DE2400032C3

DE2400032C3 - Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen

Info

Publication number: DE2400032C3
Application number: DE19742400032
Authority: DE
Inventors: Viktor Nikolaevitsch Martscheskij; Iosif Iljitsch Tschernobylskij (Verstorben)
Original assignee: KIEVSKIJ ORDENA LENINA POLITECHNITSCHESKIJ INSTITUT IMENI 50-LETIJA VELIKOJ OKTJABRSKOJ SOZIALISTITSCHESKOJ REVOLUZII KIEW (SOWJETUNION)
Current assignee: KIEVSKIJ ORDENA LENINA POLITECHNITSCHESKIJ INSTITUT IMENI 50-LETIJA VELIKOJ OKTJABRSKOJ SOZIALISTITSCHESKOJ REVOLUZII KIEW (SOWJETUNION)
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE2400032A1; DE2400032B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen aus deren Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen.

Die genannten Granulationsverfahren finden in verschiedenen Industriezweigen Verwendung, z. B. in der Atomindustrie zum Granulieren von radioaktiven und toxischen Stoffen oder ihren Gemischen, in der chemischen Industrie zum Granulieren von Düngemitteln: Ammoniumsulfat, Carbamid, Nitroamophos, Ammoniumsalpeter und deren Gemischen.

Bekannt ist ein Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen aus deren Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in der suspendierten Scfc'sht von festen Partikeln (s. »Trocknen in suspendiertem Zustand«, Verlag »Chemie«, Moskau, 1968). Nach diesem Verfahren werden Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in zerstäubter Form mit einer Spritzdüse der suspendierten Schicht zugeführt, die aus festen Teilchen besteht, die als ICeime der Granulatbildung und des Granalienwachstums dienen. Die festen Teilchen werden im kontinuierlichen Kreislauf geführt. Als Keime der Granulatbildung werden Granaliensplitter oder Salzkristalle verwendet. Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen befinden sich in der suspendierten Schicht von festen Teilchen in Form von Tropfen, die, sobald sie auf die Oberfläche der Teilchen gelangen, die letzteren benetzen. Der genannten Schicht wird gleichzeitig ein Wärmeträger, z. B. Rauchgase mit der erforderlichen Temperatur zugeleitet Die benetzten Teilchen kommen mit dem Wärmeträger in Berührung, wodurch entweder das Verdampfen der in der Lösung oder Suspension vorhandenen Flüssigkeit, oder die Kristallisation der Schmelze erfolgt, d.h. in beiden Fällen erfolgt das Absetzen des festen Stoffes an dem Teilchen, und da sich die Teilchen im Kreislauf befinden, erfolgt ihr Benetzen, d.h. Berührung mit der eingeführten Flüssigkeit mehrmalig. Auf diese Weise erfolgt das Wachstum des Granulats.

Einer der Hauptnachteile des genannten Verfahrens ist die Polydispersität des anfallenden Produktes, d. h. eine große Uneinheitlichkeit der Korngrößen des erhaltenen Granulats. Das ist dadurch bedingt, daß die Spritzdüsen die zugeführte Flüssigkeit, gleich ob Lösung, Suspension oder Schmelze, in Tropfen von unterschiedlicher Größe dispergiert. Außerdem vermindert sich die spezifische Tropfenmenge mit der Entfernung von der Spritzdüse, Infolgedessen gelangt auf die sich durch die Wirkungszone der Spritzdüse bewegenden Teilchen eine unterschiedliche Menge dies zugeführten Stoffes, d, h, die Granalien wachsen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ungleichmäßig an, was gerade zur Polydispersität des erhaltenen Produktes sogar bei der Anwendung von monodispersem Stoff als Granulationskeime führt

ία Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahren;· ist ein wesentliches Forttragen des Produktes in Form von Staub aus der suspendierten Schicht. Das wird dadurch erklärt, daß eine große Menge der sich in der Zerstäubungszone der Spritzdüse befindlichen sehr kleinen Tropfen Zeit haben, zu trocknen oder zu kristallisieren, ehe sie mit den festen Teilchen, die als Granulationskeime dienen, in Berührung kommen. Deswegen werden sie auch als Staub durch die Wärmeträger weggetragen. Außerdem ist nicht ausge schlossen, daß bei kleiner Höhe der suspendierten Schicht auch größere Tropfen weggetragen werden. Um eine Schicht von wesentlicher Höhe in suspendiertem Zustand zu halten, ist ein großer Energieverbrauch erforderlich, was wiederum ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist. Darüber hinaus wird eine große Energiemenge zur Flüssigkeitszerstäubung verbraucht In der US-PS 35 49 336 wird die Granulierung von pulverförmigem Material durch Verkleben der einzelnen Feststoffteilchen des als Ausgangsprodukt verwen- deten Pulvers mit Flüssigkeitströpfchen beschrieben.

Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren entstehen hier die Agglomerate (Granulate) aus dem als Ausgangsmaterial verwendeten Pulver und nicht aus dem Stoff, der in der Ausgangslösung der Flüssigkeits suspension bzw. der Schmelze enthalten ist Außerdem wird hier kein kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm verwendet. Die benetzende Flüssigkeit wird mittels einer Düse dispergiert, was unwirtschaftlich und wenig wirksam ist. Die US-PS 37 38 821 und DE-PS 15 42 388 sind der nächste Stand der Technik. Darin und im erfindungsgemäßen Verfahren erhält man das Granulat aus Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen. Die Arbeitsgänge hinsichtlich der Zufuhr der genannten Flüssigkeiten zur Oberfläche der Granulate in den Verfahren gemäß der US-PS 37 38 821 und DE-PS 15 42 388 unterscheiden sich jedoch wesentlich von den Arbeitsgängen, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommen. So etwa in der DE-PS 15 42 388 die Ausgangsflüssig keit durch über der suspendierten Schicht angebrachte Düsen fein verteilt. Auch hier kommt kein Flüssigkeitsfilm zum Einsatz.

Gemäß der US-PS 37 38 821 wird die Flüssigkeit ebenfalls fein versprüht, jedoch innerhalb der suspen dierten Schicht durch die dort angebrachten Düsen. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren treten hier die Feststoffteilchen mit den Flüssigkeitströpfchen in Kontakt, während eine Kontaktierung der suspendierten Schicht der festen Teilchen mit einem

μ kontinuierlichen Flüssigkeitsfilm nicht stattfindet. Düsen bieten bekanntlich zum Dispergieren von Flüssigkeit nur geringe Sicherheit. Außerdem ist ein derartiges Verfahren energieaufwendig. Die bekannten Verfahren sind daher weniger wirksam als das erfindungsgemäße.

hi Außerdem weisen sie nicht die kennzeichnenden Merkmale desselben auf:

Kontinuierlicher, den zu granulierenden Stoff enthaltender Flüssigkeitsfilm; gerichteter Transport der festen

Teilchen der suspendierten Schicht durch den Flüssigkeitsfilm, wobei die Teilchen von diesem umgeben werden; Erhärten der Flüssigkeit auf der Teilchenoberfläche und Haften des festen Stoffes mit der Oberfläche; mehrfacher Transport der festen Teilchen durch den Film; Einhaltung einer bestimmten Filmdicke,

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen durch Zuführen dieser Stoffe in Form ihrer Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in eine mittels eines gasförmigen Wärmeträgers suspendierte Schicht von festen Teilchen, wobei durch mehrmalige Berührungen der Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen mit den festen Teilchen der suspendierten Schicht die in den Lösungen oder Suspensionen vorhandenen Lösungsmittel verdampfen bzw. die Schmelzen kristallisieren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Lösungen Suspensionen oder Schmelzen der suspendierten Schicht von festen Teilchen in Form eines Films zuführt und die festen Teilchen der suspendierten Schicht an der Filmoberfläche entlangführt

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Technologie zur Herstellung von Feststoffteilchen aus einer homogenen Lösung einer Flüssigkeitssuspension oder einer Schmelze des betreffenden Stoffes beschrieben.

Dieses Verfahren kann außerdem zur Züchtung von Teilchen aus einem Stoff auf der Oberfläche eines anderen Stoffes verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren dadurch, daß der zu granulierende Stoff, wie etwa NH4 NO3 in der homogenen Lösung, der Suspension bzw. der Schmelze, d. h. also im flüssigen Zustand, in die suspendierte Schicht der festen Teilchen des betreffenden Stoffes als Film aus einer zusammenhängenden nicht dispergieren Flüssigkeit eingebracht wird, und die festen Teilchen des zu granulierenden Stoffes durch diesen Film strömen.

Die Flüssigkeit kann in die suspendierte Schicht (Wirbelschicht.) als dünner kontinuierlicher Film eingebracht werden, indem etwa die Flüssigkeit auf der Oberfläche der einzelnen Bauteile des Apparats verteilt wird, die in die Schicht der suspendierten Teilchen des zu granulierenden Stoffes eingetaucht sind.

Die einzelnen Bauteile, welche den Film ausrichten, können dabti verschieden aussehen. Da Erfindungsgegenstand jedoch ein Verfahren ist, sollen sie hier nicht näher besprochen werden.

Eine näherungsweise Darstellung des richtenden Elementes, auf dem der Fl&isigkeitsfilm entsteht, ist aus der Figur ersichtlich, in der der Film mit der Ziffer 3 bezeichnet iit. Das Element kann in der Wirbelschicht der Feststoffteilchen so angeordnet werden, daß diese ohne weiteres mit dem Wärmeträgerstrom oder mit einem mechanischen Erreger durch die Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes, dessen Dicke geringer ist als der Durchmesser der ursprünglichen Stoffteilchen, bewegt werden können.

Beim Hindurchtreten der Teilchen durch den Film gelangt ihre Oberfläche mit der den zu granulierenden Stoff enthaltenden Flüssigkeit in Berührung und benetzt sich damit, wobei die Art der Flüssigkeitsverteilung auf der Teilchenoberfläche nach der Kontaktierung nicht kritisch ist. Die Art der Verteilung ist offenbar dieselbe wie auch bei anderen Granulierungsverfahren. Je nach dem zu granulierenden Stoff kann die Flüssigkeit in die Poren eindringen oder ;juf der Teilchenoberfläche verbleiben.

Die festen durch Kontaktierung mit dem geschlossenen den zu granulierenden Stoff enthaltenden Flüssigkeitsfilm benetzten Teilchen des zu granulierenden Stoffes erfahren dann in der suspendierten Schicht eine Wärmebehandlung wie etwa durch Trocknen oder Abkühlen, wonach der ganze Cyclus von vorne beginnt.

Eine der möglichen Durchführungsvairianten, wie

etwa zur Granulierung eines Stoffes aus der Lösung, ist in der Figur dargestellt:

Die homogene den zu granulierenden Stoff enthaltende Lösung gelangt durch das Rohr 1 in die Aufnahmevorrichtung des den Film 2 orientierenden, in der suspendierten Schicht der festen Teilchen des zu granulierenden Stoffes gelegenen Elementes. Die Lösung verläßt dann die Vorrichtung als kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm 3, dessen Dicke geringer ist, als der Durchmesser der in der suspendierten Schicht befindlichen Stoffteilchen. Die suspendierte Schicht der Teilchen des zu granulierenden Stoffes 4 gelangt dann auf die Oberfläche des Films der Lö«'.'ng 3 und wird dann durch den Wärmeträgerstrom 3„ der über die Temperatur des Lösungsfilms hinaus erwärmt wurde, durch die Filmoberfläche transportiert. Die Länge des Filmbereiches bzw. seine Dicke werden durch die durch das Rohr 1 zugespeiste Lösung entsprechend reguliert. Währeno der Wanderung der Teilchen 4 durch den Lösungsfilm 3 treten die Oberflächenzonen mit der Lösung in Kontakt und benetzen sich damit. Da sie außerdem mit dem Wärmeträgersü om in Kontakt treten, kommt es zu einer teilweisen Trocknung des Lösungsmittels auf der benetzten Teilchenoberfläche. Die endgültige Trocknung des Lösungsmittels auf den Elementen der benetzten Oberfläche der Teilchen 6 erfolgt in suspendiertem Zustand infolge der den Teilchen, wie z. B. durch den Strom des erwärmten Wärmeträgers zugeführten Wärme, der die Schicht in eine Wirbelschicht umwandelt bzw. nach weiteren bekannten Verfahren in die suspendierte Schicht eingeführt wird.

Die getrockneten Teilchen kehren dann aufgrund der Beweglichkeit der suspendierten Schicht in die Ausgangsstellung zurück (F i g. 4), von wo sie wiederum mit dem Wärmeträgerstrom 5 auf den Film der homogenen Lösung 3 gelangen und durch diese transportiert werden.

Auf die eben beschriebene Art und Weise wiederholt sich ständig der Cyclus.

Durch mehrmalige Benetzung der Elemente der Teilchenoberfläche mit der Lösung des zu granulierenden Stoffes und Entfernung des Lösungsmittels auf der Teilchenoberfläche lagert sich eine allmählich dicker werdende Feststoffschicht ab, bis die Teilchen schließlich die erforderliche Größe erreichen. Diese werden dann auf bekannte Weise aus der Schicht entfernt. Die Ausgangsteilchen dienen als Granulierungszentren bnd werden in die suspendierte Schicht auf bekannte Weise eingeführt.

Da die festen Teilchen einen Film von vorgegebener

w) Größe berühren, s'tzt sich an den Teilchen gleicher Größe die gleiche Flüssigkeitsmenge ab, und deren Wachstumsgeschwindigkeiten sind entsprechend gleich, d. h. die Teilchen wachsen gleichmäßig. Dadurch wird das Erhalten von monodispersem Produkt bei geringen

b> Größen der Schicht gesichert. Die Zufuhr des flüssigen Produktes der suspendierten Schicht in Form eines Films schließt Tropfenbildung und folglich das Wegtragen des Produktes aus der Produktschic'it in Form von

Tropfen und Staub, der sich aus Tropfen von geringerer Größe gebildet hat, durch Wärmeträger aus. Dank den geringen Ausmaßen des Films kann man die Höhe der suspendierten Schicht auf ein Minimum reduzieren und dadurch den Energieverbrauch zum Durchblasen des Wärmeträgers wesentlich vermindern.

Dementsprechend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu dem bekannten, das Produkt von gewünschter Größe beim minimalen Wegtragen in Form von Siaub und geringen Energieverbrauch zu granulieren.

AK Keime der Ciramil.itbildiing werden Granulat splitter oder Sal/kristallc sowie verschiedene feste Schiit t st off e verwende!

/um besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.

U e i s ρ ι c I I

Kontinuierliches Granulieren von Ammon'umsuifat aus seiner 40"'nigen Losung

■\us Ausgangsteilchen /ur Erzeugung einer suspendierten Schicht werden Kristalle \on Ammoniumsulfat folgender Korngroße genommen

Durchmesser, mm Menge. Gew.-%

0.25-Oi
0.5 - I

10
90

Die Teilchen wurden in den suspendierten Zustand mittels erhitzter Luft gebracht. Die Temperatur der suspendierten Schicht wurde im Bereich von 90 bis 105 C gehalten. Der Widerstand der suspendierten Schicht betrug JO bis 60 mm WS.

Die Lösung wurde der Schicht in Form eires unbeweglichen Films zugeführt.

Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung hat:

Durchmesser, mm Menge, Gew.-%

1-2 2-3

Die Menge des weggetragenen stäubförmigen Produktes, in Gew.-°.'b ausgedrückt, bezogen auf die zur Granulierung aufgegebene Menge von Ammoniumsulfat und berechnet auf das vollkommen trockene Ammoniumsulfat. beträgt 1 bis 2%.

P e i s ρ i e I 2

Diskontinuierliches Granulieren von Dünger auf der Basis von Stickstoff. Phosphor und Kalium aus seiner Suspension, die 25 bis 28% Feuchtigkeit enthält.

Als Ausgangsteilchen zur Erzeugung der suspendierten Schicht werden Granalien von I bis 2 mm Durchmesser verwendet.

Die Teilchen wurden in den suspendierten Zustand mittels erhitzter Luft gebracht. Die Temperatur der suspendierten Schicht wurde zwischen 70 bis 80⁰C gehalten. Die Höhe der suspendierten Schicht wurde durch periodische Entnahme von Granulaten im Bereich von 140 bis 180 mm gehalten.

Der Widerstand der suspendierten Schicht betrug 40 bis· 70 mm WS.

Die Suspension wurde der Schicht in Form eines beweglichen Films zugeführt.

Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung besitzt:

Durchmesser, mm	Menge, Gew.-"/<
'S — 4	44, i
2-3	0.6
0-2	0,3

Die Menge des weggetragenen Produktes, bezogen auf die Menge des zur Granulierung aufgegebenen Produktes und berechnet auf das vollkommen trockene Produk'. beträgt I bis 2%.

Beispiel 3

Diskontinuierliches Granulieren von Ammonsalpeter aus seiner Schmelze.

Als Ausgangsteilchen zur Erzeugung der suspendierten Schicht werden Splitter von Ammonsalpetergranulat von 1 bis 2 mm Durchmesser verwendet. Die Teilchen wurden mittels Kaltluft suspendiert. Die Temperatur der Schicht wurde zwischen 60 bis 70" C gehallen. Die Schmelze wurde der Schicht in Form eines beweglichen Films zugeführt.

Die Höhe der suspendierten Schicht wurde zwischen 140 bis 180 mm durch periodische Entnahme von Granulat gehalten. Der Widerstand der suspendierten Schicht betrug 40 bis 70 mm WS.

Im Ergebnis erhält man ein Produkt, das folgende Kornzusammensetzung ha!:

Durchmesser, mm Menge, Gew-%

4-5 3-4 0.3

99,2
0,6
0.2

Die Menge des weggetragenen Produktes in Gew.-% ausgedrückt, bezogen auf die Menge des zum Granulieren aufgegebenen Produktes beträgt 0,1 bis 0.2%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Granulieren von festen Stoffen durch Zuführen dieser Stoffe in Form ihrer Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen in eine mittels eines gasförmigen Wärmeträgers supendierte Schicht von festen Teilchen, wobei durch mehrmalige Berührungen der Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen mit den festen Teilchen der suspendierten Schicht die in den Lösungen oder Suspensionen vorhandenen Lösungsmittel verdampfen bzw. die Schmelzen kristallisieren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen der suspendierten Schicht von festen Teilchen in Form eines Films zuführt und die festen Teilchen der suspendierten Schicht an der Filmoberfläche entlangführt.