СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИМИЗИРОВАННОГО ГРАНУЛЯТА
METHOD OF PRODUCING OPTIMIZED GRANULATE

Настоящее изобретение относится к способу получения оптимизированного гранулята.
При изготовлении сферических гранулятов, прежде всего, гранулятов с размерами (крупностью) гранул, в общем, менее чем 1 мм, как правило, применяются термические способы грануляции. При этом более крупные твердые материалы смешиваются с большим количеством жидкости и размалываются в мельницах для мокрого размола.
В качестве альтернативы этому, мелкие порошки смешивают с жидкостью в суспензию. Затем ее гранулируют в распылительной сушилке, причем для этого суспензию распыляют с помощью системы сопел или швыряльных дисков в горячей атмосфере. Возникающие капельки сушат в сушильной камере горячим воздухом, который подают противотоком относительно капелек. Содержащиеся в капельках частицы связываются и образуют грануляты. На остаточную влажность и гранулометрический состав гранулята можно, среди прочего, оказывать влияние посредством геометрии сопел и технологических параметров. Преимущество этого пользующегося популярностью в течение десятилетий способа состоит в высоком выходе гранулята в диапазоне 100-800 мкм. Недостатком этого способа, однако, является необходимое для распылительного процесса большое количество жидкости, которая сначала должна быть подана в твердое вещество, а затем должна быть снова почти полностью высушена.
Для изготовления облицовочных керамических плиток, например, необходимо распылять материалы с влажностью 35%, причем для дальнейшей обработки требуется конечная влажность всего лишь 6%. Производительность типичных оросительных колонн при этом применении составляет от 10 до 30 т в час.
В качестве еще одной альтернативы, уже имеется способ мокрой грануляции в смесителе-грануляторе. В смесителе-грануляторе сухая смесь увлажняется путем добавления жидкости, а затем под срезающей нагрузкой и при образовании жидкостных перемычек между частицами образуются грануляты. В смесителе-грануляторе в резервуаре расположена мешалка, причем в одной особой форме осуществления резервуар и мешалка вращаются относительно друг друга. Необходимая для процесса грануляции влага добавляется, например, в виде пастообразной массы, в виде суспензии или чистой жидкости в форме струи или в распыленном виде через сопла и ее явно меньше, чем влаги, которая необходима для процесса распыления в распылительной сушилке.
Так, при изготовлении гранулятов для керамической плитки содержание влаги при распылении в оросительной колонне составляет около 35%, в то время как в смесителе-грануляторе оно, как правило, составляет около 11-13%, то есть около одной трети.
Это ведет к значительной экономии затрат, так как явно уменьшен расход воды, и поэтому является возможной более быстрая и намного более благоприятная последующая необходимая сушка.
Недостатком способа гранулирующего смешения является то, что в зависимости от размеров машины и используемых гранулирующих инструментов достигается гранулометрический состав гранулята в диапазоне от 0,1 до 0,2 мм, в то время как выход гранулятов в диапазоне < 1 мм в зависимости от типа, размеров машины и сырья величиной от 30 до 60% ниже по сравнению с изготовлением гранулята в оросительной колонне.
Поэтому, резюмируя, можно констатировать, что получение гранулята в смесителе-грануляторе хотя и является явно более экономичным, так как используется существенно меньше воды, которую иначе затратно приходится снова удалять, но в то же время дает худший гранулометрический состав.
Поэтому уже является обычным, полученный в смесителе-грануляторе гранулометрический состав после получения сушить до желательной конечной влажности и отделять фракцию избыточного размера (избыточной крупности), то есть гранулы с размером гранул выше желательного максимального размера, и высушенном состоянии измельчать и снова возвращать в смеситель-гранулятор. Однако фракция избыточного размера, в зависимости от применения, в случае со смесителями-грануляторами может составлять долю от 40 до 70%, что означает, что примерно половина гранулята после изготовления повторно измельчается и снова подается в смеситель-гранулятор. В результате этого большая часть сэкономленной энергии и количества воды снова теряется, так как значительные количества гранулята проходят процесс многократно.
На фиг. 1 показана схематическая структура способа получения гранулята в соответствии с уровнем техники. Необходимые для изготовления гранулята исходные материалы 1 и 2 через соответствующий весовой дозатор 3 подаются в смеситель-гранулятор 5. Если это требуется, по системе 4 подачи воды в смеситель может быть введено дополнительное количество воды. В смесителе-грануляторе получается соответствующий гранулят, который затем отводится в промежуточный резервуар 6, который непрерывно выгружает полученный гранулят, который имеет влажность около 12%, на сушилку с псевдоожиженным слоем, так что с помощью генератора 8 горячего газа при подводе горячего воздуха в сушилке 7 с псевдоожиженным слоем гранулят сушится до остаточной влажности 6%. Горячий воздух засасывается воздуходувкой 13 отходящего воздуха из сушилки 7 с псевдоожиженным слоем через фильтр 12. Фильтр 12 служит для того, чтобы отделять пылевые фракции. Высушенный гранулят с помощью классификатора разделяется по размеру гранул, и фракция избыточного размера через дробилку 11 вместе с происходящей из фильтра пылью через бункер 14 возврата снова подается в смеситель-гранулятор. Гранулят с желаемым размером гранул переводится в емкости 10 для промежуточного хранения, а оттуда отбирается для дальнейшего производственного процесса.
Как уже было сказано, хотя за счет применения смесителя-гранулятора гранулят изготавливается очень энергоэкономично, но в связи с неблагоприятным гранулометрическим составом, прежде всего, при изготовлении гранулятов для керамической плитки, является необходимым то, что примерно половина гранулята в виде измельченной фракции избыточного размера должна быть снова подана в смеситель-гранулятор, что обременяет его пропускную способность и снова повышает расход энергии.
Поэтому исходя из описанного уровня техники, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать способ изготовления оптимизированного гранулята, при котором желаемый гранулометрический состав гранулята может быть получен с явно более высоким выходом и с существенно сниженным расходом энергии.
Согласно изобретению, эта задача решена посредством следующих шагов:
А) изготовление гранулята в смесителе-грануляторе с резервуаром и расположенной в резервуаре мешалкой, и
Б) измельчение по меньшей мере части гранулята в кондиционере гранулята, который имеет два движущихся относительно друг друга элемента, причем гранулят направляется через щель между обоими элементами.
За счет того что грануляты направляются через щель между обоими элементами, грануляты, которые являются слишком крупными, так называемая фракция избыточного размера, измельчаются в кондиционере гранулята, в то время как грануляты с уже пригодными размером гранул могут двигаться через щель без дополнительного измельчения.
Опыты показали, что измельчение в кондиционере гранулята согласно изобретению является особо эффективным, если гранулят имеет влажность от 10 до 15%, предпочтительно от 11 до 13,5%, а лучше всего от 12 до 13%. Прежде всего, при изготовлении гранулятов для технической керамики указанные диапазоны влажности также являются подходящими диапазонами влажности для изготовления гранулята в смесителе-грануляторе, так что, как правило, выведенный из смесителя-гранулятора гранулят без необходимой добавки влаги или предварительного процесса сушки может подаваться прямо в кондиционер гранулята, чтобы измельчить фракцию избыточного размера.
В одной предпочтительной форме осуществления ширина щели кондиционера гранулята устанавливается так, что ширина щели соответствует по существу наибольшему размеру гранул, который является желательным для получаемого гранулята, так что гранулят с размерами гранул меньше, чем ширина щели проходит кондиционер гранулята по существу неизмельченным, в то время как грануляты с размерами гранул, которые больше, чем установленная ширина щели, измельчаются. В результате этого доля мелких фракций, которая, возможно, при дальнейшей обработке может мешать, существенно не увеличивается, причем в то же время явно уменьшается нежелательная доля фракции избыточного размера.
Особо предпочтительно, ширина щели кондиционера гранулята выбирается так, что 95% выходящего из кондиционера гранулята имеет размер гранул менее чем 1200 мкм, предпочтительно менее чем 1000 мкм, а особо предпочтительно менее чем 700 мкм.
Кондиционированный таким образом материал затем может быть передан в сушилку, в которой происходит сушка до желаемой технологической влажности.
Затем оптимизированные грануляты могут освобождаться от теперь лишь незначительной доли фракции избыточного размера и обычных отслоений материала от стенок резервуара посредством классификации, например, контрольного просеивания, а затем непосредственно обрабатываться дальше.
Оказалось, что способ может быть дополнительно улучшен, если щель в поперечном сечении имеет конический участок или даже несколько расположенных друг за другом конических участков.
Лучше всего, кондиционер гранулята состоит из дисковой системы по меньшей мере с одним, предпочтительно двумя, вращающимися дисками, которые образуют коническое измельчительное пространство от радиально внутреннего конца к радиально внешнему концу дисков, так называемую измельчительную щель. Путем регулировки щелевого расстояния между дисками можно регулировать выходной размер гранулятов. При этом гранулированные, влажные грануляты загружаются в центре диска, предпочтительно через полый вал, и вращающимися дисками за счет центробежных сил транспортируются через щель наружу.
В одной предпочтительной форме осуществления оба диска вращаются равнонаправленно друг другу, причем оба диска имеют разную окружную скорость.
В одной предпочтительной форме осуществления предусмотрено, что между шагом А) и шагом Б) происходит еще следующий шаг В): классификация полученного на шаге А) гранулята по критерию размера гранул, причем посредством шага Б) обрабатывается только часть гранулята с большим размером гранул. За счет этого производительность может быть явно повышена, так как, конечно, не является необходимым вводить в кондиционер грануляты, которые уже имеют желаемые размеры гранул, так что они не должны подвергаться действию последующего шага Б).
В одной особо предпочтительной форме осуществления предусмотрено, что после шага В) происходит следующий шаг Г) классификация полученного на шаге Б) гранулята по критерию размера гранул, причем в качестве участвующего в способе продукта используется только часть гранулята с меньшим размером гранул, причем предпочтительно способ периодически или непрерывно осуществляется несколько раз, и часть гранулята с большим размером гранул после следующего осуществления способа, либо на шаге А) возвращается в резервуар, либо подается в полученный на шаге А) гранулят.
Другие преимущества, признаки и возможности применения настоящего изобретения становятся понятными на основе следующего описания предпочтительных форм осуществления, а также соответствующих фигур.
Показано на:
Фиг. 1: схематическое изображение способа согласно уровню техники,
Фиг. 2: схематическое изображение первой формы осуществления способа согласно изобретению,
Фиг. 3: схематическое изображение второй формы осуществления способа согласно изобретению,
Фиг. 4: схематическое изображение третьей формы осуществления способа согласно изобретению,
Фиг. 5: схематическое изображение четвертой формы осуществления способа согласно изобретению,
Фиг. 6: схематическое изображение пятой формы осуществления способа,
Фиг. 7: схематическое изображение шестой формы осуществления способа согласно изобретению,
Фиг. 8: схематическое изображение седьмой формы осуществления способа согласно изобретению.
Фиг. 1 показывает известный способ изготовления и уже был описан.
На фиг. 2 показано схематическое изображение первой формы осуществления способа согласно изобретению.
Насколько это возможно, для одинаковых элементов были использованы одинаковые ссылочные обозначения. Видно, что показанная на фиг. 2 форма осуществления отличается от способа согласно уровню техники тем, что выходящий из промежуточного резервуара 6 гранулят подается не прямо в сушилку 7 с псевдоожиженным слоем, а сначала в кондиционер 15 гранулята. Поэтому он расположен между смесителем-гранулятором и сушилкой 7 с псевдоожиженным слоем и обрабатывает весь происходящий из смесителя массовый поток. По-прежнему имеющаяся фракция избыточного размера, как в уровне техники, после сушилки отсеивается, измельчается и возвращается в процесс гранулирования. Только за счет применения кондиционера гранулята доля фракции избыточного размера может быть уменьшена до 5-10%, то есть до 1/5 - 1/10 доли, которая является обычной в уровне техники. Сразу видно, что тем самым возможна очень большая экономия энергии, так как теперь в системе циркулирует, то есть должна быть снова подана в смеситель-гранулятор лишь малая доля фракции избыточного размера.
На фиг. 3 показано схематическое изображение второй формы осуществления способа согласно изобретению. Она отличается от показанного на фиг. 2 способа тем, что после промежуточного резервуара 6 выполнен классификатор 16, в показанной форме осуществления в виде просеивающей деки, который к тому же имеет электрический нагреватель 17. С помощью классификатора 16 фракция годного размера и фракция избыточного размера могут быть разделены, причем только фракция избыточного размера, которая может составлять 40-50% гранулята, подается в кондиционер 15 гранулята, в то время как фракция годного размера (50-60%) подается прямо в сушилку 7 с псевдоожиженным слоем. При этом в сушилку 7 с псевдоожиженным слоем подается смесь из просеянной фракции годного размера и измельченной в кондиционере гранулята фракции избыточного размера. Затем, после сушилки происходит повторное разделение по размеру гранул в классификаторе 9, например, путем просеивания в просеивающем классификаторе, а еще имеющаяся фракция избыточного размера измельчается в дробилке и вместе с пылью из сушилки возвращается в процесс гранулирования, как описано в связи с фиг. 2. По сравнению с показанным на фиг. 2 способом, здесь выход повышается дальше, так как кондиционер гранулята нагружается лишь половиной массового потока. В качестве альтернативы, здесь также может быть применена машина меньших размеров. Правда, здесь требуется дополнительное обогреваемое сито.
На фиг. 4 показано схематическое изображение третьей формы осуществления способа согласно изобретению. В этой форме осуществления кондиционер гранулята, как в первой форме осуществления, расположен после смесителя-гранулятора и поэтому обрабатывает весь массовый поток из смесителя. Однако выход кондиционера 15 гранулята в этой форме осуществления передается не прямо на сушилку 7 с псевдоожиженным слоем, а сначала на классификатор 16, например, выполненный в виде просеивающего классификатора с электрическим нагревателем 17. Эта электрически обогреваемая просеивающая дека разделяет фракцию годного размера и фракцию избыточного размера, и фракция избыточного размера снова подается прямо кондиционер гранулята, так что тогда в сушилку 7 с псевдоожиженным слоем подается исключительно фракция годного размера. Только отделенная после сушки пыль, которая отделяется с помощью фильтра 12, через бункер 14 возврата снова подается в смеситель-гранулятор. В качестве альтернативы, пыль также могла бы прямо подаваться в фракцию годного размера, так как для некоторых случаев применения является благоприятным, если имеется небольшое количество пыли. Эта форма осуществления по сравнению с уровнем техники имеет преимущества повышенного выхода, так как не требуется дробилки и возврата фракции избыточного размера в смеситель-гранулятор, так как после сушилки с псевдоожиженным слоем не требуется дополнительного просеивания, и кондиционер гранулята может эксплуатироваться с большей шириной щели, что приводит к меньшему потреблению мощности и позволяет получать более высокую производительность. К тому же, уменьшается склонность к блокировке.
Недостаток по сравнению с прежними формами осуществления состоит в том, что кондиционер 15 гранулята теперь должен обрабатывать еще большие массовые потоки, так как фракция избыточного размера из классификатора 16 возвращается прямо в кондиционер гранулята, и к тому же является необходимым дополнительное обогреваемое сито, которое работает в качестве классификатора 16.
На фиг. 5 показана четвертая форма осуществления способа согласно изобретению. Здесь опять за промежуточным резервуаром 6 расположен классификатор 16, который выполнен в виде просеивающего классификатора, с электрическим нагревателем 17, который разделяет фракцию годного размера и фракцию избыточного размера и подает в кондиционер 15 гранулята только долю фракции избыточного размера. Способ соответствует по существу второй форме осуществления, но причем здесь фракция избыточного размера с влажностью 6% после классификатора 9 не подается снова в смеситель-гранулятор через бункер 14 возврата, а вместо этого подается прямо в кондиционер 15 гранулята. Таким образом, кондиционер 15 гранулята должен обрабатывать частичный массовый поток от смесителя, а также обратный поток фракции избыточного размера от классификатора 9, например, выполненного в виде просеивающего классификатора. Отделенная в сушилке пыль повторно подается в процесс гранулирования через бункер 14 возврата. И здесь тоже не требуется дробилки, так как не происходит возврата фракции избыточного размера в процесс гранулирования. Зато в одной форме осуществления требуется дополнительное обогреваемое сито 16, 17.
На фиг. 6 схематически изображена пятая форма осуществления настоящего изобретения. Здесь кондиционер 15 гранулята опять расположен непосредственно за смесителем-гранулятором или же промежуточным резервуаром 6 и обрабатывает весь массовый поток из смесителя. Дополнительно, высушенная доля фракции избыточного размера из классификатора 9 также подается в кондиционер 15 гранулята. Выделенная из сушилки 7 пыль снова подается в процесс гранулирования.
На фиг. 7 схематически изображена шестая форма осуществления способа согласно изобретению. В этой форме осуществления опять классификатор 16, который в показанной форме осуществления выполнен в виде просеивающего классификатора с электрическим нагревателем 17, расположен за промежуточным резервуаром 6, так что фракция избыточного размера отделяется от фракции годного размера, и только фракция избыточного размера подается в кондиционер 15 гранулята. Тогда в сушилку 7 с псевдоожиженным слоем подается смесь из просеянной фракции годного размера и измельченной в кондиционере гранулята фракции избыточного размера. Затем после сушилки 7 с псевдоожиженным слоем в классификаторе 9 происходит повторное разделение по размеру гранул гранул, и еще имеющаяся фракция избыточного размера подается в кондиционер 15 гранулята (а не в процесс гранулирования, как во второй форме осуществления). Отведенная воздушным потоком из сушилки пыль здесь больше не возвращается в смеситель, а прямо вводится в фракцию годного размера для повышения доли мелких фракций. Таким образом, кондиционер 15 гранулята должен обрабатывать частичный массовый поток из смесителя, а также обратный поток фракции избыточного размера из классификатора 9. Преимуществами этого способа являются упрощенное оборудование и повышение доли мелких фракций во фракции годного размера для достижения хороших свойств поверхностей в изделиях, формованных прессованием.
На фиг. 8 показана седьмая форма осуществления способа согласно изобретению.
Она соответствует по существу шестой форме осуществления, но здесь показан смеситель-гранулятор непрерывного действия, то есть исходные материалы с помощью регулируемых массовым потоком дозирующих органов 19, 20, таких как, например, взвешиваемых транспортеров или дозирующих шнеков, непрерывно подаются в смеситель-гранулятор 21 и посредством подвода воды смешиваются с водой. Работающие в периодическом режиме весовые дозаторы не требуются. Таким образом, происходит непрерывное гранулирование и выгрузка в классификатор 16, который может быть выполнен, например, в виде просеивающего классификатора с электрически обогреваемым ситом. В остальном построение соответствует шестой форме осуществления.
Во всех описанных способах в грануляторе изготавливается влажный гранулят с определенным гранулометрическим составом из сухих и размолотых исходных материалов с переменной входной влажностью в диапазоне от 0,1 до 11%, предпочтительно от 0,1 до 4%. Соответствующие исходные материалы могут вводиться в предвключенной емкости 3 для взвешивания или прямо в смеситель-гранулятор.
Как правило, во время процесса дозирования происходит измерение фактической влажности продукта. Смесь исходных материалов смешивается и гомогенизируется в смесителе-грануляторе. В случае, если фактическая влажность продукта не была измерена еще до процесса дозирования, влажность должна быть определена в смесителе-грануляторе с помощью стационарного или входящего в смеситель зонда влажности. Из измерения влажности рассчитывается необходимое количество добавки жидкости до разности заданной влажности и фактической влажности и соответственно добавляется. Смеситель-гранулятор обеспечивает гранулирование порошкообразной смеси исходных материалов путем образования жидкостных перемычек с гранулятами со сферичностью по возможности большей, чем 0,8.
В одной предпочтительной форме осуществления является возможным определять гранулометрический состав гранулята во время процесса гранулирования с помощью установленных стационарно или вводимых измерительных зондов.
Процесс гранулирования заканчивается тогда, когда истекло заданное время смешения, приводной двигатель потребил определенную мощность или измерительный сигнал гранулометрического состава гранулята показывает желаемый размер гранулята.
Затем может быть еще раз определена влажность гранулированного продукта и, в случае, если она отличается от желательной влажности, может быть рассчитано коррекционное количество жидкости, которое затем просто добавляется в следующую загрузку или одну из последующих загрузок или вычитается. При непрерывном режиме работы смесителя-гранулятора коррекция добавляемого количества жидкости может происходить уже непосредственно для находящегося в смесителе материала.
Само собой разумеется, дозирование, взвешивание и гранулирование может осуществляется не только периодически, как описано, но и непрерывно, как описано в седьмой форме осуществления.
Затем гранулированный продукт выгружается в промежуточный резервуар 6 (только при периодическом режиме), из которого гранулят непрерывно отводится.
В некоторых формах осуществления сразу после этого происходит разделение по размеру гранул. При этом классификация может происходить, например, посредством просевающей классификации или потоковой классификации с газом в качестве разделительной среды. При использовании сита поверхности сита должны обогреваться, так как иначе из-за высокой влажности грануляты прилипают к ситу. При разделении в потоковых классификаторах не должно достигаться никакой существенной сушки.
По меньшей мере крупнозернистая фракция подается в кондиционер 15 гранулята.
Кондиционированный таким образом гранулят и, при определенных условиях, предварительно просеянный гранулят затем подаются в сушилку, которая уменьшает влажность до технологической влажности.
Полученный в процессе гранулят должен иметь долю размера гранул < 100 мкм менее чем 30%, предпочтительно менее чем 20%, а лучше всего менее чем 10%.
Кроме того, гранулированный продукт должен иметь средний диаметр размера гранул < 1500 мкм, предпочтительно < 1000 мкм, а особо предпочтительно < 400 мкм.
95% гранулированного продукта должно иметь размер гранул менее чем 1200 мкм, предпочтительно менее чем 1000 мкм, а особо предпочтительно менее чем 700 мкм.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ