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Gebiet der
Anmeldung
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In
ihrem allgemeinsten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf einen Fluidbett-Granulationsprozess einer entsprechenden Substanz
wie z.B. Harnstoff, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid und ähnliche
Substanzen, die granuliert werden können.
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Diese
Erfindung betrifft insbesondere einen Fluidbett-Granulationsprozess,
bei dem das erhaltene Granulat in einem zweiten Fluidbett gekühlt und von
hier zur Lagerung und/oder zum Verpacken befördert wird.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Granulationsvorrichtung, die
zur Durchführung
des vorerwähnten
Prozesses verwendet wird.
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Stand der
Technik
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In
einem Fluidbett-Granulationsprozess findet die Gewinnung eines Granulats
einer vorbestimmten Substanz durch beständiges Wachstum (an Volumen
und Masse) von Ausgangskörnchen dieser
Substanz statt, die kontinuierlich und gleichzeitig mit einem Strom
einer entsprechenden Wachstumssubstanz in flüssigem Zustand in das Fluidbett eingeleitet
wird. Die Wachstumssubstanz hat dieselbe Beschaffenheit wie die
zu granulierende Substanz und liegt in flüssiger Form vor, die sich dazu
eignet, die Ausgangskörnchen
und die wachsenden Körnchen,
die zusammen das Fluidbett bilden, zu benetzen, an ihnen anzuhaften
und sie zu verfestigen.
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Eine
derartige, in flüssigem
Zustand befindliche Wachstumssubstanz wird in das Fluidbett bei
einer vorbestimmten Temperatur eingeleitet, zum Beispiel bei 120–140°C im Fall
von Harnstoff, so dass die Wachstumssubstanz selbst, sobald sie
sich an den Ausgangskörnchen
verfestigt hat, solche Eigenschaften bezüglich der Anhaftung beibehalten
kann, dass eine Adhäsion von
immer mehr Wachstumssubstanz am Körnchen ermöglicht ist, während sie
sich innerhalb des Fluidbetts befindet.
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Aus
diesem Grund hat die Außenfläche der aus
dem Fluidbett kommenden Körnchen
eine Temperatur, die nahe bei der Temperatur der Wachstumssubstanz
liegt, die in das Fluidbett eingeleitet wird.
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Wenn
es sich bei der zu granulierenden Substanz zum Beispiel um Harnstoff
handelt, beträgt
die Temperatur des dem Fluidbett entstammenden Fertiggranulats zum
Beispiel circa 110–120 °C.
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Das
granulierte Produkt muss für
seine nachfolgende Verwendung zum Beispiel als Düngemittel auf eine Temperatur
heruntergekühlt
werden, die zur Lagerung in einem Lagerhaus geeignet ist. Für Harnstoffgranulat
liegt diese Temperatur zum Beispiel bei ungefähr 50°C.
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Um
die oben erwähnte
Anforderung zu erfüllen,
sind Fluidbett-Granulationsprozesse vorgeschlagen worden, bei denen
ein Abkühlen
des erzeugten Granulats vorgesehen ist.
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Insbesondere
wurde ein Fluidbett-Granulationsprozess (
US 4 219 589 ) vorgeschlagen, bei dem das
erzeugte heiße
Granulat in einem zweiten Fluidbett gekühlt wird.
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Obwohl
er von verschiedenen Gesichtspunkten her vorteilhaft ist, leidet
der Fluidbett-Granulationsprozess der vorerwähnten Art an einem schweren,
anerkannten Nachteil.
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Bei
so einem Prozess ist es nämlich
erforderlich, neben den großen
Mengen an Luft, die zur Bildung und Aufrechterhaltung des Granulationsfluidbetts
einzuleiten ist, kontinuierlich zusätzlich große Mengen an Luft zur Bildung
und Aufrechterhaltung des Kühlfluidbetts
einzuleiten; dementsprechend bedingt dies einen höheren Energieverbrauch,
was einen negativen Einfluss auf die Kosteneffektivität des Prozesses
hat.
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Im
Dokument US-A-2 635 684 ist ein Granulationsprozess beschrieben,
der ein Sprühkondensieren
einer geschmolzenen Substanz, sowie das Kühlen des Granulats mittels
zweier Fluidbetten umfasst. Zur Fluidisierung der Betten und zum
Trocknen der Tröpfchen
der geschmolzenen Substanz wird ein einziger Gasstrom verwendet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin,
einen Fluidbett-Granulationsprozess zu erfinden und verfügbar zu
machen, der solche funktionellen Eigenschaften hat, dass all die
aufgeführten,
mit dem Stand der Technik zusammenhängenden Nachteile überwunden
werden, und der insbesondere so geartet ist, dass der Gesamtverbrauch
an Luft, die man zur Vollendung des Granulationsprozesses braucht,
wesentlich verringert ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
einen Fluidbett-Granulationsprozess an einer vorbestimmten Substanz
gelöst,
der das Kühlen
des in einem zweiten Fluidbett gewonnen Granulats umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass bei diesem Prozess derselbe Strom aus Fluidifikationsluft
verwendet wird, um das Kühlfluidbett
bzw. das Granulationsfluidbett in dieser Reihenfolge kontinuierlich
zu bilden und zu unterhalten, wobei die Betten im Hinblick auf den
Strom im Wesentlichen hintereinander geschaltet sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus
der ausführlichen
Beschreibung einer Ausführungsform
eines Fluidbett-Granulationsprozesses
gemäß der Erfindung, die
nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu darstellenden
und nicht einschränkenden
Zwecken erfolgt.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt
schematisch eine axonometrische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Fluidbett-Granulationsverfahrens
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
schematisch eine Schnittansicht der Vorrichtung von 1;
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Ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
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Mit
Bezug auf die Figuren ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines
Fluidbett-Granulationsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung
allgemein mit 1 angegeben.
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Eine
derartige Vorrichtung umfasst eine selbsttragende Konstruktion 2 im
Wesentlichen in Form eines quaderförmigen Behälters, der in seinem Inneren
einen Raum A ausbildet, in dem zwei Fluidbetten F1 und F2 realisiert
werden sollen, wie es deutlicher aus dem verbleibenden Teil der
Beschreibung zu ersehen ist.
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Die
Behälterkonstruktion 2 (die
nachstehend einfach nur als „Behälter 2" bezeichnet werden
soll) hat lange Seitenwände 5, 6,
eine kurze Vorderwand (oder Kopfwand) 7 und eine Rückwand 8;
sie ist an der Oberseite mit einem herkömmlichen und deshalb nicht
dargestellten Deckel verschlossen, und am Boden mit einer Doppelbodenplatte
ausgestattet, einer oberen Platte 4 bzw. unteren Platte 4a.
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Gemäß einem
besonderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Unterseite 7a der
Kopfwand 7 des Behälters 2 von
der Bodenplatte 4 der Doppelbodenplatte beabstandet, mit
der sie somit einen Durchlass (oder Durchgang) 20 ausbildet,
der den Raum A mit der Außenseite
des Behälters 2 in Verbindung
setzt. Außerdem
erstrecken sich gemäß einem
anderen besonderen Merkmal der vorliegenden Erfindung die vorerwähnten Bodenplatten 4, 4a von
der Rückwand 8 des
Behälters 2 um
einen vorbestimmten Längenabschnitt über die
Kopfwand 7 hinaus. An ihren freien Stirnseiten ist an den
Bodenplatten 4, 4a eine Vorderwand 17 befestigt,
die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Kopfwand 7 liegt,
mit der sie eine Art Fach 18 bildet, das sich bei dem Beispiel
der Figuren über
die gesamte Breite der Wand 7 erstreckt und über den
vorerwähnten
Durchlass 20 mit dem Raum A in Verbindung steht.
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Die
Bodenplatten 4, 4a der Doppelbodenplatte, die
Rückwand 8 des
Behälters 2 und
die Vorderwand 17 bilden eine Kammer 19 aus, die
mit dem Raum A durch die Bodenplatte 4 hindurch in Verbindung
steht, die perforiert, durchgestanzt oder in jedem Fall für Gasströme durchlässig bereitgestellt
ist. Diese Kammer 19, die unterhalb des Raums A verläuft, hat
eine begrenzte Höhe
und ist dazu gedacht, eine Kammer zur gleichmäßigen Verteilung eines Stroms
aus Fluidifikationsluft zu bilden, der in den Raum A gelangt, wie
es sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung ergeben wird.
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Vorteilhafterweise
und gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung hat die Verteilerkammer 19 ausgehend
von der Rückwand 8 des Behälters 2 in
Richtung zur Vorderwand 17 ein sich verjüngendes
Profil. Zu diesem Zweck ist die Bodenplatte 4a bezüglich der
gegenüberliegenden
Bodenplatte 4 geneigt vorgesehen, und läuft in Richtung zur vorerwähnten Vorderwand 17 auf
diese Platte 4 zu.
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Im
Inneren des Behälters 2 ist
eine rechteckige, vertikale Platte 15 gehaltert, und zwar
parallel zu und in vorbestimmtem Abstand zu der Rückwand 8 des
Behälters 2,
mit der sie einen Zwischenraum 16 ausbildet.
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Diese
Platte 15 ist an den gegenüberliegenden langen Wänden 5 und 6 des
Behälters 2 befestigt,
während
ihre horizontale Unterseite 15a von der Bodenplatte 4 beabstandet
ist, um mit dieser einen Durchlass (oder Durchgang) 25 auszubilden,
der dazu geeignet ist, den Zwischenraum 16 in Verbindung
mit dem Raum A im Inneren des Behälters selbst zu setzen. Nahe
einem oberen Teil der Platte 15 steht durch eine Öffnung 11 der
Zwischenraum 16 auch mit dem Raum A in Verbindung.
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Innerhalb
des Behälters 2 und
unter einem vorbestimmten Abstand von seiner Bodenplatte 4 ist ein
rechteckiger Einlegeboden 14 angeordnet, der umfangsmäßig an den
langen Seiten 5, 6, an der Vorderwand 7 des
Behälters 2 und
an der vorerwähnten Platte 15 befestigt
ist. Der Einlegeboden 14 bildet in dem Raum A eine Granulationszone
B aus und ist dazu gedacht, das Granulationsbett F1 einer vorbestimmten
Substanz zu unterstützen;
zu diesem Zweck ist der Einlegeboden 14 perforiert, durchgestanzt
oder in jedem Fall für
einen Strom aus Fluidifikationsluft durchlässig gemacht, der zur Bildung
und Unterhaltung des Betts F1 notwendig ist.
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In 1 ist
eine Verteileinrichtung (an sich bekannt) für Ausgangskörnchen von Granalien der zu
granulierenden Substanz im Behälter 2 an
seiner Oberseite angeordnet und schematisch mit 10 dargestellt,
während
Verteil- bzw. Zufuhreinrichtungen
für eine
Kornwachstums-Flüssigsubstanz
(auch bekannt, daher nicht im Einzelnen dargestellt) schematisch
mit 12 und 13 dargestellt sind.
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In 2 ist
eine der Rückwand 8 zugeordnete Öffnung zum
Eintritt von Luft in das Innere der Kammer 19 schematisch
mit 22 dargestellt. Eine solche Öffnung 22 steht in
Fluidverbindung mit an sich bekannten und daher nicht dargestellten
Einrichtungen zum Einblasen der Luft in die Kammer 19.
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Mit
Bezug auf die Vorrichtung der 1 und 2 soll
nun eine Ausführungsform
des Granulationsprozesses der vorliegenden Erfindung beschrieben
werden.
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Durch
Einleiten eines kontinuierlichen Stroms aus Ausgangskörnchen von
Granalien einer vorbestimmten Substanz zusammen mit einem kontinuierlichen
Strom einer Wachstumssubstanz in die Granulationszone B bildet sich
auf dem Einlegeboden 14 ein Granulationsfluidbett F1. Dieses
Ganulationsbett wird durch einen kontinuierlichen Strom aus Fluidifikationsluft
erhalten, unterhalten und aufrechterhalten, der in die Kammer 19 eingeleitet
wird und von hier durch die Bodenplatte 4 in den Raum A
unterhalb des Einlegebodens 14 gelangt. Entsprechend dem
Fortschreiten der Granulation (Wachstum der Granalien) findet eine
Zunahme der Höhe
des Fluidbetts F1 statt, bis seine freie Oberfläche das (vorab berechnete)
Niveau der Öffnung 11 erreicht.
An diesem Punkt beginnt durch die Öffnung 11, die im
Wesentlichen als Überlauf
wirkt, ein kontinuierliches Abströmen (oder „Abfließen") aus dem Bett F1 in den Zwischenraum 16 von
Granalien der Substanz, die sehr heiß sind (ihre Temperatur hängt von
der Temperatur der Wachstumssubstanz ab), und die vor allem fertiggestellt
sind, mit anderen Worten eine vorbestimmte Korngröße haben.
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Ab
dem Einsetzen dieser Abströmung
bleibt die Höhe
des Granulationsbetts F1 im Wesentlichen konstant.
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Das
Fertiggranulat, das kontinuierlich in den Zwischenraum 16 geführt wird, „fällt" in einer im Wesentlichen
geführten
Art und Weise, oder in einer Kaskade, auf ein Fluidbett F2, das
aus Fertiggranulat 15 besteht, das für den Ausgangsschritt angrenzend an
die perforierte Bodenplatte 4 angeordnet ist, wo es dem
vorerwähnten
Strom aus Fluidifikationsluft ausgesetzt ist, der für das Bett
F1 verwendet wird. Auf dieser Bodenplatte 4 bildet sich
somit ein zweites Fluidbett F2 aus, das ausschließlich aus
Fertiggranulat besteht, das sich im Raum A auf der Bodenplatte 4, im
Zwischenraum 16 und im Fach 18 befindet, das mit
dem Raum in Verbindung steht.
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Im
Hinblick auf den Druck, der an der freien Oberfläche des Fluidbetts F2 an der
Kammer A zwischen den Wänden 7 und 15 gemessen
werden kann, besteht an der freien Oberfläche des Fluidbetts F2 im Zwischenraum 16 und
im Fach 18 ein niedrigerer Druck; aus diesem Grund, und
auch, weil die drei genannten Zonen funktionsmäßig mit miteinander kommunizierenden
Gefäßen vergleichbar
sind, ist die Höhe
des Fluidbetts F2 im Zwischenraum 16 und Fach 18 größer als
die Höhe
auf der Bodenplatte 4 zwischen den Wänden 7 und 15.
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Es
wäre festzuhalten,
dass das Kühlfluidbett F2
ausschließlich über den
Einlegeboden 14 zur Unterstützung des Betts mit dem darüber liegenden Granulationsbett
F1 in Fluidverbindung steht.
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Es
wäre auch
festzuhalten, dass der vorerwähnte
Zwischenraum 16 eine Führungsfunktion ausführt, einen
sogenannten Fallschacht, zur Beförderung
des Granulats vom Bett F1 zum Bett F2.
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In
Fluidbett F2 tauscht das Fertiggranulat Wärme mit dem angegebenen Strom
aus Fluidifikationsluft aus und wird durch ihn gekühlt. Aus
diesem Grund ist die Zone des Raums A zwischen der Bodenplatte 4 und
dem darüber
liegenden Einlegeboden 14 als Granulatkühlzone bekannt.
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Die
Höhe des
Fluidbetts F2 (Kühlbett)
ist dergestalt, dass seine freie Oberfläche im Fach 18 bis
an die Oberkante der Forderwand 17 reicht, womit das Abfließen von
fertigem und gekühltem
Granulat aus dem Behälter 2 nach
außen
gewährleistet
ist.
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Da
das Fluidbett, wie hinlänglich
bekannt ist, ein Verhalten zeigt, das mit dem einer Flüssigkeit vollkommen
vergleichbar ist, sind die Füllhöhen des Granulats
im Fach 18, im Zwischenraum 16 und im Raum A an
ihren jeweiligen piezometrischen Höhen stabilisiert.
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Es
sollte deshalb festgehalten werden, dass die Höhe der Vorderwand 17,
neben Bestimmung der Höhe
des Fluidbetts F2, auch die mittlere Permanenzzeit des Fertiggranulats
in der Kühlzone
und demzufolge die Temperatur des Fertiggranulats bestimmt, das
aus dem Granulationsbehälter 2 der
vorliegenden Erfindung abfließt.
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Ab
Beginn des vorerwähnten „Abfließens" des Fertiggranulats
sind der Prozess der vorliegenden Erfindung und die zugehörige Vorrichtung
in Betrieb.
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An
diesem Punkt wäre
eine grundliegende Eigenschaft des Prozesses der vorliegenden Erfindung
festzuhalten: Die Betten F1 und F2 zur Granulation bzw. zum Kühlen des
Fertiggranulats werden durch ein und denselben Strom aus Fluidifikationsluft gebildet
und unterhalten, wobei im Hinblick auf diesen Strom die Betten F1
und F2 im Wesentlichen hintereinander geschaltet sind.
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Ein
zweites besonderes Merkmal des vorerwähnten Prozesses besteht darin,
dass das fertige und heiße
Granulat im Wesentlichen in einer Kaskade vom Granulationsbett zum
Kühlbett
abströmt.
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Der
durch die vorliegende Erfindung erzielte Hauptvorteil liegt in der
Einsparung bezüglich
des Luftverbrauchs im Hinblick auf den Verbrauch, der bisher zur
Durchführung
von Fluidbett-Granualationsprozessen aus dem Stand der Technik erforderlich
war. Berücksichtigt
man die beträchtlichen
Mengen an Fluidifikationsluft, die bei den vorerwähnten Prozessen
beteiligt sind, wandelt sich diese Einsparung in eine ebenso beträchtliche
Energieeinsparung um.
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Gemäß einer
vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform besteht ein Teil
der Vorderwand 17 aus einer beweglichen Abschlussplatte 21,
die in der Höhe
einstellbar ist (in Vertikalrichtung gleiten kann). Auf diese Weise
kann die Höhe
des Kühlfluidbetts
F2 dynamisch gesteuert werden, um dem Fluidbett F1 Luft mit einer
optimalen Temperatur zu liefern (die zum Beispiel im Sommer wie
im Winter konstant ist), egal welche Temperaturbedingungen der in
den Raum A eingeleiteten Fluidifikationsluft herrschen, und so kann
auch vermieden werden, ineffiziente Wärmetauscher zu verwenden.
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An
der so erdachten Erfindung können
weitere Abänderungen
und Modifikationen vorgenommen werden.
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So
können
beispielsweise das Fach 18 und der Zwischenraum 16 mit
einer Breite realisiert werden, die geringer als die Breite der
entsprechenden kurzen Vorderwand 7 bzw. der Platte 15 ist.