PL203226B1 - Granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym oraz sposób granulacji w złożu fluidalnym materiału zasilającego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym, obejmujący komorę granulacyjną zawierającą fluidyzacyjną komorę powietrzną z dnem złoża, stropem, ścianką końcową, wlotem materiału zasilającego, wlotem materiału zaszczepiającego, wylotem powietrza wyznaczonym ścianami oraz wylotem wytwarzanych granulek. W granulatorze tym komora granulacyjna jest podzielona na sekcję (1) kontroli aglomeracji i zaszczepiania oraz sekcję (2) klasyfikacji i granulacji, przy czym dno (10) złoża ma perforacje o różnych wymiarach do dostarczania różnych ilości powietrza fluidyzującego do sekcji (1) i (2), przy czym sekcja (2) klasyfikacji i granulacji składa się z jednego albo większej liczby kolejnych przedziałów o asymetrycznej konstrukcji, którą zapewniają nachylone przegrody (12) i/lub nachylone dno (10) złoża. Przedmiotem wynalazku jest również sposób granulacji w złożu fluidalnym materiału zasilającego w postaci roztworu, szlamu, stopionego materiału, emulsji, zawiesiny albo ciała stałych na granulki o żądanej klasyfikowanej wielkości. Zgodnie z tym sposobem, doprowadzane cząstki zaszczepiające przeznaczone do granulowania z materiałem zasilającym osiągają kontrolowaną wielkość w sekcji aglomeracji i zaszczepiania przed sekcją granulacji i klasyfikacji, przy czym klasyfikację granulek prowadzi się w asymetrycznych przedziałach w sekcji granulacji i klasyfikacji, przy czym do oddzielania przedziałów stosuje się nachylone przegrody, zapewniające klasyfikację granulek w każdym przedziale, przy czym największe cząstki przenosi się z sekcji kontroli aglomeracji i zaszczepiania do sekcji granulacji i klasyfikacji wzdłuż dna złoża, zaś małe cząstki przenosi się w kierunku wlotu złoża.

PL 203 226 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym oraz sposób granulacji w złożu fluidalnym materiału zasilającego w postaci roztworu, szlamu, stopionego materiału, emulsji, zawiesiny albo ciała stałych na granulki o żądanej klasyfikowanej wielkości.

Granulowanie w złożu fluidalnym albo granulowanie w złożu zawiesinowym jest techniką stosowaną w przekształcaniu stopionych materiałów, roztworów, szlamów, emulsji, zawiesin albo ciał stałych w cząstki stałe, np. w przemyśle nawozów sztucznych i przemyśle spożywczym.

Proces granulowania w złożu fluidalnym łączy w sobie szereg dziedzin nauki i technologii. Właściwe sterowanie instalacją do granulowania w złożu fluidalnym wymaga znajomości chemii stopionych materiałów i roztworów, zdolności do krystalizacji, całkowitego bilansu energetycznego i masowego, przenoszenia masy i energii, bilansu cząstkowego i granulometrycznego, dynamiki płynów oraz techniki fluidyzacji.

Projektowanie takich instalacji i sterowanie nimi jest trudne wskutek tego, że bilans masowy, bilans energetyczny i bilans granulometryczny muszą być prawidłowo ustawione, tak aby uzyskać prawidłową charakterystykę działania z punktu widzenia zdolności produkcyjnej i jakości. Żaden z bilansów nie może być ustawiany oddzielnie, ponieważ większość parametrów sterowania dostępnych dla operatorów i projektantów oddziałuje na wszystkie trzy bilanse. Bilanse wyrażone jako ograniczony i uproszczony układ równań będ ą także mieć szereg rozwiązań, gdzie optymalne albo najlepsze rozwiązanie zależy od chemicznych i fizycznych właściwości układu produktów, jakości produktu oraz kosztu urządzeń i innych czynników wejściowych.

Różne układy soli mają różne rozpuszczalności i różne ciepło krystalizacji. W projektowaniu złoża fluidalnego różnice te dają różnorodną gamę parametrów projektowych i ustawień dla przepływu i temperatury powietrza, przepływu i temperatury strumienia obiegowego oraz temperatury i stężenia stopionego materiału. Najważniejszym czynnikiem w odniesieniu do procesu granulowania w złożu fluidalnym jest sterowanie fazą ciekłą wraz z całkowitym bilansem energetycznym i bilansem granulometrycznym poprzez wzrost cząstek i tworzenie cząstek zaszczepiających.

Cząstkę zaszczepiającą definiuje się jak cząstkę zbyt dużą, aby mogła być przeniesiona przez granulator w strumieniu powierza wylotowego, wystarczająco dużą, aby uniemożliwić jej zbrylenie z innymi cząstkami, oraz mniejszą niż żądana wielość czą stek produktu.

W znanym procesie granulowania w złożu fluidalnym, rozkład wielkości wytwarzanych granulek kontrolowano poprzez zawracanie pewnej części granulek podwymiarowych i pokruszonych granulek nadwymiarowych do granulatora. Ułatwia to sterowanie i zwiększa elastyczność procesu, umożliwiając manipulowanie różnorodnymi układami i wielkością ziaren, z zachowaniem przy tym możliwości kontrolowania warunków w złożu fluidalnym, tzn. fazy ciekłej i szybkości parowania krystalizacyjnego. Fakt, że granulator ze złożem fluidalnym działa jak reaktor z całkowitym mieszaniem, dodatkowo wymuszał mocną konstrukcję i filozofię działania.

Nadmierny strumień recyrkulacji, 0,2 do 2 razy większy od przepływu produktu, przenoszący nadmiar granulek zaszczepiających i przepływu masowego, ogranicza wpływ innych parametrów roboczych i wrażliwość na nie. Ograniczało to zainteresowanie rozwojem granulatorów klasyfikacyjnych. Procesy granulowania w złożu fluidalnym są wrażliwe na liczbę wytwarzanych cząstek zaszczepiających, ponieważ aglomeracja jest niepożądana i powinno się jej unikać z punktu widzenia jakości produktów i stabilności działania. W wyniku aglomeracji tworzą się cząstki o niższej wytrzymałości na zgniatanie i trudno jest wykorzystywać aglomerację do kontrolowania bilansu cząstek bez zwiększania współczynnika powrotu do 3-7. Mocna konstrukcja wraz z nadmiernym strumieniem obiegowym jako ważnym parametrem sterowania była preferowana przez przemysł. Mały strumień obiegowy możliwy jest tylko wtedy, gdy cząstki zaszczepiające są wytwarzane w dokładnej i stabilnej liczbie.

Granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym definiuje się jako granulator zdolny do odprowadzania produktu, będącego frakcją największych granulek zawartych w złożu. Produkt ma ciągle rozmiar granulek, który jest większy niż granulek w granulatorze. Sprawność klasyfikacji zależy od sposobów zastosowanych do klasyfikacji oraz różnic rozmiarów przenoszonych przez złoże. Granulator klasyfikacyjny będzie, w procesie dynamicznym, zapewniać krótszy czas retencji żądanej frakcji produktu o dużych granulkach, dając tym samym dłuższy czas retencji małych granulek, umożliwiając im większy wzrost przed osiągnięciem rozmiarów produktu i odprowadzeniem. Granulator klasyfikacyjny może również działać jako reaktor z idealnym przepływem tłokowym, gdy jest zasilany materiałem o jednorodnym ziarnie. Przesiewanie i zawracanie granulek w konwencjonalnych granulatorach ze

PL 203 226 B1 złożem fluidalnym odbywa się zawsze poza złożem, jak to opisano np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4219589.

Wbudowanie mechanicznego przesiewania i kruszenia w złożu fluidalnym albo blisko niego opisano w niemieckim opisie patentowym nr DE 3248504-C2, jednak stwierdzono, że nie jest to korzystne z punktu widzenia działania.

Tym niemniej, opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4790487 ujawnia granulator o działaniu ciągłym, w którym przesiewanie i recyrkulacja odbywa się w sąsiednim urządzeniu, stanowiącym połączenie przenośnika ślimakowego i złoża fluidalnego. Dokument ten opisuje urządzenie składające się z korpusu granulatora do ciągłego przerobu sproszkowanych materiałów na granulki i z przenośnika ślimakowego do wyładowywania wytworzonych granulek z korpusu granulatora, przy czym przenośnik ślimakowy zawiera środki do pneumatycznej klasyfikacji wytworzonych granulek podczas ich przenoszenia. Opatentowana zasada będzie jedynie zdolna do oddzielania i recyrkulacji pyłu albo drobnych cząstek z wypływającego strumienia. Sprawność klasyfikacji w tym sposobie opiera się na różnicy w prędkości ucieczki pomiędzy dużymi granulkami o odpowiednim rozmiarze i frakcją pyłu i nie bę dzie moż liwe oddzielanie cząstek 1-2 mm od masy zawierającej cząstki 1-5 mm. Powstawanie pęcherzyków i bryłek spowoduje przepływ cząstek o wszystkich rozmiarach pomiędzy 1-5 mm z powrotem do granulatora.

Zjawiska segregacji wewnętrznej w złożach fluidalnych, rynnowych i ruchomych opisano w szeregu publikacji. Badanie wpływu prędkości powietrza oraz konstrukcji rozbijających pęcherzyki wewnątrz złoża wykazało udokumentowane oddziaływania powodujące różnicę wielkości cząstek pomiędzy górą i dołem w przedziale z pojedynczym złożem. W publikacji „Powder Technology 98 (1998), str. 273-278, opisano i udokumentowano wpływ poziomych przegród.

Konstrukcja złoża z wewnętrznymi przegrodami daje w efekcie pojedynczą komorę z wysokim złożem i wynikającym stąd dużym spadkiem ciśnienia. Całkowity ruch złoża jest zmniejszony zarówno ze względu na przegrody, jak i geometrię, a złoże osiąga niższą zdolność produkcyjną, ponieważ przenoszenie ciepła i masy wymaga turbulencji i ruchu cząstek.

Inną wadą, która czyni te rozwiązania mniej użytecznymi, jest brak klasyfikacji poziomej. W przypadku samej tylko klasyfikacji pionowej, wielkość i kształ t granulatora są ograniczone pod względem stosunku powierzchni do wysokości złoża, wskutek czego badania prowadzi się tylko w pojedynczej komorze. Poziome przegrody, umieszczone w pojedynczej komorze granulatora, jak to opisano w międzynarodowej publikacji patentowej nr WO 97/02887, także uważa się za wadę praktyczną, gdyż dają one mniejszą swobodę w instalowaniu dysz natryskowych.

Znaczącą wadą konwencjonalnych, lecz mocnych konstrukcji do procesów ze złożem fluidalnym są wysokie koszty sit, kruszarek, urządzeń rozpuszczających, suszarek, chłodnic, magazynów pośrednich oraz transportu materiałów stałych w instalacji. Wymaga to dużych budynków i kosztownych konstrukcji stalowych, aby umożliwić stworzenie układu zdolnego do działania. Każde urządzenie mechaniczne i elektryczne wymaga konstrukcji, wykonania, odbioru, części zamiennych, nadzoru, konserwacji, czyszczenia i uwagi operatorów. W środowisku korodującym stwarzanym przez sole i wilgoć jakość materiałów jeszcze bardziej podwyższa koszty inwestycji. Liczba urządzeń mechanicznych zwiększa wskaźnik awaryjności i groźbę kosztownych przestojów.

Ponadto działanie tych instalacji do granulacji wymaga częstych postojów w celu konserwacji urządzeń mechanicznych i elektrycznych oraz czyszczenia urządzeń procesowych. Odzysk wody płuczącej i dodatkowa przestrzeń wewnątrz instalacji służąca do prowadzenia działalności konserwacyjnej dodatkowo podnosi koszty budowy i eksploatacji takich instalacji. Zmniejszenie przepływu obiegowego poprzez optymalizację wytwarzania ziaren zaszczepiających i kontrolowanie procesu krystalizacji i krzepnięcia przyniosło kilka konkurencyjnych zalet najlepszym procesom.

Pod względem termodynamicznym możliwe jest zaprojektowanie procesu ze złożem fluidalnym bez recyrkulacji ochłodzonych albo podgrzanych granulek poza złożem fluidalnym. Optymalny bilans cieplny w granulatorze ze złożem fluidalnym można osiągnąć poprzez zmianę temperatury powietrza albo przepływu powietrza. Względnie duży przepływ powietrza jest mimo wszystko wymagany dla samej fluidyzacji. Bilans cieplny można alternatywnie rozwiązać poprzez wewnętrzne chłodzenie albo ogrzewanie w samym złożu fluidalnym.

Tym niemniej, prowadzenie procesu granulowania bez recyrkulacji materiału wymaga sterowania wzrostem granulek w inny sposób niż w konwencjonalnych złożach wymienionych wyżej. Wzrost granulek i skład granulometryczny produktu w złożach konwencjonalnych są funkcją rozkładu wielkości materiału zasilającego albo pokruszonego materiału wprowadzanego powtórnie do obiegu, sto4

PL 203 226 B1 sunku materiału zasilającego do materiału stopionego oraz działań klasyfikujących w złożu fluidalnym albo granulatorze. Złoża konwencjonalne mają niską sprawność klasyfikacji, działając prawie podobnie jak reaktor z całkowitym przepływem mieszanym. Produkt z reaktora z całkowitym przepływem mieszanym będzie stanowić mieszanina świeżych podwymiarowych cząstek materiału zasilającego i dojrzałych większych czą stek. Nawet w przypadku reaktora z idealnym przepływem tłokowym, produkt w dużej mierze zależy od rozkładu wielkości cząstek materiału zasilającego i zawracanego.

Celem wynalazku jest dostarczenie sposobu i urządzenia, które są zdolne do przetwarzania roztworu, stopionego materiału, zawiesiny, szlamu, emulsji albo ciał stałych w granulki o klasyfikowanej wielkości.

Innym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu i urządzenia, które są zdolne do przetwarzania roztworu, stopionego materiału, zawiesiny, szlamu, emulsji albo ciał stałych w granulki w jednym etapie, w jednym złożu fluidalnym, bez przesiewania, zawracania, kruszenia i rozpuszczania.

Ponadto innym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu i urządzenia wymienionych wyżej, które zmniejszają koszty inwestycji granulatora ze złożem fluidalnym i zwiększają zdolność produkcyjną, gdy wprowadza się je w istniejących zakładach.

Opracowano sposób i urządzenie do granulacji ze złożem fluidalnym, które są zdolne do przetwarzania stopionego materiału, roztworu, ciał stałych, emulsji, szlamu albo zawiesiny w granulki o wą skim rozkł adzie wielkoś ci.

Zgodny z wynalazkiem granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym, obejmujący komorę granulacyjną zawierającą fluidyzacyjną komorę powietrzną z dnem złoża, stropem, ścianką końcową, wlotem materiału zasilającego, wlotem materiału zaszczepiającego, wylotem powietrza wyznaczonym ścianami oraz wylotem wytwarzanych granulek, charakteryzuje się tym, że komora granulacyjna jest podzielona na sekcję kontroli aglomeracji i zaszczepiania oraz sekcję klasyfikacji i granulacji, przy czym dno złoża ma perforacje o różnych wymiarach do dostarczania różnych ilości powietrza fluidyzującego do obydwu sekcji, przy czym sekcja klasyfikacji i granulacji składa się z jednego albo większej liczby kolejnych przedziałów o asymetrycznej konstrukcji, którą zapewniają nachylone przegrody i/lub nachylone dno złoża. Zapewnia to klasyfikację cząstek w każdym przedziale i przenoszenie dużych cząstek w kierunku wylotu, a małych cząstek w kierunku wlotu złoża.

Korzystnie, asymetryczną konstrukcję zapewniają przegrody w sekcji klasyfikacji i granulacji, tworzące różny od 90° kąt z płaszczyzną poziomą.

Korzystnie, dno złoża tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, wznosząc się w kierunku wylotu wytwarzanych granulek.

Ponadto korzystnie, asymetryczną konstrukcję zapewniają przegrody tworzące kąt z płaszczyzną poziomą, zaś dno złoża tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, wznosząc się w kierunku wylotu wytwarzanych granulek.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, sekcja kontroli aglomeracji i zaszczepiania jest wydzielona jako co najmniej jeden przedział.

Korzystnie, komora powietrzna jest wydzielona jako dwa albo większa liczba przedziałów powietrznych.

Ponadto korzystnie, przegrody mają kształt litery „V.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, ś cianka koń cowa i strop w pobliż u wylotu wytwarzanych granulek są nachylone do wewnątrz.

Niesymetryczna konstrukcja, uzyskiwana poprzez pochylanie przegród rozdzielających i nachylenie dna złoża, stwarza różnice w przepływie powietrza fluidyzującego w różnych częściach złoża i wewną trz każ dego przedział u.

Sam granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym, według wynalazku, wykonuje wewnętrznie to, co w konwencjonalnej pętli granulacji wykonują sita i pętla obiegowa. W klasyfikacyjnym złożu fluidalnym granulki, które są mniejsze niż żądany produkt, przebywają wewnątrz złoża przez dłuższy czas, dopóki nie urosną do żądanej wielkości produktu. Tym samym nie będzie małych cząstek, które będą wymagać zawracania. W konwencjonalnym złożu najmniejsze granulki muszą być zawracane do złoża, aby zapewnić dłuższy czas retencji. W klasyfikacyjnym złożu fluidalnym czas przebywania większych cząstek będzie krótszy. Konwencjonalne złoże nie zapewnia większym cząstkom krótszego czasu przebywania, a mniejszym dłuższego czasu przebywania. Tym samym wystąpi większa frakcja zbyt dużych cząstek wytwarzanych w złożu. To wraz z bilansem wzrostu granulek wymaga ciągłego kruszenia nadwymiarowych cząstek.

PL 203 226 B1

W klasyfikacyjnym złożu fluidalnym można jednak wprowadzić kontrolowane kruszenie, w postaci wirnika o zmiennej prędkości, umieszczonego w przedziale kontroli zaszczepiania i aglomeracji. Będzie to niezbędne, aby wytworzyć wystarczającą ilość materiału zaszczepiającego dla osiągnięcia bilansu granulometrycznego.

Zależność od składu granulometrycznego materiału zaszczepiającego ulega zmniejszeniu. Z punktu widzenia wielkości ziaren, to zasadniczo liczba cząstek zaszczepiających i współczynnik wzrostu są czynnikami determinującymi zdolność produkcyjną.

Zjawisko segregacji w ślizgającej się masie niejednorodnych cząstek jest znane, lecz nie jest wykorzystywane w konstrukcji granulatora ze złożem fluidalnym. Segregacja w drgającej masie zwana perkolacją, gdzie pył i mniejsze cząstki spadają w dół pomiędzy większymi granulkami, także nie jest wykorzystywana. Zjawisko to jest bardziej wyraźne wtedy, gdy ruch jest mały, a w złożu fluidalnym przepływ powietrza będzie mu zapobiegać albo je odwracać.

Segregację w ślizgającej się albo poruszającej masie wykorzystuje się w granulacji na panwiach i w niektórych granulatorach bębnowych, lecz bilans masy i energii w tych procesach granulacji wymaga normalnie dobrze określonej i dużej ilości recyrkulowanego materiału o kontrolowanej temperaturze.

Ważną cechą konstrukcji jest asymetria zapewniana przez nachylone przegrody i/lub nachylenie dna. Wyższa prędkość fluidyzacji w kierunku wylotu złoża, połączona ze stropem nachylonym w kierunku wylotu, zapewnia kołowy układ przepływu zarówno w całym złożu, jak i pomiędzy pochylnymi przegrodami. Wyższa prędkość powietrza i dopływ energii kinetycznej z jednej strony zapewnia wyższy poziom złoża w wyniku mniejszej gęstości. Wynikiem tego jest stan, w którym małe cząstki na górze złoża spływają z powrotem do sekcji kontroli aglomeracji i zaszczepiania, a największe cząstki będą płynąć wzdłuż dna w wyniku przepływu kołowego pomiędzy płytami albo wewnątrz każdej komory, oraz w wyniku ogólnego przepływu cyrkulacyjnego.

Pomiędzy przedziałami i nad każdą płytą osiąga się stopniowaną klasyfikację poprzez utworzenie strefy pęcherzykowej o dużej prędkości dla grubego materiału i strefy o małej prędkości dla mniejszych cząstek. Wraz z wewnętrzną segregacją poziomą w każdym przedziale, losowa wymiana cząstek pomiędzy przedziałami zapewni ogólną klasyfikację pomiędzy poszczególnymi przedziałami. Oprócz tego, ogólny kołowy ruch złoża będzie zapewniać ruch większych cząstek w kierunku wylotu wzdłuż dna, oraz ruch drobnych cząstek w kierunku wlotu na górze złoża.

Geometria przegród i kształt obszaru klasyfikującego muszą być przystosowane pod kątem dopasowania do aktualnego układu granulacji. Przegrody zapewniają wielostopniowy układ klasyfikacji, o pewnej skuteczności na każdym stopniu. Przegrody dzielą granulator na szereg stopni, tak ż e przypomina on reaktor wielostopniowy. Osiągnięty efekt przypomina przepływ tłokowy i w połączeniu z kontrolowanym zawracaniem drobnych cząstek na wierzch płyt daje efekt klasyfikacji wielostopniowej, podobnie jak w kolumnie destylacyjnej. Rozkład wielkości cząstek produktu opuszczającego złoże jest wyraźnie węższy niż całkowity rozkład wielkości cząstek produktu zawartego w granulatorze.

Kierunek przepływu powietrza w górnej części obszaru fluidalnego w obszarze klasyfikującym zapewnia transport mniejszych cząstek w kierunku strefy wzrostu w złożu, gdzie służą one jako materiał zaszczepiający. Ogólny przepływ powietrza nad szczytem złoża wraz z konstrukcją mechaniczną przesiewa granulki i przesyła najmniejsze do strefy granulacji, pozwalając dużym cząstkom na opuszczenie urządzenia w postaci produktu.

W konstrukcji według wynalazku, przy zagwarantowaniu jednorodnego rozkładu wielkości cząstek materiału zasilającego granulator, rozkład czasu retencji także ulegnie zawężeniu.

Zgodny z wynalazkiem sposób granulacji w złożu fluidalnym materiału zasilającego w postaci roztworu, szlamu, stopionego materiału, emulsji, zawiesiny albo ciał stałych na granulki o żądanej klasyfikowanej wielkości, charakteryzuje się tym, że doprowadzane cząstki zaszczepiające przeznaczone do granulowania z materiałem zasilającym osiągają kontrolowaną wielkość w sekcji aglomeracji i zaszczepiania przed sekcją granulacji i klasyfikacji, przy czym klasyfikację granulek prowadzi się w asymetrycznych przedziałach w sekcji granulacji i klasyfikacji, przy czym do oddzielania przedziałów stosuje się nachylone przegrody, zapewniające klasyfikację granulek w każdym przedziale, przy czym największe cząstki przenosi się z sekcji kontroli aglomeracji i zaszczepiania do sekcji granulacji i klasyfikacji wzdłuż dna złoża, zaś małe cząstki przenosi się w kierunku wlotu złoża.

Korzystnie, obrotową siłę napędową w złożu fluidalnym wytwarza się poprzez odchylenie dna złoża pod górę w kierunku wylotu wytwarzanych granulek i/lub odchylenie ścianki końcowej i stropu, stwarzając różnicę prędkości powietrza fluidyzującego w różnych przedziałach i/lub za pomocą dysz kierunkowych w dnie złoża.

PL 203 226 B1

Istnieją różnorodne sposoby dostarczania materiału zaszczepiającego do granulatora bez kruszenia części produktu. Zaproponowano aglomerację wstępną albo małą wieżę aglomeracyjną, jak również zainstalowanie młyna albo kruszarki wewnątrz złoża. Można zastosować wirnik o zmiennej prędkości do dostarczania materiału zaszczepiającego i kontrolowania wielkości cząstek produktu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia, w postaci rzutu bocznego w pomniejszonej skali, jedną konstrukcję granulatora klasyfikacyjnego ze złożem fluidalnym według wynalazku, z nachylonym dnem złoża i pochylnymi przegrodami; fig. 2 przedstawia, w postaci rzutu bocznego w pomniejszonej skali, alternatywną konstrukcję granulatora klasyfikacyjnego ze złożem fluidalnym według wynalazku, z poziomym dnem złoża, pochylnymi przegrodami i fluidalną komorą powietrzną podzieloną na przedziały; fig. 3 przedstawia działanie klasyfikacyjne w granulatorze klasyfikacyjnym ze złożem fluidalnym według wynalazku; fig. 4 przedstawia w postaci szkicu geometrycznego sposób, w jaki przegrody w kształcie litery „V można zainstalować w granulatorze według wynalazku; fig. 5 przedstawia w jaki sposób przegrody w kształcie litery „V będą jeszcze bardziej wzmacniać działanie przegród; fig. 6 przedstawia, w postaci rzutu bocznego, pilotową jednostkę granulatora według wynalazku; fig. 7 ilustruje obliczenia sprawności klasyfikacji; fig. 8 przedstawia wyniki prób dynamicznych; fig. 9 ilustruje obliczenia sprawności klasyfikacji.

Fig. 1 i 2 przedstawiają granulator ze złożem fluidalnym, który zawiera typową sekcję 1 kontroli aglomeracji i zaszczepiania, sekcję 2 granulacji i klasyfikacji, ciśnieniową komorę powietrzną 7 i poziome, odchylone pod górę dno 10 złoża. Sekcja 2 zawiera nachylone przegrody 12. Oprócz tego granulator ma wlot 5 materiału zasilającego do doprowadzania stopionego materiału, roztworu, emulsji, szlamu, ciał stałych albo zawiesiny do sekcji 1, wlot 6 materiału zaszczepiającego, wylot 4 wyznaczony ścianami 3a, 3b do wypuszczania powietrza, strop 3c oraz ścianę końcową 3d, a także wylot 9 do odprowadzania wyprodukowanych granulek żądanej wielkości.

W sekcji 1 kontroli aglomeracji i zaszczepiania, która może składać się z jednego albo większej liczby kolejnych przedziałów, stopiony materiał, zawiesinę, szlam, ciała stałe albo roztwór natryskuje się na cząstki zaszczepiające, gdzie materiał ten zestala się, tworząc aglomerat albo nawarstwiając się. Konieczną produkcję materiału zaszczepiającego można zrealizować wewnątrz albo na zewnątrz złoża fluidalnego w drodze kruszenia fizycznego.

Przedział(y) w sekcji 1 mogą działać jak reaktor(y) z całkowitym mieszaniem turbulentnym, co jest konieczne, aby osiągnąć dużą przepustowość wtryskiwania stopionego materiału, nie powodując nadmiernej aglomeracji lub powstawania brył. Mała prędkość powietrza zapewnia większą aglomerację, zmniejsza powstawanie pyłu i zmniejsza unoszenie pyłu przez powietrze opuszczające złoże przez wylot 4. Całkowite obciążenie i prędkość powietrza w sekcji 1 można w ten sposób wykorzystać do kontroli wytwarzania materiału zaszczepiającego i składu granulometrycznego w całym złożu. Technika natryskiwania może wykorzystywać dysze natryskowe dwufazowe albo jednofazowe. Kierunek dysz może także zmieniać się w zależności od konkretnych właściwości układów stopionego materiału albo roztworu. Transport największych cząstek z sekcji 1 do sekcji 2 zachodzi wzdłuż dna 10 i jest wywołany obrotową siłą napędową w całości złoża, wywołaną nachyleniem dna, różnicą w prędkości powietrza fluidyzującego i/lub dyszami kierunkowymi w dnie złoża. Niektóre duże cząstki są także przenoszone w górnej części złoża, gdzie pękanie pęcherzyków rozrzuca losowo cząstki we wszystkich kierunkach. Większe cząstki są mniej podatne na działanie poziomego przepływu powietrza na wierzchu złoża i będą łatwiej przemieszczać się do przedziału bliższego wylotowi niż mniejsze cząstki, które będą zabierane przez poziomy przepływ powietrza z powrotem do istniejącego przedziału albo do przedziału bliższego wlotowi.

Prędkości powietrza w sekcji 2 granulacji i klasyfikacji mogą być większe niż w sekcji 1 kontroli aglomeracji i zaszczepiania, przy czym prędkość powietrza powinna także być wyższa w każdym przedziale w kierunku wylotu 9, jako wymóg dla fluidyzacji cząstek o zwiększonej wielkości, lecz także jako ważny czynnik zapewniający ogólną klasyfikację. Większa prędkość powietrza daje wyższe ciśnienie powietrza w złożu i wyższy poziom złoża. Poziomy gradient ciśnienia powietrza i złoża tworzy średnią poziomą składową przepływu powietrza w złożu, która zapewnia segregację poziomą. Mniejsze cząstki są wdmuchiwane z powrotem w kierunku sekcji 1 kontroli aglomeracji i zaszczepiania. Komora powietrzna 7 może zawierać kolejne przedziały powietrzne 8. Jednym sposobem osiągania większej prędkości powietrza fluidyzującego w kierunku wylotu jest zmniejszenie spadku ciśnienia nad dnem 10 złoża w kierunku wylotu albo zwiększenie ciśnienia powietrza w kolejnych przedziałach powietrznych 8 w kierunku wylotu. Spadek ciśnienia można regulować za pomocą wielkości albo liczby otworów w perforowanym dnie złoża.

PL 203 226 B1

Wysokość złoża będzie także wpływać na prędkość powietrza. Wyższy poziom złoża daje wyższy spadek ciśnienia i mniejszy przepływ powietrza w tym obszarze. Można to osiągnąć poprzez nachylenie dna 10 złoża jak przedstawiono na fig. 1 i 2. Większy przepływ powietrza w komorze (komorach) w sekcji 2 granulacji w kierunku wylotu 9 daje wyższy średni poziom materiału w tych sekcjach i przedziałach, tak że wystąpi tam przenoszenie mniejszych cząstek z górnej strefy 3 w tych sekcjach z powrotem do sekcji 1 kontroli aglomeracji i zaszczepiania. Zjawisko to nasila jeszcze bardziej strefa 3 swobodnego przepływu powietrza w kierunku wylotu 4 powietrza.

Chłodzenie, jeżeli konieczne, zapewnia powietrze fluidyzujące o niskiej temperaturze i/lub wewnętrzne płyty albo rury chłodzące, zanurzone poziomo albo pionowo we fluidyzowanym materiale w złożu.

W sekcji 2 granulacji i klasyfikacji ważne jest, aby niszczyć albo kontrolować pęcherzyki, które powstają w złożu fluidalnym o dużej gęstości. Pęcherzyki te przenoszą grubszy materiał z dna na wierzch złoża. Przy asymetrii poziomej zarówno w odniesieniu do prędkości powietrza, jak i geometrii, pęcherzyki 11, jak przedstawiono na fig. 3, poruszają się poziomo w kierunku nachylonej przegrody albo ścianki przedziału, gdzie zmieniają kształt, pozostawiając gruby materiał w miarę jak unosi się on wzdłuż przegrody, i przechodzą przez powierzchnię materiału zawartego w złożu. W chwili przechodzenia pęcherzyka wyrzut materiału zapewnia przenoszenie drobnego materiału wstecz i grubego materiału do przodu w złoże.

Po drugiej stronie przegrody, mniejsze cząstki będą coraz bardziej skupiane w ruchu do dołu. Brak turbulencji i mniejsza prędkość powietrza sprzyja zbieraniu małych cząstek. Mniejsze cząstki będą poruszać się do dołu, pod przegrodą i do następnej komory albo sekcji. Odległość od dolnego końca przegrody do dna złoża powinna być dopasowana tak, aby osiągnąć stabilny ruch okrężny pomiędzy przegrodami i wystarczający transport pomiędzy komorami. Kąt i kształt przegród są ważne dla osiągnięcia prawidłowego układu przepływu. Transport cząstek po obu stronach przegrody można jeszcze bardziej poprawić nadając przegrodzie kształt litery „V, co zapewnia jeszcze lepsze przenoszenie pomiędzy komorami, jak to przedstawiono na fig. 4 i 5.

Unoszące się pęcherzyki grubego materiału w strefie 3 przenoszą gruby materiał do sekcji 2 granulacji i klasyfikacji kierujących się do dołu drobnych cząstek w następnym przedziale. W ten sam sposób drobne cząstki w sekcji 2 granulacji i klasyfikacji będą przeniesione z powrotem do strefy 3 w poprzednim przedziale. Na górze i na dnie złoża, poniżej i ponad przegrodami, losowy rozkład ruchu będzie zapewniać wymianę pomiędzy przedziałami.

P r z y k ł a d:

Przykład ten przedstawia wyniki badań uzyskane za pomocą granulatora klasyfikacyjnego ze złożem fluidalnym przedstawionego na fig. 6. Urządzenie pracowało z następującymi parametrami:

Materiał: granulki mocznika o gęstości nasypowej 1000 kg/m³

Prędkość powietrza: 1,1-1,4 m/s

Temperatura powietrza: otoczenia, 20-22°C

Obciążenie złoża: 32,5-37 kg

Nachylenie dna złoża, α: 6°

Nachylenie przegrody, β: 15°

Typowy rozkład wielkości cząstek materiału w złożu badawczym przedstawiono w tabeli 1.

T a b e l a 1: Typowy rozkł ad wielkości czą stek materiału w złożu badawczym

Ponad 6 mm	1%
6,3-4,5 mm	9%
4,5-3,5 mm	28%
3,5-2,5 mm	49%
2,5-1,6 mm	11%
1,6-1,0 mm	2%
1,0-0,0 mm	0%

Badania przeprowadzono w celu znalezienia najbardziej efektywnej konstrukcji, i wprowadzono wskaźnik skuteczności klasyfikacji. Wskaźnik porównuje wartość D50 produktu na wyjściu z wartością D50 dla całej zawartości złoża. Jeżeli D50 na wyjściu równe jest D50 całego złoża, skuteczność klasy8

PL 203 226 B1 fikacji wynosi 0%, co oznacza, że nie osiąga się żadnego efektu w porównaniu z całkowicie wymieszanym złożem. Jeżeli D50 na wyjściu równe jest D90 dla całego złoża, skuteczność klasyfikacji wynosi 80%. D50 stanowi średnicę granulki, która dzieli masę na 50% granulek mniejszych niż ta średnica i 50% granulek większych. D90 oznacza podobnie średnicę, która dzieli masę na 90% granulek mniejszych niż ta średnica i 10% masy granulek większych niż ta średnica.

Fig. 7 przedstawia obliczenia skuteczności klasyfikacji. Skuteczność złoża badano zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych, przy czym warunki statyczne oznaczają, że złoż e zostało napełnione i działało bez jakiegokolwiek odprowadzania albo zasilania materiałem. Pobieranie próbek na wylocie przeprowadzono jedynie w celu stwierdzenia, czy osiągnięto stan ustalony.

Badania dynamiczne symulowano odbierając produkt z wylotu i doprowadzając go ponownie do wlotu. Obciążenie obliczano jako czas retencji. W badaniach dynamicznych zastosowano symulowany czas retencji 10 minut.

Fig. 8 i 9 ilustrują wyniki badań. Fig. 8 przedstawia, jak zmienia się krzywa rozkładu wielkości cząstek na wylocie w porównaniu z całą zawartością złoża. Fig. 9 przedstawia to samo dla krzywej skumulowanego rozkładu wielkości cząstek.

Tabela 2 przedstawia reprezentatywny wyciąg z wyników skuteczności klasyfikacji. Najlepsze wyniki uzyskuje się z trzema przegrodami nachylonymi pod kątem 15 stopni i dnem złoża nachylonym pod kątem 6 do 10 stopni. Jednakże pozytywne wyniki osiąga się w przypadku wielu cech charakterystycznych, jak to przedstawiono w tabeli.

T a b e l a 2 Wyniki badań

Nr próby	Liczba przegród	Nachylenie przegród w stopniach	Nachylenie dna złoża w stopniach	Położenie stropu	Obciążenie jako czas retencji	Skuteczność klasyfikacji
0	Jedna	Jak dla złoża	0	Bez stropu	Bez	0%
5			0	Strop na dole	Bez	13%
3			4	Strop na dole	30 min	36%
4			4	Strop na dole	10 min	48%
5			4	Strop na dole	Bez	50%
6			6	Strop na dole	10 min	54%
7			10	Strop na dole	10 min	45%
8	Trzy	4	4	Strop na dole	10 min	72%
9		15	4	Bez stropu	10 min	82%
10		15	4	Strop na dole	10 min	64%

Próbę nr 10 przeprowadzono z wyższym poziomem złoża, co spowodowało zmianę w warunkach fluidyzacji w kierunku wylotu złoża w wyniku ograniczeń.

Wynalazek umożliwi granulację bez przesiewania i zawracania granulek na zewnątrz złoża, przy założeniu jedynie odpowiedniego procesu zaszczepiania albo zasilania materiałem zaszczepiającym.

Przykładowo, złoże fluidalne będzie doskonałe do pogrubiania albo wtórnej granulacji małych spiekanych cząstek o wielkości 1-2 mm w większe cząstki o wielkości 3-7 mm.

Claims (10)

1. Granulator klasyfikacyjny ze złożem fluidalnym, obejmujący komorę granulacyjną zawierającą fluidyzacyjną komorę powietrzną z dnem złoża, stropem, ścianką końcową, wlotem materiału zasilającego, wlotem materiału zaszczepiającego, wylotem powietrza wyznaczonym ścianami oraz wylotem wytwarzanych granulek, znamienny tym, że komora granulacyjna jest podzielona na sekcję (1) kontroli aglomeracji i zaszczepiania oraz sekcję (2) klasyfikacji i granulacji, przy czym dno (10) złoża ma perforacje o różnych wymiarach do dostarczania różnych ilości powietrza fluidyzującego do sekcji (1) i (2), przy czym sekcja (2) klasyfikacji i granulacji składa się z jednego albo większej liczby kolejnych

PL 203 226 B1 przedziałów o asymetrycznej konstrukcji, którą zapewniają nachylone przegrody (12) i/lub nachylone dno (10) złoża.

2. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że asymetryczną konstrukcję zapewniają przegrody (12) w sekcji (2) klasyfikacji i granulacji, tworzące różny od 90° kąt z płaszczyzną poziomą.

3. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że dno (10) złoża tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, wznosząc się w kierunku wylotu (9) wytwarzanych granulek.

4. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że asymetryczną konstrukcję zapewniają przegrody (12) tworzące kąt z płaszczyzną poziomą, zaś dno (10) złoża tworzy kąt z płaszczyzną poziomą, wznosząc się w kierunku wylotu (9) wytwarzanych granulek.

5. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja (1) kontroli aglomeracji i zaszczepiania jest wydzielona jako co najmniej jeden przedział.

6. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że komora powietrzna (7) jest wydzielona jako dwa albo większa liczba przedziałów powietrznych (8).

7. Granulator według zastrz. 2, znamienny tym, że przegrody mają kształt litery „V.

8. Granulator według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka końcowa (3d) i strop (3c) w pobliżu wylotu (9) wytwarzanych granulek są nachylone do wewnątrz.

9. Sposób granulacji w złożu fluidalnym materiału zasilającego w postaci roztworu, szlamu, stopionego materiału, emulsji, zawiesiny albo ciał stałych na granulki o żądanej klasyfikowanej wielkości, znamienny tym, że doprowadzane cząstki zaszczepiające przeznaczone do granulowania z materiałem zasilającym osiągają kontrolowaną wielkość w sekcji aglomeracji i zaszczepiania przed sekcją granulacji i klasyfikacji, przy czym klasyfikację granulek prowadzi się w asymetrycznych przedziałach w sekcji granulacji i klasyfikacji, przy czym do oddzielania przedziałów stosuje się nachylone przegrody, zapewniające klasyfikację granulek w każdym przedziale, przy czym największe cząstki przenosi się z sekcji kontroli aglomeracji i zaszczepiania do sekcji granulacji i klasyfikacji wzdłuż dna złoża, zaś małe cząstki przenosi się w kierunku wlotu złoża.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że obrotową siłę napędową w złożu fluidalnym wytwarza się poprzez odchylenie dna złoża pod górę w kierunku wylotu wytwarzanych granulek i/lub odchylenie ścianki końcowej i stropu, stwarzając różnicę prędkości powietrza fluidyzującego w różnych przedziałach i/lub za pomocą dysz kierunkowych w dnie złoża.