FI65713C - Foerfarande foer framstaellning av ureagranuler genom att spraya en vattenhaltig urealoesning pao fluidiserade ureakaernor - Google Patents

Description

E5SF*1 [B] (11)KUULUTUSjULKA.SU

l J ' ' utlAggningsskript od /1 i c (45) pa^cny: i ~3 -7 ‘ ^ ^ (51) Kv.tkJlm.CI.3 B 01 J 2/04, C 07 C 126/06 SUOMI—FINLAND (ii) ρ^ιμμμ-ρκμιμ6ι»ι«ι 781699 (22) Hik«ml*pAhrl — AnaOknbigtdag 29.05.78 (23) AlkupCIv·—Gtklghattdag 29.05.78 (41) Tullut {ulklmksl — MlvK offkntNg 10.12.78

Patentti- jm rekisterihallit·* (44) NihtMUpm»). k-utjulk^-n pvm.- ™ 0/o4

Patent· och registerstyreleen ' AmOkan uttagd odi uti.skrtfMn pubUcund * -> (32)(33)(31) Pyfdmty muoikeut—BegM priorkm 09.06.77 19.0^.78 Iso-Britannia-Storbri tannien(GB) 24160/77, 15529/78 (71) Compagnie N^erlandaise de 1'Azote S.A., Louizalaan 149, Brussels,

Bel g ia-Belg ien(BE) (72) Anton Niks, Sledderlo bij Genk, Willy Henri Prudent Van Hijfte,

Assenede, Rafael Arsene Jozef Goethals, Ertvelde, Belgia-Belgien(BE) (74) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä urearakeiden valmistamiseksi suihkuttamalla vesipitoista urealiuosta f 1uidisoi dui1 le urea-alkioi1 le - Förfarande för fram-ställning av ureagranuler genom att spraya en vattenhaltig urea-lösning pä fluidiserade ureakärnor

Urearakeita käytetään laajasti lannoitustarkoituksessa joko sellaisinaan tai erilaisten lannoitusaineseosten aineosana. Urearakeiden koko riippuu niiden käyttötarkoituksesta ja on esimerkiksi 1,5-4 mm sekoitustarkoituksia varten ja 5-10 mm metsälannoitteita valmistettaessa.

Urearakeita valmistetaan rakeistamalla sulaa ureaa, joka valmistetaan ureasynteesin avulla. Tarkoituksella pitää pääomakustannukset ja käyttökustannukset alhaisina on yleensä toivottavaa, että urean-valmistusyksikön koko tuote rakeistetaan ainoastaan yhdessä rakeis-tusyksikössä. Tämä on mahdollista urean "pallotusmenetelmässä", joka käsittää pääasiallisesti vedettömän ureasulatteen suihkuttami-sen tornin yläosaan ja muodostuneiden tippojen jäähdyttämisen niiden pudotessa ylöspäin virtaavan jäähdytyskaasun avulla niin, että tipat jähmettyvät. Ureapallosissa on sisäisiä ontelolta, jotka muodostuvat kutistumisen johdosta sangen nopean materiaalin jähmettymisen aikana ja tämä aiheuttaa pallosiin sisäisiä jännityksiä. Tämän johdosta ureapalloset ovat mekaanisesti heikkoja, niillä on alhainen puristuslujuus, iskunkestävyys ja taipumus muodostaa hienoa pölyä hankauksen johdosta, jotka ominaisuudet muiden lisäksi tekevät pal- 6571 3 loset sopimattomiksi pneumaattisesti kuljetettaviksi. Lentopöly on erittäin hienoa hydroskooppista jauhetta, joka likaa käsittely-ympäristön, ja tämän johdosta se on haitallista lannoitetta käsittelevälle henkilökunnalle. Lisäksi tällainen pöly aiheuttaa haittoja koska se sulkee ne muovipussit, joihin palloset on pakattu.

Aikakausjulkaisussa "Nitrogen" 95, s. 31-36 (1975), olevassa artikkelissa kuvataan kahta eri tekniikkaa sellaisten urearakeiden valmistamiseksi, joilla on suurempi kovuus ja lujuus ja haluttaessa suurempi halkaisija kuin ureapallosilla. Näiden molempien menetelmien mukaan suihkutetaan pääasiallisesti vedetöntä sulaa ureaa urea-alkioille, toisessa tapauksessa säiliörakeistajassa ja toisessa rumpurakeistajassa, jolla on erikoisrakenne. Näillä menetelmillä valmistetuilla urearakeilla on paremmat fysikaaliset ominaisuudet kuin ureapallosilla. Haittana näillä menetelmillä on kuitenkin se, että sekä säiliörakeistajilla että rumpurakeistajilla, mikäli ne ovat suuruudeltaan kohtuullisia, on ainoastaan rajoitettu kapasiteetti niin, että yleensä tarvitaan enemmän kuin yksi rakeistuslaite urean synteesiyksikön valmistaman tuotteen muuttamiseksi rakeiksi.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä sellaisten urearakeiden valmistamiseksi, joilla on haluttu suuruus välillä 1,5 ja 25 mm tai jotka ovat vielä suurempia, joilla on hyvä pallomaisuus ja sileä yhtenäinen pinta, suuri murtumislujuus, suuri iskulujuus ja vähäinen taipumus muodostaa lentopölyä hankauksen aikana niin, että ne ovat sopivia pneumaattisesti kuljetettaviksi ja rakeet pysyvät vapaasti juoksevina pitkäaikaisenkin varastoimisen jälkeen, ja niillä on seuraava erinomainen kemiallinen koostumus: alhainen kosteuspitoisuus, alhainen biuret-arvo, alhainen NH^- ja CC>2-pitoisuus (alhainen puskurikapasiteetti) , ne ovat erittäin sopivia teknisiin käyttötarkoituksiin ja muodostavat erinomaisen substraatin valmistettaessa hitaasti vapautuvaa ureaa (kuten rikillä päällystettyä ureaa).

Tämä päämäärä aikaansaadaan keksinnön mukaisesti menetelmällä, jossa vesipitoista urealiuosta suihkutetaan fluidisoiduille urea-alkioille lämpötilassa, jossa vesi haihtuu alkioille suihkutetusta liuoksesta ja urea kiteytyy alkioille halutun koon omaavien rakeiden muodostamiseksi, jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että käytetään urealiuosta, jonka ureaväkevyys on vähintään 70 paino-%, ja että 6571 3 mainittu liuos suihkutetaan tippojen muodossa, joiden keskimääräinen halkaisija on 20-120 ^um. Rakeistamisen aikana juoksevassa kerroksessa törmäävät muodostuneet rakeet jatkuvasti toisiaan vastaan ja osasten välille syntyy kitkaa, joka aiheuttaa rakeiden päällyskerroksen kulumisen ja tällöin muodostuu hienoa pölyä.

On todettu, että tällaista pölynmuodostumista voidaan pienentää suihkuttamalla urealiuos erittäin hienojen tippojen muodossa, joiden keskimääräinen suuruus on 20-120 ^um ja jotka saostuttuaan rakeille kuivuvat niin nopeasti, että päällyskerros pysyy jatkuvasti "kuivana", ja tämä kuiva, so. vedetön, päällyskerros kestää paljon paremmin hankausta kuin "märkä" kerros, so. vesipitoinen päällys-kerros .

Edelleen on todettu, että pölyn muodostusta voidaan oleellisesti välttää mikäli keksinnön mukaisen menetelmän erään edullisen toteuttamismuodon mukaisesti suihkutettavaan urealiuokseen lisätään urean kiteytymistä hidastavaa ainetta, joka hidastaa rakeille saostuneen urean kiteytymistä niin, että päällyskerros sisältää, vaikkakin se on vesivapaa, jonkin aikaa suhteellisen suuren osan nestefaasia ja pysyy täten plastisena, mikä on osoittautunut huomattavasti parantavan pölynmuodostuskestävyyttä. Tämä lisääminen on tärkeämpää koska suihkutettavan urealiuoksen ureaväkevyys on alhaisempi, erikoisesti pienempi kuin 95 paino-% ja varsinkin pienempi kuin 90 paino-%.

Käytettäessä tällaista edullista keksinnön mukaista toteuttamismuotoa saadaan sellaisia urearakeita, joilla on harvinaisen suuri kestävyys pölyn muodostumista vastaan.

Edullisia urean kiteytymistä hidastavia aineita ovat formaldehydi ja formaldehydin ja urean vesiliukoiset additio- ja/tai kondensaa-tiotuotteet. Formaldehydin ja urean vesiliukoisten additiotuotteiden valmistus on tunnettu esim. US-patenttijulkaisusta 3 067 177, ja formaldehydin ja urean vesiliukoisten kondensaatiotuotteiden valmistus on esitetty US-patenttijulkaisussa 3 112 343. On myös mahdollista käyttää formaldehydin ja urean additiotuotteita, jotka on valmistettu ennen kaikkea alkalisessa väliaineessa, ja kondensoida sitten happamassa väliaineessa ohuen nesteen muodostamiseksi siirappimaiseksi nesteeksi, joka on niiden liima-aineiden kaltainen, 4 6571 3 joita käytetään lastulevyteollisuudessa. Kiteytymistä hidastavaa ainetta lisätään edullisesti 0,1-2 %, edullisimmin 0,1-1 % ja kaikkein edullisimmin 0,5-1 % laskettuna formaldehydin ja urealiuoksen painosta.

Sen vesipitoisen urealiuoksen ureaväkevyys, joka suihkutetaan flui-disoiduille urea-alkioille, on 70-99,9 paino-%, edullisesti 85-96 paino-%. Sellaisen liuoksen käyttö, jonka ureaväkevyys on 85-96 paino-%, aikaansaa erilaisia etuja.

Ennen kaikkea ei urean synteesiyksikössä enää ole välttämätöntä käyttää sangen kallista liuoksen väkevöimistä oleellisesti vedettömäksi tuotteeksi, kuten pallostenmuodostumenetelmässä ja rakeistettaessa säiliö- tai rumpurikastuslaitteiden avulla. Toiseksi voi tällaisella liuoksella olla alhainen biuret-arvo, koska tämä arvo lisääntyy huomattavasti erikoisesti haihdutettaessa liuos pääasiallisesti vedettömäksi tuotteeksi. Otettaessa huomioon, että tässä edullisessa keksinnön toteuttamismuodossa rakeistettava liuos ei ole vedetön vaan sisältää 4-15 % vettä, on todettu, että voidaan aikaansaada suuri spesifinen rakeistustehokkuus (se ureamäärä painon perusteella, joka voidaan rakeistaa kerrospinta-alayksikköä kohden), jonka suuruus on 2-4 tonnia tunnissa per m^ kerroksen pinta-alaa .

Urealiuos suihkutetaan käyttäen kaasua, kuten ilmaa. Liuos suihkutetaan edullisesti urea-alkioiden fluidisoituun kerrokseen koska suihkuttaminen kerroksen päälle voi aiheuttaa sen, että suihkutetut tipat voivat kulkeutua kerroksesta poistuvan fluidisoimisilman muka na. Suihkutusilman paine on edullisesti 147-392 kPa (1,5-4 ata).

Tällä paineella on erittäin tärkeä vaikutus suihkutettujen tippojen kokoon. Mitä suurempi paine sitä pienempiä ovat suihkutetut tipat. Tippojen keskihalkaisija voidaan laskea empiirisen kaavan avulla, joka, kuten W.R. Marschall on esittänyt kirjoituksessa "Atomization and Spray Drying", A. I. Ch. Monograph, Voi 50, s. 74-7 5, voidaan laskea käytettyjen ilman suihkulaitteiden koon perusteella. Kysymyksen ollessa rakeistus-suihkulaitteista voidaan käyttää seuraavaa kaavaa, jonka ovat esittäneet Nukiyama ja Tanasawa: 5 6571 3 jossa kaavassa D = tipan keskihalkaisija, ^um V = ilman suhteellinen nopeus nesteeseen verrattuna, m/sek s = pintajännitys, dyne/cm v = nesteen viskositeetti, poisea d = nesteen ominaispaino, g/cm^ ja Q1/Q2 = nesteen tilavuuden suhde kaasun tilavuuteen.

Ominaispaino voidaan määrätä siten kuin M. Frejaques on esittänyt "Les bases thöorique de la synthise industrielle de 1'uree", Chemie et Industrie j60 (1948), s. 22-35.

Pintajännitys lasketaan seuraavan kaavan perusteella: 1/4 — s = k.d. /S. Glasstone, Textbook of Physical Chemistry, 2nd (1956) sivu 4947· Pintajännitys kiehumispisteessä on 21 Tb d.

= —3P4 —° LP ·H· Perry, Chemical Engineers Handbook, 4. painos, (1963) , s.. 3-221 ja 22^/· Pintajännitys kokeiluolosuhteissa on: d 4 S = Sb (g—) · Urealiuoksen viskositeetti määrätään käyttäen p abp kansainvälisiä taulukkoja. Kaikissa tapauksissa on lämpötila T esitetty Kelvin-asteina.

Ilman virtaus adiabaattisen laajenemisen jälkeen lämpötilassa T ylikriittisestä alkupaineesta P saadaan kaavasta Q2 = k.P.

Tästä kaavasta vakio k voidaan laskea koska esimerkeissä käytetyt suihkulaitteet aikaansaavat huoneen lämpötilassa (20°C) ja alku-paineessa 216 kPa (2,2 ata) virtausnopeuden 30 m3/h. Tämän johdosta k = 0,008 m3/h. kPa °K (0,80 m^/h lämpötilassa °K). Tästä ilman-virtausnopeudesta lasketaan ilman nopeus suuttimen halkaisijan ollessa 5,8 mm, jolloin ilman nopeus = Q2 (m^/h/3600 · pinta-ala m^). Koska nesteen nopeus on mitätön ilman nopeuteen verrattuna, on V = ilman nopeus. Urean virtausnopeus kussakin suuttimessa on tunnettu. Tippojen keskimääräisen koon laskemista esitetään tarkemmin esimerkissä I.

Niiden urea-alkioiden koko, jotka johdetaan fluidisoituun kerrokseen, jossa rakeistaminen tapahtuu, on yleensä välillä 0,2 ja 4 mm, ja voi olla suurempi tätä aluetta suurempia urearakeita valmistettaessa.

Urea-alkioiden fluidisoidun kerroksen lämpötila on yleensä 70-110°, edullisesti 80-100°C. Näissä rajoissa lämpötila voi olla alhaisempi 6571 3 mikäli alkoille suihkutetun urealiuoksen väkevyys on suurempi. Fluidisoidun kerroksen lämpötilaa voidaan säätää valitsemalla sopivasti fluidisoimisilman lämpötila ja suihkutettavan urealiuoksen lämpötila.

Urealiuos suihkutetaan urea-alkioille erittäin hienojen tippojen muodossa, joiden keskimääräinen halkaisija on 20-120^um. Fluidi-soidussa kerroksessa olevan lämpötilan vaikutuksesta haihtuu vesi liuoksesta ja urea kiteytyy urea-alkioiden pinnalle. Johtuen tippojen pienestä koosta ne kykenevät yleensä peittämään ainoastaan erillisten urea-alkioiden pinnan osan. Tämän johdosta estetään "sipuli-maisten1' rakeiden muodostuminen, joissa alkio päällystyy peräkkäin pääasiallisesti päällekkäisillä kerroksilla. Tästä seurauksena keksinnön mukaisissa rakeissa ei esiinny sellaisia jänniteitä, jotka ovat ominaisia sipulimaiselle rakenteelle. On huomattava, että keksinnön mukaisten urearakeiden erinomaiset mekaaniset ominaisuudet aiheutuvat tällaisten jännitteiden puuttumisesta. Eräs toinen etu suihkutetun urealiuoksen erittäin pienestä tippakoosta on se, että vesi voidaan haihduttaa täydellisesti lyhyen ajan kuluessa.

Tarkoituksella poistaa pintakosteus voidaan saadut rakeet haluttaessa tämän jälkeen kuivata noin 5-10 minuutin kuluessa ilmalla lämpötilassa 100-150°C niin, että rakeiden lämpötila pysyy välillä 70-90°C. Tämän jälkeen rakeet jäähdytetään edullisesti lämpötilaan noin 30°C tai sen alapuolelle. Jäähdytys voidaan toteuttaa missä hyvänsä sopivassa jäähdytyslaitteessa, esimerkiksi leijukerrosjäähdyttäjässä.

Tuote, joka on valmistettu keksinnön mukaista menetelmää käyttäen, sisältää ainoastaan pieniä määriä vapaata WH3:a, C02:ta, kosteutta ja biuret’ia, ja sillä on sellaiset mekaaniset ominaisuudet, että se on sopiva pneumaattista kuljettamista varten ja se pysyy vapaasti virtaavana pitkäaikaisenkin varastoimisen jälkeen. Eräs erikoinen keksinnön mukaisen menetelmän etu on se, että biurefon muodostuminen rakeistamisen aikana voidaan estää melkein täysin suihkuttamalla sellaista urealiuosta, jonka kiteytymispiste on alapuolella 100°. Täten suihkutettaessa urealiuosta, jonka ureapitoisuus on esimerkiksi 75-85 paino-% ja biuret-pitoisuus pienempi kuin 0,1 %, urea muodostaa rakeita biuret-pitoisuuden ollessa pienemmän kuin 0,1 %. Tällaiset urearakeet ovat erittäin edullisia määrättyjä viljelyskasveja, kuten tupakkaa ja tomaatteja, varten.

6571 3

Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetut urearakeet ovat erittäin sopivia päällystettäviksi esim. rikillä niin, että muodostuu hitaasti sulavia rakeita, ja johtuen niiden erinomaisesta pallomai-suudesta ja kiinteästä pinnasta tarvittava päällystysmateriaalimäärä on erittäin pieni.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa minkälaisessa hyvänsä leijukerrosrakeistuslaitteessa. Eräs esimerkki sopivasta laitteistosta on esitetty kaaviollisesti oheenliitetyssä piirustuksessa, joka esittää rakeistuslaitetta 1, joka on jaettu useaan osastoon 2, 3, 4, 5 rakeistuksen suorittamista varten ja osastoon 6 ureara-keiden kuivaamista varten. Viimemainittu osasto on valinnainen koska kuivaus tapahtuu ainoastaan silloin kun rakeet sisältävät pintavettä, mikä voi tapahtua ainoastaan käytettäessä suhteellisen laimeata urealiuosta. Rakeistuslaitteessa 1 on arina 7, joka kannattaa leiju-kerrosta ja jonka lävitse virtaa fluidisoimisilmaa, joka on esikuu-mennettu yhdessä tai useammassa ei-esitetyssä kuumennulsiatteessa ja joka johdetaan johdon 8 kautta. Arinan alapuolella oleva tila voidaan jakaa samalla tavoin kuin sen yläpuolella oleva tila osastoihin, jossa tapauksessa fluidisoimisilma johdetaan jokaiseen osastoon. Rakeistuslaitteen 1 pohja on edelleen varustettu pneumaattisilla suihkulaitteilla 9, 10, 11 ja 12, jotka ulottuvat arinan 7 yläpuolelle. On myös mahdollista käyttää kahta tai useampaa suihku-laitetta kussakin osastossa. Näiden suihkulaitteiden avulla suihkutetaan johdon 13 kautta johdettu urealiuos, johon on voitu lisätä kiteytymistä hidastavaa ainetta, suihkutusilman kanssa, joka johdetaan johdon 14 kautta rakeistusosastoihin 2, 3, 4, 5. Fluidisoidun kerroksen muodostavat urea-alkiot, jotka johdetaan ruuvikuljettimen 15 avulla. Osastossa 6 olevien rakeiden myöhempää kuivaamista varten on rakeistuslaite 1 varustettu johdolla 16 kuivausilman johtamista varten.

Ilman ja mahdollisten pölyosasten poistamiseksi on rakeistuslaitteessa 1 poistokanavat 17, 18, jotka on yhdistetty sykloniin 19, jossa erittäin pienet rakeet, joiden koko on suunnilleen 100-500 mikronia, erotetaan ja jotka johdetaan johdon 20 kautta ruuvikuljet-timeen 15. Syklonista 19 tuleva ilma johdetaan poistojohdon 21 kautta laitteeseen 22, jossa ilma pestään laimealla urealiuoksella hienon pölyn ja mahdollisesti jäljelle jääneiden erittäin pienten rakeiden poistamiseksi. Mahdollisimman tehokkaan pesuvaikutuksen aikaansaa- 6571 3 miseksi voidaan vettä suihkuttaa ilmaan suihkutuslaitteen 23 kautta. Pölystä vapautettu ilma poistetaan poistojohdon 24 kautta ja muodostunut laimea urealiuos poistetaan poistojohdon 25 kautta.

Rakeistuslaitteessa 1 on edelleen urearakeiden poistojohto 26, joka päättyy tärisevään kokoamislaitteeseen 27, josta rakeet johdetaan seulomislaitteeseen 28, jossa ne erotetaan erilaisiksi fraktioiksi, nimittäin alisuureksi fraktioksi, halutun suuruuden omaavaksi fraktioksi ja ylisuureksi fraktioksi. Haluttu fraktio johdetaan jäähdyt-täjän 29 kautta varastoimislaitteeseen, jossa edelleen erottaminen fraktioiksi eri tarkoituksia varten voidaan toteuttaa. Haluttaessa voidaan jäähdytys suorittaa ennen seulontalaitetta. Seulontalaittees-sa 28 erotetut ylisuuret rakeet johdetaan jäähdyttämisen jälkeen murskauslaitteeseen 30, jossa tämä fraktio murskataan samankokoisiksi tai pienemmän kokoisiksi osasiksi kuin alisuuri fraktio. Seu-lontalaitteessa 28 erotettu alisuuri fraktio johdetaan johdon 32 kautta johtoon 31, jossa se johdetaan ruuvikuljettimeen 15 yhdessä murskauslaitteesta 30 tulevan fraktion kanssa.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa sekä jatkuvana että jaksottaisena. Urealiuos johdetaan johdon 13 kautta ja suihkutetaan suihkutusilman avulla, jota johdetaan johdön 14 kautta ja suihkutus-laitteiden 9, 10, 11 ja 12 välityksellä urea-alkioiden leijukerrok-seen, joka sijaitsee rakeistuslaitteen 1 osastoissa 2, 3, 4 ja 5.

Urearakeiden se määrä, joka on poistettu leijukerroksesta osaston 6 kautta, johon urealiuosta ei suihkuteta, ja poistojohdon 26 kautta, korvataan ruuvikuljettimen 15 avulla syötettyjen urea-alkioiden avulla.

Tuoterakeiden koko riippuu useista erilaisista tekijöistä, kuten leijukerroksessa olevien urea-alkioiden lukumäärästä, näiden alkioiden koosta, aikayksikössä suihkutetun urealiuoksen määrästä ja alkioiden viipymisajasta kerroksessa. Täten saadaan suurempia rakeita mikäli alkioiden lukumäärä fluidisoidussa kerroksessa pienennetään ja niiden viipymisaikaa pidennetään. Jotta voidaan aikaansaada tuotteen määrätty osasten suuruuden jakautuminen, on välttämätöntä pitää kerroksen pitoisuudet mahdollisimman vakioina mitä tulee sekä osasten suuruuden jakautumiseen että alkioiden lukumäärään. Tämä voidaan aikaansaada takaamalla, että painon perusteella laskettu urea-al- 9 65713 kioiden määrä käytettäessä oikeata osasten suuruuden jakaantumista lisätään leijukerrokseen joka hetki siten, että se vastaa kerroksesta poistettujen valmiiden rakeiden määrää.

Mikäli syystä tai toisesta halutun tuotteen koon vaihteluja esiintyy rakeistuskäsittelyn aikana, korjataan nämä vaihtelut automaattisesti keksinnön edellä kuvatussa toteuttamismuodossa. Mikäli tuote tulee liian karkeaksi, erotetaan suurempi ylisuuri fraktio seulomislaitteessa 28 ja murskauslaitteen 30 kuormitus kasvaa, ja suurempi lukumäärä alkioita johdetaan johdon 31 ja ruuvikuljettimen 15 kautta rakeistuslaitteen leijukerrokseen, jonka johdosta rakeiden keskimääräinen halkaisija pienenee. Murskauslaitteen 30 toiminta on säädettävä sopivalla tavalla. Mikäli murskattu tuote on liian hienoa, johdetaan liian paljon pölyä fluidisoituun kerrokseen, jolloin se joko joutuu fluidisoimiskaasuun tai aiheuttaa agglomeroitu-raista. Mikäli murskattu tuote on liian karkeata, joutuu leijukerrokseen liian pieni alkiomäärä.

Johtien fluidisoidun kerroksen jakaantumisesta eri osastoihin voidaan aikaansaada kasvavien rakeiden fraktioiminen. Kussakin osastossa sellaiset rakeet, joilla on suurimmat dimensiot, esiintyvät pääasiallisesti leijukerroksen alaosassa ja ne joutuvat helposti seuraavaan osastoon.

Keksintöä kuvataan lähemmin alla olevien esimerkkien avulla. Esimerkki I

Laitteistossa, joka oli samanlainen kuin se, joka on esitetty piirustuksessa, mutta jossa oli yksi rakeistusosasto, johon oli sovitettu kaksi suihkutuslaitetta, suoritettiin 16 rakeistuskoetta jak-sottain. Käytettyjen suihkutuslaitteiden ilmajohdon halkaisija oli 5,8 mm, nesteputken halkaisija 3 mm ja ilmamäärä oli 500 1/min paineen ollessa 216 kPa (1,2 at ylipainetta). Kaikissa kokeissa oli leijukerroksen korkeus suunnilleen 30 cm. Kussakin kokeessa käytettiin lähtöaineena 35 kg urea-alkioita. Muut arvot samoin kuin saadut tulokset on esitetty taulukossa A. Tässä taulukossa tarkoittaa "Formurea 80” erästä kiteytymistä hidastavaa ainetta. "Formurea 80” on kaupan oleva tuote, jonka valmistus on kuvattu US-patenttijulkaisussa 3 067 177, ja se on vesiliuos, jossa on suunnilleen 20 paino-osaa vettä, 23 paino-osaa ureaa ja 57 paino-osaa formaldehy- 10 6571 3 diä, jolloin suunnilleen 55 % formaldehydistä on sitoutunut trimety-loliureana, ja formaldehydin loppumäärä esiintyy sitoutumattomassa tilassa.

Tarkoituksella osoittaa suihkutusilman paineen vaikutus on käytetyn urealiuoksen väkevyys ja muut tekijät, jotka vaikuttavat tippojen keskimääräiseen halkaisijaan, ja tippojen keskimääräisen halkaisijan vaikutus rakeiden fysikaalisiin ominaisuuksiin,' ja tippojen keskimääräinen halkaisija, laskettu kussakin kokeessa. Arvot, jotka tarvitaan tätä laskemista varten ja lasketut tippojen keskimääräiset halkaisijat, on esitetty taulukoissa B ja C. Tuoterakeiden ominaisuudet on esitetty taulukossa D.

TVA-hankauskoe on kuvattu kirjassa Special Report S-444 (1970),

Applied Research Branch, Division of Chemical Development, Tennessee Valley Authority, Alabama.

Esimerkki II

Samassa laitteessa, jota käytettiin esimerkissä I kahdessa jatkuvassa rakeistuskokeessa, fluidisoitiin 30-35 kg urea-alkioita, joiden rakeiden suuruus oli 0,5-2,0 mm, rakeistuslaitteessa käyttäen suunnilleen 700 cm^ ilmaa, jonka lämpötila oli 120°C tunnissa. Heti kun urea-alkiot olivat saavuttaneet lämpötilan noin 100°C, suihkutettiin 80 %:sta urean vesiliuosta, johon oli lisätty 0,5 paino-% "Formurea 80", kahden suihkutuslaitteen avulla nopeudella 120 kg/h käyttäen suihkutusilmaa, jonka lämpötila oli 120°C ja paine 245 kPa (2,5 ata). Suihkutetun urealiuoksen keskimääräinen tippojen halkaisija oli suunnilleen 80^,um. Rakeistuslaitteessa oli lämpötila 90-100°C johtuen urean kiteytymisestä syntyneestä lämmöstä ja veden haihtumisesta urealiuoksesta.

Tuotteena saatujen rakeiden keskimääräinen suuruus on funktio niiden urea-alkioiden koosta, jotka johdetaan laitteeseen, sekä suihkutetun urealiuoksen määrästä. Kokeessa 17 valmistettiin rakeita, joiden suuruus oli 2,5-4 mm ja kokeessa 18 oli suuruus 4-6 mm.

Valmiiden rakeiden koon jakautuminen leijukerroksessa oli seuraava: 11 6 5 71 3

Koe 17 18 halkaisija <2,5 mm, % 30 15 2,5-4 mm, % 60 25 > 4 mm, % 10 60 (joista 10%:lla halkaisija >6 mm) tuote, jolla haluttu suuruus, % 60 50

Poistamalla jatkuvasti suunnilleen 170 kg tuoterakeita tunnissa pidettiin rakeiden määrä leijukerroksessa vakiona. Tuoterakeet jaettiin seulomalla kolmeen fraktioon:

Koe 17 18 rakeistuslaitteesta saatu tuote, kg/h 170 200 haluttu suuruus, kg/h 102 100 alisuuria, kg/h 51 80 ylisuuria, kg/h 17 20

Ylisuuret rakeet murskattiin murskauslaitteessa ja syötettiin uudelleen rakeistuslaitteeseen yhdessä alisuuren fraktion kanssa. Tällä tavoin pidettiin rakeiden koon jakautuminen rakeistuslaitteessa vakiona.

Tuoterakeet, joilla oli haluttu suuruus, kuivattiin tämän jälkeen 5-10 minuutin kuluessa ilman avulla lämpötilassa 100-150°C tuotteeksi, jonka lämpötila oli 70-90°C. Tämän jälkeen tuoterakeet jäähdytettiin lämpötilaan noin 30°C.

Rakeistuksen aikana muodostui 2,8 paino-% hienoa lentopölyä suihkutetun urealiuoksen määrästä laskettuna.

Saatujen urearakeiden ominaisuudet olivat seuraavat: 12 6571 3

Koe 17 18 kosteuspitoisuus, % 0,10 0,10 biuret-pitoisuus, % 0,45 0,44 formaldehydipitoisuus, % 0,24 0,23 rakeiden koon jakautu- ^ 2,5 mm 1,2 * 4 mm 3,4 minen, % 2,5-4,0 mm 97,3 4-6 mm 94,8 > 4,0 mm 1,5 >6 mm 1,8 murskauslujuus, halkaisija 2,5 mm 3,05 halkaisija 4 mm >5 kg halkaisija 3,15 mm 3,35 halkaisija 5 nm ^5 halkaisija 4 mm 4,25 halkaisija 6 im >5 TVA hankauskoe, % <1 <1

Taulukko A

6571 3 13

Koe n:o 12

Urealiuoksen väkevyys % 72 72

Suihkutusilman lämpötila °C 95 95 _ ... t .. . kPa(ata) 147(1,5) 147(1,5)

Suihkutusilman paine . ei mi- "Formurea 80"

Kiteytymistä hidastava aine tään

Rakeistaminen „ , ^ murtuneita murtuneita

UrggzaJJSiqt rakeita rakeita

Urealiuos väkevyys % 72 72 lämpötila °C 90 90 formaldehydipitoisuus % ei mitään 0,3 suihkutettu määrä (kaikkiaan) kg/h 60 55 tippojen keskimääräinen ,um 68 60 halkaisija '

Rakeiden lämpötila rakeistus- oc 7q qq laitteessa

Lopputuote seulomisen ja jäähdyttämisen jälkeen lämpötila °C 25 25 kemiallinen analyysi kosteus % 0,06 0,10 formaldehydiekvivalentti % ei mitään 0,28

Granulometria )5,0 mm % 3,0 2,8 4,0-5,0 mm * 6,9 4,5 2,5-4,0 mm % 89,7 90,1 <2,5 mm % 0,4 2,6

Murskauslujuus 0 2,0 mm kg 0,42 0,85 0 2,5 mm kg 0,65 0,99 0 3,15 mm kg - - 0 4,0 mm kg T.V.A. hankauskoe <1,25 mm % 3,15-4,0 mm fraktiota Pölyn muodostuminen rakeistamisen aikana pöly-% suhteessa suihkutettuun 3q g urealluokseen 14

Taulukko A (jatkoa) 6571 3 3 4 4 4 7 8 9 80 80 80 90 96 96 96 95 95 95 125 125 120 110 147(1,5) 147 (1,5) 245(2,5) 147 (1,5) 172 (1,75) 196(2,0) 245(2,5) ei mi- "Formurea "Forraurea "Formurea "Formurea "Form- "Form-tään 80" 80" 80" 80" urea 80" urea 80" mikro- mikro- hajoneet mikro- mikro- mikro- hajonneet palloset palloset rakeet palloset palloset palloset rakeet 80 80 80 90 96 96 96 95 95 95 115 125 125 125 ei mitään 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 42 85 85 85 96 84 84 39 109 51 106 92 62 45 85 85 100 100 100 100 100 25 25 25 25 25 25 25 0,06 0,15 0,09 0,08 0,33 0,21 0,12 ei mitään 0,22 0,25 0,23 0,22 0,23 0,24 00 00 15,3 3,8 20,0 0,2 0,9 15,0 17,6 54,5 14,6 43,9 82,1 98,7 84,4 77,2 28,4 79,2 31,4 17,7 0,4 0,6 5,2 2,8 2,4 5,7 0,50 0,98 1,61 0,91 0,85 1,40 1,68 0,70 1,30 2,05 1,26 0,97 1,78 2,21 2,35 - 1,55 2,07 2,76 3,71 - 1,77 3,21 3,94 4,2 2,8 <1 1 <1 <1 <1 20 5 3 3 3 3 1,5 15

Taulukko A (jatkoa) 6571 3 10 11 12 13 14 15 16 96 96 96 96 96 96 96 105 130 130 130 130 130 130 270(2,75) 245(2,5) 245(2,5) 245(2,5) 245(2,5) 245(2,5) 245(2,5) "Form- ei "Form- "Form- "Form- Forma- U F-konden- urea 80" mitään urea 80" urea 80" urea 30" liini saatti hajon- hajon- hajon- hajon- hajon- hajon- hajonneet neet neet neet neet neet neet rakeet rakeet rakeet rakeet rakeet rakeet rakeet 96 96 96 96 96 96 96 125 125 125 125 125 125 125 0,3 ei mitään 0,1 0,2 0,3 0,3 0,3 72 75 75 75 75 75 75 32 37 37 37 37 37 37 100 100 100 100 100 100 100 25 25 25 25 25 25 25 0,08 0,03 0,09 0,08 0,09 0,12 0,08 0,28 ei mitään 0,12 0,19 0,25 0,28 0,30 5,9 5,6 1,3 1,1 1,3 1,6 6,1 42,4 53,4 55,6 59,5 61,2 47,2 42,4 44,2 37,3 41,7 37,9 37,1 43,3 44,1 7,5 3,7 1,4 1,5 0,4 7,9 7,4 2,08 1,31 1,68 1,60 1,68 1,99 1,98 2,68 1,90 2,21 2,08 2,23 2,63 2,54 3,03 2,19 2,76 2,83 2,74 3,44 3,39 4,43 3,39 3,94 4,46 3,94 5,20 5,14 <1 ^1 <1 <1 O <1 <1 1,0 2,5 1,5 1,0 0,8 0,7 0,7 16

Taulukko B

6571 3

Urealiuk- ,ov, n ΛΟ\0,45 sen vä- T ( K) d. s. d sv 54,4\/f 597( ) kevyys bp bp bp ' Vd \V7Z/ 72 % 390,5 1,148 25,86 1,167 27,62 0,03 264,65 56,3807 80 % 396 1,166 26,64 1,187 28,61 0,03 267,07 55,7538 90 % 407 1,192 27,99 1,206 29,32 0,03 268,23 55,1643 96 % 423 1,200 29,28 1,222 31,48 0,03 276,11 54,2195

Taulukko C

Urealiuk- ,nrir. f1000 Q,\l,5 „ 1. 2. D

Koe sen vä- ®1 1 00 ^2 ( —--) , , jakso jakso mikronia

kevyys \ °2 / WseK

% 1 72 25,7 23,0 1,1812 241,94 1,09 66,60 68 2 72 23,6 23,0 1,0394 241,94 1,09 58,60 60 3 80 17,7 23,0 0,6751 241,94 1,10 37,64 39 4 80 35,8 23,0 1,9419 241,94 1,10 108,27 109 5 80 35,8 38,4 0,9002 403,93 0,66 50,19 51 6 90 35,2 23,0 1,8933 241,94 1,11 104,63 106 7 96 39,3 27,9 1,6718 293,48 0,94 90,64 92 8 96 34,4 31,7 1,1305 333,45 0,83 61,30 62 9 96 34,4 39,1 0,8252 411,29 0,67 44,74 45 10 96 29,5 42,8 0,5723 450,21 0,61 31,03 32 11 96 30,7 40,2 0,6674 422,36 0,65 36,19 37 12 96 30,7 40,2 0,6674 422,86 0,65 36,19 37 13 96 30,7 40,2 0,6674 422,86 0,65 36,19 37 14 96 30,7 40,2 0,6674 422,86 0,65 36,19 37 15 96 30,7 40,2 0,6674 422,86 0,65 36,19 37 16 96 30,7 40,2 0,6674 422,86 0,65 36,19 37 17 6571 3

Taulukko D

Koe n: o 4 5 678 9 10

Kemiallinen analyysi kosteus, % 0,15 0,09 0,08 0,33 0,21 0,12 0,08 biuret, % 0,54 0,50 0,46 0,58 0,54 0,56 0,58 "Formurea 80" % 0,39 0,43 0,40 0,38 0,40 0,42 0,48

Fydikaalinen analyysi murskausvoi-ma, kg 1,75 mm 0 0,85 0,98 0,73 0,60 0,95 2.0 mm 0 0,98 1,61 0,91 0,85 1,40 1,68 2,08 2,5 mm 0 1,30 2,05 1,26 0,97 1,78 2,21 2,68 3,15 mm 0 - 2,35 - 1,55 2,07 2,76 3,03 4.00 mm 0 - 3,71 - 1,77 3,21 3,94 4,43 TVA-hankauskoe % 1,25 mm 2,8 <1 1 <1 <1 <1 <1

Claims (9)

18 6571 3

1. Menetelmä urearakeiden valmistamiseksi suihkuttamalla vesipitoista urealiuosta fluidisoiduille urea-alkioille lämpötilassa, jossa vesi haihtuu alkioille suihkutetusta liuoksesta ja urea kiteytyy alkioille halutun koon omaavien rakeiden muodostamiseksi, tunnettu siitä, että käytetään urealiuosta, jonka urea-väkevyys on vähintään 70 oaino-%, ja että mainittu liuos suihkutetaan tippojen muodossa, joiden keskimääräinen halkaisija on 20-120 yum.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että urealiuos sisältää 85-96 paino-% ureaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että urealiuos suihkutetaan sellaisten tippojen muodossa, joiden keskimääräinen halkaisija on 30-100 ^um, edullisesti 30-60 ^um.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että urealiuos sisältää urean kiteytymistä hidastavaa ainetta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytymistä hidastavan aineen muodostaa formaldehydi tai formaldehydin vesiliukoinen additio- tai kondensaatiotuote ja urea määrässä 0,1-2 %, edullisesti 0,1-1 %, formaldehydinä laskettuna urealiuoksen painosta.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetty kiteytymistä hidastava aine on sellainen vesiliuos, joka sisältää noin 20 paino-osaa vettä, 23 paino-osaa ureaa ja 57 paino-osaa formaldehydiä, jolloin suunnilleen 55 % formaldehydistä on pääasiallisesti sitoutunut trimetyloliureana ja loput formaldehydistä esiintyy sitoutumattomassa tilassa.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suihkutetun urealiuoksen kiteytymispiste on alle 100°C, jolloin käytännöllisesti katsoen biureettia ei ollenkaan muodostu rakeistamisen aikana. 19 6571 3

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saadut rakeet kuivataan sitten ilman avulla lämpötilassa 100-150°C niin, että rakeiden lämpötila pidetään alueella 70-90°C.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saadut rakeet jäähdytetään lämpötilaan noin 30°C tai sen alapuolelle.