CN106268499A - 自动化造粒系统及其造粒机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能不结块的自动化造粒系统及其造粒机。自动化造粒系统包含：原料槽、秤量机、给料机、尿素加料机、造粒机以及干燥机。造粒机包含：翻滚料床及埋设于其中的埋床管状反应器，其包含：第一喷管，具有第一进料口及第一喷孔；第二喷管，具有第二进料口、第一连结孔及第二喷孔，第二喷管的管径大于第一喷管的管径以套设于第一喷管而使第一喷孔与第一连结孔相连；以及第三喷管，具有第三进料口、第二连结孔及第三喷孔，第三喷管的管径大于第二喷管的管径以套设于第二喷管而使第二连结孔与第一连结孔、第二喷孔及第一喷孔相通。

Description

自动化造粒系统及其造粒机

技术领域

本发明涉及一种自动化造粒系统及其造粒机，特别是一种具有埋床管状反应器的自动化造粒系统及其造粒机。

背景技术

传统TVA(Tennessee Valley Authority)方法利用管状反应器代替槽式搅拌氨化反应器生产复合肥料。在传统TVA方法中，各种固态原料例如氨化钾、磷酸一铵等进入造粒机后，由分离的氨管与酸管将稀硫酸及液氨加入造粒机。稀硫酸和液氨在造粒机内的管道中连续反应并直接进入造粒机料层进行造粒工作。上述原料在70～80℃温度和蒸汽的调节下于造粒机内团聚成粒。成粒的湿物经过后续冷却硬化，再至干燥机内干燥脱水。经过筛分后，合格的颗粒可进行包膜处理，而太大的颗粒则回流造粒机进行再造粒。

传统分离的氨管与酸管相隔约四吋，因此液氨与稀硫酸在接触反应前容易在翻滚的料层内被其它原料包覆而形成黏稠酸球，部分再到干燥机内进行反应黏结，最终造成干燥机内物料严重结块。这些黏结以及结块会使料床翻滚不顺或料层流动不易，进而导致造粒流程变长，造粒控制回流量大，浪费过多能源。

此外，传统分离的氨管与酸管的设计使容易流失氨，进而产生氨酸局部不平衡及反应不完全的问题，更使管状反应器内酸雾过大。如果使用浓硫酸，管状反应器的运行条件则会更加严苛，更容易造成管线堵塞的困扰。要解决上述诸多问题，必须精准的控制硫酸、液氨及蒸汽的运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够降低造粒系统结块及节省能源的自动化造粒系统及其造粒机。

本发明的一种自动化造粒系统，包含：一原料槽，用于接收固态原料；一秤量机，连接原料槽，用于自动秤出预设重量的固态原料；一给料机，连接秤量机，用于分配预设重量的固态原料；一尿素加料机，用于提供尿素；一造粒机，连接给料机及尿素加料机，造粒机包含：一埋床管状反应器，用于接收液态原料，埋床管状反应器包含：一第一喷管，具有一第一进料口及一第一喷孔；一第二喷管，具有一第二进料口、一第一连结孔及一第二喷孔，第二喷管的管径大于第一喷管的管径，且第二喷管套设于第一喷管而使第一喷孔与第一连结孔相连；以及一第三喷管，具有一第三进料口、一第二连结孔及一第三喷孔，第三喷管的管径大于第二喷管的管径，且第三喷管套设于第二喷管而使第二连结孔与第一连结孔、第二喷孔及第一喷孔相通；以及一翻滚料床，用于接收预设重量的固态原料、尿素及液态原料并造粒产生一产品颗粒，其中，埋床管状反应器埋设于翻滚料床中；以及一干燥机，连接造粒机，用于干燥产品颗粒。

本发明的自动化造粒系统可划分为一第一楼层、一第二楼层、一第三楼层、一第四楼层以及一第五楼层。

本发明的自动化造粒系统的第一楼层包含冷却机、成品筛、裹粉机、粉碎机、细粉带输机、该返料给料斗提机、液氨储存槽、一硫酸储存槽以及一尿素储存槽。

本发明的自动化造粒系统的第二楼层包含干燥机、第二洗涤塔以及第一洗涤塔。

本发明的自动化造粒系统的第三楼层包含造粒机、三合一管状反应器、第一喷管、第二喷管、第三喷管以及控制计算机。

本发明的自动化造粒系统的第四楼层包含秤量机、混合机、原料受槽、造粒给料斗提机、尿素加料机、第二打散机以及尿素粉碎机。

本发明的自动化造粒系统的第五楼层包含第一打散机、斗提机以及原料槽。

本发明的一种造粒机包含：一埋床管状反应器，包含：一第一喷管，具有一第一进料口及一第一喷孔；一第二喷管，具有一第二进料口、一第一连结孔及一第二喷孔，第二喷管的管径大于第一喷管的管径，且第二喷管套设于第一喷管而使第一喷孔与第一连结孔相连；以及一第三喷管，具有一第三进料口、一第二连结孔及一第三喷孔，第三喷管的管径大于第二喷管的管径，且第三喷管套设于第二喷管而使第二连结孔与第一连结孔、第二喷孔及第一喷孔相通；以及一翻滚料床，其中，埋床管状反应器埋设于翻滚料床中。

相对于现有技术，本发明可以在造粒过程中节省大量的干燥热能、动力电能和原料成本。同时，以此自动化造粒系统所生产的复合肥料自然形成内部加固型的缓释肥料，无须包膜也会具有耐水、缓溶、常效的优点，降低了对农地的污染。

为了使本领域技术人员了解本发明之技术内容并据以实施，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1A为本发明实施例的一种自动化造粒系统示意图；

图1B为本发明实施例的一种自动化造粒系统的分层示意图。

图2A为本发明实施例的一种造粒机的侧视图；

图2B为本发明实施例的一种造粒机的剖视图；

图3为本发明实施例的一种埋床管状反应器的俯视图；

图4为图3中沿A-A线的剖视图；

图5为本发明实施例的一种埋床管状反应器及毛刷机构的结合立体图；

图6为本发明实施例的一种造粒过程的温度曲线图。

附图标记说明：100-自动化造粒系统；1-第一打散机；2-斗提机；10-原料槽；20-秤量机；21-混合机；22-原料受槽；30-给料机；31-造粒给料斗提机；32-第一洗涤塔；40-造粒机；41-毛刷机构；50-翻滚料床；60-埋床管状反应器；61-第一喷管；611-第一进料口；6111-第一管线；612-第一喷孔；62-第二喷管；621-第二进料口；6211-第二管线；622-第一连结孔；623-第二喷孔；63-第三喷管；631-第三进料口；6311-第三管线；632-第二连结孔；633-第三喷孔；6411-第四管线；70-尿素加料机；71-第二打散机；72-尿素粉碎机；80-干燥机；81-第二洗涤塔；82-冷却机；83-成品筛；84-裹粉机；85-粉碎机；86-细粉带输机；87-返料给料斗提机；91-第一温度传感器；92-第二温度传感器；93-第三温度传感器；94-第四温度传感器；95-旋转轴；96-基底；201-硫酸储存槽；202-液氨储存槽；203-尿素储存槽；204-控制计算机。

具体实施方式

图1显示了本发明实施例的一种自动化造粒系统100，包含：原料槽10、秤量机20、给料机30、造粒机40、尿素加料机70以及干燥机80。其中，造粒机40包含翻滚料床50及埋床管状反应器60。埋床管状反应器60则包含第一喷管61、第二喷管62及第三喷管63。

原料槽10用于接收固态原料。原料槽10中的固态原料可以先由第一打散机1搅拌及分散，避免后续处理时的黏结，再经由斗提机2运送到原料槽10。原料槽10中可以包含数个储料槽，每一个储料槽可以储存一种固态原料。若造粒的产品为复合肥料时，固态原料可以为过磷酸钙、氯化钾、磷酸一铵及填料等，不同的复合肥料会有不同的成分，可以任意调整。

秤量机20可以是自动秤量机。秤量机20连接原料槽10，承接原料槽10送来的固态原料，同时自动秤出预设重量的固态原料。固态原料的预设重量是依照最终产品的成分精确计算而得出，误差可以管控在0±1.5％之间。在计算预设重量时，应针对制程中所产生的变化，如温度、湿度、飞损，将所需的补偿数值考虑进去。

自动化造粒系统100可以进一步包含一控制计算机(图未示)，控制计算机可以依照预先设定的参数评估制程变化中所需的补偿数值，考虑该补偿数值后再计算得到准确的预设重量。同时，秤量机20可以将量测讯号回传至控制计算机。自动秤量机及控制计算机的配合可以减少更改配方时所需要花费的心力与时间。因此当固态原料的价格改变时，可以随时调整配方并使用较便宜的原料，以降低生产成本。

经秤量机20秤出的预设重量的固态原料可以经过混合机21的混合，再被输送到原料受槽22，再送到给料机30。给料机30可以直接将预设重量的固态原料分配到与给料机30相连接的造粒机40，也可以藉由造粒给料斗提机31将预设重量的固态原料分配到造粒机40。这整个运送的过程中应注意避免成分分离(segregation)。

尿素原料可以经过第二打散机71打散后再藉由尿素加料机70提供尿素至造粒机40。尿素加料机70也可以先将尿素运送至尿素粉碎机72中进行细致化处理后再送至造粒机40。

参见图2A及图2B，本发明实施例的造粒机40包含埋床管状反应器60及翻滚料床50。造粒机40连接给料机30及尿素加料机70，以接收来自给料机30及尿素加料机70的各种固态原料至其中的翻滚料床50上。埋床管状反应器60用于接收液态原料并依照设定将液态原料提供至造粒机40中的翻滚料床50上。第一喷管61、第二喷管62及第三喷管63分别负责不同的液态原料。

参见图3及图4，第一喷管61具有一第一进料口611及一第一喷孔612。第一进料口611可以位于第一喷管61的一端口，第一喷孔612可以为第一喷管61的管身上方的细裂孔。第一种液态原料可以经由第一进料口611进到第一喷管61再由第一喷孔612喷洒到造粒机40中的翻滚料床50上。

第二喷管62具有一第二进料口621、一第一连结孔622及一第二喷孔623。第二进料口621可以位于第二喷管62的一端口的侧壁，第一连结孔622及第二喷孔623可以分别为第二喷管62之管身上方不同的裂孔。第二喷管62的管径大于第一喷管61的管径，可以使第二喷管62套设并套迭于第一喷管61而让第一连结孔622与第一喷孔612相连。

参见图4所示的为埋床管状反应器60的A-A线的剖视图。我们可以看到第一喷孔612两侧的管壁与第一连结孔622两侧的管壁相连使第一喷孔612与第一连结孔622重迭且从第一喷管61的管内可以通连到第一连结孔622外，因此第一种液态溶液从第一喷孔612喷洒出来时会经过第一连结孔622。第二喷孔623则通往第二喷管62的管内。第二种液态溶液可以从第二进料口621进入到第二喷管62之管内，再由第二喷孔623喷出至造粒机40中的翻滚料床50上。

第三喷管63具有一第三进料口631、一第二连结孔632及一第三喷孔633。第三进料口631可以位在第三喷管63的一端口的侧壁，第二连结孔632及第三喷孔633可以分别为第三喷管63的管身上方不同的孔洞。第三喷管63的管径大于第二喷管62的管径，可以使第三喷管63套设并套迭于第二喷管62而让第二连结孔632与第一连结孔622、第二喷孔623及第一喷孔612相通。

从埋床管状反应器60的A-A线的剖视图中可以看到第二连结孔632较大，第二连结孔632两侧的管壁分别连接于第一连结孔622一侧的管壁以及第二喷孔623一侧的管壁以涵盖第一连结孔622及第二喷孔623，使得与第一喷孔612重迭的第一连结孔622和第二喷孔623都与第二连结孔632相通，让第二种液态溶液可以从第二喷管62之第二喷孔623喷出且经过第二连结孔632。同时，第一种液态溶液从第一喷管61内喷出时也会经过第二连结孔632。第三种液态溶液可以从第三进料口631进入到第三喷管63之管内，再由第三喷孔633喷出至造粒机40中的翻滚料床50上。

翻滚料床50用于接收预设重量的固态原料、尿素及液态原料并负责造粒产生一产品颗粒。如图2B所示，埋床管状反应器60埋设于翻滚料床50中，翻滚料床50可以依照顺时针方向滚动以将所有原料(图中灰色部分)混合并进行造粒。最后，干燥机80连接造粒机40，用于干燥造粒机生产出的产品颗粒，使含水量可以达到1.5％以下，硬度可以达到36牛顿。干燥机80是二次反应，也是容易结块的地方。

本发明实施例的埋床管状反应器60应用在生产复合肥料时，第一喷管61可以为一硫酸喷管(管径可以为1.5吋)，第二喷管62可以为一液氨喷管(管径可以为2吋)，且第三喷管63可以为一蒸汽喷管(管径可以为3吋)。硫酸喷管及液氨喷管负责将酸及氨带入进行反应，而蒸气喷管负责提升温度。硫酸可以使用重量百分比浓度98％±2％之硫酸，液氨则可以使用重量百分比浓度82％的氨，更佳可以使用99.5％，蒸汽的压力可以使用到6kg/cm²。

在本发明的实施例中，液氨与浓硫酸可以因此分别细分散后再行中和反应，使pH值均匀而稳定，生成的高温硫铵进入翻滚料床50。经过在翻滚料床50中的翻滚以及通过高温反应区的辗压，新原料及返料就结合成高温、浑圆、坚硬、耐水、缓溶又长效的“内部加固型”粒状缓释复合肥料，可以不须再包裹缓释层，使成本低于包裹缓释肥料，同时避免包裹物质污染农地耕作物。

由于硫酸喷管及液氨喷管之间的距离较传统肥料造粒系统近，使氨逸失最少，并使酸氨化学反应率高，因此反应热吸收也高，能降低蒸气的使用量。同时，也能减少反应器内的酸雾产生，减缓除尘系统的压力，减少集尘器将酸雾抽出的能耗，例如图1中与造粒机40相通的第一洗涤塔32可以用于处理酸雾。之后，反应热传热给新原料后能迅速提高翻滚料床50的温度到160～180℃，驱除新原料的水分到2.5％左右。如此一来，不但可以节省加热的能源，增加固态原料颗粒间黏性，增加造粒液相，使成球粒达90％，同时使生产力提高65～100％。另外，还可以在造粒机40中边造粒边干燥，增加产品粒子的强度，减少了之后到达干燥机80用于干燥产品颗粒的能源。

上述98％浓硫酸的使用会产生许多问题，反应器运行的条件更佳严苛，为了解决造粒系统结块的问题，本发明实施例的埋床管状反应器60内进一步包含了堵塞传感器(图中未显示)，用于侦测喷管的堵塞，例如但不限于压力传感器。当埋床管状反应器60压力过大时，即显示喷管可能有堵塞的状况，需要进行处理，并将此讯息回传给控制计算机。此时，可以视情况交互使用下述两种方法。

参见图5，造粒机40进一步包含一堵塞破除装置，其设置于埋床管状反应器60外侧使其接触埋床管状反应器60，用于清洁第一喷孔61、第二喷孔62、第三喷孔63或其组合。例如，堵塞破除装置可以为一毛刷机构41，其紧靠于第一喷孔61、第二喷孔62、第三喷孔63或其组合周边，可以在埋床管状反应器60外侧摆动以清除第一喷孔61、第二喷孔62、第三喷孔63或其组合上的结块或堵塞物。如堵塞传感器侦测到堵塞时，控制计算机接到回传的讯息便自动启动毛刷机构41的动力马达，来回移动洗刷喷孔直至使堵塞破除，再恢复正常系统运作。

本发明实施例的自动化造粒系统也可以进一步包含一控制阀(图中未示出)，设置于液态原料的供应管中(在线)。也就是可以分别将一控制阀设置在通往第一喷孔61、第二喷孔62或第三喷孔63的液态原料供应管中，并连接于高压空气。控制阀可以用于控制是高压空气传送至第一喷孔61、第二喷孔62或第三喷孔63或是液态原料送至第一喷孔61、第二喷孔62或第三喷孔63。如堵塞传感器侦测到堵塞时，控制计算机接到回传的讯息便可以切换控制阀开启高压空气端，关闭液态原料端，在瞬间以高压空气喷射至堵塞破除，再恢复正常系统运作。

参见图6图，造粒机40还可以进一步包含一温度传感器(图中未示出)，温度传感器可以为可移动式温度计，在翻滚料床50可以设置数个可移动式温度计，依照所侦测出的温度调整蒸汽的流量，以便掌握造粒过程中料浆(A阶段)→结晶(B阶段)→成粒(C阶段)→干燥(D阶段)的良好造粒条件，进而控制原料最佳配比，画出实际温度曲线，无论是手动或自动都能达到操作自如、得心应手的境界。

除了上述温度传感器的温度感测讯号以外，还有固态原料重量的量测讯号，以及第一喷管61、第二喷孔62及第三喷孔63的压力、流量及温度的检测讯号(误差管制±1.5％)，全部回传给控制计算机。再依照控制计算机的指挥于制程中实时精确的检测制程温度、PH酸碱度、造粒过程中对肥料颗粒的物理惰性绞合，以达到管控溶液的结晶速率及调整控制造粒成粒率。

第二洗涤塔81与干燥机80相连接，其可以为一造粒尾气洗涤系统。干燥机80里于制程中所产生的大量湿气和少量未反应的气氨，可以先通过造粒尾气风机抽出进入第二洗涤塔81，再经循环洗涤水吸收氨后排入大气，洗涤水一部分作为工艺补充水，一部分作为循环水循环利用，同时洗涤水系统补入相应量的一次水，以稳定循环水系统平稳，达到环境友好且零排放的标准。

产品颗粒经过干燥机80干燥后，可以再进入与干燥机80相通之冷却机82中进行冷却。接着，与冷却机82相连之成品筛83可以将颗粒大小合格的产品颗粒过滤出。成品筛83与裹粉机84及粉碎机85相连。颗粒大小合格的产品颗粒可以被送至裹粉机84，以裹粉剂包裹。然而，本发明的产品颗粒亦可以不须包裹也能达到缓释效果。成品筛83还可以将颗粒大小不合格的产品颗粒过滤出，再送至粉碎机85磨成较细颗粒后变成返料，通过细粉带输机86后由返料给料斗提机87送回造粒机40再利用。

本发明的自动化造粒系统的分层设计如图1B所示，利用重力配合管线向下运输原料及成品，因此于半成品及成品的运送过程将不需耗费额外能量，系故相较于平面式自动化造粒系统更为节省成本。

本发明的自动化造粒系统之特殊设计可以使用重量百分比为98％的浓硫酸，无须填充剂造粒，无须添加防结块膏，无须添加黏结剂也无须包膜。同时，藉由特殊的系统设计及控制计算机的控制，通过调节三合一管式反应器运行负荷，在不同的配方、不同原料、不同季节等条件下，均可保证良好的造粒效果，有效提高了装置的生产弹性，可以用于生产各种种类的复合肥料，无论是高磷复合肥料、含锌或含镁之复合肥料或有机无机复合肥料皆可。同时解决了最头痛的结块及设备堵塞问题，确保装置连续稳定运行，回流比可控制到1/2～1左右，是一种高效率、多功能又节能环保的自动化造粒系统及造粒机。

上述各实施例用于说明本发明特点，其目的在于使本领域技术人员能了解本发明之内容并据以实施，而非限定本发明的范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示精神而完成的等效修饰或修改，应包含在本发明的权利要求所限定的范围中。

Claims (17)

1.一种自动化造粒系统，包含：

一原料槽，用于接收固态原料；

一秤量机，连接所述原料槽，用于自动秤出预设重量的所述固态原料；

一给料机，连接所述秤量机，用于分配预设重量的固态原料；

一尿素加料机，用于提供尿素；

一造粒机，连接所述给料机及所述尿素加料机，包含：

一埋床管状反应器，用于接收液态原料，并且包含：

一第一喷管，具有一第一进料口及一第一喷孔；

一第二喷管，具有一第二进料口、一第一连结孔及一第二喷孔，所述第二喷管之管径大于所述第一喷管的管径，且所述第二喷管套设于所述第一喷管而使所述第一喷孔与所述第一连结孔相连；以及

一第三喷管，具有一第三进料口、一第二连结孔及一第三喷孔，所述第三喷管之管径大于所述第二喷管的管径，且所述第三喷管套设于所述第二喷管而使所述第二连结孔与所述第一连结孔、所述第二喷孔及所述第一喷孔相通；以及

一翻滚料床，用于接收所述预设重量的固态原料、尿素及液态原料并造粒产生一产品颗粒，其中，该埋床管状反应器埋设于所述翻滚料床中；以及

一干燥机，连接所述造粒机，用于干燥该产品颗粒。

2.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其中所述造粒机还包含一堵塞破除装置，其设置于该埋床管状反应器外侧，用于清洁该第一喷孔、该第二喷孔或该第三喷孔。

3.如权利要求2所述的自动化造粒系统，其中所述堵塞破除装置为一毛刷机构。

4.如权利要求1所述的自动化造粒系统，还包含一控制阀，设置于该液态原料的供应管中并连接于高压空气，该控制阀用于控制高压空气传送至所述第一喷孔、所述第二喷孔。

5.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其中所述造粒机还包含一堵塞侦测装置，其设置于该埋床管状反应器中。

6.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其中所述造粒机还包含一温度传感器，该温度传感器设置于所述翻滚料床。

7.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其中所述第一喷管为一硫酸喷管，所述第二喷管为一液氨喷管，且所述第三喷管为一蒸汽喷管。

8.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其进一步包含一控制计算机。

9.如权利要求1所述的自动化造粒系统，其被划分为一第一楼层、一第二楼层、一第三楼层、一第四楼层以及一第五楼层。

10.如权利要求9所述的自动化造粒系统，其中所述第一楼层包含所述冷却机、所述成品筛、所述裹粉机、所述粉碎机、所述细粉带输机、所述返料给料斗提机、一液氨储存槽、一硫酸储存槽以及一尿素储存槽。

11.如权利要求9所述的自动化造粒系统，其中所述第二楼层包含所述干燥机、所述第二洗涤塔以及所述第一洗涤塔。

12.如权利要求9所述的自动化造粒系统，其中所述第三楼层包含所述造粒机、所述三合一管状反应器、所述第一喷管、所述第二喷管、所述第三喷管以及所述控制计算机。

13.如权利要求9所述的自动化造粒系统，其中所述第四楼层包含所述秤量机、所述混合机、所述原料受槽、所述造粒给料斗提机、所述尿素加料机、所述第二打散机以及所述尿素粉碎机。

14.如权利要求9所述的自动化造粒系统，其中所述第五楼层包含所述第一打散机、所述斗提机以及所述原料槽。

15.一种造粒机，包含：

一埋床管状反应器，包含：

一第一喷管，具有一第一进料口及一第一喷孔；

一第二喷管，具有一第二进料口、一第一连结孔及一第二喷孔，所述第二喷管的管径大于所述第一喷管之管径，且所述第二喷管套设于所述第一喷管而使所述第一喷孔与所述第一连结孔相连；以及

一第三喷管，具有一第三进料口、一第二连结孔及一第三喷孔，所述第三喷管的管径大于所述第二喷管的管径，且所述第三喷管套设于所述第二喷管而使所述第二连结孔与所述第一连结孔、所述第二喷孔及所述第一喷孔相通；以及

一翻滚料床，其中，所述埋床管状反应器埋设于所述翻滚料床中。

16.如权利要求15所述的造粒机，其中所述第一喷管为一硫酸喷管，所述第二喷管为一液氨喷管，且所述第三喷管为一蒸汽喷管。

17.如权利要求15所述的造粒机，所述造粒机依据不同参数设定制备出不同硬度的产品颗粒。