CN1551797B - 流化床造粒方法 - Google Patents
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Abstract
为了生产粒度分散在非常小范围内的颗粒，本发明提供一种流化床造粒方法，其包括下述步骤：制备要造粒的物质的种子(S1)的流化床，该流化床具有基本水平的自由表面(P)；供应包括生长液的流体的连续流(L)，在流化床内提供具有基本上是水平的轴的连续涡流(V)，其中可以识别润湿种子和蒸发可能包含在液流(L)中的溶剂的上区(Z1)和固化/固结生长液的下区(Z2)。
Description
技术领域
最通常地说，本发明涉及适当物质的流化床造粒方法，这些物质的例子(不限于)有尿素、硝酸铵、氯化铵及其它易于造粒的类似物质。
具体来说，本发明涉及流化床造粒方法，其中，被选择物质的颗粒是通过连续生长(体积和重量)在所述流化床内连续供应的该物质的粒种得到的，同时连续供应液态的适当生长物质的物流。
在下面的说明和附加的权利要求书中，术语“被选择物质的粒种”一般指其直径等于或小于约1.5mm的待造粒物质的颗粒。另外，为了简化，用术语“种子”表示粒种。
生长物质的性质与待造粒物质的性质相同，是液态，适于在一起形成所述流化床的种子和生长颗粒上润湿、粘附和固化。
本发明还涉及适用于实施上述方法的造粒装置。
背景技术
众所周知，为了用上述类型的流化床工艺达到良好的颗粒产品(预定的颗粒尺寸、形状和重量)，要求用生长液很好地“润湿”种子和生长颗粒。为此，生长液还必须以至少可能是液滴的形式供给流化床，液滴必须小于将要与之接触的种子和生长颗粒。例如，对于尿素来说，这样能够使生长液(尿素溶液)中含有的水分蒸发，从而得到高纯度的成品(颗粒)。为了使所述生长液内的溶剂蒸发，生长液的液滴大小通常是关键所在。
大多数情况下，所述生长液应当以所谓的“雾化”形式供给。事实上，只有在这种情况下，生长液才能与悬浮在流化床中的所有种子或颗粒一个一个地接触，并且以最佳方式均匀地润湿其整个表面。
为了雾化生长液，现有技术使用用所述液体和大体积的高速空气(或其它合适气体)供料的特定喷嘴，其速度包括150m/s-300m/s。
润湿后，种子和生长颗粒进行蒸发所述生长液内的溶剂的步骤，然后进行固化/固结步骤。
尿素的这种生产方法例如描述在US-A-4353730中。
虽然大量使用并且从不同的观点看也有优点，但是现有技术的流化床造粒方法存在很多至今没有克服的缺点。其中最重要的缺点包括基本上无法将成品粒度控制在预定值之间和较高的操作费用。事实上，为了得到该造粒方法需要的生长液的小液滴，必须用大体积的高速空气(或其它气体)工作，这反过来将阻碍对流化床内颗粒生长的控制，从而不能控制成品的粒度。
另外，首要的缺点涉及生产的颗粒的分级和筛分作业、通常有大量其大小不可接受的废颗粒(太大或太小)、这些废品的回收及其在造粒工艺上游的再循环。
发明内容
本发明面对的问题是设计和利用其功能特征能够克服与现有技术相关的所有上述缺点的流化床造粒方法。
解决上述问题的思想是使每一个颗粒在同一个流化床内以预定的循环次数循环上述颗粒形成和生长的所有步骤，所述循环次数是根据成品颗粒需要的尺寸，通过控制每一个循环操作的进行时间确定的。
基于这种思想，具有下面的权利要求书规定的功能特征的本发明的造粒方法解决了上述技术问题。
通过对本发明造粒方法的例示性和并非限定性实施方案的说明可以更好地理解本发明的优点和特征，下面参考附图。
附图简述
图1透视性和示意性地示出用于实施本发明造粒方法的装置(造粒器)；
图2和3分别示出图1的造粒器的纵向和横向截面；
图4示出图1的造粒器的一个替代实施方案的横向截面；
图5透视性和示意性地示出用于实施本发明方法的造粒器的另一个实施方案。
具体实施方式
参考图1、2和3，用1整体表示的本发明的流化床造粒器包括一个具有矩形截面的基本上是平行六面体的容器2，图中示出的容器2顶部是敞开的，实施本发明的结果是在该容器内得到流化床。
所述容器2有一个透气的底面3，底面3例如由开孔部件制成，底面3在两个相对的长侧壁4、5及两个相对的短侧壁6、7之间。在下面的叙述中，短侧壁6也称为粒化器1的端壁，而相对的壁7也称为(粒化的)成品的排放壁。这是因为壁7上有成品颗粒的排放孔8；所述排放孔8基本上是一个堰坝，优选延伸至壁7的整个宽度，其在底面3上的高度根据要在所述容器2中得到的流化床的厚度而预定。
在端壁6的上侧支撑一个用9示意性表示的设备，因为该设备是熟知的，所以不再详述，该设备用于沿所述壁6在容器2内均匀供应种子S1的连续流。
为了向该容器2供应包括选择的生长液的流体流L，在长侧壁5的上端附近用传统的图中未示出的装置支撑分布器-给料器10。所述分布器10基本上在壁5的整个长度上延伸，其距底面3的预定高度取决于要在所述容器2中得到的流化床的厚度。具体来说，分布器10在底面3上方的高度设置为略低于在容器2中得到的流化床的自由表面P的高度。
本发明的造粒器1包括在容器2下面的空气A或其它气流的鼓风系统(因为是传统装置，所以图中未示出)，提供该鼓风系统是为了在容器2内生成和保持颗粒流化床。
参考前面(图1-3)示意性表示的装置，现在说明本发明的造粒方法的一个实施例。
在稳定状态的条件下，通过端壁6上的分布器9连续向容器2中供给待造粒的被选择物质的种子S1和生长颗粒的流化床。该流化床是通过从下面连续通过上面均匀地分布有孔的多孔底面3适当地连续在容器2内供给的空气A的气流得到、支撑和保持的。因此，所述的空气A也称为流化空气。
流化床的厚度是使其自由表面达到所述孔8的高度，这些颗粒的连续排放发生在容器2外面。被连续供入的种子S1抵消的这种连续排放在流化床内定义了一种“流体管道”，从端壁6流向相对壁7，或者更确切地说是流向排放孔8。以这个方向看，自由表面P是向下倾斜的。
根据该结构，种子S1只在造粒器1的端部(壁6)附近，而流化床的其它部分存在的是生长颗粒。
还应当注意到，从下面吹入容器2的流化空气A横穿流化床，与形成流化床的生长颗粒进行热交换(其原因将在下面说明)，逐渐将自己加热。事实上，正如下面要说明的那样，流化空气A除去了种子S1和生长颗粒上的生长流体的固化热。
因此，在稳定状态的条件下，其温度从下(底面3)至上(自由表面P)升高的叠加层在流化床内可以大致识别(Z1区和Z2区)。
上层(Z1区)包括流化床的自由表面P，在其下面，即在流化床的热层处连续的(热)流体流L导入容器2。该流体基本上包括空气和选择的雾化生长液。基本上在壁5的所有长度上由分布器10以预定流速和动量通量(动量)供应的这种流体流L的方向是横穿上述“流体管道”。流体流L以这种方式以基本上与其自由表面P平行的方向推动流化床的上层，如图3所示，在流化床内形成和支撑一个具有基本是水平的轴的连续涡流V。涡流V限制在壁4-7及容器2的底面3之间。
目前处在流化床上热层(Z1区)中的待造粒的物质的各个种子S1与流体流L的雾化生长液颗粒多次撞击(润湿)，所述生长液内的溶剂蒸发。流体流L造成的涡流将各个种子S1挤压和推向容器2的相对壁4。由于涡流V的存在，当各个种子S1接近壁4时，“润湿”的各个种子S1自然会偏向容器2的底面3(Z2区)。
在偏向底面3的过程中，各个“润湿”的种子S1离开流化床上热层(Z1区)，横穿下层(Z2区)，逐渐冷却。在该过程中，在种子表面上进行生长液的固化/固结步骤。在上述涡流V将各个种子S1推向壁5的过程中完成该步骤，得到其体积和重量均略大于相应种子S1的各个颗粒。如此形成的各个颗粒通常在涡流V的推动下在壁5附近偏向流化床上热层(Z1区)。
一旦到达上热层(Z1区)，各个颗粒与雾化生长液接触，它们又从此推向壁4。这些颗粒基本上重复生成它们的种子S1的上述过程，在它们上面重复同样的润湿/蒸发和固化/固结步骤，其体积和重量随之进一步长大。
可以看出，流体流L对种子S1和生长颗粒的影响决定了在流化床内以取决于流体流L动量的速度绕其水平轴旋转的涡流V形式的“整体”位移。在涡流内，种子S1和生长颗粒总是处在流化床的湍流状态下。
还必须注意重力在流化床上的恒应力，所说的种子和所说的生长颗粒以所述涡流的轴向移向堰坝排放孔，最后形成螺旋形式，其螺距与上述“流体管道”的纵向位移速度和流体流L的动量密切相关。
随着螺旋涡流螺距的减小，在流化床内重复(循环)润湿/蒸发和固化/固结步骤的次数增加，即，生长率增加。因此，调节螺旋涡流螺距可以生成和从堰坝孔8连续排放预定大小的颗粒。
应当注意，根据本发明的该实施方案，生产的颗粒粒度分散在非常小的范围内，例如与中间粒度值的偏差只有+/-20％，因此，得到的产品可以直接销售。在现有技术的方法中，这种偏差大于+/-100％。这意味着，例如在生产尿素的情况下，离开造粒工艺(冷却后)的颗粒，约40％必须回收，并且如现有技术部分的末尾所述进行再处理。
由于每一个种子S1和每一个生长颗粒都经过基本相同的生长过程这一事实，本发明可有利地实现，因为对于每一个种子和每一个颗粒来说，可以控制每一个循环的进行时间和在流化床内进行循环的次数。换句话说，由于颗粒在流化床内经过的扩散现象(扩散造成的位移)，每一个颗粒在流化床内的“历史”基本相同。
参考图4，实施本发明的造粒方法时，在由种子S1和生长颗粒制成的流化床内得到上述类型的两个相反的螺旋涡流V1和V2。为此，在容器2的两个相对长侧壁4、5上提供分别供应包括空气和相同的生长液的流体流L、L1的各个分布器10a、10b。
在该图中，与前面图中结构和功能相同的部件用相同的符号表示，不再对其说明。
这样做可以使适用于实施本发明造粒方法的造粒器的生产率加倍，同时又能使流化床的操作条件、流化压力降及空气流A的冷却保持恒定。另外，各个流体流L、L1分别产生的两个相反的涡流的存在可以使各个种子S1和生长颗粒在润湿步骤中被推向流化床的中心部分。从而可以避免润湿后的各个种子S1和生长颗粒撞击长侧壁4、5并粘附在其上，从而在这些壁上形成不需要的沉积物。
根据本发明的另一个实施方案，为了在包括种子S1和生长颗粒的流化床中得到基本上是“圆柱形”的涡流，设计一种造粒方法。这一般是用连续供应的基本上平行于所述液体流的在其上热区处的自由表面P的连续的流体流L(包括雾化生长液)进行。
为此，本发明的造粒器是用图5所示的实施方案制成的。具体来说，所述造粒器11包括一个基本上是平行六面体的容器12，图中示出的容器2顶部是敞开的，容器2具有穿孔底面13，底面13上有孔13a和多个狭缝14。狭缝14的尺寸适当，其宽度与要生成的颗粒的直径相关(大于颗粒直径)。
在容器12的下面提供鼓风系统，因为鼓风系统是传统设备，所以图中没有示出，该鼓风系统通过所说的孔13a和狭缝14为容器12自身供应流化和冷却空气A的连续流。
孔和狭缝14的尺寸是使以预定流速横穿它们的空气流A在流化床内，在所述孔13a上方具有所需的流化速率。此时，狭缝14内的空气流A的速度高于流化速度，但是又不至于阻滞直径和重量均等于要生成颗粒的直径和重量的颗粒。
所述容器12的长侧壁15、16在对应于在容器12中得到的流化床上热层(Z1区)的位置处分别支撑各个给料器20a、20b，其位置在流化床的自由表面P附近但在自由表面P的下面。所述的给料器向所述上层中供应同样但方向相反的包括空气和生长液的同样的流体流L，从而在所述流化床内生成相反的基本上是圆柱形的涡流V’和V”。
为了更好地理解图5所示的造粒器，图中没有示出容器12的短前侧壁和后侧壁及种子S1的供给设备。但是，应当理解这些短侧壁是完整的，没有任何颗粒排放孔。以这种方式在圆柱形涡流V’和V”内循环的种子和生长颗粒不会沿涡流轴有纵向位移。另外，可以平行于侧壁15和16设置种子供给设备，供给设备优选靠近侧壁(支撑在其上)，一个侧壁上有一个供给设备，从而可以沿流化床的整个长度均匀地分布种子S1。
在所述涡流V’和V”中推动的种子S1和生长颗粒循环进行被雾化生长液润湿的步骤、可能含在生长液中的溶剂蒸发步骤和得到的颗粒的固化/固结步骤。自动重复所述循环，直至颗粒的尺寸和重量达到流经狭缝14的流化空气A不能支撑它们为止。由于重力作用这些颗粒通过所述狭缝14落到底面13外面，例如在传送带17上收集这些颗粒，最终将它们排放到造粒器11的外面。
必须注意：横穿狭缝14的空气A也称为分级空气，因为其功能是将尺寸和重量均等于要生产的颗粒的尺寸和重量的颗粒，在流化床中含有的所有种子S1和生长颗粒中选择它们。
还必须注意：当分级空气流A进入狭缝14上方的流化床区间时，将造成位于其中的颗粒(种子S1和生长颗粒)局部分散(薄化)，从而利用重力通过狭缝14从底面13中排放具有所需尺寸和重量的颗粒。根据本发明造粒方法的这种替代性实施方案，可以进一步缩小成品粒度分散的非常小的范围，甚至得到基本上是单分散粒度的成品。
因此，本发明可以进行各种变化和改动，所有这些都在下面权利要求书所限定的本发明的保护范围内。
例如，图5中的造粒器11的狭缝14也可以相对于长侧壁15、16横向(倾斜)或平行布置在底面13上。这些狭缝14优选靠近所述侧壁15、16且与其平行布置。
图5中的造粒器11也可以用单一流体流L的给料器20a或20b生产。在这种情况下，得到一个圆柱形涡流。
在一个替代的实施方案中，还可以设计包括多个相互叠置的容器12的图5所示类型的造粒器。在这种情况下，从容器12的底面13排放的颗粒下落到下面一个容器12中含有的流化床上，进一步加大其尺寸和重量。只在最下面的容器12下面提供收集设备如传送带17。通过改变狭缝14中相应通道的宽度或分级空气的速度即可在一个容器和另一个容器之间进行分级。
一般来说，可以分别用不同的流化空气和分级空气流通过合适的设备为图5中的造粒器11的容器12交替供料。第一气流通过底面13的孔13a渗入流化床，而第二气流通过狭缝14渗入。
上述流体流L可以包括相对稀释在溶剂中的雾化生长液，例如，在生产尿素颗粒的情况下，雾化生长液可以含有94wt％-96wt％的熔融尿素，余量是6-4％的水(溶剂)。流体流L也可以基本上只含有生长液，因此，生长液以连续全液体浆片或流束形式供入流化床。在这种情况下，通常是在生产尿素颗粒的实施例中，熔融尿素(生长液)的浓度大于98％。
另外，以2-50m/s，优选10-20m/s的速度向流化床内供应包括生长液的流体流L可以得到形成涡流的特别令人满意的效果。在雾化生长液的情况下，例如通过文丘里管适宜地放慢从传统类型的雾化喷嘴喷出的空气和雾化生长液的速度可有利地得到所述流化床的入口速度。
在其它由本发明的造粒方法带来的优点中，值得提及的还有与现有技术的方法相比能够大幅减少不希望形成的灰尘，其中的原因是雾化生长液的早期冷却。因此，即使不能完全取消回收这些灰尘需要的设备，也能够减少这些设备。与可能得到粒度合适的成品即可直接销售的成品一起，这一优点能够大幅降低相应的造粒装置的投资和维修费用及能耗。
Claims (15)
1. 流化床造粒方法，其包括下述步骤：
-制备要造粒的物质的种子(S1)的流化床，该流化床具有基本水平的自由表面(P)；
-供应包括生长液的流体的连续流(L)；
其特征在于，在所述流化床内形成具有基本上是水平的轴的连续涡流(V)，其中可以识别润湿种子和蒸发可能包含在所述液流(L)中的溶剂的上区(Z1)和固化/固结生长液的下区(Z2)。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述涡流(V)是通过包括生长液的所述液流(L)形成的，液流(L)是在所述自由表面(P)的下面以与之基本平行的方向供给的。
3. 根据权利要求2的方法，其特征在于，包括生长液的所述液流(L)靠近所述自由表面(P)供入。
4. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述流化床是在一个具有矩形截面的基本上是平行六面体的容器(2)内形成的，在相对于容器(2)的短侧端壁(6)的短侧壁(7)上有成品排放孔(8)，种子(S1)从短侧端壁(6)供入流化床，所述连续涡流(V)以螺旋移动的方式从所述端壁(6)延伸至所述排放孔(8)。
5. 根据权利要求4的方法，其特征在于，包括生长液的所述液流(L，L1)在所述自由表面(P)的下面以与之基本平行的方向在所述容器(2)的相对的长侧壁(4，5)处供给所述流化床，从而在所述流化床内形成两个相反的螺旋涡流(V1，V2)。
6. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述流化床是在一个基本上是平行六面体的容器(12)内得到的，容器(12)有包括多个合适狭缝(14)的穿孔底面(13)，用于排放具有预定尺寸和重量的颗粒，所述连续涡流基本上是圆柱形。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，包括生长液的所述液流(L)在所述自由表面(P)的下面以与之基本平行的方向在所述容器(12)的至少一个侧壁(15，16)处供给所述流化床，所述种子(S1)在流化床的长度上以与所述至少一个侧壁(15，16)平行的方向供给所述流化床。
8. 根据权利要求7的方法，其特征在于，包括生长液的所述液流(L)从容器(12)的两个相对侧壁(15，16)供入所述流化床，从而在所述流化床内形成两个相反的圆柱形涡流(V’，V”)。
9. 根据权利要求6的方法，其特征在于，具有预定尺寸和重量的所述颗粒从容器(12)的底面(13)的排放是利用重力进行的，其方向与通过所述狭缝(14)进入所述流化床的空气或其它合适分级气体的气流(A)相反。
10. 根据权利要求9的方法，其特征在于，所述的空气或其它合适分级气体的气流(A)用于生成所述的流化床。
11. 流化床造粒器，其包括在其中生成流化床的一个具有矩形截面的基本上是平行六面体的容器(2)，容器(2)有可以透过空气或其它合适气体的流化气流(A)的底面(3)，底面(3)限定在两个相对的长侧壁(4，5)及两个相对的短侧壁(6，7)之间，后者分别是端壁(6)和成品颗粒的排放壁(7)，该造粒器的特征在于，在至少一个所述长侧壁(4，5)上设置分布器-给料器(10，10a，10b)，用于向所述流化床内供给包括生长液的流体流(L)。
12. 根据权利要求11的造粒器，其特征在于，在每一个所述长侧壁(4，5)上设置所述分布器-给料器(10a，10b)。
13. 流化床造粒器，其包括在其中生成流化床的一个基本上是平行六面体的容器(12)，容器(12)有可以透过空气或其它合适气体的流化气流(A)的底面(3)，底面(3)限定在相对的侧壁之间，该造粒器的特征在于，在至少一个所述侧壁(15，16)上设置分布器-给料器(20a，20b)，用于向所述流化床内供给包括生长液的流体流(L)，其特征还在于还包括至少一个狭缝(14)，其宽度与要生产的颗粒直径相关，狭缝(14)限定在所述底面(13)内，用于将颗粒排出容器(12)，该造粒器还包括用于通过所述至少一个狭缝(14)将空气或其它合适气体的分级气流(A)供入所述流化床的设备。
14. 根据权利要求13的造粒器，其特征在于，所述流化气流(A)以及所述的用于将空气或其它合适气体的分级气流(A)被通过同样的装置供入所述流化床。
15. 根据权利要求11-14之一的造粒器，其特征在于，所述分布器-给料器(10，10a，10b，20a，20b)支撑在距底面(3)预定高度处。
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