NO312712B1 - En sorterende fluid bed granulator samt fremgangsmåte for fluid bed granulering - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for behandling av en løsning, smelte, suspensjon, emulsjon, slurry eller faste stoffer til granuler med sortert størrelse.

Fluid bed granulering eller virvelsjiktgranulering er en fremgangsmåte som brukes ved partikkeldannelse av smelter, løsninger, slurryer, emulsjoner, suspensjoner eller faste stoffer, eksempelvis i kunstgjødsel- og næringsmiddelindustrien.

Fluid bed granulering er en prosess som innebærer en kombinasjon av flere vitenskaper og teknologier. For at et anlegg for fluid bed granulering skal virke skikkelig, behøves det kjennskap til smelter og løsninger, til krystalliserings-egenskaper, total masse- og energibalanse, masse- og energioverføring, partikkelbalanse og granulometrisk balanse, væskedynamikk og fluidiseringsteknologi.

Det å konstruere og drive slike anlegg er vanskelig, ettersom massebalansen, energibalansen og den granulometriske balansen må være korrekt tilpasset for å gi den riktige ytelsen når det gjelder kapasitet og kvalitet. Hver av disse balansene kan ikke innstilles uavhengig, ettersom de fleste kontrollparametrene som operatører og konstruktører har til sin rådighet vil påvirke alle tre balansene. Balansene uttrykt som et begrenset og forenklet sett av ligninger vil også ha flere løsninger, der den optimale eller beste løsningen er avhengig av de kjemiske og fysiske egenskapene til produktsystemet, av produktkvaliteten, energikostnadene og andre inngangsfaktorer.

Forskjellige saltsystemer har forskjellig løselighet og krystalliseres ved forskjellig temperatur. Ved fluid bed granulering fører disse forskjellene til en variasjon i konstruksjonsparametrene og i innstillingene for luftstrøm og temperatur, resirkuleringsstrøm og temperatur, samt smeltens temperatur og konsentrasjon. Den viktigste faktoren ved fluid bed granulering er kontrollen av den flytende fasen sammen med den totale energibalansen og den granulometriske balansen gjennom partikkelveksten og fremstillingen av kimpartikler.

En kimpartikkel defineres som en partikkel som er for stor til å bli transportert bort med utløpsluften gjennom granulatoren, og stor nok til å hindre at den blir agglomerert med andre partikler, og mindre enn den ønskede produktstørrelsen. I en konvensjonell prosess for fluid bed granulering blir størrelsesfordelingen av granulene som fremstilles kontrollert ved å resirkulere en bestemt andel av granuler med for liten størrelse og knuste granuler med for stor størrelse til granulatoren. Dette letter driften og øker fleksibiliteten i prosessen slik at det er mulig å håndtere forskjellige systemer og granulometrier, samtidig som man fortsatt er i stand til å kontrollere forholdene i fluid bed enheten, dvs. væskefasen og fordampingshastigheten ved krystallisering. Det faktum at en fluid bed granulator fungerer som en reaktor med totalt blandet flyt har bidratt ytterligere til den robuste konstruksjonen og til driftsfilosofien.

Hvis resirkuleringsstrømmen blir for stor, 0,5-2 ganger produktstrømmen, og fører med seg for mange kimgranuler og for mye masse, begrenser dette påvirkningen fra og følsomheten overfor andre driftsparametre. Dette har begrenset interessen for å utvikle sorterende granulatorer. Prosesser med fluid bed granulering er følsomme overfor antallet kimpartikler som dannes, ettersom agglomerering er uønsket og bør unngås, både med tanke på produktkvaliteten og med tanke på driftsstabiliteten. Agglomerering skaper partikler med lavere knusemotstand, og det er vanskelig å bruke agglomerering for å kontrollere partikkelbalansen uten å øke resirkuleringsgraden til 3-7. En robust konstruksjon med resirkulering av overflødig materiale som en viktig kontrollparameter har vært foretrukket innenfor industrien. Lav flyt av resirkulert materiale er kun mulig når kimpartiklene blir dannet i et presist og stabilt antall.

En sorterende fluid bed granulator defineres som en granulator som er i stand til å sortere ut produktet som er den største granulfraksjonen som inneholdes i laget. Produktet har kontinuerlig en granulstørrelse som er større enn granulene i granulatoren.

Effektiviteten av sorteringen avhenger av metodene som benyttes ved sortering, og av størrelsesforskjellene som fluid bed enheten kan håndtere. En sorterende granulator vil i en dynamisk prosess holde tilbake den ønskede produktfraksjonen av store granuler i kortere tid, og holder dermed tilbake de mindre granulene i lengre tid, slik at de blir i stand til å vokse mer før de når opp i produktstørrelsen og føres ut. En sorterende granulator vil også kunne fungere som en reaktor med ideell pluggstrøm, forutsatt at den får tilførsel av enhetlig kimmateriale. Sikting og resirkulering av granulene i konvensjonelle fluid bed ganulatorer skjer alltid utenfor laget, eksempelvis slik det er beskrevet i US patent 4219589.

Å bygge mekanisk sikting og knusing inn i eller nær fluid bed ganulatoren er beskrevet i DE 32 48 504-C2, men er blitt oppfattet som lite fordelaktig sett fra et driftsmessig synspunkt.

US patent 4790487 beskriver imidlertid en kontinuerlig granulator der sikting og resirkulering skjer i en tilliggende enhet som er en kombinert skruetransportør og fluid bed enhet. Patentet beskriver et apparat som omfatter en granulatorenhet som kontinuerlig behandler materiale i pulverform til granuler, og en skrue-transportør som fører de fremstilte granulene bort fra granulatorenheten. Skruetransportøren omfatter utstyr for å sortere de fremstilte granulene pneumatisk mens de transporteres. Det patenterte prinsippet vil kun gjøre det mulig å separere og resirkulere støv eller finpartikler fra utløpsstrømmen. Sorter-ingsprinsippet i denne metoden er basert på forskjellen i utgangshastighet mellom de store granulene med riktig størrelse og støvfraksjonen, og innebærer at det ikke er mulig å separere partikler på 1-2 mm ut fra en masse som inneholder partikler på 1-5 mm. Bobledannelse og spruting (slugging) vil skape en flyt av partikler med alle størrelser mellom 1 og 5 mm tilbake til granulatoren.

Interne segregeringsvirkninger i fluidiserte lag, sprøytede og bevegelige lag har vært beskrevet i diverse publikasjoner. Virkningene av lufthastigheten og av boble-brytende konstruksjoner inne i laget har gitt dokumenterte virkninger, som gir en forskjell i partikkelstørrelse mellom topp og bunn i et enkeltstående kammer. I "Powder Technology 98" (1998), s. 273-278, beskrives og dokumenteres virkningene av horisontale ledeplater.

Fluid bed enheter som er konstruert med interne ledeplater, fører til et enkeltstående høyt kammer med påfølgende høyt trykkfall. Den totale bevegelsen i bedet reduseres både som følge av ledeplatene og som følge av geometrien, og laget får lavere kapasitet ettersom overføringen av varme og masse krever turbulens og partikkelbevegelse. En annen ulempe som gjør disse prinsippene mindre nyttige, er mangelen på horisontal sortering. Når man bare har vertikal sortering, blir granulatorens størrelse og form begrenset i areal med laghøyden, og testes derfor kun med et enkeltstående kammer. Horisontale ledeplater plassert i det enkeltstående granulatorkammeret, som beskrevet i WO 97/02887, blir også oppfattet som en ulempe i praksis, ettersom det gir mindre frihet til å installere sprøytedyser.

En betydelig ulempe med en konvensjonell, robust fluid bed prosess er de høye kostnadene ved investering i sikteenheter, knusere, oppløsingsenheter, tørkere, kjølere, midlertidig lagring og transport for fast materiale inne i anlegget. Dette krever store bygninger og kostbare stålkonstruksjoner for å gi en løsning som kan drives i praksis. Hvert mekanisk og elektrisk element krever konstruksjon, utforming, idriftsettelse, reservedeler, overvåking, vedlikehold, rengjøring og tilsyn fra operatører. I korrosive miljøer med salt og fuktighet fører behovet for bedre kvalitet på materialene til at investeringskostnadene stiger ytterligere. Antallet mekaniske elementer øker risikoen for feil og for kostbar stillstand.

Dessuten krever driften av slike granuleringsanlegg hyppige stopp for vedlikehold av mekanisk og elektrisk utstyr samt rengjøring av prosessutstyr. Gjenvinning av vaskevann og ekstra plass inne i anleggene til vedlikeholdsaktiviteter øker kostnadene ved å bygge og drive slike anlegg ytterligere. Å redusere mengden som resirkuleres ved å optimalisere kimdannelsen og kontrollere krystalliserings- og solidifiseringsprosessen har gitt visse konkurransefordeler for de beste pro-sessene.

Termodynamisk sett er det mulig å konstruere en fluid bed prosess helt uten resirkulering av kjølte eller varmede granuler utenfor fluid bed enheten. En optimal varmebalanse over en fluid bed granulator kan oppnås ved å endre luft-temperaturen eller luftstrømmen. En relativt stor luftstrøm er uansett nødvendig for selve fluidiseringen. Varmebalansen kan alternativt løses ved intern kjøling eller oppvarming i selve fluid bed enheten.

For å drive en prosess med fluid bed granulering uten å resirkulere materiale kreves det kontroll med granulveksten på en måte som skiller seg fra de konvensjonelle lagene som er nevnt ovenfor. Granulveksten og produktets granulo-metri i konvensjonelle lag er en funksjon av størrelsesdistribusjonen i materialet eller det knuste resirkulerte materialet, forholdet mellom materialet og smeiten, og sorterende virkninger i fluid bed enheten eller granulatoren.

Konvensjonelle lag har liten effektivitet når det gjelder sortering, og fungerer nærmest som en reaktor med totalt blandet flyt. Produktet fra en reaktor med totalt blandet flyt vil bestå av en blanding av ferskt materiale med for liten størrelse og større modne partikler. Selv ved en reaktor med ideell pluggstrøm avhenger produktet i stor grad av størrelsesfordelingen i det tilførte eller resirkulerte materialet.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for behandling av en løsning, smelte, suspensjon, slurry, emulsjon eller faste stoffer til granuler med sortert størrelse.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og en anordning for behandling av en løsning, smelte, suspensjon, slurry, emulsjon eller faste stoffer til granuler i ett trinn, i én fluid bed enhet, uten sikting, resirkulering, knusing og oppløsing.

Videre er det ytterligere et formål med oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte og en anordning som nevnt ovenfor som reduserer investeringskostnadene ved en fluid bed granulatorenhet og øker kapasiteten når de tas i bruk i eksisterende anlegg.

Oppfinnerne har utviklet en fremgangsmåte og en anordning for fluid bed granulering som er i stand til å behandle en smelte, løsning, suspensjon, emulsjon, slurry eller faste stoffer til granuler med smal størrelsesfordeling.

Den sorterende fluid bed granulatoren i henhold til oppfinnelsen omfatter et granuleringskammer som omfatter et fluidiserende luftkammer 7 med en lagbunn 10, et tak 3c, en endevegg 3d, et innløp for tilførselsmateriale 5, et innløp for kimpartikler 6, et utløp 4 definert av vegger 3a, 3b for luft, og et utløp 9 for fremstilte granuler. Granuleringskammeret er delt i en seksjon for agglomerering og kimkontroll 1 og en seksjon for granulering og sortering 2, der den nevnte seksjonen 2 består av ett eller flere påfølgende kamre med asymmetrisk utforming som frembringes av skråstilte ledeplater 12 og eventuelt skrånende lagbunn 10.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for fluid bed granulering av innmatet materiale som er en løsning, slurry, smelte, emulsjon, suspensjon eller faste stoffer til granulater med ønsket, sortert størrelse omfatter at de innførte kimpartiklene som skal granuleres med materialet, får en kontrollert størrelse i en agglomererings- og kimseksjon plassert foran en seksjon for granulering og sortering, og at sorteringen av granulene skjer i asymmetriske kamre i seksjonen for granulering og sortering som består av skråstilte ledeplater og eventuelt skrånende lagbunn.

Granulatoren består av ett eller fortrinnsvis flere kamre for sprøyting og partikkel-vekst med asymmetrisk utforming, og med skråstilte separeringsledeplater som fører til at partiklene blir sortert i hvert kammer, og store partikler blir transportert mot utløpet fra laget og små partikler mot innløpet til laget.

Den asymmetriske konstruksjonen, som oppnås ved å skråstille ledeplatene og lage helling på lagbunnen, fører til forskjeller i fluidiseringsluftstrømmen i forskjellige deler av enheten og innenfor hvert kammer.

Selve den sorterende fluid bed granulatoren i henhold til oppfinnelsen utfører innvendig det siktene og resirkuleringssløyfen gjør i en konvensjonell granulerings-sløyfe. I den sorterende fluid bed enheten blir granulene som er mindre enn det ønskede produktet liggende lengre i bedet, til de har vokst til den ønskede produktstørrelsen. Derfor vil det ikke være noen små partikler som må resirkuleres. I et konvensjonelt lag må de minste granulene resirkuleres tilbake til bedet for å bli liggende lengre. I den sorterende fluid bed enheten vil de større partiklene ha kort oppholdstid. Det konvensjonelle laget sørger ikke for at større partikler blir liggende i kortere tid, og mindre partikler i lengre tid. Dermed blir det fremstilt en høyere andel av partikler som er for store. Dette, sammen med vekstbalansen for granuler, krever kontinuerlig knusing av partikler som er for store.

I den sorterende fluid bed enheten kan det imidlertid også benyttes en kontrollert knusing i form av en rotor med variabel hastighet som plasseres i kammeret for kim- og agglomereringskontroll. Dette vil være nødvendig for å fremstille tilstrekkelig kimmateriale for den granulometriske balansen.

Avhengigheten av granulometrien i de tilførte kimene blir dermed redusert. Fra et granulometrisk synspunkt er det i hovedsak antallet kimpartikler og for-sto rrelsesf aktoren som avgjør kapasiteten.

Virkningen av segregering i en glidende masse av ikke-homogene partikler er kjent, men har ikke vært benyttet i utformingen av fluid bed granulatorer. Segregering i en vibrerende masse kalt perkolering, der støv og mindre partikler faller ned mellom de større partiklene, benyttes heller ikke. Denne virkningen er mer fremtredende når bevegelsen er liten, og vil i en fluid bed enhet bli hindret eller reversert av luftstrømmen.

Segregering i en glidende eller bevegelig masse benyttes i kargranulering og i enkelte trommelgranulatorer, men masse- og energibalansen for disse granuleringsprosessene krever normalt en veldefinert og stor mengde temperaturkontrollert resirkulert materiale.

Viktige kjennetegn ved konstruksjonen er asymmetrien som oppstår gjennom skråstilte ledeplater og eventuelt hellende bunn. Høyere fluidiseringshastighet mot utløpet fra laget, kombinert med at taket heller mot utløpet, gir et sirkulært strømningsmønster både i laget som helhet og mellom de skråstilte ledeplatene. Den høyere lufthastigheten og innføringen av kinetisk energi på den ene siden gir et høyere lagnivå som følge av lavere tetthet. Dette fører til en virkning der små partikler på toppen av laget flyter tilbake til seksjonen for agglomerering og kimkontroll, og de største partiklene flyter langs bunnen som følge av sirkulær strømning mellom platene eller inne i hvert kammer og den generelle sirkulerende strømmen.

Mellom kamrene og over hver plate skjer det en trinnvis sortering ved at det oppstår en boblesone med høy hastighet for det grove materialet og en sone med lav hastighet for de mindre partiklene. Med intern horisontal segregering i hvert kammer vil en tilfeldig utskifting av partikler mellom kamrene gi en generell sortering fra kammer til kammer. I tillegg vil den generelle sirkelbevegelsen av fluid bed -enheten sikre at de større partiklene beveger seg mot utløpet langs bunnen, og de fine partiklene tilbake mot innløpet på toppen av laget.

Geometrien til ledeplatene og formen på sorteringsområdet må tilpasses slik at det passer til det faktiske granuleringssystemet. Ledeplatene gir et sorterings-system i flere trinn, med en viss effektivitet over hvert trinn. Ledeplatene deler granulatoren inn i en serie trinn som ligner en flertrinnsreaktor. Resultatet som oppnås ligner effekten av en pluggstrøm kombinert med kontrollert resirkulering av finmateriale over toppen av platene, noe som gir en flertrinns klassifiseringseffekt på tilsvarende måte som en destilleringskolonne. Størrelsesfordelingen i produktet som forlater laget er klart smalere enn den totale størrelsesfordelingen i produktet i granulatoren.

Retningen av luftstrømmen i øvre del av det fluidiserte området av sorteringsområdet transporterer de mindre partiklene mot vekstområdet i laget, der de fungerer som kimmateriale. Den totale luftstrømmen over toppen av lagnivået sørger sammen med den mekaniske utformingen for en vindsikting av granulene, der de minste blir sendt til granuleringssonen og de større partiklene tillates å slippe ut i form av produkt.

Under forutsetning av at tilførselen til granulatoren er av enhetlig størrelse, vil også oppholdstiden bli redusert ved en konstruksjon i henhold til oppfinnelsen.

Det finnes diverse metoder for å sørge for kiming i en granulator på uten å knuse deler av produktet. Preagglomerering eller et mindre prilletårn har vært beskrevet, samt installering av en maler eller knuser inne i laget. En rotor med variabel hastighet kan benyttes til å frembringe kimmateriale og kontrollere produktets partikkelstørrelse.

Den sorterende fluid bed granulatoren i henhold til oppfinnelsen omfatter et granuleringskammer som inneholder et fluidiserende luftkammer 7 med en lagbunn 10, et tak 3c, en endevegg 3d, et innløp for tilførselsmateriale 5, et innløp for kimpartikler 6, et utløp 4 definert av vegger 3a, 3b for luft, og et utløp 9 for fremstilte granuler. Granuleringskammeret er delt inn i en seksjon for agglomerering og kimkontroll 1 og en seksjon for granulering og sortering 2, kjennetegnet ved at den nevnte seksjonen 2 består av ett eller flere påfølgende kamre med asymmetrisk utforming som frembringes av skråstilte ledeplater 12 og eventuelt skrånende lagbunn 10.

Det er fordelaktig at den asymmetriske konstruksjonen frembringes av ledeplater 12 i seksjon 2 som danner en vinkel forskjellig fra 90° med det horisontale planet. Lagbunnen 10 danner fortrinnsvis en vinkel med det horisontale planet, skrånende oppover mot utløpet 9 for de fremstilte granulene. Den asymmetriske konstruksjonen kan også fordelaktig frembringes av ledeplater 12 som danner en vinkel med det horisontale planet og ved at lagbunnen 10 danner en vinkel med det horisontale planet, skrånende oppover mot utløpet 9 for de fremstilte granulene. Seksjonen for agglomerering og kimkontroll 1 består fortrinnsvis av minst ett kammer. Luftkammeret 7 kan være delt inn i to eller flere rom.

Ytterligere gunstige trekk ved den sorterende fluid bed granulatoren i henhold til oppfinnelsen er at lagbunnen 10 er konstruert for å gi forskjellige mengder av fluidiseringsluft til seksjonene 1 og 2 gjennom perforeringer med forskjellig størrelse. Videre er det foretrukket at ledeplatene er V-formet og at veggen 3d og taket 3c nær utløpet 9 heller innover.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for fluid bed granulering av et tilført materiale som er en løsning, slurry, smelte, emulsjon, suspensjon eller faste stoffer til granuler av ønsket sortert størrelse omfatter at innførte kimpartikler som skal granuleres med det tilførte materialet gis en kontrollert størrelse i en seksjon for agglomerering og kimkontroll plassert foran en seksjon for granulering og sortering. Sorteringen av granulene skjer i asymmetriske kamre i seksjonen for granulering og sortering som består av skråstilte ledeplater og eventuelt skrånende lagbunn.

Et fordelaktig trekk ved fremgangsmåten er at skråstilte ledeplater benyttes for å skille kamrene, noe som resulterer i at granulene sorteres i hvert kammer og at de største partiklene transporteres fra seksjonen for agglomerering og kimkontroll til seksjonen for granulering og sortering langs lagbunnen, og de små partiklene transporteres mot innløpet til bedet.

Videre er det foretrukket at en roterende drivkraft i fluid bed enheten blir skapt ved at lagbunnen heller oppover mot utløpet for de fremstilte granulene og/eller ved at endeveggen og taket heller, slik at det oppstår en forskjell i fluidiseringsluftens hastighet for de forskjellige kamrene, og/eller gjennom retningsdyser i lagbunnen.

Oppfinnelsen forklares og beskrives ytterligere med henvisning til figurene og gjennom et eksempel.

Figur 1 viser i redusert skala en utforming av sorterende fluid bed granulator i henhold til oppfinnelsen sett fra siden, med hellende lagbunn og skråstilte ledeplater. Figur 2 viser i redusert skala en alternativ utforming av sorterende fluid bed granulator i henhold til oppfinnelsen sett fra siden, med horisontal lagbunn, skråstilte ledeplater og et fluidisert luftkammer delt inn i flere deler. Figur 3 viser sorteringseffekten i den sorterende fluid bed granulatoren i

henhold til oppfinnelsen.

Figur 4 viser en geometrisk fremstilling av hvordan V-formede ledeplater kan

installeres i en granulator i henhold til oppfinnelsen.

Figur 5 viser hvordan V-formede ledeplater vil øke virkningen av ledeplatene

ytterligere.

Figur 6 viser en prøveenhet av en granulator i henhold til oppfinnelsen, sett fra

siden.

Figur 7 viser beregning av sorteringseffektiviteten.

Figur 8 viser resultatene av de dynamiske testene.

Figur 9 viser beregning av sorteringseffektiviteten.

Figur 1 og 2 viser en fluid bed granulator som omfatter en typisk seksjon for agglomerering og kimkontroll 1, en seksjon for granulering og sortering 2, et lufttrykkammer 7 og en lagbunn som skråner horisontalt oppover 10. Seksjon 2 omfatter skråstilte ledeplater 12. Videre består granulatoren av et innløp 5 for tilførsel av smelte, løsning, emulsjon, slurry eller suspensjon til seksjon 1, et innløp for kimpartikler 6, et utløp 4 definert av vegger 3a, 3b for luft, et tak 3c, en endevegg 3d og et utløp 9 for utføring av fremstilte granuler med den ønskede størrelse.

I seksjonen for agglomerering og kimkontroll 1, som kan bestå av ett eller flere etterfølgende kamre, blir smeiten, suspensjonen, slurryen, de faste stoffene eller løsningen sprøytet på kimpartiklene og størkner, og skaper dermed agglomerering eller lagdannelse. Nødvendig kimdannelse kan skje utenfor eller innenfor fluid bed enheten ved hjelp av fysisk knusing.

Kammeret/kamrene i seksjon 1 kan fungere som en turbulent reaktor/turbulente reaktorer med totalt blandet flyt, som er nødvendig for å oppnå høy kapasitet for innsprøyting av smelte uten å skape for stor agglomerering og klumpdannelse. Lav lufthastighet gir mer agglomerering, reduserer støvdannelsen og reduserer mengden av støv som føres ut med luften som forlater bedet gjennom utløpet 4. Den totale mengden materiale og lufthastigheten i seksjon 1 kan på denne måten brukes til å kontrollere kimdannelsen og granulometrien i hele fluid bed enheten. Sprøyteteknikken kan omfatte tofasede eller enfasede dyser. Retningen på dysene kan også variere avhengig av de individuelle egenskapene mellom smelte-eller løsningssystemer. Transporten av de største partiklene fra seksjon 1 til seksjon 2 skjer langs bunnen 10 og forårsakes av den roterende drivkraften i hele enheten som følger av hellingen av bunnen, forskjellen i fluidiserings-kiftstrøm, og/eller av retningsdyser i lagbunnen. Noen større partikler blir også ført over toppen av fluid bed enheten, der boblebrytingen sender partikler tilfeldig i alle retninger. De større partiklene blir mindre berørt av den horisontale luftstrømmen på toppen av laget, og vil ha lettere for å bevege seg til kammeret som er nærmere utløpet enn de mindre partiklene, som vil bli transportert av den horisontale luftstrømmen tilbake til det eksisterende kammeret eller til kammeret som er nærmere innløpet.

Lufthastigheten i seksjonen for granulering og sortering 2 kan være høyere enn for seksjonen for agglomerering og kimkontroll 1, og lufthastigheten bør også være høyere for hvert kammer mot utløpet 9, som en forutsetning for å fluidisere partikler med økt størrelse, men også som en viktig faktor for den generelle sorteringen. En høyere lufthastighet for fluidisering gir høyere lufttrykk i laget og høyere nivå i laget. Den horisontale gradienten i luft- og lågtrykket gir en gjennomsnittlig horisontal luftstrøm i laget, som fører til horisontal segregering. Mindre partikler blåses tilbake mot seksjonen for agglomerering og kimkontroll 1. Luftkammeret 7 kan omfatte påfølgende deler. En måte å oppnå høyere lufthastighet for fluidisering mot utløpet på er å redusere trykkfallet over lagbunnen 10 mot utløpet, eller øke trykket i de påfølgende luftkamrene mot utløpet. Trykkfallet kan reguleres ved å variere størrelsen på eller antallet åpninger i den perforerte lagbunnen.

Laghøyden vil også påvirke lufthastigheten. Et høyere lagnivå gir høyere trykkfall og lavere luftstrøm for det aktuelle området. Dette kan oppnås gjennom hellingen av lagbunnen 10 som vist på Figur 1 og 2. En høyere luftstrøm i kammeret/- kamrene i granuleringsseksjonen 2 i retning av utløpet 9 gir høyere gjennomsnitts-nivå av materiale i disse seksjonene og kamrene, og det vil skje en transport av mindre partikler fra den øvre sonen 3 i disse seksjonene tilbake til seksjonen for agglomerering og kimkontroll 1. Denne virkningen blir ytterligere forsterket av sonen for fri luftstrøm 3 mot luftutløpet 4.

Hvis kjøling er nødvendig, skjer dette med fluidiseringsluft med lav temperatur, og/eller med interne kjøleplater eller rør som er nedsenket horisontalt eller vertikalt 4 det fluidiserte materialet i laget.

I seksjonen for granulering og sortering 2 er det viktig å knuse eller kontrollere boblene som dannes i en fluid bed enhet med høy tetthet. Disse boblene transporterer grovt materiale fra bunnen til toppen av laget. Med den horisontale asymmetrien både når det gjelder lufthastigheten og geometrien beveger boblene seg som vist i Figur 3 horisontalt mot den skråstilte ledeplaten eller seksjons-veggen der de endrer fasong 11 og etterlater det grove materialet idet de stiger langs ledeplaten og bryter gjennom overflaten av materialet som inneholdes i laget. Idet boblen bryter gjennom, fører utløpet av materiale til at fint materiale blir transportert bakover og grovt materiale fremover i laget.

På den andre siden av ledeplaten vil mindre partikler bli stadig mer konsentrert i en nedoverrettet bevegelse. Mangelen på turbulens og lavere lufthastighet fører til at det lettere samles mindre partikler. De mindre partiklene vil bevege seg nedover, under ledeplaten og inn i neste kammer eller seksjon. Avstanden fra nedre ende av ledeplaten til lagbunnen må tilpasses slik at det oppstår en stabil sirkelbevegelse mellom platene, og tilstrekkelig transport mellom kamrene. Vinkelen på og fasongen til ledeplatene er viktige for å oppnå det riktige strømningsmønsteret. Transporten av partikler på begge sider av ledeplaten kan dessuten forbedres ved å lage platen i V-form slik at overføringen mellom kamrene blir enda bedre, som vist i Figur 4 og 5.

De stigende boblene av grovt materiale i sone 3 transporterer grovt materiale opp og over til sonen for nedovergående fint materiale i 2 i neste kammer. På samme måte vil små partikler i 2 bli overført tilbake til sone 3 i det forrige kammeret. Ved bunnen og toppen av laget, under og over ledeplatene, vil et mønster for tilfeldig bevegelse sikre utveksling mellom kamrene.

Eksempel:

Eksempelet viser testresultater som ble oppnådd med en sorterende fluid bed granulator som vist på Figur 6. Enheten ble drevet med følgende parametre:

Typisk størrelsesfordeling av materialet i testbedet fremgår av Tabell 1:

Testene er blitt utført med henblikk på å finne den mest effektive konstruksjonen, og et mål på effektiviteten i sorteringen er blitt innført. Målet består i å beregne hvordan D50 for utløpsproduktet er i forhold til D50 for hele innholdet i laget. Dersom D50 for utløpsproduktet er lik D50 for hele laget, er effektiviteten i sorteringen 0 %, noe som betyr ingen effekt i forhold til et lag med totalt blandet flyt. Hvis D50 på utløpsproduktet er lik D90 for hele laget, er effektiviteten i sorteringen 80 %. D50 er det mål for diameter på granulene der 50 % av granulene har lavere diameter og 50 % av granulene har høyere diameter. D90 er på samme måte det mål for diameter på granulene der 90 % av granulene har Lavere diameter og 10 % av granulene har høyere diameter.

Figur 7 viser beregningen av effektiviteten i sorteringen.

Effektiviteten av fluid bed enheten er blitt testet både i dynamiske og statiske situasjoner. Statisk betyr her at laget er fylt og opereres uten at materiale fjernes eller tilføres. Det er tatt prøver av utløpsproduktet bare for å kontrollere at stabil tilstand er oppnådd.

De dynamiske testene ble simulert ved å ta ut produkt ved utløpet og mate det inn igjen ved innløpet. Belastningen er beregnet som oppholdstid. En simulert varighet på 10 minutter er brukt ved den dynamiske testingen. Figur 8 og 9 illustrerer resultatet av testene. Figur 8 viser hvordan størrelses-kurven for fordelingen av utløpsproduktet endrer seg i forhold til det totale innholdet i laget.

Figur 9 viser det samme for den akkumulerte størrelsen.

Tabell 2 viser et representativt utsnitt av resultatet av sorteringseffektiviteten. De beste resultatene oppnås med tre ledeplater i en vinkel på 15 grader og et lag med en helning på 6-10 grader. Positive resultater blir imidlertid oppnådd ved flere parametre som vist i tabellen.

Test nr. 10 ble utført med et høyere lagnivå, som skapte en endring i fluidiserings-forholdene mot utløpet fra laget som følge av innsnevringer.

Oppfinnelsen vil åpne for granulering uten sikting og resirkulering av granuler utenfor laget, såfremt den utføres med en egnet kimdannelsesprosess eller tilførsel av kimmateriale.

Som eksempel vil fluid bed enheten være perfekt for forbedring eller ettergranulering av småprillede partikler på 1-2 mm til større granuler på 3-7 mm.

Claims (12)

1. En sorterende fluid bed granulator, omfattende et granuleringskammer som inneholder et fluidiserende luftkammer (7) med en lagbunn (10), et tak (3c), en endevegg (3d), et innløp for tilførselsmateriale (5), et innløp for kimpartikler (6), et utløp (4) definert av vegger (3a, 3b) for luft, og et utløp (9) for fremstilte granuler, der granuleringskammeret er delt inn i en seksjon for agglomerering og kimkontroll (1) og en seksjon for granulering og sortering (2), karakterisert ved at den nevnte seksjonen (2) består av ett eller flere påfølgende kamre med asymmetrisk utforming som frembringes av skråstilte ledeplater (12) og eventuelt skrånende lagbunn (10).

2. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisert ved at den asymmetriske konstruksjonen frembringes av ledeplater (12) i seksjon (2) som danner en vinkel forskjellig fra 90° med det horisontale planet.

3. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisertvedat lagbunnen (10) danner en vinkel med det horisontale planet, skrånende oppover mot utløpet (9) for de fremstilte granulene.

4. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisert ved at den asymmetriske konstruksjonen frembringes av ledeplater (12) som danner en vinkel med det horisontale planet og ved at lagbunnen (10) danner en vinkel med det horisontale planet, skrånende oppover mot utløpet (9) for de fremstilte granulene.

5. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisert ved at seksjonen for agglomerering og kimkontroll (1) består av minst ett kammer.

6. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisertvedat luftkammeret (7) er delt inn i to eller flere rom.

7. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisert ved at lagbunnen (10) er konstruert for å gi forskjellige mengder av fluidiseringsluft til seksjonene (1) og (2) gjennom perforeringer med forskjellig størrelse.

8. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 2, karakterisert ved at ledeplatene er V-formet.

9. En sorterende fluid bed granulator i henhold til krav 1, karakterisert ved at veggen (3d) og taket (3c) nær utløpet (9) heller innover.

10. En fremgangsmåte for fluid bed granulering av et tilført materiale som er en løsning, slurry, smelte, emulsjon, suspensjon eller faste stoffer til granuler av ønsket sortert størrelse, som omfatter at innførte kimpartikler som skal granuleres med det tilførte materialet gis en kontrollert størrelse i en seksjon for agglomerering og kimkontroll plassert foran en seksjon for granulering og sortering, karakterisert ved at sorteringen av granulene skjer i asymmetriske kamre i seksjonen for granulering og sortering som består av skråstilte ledeplater og eventuelt skrånende lagbunn.

11. En fremgangsmåte for fluid bed granulering i henhold til krav 10, karakterisert ved at skråstilte ledeplater benyttes for å skille kamrene, noe som resulterer i at granulene sorteres i hvert kammer og at de største partiklene transporteres fra seksjonen for agglomerering og kimkontroll til seksjonen for granulering og sortering langs lagbunnen, og de små partiklene transporteres mot innløpet til bedet.

12. En fremgangsmåte for fluid bed granulering i henhold til krav 10, karakterisert ved at en roterende drivkraft i fluid bed enheten blir skapt ved at lagbunnen heller oppover mot utløpet for de fremstilte granulene og/eller ved at endeveggen og taket heller, slik at det oppstår en forskjell i fluidiserings- luftens hastighet for de forskjellige kamrene, og/eller gjennom retningsdyser i lagbunnen.