PL207307B1 - Sposób granulacji aglomeracyjnej materiałów pylistych, zwłaszcza nawozów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób granulacji aglomeracyjnej materiałów pylistych, zwłaszcza nawozów metodą talerzową.

Proces granulacji aglomeracyjnej materiałów pylistych zwykle prowadzony jest w ten sposób, że do urządzenia granulacyjnego, najkorzystniej talerza granulacyjnego wprowadza się materiał pylisty i na przesypujące się złoże natryskuje się ciecz granulacyjną stanowiącą lepiszcze. Zwilżone cząstki materiału granulowanego tworzą początkowo małe aglomeraty o dość luźnej strukturze, które są zarodkami granul właściwych. Ich powstawanie jest najbardziej powolnym etapem w całym procesie tworzenia się granul. W miarę upływu czasu, podczas toczenia się tych aglomeratów po elipsowatych torach w obracającym się talerzu są one kilkukrotnie powierzchniowo zwilżane i opudrowywane materiałem granulowanym, czego efektem jest ich stopniowy wzrost.

Charakterystyczną cechą tej techniki granulacji jest segregacja wielkościowa granul znajdujących się w talerzu. Granule najmniejsze sytuują się i poruszają po elipsowatych torach przesuniętych w kierunku centralnej części talerza, natomiast granule większe poruszają się również po elipsowatych torach, ale przesuniętych ku burcie talerza. Największe granule znajdując się tuż przy burcie talerza samorzutnie opuszczają talerz przesypując się przez burtę. Ta naturalna ich segregacja wielkościowa powoduje, że uzyskane surowe i wilgotne granule charakteryzują się stosunkowo dużą jednorodnością, jednak ich wytrzymałość mechaniczna jest niewielka. Dopiero po wysuszeniu uzyskują one odpowiednią wytrzymałość.

Aby koszty suszenia były możliwie najniższe, surowy granulat po talerzu winien zawierać możliwie najmniej wilgoci. Dość częstym zabiegiem wykorzystywanym w tym celu jest stosowanie jako cieczy granulacyjnej mniej lub bardziej stężonych roztworów na przykład jednego z komponentów granulowanej mieszanki nawozowej. Mimo tego typu zabiegów masa cieczy granulacyjnej w stosunku do masy granulowanego materiału - nawozu waha się na ogół w granicach 8-12%, a w przypadkach szczególnych może nawet przekraczać 20%.

Z opisu polskiego zgł oszenia patentowego Nr P 359571 znany jest sposób aglomeracji talerzowej nawozów sztucznych. Polega on na tym, że aglomeracji poddaje się składniki, które rozdrabnia się w rozdrabniaczu do wymiarów 0,002-0,5 mm i następnie homogenizuje się w mieszalniku przesypowym chłodzonym powietrzem i aplikuje się na powierzchnię talerza w formie kurtyny o szerokości nie przekraczającej 25% średnicy talerza i grubości nie większej niż 1 mm. Granulator ma średnicę do 5 razy większą od pobocznicy, a kąt ustawienia do poziomu zmienia się w granicach od 42 do 50° i porusza się z optymalną prędkością kątową 20-24 obrotów/min. W procesie aglomeracji dozuje się równocześnie składnik zawierający w swoim składzie powyżej 70% minerałów ilastych o pojemności sorpcyjnej od 80-120 cmol/+/kg^-1 oraz wodę w postaci aerozolu pod ciśnieniem i takiej ilości, aby końcowa wilgotność granulatu nie przekraczała 10-12%, a następnie granulat suszy się do wartości poniżej 6% wilgotności.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego Nr 116052 sposób granulacji materiałów pylistych, który realizuje go dwuetapowo, przy czym pierwszy etap granulacji tj. tworzenie się zarodków granul z materiału pylistego chłonnego lub gorącego i cieczy aglomerującej przeprowadza się poza urządzeniem granulacyjnym, najkorzystniej w urządzeniach typu dwu lub jednowałowego mieszalnika łopatkowego, a dalszy wzrost zarodków granul i ich usferycznienie prowadzi się w urządzeniu granulacyjnym w wyniku zataczania. W tym rozwiązaniu, w pierwszym etapie wymusza się przyspieszenie najwolniejszego etapu procesu granulacji tj. wytwarzanie zarodków granul, które w następnym /drugim/ etapie biegnącym już we właściwym urządzeniu granulacyjnym powiększają swoje rozmiary do wielkości takiej, jaką ma produkt finalny. Metodą tą poddaje się granulacji materiały pyliste które są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie /pyły dymnicowe, popioły, barwniki/. W większości przypadków materiały te z wodą jako cieczą granulacyjną tworzą granulaty, które po wysuszeniu wykazują dobrą wytrzymałość mechaniczną. Nie ma tu znaczenia temperatura tej cieczy i nie wpływa ona na jej ilość niezbędną do zgranulowania materiału.

Działania badawcze w zakresie różnych technik granulacyjnych koncentrują się na poszukiwaniu coraz bardziej nowoczesnych technologicznie i ekonomicznie rozwiązań. Technika granulacji aglomeracyjnej należy do tychów których jednym z głównych problemów jest konieczność stosowania dość znacznych ilości cieczy granulacyjnej jako lepiszcza stosunkowo luźno zagęszczonych cząstek materiału granulowanego w granulach, którą to ciecz w następnym etapie ciągu technologicznego należy usunąć poprzez jej odparowanie w węźle suszenia. Ponieważ suszenie jest najczęściej najPL 207 307 B1 droższą operacją w większości technologii, a szczególnie w wielkotowarowej produkcji nawozowej, dlatego każde rozwiązanie, które umożliwia uzyskanie dobrego jakościowo granulatu poprzez odpowiednie rozwiązania technologiczne łatwiejsze w praktycznej realizacji i skutkujące znacznymi korzyściami technologicznymi i w konsekwencji ekonomicznymi, jest przedmiotem wielu badań.

Celem rozwiązania będącego przedmiotem niniejszego zgłoszenia było opracowanie tańszej i bardziej wydajnej metody granulacji aglomeracyjnej z cieczą granulacyjn ą niż rozwią zania tradycyjne. Ponieważ w procesie otrzymywania granulatu, operacja suszenia jest najbardziej kosztochłonna, dlatego problem stosowania możliwie najmniejszej ilości cieczy granulacyjnej niezbędnej do wytworzenia surowego granulatu jest najistotniejszym, choć nie jedynym elementem prezentowanego rozwiązania.

Istota wynalazku dotyczącego sposobu granulacji aglomeracyjnej materiałów pylistych, zwłaszcza nawozów, z zastosowaniem cieczy granulacyjnej, w dwuetapowym procesie granulacji polega na tym, że materiał poddaje się dwuetapowemu procesowi granulacji, przy czym w pierwszym etapie procesu materiał bardzo intensywnie się miesza i jednocześnie dodaje się ciecz nawilżającą o temperaturze minimum 60°C do uzyskania do 6% wilgotności i wytworzenia aglomeratów zgrudkowanego materiału o zagęszczonej strukturze w zakresie 1 - 6 mm. Następnie, w drugim etapie granulacji dotacza się wcześniej wytworzone zgrudkowane aglomeraty nadając im kształt kulisty w talerzu granulacyjnym lub w bębnie.

Jako ciecz nawilżającą stosuje się wodę lub roztwór wodny jednego lub więcej składników poddawanych procesowi granulacji.

Można również jako ciecz nawilżającą stosować roztwór melasy lub krochmalu lub soli sodowej karboksymetylocelulozy o stężeniu powyżej 3%.

Korzystnie pierwszy etap procesu granulacji prowadzi się w mieszalniku łopatkowym z tym, że mieszalnik posiada dwa wały z gęsto usytuowanymi na nich łopatkami, obracające się z prędkością minimum 100 obr./minutę.

Podczas prowadzonych prób granulacji drobno zmielonych mieszanek nawozowych typu NPK nieoczekiwanie okazało się, że wprowadzanie cieczy granulacyjnej do mieszalnika usytuowanego w ciągu technologicznym przed granulatorem istotnie wpływa na przyspieszenie procesu granulacji i zmniejszenie ilości cieczy granulacyjnej niezbę dnej do uformowania granul niezależnie od rodzaju tej cieczy.

Dalsze prace nad tym spostrzeżeniem pozwoliły, wyjaśnić tę przyczynę oraz określić warunki niezbędne do uzyskania takiego efektu.

Stwierdzono mianowicie, że uzyskanie granulatu przy mniejszym zużyciu cieczy granulacyjnej jest możliwe wtedy, gdy kierowana do talerza granulacyjnego wilgotna mieszanka ma strukturę o większym upakowaniu cząstek niż to jest możliwe do uzyskania w talerzu. Stwierdzono to obserwując pod mikroskopem przełomy granul otrzymanych bez wstępnego nawilżania granulowanej mieszanki w mieszalniku jak i ze wstępnym nawilżaniem mieszanki w mieszalniku. Mieszalnikiem stosowanym w opisywanych eksperymentach był szybkoobrotowy mieszalnik łopatkowy dwuwałowy.

Większe upakowanie cząstek powoduje, że w przestrzeniach między tymi cząstkami znajduje się mniejsza ilość cieczy granulacyjnej. Intensywne oddziaływania ruchomych łopatek mieszalnika na zwilżoną mieszankę powoduje wytworzenie niejednorodnej struktury mieszanki w której znajdują się bardziej ubite wilgotne aglomeraty i wilgotne drobne cząstki nie zaglomerowane. Obserwuje się taką sytuację rozsiewając na sicie wilgotny materiał opuszczający mieszalnik. Cząstki luźne, choć wilgotne, przechodzą przez oczka sita, a aglomeraty pozostają na sicie. Proces granulacji w talerzu tak przygotowanej wilgotnej mieszanki polega głównie na nadaniu nieregularnym aglomeratom kształtu bardziej kulistego podczas ich toczenia się i przyłączaniu do ich powierzchni wilgotnych luźnych cząstek.

Proces tworzenia się wstępnych aglomeratów podczas mieszania nawilżanych składników przed granulacją jest dodatkowo intensyfikowany, jeżeli ciecz granulacyjną wprowadzana do mieszalnika ma znacznie podwyższoną temperaturę i/lub lepkość.

Temperatura cieczy granulacyjnej ma również istotne znaczenie, ponieważ granuluje się nawozy dobrze rozpuszczalne w wodzie. W tym przypadku chodzi o to, aby w sytuacji gdy będzie to gorąca woda, przy pomocy możliwie najmniejszej jej ilości, szybko uzyskać wraz z łatwo rozpuszczalnym nawozem dostateczną ilość roztworu będącego cieczą granulacyjną - dość mocnym lepiszczem dla tworzących się aglomeratów /grudek - paragranul o wielkości zbliżonej do wielkości granul finalnych/, którym w następnym etapie procesu granulacji /w talerzu lub bębnie/ winno się nadać bardziej kulisty kształt.

PL 207 307 B1

Z przeprowadzonych badań wynika, ż e w pierwszym momencie tworzy się roztwór o pewnym stężeniu i temperaturze nieznacznie niższej niż temperatura gorącej wody. Ponieważ jednak rozpuszczaniu się nawozu towarzyszy z reguły znaczne obniżanie się temperatury, wobec tego szybko wytworzona pierwsza porcja roztworu staje się wnet roztworem przesyconym, z którego wykrystalizowuje pewna ilość składnika nawozowego, co powoduje wytworzenie dość trwałego aglomeratu. Jeszcze korzystniejsza jest sytuacja /i tę się preferuje/, gdy jako ciecz granulacyjną zastosuje się gorący roztwór granulowanego składnika /nawozu/. Wtedy kontakt gorącego roztworu z chłodnym pylistym nawozem doprowadza do bardzo szybkiej krystalizacji nawozu z roztworu, z racji jego przesycenia i wytworzenia dostatecznie trwałej struktury mieszaniny. Ponieważ te procesy odbywają się w mieszalniku łopatkowym w którym z reguły szczeliny między łopatkami poszczególnych wałów wynoszą kilka milimetrów, wytworzenie większych aglomeratów niż granulaty większości nawozów, nie jest możliwe. Tak wytworzone kilku milimetrowe aglomeraty w drugim etapie procesu granulacji ulegają tylko dotoczeniu /przybraniu bardziej kulistego kształtu/. Wytwarzanie odpowiednich aglomeratów można uzyskać również stosując roztwory o wyraźnie klejących właściwościach.

Sposób granulacji materiałów pylistych opisany w opisie patentowym Nr 116052 w stosunku do sposobu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku, to zupełnie różne rozwiązania. Rozwiązania dotyczą różnych grup materiałów pylistych: praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie i bardzo dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Wydajności w obu metodach są znacznie większe w odniesieniu do jednostki powierzchni urządzenia granulacyjnego niż w rozwiązaniu klasycznym, w którym nie występuje proces dwuetapowy. Do tych różnych właściwości materiałów opracowano zupełnie różne sposoby ich granulacji, co ilustruje poniższe zestawienie:

	Sposób według polskiego opisu patentowego Nr 116052	Sposób według wynalazku
Pierwszy etap granulacji	Wytwarza się zarodki granul /małe aglomeraty/ poprzez intensywne mieszanie materiału granulowanego zwilżonego częścią cieczy granulacyjnej stosowanej w całym procesie granulacji / lokalne zagęszczenia - ubicie wilgotnego materiału	Wytwarza się znacznie większe aglomeraty materiału granulowanego o wielkości zbliżonej do wielkości granul produktu finalnego.
Mechanizm wytwarzania granulatu	Zagęszczenie punktowe wilgotnej mieszaniny	Cementowanie poprzez wykrystalizowywanie substancji z przesyconego roztworu.
Temperatura cieczy granulacyjnej	Nie jest istotne jaką temperaturę będzie miała ciecz granulacyjna, przy czym stosunek masowy cieczy do masy będzie stały dla danego rodzaju granulowanego materiału.	Temperatura cieczy granulacyjnej jest bardzo ważna. Tym korzystniejsza jest sytuacja im temperatura cieczy granula- cyjnej będzie wyższa. Szczególnie korzystną cieczą granulacyjną jest możliwie wysoko stężony, gorący roztwór.
Drugi etap granulacji	W drugim etapie granulacji /w talerzu lub bębnie/ powiększa się zarodki granul.	W drugim etapie granulacji aglomeraty tylko się dotacza w celu nadania im kształtu kulistego.

Wynalazek został przedstawiony w poniższych przykładach.

P r z y k ł a d I

Mieszankę nawozową o uziarnieniu 0 - 0,5 mm składającą się z chlorku potasu i fosforanu jednoamonowego w proporcjach wagowych 1:1 poddano dwuetapowemu procesowi granulacji. W pierwszym etapie mieszankę wprowadzaną do mieszalnika łopatkowego dwuwałowego poddano intensywnemu mieszaniu ustalając za pomocą falownika obroty wałów mieszalnika na poziomie 120/min. W trakcie mieszania, do mieszalnika dodawano wodę o temperaturze 75°C w iloś ci 5,6% w stosunku do wprowadzanej mieszanki nawozowej uzyskując na wyjściu z mieszalnika zgrudkowane aglomeraty tej mieszanki o wielkości do około 5 mm. Po wprowadzeniu jej do obracającego się talerza granulacyjnego, w drugim etapie granulacji, dotoczono nieregularne aglomeraty nadając im kształt kulisty.

P r z y k ł a d II

Mieszankę nawozową o uziarnieniu 0 - 0,5 mm składającą się z chlorku potasu /40%/, siarczanu amonu /30%/, superfosfatu wzbogaconego /30%/ poddano dwuetapowemu procesowi granulacji.

W pierwszym etapie mieszankę wprowadzaną do mieszalnika łopatkowego dwuwałowego poddano intensywnemu mieszaniu ustalając za pomocą falownika obroty obu wałów mieszalnika na poziomie 105/min.

PL 207 307 B1

W trakcie mieszania dodawano do mieszalnika 4% roztwór soli sodowej karboksymetylocelulozy o temperaturze 84°C w ilości 5,4% w stosunku do wprowadzanej mieszanki nawozowej, uzyskując na wyjściu z mieszalnika zgrudkowane aglomeraty mieszanki o wielkości do około 6 mm. Po wprowadzeniu ich do obracającego się talerza granulacyjnego, w drugim etapie granulacji dotoczono nieregularne aglomeraty nadając im kształt kulisty.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób granulacji aglomeracyjnej materiałów pylistych, zwłaszcza nawozów, z zastosowaniem cieczy granulacyjnej, w dwuetapowym procesie granulacji, znamienny tym, że w pierwszym etapie procesu granulacji materiał bardzo intensywnie się miesza i jednocześnie dodaje się ciecz nawilżającą o temperaturze minimum 60°C do uzyskania do 6% wilgotności i wytworzenia aglomeratów zgrudkowanego materiału o zagęszczonej strukturze w zakresie 1 - 6 mm, które następnie dotacza się w drugim etapie granulacji nadając grudkom kształt kulisty w talerzu granulacyjnym lub w bębnie.
2. 2. Sposób granulacji aglomeracyjnej według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciecz nawilżającą stosuje się wodę lub roztwór wodny jednego lub więcej składników poddawanych procesowi granulacji.
3. 3. Sposób granulacji aglomeracyjnej według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciecz nawilżającą stosuje się roztwór melasy lub krochmalu lub soli sodowej karboksymetylocelulozy o stężeniu powyżej 3%.
4. 4. Sposób granulacji aglomeracyjnej według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy etap procesu granulacji prowadzi się w mieszalniku łopatkowym.
5. 5. Sposób granulacji aglomeracyjnej według zastrz. 4, znamienny tym, że mieszalnik posiada dwa wały z gęsto usytuowanymi na nich łopatkami obracające się z prędkością minimum 100 obr./minutę.