具有经控制的粒度的期望物质的颗粒；减少废品；简化制粒设备的设计。
这个问题通过一种特定物质的流化床制粒方法解决，所述流化床制粒方法包括以下步骤：
-提供微粒材料的流化床，所述微粒材料包括所述物质的颗粒以及用作制粒方法的种子的适当物质的固体微粒；
-将包括生长液的输入流馈送到所述方法，所述生长液包含所述物质；
-将所述种子的流馈送到所述流化床内，以促进颗粒的生长和维持流化质量；
-将固体颗粒流作为在所述流化床中执行的所述方法的输出；
其特征在于，所述输入流的第一部分直接馈送到所述流化床，并且所述输入流的第二部分用于生成至少一部分量的所述固体种子。
优选地，所述输入流的第二部分是所述输入流的较小部分，更优选地，所述第二部分与整体输入流之间的比率与种子和最终产品的颗粒之间的体积比有关。根据本发明的一个方面，所述第二部分与整体输入流之间的比率等于d3/D3，其中，d是所述种子的特征尺寸的平均值，D是在所述流化床的输出端处获得的固体颗粒的特征尺寸的平均值。在实践中，所述颗粒和种子大致近似球形，此处用球形进行示意；根据该模型，d是种子的平均直径，D是颗粒的平均直径。
优选地，所述输入流的第二部分用于产生馈送到所述流化床的全部固体种子，并且所述固体颗粒的输出流不再用于产生种子；然而，并不排除将所生产的颗粒用于产生种子的选择。
根据本发明的一个方面，包含在所述输入流的第二部分中的生长液在实施制粒的所述流化床的外部以适当的、本身已知的方法固化，获得其后馈送到所述流化床自身的适当区域的固体种子。
根据一个实施方式，根据本身已知的技术，所述输入流的第二部分通过在冷却输送带上沉积液滴进行固化，获得具有适当直径(例如2mm或更小)的固体锭剂，其构成所述制粒方法的种子。根据另一实施方式，所述输入流的第二部分馈送到竖直造粒塔中。在所述竖直造粒塔中完成的方法可包括例如如下步骤：通过将液体输入流馈送到诸如一个或多个位于造粒塔顶部的造粒料斗或造粒喷头的造粒设备来产生向下的小液滴流；在所述塔的内部形成冷却空气流，以使穿过所述塔下降的液滴冷却并固化；固体颗粒离开所述塔的底部，用作流化床制粒的种子。
所述输入流的第一部分以例如雾化或喷洒的适当形式直接馈送到所述流化床的适当区域。
在第一实施方式中，在大致水平的(纵向的)流化床中执行所述方法，其中所述输入流的第一部分沿同一流化床一侧或两侧上的连续的纵向馈送线馈送进入所述流化床。
在第二实施方式中，所述输入流的第一部分以不连续方式馈送到所述流化床的预定馈送区域中，所述预定馈送区域与所述流化床的主流方向对齐，并与所述流化床的不馈送所述输入液流的非馈送区域交替。所述馈送区域实质上用作利用所述输入流馈送的所述微粒材料的润湿区域，并且所述非馈送区域实质上用作所述生长微粒的干燥和固结区域。这将借助于下面给出的详细描述而更明显。
优选地，在所述流化床中产生并保持涡流环境。因此，向所述流化床提供诸如空气的气体介质的不均匀的液化流以便形成并维持所述涡流环境。更优选地，所述输入流在所述流化床的自由表面下方馈送，甚至更优选地，接近所述流化床的所述自由表面。
根据本发明的优选实施方式，并且还得益于采用了上述流化床结构，所述流化床的输出可直接作为最终产品，而不需要进行颗粒的筛选/分离。
所述流化床的所述涡流环境可通过设置横向涡流或双横向涡流实现，也就是说，所述涡流具有实质上平行于所述流化床的主流方向的轴线。
本发明的目的还在于适于运行上述方法的流化床制粒机。更具体地，本发明的目的还在于一种流化床制粒机，包括：至少一个用于流化床的容器，以及包含适当的生长物质的输入流的馈送部件，其特征在于，所述馈送部件包括用于直接向所述流化床馈送所述生长液的第一馈送部件和连接于种子生成器的第二馈送部件，所述种子生成器的输出端连接于所述流化床。
所述种子生成器可设置成例如冷却输送带或紧凑造粒塔。
本发明提供的用于制粒方法的种子由包含生长液的“新鲜”输入流直接生成，即，取一部分所述液体，将这部分液体固化成小球形的颗粒或锭剂，并将它们向下馈送到所述流化床，而不是从所述流化床的输出中取废弃固体颗粒、将它们粉碎成需要的尺寸、如果适当则再次将它们馈送到所述流化床。
已经发现，由于种子的形状更规则，这种生成种子的方法可获得更接近理想球形的颗粒，并因此获得更好的最终产品。特别地，新鲜生长液生成的种子和具有上述横向涡流的流化床的组合非常有效，并使所述流化床的输出直接作为最终产品而无需分离器，或在任何情况下都不会产生不可忽略的废品。还简化了所述系统的布局，尤其是流化床制粒机的下游，而无需用于粉碎和/或回收废弃颗粒的系统。
所述流化床的上述实施方式，尤其是具有与非馈送区域交替的馈送区域的流化床，产生大致单分散的颗粒(即，颗粒在非常小的范围内分散)，因而产生可直接销售的产品。这是本发明相较于现有技术的方法的基本优点，其中，可比较的商业产品仅可通过筛选制粒机的输出而获得，并且所述输出的30-35％被碾碎成特大或较小的颗粒回收。
本发明的其他特征和优点将通过示例性且非限制性的制粒方法的具体实施方式的描述变得更清楚，下面将参照附图给出所述描述。
附图说明
图1是根据本发明的制粒装置的操作示意图。
图2和3是可替换的实施方式中图1所示装置的组成示意图。
图4和5是本发明的一个实施方式中图1的装置的流化床制粒机的视图和纵向剖视图。
图6是图4和5的制粒机的横截面图，示出了流化床的涡流。
图7是图4和5的制粒机的不同的横截面图。
图8和9是根据本发明的另一实施方式中图1的装置的流化床制粒机的视图和纵向剖视图。
图10是现有技术中制粒装置的操作示意图。
具体实施方式
参照图1，通过在制粒机1内部形成微粒材料的流化床来执行根据本发明的方法，并通过馈送线30馈送适当生长液的输入流F。
馈送线30分为连接于制粒机1的第一线31和连接于种子生成器33的第二线32。优选地，第一线31传送输入流F的主流部分F1，而较小部分F2通过线32馈送到种子生成器33。
将生长液的流部分F1沿馈送纵向线34馈送到形成于制粒机1内部的流化床，连续馈送到位于制粒机1自身一侧或两侧上，或馈送到所选择的离散区域内。
种子生成器33输出生长液固化或包含在所述液体中的待制粒物质固化而得到的固体颗粒或锭剂的流S1。所述固体颗粒或锭剂的流S1自生成器33通过线35馈送到制粒机1。所述生成器33中生成的种子具有作为流化床内的种子操作所需的适当尺寸，例如直径约为1-1.5mm或更小的球形。
制粒机1的输出36可连接于用于筛选或分离固体颗粒的部件，或可直接作为制粒的最终产品。
优选地，流部分F2使得所述流部分F2与整个输入流F之间的比例等于d3/D3，其中，d是产生于生成器33内并馈送到制粒机1的种子的平均直径，并且D是在制粒机1的输出端36处得到的固体颗粒的平均直径。换句话说，参见图1，通过线32的流量与通过线30的流量之间的比等于上面所定义的d3/D3。
图2以简化的方式示出了种子生成器33的一个实施方式。将生长液的流部分F2通过线32馈送到旋转成形设备40，并在冷却的钢带41的外表面上沉积小液滴。通过诸如连接于冷却水馈送43和回路44的喷洒器42的内部冷却回路冷却带41的相对的内表面。带40的经冷却的表面促使液体固化，形成由旋转成形设备40相对端的排出部分45输出的固体锭剂，并形成生成器33的输出流S1，其通向制粒机1。
图3是生成器33的另一实施方式的概略图，其由紧凑造粒塔实现。更具体地，这个另一实施方式的生成器33包括具有安装于其顶部的造粒料斗51的竖直塔50。料斗51具有穿孔侧壁，并连接于用于绕竖直轴旋转的传动轴。生长液的部分L2馈送到料斗51，生成小液滴流60，通过料斗51的穿孔侧壁喷射并向下流到塔50的底部。
冷却空气61自底部导管52进入塔50，自顶部排出管53离开塔50，从而相对于液滴流60逆流流动。液滴在所述冷却气体的作用下固化，并在塔50的底部出口54处排出，形成种子流35。
应当注意，上述系统本身是已知的，因此，此处不对其进行更详细的描述。在其他实施方式(未图示)中，图3的造粒塔可装配有一个或更多诸如振动喷头的造粒喷头，这些造粒喷头本身也是已知的，因而也不对其进行详细描述；此外，塔内的冷却流可与液滴形成顺流。
现在参照优选实施方式描述流化床制粒机1。
在图4至7的第一实施方式中，流化床制粒机1主要包括水平容器2，水平容器2具有由例如穿孔元件制成的透气的底部3；两个相对的长侧壁4、5；拱壁6和排出壁7。
排出壁7设有用于排出(制粒的)最终产品及固定流化床的最大高度的顶部开口8。可使用其他适当的排出部件，例如由流化床级操作的自动阀。
馈送器9安装在拱壁6的上侧，接收所述设备33中产生的种子流S1，并沿拱壁6提供均匀分布的种子。馈送器9本身是常见的，因此不需要对其进行详细描述。
在容器2的下方安装吹气系统(未图示)，其产生气流A，该气流A在容器2内部形成并保持包括种子和颗粒的微粒材料的流化床状态，以及具有大致水平轴的连续涡流。为此目的，容器的底部3是穿孔的，并优选地设有用于获得进入容器2内的不均匀分布的气流A的合适的常规部件(例如，通过将所述流A分成具有不同比例的段或改变流化床内该流的进入方向)，以便在流化床内形成和保持涡流。
此外，种子S1可有利地通过气流A预热。
由种子S1的连续馈送所平衡的、通过开口8的连续排出确定了流化床的纵向主流或“流动静脉”，自由表面P从拱壁6向相对的壁7沿流化床的方向轻微地向下倾斜(图5)。根据这种设定，种子S1仅位于制粒机1头部(壁6)的附近，而流化床的其余部分由逐渐生长的颗粒形成。
通过稍低于流化床的自由表面P的侧分配器10将雾化的且与空气混合的生长液L引入容器2。可以雾化的形式馈送生长液L并在溶剂中相对稀释该生长液L。例如，就尿素颗粒而言，该雾化的生长液可包含重量百分比从94％到接近100％的熔融尿素，其余为水(溶剂)。
分配器10沿容器2的整个长度延伸，提供连续的且分散供应的液体L，其相对于流体静脉的流动成横向。换句话说，沿对应于侧分配器10的、连续的水平馈送线(图1的线34)馈送到流化床。
由于上述设置，在流化床内形成连续涡流V，并得以保持(图6)。涡流V是横向的，即，具有大致平行于容器2的长度并且因此平行于通过流化床的主流(流动静脉)方向的轴。
分配器可装配有一个侧分配器10，或在相对的两侧上装配两个具有液体输入L和L1的分配器10a和10b(图7)，使流化床在两个相反且平行的馈送线上获得馈送，并且流化床本身设计为具有双涡流布置，即，大致在流化床的右部延伸的涡流V1和大致在左部延伸的另一相反的涡流V2。涡流V1和V2的旋转方向是相反的。
图6和7还显示了流化床的上部区域Z1和下部区域Z2，其中，在上部区域Z1，通过雾化液体L使种子变湿，并使可能包含的溶剂蒸发，而在下部区域Z2，生长液发生固化和固结。
根据以引用方式合并于此的WO 02/074427或WO2005/097309，可以提供流化床制粒机1的其他细节。
图8和9涉及另一实施方式，其中，流化床在不连续的预定区域中被馈送。更具体地，制粒机1包括多个分配器10，所述多个分配器10横跨一个或两个侧壁4、5的整个长度，并位于自底部3起的预置高度处，在流化床的自由表面P的下方。所述分配器10在与非馈送区域Z”交替的不连续区域Z’内提供流化床的馈送。
更具体地，每个分配器10将生长液L馈送到流化床的相应馈送区域Z’，所述馈送区域Z’大致横跨容器2的整个横向范围，并在纵向受到支承各个分配器10的长侧壁4和5的部分的限制。非馈送区域Z”与所述区域Z’交替，大致横跨容器2的整个横向范围，并在纵向受到隔离两个连续分配器10的长侧壁4和5的部分的限制。
优选地，在非馈送区域Z”内开始和结束该方法，即，在邻近拱壁6的区域Z”内开始，在靠近排出壁7的最后一个区域Z”内结束。
邻近拱壁6的非馈送区域Z”(即，位于种子S1的位置)还优选设置一个在生长液润湿种子S1前用于种子S1的规则涡流。
图8和9的制粒机的其他特征包括用以保持流化床状态的吹气系统，以及提供图6或7所示的涡流环境，基本上可根据WO 02/074427和WO 2005/097309所揭示的上述内容提供。
现在简要描述所述流化床所执行的制粒方法。
在稳态条件下，容器2内部的种子和成长中的颗粒通过气流A保持流化(流化床)状态，横穿底部3并以非均匀的方式分布在流化床内部，以形成并保持涡流V。
流化床的水平高度根据从拱壁6朝向相对壁7的主流通过开口8或自动排出阀的排出确定。
还应当注意的是，空气A与形成该流化床的生长中的颗粒进行热交换，逐渐加热空气A自身。实际上，空气A移除了馈送到种子S1和生长中的颗粒上的生长液的固化热。
随着所述生长液内的物质的固化和可能位于所述生长液中的溶剂的部分蒸发，定位于流化床上层的流化床微粒(颗粒或种子)受到雾化的生长液流L的微粒的多次碰撞和润湿。结果，流化床相关(上)区域内的颗粒温度升高。
例如参照图6，在涡流V的作用下，“润湿的”颗粒被推向容器2的相对的壁4，自然地向底部3偏转。在向底部3偏转的过程中，颗粒离开流化床的上热层，逐渐穿过冷却层。在此过程中，生长液在颗粒的表面固化并固结。这一步骤在颗粒向壁5运动的过程中完成；然后，颗粒在壁5附近偏转，并且再次朝向流化床的上热层(图6)。
大致重复上述过程，并在由流体静脉引起的从壁6到壁7的路径中，随着质量和体积的逐渐增加，重复润湿、固化和蒸发步骤(图5)。
如果保持容器长度相同以及流化床的操作条件，图7的实施方式可能大致使制粒机的产量翻番。
参照图8和9的制粒机，非馈送区域Z”(与“润湿”区域Z’交替)通过气流A干燥颗粒，这使得生长液的残余溶剂大量蒸发并且允许回收固化热，因而使生长中的颗粒进一步固结，这有利地改善了它们的机械性能，尤其是它们的硬度。
可以这样描述，流化床微粒穿过每个区域Z’，在其内受到生长液的润湿和固化作用，增加体积和质量；交替的后继区域Z”提供基本的干燥和固结步骤来提高产品的硬度。本发明的这个实施方式具有馈送和非馈送区域Z’、Z”，尤其适于产生的颗粒大致单分散时，从而得到可直接销售的产品，即输出线36(图1)可不经过筛选而通向最终产品的存储。当然也可以进行筛选，但废颗粒非常少。应当注意的是，在这种情况下，本发明不需要将部分最终产品用于生产种子，即，该方法整体上更有效率。
在尿素的制粒领域，如果将包括生长液(尿素溶液)的流L以2到50m/s的速度通过沿制粒机1的单长侧壁的2至20个一系列的分配器10馈送到流化床的区域Z’，将会获得特别令人满意的结果。连续分配器之间的间距可以相同，也可以不同，这取决于待制粒的物质，优选地，沿分配器的长度大小排序。所得到的最终产品中，90％的颗粒的直径为2至4mm。
本发明可能得到适当粒度的(即可直接销售的)最终产品，与此同时，本发明显著地降低了相应制粒工厂的投资和维护成本，以及能源消耗。

Claims (12)

1.一种特定物质的流化床制粒方法，包括以下步骤：
-提供微粒材料的流化床，所述微粒材料包括所述物质的颗粒以及适当物质的固体微粒，所述适当物质的固体微粒用作所述制粒方法的种子；
-将包括生长液(L)的输入流(F)馈送到所述方法，所述生长液(L)包含所述物质；
-将所述种子的流(S1)馈送到所述流化床内，以促进颗粒的生长并维持流化质量；
-将固体颗粒流作为在所述流化床中执行的所述方法的输出；
其特征在于，所述输入流(F)的第一部分(F1)直接馈送到所述流化床，并且所述输入流(F)的第二部分(F2)用于至少生成所述种子流(S1)的一部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二部分(F2)是所述输入流的较小部分。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二部分(F2)与所述输入流(F)之间的比率等于D3/d3，其中，d是所述种子的特征尺寸的平均值，D是在所述流化床的输出端处获得的固体颗粒的特征尺寸的平均值。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述输入流的第二部分(F2)通过在冷却输送带(41)上沉积液滴进行固化，获得具有适当直径的固体锭剂。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述输入流的第二部分(F2)在造粒塔(50)内固化。
6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述输入流的第二部分(F2)用于生成馈送到所述流化床的全部种子流(S1)。
7.如权利要求6所述的方法，其中，直接将所述流化床的输出流(36)作为所述制粒的最终产品，无需进一步筛选并分离废弃颗粒。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将所述输入流的第一部分(F1)沿所述流化床一侧或两侧上的连续纵向馈送线(34)馈送到所述流化床。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，将所述输入流的所述第一部分(F1)馈送到所述流化床的离散的预定馈送区域(Z’)中，所述馈送区域(Z’)与所述流化床的主流方向对齐，并与同一流化床的非馈送区域(Z”)交替，所述馈送区域(Z’)实质上通过所述液流用作所述微粒材料的润湿区域，所述非馈送区域(Z”)实质上用作所述生长微粒的干燥和固结区域。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述流化床中引起并维持涡流环境，当设置有横向涡流(V)或双横向涡流(V1、V2)时，所述涡流(V；V1、V2)的轴线实质上平行于所述流化床的主流方向。
11.一种制粒装置，适于操作根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。
12.如权利要求11所述的制粒装置，包括：构成和维持所述流化床的至少一个制粒机(1)，以及输入流(F)的馈送部件(30)，所述输入流(F)包含生长液，其特征在于，所述馈送部件包括用于直接向所述制粒机(1)馈送所述生长液的第一馈送部件(31)，以及连接于种子生成器(33)的第二馈送部件(32)，所述种子生成器(33)适于将所述输入流(F)的一部分转化成固体种子(S1)，所述种子生成器(33)的输出端连接至所述制粒机(1)，并将所述种子(S1)馈送到所述制粒机。
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