JP5102851B2 - 造粒装置及びそれを用いる造粒方法 - Google Patents
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Description
図において、造粒器1には、スタート・アップ時、例えば尿素の種晶が核としてライン供給口であるライン40からライン41を通り供給される。造粒器1では、90質量%以上、好ましくは95質量%以上の尿素を含む尿素水溶液がノズル6、7および8から30度〜80度から選択される所定のスプレー角度で液滴径150〜600μmで核に噴霧される。なお、尿素合成プラント等(図示しない)から供給された濃度90質量%以上、好ましくは濃度95質量%以上の尿素水溶液(又は溶融尿素)17は、125〜145℃に調整され、ライン31から混合槽21に供給されライン36、ポンプ22およびライン37を通り、ノズル6、7および8に供給される。
〔1〕 多孔板を底部とする造粒部の底床と、流動用空気を当該造粒部の当該底床に供給する空気供給管と、当該多孔板からなる底床で開口するようにして設けられた高圧空気を補助気体として用いた溶融状、溶液状、又はスラリー状の造粒原料液噴射用ノズルとを有してなる造粒装置であって、
前記底床における当該ノズルの配置が三角配置として構成されており、供給された造粒部中の核に対して前記噴射用ノズルから造粒原料液を噴射して造粒するようにし、
前記供給された造粒部中の核に対して前記噴射用ノズルから造粒原料液を噴射して造粒するにあたり、前記多孔板は、開口された孔を通過する流動用空気の流れ方向が、垂直軸に対し粒子の流れ方向に傾斜角度を有するように開口されていることを特徴とする造粒装置。
複数のノズルが前記粒子の流れの方向に直交して並列する複数条の列をなし、互いに隣接するノズル列におけるノズルが、前記粒子の流れの方向にみて重ならないように配置された千鳥配置であることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の造粒装置。
〔6〕 尿素又は尿素・硫酸アンモニウムを造粒することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の造流装置。
〔7〕 〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の造粒装置を用い、供給された造粒部中の核に対して前記三角配置された噴射用ノズルから造粒原料液を噴射し、かつ前記傾斜角度を有する開口から空気を供給して造粒することを特徴とする造粒方法。
図2〜6は、本発明を適用した、造粒装置の一実施形態を、従来の実施形態と比較しながら模式的に示したもので、図2は正面図、図3は側面図、及び図4〜6は平面図である。図1の噴流管方式の造粒器に対して、図2〜6の造粒器は、高圧空気スプレー方式と称されるものであり、噴射用ノズルとして、「多孔板からなる底床で開口するようにして設けられた高圧空気を補助気体として用いた噴射用ノズル」を使用するものである。ただし、スプレー方式が異なる他は、当該造粒器も流動床/噴流床型造粒装置である点で、共通するものであり、基本的な操作は図1の造粒器と同様である。ここで、図4及び5は従来の四角配置ノズルとした底床を示し、図6は本発明の三角配置ノズルとした底床を示す。なお、符号は図1のものと共通する箇所は、同一のものを使用している。
このような四角配置ノズルの場合、上記したような(i)〜(iii)の問題、すなわち設備が大型となり、温度、粒度分布を流れに対して直角方向で均一化することが困難となり、線速をあげると空気量が増加するため、ブロワ等の消費エネルギーが増大してしまう等の問題が顕在化する。
例えばノズル51間の間隔を450mmとした場合、図5に示した従来例においては、7列×14段(総ノズル数:98本)、幅(M1)3300mm、長さ(L1)7100mmである。ここで、ノズル間の間隔とは、一つのノズルの中心から隣接する他のノズルの中心までの距離をいう。このノズル間隔450mmとは、従来の造粒器において、最小ノズル間隔として、一般的な間隔である。これよりも間隔を狭くするとノズル同士が干渉してしまう。
一方、三角配置(2辺のなす角が60°)の図6においては、幅(M2)3300mm、長さ(L2)6680mmの中に、1系列7本の配列を8段と1系列6本の配列を7段(総ノズル数:98本)とを交互に配置することが可能である。本発明では、三角配置とすることで、最小ノズル間隔450mmを維持したまま、段の間隔を390mmとすることができる。すなわち、このような三角配置のノズル配列とすることにより、より小さい面積で同数のノズルを配置でき、かつ、段数も15段に増やすことができる。この段数の増加は、いわゆる槽列モデルにおいて槽の数が増えたことと等価であり、造粒においては、粒度分布の向上、乾燥効率の向上につながる。このように、上記(i)〜(iii)のすべての問題が効果的に解決されると同時に、造粒された製品の品質も向上する。また、図6では、ノズル5段ごとに邪魔板53が設けられている。例示したサイズの装置においては、従来は図5に示したように、粒子成長の観点からノズル3〜4段ごとに邪魔板を設置する必要があったが、これに対し、本発明では、三角配置とすることで、段の間隔や流動線速などの影響により、邪魔板の枚数を減らしても従来と同様の作用を奏することができる。また、邪魔板の枚数を減らすことで更に装置の小型化が可能になる。ここで、邪魔板の枚数は、粒子の成長を考慮した上で適宜決定され、好ましくは4〜5段ごとに設けることができる。
一方、流動床12に関し、流動線速は好ましくは2.0〜3.5m/s、また、レベル12(流動床)の高さは、通常、静止状態において0.1〜1.0m、流動状態において0.3〜1.0mが選択される。
一般的な装置、配管の場合、流速が上がるほど圧力損失も増すのであるが、図12に示すように、流動床では、流動用空気の線速を上げると圧力損失が下がる傾向にあることが分かる。一方、流動床の高さが高いほど圧力損失は大きくなるが、本発明では、図示されるように、流動床高が高くとも、線速を上げることで圧力損失をむしろ下げることができることに着目し、前述の三角配置による流動床面積の最小化と、この流動床における空気線速と圧力損失の特殊な関係を組み合わせることで、空気量を増やすことなく、線速を上げ、より深い流動床においても、少ないエネルギー量で流動床が安定でき、良好な粒子形成が可能となる。流動床をより深くすることのメリットとして、ノズルから上向きに噴霧される液滴が流動床を素通りすることを防げることが挙げられる。流動床が浅い場合、ノズルから噴霧された液滴の一部が流動する粒子に付着することなく、上方に抜け、そのまま固化してダストになり、造粒効率が低下することになる。
図1と同じフローに従った、日産2000トンの尿素造粒設備を用いて尿素粒子を形成した。造粒器1には種尿素粒子がライン30から供給される。空気が、ダクト24を介して供給され、噴流床44で毎秒20メートルの流速で、上向きに噴出する。この上向きの空気流れが種粒子を持ち上げ、噴流床を形成する。同時に、別の空気がライン23を介して低床9の下部に供給され、低床孔を通過後、毎秒1.9〜2.2メートルの速度で流動床内を上昇する。この空気流が種粒子を流動させ、流動床を形成する。濃縮装置21を出た95%尿素水溶液がポンプ22で1.2MPaGに昇圧され、ノズル一本あたり毎時1.3トン(6,7,8で示されるが、実際の数は多い)で造粒器1内の噴流床44に上向きに噴霧され、周囲を流動する種粒子の表面に付着し、水分の蒸発、尿素の固化が起こる。この尿素の固化熱は同時に起こる水分の蒸発により、効率よく除去される。種粒子は造粒器内を入口から出口(図1の左から右)に移動する間に、噴霧された尿素液の固化により、徐々に成長する。造粒器内で成長した尿素粒子はライン25を介して排出され、フルイ13にて製品サイズ、小粒サイズ、大粒サイズに分かれる。製品サイズの尿素粒子は製品として払い出される。小粒サイズの粒子は種粒子として造粒器に返される。大粒サイズの粒子は、粉砕器15にて粉砕され、種粒子として、小粒サイズと一緒に造粒器1に供給される。造粒器1の上部から排出される尿素の微粒子(ダスト)を含む空気(ライン38)は、ダスト捕集装置16で尿素水溶液と接触、洗浄されたのち、大気放出される。捕集された尿素ダストは尿素水溶液となって、ライン35を介して濃縮装置21に送られる。この方法で製造、造粒された製品14を分析し、不定型品尿素の割合を調べたところ、55質量%であった。結果を表1に示す。また、表1には、噴流空気流速、流動空気、流動層高を併せて示した。
参考例1と同じフローの、日産1700トンの尿素造粒装置で、流動床内の空気流速のみ秒速2.4〜2.5メートルに変更して尿素粒子を造粒した。製品14の不定形品尿素の割合を調べたところ、表1に示すとおり、36質量%であり、参考例1に比べ、著しい減少が見られた。
日産2000トンの造粒器の98本のノズルを、一列7本の噴流管ノズル14列で四角配置した。この場合、低床の寸法は3.3m×7.1mであった。このときの流動空気線速、流動空気温度、流動空気流量、流動層高、流動層圧力損失、造粒器低床面積、流動層体積を表2に示す。
噴流管ノズルを三角配置した結果、低床の寸法は3.3m×6.68mとなり、ノズル列数は15列であった。流動空気線速等を比較例1と同様に表2に示した。表2に示すように、実施例1では、小型化と列数増加を同時に実現できた。
日産3000トンの造粒器の噴流管ノズルを三角配置にし、かつ間隔を狭め、面積効率を上げた。流動空気線速等を比較例1と同様に表2に示した。表2に示すように、実施例2では、比較例1に比べ、日産1トンあたりの低床面積を約21%削減でき、かつ流動空気線速を秒速2.0メートルから2.5メートルに増加できた。
(a)従来の四角配置ノズルの場合と比較して同じ本数のノズルを設置する場合は、底床面積が少なくてすむため、造粒装置が小型化でき、ブロワ、ダクト等もより小型のものが使用可能であり、
2 下部空気供給管
3、4、5 空気供給管
6、7、8、600、700、800 ノズル
9 底床
10 舞い上がった伏態
11 空間
12 レベル(流動床)
13 フルイ
14 製品
15 粉砕器
16 ダスト捕集装置
17 尿素
21 濃縮装置
22 ポンプ
23〜43、240 ライン
44 噴流床
51 ノズル
52 底床(多孔板)
53 邪魔板
61 多孔板
62 開口部(開孔部)
60 空間
70 成長した製品
200、201 邪魔板
Claims (7)
- 多孔板を底部とする造粒部の底床と、流動用空気を当該造粒部の当該底床に供給する空気供給管と、当該多孔板からなる底床で開口するようにして設けられた高圧空気を補助気体として用いた溶融状、溶液状、又はスラリー状の造粒原料液噴射用ノズルとを有してなる造粒装置であって、
前記底床における当該ノズルの配置が三角配置として構成されており、供給された造粒部中の核に対して前記噴射用ノズルから造粒原料液を噴射して造粒するようにし、
前記供給された造粒部中の核に対して前記噴射用ノズルから造粒原料液を噴射して造粒するにあたり、前記多孔板は、開口された孔を通過する流動用空気の流れ方向が、垂直軸に対し粒子の流れ方向に傾斜角度を有するように開口されていることを特徴とする造粒装置。 - 前記多孔版は断面において波状にされ、その前記粒子の流れ方向に向かって下り坂となる傾斜部分に前記孔が開口されていることを特徴とする請求項1に記載の造粒装置。
- 前記ノズルの三角配置が、
複数のノズルが前記粒子の流れの方向に直交して並列する複数条の列をなし、互いに隣接するノズル列におけるノズルが、前記粒子の流れの方向にみて重ならないように配置された千鳥配置であることを特徴とする請求項1又は2に記載の造粒装置。 - 前記流動用空気の流動線速が2.0〜3.5m/sであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の造粒装置。
- 前記三角配置された前記噴射用ノズルのピッチが0.2〜0.5mであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の造粒装置。
- 尿素又は尿素・硫酸アンモニウムを造粒することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の造流装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の造粒装置を用い、供給された造粒部中の核に対して前記三角配置された噴射用ノズルから造粒原料液を噴射し、かつ前記傾斜角度を有する開口から空気を供給して造粒することを特徴とする造粒方法。
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