PL208979B1 - Urządzenie rozpylające do granulacji roztopionego materiału w złożu fluidalnym, (54) sposób przygotowywania stałych granulek w złożu fluidalnym oraz sposób wytwarzania stałych granulek z ciekłego materiału w złożu fluidalnym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie rozpylające do granulacji roztopionego materiału w złożu fluidalnym, sposób przygotowywania stałych granulek w złożu fluidalnym oraz sposób wytwarzania stałych granulek z ciekłego materiału w złożu fluidalnym.

Uściślając, wynalazek dotyczy dysz rozpylających stosowanych w celu dostarczania cieczy, w której zachodzi rozrost granulek, poprzez rozpylanie cieczy w złoż u fluidalnym stałych cząstek, na które są rozpylane mikroskopijne kropelki cieczy.

Proces granulacji złoża fluidalnego, pierwotnie zaprojektowany przez Nederlandse Stikstof Maatschappij, znany później jako proces NSM, a obecnie jako proces HFT (Hydro Fertilizer Technology), wykazał się wielkimi zaletami względem innych procesów służących do granulacji nawozów takich jak mocznik i saletra amonowa, patrz np. opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5653781. Proces granulacji HFT łączy w sobie bardzo wysoką wydajność z doskonałymi właściwościami produktu i niskim zużyciem energii. Aby to osiągnąć, sprawą najważniejszą jest sposób rozpylania cieczy do granulacji w złożu fluidalnym. Konstrukcja dysz, w których jest rozpylana ciecz, wpływa na wielkość przepływu cieczy - a tym samym na wydajność granulatora - jak również na ciśnienie i objętościowe natężenie przepływu gazu rozpylającego, konieczne do utrzymania końcówek natryskowych z ciągłą i równomierną mgieł k ą , bez zbrylania i niepo żądanych zakł óceń zł o ż a fluidalnego. I wreszcie, konstrukcja dyszy wpływa także na zużycie energii przez granulator, poprzez jej parametry przepływu i ciś nienie.

Znane ze stanu techniki urządzenia rozpylające (dysze) są zwykle dyszami rozpylającymi typu dwuskładnikowego, w których gaz, np. powietrze, wykorzystuje się do rozpylania cieczy przeznaczonej do granulacji. Zasadniczo gaz i ciecz można wprowadzać przez dyszę w tej samej pojedynczej rurze bądź też gaz i ciecz można wprowadzać oddzielnie, np. przez współśrodkowe rury tak, że mieszanie zachodzi tylko w otworze dyszy i za nim. Celem tej zasady jest skuteczne mieszanie gazu i cieczy, jednorodne i małe rozmiary cząstek cieczy i odpowiednia geometria wynikowej tryskającej mgiełki lub strumienia tak, aby rozpylona ciecz (mikroskopijne kropelki) zbierała się w sposób ciągły i równomierny na granulkach utworzonych w złoż u fluidalnym.

Większość dostępnych rozwiązań dysz nie została zaprojektowana do stosowania w wysokowydajnej granulacji. Dysze do granulacji muszą być zdolne do przepuszczania skoncentrowanych roztworów (do 99%) albo roztopionych materiałów, bez zatykania się albo innych problemów wpływających destrukcyjnie na proces produkcji. Równocześnie występują istotne różnice pomiędzy poszczególnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi pod względem zużycia energii przez proces, wydajności (przerobu produktu) oraz jakości uformowanych granulek. Istniejące i wcześniej znane dysze wymagają względnie wysokiego poziomu gazu rozpylającego pod wysokim ciśnieniem, co oznacza duże zużycie energii.

Dysze do stosowania w procesie granulacji ujawniono np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4701353. Dysze te mają centralny kanał, którym jest dostarczany ciekły materiał, oraz kanał współśrodkowy z poprzednim, przez który płynie silny strumień gazu. Ciecz przepływa przez komorę wirową, zanim zmiesza się ze strumieniem gazu. Dysza może także mieć współśrodkowy kanał zewnętrzny do dostarczania strumienia gazu o niższej energii. Ta konstrukcja dyszy ma jednak ograniczenia w zakresie przepustowości cieczy i energii wymaganej zarówno do nebulizacji albo rozpylania cieczy na odpowiednie kropelki, jak i równocześnie do fluidyzacji kropelek w odpowiednio ukształtowanej końcówce, w której będzie zachodzić rozrost cząstek. Komora wirowa ujawniona w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4701353 będzie służyć jedynie do nadania cieczy ruchu śrubowego, podczas gdy komora mieszania nowatorskiego urządzenia opisanego w dalszym cią gu bę dzie umoż liwiać gruntowne mieszanie gazu rozpylają cego i cieczy, zanim mgieł ka opuści wylotowy otwór dyszy. Tym samym energia kinetyczna z gazu i cieczy zostaje optymalnie wykorzystana. Nowatorskie urządzenie i sposób opisany w niniejszym dokumencie wykazują wysoką wydajność granulacji i niskie zużycie energii, wielokrotnie lepsze niż wartości wymienione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4701353. W przypadkach, w których na dyszy montuje się drugą współśrodkową rurę gazową, tak jak to opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4701353 (patrz zastrzeżenie 5), rozwiązanie takie komplikuje niepotrzebnie urządzenie w porównaniu z urządzeniem opisanym w dalszym ciągu, ponieważ nowatorskie urządzenie i sposób wykorzystują część dostarczanego gazu fluidyzacyjnego w dodatkowym tryskaj ącym strumieniu gazu, prowadzonym kanałem wokół dyszy.

PL 208 979 B1

Międzynarodowe zgłoszenie patentowe WO 02083320 także opisuje dyszę do stosowania w granulatorach złoża fluidalnego. Ma ona centralne doprowadzenie cieczy, gdzie następnie ciecz jest doprowadzana przez urządzenie wirowe do wewnętrznej komory mieszania. Gaz doprowadza się do komory mieszania przez szereg otworów w ściance w dolnej części komory mieszania. Dokument ten nie ujawnia jednak żadnych przykładów ani rysunków dotyczących możliwości praktycznego zastosowania opisanej konstrukcji, podczas gdy nowatorskie urządzenie i sposób opisane w dalszym ciągu sprawdziły się poprzez wysoką wydajność produkcji, dobre parametry jakościowe produktu i niskie zużycie energii w porównaniu z którymkolwiek z innych, wcześniej opisanych rozwiązań konstrukcyjnych.

Celem wynalazku jest uzyskanie procesu granulacji o zmniejszonym zużyciu energii i lepszej wydajności granulacji, oba te czynniki zaś obniżają koszty zmienne procesu granulacji. Innym celem wynalazku jest uzyskanie granulek lepszej jakości.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie rozpylające do granulacji roztopionego materiału w złożu fluidalnym, mające dyszę z kanałem zasilającym dla cieczy przeznaczonej do rozpylania, w którym ciecz jest doprowadzana przez środki do emulgowania do wewnętrznej komory mieszania dla gazu i cieczy, przed doprowadzeniem jej do złoża fluidalnego, przy czym dysza ma oddzielny kanał dla gazu rozpylającego, znajdujący się współśrodkowo wokół centralnego kanału zasilającego dla cieczy przeznaczonej do rozpylania albo nebulizacji, przy czym komora mieszania otacza strefę wylotową mgiełki cieczy ze środków do emulgowania i gazu, umożliwiając skuteczne mieszanie gazu i cieczy rozpylonych z dużą prędkością, charakteryzuje się tym, że komora mieszania ma zewnętrzną nasadkę dla gazu, w której gaz fluidyzujący jest doprowadzany do końcówki ponad urządzeniem rozpylającym, przy czym nasadka jest stożkowa i jest zamontowana na perforowanej płycie dolnej, współśrodkowo wokół dyszy.

Korzystnie komora mieszania jest walcowa z górną stożkową częścią.

Korzystnie stosunek pomiędzy długością a średnicą komory mieszania zawiera się w zakresie od 0,5 do 5, korzystniej od 1 do 4, a stosunek pomiędzy długością a średnicą otworu zawiera się w zakresie od 0,1 do 2, korzystniej od 0,25 do 1.

Korzystnie komora mieszania jest stożkowa.

Korzystnie, nasadka dla gazu ma wysokość 10 - 200 mm ponad płytą dolną, korzystniej 20 - 100 mm.

Korzystnie, nasadka dla gazu ma średnicę górnego otworu 20 - 150 mm i średnicę dolnego otworu 30 - 300 mm, korzystniej odpowiednio 35 - 100 mm i 40 - 200 mm.

Zgodny z wynalazkiem sposób przygotowywania stałych granulek w złożu fluidalnym, zgodnie z którym ciekły materiał rozpyla się dostarczając gaz rozpylający i wtryskuje się do złoż a fluidalnego przez dysze rozpylające zamontowane pionowo i zgodnie z którym złoże fluidalne utrzymuje się za pomocą gazu fluidyzacyjnego wdmuchiwanego do góry przez perforowaną płytę pod złożem, charakteryzuje się tym, że część gazu fluidyzacyjnego kieruje się przez nasadkę dla gazu otaczającą dyszę z wytworzeniem tryskają cego strumienia gazu ponad urzą dzeniem rozpylaj ą cym.

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania stałych granulek z ciekłego materiału w złożu fluidalnym poprzez zastosowanie dyszy z kanałem zasilającym dla cieczy przeznaczonej do rozpylania, zgodnie z którym ciecz doprowadza się przez środki do emulgowania do wewnętrznej komory mieszania dla gazu i cieczy, przed wtryśnięciem rozpylonej cieczy w górę do płynnej warstwy złoża, charakteryzuje się tym, że gaz rozpylający kieruje się do komory mieszania kanałem współśrodkowo z cieczą i wprowadza do komory mieszania otaczają cej otwory wylotowe zarówno cieczy, jak i gazu, umożliwiając skuteczne mieszanie gazu i cieczy rozpylonych z dużą prędkością, przy czym część gazu fluidyzacyjnego doprowadza się przez nasadkę dla gazu otaczającą dyszę, wytwarzając w ten sposób tryskający strumień gazu powyżej urządzenia rozpylającego.

Urządzenie rozpylające można wykorzystać do wytwarzania granulek mocznika oraz innych nawozów, takich jak azotan amonowo-wapniowy, saletra amonowa, siarczan amonowy oraz ich mieszaniny.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia różnice zasady działania pomiędzy dotychczasowymi konstrukcjami a nowatorską konstrukcją dyszy; fig. 2 - konstrukcję nasadki dla gazu i położenie nasadki dla gazu współśrodkowo na zewnątrz dyszy; fig. 3 - konstrukcję dyszy z walcową komorą mieszania; fig. 4 - konstrukcję dyszy ze stożkową komorą mieszania.

W procesie granulacji ciecz rozpyla się do złoża fluidalnego przez dysze rozpylające zamontowane pionowo i wtryskujące rozpyloną ciecz pionowo do warstwy złoża fluidalnego. Warstwę fluidalną utrzymuje się za pomocą gazu fluidyzacyjnego wdmuchiwanego do góry przez perforowaną płytę pod

PL 208 979 B1 złożem. Dysze są umieszczone w otworach w tej płycie, przy czym ich otwory znajdują się w pewnej odległości, np. 5 - 100 mm ponad płytą.

Konstrukcja dysz, w których jest rozpylana ciecz, wpływa na wielkość przepływu cieczy, a tym samym na wydajność granulatora. Wpływa ona także na ciśnienie i objętościowe natężenie przepływu gazu rozpylającego, konieczne do utrzymania końcówek z ciągłą i jednorodną mgiełką, bez niepożądanego zbrylania i zakłóceń złoża fluidalnego. I wreszcie, konstrukcja dyszy wpływa także na zużycie energii przez granulator poprzez jego parametry przepływu gazu. Ma to bezpośredni wpływ na zmienne koszty pracy. Dysza powinna rozpylać ciecz na kropelki żądanej wielkości, w przybliżeniu 50 - 100 μm w przypadku roztopionego materiału jednofazowego. Równocześnie dysza powinna odparowywać pewną ilość wody, nie powodując przedwczesnego zestalania się. Powinna ona także rozprowadzać i dostarczać kropelek do złoża i równocześnie powinna przyczyniać się do ruchu wokół dyszy i wymiany masy w złożu.

Główną cechą nowatorską wynalazku jest wykorzystanie gazu fluidyzacyjnego o małej energii do zastąpienia dużej części wymaganego gazu rozpylającego pod wysokim ciśnieniem. Uzyskuje się to dzięki skierowaniu gazu fluidyzacyjnego specjalnie skonstruowaną nasadką dla gazu otaczającą dyszę, tworząc w ten sposób tryskający strumień gazu. Nowatorska komora mieszania przed otworem dyszy poprawia wewnętrzne mieszanie gazu i cieczy w procesie rozpylania w dyszy.

Rozdzielenie gazu na dwie odpowiednio dobrane funkcje daje swobodę w zakresie rozdzielania czterech kluczowych funkcji w rozpylaniu i ruchu.

Rozpylanie

1) Rozpylanie realizuje się przy minimalnym zużyciu energii, wystarczającym do wytworzenia kropelek i dostarczenia ich do złoża.

2) Żądane natężenie parowania można odpowiednio dopasować, stosownie do właściwości roztopionego materiału, a mianowicie zawartości wody, ciepła krystalizacji, charakterystyki przechłodzenia i krzywej krystalizacji.

Oddziaływanie

3) Transport kropelek i kształt tryskającego strumienia jest dostosowany do wymiarów geometrycznych złoża, przy czym kluczowe znaczenie ma głębokość złoża.

4) Oddziaływanie jest także dobrane w taki sposób, aby uzyskać transport masy cząstek zarodkowych w obszarze tryskającego strumienia.

Wynalazek doprowadził do tego, że parametry jakościowe granulek i wydajność granulacji można utrzymać, a nawet poprawić, podczas gdy zużycie energii zostaje znacznie zmniejszone w porównaniu z dyszami używanymi do tej pory w granulacji. Zmniejszone zużycie energii uzyskuje się dzięki temu, że gaz rozpylający może działać pod niższym ciśnieniem, bez zwiększania całkowitej ilości gazu fluidyzacyjnego. Rozwiązanie to umożliwia jeszcze uzyskanie wysokiej przepustowości roztopionego materiału i doskonałych właściwości fizycznych granulek.

Na fig. 1 przedstawiono różnicę zasady działania pomiędzy znanym rozwiązaniem konstrukcyjnym a nowatorską konstrukcją według niniejszego wynalazku. W znanym rozwiązaniu konstrukcyjnym (przypadek I), mieszanie cieczy (L) i gazu rozpylającego (G1) ma miejsce w złożu fluidalnym wskutek zewnętrznego oddziaływania gazu (G1) na ciecz (L). W nowej konstrukcji dyszy (przypadek II), wewnętrzne mieszanie gazu (G2) i cieczy (L) ma miejsce w komorze mieszania. Równocześnie część gazu rozpylającego zastępuje się gazem fluidyzacyjnym (G3) doprowadzanym do tryskającego strumienia w złożu fluidalnym poprzez nowatorską nasadkę dla gazu zamontowaną współśrodkowo na zewnątrz dyszy. Część gazu rozpylającego zostaje w ten sposób zastąpiona gazem fluidyzacyjnym (G3) dostarczanym za pośrednictwem nasadki dla gazu. Wymaganą ilość gazu rozpylającego znacząco zmniejszono w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi dysz, jak to będzie pokazane na przykładach (od 80 - 250 kg/h do 32 kg/h).

Na fig. 2A przedstawiono konstrukcję i współśrodkowe położenie nasadki dla gazu na zewnątrz dyszy. Fig. 2B przedstawia przekrój poziomy wzdłuż linii A-A. Nasadka 1 dla gazu w kształcie stożka jest zamontowana współśrodkowo wokół dyszy 2 na perforowanej płycie dolnej 3 i wystawiona na działanie gazu fluidyzacyjnego. Górna średnica urządzenia w postaci nasadki dla gazu jest mniejsza niż dolna średnica, a pomiędzy zewnętrzną ścianką dyszy a nasadką dla gazu istnieje wolna przestrzeń dla przepływu gazu. Ilość gazu przepływająca przez nasadkę dla gazu będzie wystarczająca do wytworzenia zdolnego do istnienia tryskającego strumienia gazu w złożu granulatora. Prędkość gazu w nasadce dla gazu jest określona przez poziome pole pomiędzy dyszą a nasadką dla gazu, górną średnicę otworu nasadki dla gazu i średnicę dolnego wlotu nasadki dla gazu. Masowe natężenie przepływu gazu

PL 208 979 B1 fluidyzacyjnego na metr kwadratowy poziomej powierzchni złoża pozostaje prawie niezmienione w porównaniu ze znanymi konstrukcjami.

Fig. 3 przedstawia nową konstrukcję dyszy z walcową komorą mieszania. Stosunek długości do średnicy (L/D) komory mieszania można zmieniać w sposób pokazany na rysunku. Na rysunku pominięto przewody zasilające, perforowaną dolną płytę granulatora i stożkową nasadkę zamontowaną współśrodkowo z dyszą na dolnej płycie. Dysza 2 składa się z centralnego kanału zasilającego 4, który na jednym końcu A łączy się z przewodem cieczy pominiętym na rysunku, a na drugim końcu B prowadzi do komory mieszania 5. Wewnątrz, pomiędzy końcami A i B są zamontowane środki 6 do emulgowania w postaci urządzenia wirowego, tak aby prowadzać przepływ od końca A do końca B ruchem śrubowym. Ponadto urządzenie rozpylające ma kanał 7, który znajduje się współśrodkowo wokół centralnego kanału zasilającego 4 dla cieczy. Kanał 7 jest podłączony na jednym końcu do przewodu gazowego, pominiętego na rysunku, na drugim końcu zaś ma 5-15 okrągłych otworów 8, prowadzących do komory mieszania 5. Te dwa ciągłe strumienie są doprowadzane do wnętrza komory mieszania równocześnie: ciecz sprzyjająca rozrostowi granulek przez otwór przy końcu B i strumień gazu przez otwory 8. W tej komorze mieszania można wytworzyć emulsję gazu w cieczy. Rozprężanie się przez otwór 9 przekształca emulsję w kropelki o średnicy 50 - 100 μτη, które są odpowiednie dla rozrostu granulek w złożu fluidalnym.

Fig. 4 przedstawia dyszę ze stożkową komorą mieszania 5. Inne części dyszy są takie same jak na fig. 3.

Z literatury (Lefebvre A. H.: Atomization and sprays, Taylor & Francis, 1989, str. 214-215 i str. 232, (ISBN: 0-89116-603-3)) wynikałoby, że l/d (długość/średnica) otworu i stosunek L/D (długość/średnica) komory mieszania są ważnymi czynnikami dla tworzenia kropelek cieczy. W oparciu o te założenia i nasze własne odkrycia, stosunek L/D powinien zawierać się w zakresie od 0,5 do 5, a stosunek l/d w zakresie od 0,1 do 2 w celu skutecznego uzyskiwania kropelek o przeciętnej średnicy poniżej 100 μτη. Korzystnie, L/D powinno się zawierać w zakresie od 1 do 4, a l/d od 0,25 do 1.

Dla nowych konstrukcji dysz obliczono także sprawność energetyczną. Zastosowano typowe i powszechnie znane równania, patrz Perry's Chemical Engineers' Handbook, rozdział „termodynamika”.

W = Φμ * Cp * ΔΤ [kJ/s]

ΔΤ = T2 - T i T2 = T * (p2/p₁) ^(k-1/k) [K]

Φ_μ = masowe natężenie przepływu roztopionego materiału

Cp = ciepło właściwe gazu [kJ/K kg]

T1 = temperatura otoczenia

T2 = temperatura za wentylatorem p1 = ciśnienie gazu przed wentylatorem p2 = ciśnienie gazu za wentylatorem k = stała gazowa

Do obliczeń przyjęto następujące założenia:

Warunki adiabatyczne

Temperatura powietrza w otoczeniu: 25°C

Strata ciśnienia: 5000 Pa

Sprawność wentylatora: 0,80

Według obliczeń możliwe jest zmniejszenie zużycia energii dopływu powietrza rozpylającego i fluidyzacyjnego o około 50%. Zmniejszenie energii, jakie w rzeczywistości się uzyskuje stosując nowatorskie urządzenie rozpylające, przedstawiono poniżej w przykładzie 1.

Parametry: zawartość wilgoci, gęstość i wytrzymałość na zgniatanie granulek mocznika wytworzonych przy pomocy nowatorskiej konstrukcji dyszy mają porównywalne albo lepsze wartości w porównaniu z granulkami wytwarzanymi za pomocą istniejących konstrukcji. Zilustrowano to za pomocą poniższych przykładów.

Stwierdzono doświadczalnie, że przy zastosowaniu dyszy z wewnętrzną komorą mieszania gazu/cieczy zamiast dyszy z zewnętrznym mieszaniem gazu/cieczy, możliwe jest wytwarzanie granulek o lepszych właściwościach chemicznych i fizycznych przy mniejszym zużyciu energii.

W urządzeniach do granulacji, zwłaszcza do mocznika i saletry amonowej, ważne jest także osiągnięcie wysokiej wydajności produkcji, uniknięcie konieczności instalowania więcej niż jednego urządzenia granulacyjnego w zespole syntezy, przy równoczesnym zminimalizowaniu kosztów zmiennych.

PL 208 979 B1

W dalszym cią gu wynalazek zostanie zilustrowany za pomocą przykładów opisują cych granulację mocznika. W przykładach przedstawione zostaną uzyskane wartości parametrów jakościowych produktu, jak również zużycie energii dla szeregu dysz opartych o nowatorską konstrukcję.

Przykłady zrealizowano w opisanych niżej warunkach.

Granulator wyposażono pośrodku w eksperymentalną dyszę. Stożkowa nasadka dla gazu miała dolną średnicę 105 mm i górną średnicę 50 mm. Zamontowano ją na płycie sitowej z otworami o średnicy 2 mm z udziałem otworów 4,5%. Ilość powietrza przepływająca przez tę nasadkę dla gazu była równa 248 Nm³/h pod ciśnieniem zasilania równym ciśnieniu gazu fluidyzacyjnego (powietrza) wynoszącym około 800 mmH2O w temperaturze 40°C. Granulację prowadzono w normalnych typowych warunkach granulacji mocznika, z roztopionym 96-procentowym mocznikiem zawierającym 0,55% wagowo formaldehydu, o temperaturze około 132°C. Urządzenie zasilano gazem fluidyzacyjnym koniecznym do utrzymania złoża w ruchu, a także do wytworzenia tryskającego strumienia przez „otwór wytryskowy” nasadki dla gazu. Gaz rozpylający o natężeniu przepływu 32 kg/h i temperaturze 142°C doprowadzano razem z roztopionym materiałem do komory mieszania dyszy.

Parametry jakościowe produktu, takie jak zawartość wilgoci, gęstość, wytrzymałość na zgniatanie granulek o średnicy 2,5 - 4,5 mm przeanalizowano dla każdego badania dyszy. Podczas badań stosowano różne natężenia przepływu cieczy: 250, 350 i 450 l/h. Każdą próbę granulacji przeprowadzono co najmniej dwukrotnie.

Za pomocą tego rodzaju dyszy można także wytwarzać produkty azotanowe o zawartości N równej 33,5% i 27%.

P r z y k ł a d 1 - dysza z walcową komorą mieszania L/D = 2,75

W tym przykł adzie zastosowano urzą dzenie rozpylają ce typu H5, jak pokazane na fig. 3, mają ce stosunek L/D komory mieszania równy 2,75. Wyniki porównano z doświadczeniami przeprowadzonymi z użyciem dysz znanych ze stanu techniki.

T a b e l a 1 - Parametry robocze

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska L/D=2,75
Prz. A	Prz. B	Prz. A	Prz. B
Strumień zasilający mocznika	kg/h	540	450	540	454
Ciśnienie strumienia mocznika	bar	1,4	1,3	2,1	1,8
Natężenie przepływu gazu fluidyzacyjnego (powietrza)	kg/m2h	7952	7952	8107	8107
Ciśnienie gazu fluidyzacyjnego	mmH2O	800	800	800	800
(powietrza)	bar	0,08	0,08	0,08	0,08
Natężenie przepływu tryskającego strumienia gazu (powietrza)	kg/h	-	-	320	320
Natężenie przepływu gazu rozpylającego (powietrza)	Nm3/h	252	252	32	32
Ciśnienie gazu rozpylającego (powietrza)	bar	0,5	0,5	1,9	1,5

T a b e l a 2 - Uzyskane właściwości produktu, mocznika

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska L/D=2,75
Prz. A	Prz. B	Prz. A	Prz. B
Wilgoć	%	0,26	0,23	0,20	0,19
Gęstość	kg/l	1,216	1,23	1,237	1,25
Wytrzymałość na zgniatanie	kg	4,40	4,44	4,95	5,03
Ścieranie	mg/kg	800	650	175	195

PL 208 979 B1

T a b e l a 3 - Zużycie energii

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska L/D=2,75
Doświadczenie A
Zużycie energii (Wt) (kWh na tonę produktu)	27	13

Zużycie energii obliczono w sposób opisany w dokumencie. Powietrze wykorzystuje się jako gaz fluidyzacyjny i rozpylający, dlatego też k = 1,40 i Cp = 1,04 skorygowane ze względu na wilgotność powietrza.

P r z y k ł a d 2 - dysza z walcową komorą mieszania L/D = 1

Zasada działania i konstrukcja takie same jak opisano w przykładzie 1, za wyjątkiem długości komory mieszania. W tej konstrukcji długość komory mieszania wynosi 20 mm zamiast 55 mm, toteż stosunek L/D zmienił się z 2,75 na 1. Wyniki porównano z doświadczeniami przeprowadzonymi z użyciem dysz znanych ze stanu techniki.

T a b e l a 4 - Parametry robocze

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska L/D = 1
Prz. A	Prz.B
Strumień zasilający mocznika	kg/h	540	450	450
Ciśnienie strumienia mocznika	bar	1,4	1,3	1,8
Natężenie przepływu gazu fluidyzacyjnego (powietrza)	kg/m2h	7952	7952	8107
Ciśnienie gazu fluidyzacyjnego	mmH2O	800	800	800
(powietrza)	bar	0,08	0,08	0,08
Natężenie przepływu tryskającego strumienia gazu (powietrza)	kg/h	-	-	320
Natężenie przepływu gazu rozpylającego (powietrza)	kg/h	252	252	32
Ciśnienie gazu rozpylającego (powietrza)	bar	0,5	0,5	1,5

T a b e l a 5 - Uzyskane właściwości produktu, mocznika

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska L/D = 1
Prz. A	Prz. B
Wilgoć	%	0,26	0,23	0,18
Gęstość	kg/l	1,216	1,23	1,24
Wytrzymałość na zgniatanie	kg	4,40	4,44	4,75
Ścieranie	mg/kg	800	650	140

P r z y k ł a d 3 - dysza ze stożkową komorą mieszania

W tym przykładzie zastosowano urzą dzenie rozpylają ce ze stoż kową komorą mieszania, jak pokazano na fig. 4. Stosunek L/D dyszy wynosił 2,75. Wyniki porównano z doświadczeniami przeprowadzonymi z użyciem dysz znanych ze stanu techniki.

Ta dysza z komory mieszania o stożkowym kształcie ma także 12 otworów (D) wlotowych gazu, które są usytuowane pod kątem skierowanym w stronę kierunku obrotu wiru cieczy. Skonstruowano je w celu nadania gazowi rozpylającemu rotacji w kierunku przeciwnym do cieczy, w celu uzyskania maksymalnego oddziaływania gazu na strumień cieczy.

PL 208 979 B1

T a b e l a 6 - Parametry robocze

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska Stożkowa
		Prz. A	Prz. B
Strumień zasilający mocznika	kg/h	540	450	375
Ciśnienie zasilania mocznika	bar	1,4	1,4	1,9
Natężenie przepływu gazu fluidyzacyjnego (powietrza)	kg/m2h	7952	7952	8107
Ciśnienie gazu fluidyzacyjnego	mmH2O	800	800	800
(powietrza)	bar	0,08	0,08	0,08
Natężenie przepływu tryskającego strumienia gazu (powietrza)	kg/h	-	-	320
Natężenie przepływu gazu rozpylającego (powietrza)	kg/h	252	252	32
Ciśnienie gazu rozpylającego (powietrza)	bar	0,5	0,5	1,7

T a b e l a 7 - Uzyskane właściwości produktu, mocznika

Dysza	Konstrukcja HFT (stan techniki)	Konstrukcja nowatorska Stożkowa
Prz. A	Prz. B
Wilgoć	%	0,26	0,23	0,21
Gęstość	kg/l	1,216	1,23	1,20
Wytrzymałość na zgniatanie	kg	4,40	4,44	4,51
Ścieranie	mg/kg	800	650	1430

Dzięki zastosowaniu nowej konstrukcji dyszy w procesie granulacji możliwe jest wytwarzanie granulek przy mniejszym zużyciu energii, z lepszą jakością i ze zwiększoną wydajnością.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie rozpylające do granulacji roztopionego materiału w złożu fluidalnym, mające dyszę z kanałem zasilającym dla cieczy przeznaczonej do rozpylania, w którym ciecz jest doprowadzana przez środki do emulgowania do wewnętrznej komory mieszania dla gazu i cieczy, przed doprowadzeniem jej do złoża fluidalnego, przy czym dysza ma oddzielny kanał dla gazu rozpylającego, znajdujący się współśrodkowo wokół centralnego kanału zasilającego dla cieczy przeznaczonej do rozpylania albo nebulizacji, przy czym komora mieszania otacza strefę wylotową mgiełki cieczy ze środków do emulgowania i gazu, umożliwiając skuteczne mieszanie gazu i cieczy rozpylonych z dużą prędkością, znamienne tym, że komora mieszania (5) ma zewnętrzną nasadkę (1) dla gazu, w której gaz fluidyzujący jest doprowadzany do końcówki ponad urządzeniem rozpylającym, przy czym nasadka (1) jest stożkowa i jest zamontowana na perforowanej płycie dolnej (3), współśrodkowo wokół dyszy (2).
2. 2. Urządzenie rozpylające według zastrz. 1, znamienne tym, że komora mieszania (5) jest walcowa z górną stożkową częścią.
3. 3. Urządzenie rozpylające według zastrz. 2, znamienne tym, że stosunek pomiędzy długością (L) a średnicą (D) komory mieszania (5) zawiera się w zakresie od 0,5 do 5, a stosunek pomiędzy długością (I) a średnicą (d) otworu (9) zawiera się w zakresie od 0,1 do 2.

   PL 208 979 B1
4. 4. Urządzenie rozpylające według zastrz. 2, znamienne tym, że stosunek pomiędzy długością (L) a średnicą (D) komory mieszania (5) zawiera się w zakresie od 1 do 4, a stosunek pomiędzy długością (I) a średnicą (d) otworu (9) zawiera się w zakresie od 0,25 do 1.
5. 5. Urządzenie rozpylające według zastrz. 1, znamienne tym, że komora mieszania (5) jest stożkowa.
6. 6. Urządzenie rozpylające według zastrz. 1, znamienne tym, że nasadka (1 dla gazu ma wysokość 10 - 200 mm ponad płytą dolną (3), korzystnie 20 - 100 mm.
7. 7. Urządzenie rozpylające według zastrz. 1, znamienne tym, że nasadka (1) dla gazu ma średnicę górnego otworu 20 -150 mm i średnicę dolnego otworu 30 - 300 mm, korzystnie odpowiednio 35 - 100 mm i 40 - 200 mm.
8. 8. Sposób przygotowywania stałych granulek w złożu fluidalnym, zgodnie z którym ciekły materiał rozpyla się dostarczając gaz rozpylający i wtryskuje się do złoża fluidalnego przez dysze rozpylające zamontowane pionowo i zgodnie z którym złoże fluidalne utrzymuje się za pomocą gazu fluidyzacyjnego wdmuchiwanego do góry przez perforowaną płytę pod złożem, znamienny tym, że część gazu fluidyzacyjnego kieruje się przez nasadkę (1) dla gazu otaczającą dyszę z wytworzeniem tryskającego strumienia gazu ponad urządzeniem rozpylającym.
9. 9. Sposób wytwarzania stałych granulek z ciekłego materiału w złożu fluidalnym poprzez zastosowanie dyszy z kanałem zasilającym dla cieczy przeznaczonej do rozpylania, zgodnie z którym ciecz doprowadza się przez środki do emulgowania do wewnętrznej komory mieszania dla gazu i cieczy, przed wtryśnięciem rozpylonej cieczy w górę do płynnej warstwy złoża, znamienny tym, że gaz rozpylający kieruje się do komory mieszania (5) kanałem (7) współśrodkowo z cieczą i wprowadza do komory mieszania otaczającej otwory wylotowe zarówno cieczy, jak i gazu, umożliwiając skuteczne mieszanie gazu i cieczy rozpylonych z dużą prędkością, przy czym część gazu fluidyzacyjnego doprowadza się przez nasadkę (1) dla gazu otaczającą dyszę (2), wytwarzając w ten sposób tryskający strumień gazu powyżej urządzenia rozpylającego.