CN1964779A - 流化床成粒方法 - Google Patents

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Abstract

预定物质的流化床成粒方法，包括如下步骤：通过预定流率的液化空气流，形成所述的将被形成颗粒的物质颗粒的流化床，所述物质颗粒采用种子形式供给流化床，向所述流化床提供连续的生长物质(或液体)流。

Description

流化床成粒方法
技术领域
在本发明的最一般的方面中，本发明涉及适当物质的流化床成粒方法，例如(但不限于)尿素、硝酸铵、氯化铵和类似易被形成颗粒的物质。
更具体地说，本发明涉及流化床成粒方法，其中预定物质的颗粒的获得是通过连续供入所述流化床的这种物质的颗粒种子的连续增长(体积上和质量上)，同时用液体状态的适当的生长物质流来实现。
在其余的描述和后续的权利要求中，我们用术语“预定物质的颗粒种子”指示将被形成为颗粒的物质的粒子，具有将近2.5mm的尺寸。并且，为了简化，我们仅用术语“种子”指示颗粒种子。
本发明还涉及形成颗粒的设备，它可被用来实现上述的方法。
背景技术
众所周知，在预定物质的流化床成粒方法中，需要供应将被形成颗粒的物质的种子至所述床中，然后通过供应适当的生长物质来使物质种子生长，所述生长物质是通常与种子相同的物质，处于液体状态，可能含有溶剂。在其余的描述和后续的权利要求中，液态的预定的生长物质也将被称作生长液体。
已知的是，为了通过上述类型的流化床方法达到良好的成粒结果，需要通过生长液体来确保种子和颗粒的良好润湿性。
为了这个目的，需要生长液体采用近可能小的液滴的形式供应入流化床，所述液滴一定比正在生长的与它们接触的种子和颗粒小。
例如，在将被形成颗粒的物质是尿素时，允许生长液体(溶液中的尿素)中存在的水蒸发，从而获得高纯度的产品(尿素颗粒)。
通常，生长液体的液滴的尺寸是确定的，以允许液体中可能存在的溶剂蒸发。
在最坏的情况下，所述生长液体被以所谓的“雾化”形式供给，这是必要的、也是较好的方式。在这种条件下，实际上，生长液体设法单独地接触流化床中悬浮的物质的所有种子和颗粒，以弄湿它们，从而均匀地、最优地覆盖它们的整个表面。
为雾化生长液体，现有技术利用特殊的喷嘴，所述喷嘴被高速地供以所述液体和大量空气(或另外的适当气体)，例如以150至300m/s之间的速度供给。
成长中的种子和颗粒全部润湿后，经历可能的溶剂蒸发步骤和之后的凝固/固结步骤。
为生产尿素，这种类型的方法在US-A-4 353 730中被举例描述。
虽然从多个观点看它们是有优势的，但是现有技术的流化床成粒方法具有公认的缺点，包括：基本上不可能在预定值范围内控制产品的颗粒尺寸，以及高的运行成本。实际上，所述生长液体的雾化通常通过大量的高速空气获得，众人皆知这阻碍了在流化床内部恰当地、令人满意地控制颗粒的生长。
此外，作为上述缺点的结果，需要对产生的颗粒采用分类和挑选操作，以考虑抛弃总是相当多的尺寸不能被接受的颗粒(或者太大或太小)、以及这种抛弃的回收操作、和它的顺着成粒方法反向执行的再循环。
现有技术的流体床成粒方法的其它公认缺点包括：生长中物质颗粒和种子的非最佳的均匀湿化，和不需要的凝块的形成，结果必然是整个方法的产量大幅下降。
发明内容
本发明待解决的难题是设计和提供具有功能特性的流化床成粒方法，以克服所有现有技术中引述的缺点，也就是，该方法实现更严格地控制成粒步骤，大量减少粉末和凝块的形成，以及最后但相当重要的，大幅提高方法的成本效率。
依靠本发明上述技术难题被解决了，本发明所述的预定物质的流化床成粒方法包括如下步骤：
通过预定流率的液化空气流，形成将被形成颗粒的所述物质颗粒的流化床，所述物质颗粒采用种子形式供给流化床，
向所述流化床提供连续的生长物质(或液体)流，
其特征在于它包括如下步骤：
在所述流化床中，通过所述液化空气流的至少一部分，形成将被形成颗粒的物质的所述颗粒的大致涡流形的循环运动，
通过所述部分液化空气流，维持和调节所述循环运动。
有利地，所述液化空气流被分成具有各自流率的多个小部分，所述流率在最小值流率和最大值流率之间，其中最小值流率足以支撑流化床，并且在其第一区域供应，最大值流率在床本身的另一个区域供应，以引起和维持所述物质颗粒的大致涡流形的循环运动。
本发明另外的特点和优点将通过本发明所述成粒方法的实施例的详细描述而变得更清楚，所述方法在下文将结合附图给出，仅用于指示和非限定的目的。
附图说明
图1和图2分别示意地显示了用于实现本发明的成粒方法的设备(成粒机)的纵剖面和横截面；
图3和图3a示意地显示了图1和图2中成粒机细节变化的实施例的各个平面图；
图4示意地显示了图3、3a中细节进一步变化的实施例的平面图；
图5和图5a分别示意地显示了图3、3a中细节进一步变化的实施例的平面图和横截面；
图5b显示了图5、5a中细节变化的实施例的横截面；
图6显示了与图2中相同的成粒机，用于实现本发明成粒方法的变更
实施例；
图7示意地显示了图3、3a中细节的进一步变化的实施例。
具体实施方式
结合图1、2、3、3a，用于实现本发明所述的流化床成粒方法的设备被总括地指示为1，在其余描述中设备将被更简单地称为成粒机。
以完全示意性的方式，所述成粒机1包括容器2，在顶部显示为开口，形状上基本上是平行六面体，具有矩形截面。
所述容器2具有底部3，能透气，包括穿孔元件(栅格)，两个相对的长的侧壁4、5和两个相对短的壁，前面6或前端和后部7。
本身是常规的并且没被详细描述的装置被支撑在前端壁6的上侧，该装置被表示为9，用来连续供应将被形成颗粒的物质种子S1流进入容器2。在后壁7中，在底部或栅格3之上的预定高度处，开口8被形成，用于通过堰从所述容器2排放最终(粒状的)产品，这将在其余的描述中变得更清楚。
在容器2下方的位置处，鼓风系统(因为它完全是常规的，所以没有显示)被供以空气A或者另一种气体流体(液化空气)，所述鼓风系统被用来在容器2中实现和维持将被形成颗粒的物质的流化床。
依照本发明的特点，如上所述，栅格3组成所述容器2的底部，栅格3实质上是穿孔的板(图3，3a)，其上的孔11以非均匀的方式分布，孔11被用来将预定流率的液化空气注射入所述容器2。
根据本发明的第一优选实施例(图3)，所有的孔11具有相同的直径，并且栅格3中孔11的分布被选择，使得它们的“密度”(被理解为表面每平方厘米的孔的数量)从容器2的长壁开始，例如从壁4，朝相对的长壁，例如朝壁5，增加。特别地(图3a)，根据进一步实施例，所述“非均匀”分布通过在栅格3中界定预定宽度的平行带3a、3b、3c获得，在每个带中，各个孔11根据预定的带与带之间不同的“间距”规则地分布。
所述容器2的长侧壁(例子中的壁5)的上侧附近，接近图3a的栅格3的区域3c，该处孔11的密度最大，分配供应器10配有没有显示的常规的装置，用来例如以雾状液体状态连续地向所述容器2中供应预定的颗粒生长物质流L。
所述分配器10大致延伸壁5的整个长度，并位于底部(栅格)3上方的一高度处，该高度根据流化床的厚度而预定确定，这将在其余的描述中变得更加清楚，试图在所述容器2中实现。此外，所述分配器10被定位，以在这里举例描述的大致平行所述栅格3的方向上连续供应生长物质流。
参考成粒机1，如上所示(图1至图3a)，本发明的成粒方法的示范性例子现在将被阐述。
在初始条件下，在容器2中，将被形成颗粒的预定物质的种子S1的流化床采用完全常规的技术实现，所述种子通过分配器9被连续地在容器本身的前壁6处供给。这种流化床被获得了，通过具有预定流率的适当的连续空气流A(液化空气)被支撑和维持，通过其上栅格3从下面连续地供入所述容器2。当被连续供给种子S1的流化床的厚度为：使得它的自由表面达到开口8的位置时，通过堰，最终的颗粒开始连续地从容器2被“排放”。
液化空气A通过底部3以“非均匀”方式被分布入床，这与设在所述底部(栅格)3上的孔11的“非均匀”分布相对应。在孔11的密度更大的地方，空气通量更大；在示例情况(图3a)下，液化空气A的更大的流率在所述栅格3的带3c中、壁5附近处获得，液化空气A的更低的流率在带3a中、相对壁4附近处获得。
现在，液化空气的流率、它的速度、孔11的直径和它们在栅格3的不同带或区域中的密度被选择，使得流化床的形成和支撑在更低密度的带或区域处被保证。结果，由于本发明的栅格的结构，在所述栅格的其它带处，如示例情况，当一个接近所述容器2的壁5时，液化空气的流率和速度的增加值确定生长中的颗粒朝向流化床自由表面的向上的曳行(dragging)。当一个接近壁5时，这种曳行的程度也在增加，在壁5处它到达它的最大值。
作为第一个效果，这增加了被应用在流化床的颗粒上的向上曳行的程度，并且在流化床中形成了颗粒围绕假想轴线的呈V形涡流的循环运动，在图1和2的例子中，所述假想轴线是大致水平的。所述循环运动从前壁6呈螺旋形地延伸至所述容器2的后壁7。
基本上，利用具有以上述方式构造的底部或栅格3的容器2，本发明的成粒方法基本上包括在流化床中分配液化空气的流率，这在容器2中执行，将它分成多个流率区域，在最小量和最大量之间具有各自的值，其中所述最小量足以支撑所述流化床，并在其第一区域3a处被供应，所述最大量在所述床的区域3c中供应，与第一区域3a间隔开，以引起和维持颗粒在流化床本身中大致呈涡流形的循环运动。应该注意的是，在示例性的情况下，在流率最小的所述第一区域和流率最大的与其间隔的区域之间的液化空气流率的变化是阶阶跃式的。在图3的情况下，作为替换，在流率最小的侧壁4附近区域和流率最大的侧壁5附近区域之间的液化空气流率采用渐进和连续的方式变化。
作为第二个效果，在所述循环运动中，更具体的说，在其上升地带，上述的向上曳行确定了颗粒的细化，在其中相互间隔，这是明显的，实际上，在容器2的壁5附近，换句话说在所述栅格3的孔11“密度”较大的区域，也就是注入流体的液化空气流率较大的地方。
在颗粒较细化处且液化空气的温度较高处，以雾化形式供应的、利用生长液体的所述颗粒的润湿发生了。准确地说，因为它们被细化，也就是相互间隔，颗粒的润湿以非常均匀和最佳的方式发生了。结果，颗粒本身生长的均一性被提高了。此外，在上述各颗粒润湿发生的地方，对已经形成在流化床中的颗粒的旋转流响应的空气流是热的，并均匀地最优地考虑到了使用在生长液体中的可能的溶剂蒸发。结果，沉积在每一个颗粒上的生长物质的“新”层的厚度是均匀的和最优的。
润湿后，各颗粒和在上述循环运动中直接跟随它们的颗粒一起朝容器2的相对壁4移动，从而穿过流化床的连续区域，与所述区域相对应，栅格3具有带3b、3a，其上的孔11的密度逐渐减小。在流化床的这些区域中，液化空气施加的向上的推力下降至0，该推力在所述容器2的壁5附近是最大的。由于这个原因，在所述壁4的附近，颗粒流自然偏向容器2的底部或栅格3。
在朝底部3运动的过程中，所述循环运动的各颗粒穿过流化床的在下面的层，所述在下面的层逐渐变冷。在这个过程中，生长液体的凝固/固结步骤在每一个颗粒的表面上进行，该步骤在后续的向上延伸至壁5的地方被完成，各颗粒获得稍微增加的体积和质量。从这里，每一个颗粒开始新的与上述相同的生长循环，同时它还朝排出壁移动(“涡流”的螺旋形运动)。
与本发明的这个实施例相对应，在粒子尺寸方面，产生的颗粒在非常有限的范围内是多分散的(polydispersed)，关于这点，到目前为止，根据现有技术采用流化床成粒方法是可能的。
由于上文提出的事实，下述内容可被方便地实现，即：每一个物质颗粒经历大体相同的生长过程，因为每个循环(润湿、干燥、脱水和固结)的操作时间和在流化床中执行的循环次数可被控制，从而控制所述流化床不同区域中液化空气流的流率变化。
此外，由于本发明所述成粒方法，相对现有技术方法，大量减少了粉末的形成。这意味着减少了、甚至淘汰了用于收回这些粉末所必须的设备，同时获得适当粒子尺寸的，也就是直接“适于销售的”最终产品，这使得相关的成粒工厂的投资和维护成本、以及能量消耗被大幅减少。
最后但最重要的是，使用液化空气引起和维持上述流化床生长颗粒中的循环涡流运动，这有利地允许使用附加的外部能量源来实现被避免的相同目的，结果积极地反映在方法效率上，减少了消费。
根据本发明的另一个实施例(图4)，栅格3中孔11的分布是均匀的，但是孔本身具有不同的直径。特别地，当越接近支撑有分配供应器10的壁5时，孔的直径逐渐增加，也就是，壁5附近设有大孔，当越接近壁4时，设有逐步变小的孔。在这种情况下，液化空气流率的变化是逐步的，并且采用与图3的实施例相同的方式，在最小值区域和最大值区域之间变化。
根据本发明的另一个实施例，如上所述，颗粒的循环涡流运动的形成和维持的实现，不是通过将液化空气流分成多个具有不同流率的部分，而是适宜地通过改变这种流进入流化床的进入方向。
为了这种目的，例如(图5、5a)，栅格3的孔11被均匀地分布，它们都具有相同的直径，并且它们都在水平方向上相等地倾斜预定的角度α，优选在30°和60°之间，例如45°。
所述孔的倾斜以这样的方式被选择：即，作用在颗粒上的空气推力具有垂直分量，以保证支撑流化床，并具有水平分量，以产生并维持颗粒在流化床中的旋转运动。
作为这个实施例的替换，栅格3的孔11是均匀分布的，它们都具有相同的直径，并且它们是垂直的；栅格3配有导流片(图5)，导流片由金属薄片组成，朝容器2的壁5倾斜预定角度α至水平方向，优选在30°和60°之间，例如45°，在孔11附近，从孔11以预定距离联合、优选焊接至所述栅格3。
这样，从孔11出来的液化空气被以与图5a中显示的实施例相同的方式引导，以这种方式在流化床内形成颗粒的上述旋转气流。参见图6，本发明的成粒方法的进一步有利的另一种形式的实施例在将被形成颗粒的物质的同一个流化床中，形成两种相对的颗粒循环运动，V1和V2。
为了这个目的，容器2在两个相对的长侧壁4、5上配置各自的分配器10a、10b，用来提供相同生长液体的流L、L1，以及配置设有通孔11的栅格3，所述通孔关于中间轴线M-M，按照对称地相对的和相等的分布设置。在这个图6中，在结构上和功能上与那些在前面图中显示的部件等同的成粒机1部件用相同的附图标记指示。特别地，栅格3的通孔11是参考图3-5b而进行描述的类型。
由于此实施例，可以使计划执行本发明所述成粒方法的成粒机的生产能力加倍，以保持流化床的操作条件恒定。
按照本发明的成粒机1的另一个变型的实施例，种子S1和含有生长液体的流L1、L2对应于容器2的至少一个相同侧壁4、5而被供入所述流化床。
这种容器2具有底部或栅格3(图7)，所述底部或栅格3设有孔11，所述孔11在两个对称的相对区域，采用与图4中显示的先前实施例描述的相同方式分布；所述底部还设有多个用来排出颗粒狭槽14，它具有适当的尺寸，并具有与计划生产的颗粒的直径相关(更大)的宽度。不用说，本发明的此实施例还可采用本发明的相对于图3-3a和5-5b的其它实施方式。
从容器2的底部3排出最终颗粒是依靠重力发生的，优选与通过所述狭槽14供入所述流化床的空气流A或另外适合分类的气体流A方向相反。根据此实施例，后壁7当然没有开口8。
如此构思的本发明易于进一步变化和改进，所有的变化和改进是在本发明本身保护的范围内的，其中通过下述权利要求界定本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种预定物质的流化床成粒方法，包括如下步骤：
通过预定流率的液化空气流，形成将被形成颗粒的所述物质颗粒的流化床，所述物质颗粒以种子形式被供给流化床，
向所述流化床提供连续的生长物质流，
其特征在于，所述方法还包括步骤：
在所述流化床中，通过所述液化空气流的至少一部分，形成将被形成颗粒的所述物质颗粒的大致呈涡流形的循环运动，以及
通过所述部分液化空气流，维持和调节所述循环运动。
2.根据权利要求1所述的成粒方法，其特征在于：所述大致呈涡流形的循环运动具有大致水平的轴线。
3.根据权利要求2所述的成粒方法，其特征在于：所述液化空气流被分成具有各自流率的多个部分，所述流率在最小值流率和最大值流率之间，其中最小值流率足以支撑流化床，并且在其第一区域供应，最大值流率在相同床的另一个区域供应，以引起和维持所述物质颗粒的具有大致水平轴线的大致呈涡流形的循环运动。
4.根据权利要求3所述的成粒方法，其特征在于：在流率最小的所述第一区域和流率最大的与其间隔开的区域之间的液化空气流率的变化是阶跃型的。
5.根据权利要求3所述的成粒方法，其特征在于：在流率最小的所述第一区域和流率最大的区域之间的液化空气流率的变化大致是逐步的、连续的。
6.根据权利要求2所述的成粒方法，其特征在于：所述液化空气流根据倾斜于所述涡流形循环运动的所述水平轴线的方向从下面广泛地分布到所述流化床中，其中所述涡流形循环运动趋于在流化床本身内形成。
7.一种预定物质的流化床成粒方法，所述方法在大致呈平行六面体且具有矩形截面的容器(2)内进行，其中液化空气流通过大致形成为栅格的底壁(3)进给到所述容器(2)中，其中在所述容器(2)的一个端部(6)处，所述物质的种子流被连续进给，而在其相对端部(7)处，最终颗粒产品流连续被排出，其中在所述流化床中，用于颗粒的连续的生长物质流也被进给，其特征在于，在所述流化床中并且通过所述液化空气的至少一部分，形成所述颗粒的大致呈涡流形(V)的循环运动并且保持这样的循环运动，同时在所述容器的所述相对端部之间形成大致螺旋形运动。
8.一种预定物质的流化床成粒方法，所述方法在大致呈平行六面体且优选具有矩形截面的容器(2)内进行，其中液化空气流通过大致形成为栅格的底壁(3)进给到所述容器(2)中，其中对应于所述容器(2)的至少一个相同的侧壁(4，5)，所述物质的种子流和颗粒生长物质流被连续进给，而在形成于所述底壁(3)中的多个狭槽(14)处，最终颗粒产品流连续被排出，其特征在于，在所述流化床中并且通过所述液化空气的至少一部分，形成并维持所述颗粒的大致呈涡流形(V)的循环运动。
9.一种流化床成粒机，包括大致呈平行六面体的容器(2)，所述容器(2)设有穿孔的底部(3)，所述底部(3)包括在两个相对的长侧壁(4，5)和相对的短侧壁(6，7)之间，其特征在于：所述底部(3)设有分布在所述底部(3)中的孔(11)，所述孔(11)具有从容器(2)的壁(4)朝着容器本身的相对壁(5)增加的密度或间距。
10.根据权利要求9所述的成粒机，其特征在于：所述孔(11)都具有相同的直径或开口区域。
11.根据权利要求10所述的成粒机，其特征在于：所述底部或栅格(3)的具有预定宽度的平行带(3a、3b、3c)被提供，每个带上的各个孔(11)根据预定的带与带之间互不相同的“间距”规则地分布。
12.一种流化床成粒机，包括大致呈平行六面体的容器(2)，所述容器(2)设有穿孔的底部(3)，所述底部(3)包括在两个相对的长侧壁(4，5)和相对的短侧壁(6，7)之间，其特征在于：所述底部(3)设有均匀分布在所述底部(3)本身中的具有不同直径或开口区域的孔(11)，每个孔(11)的直径在接近所述容器(2)的长侧壁(5)时逐渐增加，颗粒生长物质的分配供应器(10)被优选支撑在所述容器(2)的长侧壁(5)上。
13.一种流化床成粒机，包括大致呈平行六面体的容器(2)，所述容器(2)设有穿孔的底部(3)，所述底部(3)包括在两个相对的长侧壁(4，5)和相对的短侧壁(6，7)之间，带有生长物质的各个分配供应器(10，10a，10b)，对应于所述侧壁(4，5)的至少一个，其特征在于：所述底部(3)设有相对于水平方向相等地倾斜预定角度α的孔(11)，优选所述角度在30°到60°之间。
14.一种流化床成粒机，包括大致呈平行六面体的容器(2)，所述容器(2)设有穿孔的底部(3)，所述底部(3)包括在两个相对的长侧壁(4，5)和相对的短侧壁(6，7)之间，其特征在于：所述底部(3)设有均匀分布在所述底部(3)本身中的具有不同直径或开口区域的孔(11)，并且其设有偏转器(20)，所述偏转器相对于水平方向向所述容器(2)的壁(5)倾斜预定角度α，优选所述角度在30°到60°之间，并且设置在所述底部(3)上的孔(11)处，与所述孔(11)相距预定距离。
15.根据权利要求9至14中任何一个权利要求所述的含有穿孔底部(3)的流化床成粒机，其特征在于：它包括多个具有预定宽度的用于从容器(2)排放最终颗粒的狭槽(14)，以及用于将空气流或另外适合分类的气体流(A)通过所述狭槽(14)供入所述流化床的装置。
16.一种大致为矩形的栅格，适用于构造流化床成粒机的底部(3)，其特征在于，所述栅格设有分布在所述栅格中的孔(11)，所述孔(11)具有从所述栅格的一侧朝着相同栅格的相对侧增加的密度或间距。
17.根据权利要求16所述的栅格，其特征在于，所述栅格的具有预定宽度的平行带(3a、3b、3c)被提供，每个带上的各个孔(11)根据预定的带与带之间互不相同的“间距”规则地分布。
18.一种大致为矩形的栅格，适用于构造流化床成粒机的底部(3)，其特征在于，所述栅格设有均匀分布在所述栅格本身中的具有不同直径或开口区域的孔(11)，每个孔(11)的直径在接近所述栅格的一侧时逐渐增加。
19.一种大致为矩形的栅格，适用于构造流化床成粒机的底部(3)，其特征在于，所述栅格设有相对于水平方向相等地倾斜预定角度α的孔(11)，优选所述角度在30°到60°之间。
20.一种大致为矩形的栅格，适用于构造流化床成粒机的底部(3)，其特征在于，所述栅格设有均匀分布在所述栅格本身中的具有不同直径或开口区域的孔(11)，并且其设有偏转器(20)，所述偏转器相对于水平方向向所述容器(2)的壁(5)倾斜预定角度α，优选所述角度在30°到60°之间，并且设置在所述底部(3)上的孔(11)处，与所述孔(11)相距预定距离。
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