DE69221630T2

DE69221630T2 - Vorrichtung und verfahren zum beschichten von partikeln

Info

Publication number: DE69221630T2
Application number: DE69221630T
Authority: DE
Inventors: Keith Cochran; Russell Derrah; Terence Lynch; Sayeeda Quadir; Arthur Shirley; Zdislaw Tulimowski
Original assignee: IMC AGRIBUSINESS Inc
Current assignee: Royster Clark Agribusiness Inc
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2012-10-10
Also published as: NO941283D0; CA2120618A1; EP0607363A1; EP0607363B1; IL103391A0; ES2108267T3; US5399186A; KR100255492B1; ZA927758B; NO941283L; BR9206617A; NO300311B1; NZ244679A; JPH07500079A; US5211985A; DE69221630D1; AU2696592A; WO1993006941A1; KR940702771A; CA2120618C

Description

Gegenstand dieser Erfindung sind Verfahren zum Beschichten eines partikulären Materials mit einer Beschichtungszusammensetzung und ganz besonders die Herstellung eines beschichteten wasserlöslichen Düngemittels mit einer protrahierten und kontrollierten Freisetzungsrate.
Die meisten gewerblichen Düngemittel, wie zum Beispiel Harnstoff, lösen sich schnell in Wasser auf. Wenn auf Grasflächen oder Feldfrüchte aufgebracht, lösen sich die meisten Düngemittel schnell in der Feuchtigkeit der Erde auf. Oft lösen sich diese Düngemittel bei einer Rate auf, die über die Rate hinausgeht, bei der es von Pflanzen verwertet werden kann. Dies kann eine Anzahl signifikanter Probleme hervorrufen. Erstens, das überschüssige Düngemittel kann in das Grundwasser auslaugen, wo es eine potentiell ernsthafte Umweltschädigung verursachen kann. Außerdem kann eine übermäßige Düngemittelkonzentration in der Umgebung einer Pflanze zum "Verbrennen" der Pflanzenwurzeln führen.
Aufgrund dieser Probleme ist es oft notwendig, diese Düngemittel anstelle in einer einzelnen starken Applikation in mehreren kleineren Dosen die ganze Wachstumssaison über aufzubringen. Die Notwendigkeit für wiederholte Applikationen erhöht jedoch die Arbeitskosten. Noch schlimmer, wiederholte Applikationen können zur physischen Schädigung der wachsenden Pflanzen führen, weil die Düngemittel-Verteilervorrichtung mehrere Male über die Pflanzen streichen muß.
Um die Notwendigkeit für wiederholte Applikationen zu vermeiden, wurden verschiedene Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung entwickelt. Wie hierin verwendet, ist die Bezeichnung 'Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung' dazu beabsichtigt, daß sie ein Düngemittel mit protrahierter und kontrollierter Freisetzungsrate bedeutet. Diese Düngemittel werden zu Beginn der Wachstumssaison aufgebracht und sehen eine anfängliche hohe Freisetzung von Düngemittel, gefolgt durch eine langsamere, allmähliche Freisetzung die gesamte Wachstumssaison über vor. Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung werden überall auf häuslichen Rasenflächen, öffentlichen Rasenflächen, Golfplätzen, Hausgärten, Gärtnereien und an Blumen verwendet.

A. Beschichtete Düngemittel mit langsamer Freisetzung

Ein häufig verwendetes Düngemittel der Art mit langsamer und kontrollierter Freisetzung wird durch Beschichten eines wasserlöslichen Pflanzennährstoffes mit einem Material hergestellt, das langsamer löslich ist. Diese beschichteten Düngemittel verwenden typischerweise eine Düngemittel- Granalie, Partikel, durch Prillen erzeugte Granalien und dergleichen als ein Substrat oder einen Kern. Dieses Düngemittel-Substrat wird mit einem Material mit einer niedrigen Permeabilität in Wasser beschichtet. Das Beschichtungsmaterial sieht eine Hülle als Wasserbarriere um das Düngemittel herum vor und sieht folglich kontrollierte Freisetzungsraten durch Kontrollieren der Rate vor, bei der sich der Düngemittelkern auflöst. Eine Anzahl dieser Beschichtungsmaterialien wurde verwendet, einschließlich Schwefel, Gips, Talkum, Erdölwachse, chemische Harze, Asphalt und dergleichen.
Bei der Herstellung von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung ist es ausschlaggebend, die Beschichtungsdicke unter den Partikeln so gleichförmig wie möglich zu halten, um dem Düngemittel eine gleichbleibende, kontrollierte Freisetzungsrate zu verleihen. Es ist auch wünschenswert, die Lage des Beschichtungsmaterials so dünn wie möglich zu halten. Dünne Beschichtungen sind wünschenswert, weil die Beschichtung das Düngemittel verdünnt, wobei die Menge von Pflanzennährstoffen pro Gewichtseinheit bezogen auf das beschichtete Produkt abnimmt. Dies steigert wiederum die Kosten für Transport, Lagerung, Herstellung und Applikation des Düngemittels. Da Materialien, die eine starke Wasserbarriere vorsehen, als eine relativ dünne Beschichtung aufgebracht werden können, werden sie im allgemeinen zur Herstellung von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung bevorzugt.
Wenn Schwefel als eine Beschichtung verwendet wird, können während der Herstellung, Handhabung und Lagerung Defekte, wie zum Beispiel nadelfeine Löcher und Risse in der Beschichtung in Erscheinung treten. Dies wiederum macht es schwierig, die Freisetzungsrate der Granalien zu kontrollieren. Außerdem wird Schwefel als eine geschmolzene Flüssigkeit auf das Düngemittel-Substrat gesprüht. Infolge dessen neigen die Kosten für die Handhabung der Schwefelbeschichtung aufgrund der Kosten für Heizung, Pumpen und Sprühen des geschmolzenen Schwefelstromes, höher zu sein. Letztendlich muß Schwefel als eine relativ dicke Beschichtung auf das Düngemittel aufgebracht werden. Wie oben bereits darauf hingewiesen wurde, ist dies nicht wünschenswert, da dickere Beschichtungen die Menge des verfügbaren Düngemittels verdünnen. Eine Wachslage kann zur Verbesserung der physikalischen Charakteristika der Beschichtung oben auf eine Schwefelbeschichtung zugefügt werden. Dieses zugefügte Beschichtungsmaterial steigert jedoch nur die Herstellungskosten und verdünnt das verfügbare Düngemittel noch weiter.
Organische Harzbeschichtungen weisen typischerweise bessere Wasserbarriere-Eigenschaften als Schwefel auf, so daß dünnere Beschichtungslagen aufgebracht werden können. Es gibt vier grundlegende Harzbeschichtungsarten: (1) Organische Harze in geschmolzener Form, (2) in organischen Lösungsmitteln aufgelöste organische Harze, (3) durch die Reaktion von zwei oder mehr Komponenten auf der Oberfläche der Partikel gebildete organische Harze und (4) in Wasser gelöste oder dispergierte organische Harze.
Zu Beispielen der ersten Harzbeschichtungsart -- organische Harze in geschmolzener Form -- zählen geschmolzene Harze auf einer Polyethylenbasis. Ein Nachteil dieser Beschichtungen besteht darin, daß hohe Temperaturen und eine spezielle Handhabung und Abgabesysteme erforderlich sind. Dies tendiert wiederum dazu, die Applikationskosten solcher Beschichtungen zu steigern. Außerdem ist es oft schwierig, auf den Partikeln eine gleichförmige Beschichtungsdicke zu erhalten, weil die Beschichtung schnell gekühlt werden muß.
Die zweite Harzbeschichtungsart ist eine Lösung aus Harz in organischen Lösungsmitteln. Der Hauptnachteil dieser Beschichtungsart liegt darin, daß die organischen Lösungsmittel verdampfen, wenn die Beschichtung trocknet. Da diese Lösungsmittel teuer sind und im allgemeinen strikten Umweltkontrollen unterliegen, dürfen sie nicht direkt in die Atmosphäre abgegeben werden. Deshalb ist es im allgemeinen notwendig, komplexe und teure Lösungsmittel- Rückgewinnungssysteme und umweltsichere Ablaufsysteme zu verwenden, um die Lösungsmittel zu sammeln, sie zu verdichten und sie zur Wiederverwendung zu rezyklieren.
Die dritte Harzbeschichtungsart -- organische Systeme mit zwei oder mehreren Komponenten -- wurden auch verwendet. In diesen Systemen werden zwei oder mehr reaktive Bestandteile auf das Düngemittel-Substrat aufgebracht, wo sie zur Bildung einer wasserunlöslichen Beschichtung reagieren. Diese Systeme beinhalten jedoch häufig die Handhabung eines hohen Feststoffgehaltes und toxischer organischer Substanzen, die auch komplexe, den Ablauf absorbierende Materialien und Umweltkontrollen erforderlich machen.
Die vierte grundlegende Harzbeschichtungsart ist ein in Wasser gelöstes oder dispergiertes organisches Harz. Wenn das Harz in Wasser aufgelöst wird, wird das System als eine "wäßrige Lösung" von Harz bezeichnet. Bedauerlicherweise weisen herkömmliche wäßrige Lösungen auch eine Anzahl von Nachteilen auf, einschließlich der niedrigen Konzentration von Harz und der hohen Viskosität (Dicke) der Lösungen. Aufgrund dieser Probleme wurde vorgeschlagen, wäßrige "Dispersionen" und "Latizes" von organischen Harzen als Beschichtungsmaterialien zu verwenden. Solche Beschichtungen werden vom Standpunkt des Umweltschutzes her gesehen bevorzugt, da sie in Wasser getragen werden. Sie sind auch leichter zu handhaben und da sie überlegene Wasserbarriere-Charakteristika aufweisen, können sie in relativ dünnen Beschichtungslagen aufgebracht werden.
Wenn sie in herkömmlichen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, können sich Latexbeschichtungen jedoch nachteilig auf das wasserlösliche Kernmaterial des Düngemittels auswirken. Wasserempfindliche Partikel, einschließlich einiger Düngemittel, absorbieren typischerweise Feuchtigkeit aus der Luft, sobald die "kritische" relative Feuchte des bestimmten Düngemittels überschritten wird. Als kritische relative Feuchte wird die Feuchtigkeit der Atmosphäre bezeichnet, oberhalb derer ein Material Feuchtigkeit absorbiert und unterhalb derer es eine Neigung zum Trocknen aufweist. (Siehe "Manual for Determining Physical Properties of Fertilizer" [Handbuch zur Ermittlung physikalischer Eigenschaften von Düngemitteln], International Fertilizer Development Centre [Internationales Zentrum für die Entwicklung von Düngemitteln], Muscle Shoals, Alabama.) Bei beispielhaften kritischen relativen Feuchtewerten für übliche Düngemittel bei 30ºC handelt es sich um: Harnstoff, 70-75%; Ammoniumsulfat, 75-85%; Diammoniumsulfat, 70-75%; Kaliumsulfat, 80-85% und Kaliumchlorid, 70-80%.
Oberhalb der kritischen relativen Feuchte absorbieren unbeschichtete Düngemittelpartikel Wasser, wobei eine Zerreißung der Partikeloberfläche hervorgerufen wird. Dies kann dazu führen, daß die Beschichtung nicht richtig an der Granalie anhaftet und zu einem schlechten Überzug der Partikeloberfläche führt, besonders wenn Latizes oder andere auf Wasser basierende Beschichtungen verwendet werden. Wasser könnte dann in den wasserlöslichen Kern eindringen und die Düngemittelpartikel vorzeitig auflösen. Noch schlimmer, das gelöste Düngemittel-Substratmaterial könnte sich bei der Beschichtung als Düngemittelkristalle erneut niederschlagen. Wenn dies auftritt und die beschichteten Partikel als ein Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung aufgebracht werden, lösen sich die Düngemittelkristalle in der Bechichtungsoberfläche schnell auf und können einen Pfad bereitstellen, über den Wasser in die Kernmitten des Düngemittelpartikels eindringen kann. Folglich kann der Düngemittelkern vorzeitig freigesetzt werden, und die erwünschte kontrollierte Freisetzungsrate kann nicht erreicht werden.
Das Konzept der kritischen relativen Feuchte wurde zur Ermittlung der angemessenen Bedingungen zur Lagerung und Handhabung von Düngemitteln verwendet. Es wird jedoch aus der folgenden Besprechung gesehen werden, daß dieses Konzept bisher nicht in herkömmlichen Beschichtungsverfahren zur Herstellung beschichteter Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung verwendet wurde.

B. Beschichtungsverfahren

Im allgemeinen können Partikelbeschichtungsverfahren in zwei grundlegende Arten unterteilt werden: "Chargenartige" Verfahren und "kontinuierliche" Verfahren. Bei chargenartigen Verfahren wird eine vorbestimmte Granalienmenge in ein Beschichtungsgefäß eingespeist. Nachdem die Granalien beschichtet sind, wird das Verfahren gestoppt, und die Granalien werden zur Weiterverarbeitung entfernt. Aufgrund der Notwendigkeit, daß das Beschichtungsgefäß ständig beladen und entladen werden muß, neigen chargenartige Verfahren dazu, weniger wirksam und teurer in der Betreibung zu sein, besonders in gewerblichen Herstellungsvorgängen, bei denen große Mengen an beschichtetem Düngemittel hergestellt werden müssen.
In kontinuierlichen Verfahren wird andererseits ein Granalienstrom in das Beschichtungsgefäß geleitet, wo er beschichtet und kontinuierlich zur weiteren Verarbeitung abgegeben wird. Auf diese Weise kann das Beschichten ohne die häufigen Unterbrechungen fortgesetzt werden, die notwendig sind, um das Beschichtungsgefäß zu beladen und entladen. Aus diesem Grund wird im allgemeinen bevorzugt, in Herstellungsvorgängen kontinuierliche Verfahren zu nutzen.
Sowohl Chargen- als auch kontinuierliche Verfahren wurden in mehreren Typen herkömmlicher Beschichtungsvorrichtungen durchgeführt. Ein Vorrichtungstyp verwendet eine große Zylindertrommel als das Beschichtungsgefäß. Die zu beschichtenden Partikel werden in die Trommel gespeist, die Trommel wird rotiert, und es wird auf die durcheinandergewirbelten Partikel, im allgemeinen durch Sprühen, eine Beschichtung aufgebracht. Bei einem zweitem Vorrichtungstyp handelt es sich um einen Rotationsteller. Wie mit dem Trommelbeschichter werden die Partikel auf den Teller geleitet, der Teller wird rotiert, und die Beschichtung wird auf die Partikel aufgebracht.
Wenn Rotationstrommeln und -teller in kontinuierlichen Verfahren zur Beschichtung von Düngemittelgranalien verwendet werden, ist es schwierig gewesen, Granalien mit der Gleichförmigkeit der Beschichtungsdicke zu erhalten, die zur Herstellung von Düngemitteln von hochwertiger Qualität mit langsamer und kontrollierter Freisetzung benötigt werden. Wenn Rotationsteller verwendet werden, ist es schwierig, sicherzustellen, daß die Partikel für eine ausreichende Zeitdauer auf dem Teller zurückgehalten werden, damit sie mit adäquaten Beschichtungsmengen überzogen werden. Da die Teller zur Atmosphäre hin offen sind, ist auch die Kontrolle der relativen Feuchte in der Umgebung der Partikel nicht möglich. Wenn Trommeln verwendet werden, ist es schwierig gewesen, eine gleichförmige Beschichtungsdicke auf den Partikeln zu erlangen.
Auf Grund dessen, wenn sie zum Beschichten verwendet werden, wurden Rotationstrommeln und -teller im allgemeinen in den weniger wünschenswerten Chargen- Beschichtungsverfahren verwendet. Ein Beispiel für die Verwendung eines Rotationstellers in einem Chargenverfahren ist in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 60[1985]-18,640 zu finden, die am 11. Mai 1985 veröffentlicht wurde. Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels mit langsamer Freisetzung unter Verwendung einer auf Wasser basierenden Beschichtungsformulierung. Das wäßrige Beschichtungsmaterial wird in chargenartigen Verfahren in zwei Schritten aufgetragen. Zuerst werden die Partikel in einen Rotationsteller gespeist. Die durcheinanderwirbelnden Granalien werden intermittierend mit einer wäßrigen Dispersion eines filmbildenden Harzes besprüht. Diesem Vorgang schließt sich eine zweite Applikation der gleichen Beschichtung an. Wie vorstehend darauf hingewiesen wurde, ist es schwierig, die relative Feuchte in der Umgebung der Partikel zu kontrollieren, da Rotationsteller zur Atmosphäre hin offen sind. Nach dem Beschichten werden die Granalien aus dem Rotationsteller zur Weiterverarbeitung entfernt. Die Notwendigkeit, das Verfahren auf diese Weise in regelmäßigen Abständen zu stoppen, ist - wie oben darauf hingewiesen wurde - ein signifikanter Nachteil von Chargenverfahren.
Ein dritter Beschichtungsvorrichtungstyp ist das sogenannte "Fließbett". Da die Bezeichnung Fließbett verwendet wird, um eine Anzahl verschiedener Vorrichtungstypen zu beschreiben, ist es nützlich, zwischen "echten" Fließbetten und anderen Vorrichtungen zu unterscheiden, bei denen es sich eigentlich um modifizierte Fließbetten handelt. In einem echten Fließbett werden die Partikel durch einen Strom von Druckgas in einem sich nach dem Zufallsprinzip bewegenden, fluidisierten Zustand gehalten. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß die Partikel auf eine perforierte Metallplatte gebracht werden. Ein Druckgas wird durch die Perforationen in der Platte gezwungen, und das Gas veranlaßt die Partikel zu fluidisieren. Echte Fluidisierung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Partikel auf eine zufällige, turbulente Art und Weise bewegen, ähnlich der einer sacht kochenden Flüssigkeit.
Bisher wurden echte Fließbetten im allgemeinen anstelle zum Herstellen beschichteter Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung eher zum Granulieren von Partikeln verwendet. So passieren zum Beispiel in den kontinuierlichen Verfahren, die in der wissenschaftlichen Abhandlung Fluidization Technology [Fluidisierungstechnologie] (Keairns Hrsg., McGraw-Hill 1976] beschrieben werden, Düngemittelpartikel durch eine Anzahl von Fließbettzellen, wo sie zuerst granuliert und dann beschichtet werden. Die Beschichtung findet in einer einzelnen Zelle statt und wird verwendet, um die Partikel zu "entstauben", anstelle die konsistente Beschichtung bereitzustellen, die für Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung erforderlich ist. Überdies macht es die Auslegung derartiger Vorrichtungen schwierig, eine gleichförmige Beschichtungsdicke auf den Granalien zu erhalten. Auf Grund dessen wurden diese Verfahren nicht weithin bei der Produktion von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung verwendet.
Wenn sie zum Beschichten von Partikeln, einschließlich Düngemittelpartikeln verwendet wurden, wurden die Fließbetten weitgehend modifiziert. Wie nachstehend in größerem Detail erklärt werden wird, sind diese modifizierten Vorrichtungen auch nicht dazu in der Lage, Partikel mit der gleichförmigen Beschichtungsdicke zu produzieren, die für die Produktion von Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung notwendig ist. Ein klassisches Beispiel eines modifizierten Fließbett- Verfahrens ist das sogenannte "Wurster"- Beschichtungsverfahren, das nach seinem Erfinder, D.E. Wurster, benannt ist. Wurster schlug die Modifikation eines Fließbettes dergestalt vor, daß die Partikel gezwungen werden, in einem kontrollierten, zyklischen Muster anstelle auf eine zufällige, fluidisierte Art und Weise zu fließen:
"Fließbetten sind im allgemeinen durch Zufälligkeit der Partikelbewegung gekennzeichnet. Es wurde gefunden, daß diese zufällige Bewegung nicht wünschenswert ist und besonders nicht, wenn Tabletten oder größere Partikel beschichtet werden. Deshalb sind Geschwindigkeitsunterschiede, welche die wie hierin beschriebenen zyklischen Strömungsmuster festsetzen, für die schnelle Applikation und Entwicklung von glatten 'eleganten' Oberflächen ausschlaggebend." (Siehe Wurster, kanadisches Patent Nr. 676,215, 17. Dezember 1963, S. 3.)
Es wurden verschiedene Vorrichtungen ausgelegt, um den kontrollierten, zyklischen Fluß der Partikel zu induzieren und die zufälligen Bewegungscharakteristika eines echten Fließbettes zu verhindern. Beispiele dieser Vorrichtungen können in den U.S.-Patenten Nr. 3,241,520, 3,196,827, 3,117,027 und 3,089,834 ebenso wie in Kapitel 14 der wissenschaftlichen Abhandlung Microcapsule Processing and Technology [Mikrokapsel-Verarbeitung und Technologie] von A. Kondo (Marcel Dekker 1979) gefunden werden. Im allgemeinen sind diese Vorrichtungen ausgelegt, um die Partikel durch Vorsehen zweier Zonen von unterschiedlicher Gasgeschwindigkeit zu zwingen auf eine kontrollierte, zyklische Weise zu fließen. Im der Zone mit hoher Geschwindigkeit wird ein Gasstrahl verwendet, um die Partikel nach oben zu treiben oder pneumatisch nach oben zu befördern. In der Zone mit geringer Geschwindigkeit oder der "Senkungszone" wird die Gasgeschwindigkeit auf einer viel niedrigeren Ebene aufrechterhalten, damit die Partikel unter den Einfluß der Schwerkraft fallen. In die Zone mit hoher Geschwindigkeit wird eine Sprühdüse positioniert, um die Partikel zu beschichten, während sie pneumatisch nach oben befördert werden. Die Beschichtung neigt zum Trocknen, während die Partikel in die Senkungszone fallen. Dieser Zyklus wird wiederholt, um auf den Partikeln eine Beschichtung aufzubauen.
Dieses allgemeine Prinzip wurde bei einer Anzahl von chargenartigen Beschichtungsverfahren angewendet. So beschreiben zum Beispiel U.S.-Patente Nr. 3,241,520 und 3,196,827 eine Partikel-Beschichtungsvorrichtung, worin die hohen und niedrigen Geschwindigkeitszonen physikalisch durch eine Trennwand oder eine zylindrische Säule getrennt sind. In diesen Systemen werden die Partikel pneumatisch nach oben befördert und werden gezwungen, sehr kräftig über das obere Ende der Trennwand in die Senkungszone auf eine Weise zu "sprudeln", die einer Wasserfontäne ähnlich ist. Aus der Senkungszone werden die Partikel zurück in die Zone mit der hohen Geschwindigkeit rezykliert. U.S.-Patent Nr. 3,241,520 beschreibt auch eine Vorrichtung, in der mehrere dieser unterteilten Kammern in Reihe verbunden sind. Im Gegensatz zu einem Einzelbett, in dem die Partikel jedoch mehrmals durch den Beschichtungssprühstrahl zyklieren, bewegen sich die Partikel nur einmal durch die Zone mit der hohen Geschwindigkeit. Nachdem sie in die Senkungszone fallen, werden die Partikel in die nächste Kammer getragen, wo das Verfahren wiederholt wird. Da sich die Partikel in der Senkungszone sammeln, kann jedoch Agglomeration und Zerreißen der Beschichtung auftreten.
U.S.-Patente Nr. 3,117,027 und 3,089,824 und kanadisches Patent Nr. 676,215 beschreiben Vorrichtungen des Wurster- Typs, worin die hohen und niedrigen Geschwindigkeitszonen in einer Kammer erzeugt werden, die nicht physikalisch unterteilt ist. Zonen mit hoher und niedriger Geschwindigkeit sind durch Positionierung einer Platte mit großen und kleinen Öffnungen am Boden des Bettes oder durch andere Mittel vorgesehen. Auf diese Weise wird ein Gasstrahl in einem Bereich des Bettes erzeugt, um die "sprudelnde", zyklische Partikelbewegung zu induzieren, die für Wurster-Beschichtungsverfahren charakteristisch ist. Ähnliche chargenartige "Sprudelbett"-Beschichtungsverfahren werden in U.S.-Patenten Nr. 4,369,055 und 4,019,890 an Fujita et al. beschrieben.
Beschichtungsverfahren und Vorrichtungen des Wurster-Types sind mit einer Anzahl von Nachteilen behaftet, die sie im allgemeinen für die Produktion von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung ungeeignet machen. Erstens, trotz des zyklischen Flusses von Partikeln, kann ein Prozentsatz der Partikel dem Besprühen mit signifikanten Beschichtungsmengen entgehen, während andere Partikel mit übermäßigen Beschichtungsmengen überzogen werden. Dies verursacht eine unerwünschte Variation der Beschichtungsdicke, welche wiederum veranlaßt, daß die Freisetzungsrate des Düngemittels außerhalb der zulässigen Grenzen fällt. Außerdem sind die oben erwähnten Vorrichtungen des Wurster-Typs für den Chargenbetrieb vorgesehen und sind deshalb mit inhärenten Nachteilen beim oben erwähnten Chargenbetrieb behaftet. Probleme mit der Agglomeration von Partikeln und Schwierigkeiten bei der Verwendung von Verfahren des Wurster-Types, dünne Beschichtungen zu erhalten, wurden auch berichtet. In diesem Zusammenhang sollten auch das kanadische Patent Nr. 1,049,334 an Worts et al. und Microcapsule Processing and Technology [Mikrokapsel-Verarbeitung und Technologie], S. 147 eingesehen werden.
Es wurden Versuche unternommen, Beschichtungsvorrichtungen des Wurster-Typs für kontinuierliche Beschichtungsvorgänge anzupassen. Diese Vorrichtungen sind jedoch für die Herstellung von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung auch ungeeignet. So beschreibt zum Beispiel das japanische Patent Nr. 42-24282 ein Mehrfachkammersystem, das für die kontinuierliche Beschichtung von pharmazeutischen Produkten, Tierfutter und dergleichen vorgesehen ist. Ein Gasstrom von hoher Geschwindigkeit wird zur Erzeugung einer sich nach oben bewegenden, in einem "Strahlstrom" dispergierten Partikellage im Zentrum jeder Kammer verwendet. Die Partikel fallen in die äußeren Abschnitte der Kammer (die nicht in einem fluidisierten Zustand aufrechterhalten werden) und werden dann zurück in den zentralen Strahlstrom geleitet. Die Anzahl von Kammern kann zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Beschichtung und Beschichtbarkeit der Partikel erhöht werden.
Wie andere Vorrichtungen des Wurster-Typs ist dieses Verfahren jedoch nicht in der lage, die Gleichförmigkeit der Beschichtungsdicke zu erhalten, die für die Produktion von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung erforderlich ist. Außerdem ist die Vorrichtung so ausgelegt, um die Partikel zu veranlassen, sich in den Beschichtungskammern und Überführungsrohren aneinander zu reiben. Während dies bei der Beschichtung pharmazeutischer Produkte wünschenswert sein könnte, würde eine derartige Reibung die feine Beschichtungslage von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung schädigen, was zu unkontrollierten Freisetzungsraten führen und auch verursachen könnte, daß die Partikel agglomerieren.
Sowohl alle die oben beschriebenen Beschichtungsverfahren als auch andere herkömmliche Beschichtungsvorrichtungen, sind mit einer weiteren signifikanten Schwäche behaftet: Sie sind nicht dazu ausgelegt, die benötigten Bedingungen aufrechtzuerhalten, um Düngemittel-Partikel ordnungsgemäß zu beschichten, besonders die Bedingungen, die benötigt werden, um wasserempfindliche Partikel mit auf Wasser basierenden Beschichtungen zu beschichten. So beschreibt zum Beispiel die oben besprochene japanische Patentanmeldung Nr. 60[1985]-18,640 nicht, daß die Feuchtigkeit in der Beschichtungskammer kontrolliert werden muß, sondern empfiehlt lediglich die Kontrolle der Temperatur. Dieses Dokument empfiehlt, daß auf Wasser basierende Beschichtungen bei Temperaturen über der Mindesttemperatur aufgebracht werden sollten, bei der das Harz einen kontinuierlichen Film bildet (die "Glasumwandlungstemperatur"), so daß die Beschichtung koalesziert und schnell auf den Substratpartikeln trocknet, um eine Agglomeration zu verhindern. Auf ähnliche Weise beschreibt U.S.-Patent Nr. 4,759,956 an Amer et al. ein Chargenverfahren zum Beschichten von Tensidpartikeln in einer Vorrichtung des Wurster-Types. Die Erfinder empfehlen die Aufrechterhaltung der Temperatur in dem Reaktor in einen bestimmten Bereich der Glasübergangstemperatur des Beschichtungsmaterials, so daß das Polymermaterial zusammenfließt, koalesziert und trocknet. Es wurde in keiner Weise die Kontrolle der relativen Feuchte in der Zuluft erwähnt. Da es kritisch ist, die relative Feuchte beim Beschichten wasserempfindlicher Düngemittel zu kontrollieren, können diese Verfahren nicht verwendet werden, um Düngemittel hochwertiger Qualität mit langsamer und kontrollierter Freisetzung herzustellen, besonders wenn auf Wasser basierende Beschichtungen verwendet werden.
Selbst Beschichtungsverfahren, die versuchen, die relative Feuchte zu kontrollieren, sind nicht dazu vorgesehen, die Beschichtung wasserempfindlicher Düngemittel-Partikel zu verbessern. So beschreibt zum Beispiel das kanadische Patent Nr. 1,049,334 an Worts et al., daß kleine Partikel wassermepfindlicher Materialien in einem Fließbett beschichtet werden können. Die Partikel werden mit einer wäßrigen Lösung oder Dispersion eines filmbildenden Beschichtungsmittels durch Aufrechterhaltung der relativen Feuchte der Abluft aus dem Reaktor bei weniger als 100% beschichtet. Da sich dieses Patent hauptsächlich mit der Beschichtung kleiner Partikel von Tensidadditiven (wie zum Beispiel Enzymen) befaßt, sieht dieses Patent keine Kontrolle der relativen Feuchte in der Zuluft vor, um sicherzustellen, daß die relative Feuchte in der Beschichtungskammer unter der kritischen relativen Feuchte aufrechterhalten wird, die zur Herstellung von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung benötigt wird. Der Zweck, die relative Feuchte der Abluft zu kontrollieren, besteht vielmehr darin, sicherzustellen daß Feuchtigkeit leichter aus der Beschichtung verdampft, damit sie sich ohne Agglomeration von Partikeln schnell verfestigt. Die Kontrolle der relativen Feuchte der Abluft stellt jedoch nicht sicher, daß die angemessene relative Feuchte in dem Einlaß in den Reaktor und in dem Reaktor aufrechterhalten wird, damit die Substratpartikel keine Feuchtigkeit vor dem Beschichten absorbieren, eine Notwendigkeit, besonders in der ersten Beschichtungszone.
In der europäischen Patentanmeldung EP 0,289,074 wird ein Verfahren zur Produktion von Düngemittel-Granalien, die Harnstoff und Ammoniumsulfat enthalten, durch Granulierung in einem Fließbett beschrieben. In dem Verfahren werden Ammoniumsulfat-Partikel in das Fließbett eingeführt, worin sie durch einen Flüssigkeitssprühstrahl einer wäßrigen Harnstofflösung beschichtet werden. Die Partikel passieren durch mehrere Sprühzonen, die in dem Fließbett durch eine Reihe von Umlenkplatten in dem Bett getrennt sind. Die Partikel passieren folglich aus einer Zone in die nächste, worin in jeder Beschichtungszone zusätzliches Beschichten stattfindet. Nach dem Passieren durch eine Trockenzone werden die beschichteten Partikel nach Größe sortiert, und übergroße und zu kleine Partikel werden verarbeitet und an das Bett zur erneuten Verarbeitung zurückgeleitet.
Die in EP 0,289,074 beschriebene Vorrichtung und das Verfahren stellen jedoch wenig Information über die Kontrolle von Problemen bereit, die mit der kritischen relativen Feuchte bei der Beschichtung von wasserempfindlichen Partikeln assoziiert sind.
Zusammenfassend sei gesagt, daß Verbesserungen in der Technologie zur Beschichtung von Partikeln benötigt werden. Wie oben darauf hingewiesen wurde, sehen herkömmliche Beschichtungsvorrichtungen und -verfahren kein kontinuierliches Verfahren für die Beschichtung von Partikeln mit einer konsistenten, intakten Beschichtung einer gleichförmigen Dicke vor und worin die Beschichtung eine enge Gewichtsverteilung der Beschichtung über die Population der beschichteten Partikel hinweg aufweist. Überdies sprechen herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren nicht adäquat die nachteiligen Wirkungen beim Beschichten eines wasserempfindlichen Düngemittels mit einer wäßrigen Beschichtung bei einer relativen Feuchte an, die über der kritischen relativen Feuchte liegt. Wenn folglich herkömmliche Verfahren beim Beschichten wasserlöslicher Düngemittel unter Bedingungen verwendet werden, worin die relative Feuchte der Sprühzone nicht adäquat kontrolliert wird, wird die Oberflächenlage des Substrates aufgelöst und in besonders ernsthaften Situationen werden die Partikel agglomerieren.
Es wäre folglich wünschenswert, ein Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung mit enger Verteilung der Beschichtungsdicke auf eine wirksame und kostengünstige Weise zu produzieren. Es wäre auch wünschenswert, die Nachteile der augenblicklichen Methoden beim Produzieren beschichteter Düngemittel durch Vorsehen eines kontinuierlichen Verfahrens zu überkommen, das Düngemittel mit einer solchen engen Verteilung der Beschichtungsdicke produziert und worin das Substrat daran gehindert wird, Feuchtigkeit zu absorbieren, bevor es beschichtet wird.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beschichtete Partikel mit einer engen Beschichtungsdickenverteilung vorzusehen (das heißt, damit die meisten Partikel die gleichen oder ähnliche Beschichtungsdicken aufweisen).
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahren vorzusehen, welches beschichtete Partikel mit einer derartigen engen Beschichtungsdickenverteilung aufweist und das auf eine kontinuierliche Weise funktioniert.
Es ist überdies eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahren vorzusehen, worin die Verweilzeit der Partikel in dem Beschichtungssprühstrahl dergestalt kontrolliert wird, daß die Partikel gleichmäßig und konsistent beschichtet werden können.
Es ist darüber hinausgehend noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahren vorzusehen, worin auf Wasser basierende Beschichtungslösungen (wie zum Beispiel Latex- Beschichtungen), die von einem umweltschützenden Standpunkt her gesehen bevorzugt sind, als das Beschichtungsmaterial ohne Zerreißen der Oberfläche der Granalie verwendet werden können.
Es ist darüber hinausgehend noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Düngemittel- Beschichtungsverfahren vorzusehen, worin wasserempfindliche Düngemittelsubstrate gleichmäßig und konsistent beschichtet werden können, ohne Feuchtigkeit zu absorbieren, bevor sie beschichtet werden.
Diese und andere Aufgaben werden durch das Vorsehen einer mehrstufigen Fließbettvorrichtung für die kontinuierliche Beschichtung von Düngemittel-Substratpartikeln erreicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung sieht eine Vorrichtung die kontinuierliche Beschichtung von Düngemittel-Substratpartikeln vor, die folgendes umfaßt:
Eine Vielzahl von Fließbettzonen zum Aufrechterhalten von Düngemittel-Substratpartikeln in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand;
Mittel, die sich in mindestens zwei von genannten Fließbettzonen zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf Partikel in genannten Fließbettzonen befinden, um eine Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen vorzusehen;
Mittel für die kontinuierliche Zuleitung von Düngemittel- Substratpartikeln in die erste Fließbett-Beschichtungszone;
Überführungsmittel zum Überführen genannter Substratpartikel aus der ersten Fließbett-Beschichtungszone an die zweite Fließbett-Beschichtungszone und
Mittel zum kontinuierlichen Entfernen genannter Substratpartikel aus der zweiten Fließbett- Beschichtungszone, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fließbett-Beschichtungszone eine Region mit höherer Gasgeschwindigkeit und eine Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit aufweist, und daß genanntes Überführungsmittel eine Rohrleitung mit einer oberen Öffnung in einer Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eines oberen Abschnitts der ersten Fließbett- Beschichtungszone und eine untere Öffnung in einer Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit eines unteren Abschnitts der zweiten Fließbett-Beschichtungszone umfaßt, um auf diese Weise genannte Substratpartikel aus genannter erster Fließbett-Beschichtungszone zu veranlassen, in genannte Rohrleitung an genannter oberer Öffnung einzutreten und genannte Rohrleitung an genannter unterer Öffnung in genannte zweite Fließbett-Beschichtungszone zu verlassen.
Die Vorrichtung schließt eine Vielzahl von Fließbettzonen ein, worin zu beschichtende Substratpartikel in einem wesentlichen fluidisierten Zustand, gekennzeichnet durch die im wesentlichen zufällige Partikelbewegung, aufrechterhalten werden. Mindestens zwei der Fließbettzonen schließen Sprühmittel zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf Partikel in genannten Fließbettzonen ein, um auf diese Weise eine Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen vorzusehen. Es sind auch Mittel zur kontinuierlichen Zuleitung und Kontrolle der Zuleitungsrate von Substratpartikeln in eine erste Fließbett-Beschichtungszone und zum Überführen der Partikel aus einer ersten Fließbett-Beschichtungszone an eine zweite Fließbett-Beschichtungszone vorgesehen. Die Überführungsmittel sind bevorzugt angepaßt, um einen wesentlichen "Rückfluß" der Partikel an eine vorherige Beschichtungszone zu verhindern, damit die Verweilzeit der Partikel in den Beschichtungszonen sorgfältig kontrolliert werden kann. Letztendlich sind Mittel für die kontinuierliche Entfernung von Substratpartikeln aus der zweiten Fließbett-Beschichtungszone vorgesehen.
Durch Vorsehen einer Vielzahl von Fließbett- Beschichtungszonen, ist die Wahrscheinlichkeit, daß Partikel ungenügend oder übermäßig beschichtet werden, im Vergleich zu einer Vorrichtung mit nur einer Beschichtungszone wesentlich verringert. Mit zunehmender Anzahl an Beschichtungszonen wird die Wahrscheinlichkeit verringert, daß der Beschichtungssprühstrahl in allen Zonen der Vorrichtung umgangen wird. Gleichermaßen ist auch die Wahrscheinlichkeit verringert, daß in zu vielen Beschichtungszonen übermäßig gesprüht wird. Demgemäß kann die Vorrichtung fünf und selbst zehn oder mehr Fließbett- Beschichtungszonen aufweisen. In einer Vorrichtung mit zehn Beschichtungszonen kann die Wahrscheinlichkeit, daß ein Partikel in den Betten nicht ausreichend beschichtet wird oder für eine verlängerte Zeit in einer übermäßigen Anzahl von Betten verbleibt, statistisch vernachläßigt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zum Überführen von Partikeln aus einer Beschichtungszone in eine andere speziell angepaßt, um einen Rückfluß der Partikel, das heißt die Rückwärtsbewegung in eine vorherige Beschichtungszone zu verhindern. Auf diese Weise kann die durchschnittliche Verweilzeit der Partikel in den Beschichtungszonen sorgfältig kontrolliert werden, damit gleichförmige Beschichtungsdicken erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung bewegt sich von dem Ansatz weg, der in den oben beschriebenen Beschichtungsverfahren des Wurster-Types empfohlen wurde. Die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren halten die Partikel in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand aufrecht, das heißt in einem Zustand, worin sich die Partikel auf eine zufällige, sachte rollende Weise in den Beschichtungszonen bewegen, anstelle einer pneumatischen Beförderung der Partikel auf eine zyklische Art und Weise.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine ordnungsgemäße Kontrolle der Feuchtigkeit in den Fließbett- Beschichtungszonen, besonders wenn wasserempfindliche Düngemittel-Partikel beschichtet werden. Die vorliegende Erfindung wendet das Konzept der kritischen relativen Feuchte auf das Beschichten von Düngemittel-Partikeln durch Aufrechterhaltung der Feuchtigkeit in den Fließbett- Beschichtungszonen (und am wichtigsten der ersten Beschichtungszone) unter der kritischen relativen Feuchte der Substratpartikel an. Auf diese Weise absorbieren die Partikel die Feuchtigkeit nicht vor dem Beschichten, und das Beschichtungsverfahren wird verbessert. Nachdem eine erste Beschichtung aufgebracht wurde, erlaubt die Wasserbarriere-Eigenschaft der Beschichtung, daß das Düngemittel weiter beschichtet, gelagert und bei relativen Feuchten gehandhabt werden kann, die höher als die kritische relative Feuchte ohne Agglomeration der beschichteten Düngemittel-Granalien ist.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Erfindung ein Verfahren für die kontinuierliche Beschichtung von Düngemittel-Substratpartikeln vor, das die folgenden Schritte umfaßt:
Vorsehen einer Vielzahl von Fließbettzonen zur Aufrechterhaltung von Düngemittel-Substratpartikeln in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand;
Vorsehen von Mitteln in mindestens zwei von genannten Fließbettzonen zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf genannte Sübstratpartikel in genannten Fließbettzonen, um eine Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen vorzusehen;
kontinuierliche Zuleitung von Substratpartikeln in die erste Fließbett-Beschichtungszone;
Überführen genannter Substratpartikel aus der ersten Fließbett-Beschichtungszone an die zweite Fließbett Beschichtungszone und
kontinuierliches Entfernen genannter Substratpartikel aus der zweiten Fließbett-Beschichtungszone,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Fließbett- Beschichtungszone eine Region mit höherer Gasgeschwindigkeit und eine Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit aufweist und daß genanntes Überführungsmittel eine Rohrleitung mit einer oberen Öffnung in einer Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eines oberen Abschnitts der ersten Fließbett- Beschichtungszone und eine untere Öffnung in einer Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit eines unteren Abschnitts der zweiten Fließbett-Beschichtungszone umfaßt, um auf diese Weise genannte Substratpartikel aus genannter erster Fließbett-Beschichtungszone zu veranlassen, in genannte Rohrleitung an genannter oberer Öffnung einzutreten und genannte Rohrleitung an genannter unterer Öffnung in genannte zweite Fließbett-Beschichtungszone zu verlassen.
Weitere Verarbeitungsschritte, einschließlich Vorerhitzen der Partikel, Trocknen der Partikel zwischen Beschichtungsapplikationen, "Nacherhitzen" der Partikel und Aufbringen eines Konditioniermittels zur Verhinderung der Agglomeration von Partikeln, können auch verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung sieht eine partikuläre Düngemittel-Zusammensetzung vor, die folgendes umfaßt:
Düngemittel-Sübstratpartikel,
wobei genannte Partikel im wesentlichen mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wurden, worin mehr als 50% der beschichteten Partikel eine Variation des Beschichtungsgewichtes von weniger als 50 Gew.-% von dem durchschnittlichen Beschichtungsgewicht aufweisen.
Die beschichteten Partikel weisen die enge Verteilung von Beschichtungsdicken auf, die für Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung wesentlich sind. In einer bevorzugten Form umfaßt die partikuläre Zusammensetzung einen Düngemittel-Partikelkern, der mit einem getrockneten, koaleszierten Film aus einem wäßrigen filmbildenden Latex überzogen ist.
Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist folglich die Fähigkeit, beschichtete Partikel herzustellen, die eine enge Verteilung von Beschichtungsgewichten (das heißt, worin die meisten Partikel im wesentlichen die gleiche Beschichtungsdicke aufweisen) auf einer kontinuierlichen Grundlage aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr nur mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Fließbett- Beschichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 2 eine längsweise Querschnittsansicht der Beschichtungsvorrichtung von Figur 1 ist;
Figur 3 eine quergerichtete Querschnittsansicht einer Beschichtungszone der Beschichtungsvorrichtung von Figur 2 entlang der Linie III-III ist und
Figur 4 eine quergerichtete Querschnittsansicht der gleichen Beschichtungszone der Beschichtungsvorrichtung von Figur 2 ist, wobei die Rohrleitung zwischen den verschiedenen Zonen des Fließbettes entlang der Linie IV-IV gezeigt wird.
In Figuren 1 und 2 wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fließbettvorrichtung 10 mit vier distinkten Fließbett-Beschichtungszonen 20, 30, 40 und 50 gezeigt. Jede Beschichtungszone weist eine hohle Speiserohrleitung 22, 32, 42 und 52 auf. Speiserohrleitung 22, die sich in Beschichtungszone 20 befindet, ist an Endplatte 24 angebracht. Speiserohrleitungen 32, 42 und 52 sind an den Bett-Trennwänden 34, 44 und 54 angebracht. Eine zusätzliche Speiserohrleitung 62 ist an Endplatte 64 angebracht. Unmittelbar über Speiserohrleitungen 32, 42, 52 und 62 befinden sich Öffnungen 36, 46, 56 und 66 in Trennwänden 34, 44, 54 und in Endplatte 64.
Trennwände 34, 44 und 54 und Endplatten 24 und 64 verlaufen quer über die gesamte Fließbett-Beschichtungszone hinweg und sind an Seitenplatten 70 und 71 angebracht, damit jede Beschichtungszone eine im wesentlichen kontinuierliche Wand um jede Seite der Zone herum aufweist. In Fig. 1 sind Endwand 64 und Seitenwand 70 teilweise weggeschnitten dargestellt, um eine Ansicht des Inneren von Beschichtungszone 50 zu zeigen.
In Figuren 1 und 2 ist jede Fließbett-Beschichtungszone dergestalt dargestellt, als wenn sie ein distinktes Fließbett wäre, das von den unmittelbar angrenzenden Fließbett-Beschichtungszonen durch Trennwände 24, 34, 44, 54 getrennt ist. Wie hierin verwendet, bedeutet "distinkt", daß jedes Fließbett von anderen Fließbetten durch eine Trennwand getrennt ist, die im wesentlichen ein Fließbett von dem nächsten Bett abdichtet. Partikel sind jedoch dazu in der Lage, von einem Bett in das nächste in einer im wesentlichen kontinuierlichen Weise zu passieren, um Mittel vorzusehen, wie zum Beispiel Rohrleitungen, Umlenkplatten, Rohre, Abschirmungen und dergleichen, um Partikel von einer Beschichtungszone in eine andere zu überführen.
Es wird jedoch auch verstanden werden, daß jede Fließbett- Beschichtungszone ein Bereich in der Umgebung einer Sprühdüse sein kann, der dazu vorgesehen ist, daß sich die Partikel nacheinander aus der Umgebung einer Sprühdüse zu einer nachfolgenden Sprühdüse bewegen. Die Vorrichtung könnte zum Beispiel ein langes enges Fließbett mit Umlenkplatten dergestalt sein, daß die Partikel sich dem Bett entlang bewegen, während sie durch den Sprühstrahl einer Anzahl verschiedener Beschichtungsdüsen passieren.
Die zu beschichtenden Sübstratpartikel in der Vorrichtung können Düngemittel, wie zum Beispiel folgende einschließen: Kaliumnitrat, Kaliumchlorid, andere Kaliumsalze, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat, andere Ammoniumsalze oder ein NPK-Düngemittel, einschließlich eines NPK-Composites. Ein bevorzugtes Düngemittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist jedoch Harnstoff und bevorzugt Harnstoff, der in einer Trommel mit "fallendem Vorhang" hergestellt wird. Ein Typ, der mit besonderem Erfolg verwendet wurde, ist Harnstoff, der dergestalt behandelt wurde, damit er 0,1 bis 2,0 Gew.-% Formaldehyd oder ein Lignosulfonat umfaßt. Der Formaldehyd oder das Lignosulfonat wird dem geschmolzenen Harnstoff zugefügt, um Granalien vorzusehen, die härter und weniger zerbrechlich sind und eine verringerte Zusammenbacktendenz als unbehandelter Harnstoff aufweisen. Es wird jedoch von den Fachleuten verstanden werden, daß andere Substratpartikel verwendet werden können, einschließlich auf dem Wege des Beispiels, additivfreier Harnstoff, durch Prillen erzeugte Granalien, durch andere herkömmliche Mittel granulierte Materialien (einschließlich Rotationsteller, Rotationstrommeln ebenso wie Fließbetten) zusätzlich zu kompaktierten, kristallisierten und agglomerierten Materialien.
Um eine kontinuierliche, gleichmäßige Beschichtung um die Partikel herum zu erlangen, wird bevorzugt, daß die Substratpartikel im wesentlichen rund und glatt sein sollten. Folglich weisen die Partikel auf ihren Oberflächen bevorzugt keine unregelmäßigen Vorsprünge oder Hohlräume auf. Zur Verbesserung der Partikelglätte und -rundheit, können die Partikel (und besonders staubigere Partikel) durch im Fach bekannte Mittel vorbehandelt werden, wie zum Beispiel Granulierung in einem Fließbett oder einem Rotationsteller oder durch Polieren.
Es wird ein Gasstrom oder -fluß unter Druck verwendet, um die Partikel in einem sich zufällig bewegenden, im wesentlichen fluidisierten Zustand in den Fließbettzonen aufrechtzuerhalten. Jedes geeignete Gas kann für diesen Zweck verwendet werden. Zu bevorzugten Gasen zählen zum Beispiel Stickstoff, Luft und besonders erhitzte, trockene Luft. Es muß jedoch verstanden werden, daß inerte Gase, wie zum Beispiel Stickstoff, Kohlendioxid, sauerstoffreduzierte Luft oder ähnliche inerte Gase bevorzugt würden, wenn die Kunststoff- oder Harzbeschichtung in einem entzündlichen Träger, wie zum Beispiel einem organischen Lösungsmittel getragen wird. Auf diese Weise kann das Risiko, daß sich das Lösungsmittel entzünden oder explodieren wird, signifikant reduziert werden. Das Lösungsmittel kann von dem Gas getrennt und gegebenenfalls unter Verwendung von den Fachleuten bekannten Mitteln rezykliert werden. In der in Figuren 1 - 4 abgebildeten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird Luft als das fluidisierende Gas verwendet. Luft wird durch Zuluftrohrleitung 83 geleitet und passiert nach oben durch poröse Platten 80, 81 und 82 (in jedes Bett) in ausreichender Menge und bei einem ausreichenden Druck, um Fluidisierung der Partikel in jedem Bett zu erlangen. Der Strom fluidisierender Luft wird mittels herkömmlicher, den Fachleuten bekannter Gebläse unter Druck gesetzt. Es ist wichtig, daß die Partikel in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand aufrechterhalten werden, das heißt dergestalt, daß im wesentlichen alle die Partikel veranlaßt werden, sich kontinuierlich auf eine im wesentlichen zufällige, sachte rollende Weise die ganzen Beschichtungsschritte über zu bewegen. Das Aufrechterhalten der Partikel in einem fluidisierten Zustand ist für die Partikel wesentlich, damit sie gleichförmig, ohne signifikante Agglomeration beschichtet werden.
In der auf den Zeichnungen gezeigten erfindungsgemäßen Form werden Regionen von unterschiedlicher Luftgeschwindigkeit in einer Vielzahl distinkter Fließbetten aufrechterhalten. Eine zentrale Region mit einer etwas höheren Luftgeschwindigkeit befindet sich in jedem Fließbett. Auf jeder Seite der Region mit höherer Luftgeschwindigkeit befinden sich Regionen mit etwas geringerer Luftgeschwindigkeit.
Perforierte Platten können zum Erzeugen von solchen Regionen mit höherer und niedrigerer Geschwindigkeit in den Fließbetten verwendet werden, wie in Figuren 1, 3 und 4 veranschaulicht wird. Auf dem Boden von Zone 50 befindet sich eine Vielzahl poröser Platten 80, 81 und 82. Bevorzugt weisen beide poröse Platten 80 und 82 eine ähnliche Anzahl kleiner Öffnungen durch die Platte auf, die der Luft ermöglichen, durch die Platte nach oben zu strömen, die aber klein genug sind, um zu verhindern, daß Partikel durch die Platten hindurch nach unten fallen. Es muß jedoch verstanden werden, daß die Öffnungen nicht von einer bestimmten Größe zu sein brauchen, da der Luftdruck durch die Öffnungen ausreichend ist, um sicherzustellen, daß Partikel nicht durch die Platten fallen. Poröse Platte 81, die sich zwischen Platten 80 und 82 befindet, weist eine höhere Fraktion eines offenen Bereiches auf, um zu ermöglichen, daß mehr Luft durch Platte 81 als durch jede der beiden Platten 80 oder 82 strömen kann. Die Außenkante von Platten 80 und 82 trifft mit den Bodenwänden 90 zusammen. Bevorzugt sind Bodenwände 90 nach oben gewinkelt und verbinden sich mit Seitenwand 70, obwohl verstanden werden muß, daß andere Seitenwandkonfigurationen auch verwendet werden können. Poröse Platten 80, 81 und 82 verlaufen entlang der gesamten Länge von Vorrichtung 10. Eine Zuluftrohrleitung 83 befindet sich unter porösen Platten 80, 81 und 82.
Durch Vorsehen von Regionen mit unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten in den Beschichtungszonen wird der zentrale Bereich des Bettes einer etwas größeren fluidisierenden Kraft ausgesetzt, und folglich steigt der Partikelstand über diesem Bereich der Beschichtungszone auf einen höheren Stand als der Stand der Seite mit niedrigeren Luftgeschwindigkeitszonen. Außerdem wird angenommen, daß die unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten und -drücke eine sachte "zirkulierende" Aktion veranlassen, worin die Partikel veranlaßt werden, in und aus der Region mit höherer Geschwindigkeit zu zirkulieren. Es ist jedoch wichtig, zur Kenntnis zu nehmen, daß diese zirkulierende Aktion ganz verschieden von der Partikelbewegung in einem Sprudelbett des Wurster-Types ist, worin die Partikel pneumatisch auf eine kontrollierte, zyklische Art und Weise befördert werden. In der Vorrichtung und in der Methode der vorliegenden Erfindung werden die Partikel noch in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand aufrechterhalten, der durch die weitgehende Zufälligkeit der Partikelbewegung gekennzeichnet ist.
Zirkulation der Partikel in dem Fließbett ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, die bei der Herstellung beschichteter Partikel mit einer engen Verteilung von Beschichtungsdicken und den gewünschten Freisetzungscharakteristika hilft. Es wird angenommen, daß diese sachte Zirkulierungsaktion die Partikel veranlaßt, wiederholt in und aus der unmittelbaren Nähe mit den Sprühmitteln in einem einzelnen Beschichtungsfließbetten passieren und um dadurch im Laufe der Zeit eine Beschichtung aufzubauen. Es wird angenommen, daß beim normalen kontinuierlichen Betrieb signifikante Mengen der Partikel bis zu 60-90 Zyklen pro Minute durch einen Abschnitt des Beschichtungssprühstrahls in einem einzelnen Fließbett erreichen. Es muß jedoch verstanden werden, daß dieser Bereich abhängig von der Größe der Betten und der Parameter, bei denen das System betrieben wird, variieren kann. Wenn zum Beispiel höhere Fließraten verwendet werden, muß verstanden werden, daß die Partikel dazu neigen, weniger Zyklen durch den Beschichtungssprühstrahl zu erreichen.
Es muß auch verstanden werden, daß nicht alle Bereiche des Bettes der fluidisierenden Kraft ausgesetzt werden müssen, so lange wie im wesentlichen alle Partikel in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand ohne signifikante Stagnierungsregionen aufrechterhalten werden können.
In einem Fließbett mit Regionen unterschiedlicher Luftgeschwindigkeit neigt die Luft aus der Region mit der höheren Geschwindigkeit dazu, in die Region mit der niedrigeren Luftgeschwindigkeit zu verlaufen, wenn sie durch das Bett nach oben strömt. Folglich ist die Partikeldichte in der Region mit der höheren Luftgeschwindigkeit des Fließbettes geringer als die Partikeldichte in der Region mit geringerem Fluß. Dieser Dichteunterschied wird in Fig. 3 gezeigt, wobei es sich um eine Querschnittsansicht von Bett 40 entlang der Linie III- III in Fig. 2 handelt. Die Luft aus der Zone mit der höheren Luftgeschwindigkeit über poröser Platte 81 neigt dazu, sich in die Zone mit niedrigerer Luftgeschwindigkeit über porösen Platten 80 und 82 dergestalt auszudehnen, um einen Dichtegradienten durch das Bett zu bewirken. Dieser Gradient wird im allgemeinen durch die gestrichelten Linien dargestellt, die aus den Ecken von Platte 81 nach oben verlaufen. Dieser Dichtegradient ist auch in Fig. 4 zu sehen, bei der es sich um eine Querschnittsansicht von Bett 40 entlang der Linie IV-IV in Figur 2 handelt.
Es muß verstanden werden, daß Regionen von unterschiedlicher Gasgeschwindigkeit in Abschnitten des Bettes anders als den in den Zeichnungen gezeigten geschaffen werden können. So könnte die Vorrichtung zum Beispiel dergestalt ausgelegt werden, daß mehrfache Regionen mit höherer Gasgeschwindigkeit mit Regionen mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit alternieren. Außerdem können auch andere Mittel verwendet werden, um unterschiedliche Gasgeschwindigkeiten in dem Bett zu erzeugen, wie zum Beispiel Umlenkplatten, Expansionprofile oder ein System von Luftklappen, in die gleitbare Platten mit passenden Öffnungen in und aus der Abfluchtung bewegt werden können, um verschiedene Öffnungen und folglich verschiedene Gasströme zu erzeugen.
Außer den Beschichtungsregionen mit unterschiedlicher Luftgeschwindigkeit in einer einzelnen Beschichtungszone ist es auch möglich, die Luftgeschwindigkeit zwischen Beschichtungszonen zu variieren, um die Fluidisierungskraft der Partikel zu kontrollieren und das Anpaßvermögen der relativen Feuchte in jeder Beschichtungszone vorzusehen. Dies kann durch Vorsehen getrennter Zuluftkammern ("Luftverteilerräumen") mit getrennten Luftzuleitungen unter den Fließbett-Beschichtungszonen erzielt werden. Eine derartige Anordnung ist besonders wünschenswert, wenn es notwendig ist, das verwendete Gas in den Beschichtungszonen abzuscheiden, in denen eine auf einem organischen Lösungsmittel basierende Beschichtung aufgebracht wird, wie zum Beispiel wenn ein in Dampf überführtes Lösungsmittel aus dem Gas entfernt werden muß, bevor es in die Atmosphäre abgegeben wird.
Als Alternative können Luftklappen vorgesehen sein, um die Luftzuleitung zu kontrollieren, die aus einem gemeinsamen Luftverteilerraum in eines oder mehrere der Betten strömt. Wenn Luftklappen verwendet werden, sollten sie genügend unter den fluidisierenden Platten positioniert werden, damit durch die Strömungsregelung verursachte Turbulenz sich nicht auf den Betrieb des Fließbettes auswirkt. Es muß auch verstanden werden, daß eine Kombination von getrennten Luftverteilerräumen und gemeinsamen Luftverteilerräumen mit Luftklappen gegebenenfalls auch verwendet werden können. Wenn die Partikel zum Beispiel durch nacheinanderfolgende Beschichtungszonen passieren, neigen sie dazu, aufgrund des Beschichtungsaufbaus an Dichte zuzunehmen. Mit zunehmender Dichte der Partikel sind höhere Gasdrücke erforderlich, um die Partikel in einem fluidisierten Zustand aufrechtzuerhalten. Demgemäß können Luftklappen oder getrennte Luftverteilerräume zur Erhöhung des Druckes des fluidisierten Gases in den späteren Beschichtungszonen verwendet werden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist auch mit Mitteln zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf die Substratpartikel ausgerüstet. Wie am besten in Figuren 1 und 2 gesehen werden kann, umfaßt das Mittel zum Aufbringen der Beschichtung in einer Form eine herkömmliche Beschichtungssprühdüse 58, die den Fachleuten hinreichend bekannt ist. Wenn die Vorrichtung mit Regionen unterschiedlicher Luftgeschwindigkeit vorgesehen ist, wird das Mittel zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf die Partikel bevorzugt dergestalt positioniert, daß die Applikation der Beschichtung in einer Region mit höherer Luftgeschwindigkeit auftritt. (Siehe die Positionierung des Sprühkopfes 58 in Figuren 1 und 2.) Folglich ist in der in Figuren 1 und 2 gezeigten Vorrichtung die Düse 58 zentral in poröser Platte 81 positioniert und kann nach oben in das Bett vorstehen. Die Düse 58 ist an Beschichtungszuleitungsrohr 84 angeschlossen, das durch Platte 81 läuft.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in jeder Beschichtungszone eine einzelne Düse vorgesehen. Die Zahl und Positionierung von Sprühdüsen kann jedoch abhängig von der Größe jeder Fließbett-Beschichtungszone variieren. So kann es in bestimmten Applikationen zum Beispiel erwünscht sein, zur Erhöhung der Produktionsrate mehrfache Sprühdüsen in einer einzelnen Beschichtungszone zu nutzen. Wenn folglich zum Beispiel mehrfache Regionen mit höherer Gasgeschwindigkeit unter Verwendung mehrerer poröser Platten-"Streifen" vorgesehen sind, die der Länge der Beschichtungszone entlang laufen, kann es wünschenswert sein, mehrfache Sprühköpfe in jeder solchen Region mit höherer Gasgeschwindigkeit zu verwenden. Diese Anordnung kann bevorzugt sein, wenn die Beschichtungszonen größer gemacht werden, um höhere Strömungsraten zu erzielen. In einer distinkten Fließbett-Beschichtungszone mit mehr als einer Sprühdüse ist es jedoch nicht notwendig, daß die Partikel in die Umgebung jeder Sprühdüse passieren oder in die Umgebung aller der Düsen der distinkten Fließbett- Beschichtungszone in Reihe passieren. Es reicht aus, daß der Partikel mit einer Wahrscheinlichkeit durch den Sprühstrahl von mindestens einer Sprühdüse in jeder disktinkten Fließbett-Beschichtungszone passiert. Höhere Strömungsraten können folglich erreichbar sein, wenn in einer einzelnen Beschichtungszone zusätzliche Sprühköpfe vorhanden sind, solange die Verweilzeit der Partikel in dem Beschichtungssprühstrahl ordnungsgemäß kontrolliert wird, um übermäßige oder ungenügende Beschichtung zu verhindern.
In bezug auf die Positionierung der Sprühdüse kann die Düse so viel wie mehrere Zoll (cm) in das Fließbett vorstehen, oder sie kann so positioniert werden, daß sie im wesentlichen eben mit dem Boden der Fließbett- Beschichtungszome ist oder mit ihm abgefluchtet ist, wobei der Sprühstrahl in einer allgemeinen Richtung nach oben gerichtet wird. Die genaue Positionierung der Düse hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich des verwendeten Beschichtungsmaterials, der Temperatur der Beschichtungslösung und des Druckes des Fließbettes. Wiederum, es muß jedoch von den Fachleuten verstanden werden, daß die Sprühdüse am oberen Ende der Fließbett- Beschichtungszone dergestalt positioniert werden kann, daß die Beschichtung in einer allgemeinen Richtung nach unten gesprüht wird. Die Sprühdüse kann ebenso mit einer Seitenwand einer Beschichtungszone abgefluchtet oder davon vorstehend dergestalt positioniert werden, daß der Beschichtungssprühstrahl in einer allgemein horizontalen oder einer winkeligen Richtung in die Beschichtungszone gerichtet wird. Wenn die Düse dergestalt positioniert wird, daß sie vom Boden des Fließbettes nach oben vorsteht oder mit ihm abfluchtet ist, wird bevorzugt, daß eine Verlängerung verwendet wird, um zu vermeiden, daß der Düsenkörper den Luftstrom durch die fluidisierende Platte behindert.
Zahlreiche Beschichtungsmaterialien können in der erfindungsgemäßen praktischen Ausführung auf die Partikel aufgebracht werden. Im allgemeinen handelt es sich bei Beschichtungsmaterialien, die bei der Produktion von Düngemitteln mit langsamer und kontrollierter Freisetzung verwendet werden können, um die, die gute Wasserbarriere-Eigenschaften aufweisen. So kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial zum Beispiel um ein Beschichtungsmaterial auf einer organischen Lösungsmittelbasis handeln oder es kann ein heißschmelzendes Beschichtungsmaterial sein, das zum Verflüssigen des Beschichtungsmaterials erhitzt werden kann. Beispiele von Beschichtungsmaterialien auf Lösungsmittelbasis, die in der erfindungsgemäßen praktischen Ausführung verwendet werden können, schließen folgende ein: Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid und Polyethylen niederer Dichte in Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Perchlorethylen oder Methylenchlorid gelöst oder dispergiert. Sowohl Anstrichfarben auf Lösungsmittelbasis als auch Lösungen und Dispersionen von Epoxidharzen können verwendet werden. Beispiele von heißgeschmolzenen Beschichtungsmaterialien, die verwendet werden können, schließen geschmolzenen Schwefel, Wachs, Polyethylen und sogar geschmolzene Metallbeschichtungen ein.
Das Beschichtungsmaterial kann auch ein verflüssigter Strom des Substratmaterials sein, um Granulation oder einen zusätzlichen Anfbau der Substratpartikel zu bewirken. Beispiele von Beschichtungsmaterialien, die auf diese Weise verwendet werden können, schließen sowohl einen verflüssigten Strom von Harnstoff als auch Schwefel, Ammoniumnitrat, verflüssigtes Kaliumnitrat und andere Düngemittelsalze mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt ein. Das Beschichtungsmaterial kann auch gebildet werden, wenn zwei oder mehr reaktive Materialien auf die Oberfläche der Partikel aufgebracht werden, wo sie zur Bildung einer Wasserbarriere-Beschichtung reagieren. Ein Beispiel von derartigen reaktiven Systemen aus zwei oder mehr Komponenten ist ein Polyol und ein Isozyanat, die unter katalytischen Bedingungen zur Bildung von Polyurethan- Beschichtungen reagieren. Ebenso können sowohl katalytische Reaktionen zwischen Harnstoff und Formaldehyd als auch reaktive Epoxidmaterialien als reaktive Systeme aus Mehrfachkomponenten verwendet werden.
Beschichtungsmaterialien auf wäßriger Basis, wie zum Beispiel eine wäßrige Polymerlösung und bevorzugter ein wäßriger filmbildender Latex wurden auch mit Erfolg verwendet. Besonders wurden auch gewerblich erhältliche Beschichtungsmaterialien, die wäßrige filmbildende Latizes einschließen, die ein Polyvinylidenchlorid enthaltendes Polymer oder Copolymer umfassen, verwendet. Zu anderen wäßrigen filmbildenden Latizes, die in der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden können, zählen Vinylacetat- und Polymethylmethacrylat-Copolymere. Im allgemeinen können die meisten gewerblich erhältlichen Latex-Polymere als Beschichtungsmaterialien in der erfindungsgemäßen praktischen Ausführung verwendet werden.
Es muß verstanden werden, daß verschiedene Beschichtungstypen und verschiedene Vorrichtungen zum Aufbringen der Beschichtungen erfordern, daß die Temperatur der Beschichtungsvorrichtung bei bestimmten bevorzugten Temperaturen aufrechterhalten wird. Wenn zum Beispiel geschmolzene Beschichtungen in einem Sprühkopf verwendet werden, ist es notwendig, die Temperatur des Sprühkopfes auf einer Höhe aufrechtzuerhalten, die über dem Schmelzpunkt der Beschichtung liegt, um die Beschichtung daran zu hindern, sich am Sprühkopf zu verfestigen. Ebenso, wenn andere Beschichtungen verwendet werden, kann es wichtig sein, die Beschichtung vor dem Sprühen abzukühlen, um sicherzustellen, daß das Beschichtungsmaterial nicht koalesziert oder am Sprühkopf härtet, wobei unerwünschtes Verstopfen des Sprühkopfes verursacht wird. In ungewöhnlichen Situationen kann das Beschichtungsmaterial bei Umgebungstemperatur ohne Erhitzen oder Abkühlen verwendet werden. Außerdem kann die Verwendung von Filtern in den Beschichtungsspeiserohrleitungen und/oder in der Sprühdüse notwendig sein, um zu verhindern, daß koagulierte oder koaleszierte Beschichtung zum Verstopfen des Sprühkopfes führt.
Ebenso muß auch verstanden werden, daß herkömmliche Heiz- und Abkühlvorrichtungen, wie zum Beispiel Wärmetauscher und Heiz- oder Kühlrohre, die um die Sprühabgaberohrleitungen und den Sprühkopf herum positioniert werden können, verwendet werden können, wenn Erhitzen oder Abkühlen des Beschichtungsmaterials erforderlich ist. In bestimmten Fällen kann auch ein Beschichtungsaufbau durch Aufbringen bekannter nichtklebender Beschichtungen, wie zum Beispiel Teflon und dergleichen auf die Oberflächen des Sprühkopfes verhindert werden.
Die aufgebrachte Beschichtungsmenge hängt von dem verwendeten Beschichtungsmaterial, den Verfahrensbedingungen während des Beschichtens und den gewünschten Wasserbarriere-Eigenschaften ab. Im allgemeinen umfaßt das getrocknete Beschichtungsmaterial 1 bis 12 Gew.-% und bevorzugt 3 bis 8 Gew.-% des Gesamtgewichtes bezogen auf den beschichteten Partikel.
Wenn der zu beschichtende Partikel wasserempfindlich ist und das Beschichtungsmaterial ein Material auf wäßriger Basis ist, wird bevorzugt, daß die Beschichtung in mindestens der ersten Fließbett-Beschichtungszone bei einer relativen Feuchte aufgebracht wird, die sich unter der kritischen relativen Feuchte der Partikel befindet. Um dies zu erreichen, ist es wichtig, die Feuchte der Zuluft in die Beschichtungszone zu kontrollieren, damit der Feuchte in der Beschichtungszone niemals erlaubt wird, die kritische relative Feuchte des Substratpartikels zu überschreiten. Der kritischen relativen Feuchte kommt in der Anfangsphase des Beschichtungsverfahrens die größte Bedeutung zu und ist von geringerer Bedeutung, sobald eine vorläufige Beschichtung auf der Düngemittel-Granalie erreicht wurde, da angenommen wird, daß die vorläufige Beschichtung in nachfolgenden Beschichtungszonen als eine Barriere gegen Feuchtigkeit wirkt. Folglich kann zugelassen werden, daß die relative Feuchte in allen nachfolgenden Beschichtungszonen oder in jeder nachfolgenden Vielzahl von Beschichtungs zonen zunimmt.
Gegebenenfalls wird die in Betten 20 und 30 eindringende Luft getrocknet, um sicherzustellen, daß die relative Feuchte der Zuluft und in der Beschichtungskammer unter der kritischen relativen Feuchte der zu beschichtenden Substratpartikel aufrechterhalten wird. Um dies zu erreichen, kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auch ein Mittel zur Aufrechterhaltung der relativen Feuchte des Gases in mindestens dem ersten von genannten Fließbett- Beschichtungszonen unter der sogenannten kritischen relativen Feuchte von wasserempfindlichen Partikeln einschließen. Das Trockenmittel ist bevorzugt ein Heizgerät, welches das an mindestens die erste Fließbett- Beschichtungszone oder in einigen Fällen an mindestens die erste Vielzahl von Beschichtungszonen gespeiste Gas auf eine Temperatur dergestalt erhitzt, daß die relative Feuchte des eintretenden Gases und in der Fließbett- Beschichtungszone auf einen Wert unter der kritischen relativen Feuchte des zu beschichtenden wasserempfindlichen Partikels gesenkt wird. Trockenmittel, wie zum Beispiel Silikagel oder Aluminiumoxide, könnten auch verwendet werden. Zusätzlich könnten Kühlmittel zum Kondensieren und folglich Entfernen von Wasser aus dem Gas verwendet werden, das an die Beschichtungszone geleitet wird. Das Kühlmittel kann eine zusammen mit einem Heizgerät verwendete Klimaanlage sein, damit Wasser vor dem Erhitzen aus dem Gas entfernt wird. Da Feuchtigkeitsentzug jedoch oft große Energiemengen erforderlich macht, wird die Verwendung von Beschichtungen mit höheren Koaleszenztemperaturen bevorzugt, damit die relative Feuchte leichter innerhalb akzeptierbarer Grenzen gehalten werden kann.
Außerdem muß verstanden werden, daß die Partikel vor dem Eintritt in eine Beschichtungszone dem sogenannten "Vorerhitzen" unterzogen werden können, um die Beschichtungsleistung zu verbessern. Dies kann in einer Fließbettkammer erreicht werden, in der keine Beschichtung stattfindet, in der aber die Partikel durch das fluidisierende Gas erhitzt werden. Sowohl Vorerhitzen als auch andere Schritte, bei denen nicht beschichtet wird, brauchen jedoch nicht in einem Fließbett stattzufinden. So könnten die Partikel zum Beispiel in zwei oder mehr Rotationstrommeln des Chargentyps vorerhitzt werden, wobei die vorerhitzten Partikel aus alternierenden Trommeln in die Beschichtungskammern gespeist werden.
Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Überführungsmittel zum Überführen von Partikeln aus einer Beschichtungszone in eine andere ein. Das Überführungsmittel kann eine beliebige Vorrichtung oder Anordnung sein, die Partikeln erlaubt, sich von einer Beschichtungszone in eine nachfolgende Beschichtungszone zu bewegen. Bevorzugt wird das Überführungsmittel veranlassen, daß sich die Mehrzahl der Partikel von einem Bett in ein nachfolgendes Bett bewegt und den "Rückfluß" von Partikeln aus einem Bett in ein vorheriges Bett minimiert. Es ist besonders wichtig, daß dieser Rückfluß in der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung minimiert wird, da es Rückfluß schwierig macht, die durchschnittliche Verweilzeit der Partikel in den Beschichtungszonen zu kontrollieren. Dies kann wiederum dazu führen, daß die Verteilung von Beschichtungsdicken auf den Partikeln außerhalb erwünschter Grenzen fällt. Das Überführungsmittel kann eine Umlenkplatte oder eine Reihe von Umlenkplatten sein, die von den Partikeln darunter, darüber oder darum herum passiert werden müssen. Das Überführungsmittel kann auch eine Öffnung in den Trennwänden zwischen den Fließbetten sein, durch welche die Partikel passieren können. Die Rate, bei welcher die Partikel durch die Öffnung passieren, kann dann durch die Größe, Form und die Positionierung der Öffnung kontrolliert werden.
Die Trennwandöffnungen befinden sich bevorzugt in Kommunikation mit Rohrleitungsmitteln, damit die Eingangs- und Ausgangspunkte der Partikel kontrolliert werden können. Die Rohrleitungen können die Form von "Fallrohren" 22, 32, 42, 52 annehmen, die wie nachstehend ausführlich beschrieben dergestalt ausgelegt sind, um den Rückfluß zwischen den Kammern zu verhindern. Die Öffnungen zwischen den Beschichtungszonen sind bezüglich der Höhe und Öffnung mittels einer Umlenkplatte gefertigt, welche die Form eines Fensterwehres annehmen kann. Dieses Fensterwehr kann zur Regelung des Partikelflusses durch das Fallrohr und zur Kontrolle der Höhe der Partikel in dem Fließbett verwendet werden. Das Wehr kann auch zum Schließen der oberen Öffnung oder zum Anheben der Höhe der oberen Öffnung verwendet werden.
Es ist wünschenswert, daß die Positionierung von Öffnungen zwischen Beschichtungszonen dergestalt versetzt werden, daß sich die Eingangsöffnung in einer Beschichtungszone diagonal gegenüber der Ausgangsöffnung aus dieser Zone heraus befindet. Es wird angenommen, daß auf diese Weise mehr der Partikel veranlaßt werden, in die Umgebung des Sprühkopfes zu passieren. In einer in Fig. 1 veranschaulichten bevorzugten Form befinden sich die Öffnungen 26, 36, 46, 56 an Fallrohre 22, 32, 42, 52 unmittelbar an die Ecken der Fließbetten angrenzend. Jede nachfolgende Öffnung und jedes Fallrohr ist diagonal gegenüber der vorherigen Öffnung und dem Fallrohr positioniert, damit sie von einer Beschichtungszone zur nächsten "versetzt" sind. Es muß jedoch verstanden werden, daß die Rohrleitungen an anderen Orten positioniert werden können, solange der Rückfluß der Partikel aus einem Bett an ein voriges Bett minimiert wird.
Wie in Figuren 1, 2 und 4 veranschaulicht, werden die Öffnungen 26, 36, 46, 56 in die Speisefallrohre 22, 32, 42, 52 bevorzugt in der Nähe der obersten Ebene des Bettes von Partikeln positioniert, damit die Partikel vom oberen Ende der Betten zum Überführen in die nächste Beschichtungszone "abgestrichen" werden. Ein Abschnitt von jedem Fallrohr 22, 32, 42, 52 verläuft über den Öffnungen, um weiteren Rückfluß zu verhindern. In einer weiteren bevorzugten Anordnung sind die Fallrohre dergestalt konfiguriert, daß der Luftgeschwindigkeitsdruck in der Rohrleitung von unten nach oben abfällt, worin der Luftgeschwindigkeitsdruck der Aufpralldruck eines sich bewegenden Luftstromes ist. Dies wird durch Verjüngung eines jeden Fallrohres dergestalt erlangt, daß es an seinem unteren Ende eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist. (Die verjüngten unteren Enden der Fallrohre erhielten in Figuren 1 und 4 die Bezugszahlen 33, 43, 53 und 63. Das verjüngte untere Ende von Fallrohren 22 und 42 ist in Fig. 1 nicht sichtbar.) Da weniger fluidisierende Luft an den unteren Enden 33, 43, 53, 63 der Fallrohre eintreten kann, tritt weniger Luftgeschwindigkeitsdruck und folglich weniger Fluidisierung in dem Fallrohr auf. Auf Grund dessen neigen die Partikel dazu, in die nächste Beschichtungszone zu fließen, und es besteht eine geringere Möglichkeit, daß sie zurück durch Öffnungen 26, 36, 46, 56 passieren. Dies verbessert weiterhin die Wahrscheinlichkeit, daß Partikel durch jede Beschichtungszone in Reihe passieren und reduziert die Gelegenheit, daß Partikel rückwärts durch Beschichtungszonen passieren und folglich übermäßige Beschichtungslagen erhalten.
Wie in Figuren 1, 2 und 4 veranschaulicht, befinden sich die Öffnungen 26, 36, 46, 56 näher an der obersten Ebene des Bettes von Partikeln, während die unteren Enden 33, 43, 53, 63 der Fallrohre sich dichter am Boden der Beschichtungszone befinden. Es wird angenommen, daß diese Hilfsmittel sicherstellen, daß Partikel sich nicht nur über das Bett hinweg, sondern vom Boden an das obere Ende des Bettes bewegen müssen. Es wird auch angenommen, daß dies dabei hilft, adäquates Mischen der Partikel des Bettes sicherzustellen. Dies könnte auch durch Vorsehen einer Reihe von Umlenkplatten, Wehren und dergleichen erreicht werden, welche die Partikel veranlassen, sich im Bett von oben nach unten zu bewegen. Es muß auch verstanden werden, daß die Öffnung und der Ausgang gegebenenfalls an anderen Orten entlang den Wänden der Beschichtungszone positioniert werden können.
Im Betrieb werden Düngemittel-Partikel, wie zum Beispiel Harnstoff-Partikel mit einem Durchmesser von 7 bis 9 Maschenweite kontinuierlich von einem Hochzufuhrbunker (nicht gezeigt) in Speiserohrleitung 22 gespeist. (Es wird bevorzugt, daß die Harnstoff-Partikel vorsichtig gehandhabt werden, um Haarrißbildung, Abplatzen oder Reißen des Rohmaterials zu vermeiden.) Die Partikel fallen dann durch die Rohrleitung 22 und treten in Beschichtungszone 20 ein. Die an die Beschichtungszonen 20 und 30 geleitete Luft wird auf 45ºC erhitzt, und die relative Feuchte der Zuluft wird überwacht.
Das Fließbett von Düngemittel-Partikeln in Beschichtungszone 20 wird bis zu einer Höhe befüllt, wo Partikel zufällig durch Öffnung 36 in Trennwand 34 passieren und durch die Speiserohrleitung 32 in die zweite Beschichtungszone 30 fallen. Die Höhe des Fließbettes in jeder Zone wird folglich durch die Positionierung der Öffnung in das unmittelbar angrenzende Bett kontrolliert, das bevorzugt anpaßbar ist, wie oben darauf hingewiesen wurde. In einer in Figur 2 gezeigten bevorzugten Anordnung ist Öffnung 36 dergestalt positioniert, daß sich Sprühdüse 28 und die untere Seite der Speiserohrleitung 22 unter der Oberseite des Partikel-Fließbettes befinden.
Ein wäßriger filmbildender Latex wird durch Latex- Zuleitungsrohr 84 gespeist und wird durch Sprühdüse 28 (Figur 2) in Beschichtungszone 20 gesprüht und beschichtet die Harnstoff-Partikel in dem Bereich, der die Düse umgibt, mit einer dünnen Beschichtung aus Latex-Material zur Bildung vorläufiger beschichteter Partikel. Das Wasser aus dem Latex-Material wird in dem erhitzten Luftstrom durch das Fließbett geleitet und tritt am oberen Ende des Bettes aus. Die Luft, welche die Beschichtungszone verläßt, kann in die Atmosphäre freigesetzt werden, nachdem sie zur Entfernung von überschüssigem Latex mit Wasser gewaschen wurde, da sie keine organischen Lösungsmittel enthält. Als Alternative kann die Luft getrocknet und zurück an die Zuluftrohrleitung 83 rezykliert werden. Wenn Beschichtungen mit organischen Lösungsmitteln verwendet werden, muß das verdampfte Lösungsmittel gesammelt werden, damit es ordnungsgemäß entsorgt oder kondensiert und dann zur Wiederverwendung rezykliert werden kann.
Die vorläufig beschichteten Partikel passieren daran anschließend durch jede Fließbett-Beschichtungszone 30, 40 und 50, wo sie eine weitere dünne Beschichtung mit dem Latex-Material erhalten. Die Partikel, die Beschichtungszone 50 verlassen, weisen durchschnittlich jeweils eine Beschichtung aus dem Latex-Material auf, das geeignete Wasserbarriere-Eigenschaften aufweist, damit der beschichtete Harnstoff als ein Düngemittel mit einer langsamen und kontrollierten Freisetzung verwendet werden kann. Es sind auch Mittel für die kontinuierliche Entfernung der Substratpartikel aus den Beschichtungszonen vorgesehen. So verlassen zum Beispiel die beschichteten Partikel kontinuierlich Beschichtungszone 50 und können in einem Bunker (nicht gezeigt) zur Verpackung oder weiteren Verarbeitung gesammelt werden. So lang wie die Partikel die Vorrichtung kontinuierlich verlassen, werden sie auch kontinuierlich aus den früheren Beschichtungszonen entfernt.
Die an die Beschichtungszonen 40 und 50 zugeleitete Luft ist die gleiche Luft wie sie an Beschichtungszonen 20 und 30 geleitet wird. Die Luft für diese Zonen kann jedoch wie oben beschrieben aus einer anderen Luftquelle zugeleitet werden, da die Kontrolle der relativen Feuchte in diesen Betten aus den hierin oben beschriebenen Gründen nicht so kritisch ist wie in Betten 20 und 30. Darüber hinaus kann der durch jede Beschichtungszone gespeiste wäßrige Latex dergestalt variiert werden, um einen beschichteten Partikel mit verschiedenen Lagen verschiedener Latex-Materialien vorzusehen. Auf diese Weise könnte zum Beispiel eine Grundierbeschichtung aufgebracht werden, die eine Grundschicht zur besseren Adhäsion einer sich anschließenden Barriereschicht vorsehen würde, die in einer späteren Beschichtungszone aufgebracht wird. Auf ähnliche Weise könnte ein Düngemittel mit "doppelter Freisetzung" durch Zufügen einer Beschichtungslage, gefolgt von einer Lage des Substrat-Düngemittels und dann einer weiteren Lage der gleichen oder einer unterschiedlichen Beschichtung hergestellt werden. Abhängig von den Feuchtigkeitsbarriere- Eigenschaften der verwendeten Beschichtungen würde das Düngemittel in aufeinanderfolgenden Stufen freigesetzt werden, wenn die Auflösung der Beschichtungslagen im Laufe der Zeit stattfindet.
Obwohl in den Zeichnungen eine Vorrichtung mit vier Beschichtungszonen abgebildet ist, könnte sich der Fachmann leicht eine Vorrichtung mit mehr Beschichtungszonen oder mit mehr Sprühdüsen in jedem distinkten Fließbett vorstellen. Darüber hinaus könnten der Vorrichtung zusätzliche Fließbettzonen zugefügt werden, die nur zum Trocknen verwendet würden und würde folglich keine sich in diesen Zonen befindende betriebsfähige Sprühdüse aufweisen. In solchen Trockenkompartimenten, können Umlenkplatten vorgesehen sein, die von den Seitenwänden teilweise in das Fließbett verlaufen. Auf diese Weise werden die trocknenden Partikel veranlaßt, sich in einer Schlangenlinie durch das Trockenkompartiment zu bewegen. Es wird angenommen, daß dies dabei hilft, mehr der Partikel durch Verringerung der Vorwärtsmischung vollständiger zu trocknen, wobei die kurzfristige Retention einiger Granalien minimiert und die Kontaktzeit zwischen den Partikeln und der trocknenden Luft verlängert wird.
Die Fließbett-Beschichtungszonen können auch ein Teil von Fließbett-Beschichtungsabschnitten sein, in denen jeder Beschichtungsabschnitt eine Fließbett-Beschichtungszone oder mehrere Fließbett-Beschichtungszonen umfaßt. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine erste und eine zweite Vielzahl von Fließbetten als ein erster Beschichtungsabschnitt bzw. einen zweiten Beschichtungsabschnitt auf. Die erste und zweite Vielzahl von Fließbetten kann auch getrennt sein durch, vorausgegangen sein durch oder gefolgt sein durch eine Fließbett-Trockenzone oder mehrere Fließbett- Trockenzonen, die keine Sprühmittel enthalten. In diesen Trockenzonen wird die Partikelbeschichtung getrocknet, um einen vorläufigen beschichteten Partikel vorzusehen, auf den weitere Beschichtungslagen aufgebracht werden können oder um den Partikel endgültig zu trocknen und folglich verbesserte beschichtete Partikel vorzusehen. Wenn akzeptierbare Eigenschaften erreicht werden, besonders wenn die Freisetzungsrate des Düngemittels nicht kritisch ist, kann die vorläufige Beschichtung verwendet werden wie sie ist. Um jedoch das Produkt von höherer Qualität zu erlangen, kann typischerweise eine zusätzliche Beschichtungsdicke zugefügt werden, um einen verbesserten beschichteten Partikel zu produzieren.
Auf ähnliche Weise können die vorläufigen beschichteten Partikel auch in Reihe durch eine zweite Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen passiert werden, worin in jeder der Beschichtungszonen eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht wird, um verbesserte beschichtete Partikel vorzusehen. In dem Verfahren kann die erste und zweite Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen vorausgegangen werden durch, getrennt werden durch oder gefolgt werden durch eine Trocknungszone oder eine Vielzahl von Trocknungszonen, worin kein Beschichtungsmaterial gesprüht wird.
Die vorläufigen beschichteten Partikel können auch durch ein Fließbett oder durch eine Vielzahl von Fließbetten zwischen den ersten und zweiten Beschichtungszonen geleitet werden, um Wasser aus den Partikeln zu entfernen. Diese Verfahrensstufe hilft beim Trocknen der Partikelbeschichtung vor der zweiten Beschichtungszone und stellt sicher, daß die vorläufige Beschichtung als eine adäquate Barriere dergestalt wirkt, daß die Beschichtung in der zweiten Beschichtungszone bei höheren relativen Feuchten durchgeführt werden kann.
Die Temperatur in den Beschichtungszonen muß ausreichend sein, um sicherzustellen, daß die Beschichtung schnell trocknet und bevorzugt dergestalt, daß die relative Feuchte für die gewählte Temperatur nicht über die kritische relative Feuchte der Substratpartikel ansteigen kann. Folglich hängt die verwendete Temperatur, besonders in der ersten Beschichtungszone oder im Beschichtungsabschnitt von folgendem ab: Der kritischen relativen Feuchte der wasserempfindlichen Partikel, der relativen Feuchte des an die Beschichtungszone zu speisenden Gases, der Menge des Beschichtungsmaterials, das in die Beschichtungszone gesprüht wird und dem durch die Beschichtungszone strömenden Gas. Die Temperatur darf sich jedoch nicht auf den Punkt erhöhen, wo das wasserempfindliche Material schmilzt und folglich die teilweise oder vollkommen beschichteten Partikel veranlaßt, zusammenzuagglomerieren.
Ebenso muß die Temperatur des Fließbettes niedrig genug sein, daß das Beschichtungsmaterial selbst nicht geschmolzen wird. In einer Situation, wo ein heißschmelzendes Polymer als das Beschichtungsmaterial verwendet wird, muß die Fließbett-Temperatur niedrig genug sein, um die Polymerbeschichtung zu kühlen und folglich zu verfestigen.
Da die Entfernung von Wasser in einem System auf wäßriger Basis in den ersten Beschichtungszonen von der größten Wichtigkeit ist, ist die Temperatur in der ersten Vielzahl der Beschichtungszonen bevorzugt höher und am bevorzugtesten in der ersten Beschichtungszone höher, um im allgemeinen die niedrigste relative Feuchte der verschiedenen Beschichtungszonen vorzusehen. Da in nachfolgenden Zonen höhere relative Feuchten toleriert werden können, kann die Temperatur in der zweiten Vielzahl der Beschichtungszonen niedriger als die Temperatur in der ersten Vielzahl der Beschichtungszonen sein. Es muß jedoch verstanden werden, daß es notwendig oder wünschenswert sein kann, in jeder der Beschichtungszonen oder -abschnitte die relative Feuchte unter der kritischen Feuchte der Partikel aufrechtzuerhalten.
Wie oben beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, worin jede der ersten oder zweiten Vielzahl von Beschichtungszonen ein distinktes Fließbett oder eine Vielzahl distinkter Fließbetten umfassen kann. Jedes distinkte Fließbett kann jedoch mit einer Vielzahl von Sprühdüsen versehen sein, die dergestalt positioniert werden, daß durchschnittlich jeder Partikel durch eine Anzahl von Düsen in jedem distinkten Fließbett beschichtet wird. Als Alternative kann jedes distinkte Fließbett eine Sprühdüse zum Beschichten aufweisen, und sowohl die erste als auch zweite Vielzahl von Beschichtungszonen kann mehr als ein distinktes Fließbett umfassen. Folglich kann jede Beschichtungszone ein distinktes Fließbett sein und kann eine Sprühdüse oder mehrere Sprühdüsen zum Beschichten aufweisen.
Es wurde beobachtet, daß sich die langsamen und kontrollierten Freisetzungseigenschaften der Produktpartikel, besonders diejenigen, die mit Latex- Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben beschichtet wurden, verbessern können, wenn das erhaltene Produkt für eine Zeitdauer von circa einem Monat bei Raumtemperatur (zum Beispiel 20ºC) gehalten wird. Diese Verbesserung der Freisetzungsrate kann durch Messen der Auflösungsrate des Partikelkerns gemessen werden (das heißt der Rate, bei der eine Probe wasserempfindlicher beschichteter Partikel, in Wasser gelagert, sich in Wasser auflösen werden) . Es muß auch verstanden werden, daß abhängig von den Bedingungen, unter denen die Partikel gelagert werden, kürzere oder längere Verweilzeiten möglich oder wünschenswert sein könnten.
Verbesserte Freisetzungraten können durch "Nacherhitzen" der beschichteten Partikel auch erhalten werden. Nacherhitzen wird bevorzugt in einem zusätzlichen Fließbett oder in Fließbetten nach den abschließenden Beschichtungszonen und/oder -abschnitten durchgeführt. Es muß jedoch verstanden werden, daß Nacherhitzen in anderen herkömmlichen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Rotationstrommeln oder -tellern durchgeführt werden kann. Es wurde gefunden, daß durch Nacherhitzen bei einer Temperatur von circa 60ºC und bevorzugter circa 75ºC für eine Zeitdauer von circa 30 Minuten verbesserte Freisetzungsraten erhalten werden können. Das beim Nacherhitzen verwendete Gas (im allgemeinen Luft) kann durch eine herkömmliche Schlauchfilterkammer und ein Dampfheizgerät zur Energieerhaltung rezykliert werden.
Um nicht durch die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Erzielung der langsameren Auflösungsrate der beschichteten Partikel, die auch als eine verbesserte Freisetzungsrate bezeichnet werden kann, von der Sicherstellung adäquater Koaleszenz des beschichteten Films abhängig ist. Es wird angenommen, daß Nacherhitzen der Partikel bei circa 60ºC für eine Zeitdauer von 30 Minuten zur Verbesserung der Koaleszenz adäquat ist.
Um Agglomeration der beschichteten Partikel im allgemeinen oder auf der Nacherhitzungsstufe im besonderen zu verhindern, können die beschichteten Partikel auch mit einem "Konditionier"-Mittel durch Bestäuben oder Überziehen des beschichteten Partikels mit einer dünnen Schicht eines Materials, wie zum Beispiel Talkum oder Ton oder bevorzugt pulverförmigem Calciumcarbonat behandelt werden. Ein Produkt, das als Calciumcarbonat - Omyacarb UF - bekannt ist, wurde mit besonderem Erfolg verwendet, und es wird angenommen, daß es als ein Konditioniermittel besonders wünschenswert ist, wenn Säurebeschichtungen verwendet werden. Das Calciumcarbonat wird genau abgemessen, und dann wird Luft in ein Fließbett aspiriert, das die Partikel enthält. Die verwendete Calciumcarbonatmenge liegt bevorzugt bei 0,3 bis 0,5% bezogen auf das Gesamtpartikelgewicht.
Ein weiterer signifikanter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die partikuläre Zusammensetzung, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens produziert wurde. Die Substratpartikel der Zusammensetzung sind im wesentlichen mit einem Beschichtungsmaterial, wie zum Beispiel, beispielsweise einem filmbildenden Latex beschichtet. Die beschichteten Partikel, welche diese Zusammensetzung umfassen, weisen einen besonders engen Bereich an Beschichtungsdicken über die Population von Partikeln hinweg auf. Ein solch enger Bereich von Beschichtungsdicken ist für Düngemittel für die langsame und kontrollierte Freisetzung besonders wünschenswert, da dies wie bereits zuvor darauf hingewiesen ermöglicht, die Freisetzungsrate des Düngemittels sorgfältiger zu kontrollieren. Andererseits neigen Zusammensetzungen mit einem weiten Bereich von Beschichtungsdicken dazu, sprunghafte Freisetzungsraten aufzuweisen, was sie als Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung weniger wünschenswert macht.
Da kein Beschichtungsverfahren eine perfekte Gleichförmigkeit der Beschichtungsdicke erlangt, wird immer etwas Variation in den Beschichtungsdicken über eine Partikel-Population hinweg auftreten. Diese Variation kann auf der Grundlage einer "glockenförmigen" Standard- oder Gaußschen Kurve entwickelt werden. Es ist möglich, die Verteilung von Beschichtungsdicken über die Partikel- Population hinweg unter Verwendung des Konzeptes der Standardabweichung zu quantifizieren. Die Standardabweichung ist ein Maß dafür, um wieviel die Population von dem Durchschnitt oder "Mittel" abweicht. Eine höhere Standardabweichung weist einen größeren Unterschied vom Mittel auf, während eine niedrigere Standardabweichung einen geringeren Unterschied vom Mittel anzeigt. Wenn auf eine Partikel-Population mit variablen Beschichtungsdicken angewendet, wird zu sehen sein, daß eine höhere Standardabweichung einen größeren Variabilitätsgrad der Beschichtungsdicke anzeigt und folglich weniger Gleichförmigkeit der Dicke. Andererseits zeigt eine geringere Standardabweichung weniger Variabilität der Beschichtungsdicken an und folglich mehr Gleichförmigkeit.
In der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß je größer die Zahl der Beschichtungszonen, durch die Substratpartikel hindurchpassieren, desto gleichförmiger ist die Beschichtungsdicke über die Partikel-Population hinweg. Es wird angenommen, daß mit zunehmender Anzahl der Beschichtungszonen die Wahrscheinlichkeit abnimmt, daß ein Partikel Kontakt mit dem Beschichtungssprühstrahl vermeidet oder als Alternative übermäßig beschichtet wird. In einer Vorrichtung mit zwei distinkten Beschichtungszonen deutet das Modellieren folglich darauf hin, daß die normalisierte Standardabweichung von der Durchschnittsbeschichtung bei circa 0,71 liegen würde. In einer Vorrichtung mit zehn distinkten Beschichtungszonen würde die normalisierte Standardabweichung bei circa 0,32 liegen. Es wird projiziert, daß sich in einer Vorrichtung mit 100 distinkten Beschichtungszonen die normalisierte Standardabweichung 0,10 annähern würde. Es kann folglich gesehen werden, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung mit einem wünschenswerten engen Beschichtungsdickenbereich produziert.
Es muß jedoch verstanden werden, daß die vorstehende Beschichtungsdicken-Verteilung etwas variieren kann, wenn mehrfache Sprühdüsen in jedem distinkten Flüssigkeitsbett zur Erzeugung mehrerer Beschichtungszonen in jedem Bett verwendet werden. In diesem Fall wird angenommen, daß alle die Beschichtungszonen sich dem Betrieb einer gleichen Zahl distinkter Fließbetten annähern würden, aber wahrscheinlich nicht gleich wären.
In einer bevorzugten Form, wie oben darauf hingewiesen wurde, umfassen die Substratpartikel ein wasserempfindliches Düngemittel-Material, wie zum Beispiel Harnstoff, und die Beschichtung umfaßt einen wäßrigen filmbildenden Latex. Wie oben darauf hingewiesen wurde, können jedoch auch andere Substratpartikel und Beschichtungen verwendet werden. Ausreichende Mengen beschichteter Partikel auf einer kontinuierlichen Basis können im Einklang mit dem obigen Verfahren dergestalt produziert werden, damit beschichtete Partikel als Teil eines großangelegten Herstellungsvorgangs hergestellt werden können.
Um die Erfindung darüber hinaus zu veranschaulichen, werden die folgenden spezifischen Beispiele gegeben.

BEISPIELE 1-9

Es wurde eine Reihe von Beschichtungsvorgängen in einem Mehrstufen-Fließbett ähnlich der oben beschriebenen und in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Fließbettvorrichtung durchgeführt. Das für die Beschichtungsvorgänge verwendete Fließbett wies insgesamt 14 Fließbetten in Reihe auf. Das erste Fließbett wurde zum Vorerhitzen der zu beschichtenden Partikel verwendet. Die nächsten drei Fließbetten wurden als eine erste Vielzahl von Beschichtungszonen genutzt, worin eine vorläufige Beschichtung auf die Partikel aufgebracht wurde. Die vorläufigen beschichteten Partikel wurden teilweise in dem fünften Fließbett getrocknet und eine verbesserte Beschichtung wurde in dem sechsten bis durch zu den zwölften Fließbetten aufgebracht. Die verbesserte Beschichtung wurde überdies in dem dreizehnten Fließbett getrocknet und die verbesserten beschichten Partikel wurden in dem vierzehnten Fließbett konditioniert. Nach dem Konditionieren wurden die Partikel in einem getrennten Fließbett gekühlt. Dieses Bett wurde auf einem unterschiedlichen Luftverteilerraum von den anderen positioniert, damit die erhitzte Luft, die in Betten 1-14 verwendet wurde, rezykliert werden konnte. Es muß jedoch verstanden werden, daß sich dieses Bett nicht auf einem getrennten Luftverteilerraum befinden muß, sondern auf dem gleichen Luftverteilerraum positioniert sein könnte.
Die beschichteten Partikel waren im allgemeinen runde Harnstoff-Partikel, außer wo darauf hingewiesen wird, von circa 7 bis 9 Maschengröße und wiesen eine kritische relative Feuchte von circa 70 bis 75% auf.
Die Qualität des produzierten beschichteten Düngemittels wurde durch Bestimmung der 7tägigen Freisetzungsrate des Düngemittels gemessen. Dem folgte das 7tägige TWA- Auflösungstestverfahren (TWA; time weighted average zeitlicher Durchschnitt), worin eine 20 g Probe der beschichteten Partikel für die Dauer von 7 Tagen in 100 g entionisiertem Wasser eingeweicht wurden. Die aus den Partikeln verlorengegangene Düngemittelmenge wird wie folgt gemessen: Durch dreimaliges Rotieren der Probe, um ordnungsgemäßes Mischen zu erhalten, Entnahme aliquoter Mengen der Lösung durch Pipettieren, die für die Analyse ausreichend sind und dann Analysieren der Lösung auf das Nährstoff-Substratmaterial. Eine niedrigere Freisetzungsrate über 7 Tage deutet auf eine langsamere Freisetzungsrate des sich in Gebrauch befindenden Düngemittels hin. Gewünschte Freisetzungsraten über 7 Tage für Düngemittel mit langsamer und kontrollierter Freisetzung liegen im allgemeinen unter circa 50% und bevorzugter unter circa 30%.
Der Beschichtungsvorgang wurde über Perioden von mehreren Stunden bis mehrere Tage auf einer kontinuierlichen Basis durchgeführt, wobei entweder 45 oder 90 kg pro Stunde des beschichteten Produktes produziert wurden. Das Beschichtungsmaterial wurde dergestalt aufgebracht, um Beschichtungsmengen von circa 3 bis 10 Gew.-% bezogen auf das beschichtete Endprodukt zu produzieren.
Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von neun Versuchsdurchläufen, die unter Verwendung dieser Vorrichtung durchgeführt wurden. In der Tabelle erhielt jeder Versuchsdurchlauf eine Kennungsnummer. Die verwendeten Latextypen werden auch anhand von Zahlen wie folgt beschichtet: 1 stellt Haloflex 202, 2 stellt Daran SL112 und 3 stellt Asahi/Dow L302 dar. Andere Parameter für jeden Versuchsdurchlauf und die durchschnittlichen Eigenschaften des produzierten Produktes sind auch vorgesehen.

BEISPIELE 10 - 13

Die in Beispielen 1-9 oben beschriebene Vorrichtung wurde zur Durchführung von vier zusätzlichen Beschichtungsversuchsdurchläufen verwendet, die in der folgenden Tabelle anhand von Kennungsnummern 10-13 identifiziert wurden. Die beschichteten Partikel waren im allgemeinen runde Harnstoff-Partikel, außer daß in dem mit Nr. 13 gekennzeichneten Versuchsdurchlauf granuläres Kaliumnitrat als das Substrat verwendet wurde.
Nachdem mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird verstanden werden, daß den Fachleuten Modifikationen davon vorgeschlagen werden können, und es wird beabsichtigt, alle diese Modifikationen als in den Rahmen der anhängenden Ansprüche fallend abzudecken.

Claims

1. Vorrichtung (10) für das kontinuierliche Beschichten von Düngemittel-Substratpartikeln, die folgendes umfaßt:

Eine Vielzahl von Fließbettzonen (20; 30) zum Aufrechterhalten von Düngemittel-Substratpartikeln in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand;

Mittel (28, 38), die sich in mindestens zwei von genannten Fließbettzonen zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf Partikel in genannten Fließbettzonen befinden, um eine Vielzahl von Fließbett-Beschichtungszonen vorzusehen;

Mittel (22) für die kontinuierliche Zuleitung von Düngemittel-Substratpartikeln in die erste Fließbett- Beschichtungszone (20);

Überführungsmittel (32) zum Überführen genannter Substratpartikel aus der ersten Fließbett-Beschichtungszone (20) an die zweite Fließbett-Beschichtungszone (30) und

Mittel (42) zum kontinuierlichen Entfernen genannter Substratpartikel aus der zweiten Fließbett- Beschichtungszone (30), dadurch gekennzeichnet, daß jede Fließbett-Beschichtungszone eine Region mit höherer Gasgeschwindigkeit und eine Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit aufweist, und daß genanntes Überführungsmittel (32) eine Rohrleitung (32) mit einer oberen Öffnung (36) in einer Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eines oberen Abschnitts der ersten Fließbett-Beschichtungszone (20) und eine untere Öffnung (33) in einer Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit eines unteren Abschnitts der zweiten Fließbett- Beschichtungszone (30) umfaßt, um auf diese Weise genannte Substratpartikel aus genannter erster Fließbett- Beschichtungszone (20) zu veranlassen, in genannte Rohrleitung (32) an genannter oberer Öffnung (36) einzutreten und genannte Rohrleitung (32) an genannter unterer Öffnung (33) in genannte zweite Fließbett- Beschichtungszone (30) zu verlassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die fünf oder mehr Fließbett-Beschichtungs zonen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin jede Fließbett-Beschichtungszone von einer folgenden Fließbett- Beschichtungszone durch ein Überführungsmittel getrennt ist, das eine Rohrleitung mit einer oberen Öffnung in einem oberen Abschnitt der Fließbett-Beschichtungszone und einer unteren Öffnung in einem unteren Abschnitt der folgenden Fließbett-Beschichtungszone umfaßt, um auf diese Weise zu veranlassen, daß Partikel aus genannter Fließbett- Beschichtungszone in genannte Rohrleitung an genannter oberer Öffnung eintreten und genannte Rohrleitung an genannter unterer Öffnung in genannte folgende Fließbett- Beschichtungszone verlassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die überdies Mittel zur Aufrechterhaltung der relativen Feuchte des Gases in den ersten genannten Fließbett- Beschichtungszonen unter der kritischen relativen Feuchte eines wasserempfindlichen Partikels umfaßt.

5. Verfahren für die kontinuierliche Beschichtung von Düngemittel-Substratpartikeln, das die folgenden Schritte umfaßt:

Vorsehen einer Vielzahl von Fließbettzonen (20, 30) zur Aufrechterhaltung von Düngemittel-Substratpartikeln in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand;

Vorsehen von Mitteln (28, 38) in mindestens zwei von genannten Fließbettzonen zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf genannte Substratpartikel in genannten Fließbettzonen, um eine Vielzahl von Fließbett- Beschichtungszonen vorzusehen;

kontinuierliche Zuleitung von Substratpartikeln in die erste Fließbett-Beschichtungszone (20);

Überführen genannter Substratpartikel aus der ersten Fließbett-Beschichtungszone (20) an die zweite Fließbett- Beschichtungszone (30) und

kontinuierliches Entfernen genannter Substratpartikel aus der zweiten Fließbett-Beschichtungszone (30),

dadurch gekennzeichnet, daß jede Fließbett- Beschichtungszone eine Region mit höherer Gasgeschwindigkeit und eine Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit aufweist und daß genanntes Überführungsmittel (32) eine Rohrleitung (32) mit einer oberen Öffnung (36) in einer Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eines oberen Abschnitts der ersten Fließbett-Beschichtungszone (20) und eine untere Öffnung (33) in einer Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit eines unteren Abschnitts der zweiten Fließbett- Beschichtungszone (30) umfaßt, um auf diese Weise genannte Substratpartikel aus genannter erster Fließbett- Beschichtungszone (20) zu veranlassen, in genannte Rohrleitung (32) an genannter oberer Öffnung (36) einzutreten und genannte Rohrleitung (32) an genannter unterer Öffnung (33) in genannte zweite Fließbett- Beschichtungszone (30) zu verlassen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das überdies folgendes umfaßt: Vorsehen eines Trockenmittels zur Aufrechterhaltung der relativen Feuchte des Gases in der ersten von genannten Fließbett-Beschichtungszonen unter der kritischen relativen Feuchte eines wasserempfindlichen Substratpartikels.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, worin die Substratpartikel gesprüht werden, während sie sich in genannter Region mit höherer Gasgeschwindigkeit befinden und worin genannte Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eine zentrale Längsregion ist, die durch jedes Fließbett verläuft und sich zwischen Längsregionen mit niedrigerer Luftgeschwindigkeit auf jeder Seite von genannter Region mit höherer Luftgeschwindigkeit befindet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, das überdies das Behandeln genannter Partikel mit einem Konditioniermittel nach dem Beschichten umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin ein Material, welches das gleiche oder ein anderes Düngemittel als die Substratpartikel einschließt, in genannter zweiter Beschichtungszone auf die Partikel aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, worin genannte Düngemittel- Substratpartikel wasserempfindlich sind, das die folgenden Schritte umfaßt:

Vorsehen einer Vielzahl von Fließbettzonen (20, 30) zum Aufrechterhalten wasserempfindlicher Düngemittel- Substratpartikel in einem im wesentlichen fluidisierten Zustand durch einen Druckgasstrom;

Vorsehen von Mitteln (28, 38) in mindestens zwei von genannten Fließbettzonen zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf Partikel in genannten Fließbettzonen, um eine Vielzahl von Fließbett- Beschichtungszonen vorzusehen;

Aufrechterhalten der relativen Feuchte in der ersten Fließbett-Beschichtungszone unter der kritischen relativen Feuchte der Düngemittel-Substratpartikel;

kontinuierliches Zuleiten von Substratpartikeln in eine erste Fließbett-Beschichtungszone;

kontinuierliches Entfernen von Substratpartikeln aus der zweiten Fließbett-Beschichtungszone (30),

dadurch gekennzeichnet, daß jede Fließbett- Beschichtungszone eine Region mit höherer Gasgeschwindigkeit und eine Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit aufweist und daß genanntes Überführungsmittel (32) eine Rohrleitung (32) mit einer oberen Öffnung (36) in einer Region mit höherer Gasgeschwindigkeit eines oberen Abschnitts der ersten Fließbett-Beschichtungszone (20) und einer unteren Öffnung (33) in einer Region mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit eines unteren Abschnitts der zweiten Fließbett- Beschichtungszone (30) umfaßt, um auf diese Weise die genännten Substratpartikel aus genannter erster Fließbett- Beschichtungszone (20) zu veranlassen, in genannte Rohrleitung (32) an genannter oberer Öffnung (36) einzutreten und genannte Rohrleitung (32) an genannter unterer Öffnung (33) in genannte zweite Fließbett- Beschichtungszone zu verlassen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin genanntes Düngemittel Harnstoff ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, worin genanntes Düngemittelsubstrat Kaliumchlorid, Kaliumcarbonat, Kaliumnitrat, Kaliumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Diammoniumphosphat, Monoammoniumphosphat, Superphosphat, Triplesuperphosphat oder Kaliumphosphat ist oder worin genanntes Düngemittelsubstrat ein NPK-Düngemittel ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin genanntes Beschichtungsmaterial ein wäßriger filmbildender Latex ist.