CN110243147A - 化肥干燥方法和装置 - Google Patents

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CN110243147A CN201910548330.7A CN201910548330A CN110243147A CN 110243147 A CN110243147 A CN 110243147A CN 201910548330 A CN201910548330 A CN 201910548330A CN 110243147 A CN110243147 A CN 110243147A
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李剑平
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沈其松
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Abstract

本公开涉及一种化肥干燥方法和装置，提供了一种化肥干燥方法，该方法包括以下步骤：(A)湿化肥造粒后进料；(B)湿化肥颗粒脱水干化；(C)分选干化肥颗粒；(D)化肥粉末返料；以及(E)脉动气流内水分收集。还提供了一种化肥干燥装置。

Description

化肥干燥方法和装置
技术领域
本公开涉及一种化肥干燥方法和装置，具体涉及一种磷铵化肥干燥方法及装置。
背景技术
在化肥生产过程中，原料混合后，需经过造粒、干燥、筛分、冷却，干燥效果不佳将会导致化肥凝结、变色且影响其使用价值。所以干燥是化肥生产加工工艺中的关键步骤。目前常用的干燥方式是采用蒸汽加热，在滚筒炉中干燥，但这种干燥方式干燥不均匀，颗粒内部湿度大，外部湿度小；停留时间长，对容器产生损害大；能耗高。
中国专利CN206601023U公开了一种高效的复合化肥干燥装置，采用干燥桶特殊的进气和出气结构的设置，提高干燥的效率；通过水帘除杂装置及时处理废气和废弃复合化肥粉尘，防止空气污染，并且复合化肥的粉碎颗粒可重新收集生产，水源过滤除杂后也可重新利用，提高了能源和生产原料的利用率。但是干化方式是通过干燥桶的进气和出气结构送入流动热风，无法解决化肥内外干化不均匀的问题。
中国专利CN204854209U公开了一种滚筒式化肥干燥设备，先对物料进行表面烘干，然后再进行搅拌烘干，在物料具有一定硬度后再进行搅拌的方式，烘干后的物料形状均匀，干化均匀，增加了工作效率。但为了实现干化均匀，化肥需要在滚筒中进行长时间的搅拌，对滚筒表面产生了损害。
中国专利CN206637957U公开了一种化肥的高效干燥装置，采用干燥箱实现化肥的一次干化，干化后采用旋风分离器实现二次循环干燥，保证了化肥生产质量，有效去除化肥内部的粉尘以及颗粒，干化均匀，但是其没有有效利用分离出来的细小化肥粉尘。
因此，针对上述现有技术的缺陷，本领域迫切需要开发出一种能够实现均匀彻底干燥、对容器损害小、节能减耗的化肥干燥方法和装置。
发明内容
本申请提供了一种新颖的化肥干燥方法和装置，从而有效解决了现有技术中存在的问题。
本申请所要解决的一个技术问题是：化肥干化不均匀；本申请的干化原理在于通过化肥颗粒在旋流场中的公转脱除化肥颗粒表层水和化肥颗粒之间毛细水，通过化肥颗粒高速自转产生的离心力脱除化肥颗粒内部的水分，同时，化肥颗粒的自转公转耦合振荡运动，诱导化肥颗粒内的水向远离颗粒中心的方向移动，也促进了颗粒内水分的脱除；在60℃时干化后，化肥含水率小于10重量％。
本申请所要解决的另一个技术问题是：干化时间长导致装置受损；现有通过蒸发来实现化肥脱水的工艺需要在容器中作长时间的停留，以增强热传递或热传导的效果；本申请的干化原理在于利用化肥颗粒在旋流场中的自转公转运动耦合在脉动流场中的振荡运动，脱水效率高，在旋流器和分选器内的停留时间短，不会因长时间的腐蚀而对容器造成损伤；在60℃时，脱水效率大于95％，停留时间小于20s。
本申请所要解决的另一个技术问题是：化肥干化能耗高；现有的通过蒸发来实现化肥脱水的工艺需要提供高于水的沸点100℃的温度，以实现化肥脱水；在这个过程中水产生了相变，因而需要高能耗；本申请利用化肥在旋流力场中的受到的剪切力和离心力实现脱水效果，并通过化肥公转自转耦合振荡，强化脱水效果，不需要将气流加热至100℃以上，能耗低。
本申请所要解决的另一个技术问题是：化肥干化工艺中粉尘污染大；本申请设置了化肥粉末回收返料的部分，不需要后续步骤来处置废气，同时也变化肥粉末为资源化产品，提高了产量。
一方面，本公开提供了一种化肥干燥方法，该方法包括以下步骤：
(A)湿化肥造粒后进料：湿化肥造粒后经脉动气流进料送入一级旋流器；
(B)湿化肥颗粒脱水干化：在一级旋流器中对湿化肥颗粒进行脱水干化，之后送入分选器；
(C)分选干化肥颗粒：在分选器中进行干化肥与化肥粉末的分离，得到的干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末送入二级旋流器；
(D)化肥粉末返料：在二级旋流器中对步骤(C)中得到的化肥粉末进行旋流分离，得到的化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(E)脉动气流内水分收集：在水气分离器中对脉动气流中所带的水分聚结收集。
在一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，气流依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的脉动气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器，其中，气流温度为室温到80℃，所述气流为氮气流。
在另一个优选的实施方式中，气流温度为室温到40℃，40℃到60℃，或60℃到80℃。
在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(B)中，在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合振荡运动，诱导湿化肥颗粒内的水向远离颗粒中心的方向移动，进而强化湿化肥颗粒内水分的脱除。
在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(B)中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转脱除颗粒与颗粒之间的毛细水，利用湿化肥颗粒在旋流场中自转产生的离心力脱除颗粒内部的水分。
在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(C)中，在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离。
在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(D)中，利用化肥粉末与空气密度不同导致的在旋流场中运动不同的运动学规律，从空气中分离出泥粉，并返回造粒机。
一方面，本公开提供了一种化肥干燥装置，该装置包括：
造粒机和与其连接的螺杆进料机，用于进行步骤(A)湿化肥造粒后进料：湿化肥造粒后经脉动气流进料送入一级旋流器；
与螺杆进料机连接的一级旋流器，用于进行步骤(B)湿化肥颗粒脱水干化：在一级旋流器中对湿化肥颗粒进行脱水干化，之后送入分选器；
与一级旋流器连接的分选器，用于进行步骤(C)分选干化肥颗粒：在分选器中进行干化肥与化肥粉末的分离，得到的干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末送入二级旋流器；
与分选器连接的二级旋流器，用于进行步骤(D)化肥粉末返料：在二级旋流器中对步骤(C)中得到的化肥粉末进行旋流分离，得到的化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
与二级旋流器连接的水气分离器，用于进行步骤(E)脉动气流内水分收集：在水气分离器中对脉动气流中所带的水分聚结收集。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与一级旋流器连接的脉动气流发生器和管道加热器，用于产生正余弦波形的脉动气流。
在另一个优选的实施方式中，可根据进料需要并联多个一级旋流器、分选器、二级旋流器和水气分离器。
有益效果：
本申请的化肥干燥方法和装置的有益效果在于：
(1)实现了化肥均匀干化。本申请的干化原理在于通过化肥颗粒在旋流场中的公转脱除化肥颗粒表层水和化肥颗粒之间毛细水，通过化肥颗粒高速自转产生的离心力脱除化肥颗粒内部的水分，同时，化肥颗粒的自转公转耦合振荡运动，诱导化肥颗粒内的水向远离颗粒中心的方向移动，也促进了颗粒内水分的脱除。在60℃时干化后，化肥含水率小于10重量％。
(2)实现了化肥高效干化。现有通过蒸发来实现化肥脱水的工艺需要在容器中作长时间的停留，以增强热传递或热传导的效果。本申请的干化原理在于利用化肥颗粒在旋流场中的自转公转运动耦合在脉动流场中的振荡运动，脱水效率高，在旋流器和分选器内的停留时间短，不会因长时间的腐蚀而对容器造成损伤。在60℃时，脱水效率大于95％，停留时间小于20s。
(3)实现了化肥节能干化。现有的通过蒸发来实现化肥脱水的工艺需要提供高于水的沸点100℃的温度，以实现化肥脱水。在这个过程中水产生了相变，因而需要高能耗。本申请利用化肥在旋流力场中的受到的剪切力和离心力实现脱水效果，并通过化肥公转自转耦合振荡，强化了脱水效果，不需要将气流加热至100℃以上，能耗低。
(4)实现了化肥清洁干化。化肥干化工艺中粉尘污染大，本申请设置了化肥粉末回收返料的部分，不需要后续步骤来处置废气，同时也变化肥粉末为资源化产品，提高了产量。
附图说明
附图是用以提供对本申请的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本申请，并不构成对本申请的限制。
图1示出了本申请的一个优选实施方式中化肥干燥工艺流程。
图2是本申请的一个优选实施方式中的化肥干化处理的能耗图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，现有化肥干燥方法处理后颗粒含水不均的原因在于，通过提高温度来蒸发水分的处理工艺容易除去化肥颗粒之间的毛细水，而化肥内部的水较难脱除；而在旋流场中，化肥颗粒在旋流场中的自转公转运动耦合在脉动流场中的振荡运动，能够有效脱除化肥颗粒内部的水，使得化肥颗粒干化彻底，干化均匀。
基于上述研究及发现，本申请开发了一种化肥干燥方法和装置，具有高效、环保、节能、工艺流程简单等优点，有效解决了现有技术中存在的问题。
在本公开的第一方面，提供了一种化肥干燥方法，该方法包括以下步骤：
(A)湿化肥造粒后进料：湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，气流依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的脉动气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器；
(B)湿化肥颗粒脱水干化：在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合振荡，完成脱水干化，干化后送入分选器；
(C)分选干化肥颗粒：在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离，干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末送入二级旋流器；
(D)化肥粉末返料：在二级旋流器中，化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒机，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(E)脉动气流内水分收集：在水气分离器中，将脉动气流所带的水分聚结收集，干燥的空气返回脉动气流发生器。
在本公开中，在步骤(A)中，气流温度为室温到80℃，优选室温到40℃，40℃到60℃，或60℃到80℃，所述气体为氮气。
在本公开中，步骤(B)的干化过程在旋流场中进行，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转脱除颗粒与颗粒之间的毛细水，利用湿化肥颗粒在旋流场中高速自转产生的离心力脱除颗粒内部的水分。
在本公开中，在步骤(B)中，在旋流场中，湿化肥颗粒的自转公转耦合振荡运动，诱导湿化肥颗粒内的水向远离颗粒中心的方向移动，进而强化湿化肥颗粒内水分的脱除。
在本公开中，步骤(D)利用化肥粉末与空气密度不同导致的在旋流场中运动不同的运动学规律，从空气中分离出泥粉，并返回造粒机，实现化肥粉末的高效利用。
在本公开中，步骤(E)中脉动气流中的水分经水气分离器聚结收集，实现资源化处理。
在本公开的第二方面，提供了一种化肥干燥装置，该装置包括：
造粒机和与其连接的螺杆进料机，用于进行上述步骤(A)；
与螺杆进料机连接的一级旋流器，用于进行上述步骤(B)；
与一级旋流器连接的分选器，用于进行上述步骤(C)；
与分选器连接的二级旋流器，用于进行上述步骤(D)；以及
与二级旋流器连接的水气分离器，用于进行上述步骤(E)。
在本公开中，该装置还包括：与一级旋流器连接的脉动气流发生器和管道加热器，用于产生正余弦波形的脉动气流。
在本公开中，可根据进料需要并联多个一级旋流器、分选器、二级旋流器和水气分离器。
以下结合附图对本申请进行详细说明。
图1示出了本申请的一个优选实施方式中化肥干燥工艺流程。如图1所示，湿化肥由造粒机1造粒后送入螺杆进料机2，氮气依次经过脉动气流发生器3和管道加热器4产生正余弦波形的气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器5；在一级旋流器5中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合在脉动流场中的振荡，完成脱水干化，干化后送入分选器6；在分选器6中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的其在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离，干化肥由分选器6底流口收集，化肥粉末由分选器6顶流口送入二级旋流器7；在二级旋流器7中，化肥粉末由二级旋流器7底流口收集，返回造粒机1，含水空气由二级旋流器7顶流口送入水气分离器8；在水气分离器8中，气体所带的水分聚结收集，干燥的带温空气返回脉动气流发生器3。
图2是本申请的一个优选实施方式中的化肥干化处理的能耗图。如图2所示，通过蒸发实现脱水干化的工艺(蒸发干化)，需要温度高于水的沸点，水在蒸发过程中发生相变，相变耗能(汽化潜热)2260KJ/Kg；通过旋流自转公转耦合振荡来实现脱水干化(旋流干化)，水不产生相变，在60℃时，能耗为146.6KJ/Kg，大大降低了干化能耗。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：
采用本申请的化肥干燥装置处理湿化肥，其含水率为20重量％，温度为室温(约20℃)，按照本申请方法和装置进行脱水干化处理，其具体运作过程及效果描述如下：
1.实施过程
参照本申请方法实施，具体如下：
(i)湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，氮气依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器；
(ii)在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合在脉动流场中的振荡，完成脱水干化，干化后送入分选器；
(iii)在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的其在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离，干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末由分选器顶流口送入二级旋流器；
(iv)在二级旋流器中，化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒机，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(v)在水气分离器中，气体所带的水分聚结收集，干燥的带温空气返回脉动气流发生器。
2.实施效果
湿化肥含水率为20重量％，经过室温至40℃旋流自转干化后，化肥含水率降至0.99重量％，如下表1所示：
表1室温至40℃化肥干化效果
实施例2：
采用本申请的化肥干燥装置处理湿化肥，其含水率为20重量％，温度为室温(约20℃)，按照本申请方法和装置进行脱水干化处理，其具体运作过程及效果描述如下：
1.实施过程
参照本申请方法实施，具体如下：
(i)湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，氮气依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器；
(ii)在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合在脉动流场中的振荡，完成脱水干化，干化后送入分选器；
(iii)在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的其在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离，干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末由分选器顶流口送入二级旋流器；
(iv)在二级旋流器中，化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒机，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(v)在水气分离器中，气体所带的水分聚结收集，干燥的带温空气返回脉动气流发生器。
2.实施效果
湿化肥含水率为20重量％，经过40至60℃旋流自转干化后，化肥含水率降至0.26重量％，如下表2所示：
表2 40℃至60℃化肥干化效果
实施例3：
采用本申请的化肥干燥装置处理湿化肥，其含水率为20重量％，温度为室温(约20℃)，按照本申请方法和装置进行脱水干化处理，其具体运作过程及效果描述如下：
1.实施过程
参照本申请方法实施，具体如下：
(i)湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，氮气依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器；
(ii)在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合在脉动流场中的振荡，完成脱水干化，干化后送入分选器；
(iii)在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的其在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离，干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末由分选器顶流口送入二级旋流器；
(iv)在二级旋流器中，化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒机，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(v)在水气分离器中，气体所带的水分聚结收集，干燥的带温空气返回脉动气流发生器。
2.实施效果
湿化肥含水率为20重量％，经过60至80℃旋流自转干化后，化肥含水率降至0.09重量％，如下表3所示：
表3 60℃至80℃化肥干化效果
上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种化肥干燥方法，该方法包括以下步骤：
(A)湿化肥造粒后进料：湿化肥造粒后经脉动气流进料送入一级旋流器；
(B)湿化肥颗粒脱水干化：在一级旋流器中对湿化肥颗粒进行脱水干化，之后送入分选器；
(C)分选干化肥颗粒：在分选器中进行干化肥与化肥粉末的分离，得到的干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末送入二级旋流器；
(D)化肥粉末返料：在二级旋流器中对步骤(C)中得到的化肥粉末进行旋流分离，得到的化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
(E)脉动气流内水分收集：在水气分离器中对脉动气流中所带的水分聚结收集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(A)中，湿化肥由造粒机造粒后送入螺杆进料机，气流依次经过脉动气流发生器和管道加热器产生正余弦波形的脉动气流，将湿化肥颗粒送入一级旋流器，其中，气流温度为室温到80℃，所述气流为氮气流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，气流温度为室温到40℃，40℃到60℃，或60℃到80℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(B)中，在一级旋流器中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转自转耦合振荡运动，诱导湿化肥颗粒内的水向远离颗粒中心的方向移动，进而强化湿化肥颗粒内水分的脱除。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(B)中，利用湿化肥颗粒在旋流场中的公转脱除颗粒与颗粒之间的毛细水，利用湿化肥颗粒在旋流场中自转产生的离心力脱除颗粒内部的水分。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(C)中，在分选器中，利用大小均匀的干化肥颗粒与形状不均匀的化肥粉末密度不同导致的在脉动气流场中总体脉动位移方向不同的运动学规律，实现干化肥与化肥粉末的分离。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(D)中，利用化肥粉末与空气密度不同导致的在旋流场中运动不同的运动学规律，从空气中分离出泥粉，并返回造粒机。
8.一种化肥干燥装置，该装置包括：
造粒机(1)和与其连接的螺杆进料机(2)，用于进行步骤(A)湿化肥造粒后进料：湿化肥造粒后经脉动气流进料送入一级旋流器；
与螺杆进料机(2)连接的一级旋流器(5)，用于进行步骤(B)湿化肥颗粒脱水干化：在一级旋流器中对湿化肥颗粒进行脱水干化，之后送入分选器；
与一级旋流器(5)连接的分选器(6)，用于进行步骤(C)分选干化肥颗粒：在分选器中进行干化肥与化肥粉末的分离，得到的干化肥由分选器底流口收集，化肥粉末送入二级旋流器；
与分选器(6)连接的二级旋流器(7)，用于进行步骤(D)化肥粉末返料：在二级旋流器中对步骤(C)中得到的化肥粉末进行旋流分离，得到的化肥粉末由二级旋流器底流口收集，返回造粒，含水空气由二级旋流器顶流口送入水气分离器；以及
与二级旋流器(7)连接的水气分离器(8)，用于进行步骤(E)脉动气流内水分收集：在水气分离器中对脉动气流中所带的水分聚结收集。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置还包括：与一级旋流器(5)连接的脉动气流发生器(3)和管道加热器(4)，用于产生正余弦波形的脉动气流。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，可根据进料需要并联多个一级旋流器、分选器、二级旋流器和水气分离器。
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