TW496855B - Device for mixing and dissolving solid granules in a liquid, in particular for the production of phosphonitrogenous fertilizers - Google Patents

Description

496855 A7 B7 一 ---- — __ _ — — - - 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種用來在液體中混合及溶解顆粒或固 體粒子（其由可溶於液體且密度低於液體之物質形成）之 裝置。； 所涉及裝置類型包括一容器，含有攪拌裝置，並設有 至少一個液體用入口，一個固體顆粒入口，以及一個溶液 出口。 本發明亦關於但不限於一種製造磷氮肥料之裝置，特 別是依據EP— A — 0 5 6 0 882號專利案（w〇 92 10 443)之方法者。 此方法使用天然磷酸鹽（例如磷酸三鈣）之煮解，其 硫代尿素反應物係藉由硫酸溶液中混合及溶解尿素之固體 顆粒或小球而得。用於硫代尿素煮解之反應物係詳細界定 的低共熔成份，其溶液有預定比例，因此連續地製備很重 要。 該問題變得很困難，因爲顆粒狀的固態尿素相對密度 爲0 . 6，而溶解尿素顆粒的硫酸溶液相對密度爲1 . 4 。因此，固體顆粒上浮力很強，無法增進溶解或均勻化。 經滴部中次標Φ局只,τ·消费合作社印t 此外，使固體顆粒溶解應儘速進行，使容器之體積對 於給定溶液流動速率而言不會太大。 本發明之裝置係要符合要被溶解之固體比液體密度明 顯低者（特別是低於一半）而造成矛盾之要件。 ’依據本發明之裝置係屬於上述用於將可在液體中溶解 但密度低於液體的物質顆粒或固體粒子混合並溶解在液體 中之裝置，其特徵在於顆粒進入容器之入口係在比容器中 -4- 本紙張尺度適州中國S家標净（（、NS ) Λ4規格（210x197公釐） 496855 A7 B7 五、發明説明（2 ) 反應混合物還高之部位，且包括攪拌裝置，其中有第一攪 拌裝置，它能將固體顆粒送到在容器下部的反應混合物中 ，以及i第二攪拌裝置，它位於容器中低於第一攪拌裝置 之處，且能在反應混合物中產生運動，特別是剪力運動， 以增進顆粒之溶解。 第一和第二攪拌裝置最好是機械式攪拌。 第一攪拌裝置最好是具有傾斜直葉片之渦輪，亦即俗 稱''彎刀式渦輪〃者，特別是四片葉片者。 第二攪拌裝置最好是具有直葉片之徑向渦輪，亦即俗 稱''羅斯頓渦輪〃者，特別是六片葉片者。 羅斯頓渦輪是在彎刀式渦輪下方一段適當距離處。 容器一般是有一垂直軸線之圓筒狀，第一和第二攪拌 裝置是設在同一垂直軸上，最好是與容器共軸。 這種裝置最適合製造磷氮肥料的工廠中製備用於天然 磷酸鹽煮解的硫代尿素反應物，其中係依據E P - A -0 560 882號專利之方法，顆粒是固體尿素顆粒 或小球，而液體是硫酸溶液。 經滴部中典標準局負工消费合作社印製 在上述安排之外，本發明尙有其他安排，在配合非限 制性所附圖式下及較佳實施例解說下，將可有更進一步之 了解。 圖1係本發明裝置槪示圖。 圖2係圖1中裝置之容器外部垂直放大剖面圖。 圖3係彎刀式渦輪平面放大圖。 圖4係具六刀片之羅斯頓渦輪放大圖。 -5- 本紙張尺度適川中國囤家標肀（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 496855 A7 B7 五、發明説明（3 ) 圖5係圖4俯視圖。 主要元件對照表 1 裝置 2 容器 3 蓋子 4 入口 5 入口 6 入口 7 a 線圈 7 b 線圈 8 反向葉片 9 軸 10 驅動裝置 1 0 a 馬達及皮帶 11 渦輪 12 葉片 經濟部中*標準局Η消费合作社印製 13 轂部 14 徑向渦輪 15 葉片 16 碟狀物 17 套筒 18 出口孔 19 粗濾器 -6- 本紙張尺度適川中國囤家標净（rNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） 496855 A7 五、發明説明（4 ) 經濟部中夾標準局ΰ〈工消费合作社印製 2 〇 泵裝置 2 1 管子 2 2 閥 2 3 管子 2 4 管子 2 5 支撐件 L 硫酸溶液 G 顆粒 Μ 反應混合物 A 攪拌裝置 A 1 第一攪拌裝置 A 2 第二攪拌裝置 N 標準液面 h 1 距離 H 1 距離 F 箭頭 H 2 距離 E 距離 H 局度 D 直徑 1 長度 b 高度 V 通氣孔 本紙張尺度適用中國S家標缚（rNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 496855 A7 B7 五、發明説明（5 ) 請參閱圖1，其中所示者爲將可在液體中溶解但密度 低於液體一半的物質固體顆粒G溶解在液體中之裝置。在 本例中固體顆粒G爲尿素顆粒，其相對密度爲〇 · 6， 液體L則是相對密度爲1 · 4之硫酸溶液。 裝置1包括一般爲圓筒狀之容器2，其有一垂直軸和 向外凸出之彎曲底部。容器2上部以一可移去之蓋子3封 閉，蓋子3上有供硫酸溶液L進入之入口 4，供尿素顆粒 G及水進入之入口 5，以及使在容器2中產生的反應混合 物Μ的一部分循環之入口 6。 經滴部中央標準局员工消費合作社印製 由於尿素在硫酸中溶解會放熱，在容器2 (其形成一 連續操作之反應器）中設有二同心冷卻線圈7 a，7 b。 如圖2中所示，線圈2匝數超過容器2高度之一半且包圍 攪拌裝置A。線圈匝數係徑向位於反向葉片8之內，反向 葉片有四片，彼此相隔9 0度，且位於通過容器2垂直軸 線之平面上。反向葉片8之外部垂直部脊部靠近容器2內 表面。在冷卻線圏7 a，7 b協助下，容器中之溫度不會 超過9 0 °C，超過此臨界値，混合物Μ中之尿素會分解， 如Ε Ρ — Α — 〇 5 6 0 8 8 2號專利案中所指出者。 攪拌裝置A包括能將顆粒G送到容器2下部的混合物 Μ中之第一攪拌裝置A 1，以及在第一攪拌裝置A 1下方 的第二攪拌裝置A 2，第二攪拌裝置A 2能在混合物Μ中 產生運動，特別是剪力運動，以增進顆粒之溶解。 第一和第二攪拌裝置Al、 Α2係機械式，且由兩種 不同型式之渦輪所組成，而且是固定在於容器2共軸之同 本紙張尺中國囤家標卑((:叫八4規格（210';< 297公釐) 〇 ~ 496855 A7 B7 經濟部中央標隼局员工消费合作社印裝 五、發明説明6 ) 一驅動軸9上，軸9則是由設在蓋子3上方容器之外之驅 動裝置10來驅動。 攪拌裝置A 1包括具直線葉片1 2之渦輪1 1，其中 間平面係相對於軸9之垂直幾何軸線傾斜。如圖3中所示 ’葉片1 2之寬度可在遠離軸線的徑向漸漸減小。渦輪 1 1最好是設在容器2之一半高度以上。容器2中之反應 混合物之標準液N係在渦輪1 1中間平面上方一段距離 h 1之處，此距離h 1小於中間平面至容器2底部之距離 Η 1。 葉片1 2之傾斜及軸9之旋轉方向係安排成在反應混 合物Μ中產生主要的軸向流動及另外的徑向流動，如圖2 中之箭頭所示者。反應混合物由底部被往上帶到外徑向區 ’並由頂端被往下帶到徑向朝內區。此動作主要是將到達 谷器頂部入口 5之固體尿素顆粒吸入並送出反應混合物中 。此動作亦可將增加之液體和已在容器中之反應混合。 在本例中，渦輪1 1 (或彎刀式渦輪）包括四個間隔 9 0°設置之葉片1 2，葉片之根部靠近軸9之外表面， 而且固定在一個楔合在軸9上之轂部1 3。渦輪1 1所製 造之流動可在軸9之附近沿著與軸9平行之方向進行。 第二攪拌裝置A 2包括一徑向渦輪1 4，它的垂直葉 片係固定在與渦輪1 1共軸之軸9的下端。徑向渦輪1 4 (亦稱爲羅斯頓渦輪）包括六片等間隔設置之葉片1 5， 其由位於通過軸9之幾何軸線的平面上之小板子組成。這 些小板子固定在一碟狀物1 6 —半高度上，且向外徑向延 (請先閱讀背面之注意事項再填頁) 裝-

、1T 線 本紙張尺度適州中國丨翌家標净（) Λ4規格（210Χ 297公釐） -9 - * I496855 A7 B7 五、發明説明f ) 伸超過長度一半 套筒1 7之中心固設在碟狀物 上 經滴部中央標卑局員工消费合作衽印來 方，以將渦輪1 4裝設在軸9之端部。渦輪1 4之中間平 面（相#於碟狀物1 6之中間平面）比液面N更靠近容器 2底部。 渦輪1 4之中間平面最好是在距離容器底部Η 2之處 ，即在從底部算起至液面Ν的三分之一高度至二分之一高 度之間（KHSH2SMH)。 徑向渦輪1 4低於渦輪1 1之距離Ε之選擇使其可得 到最佳溶解及均勻化效率。 渦輪1 4之轉動造成一剪力運動’其與上方渦輪1 1 所產生之流動（輸送尿素固體顆粒）’此剪力運動讓尿素 顆粒有效率地溶解在反應物中。渦輪1 4產生之運動使加 入容器2中之液體和固定產品緊密均勻化而維持反應物之 組成。 當碟狀物1 6之直徑（圖4)爲D，葉片1 5之長度 <最好爲D/ 4 ’局度b最好爲D/5。 容器2底部有一出口孔1 8，內設一粗濾器1 9 (圖 2 )。出口孔1 8接到一泵裝置2 0，以將溶在硫酸溶液 中之尿素溶液所組成的硫代尿素煮解反應物由容器2中萃 出。一導管2 1 (圖1)將反應物導向另一混合器單元（ 未示出），其中依據EP — A — 0 5 6 0 8 8 2號專利案 之方法將天然磷酸鹽煮解。 由裝置2 0泵出之反應物部分中由一閥2 2控制流率 的部分循環回到容器2中，其係經由管子2 3回到入口 6 本紙張尺度適川中國Ρϋ家標碑（（’NS ) Λ4規格（210X 297公釐） 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再

頁 1 丁 線 -10- 496855 Α7 Β7 五、發明説明 。如圖 之管子 容 變數， 驅 由馬達 □ V。 爲 稍在蓋 徑 外徑小 藉 爲1公 徑約爲 0 . 3 2中所示， 2 4。硫酸 器2設有儀 例如溫度， 動裝置1〇 及皮帶1 0 了固定，容 子下方且等 向渦輪1 4 ，特別是其 由本發明之 尺，渦輪1 3公尺，反 公尺，二線 公尺和2公尺。容 公尺，而一般高度 循環入口 6包括一條設有無接頭浸入管 溶液L入口 4亦裝有一條浸入管。 表或等效裝置（未示出），以控制處理 反應混合物組成等等。 包括一減速齒輪，其整體見圖2，且係 a。圖2中亦可見設在容器頂部之通氣 器2外圓柱壁上部設支撐件2 5，其係 間隔設置。 葉片之外徑比彎刀式渦輪1 1葉片1 2 直徑之三分之二。 非限制性實施例，渦輪1 4葉片外徑約 2葉片外徑約爲1·5公尺，容器2內 向葉片8往內延伸之徑向距離約爲 圈7 b，7 a匝數直徑分別約爲1 · 8 器從底部到蓋子底部之高度約爲3 · 7 N從底部算起約爲3 · 2 5公尺。 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填$( 頁 訂 線 經满部中夾標準局另工消费合作社印f 根據上述說明，本裝置之操作如下。 在正常運轉下，硫酸經由入口 4輸送，而尿素固體顆 粒及水經由入口 5輸送，由頂部以特定比率進入容器2之 中〇 在出口孔1 8被泵出之反應物部分經由容器頂部入口 6再度注入。 由軸9驅動之彎刀式渦輪11產生反應物之朝向運動 本紙張尺度適川中國围家標蜱（（、NS ) Λ4規格（210X 297公釐） -11 - 496855 A7 B7 五、發明説明（9 ) (先前已述），並可將固體顆粒送 止顆粒因相對密度太低而停留在表 入液體和已存在之反應混合物做一 若入射渦輪1 1之固體尿素顆 反應物表面，則無法產生有所需成 之第一個結果容器之液面N會上升 具徑向葉片之渦輪14產生剪 輪1 1引起之運動而往下帶的固體 應混合物中。此渦輪1 4亦使加入 產品緊密均勻化而保持反應物之成 若是入射到渦輪1 4之尿素固 而形成濃稠塊體進而阻塞泵浦2 2 成液面N之上升，此亦造成生產之 若是入射到渦輪1 1及/或渦 衡失去，反應物之活度亦改變，對 果，如停產，產品不符驗定，等等 以下列舉之例子和對照例可很 入反應混 面。此動 混合。 粒浮在相 分之反應 ，且停止 力運動， 顆粒有效 容器2中 分。 體顆粒溶 之粗濾器 停止。 輪1 4情 最終產品 合物中，並防 作亦能將所加 對密度較高的 物。此種入射 生產。 使其能將被渦 率地溶解在反 之液體和固體 解不完全，因 1 9及/或造 形發生，熱平 有很嚴重之結 凸顯出上述建議 請 先 閱 讀 .背 面 之 注 意 事 項 填

訂 線 經滴部中央標卑局兵Η消费合作社印製 〔例子〕 1 1 00升之9 2%硫酸注入上述有1〇，0 0〇升 容器的反應器中。在每分鐘5 0轉的攪動下，導入 4 · 068噸之尿素，並利用冷卻（使尿素不會變成縮二 脲）將混合物溫度保持在8 0 °C之下。操作結束後，開始 將溫度控制在6 5 t： ( ± 2 t：)。之後將1 7 8 · 3升之 本紙張尺度適川中國1¾家標緣((、奶）/\4規格（210、乂 297公釐） -12- ----~_________ Β7 五、發明説明（扣） — 一 ' 水注入，以彳守到包含如上述界定反應物之、、基本原料〃： 3·6莫耳之尿素，一莫耳之硫酸，一莫耳之水。之後在 每小時6 · 7 3 1 5噸速率下將尿素顆粒注入同一反應器 ’在每小1 8 2 0升速率下將硫酸注入同一反應器，且在 每小時295 · 38373升速率下將水注入同一反應器 °§谷器到達7500升之液面，在每小時7·312立 方公尺速率下將反應物朝磷酸鹽煮解容器輸出。 在以色列磷酸鹽（含有3 1 · 1%五氧化二磷的 Ζ I Ν )上，其後可以以每小時1 5 · 3 5噸之速率生產 磷氮肥料（最後的產品亦以acr〇nym USP見稱），其中是依 據EP — a — 〇 5 6 0 8 8 2號專利申請案或W〇 9 2 1 〇 4 4 3案之教導）將磷酸鹽以每小時5噸之速率 與每小時7 · 3 1 2立方公尺之反應混合物（亦即在6 5 °C時每小時1 〇 . 3 5噸之反應物）。 〔對照例〕 1 .上述反應器在自容器底部起算距離Η 1 (等於容 器高度之三分之一）之處僅裝設單一彎刀式葉片，此葉片 確保液體由底部往上流動。此運動讓尿素顆粒（小球）從 混合物表面朝容器內部循環。然而’請注意在上述硫代尿 素反應物中溶解相同顆粒的力學’有必要增加顆粒留在容 器內之時間，由是降低了最終產品（u s ρ )的產率（以 及原料之導入）。 經試驗顯示，若速率未降低’進入反應物/磷酸鹽混 本紙張尺度適川中國囤家標冷（rNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） -13 - 496855 A7 _ B7 五、發明説明（Ί1 ) 合器進給液體的未溶解顆粒將阻塞泵浦之吸取。就一切情 況而論，由於反應物不再處於化學平衡狀態，如E P - A -0560882 (WO 9210 443)專利申請案 中所述，磷酸鹽之煮解程度有所變化，由是，最終產品不 符專利申請案標的。 請注意在工業上無法增大容器尺寸（熱平衡、泵浦大 小、攪拌器大小等等）。 2 ·上述反應器在等於反應器一半高度之處（H 2 ) 安裝單一羅斯頓渦輪，其未能產生足夠的垂直運動讓尿素 顆粒流入混合物中；因此操作停留在 ''基本原料〃階段， 反應物無法形成尿素潮濕然後凝結成球，要溶解得需長時 間（當泵浦吸力先不阻塞時）。 上述說明顯示同軸裝設在軸上之二渦輪1 1和1 4組 合，在本發明特殊配位下，在將固體產品溶解於相對密度 比固體產品高出很多的溶液方面之結果非常好° 經滴部中央標準局貨工消费合作社印^ -14 - 本纸張尺度適州中國囤家標淨（（、NS ) Μ規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 496855 方 Α8 Β8 C8 D8 Ψ 經*部智慧財^.沁9工消费合作社印製 煩請委員明示，本案修正後是否變更原實質内容 六、申請專利範圍 附件A : 第87 1 083 1 9號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 0年4月修正 1 . 一種用來在液體（L )中混合及溶解固體顆粒或 粒子（G )的裝置，固體顆粒物質可溶解於液體中，但前 者之相對密度低於液體相對密度，該裝置包括一容器（2 )’內有攬拌裝置（A )且至少設一入口（ 4 )供液體（ L )進入，一入口（ 5 )供固體顆粒進入，以及一出口（ 1 8 )供溶液離開，其特徵在於·· . 顆粒進入容器（2 )之入口（ 5 )係位於高處高於容 器中反應混合物（Μ )液面（N )之上，且攪拌裝置（A )包括一第一攪拌裝置（A 1 )，其能將固體顆粒（G ) 朝容器底部的反應混合物輸送，以及一第二攪拌裝置（A 2 ) ’其在容器中之位置低於第一攪拌裝置（A 1 )，而 且可以在反應混合物中產生運動，特別是剪力運動，以提 升顆粒之溶解； 用於在製造磷氮肥料土廠中製備硫代尿素反應物以利 天然磷酸鹽煮解，其中顆粒爲尿素固體顆粒，而液體爲硫 酸溶液； 第一和第二攪拌裝置（A丨，A 2 )爲機械攬拌裝置 ’ 第一攪拌裝置（A 1 )包括具有傾斜直線葉片（1 2 )之俗稱 '、彎刀式渦輪〃之渦輪（1 1 );且 本紙張尺度適用―中國國( CNS) A4規格（210x 297公竣） ~ — (請先閱讀背面之注意事項本頁) -裝· 、11 線 496855 A8 m C8 D8 六 、申請專利範圍 第二攪拌裝置，包含具有直線葉片（1 5 )之俗稱、' 羅斯頓渦輪〃之徑向渦輪（1 4 )。 2 ·如申請專利範圍第1項之用來在液體（l )中混 合及溶解固體顆粒或粒子（G )的裝置，其中該渦輪（ 1 1 )具有四片葉片。 3 ·如申請專利範圍第1項或第2項之用來在液體（ L )中混合及溶解固體顆粒或粒子（G )的裝置，其中該 徑向渦輪（1 4 )具有六片葉片。 4 ·如申請專利範圍第1項或第2項之用來在液體（ L )中混合及溶解固體顆粒或粒子（g )的裝置_，其中容 器爲具有一垂直軸線之圓筒狀，且二渦輪（]_ i ，1 4 ) 係裝設在同一垂直軸（9 )上，特別是與容器（2 )共軸 ，徑向渦輪（1 4 )是在彎刀式渦輪（1 1 )下方一段適 當距離處。 混 { 外 混彳面間 { 中輪} 中輪液之 體 >渦 2 }渦在一 液 L 向 1—- L 向 \ly 之 在 € 徑 { 彳徑 2 分 來 體中片 體中 Η 二 用 液其葉 液其{至 之 在 ，} 在，離一 項 來置 1 來置距之 2 用裝 1 用裝的分 第 之的丨 之的間三 或 項 } 輪。項 } 之的 項 4G 渦者 50部} 1 第—式二第 { 底 Η 第 圍子 刀之圍子器丨。圍 範粒彎分範粒容度}範 利或於三利或與高 2利 專粒小的專粒面部 \ 專 請顆徑徑請顆平底 Η 請 申體外直申體間器2<申 如固片是如固中容Η如 •解葉別 ·解之至 <1 · 5 溶 }特6 溶 }}Η7 及 4 ， 及 4ν3^ 合 1 徑 合 1 c CΈ ΊΖ_一賴 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -2- 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項

   t 496855 ABCD 六、申請專利範圍 I L )中混合及溶解固體顆粒或粒子（G )的裝置，其中入 口（ 6 )設在容器蓋子（3 )上，以使在容器中產生的反 應混合物（Μ ) —部分循環。 (請先閱讀背面之注意事項再UP本頁) •裝· 、11 線 經濟部智葸財/ίΘΜ工消費合作社印製 木紙張尺度適用中國國家標嗥（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） -3-