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"Appareil et procédé pour fabriquer des pastilles sphériques de substances solubles dans l'eau".
L'invention est relative à la fabrication de pas- tilles de dimensions déterminées en partant de substances qui sont solubles ou ont un composant soluble. Dans de nombreux do- maines, on désire des substances sous forme de pastilles pour la commodité do la manipulation, de l'emmagasinage, du transport, de la distribution, de l'emballage ou do l'utilisation. L'inven- tion est intéressante dans la fabrication de pastilles de subs- tances quelconques, solides aux températures normales de manipu-
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lation ou d'utilisation, substances qui sont solubles dans l' eau. dans les solutions aqueuses ou dans d'autres solvants com- patibles avec le procédé, ou comportent un composant soluble.
Il peut s'agir de sucres, dans la fabrication des frian- dises, de même que de substances à l'état finement divisé, tel- les que du carbone ou du soufre, lorsque les particules peuvent être mises en suspension dans une substance soluble compatible ou mélangées avec une telle substance. A titre d'exemple, l'in- vention sera décrite en se référant à une substance constituant un engrais, à savoir le nitrate d'amaoniua, qui est soluble dans l'eau et qui peut être utilisé seul ou en même temps que d'au- tres substances, telle que de la pierre à chaux, avantageuses dans un engrais à titre de charges ou pour d'autres besoins.
Ci-après, le mot "boue" sera utilisé pour désigner une solution d'une substance soluble, que la solution contienne ou non une matière en suspension non soluble ; expressions "soluble dans l'eau" et "solution aqueuse" doivent être comprises comme exclu- ant l'utilisation d'autres solvants.
Les engrais à base de nitrate d'ammonium, de même qu'une large variété d'autres engrais solubles dans l'eau, sont, de manière convenable, transportés, emmagasinés, emballés et ré- partis sur le sol sous la forme de petites pastilles d'un diamè- tre approximatif de 1/8ème de pouce. La technique a proposé de fabriquer des pastilles de diverses manières. Une substance so- luble dans l'eau, en solution aqueuse, peut évidemment être sé- chée par pulvérisation, mais le séchage par pulvérisation tend à produire des particules qui sont poreuses, creuses et d'une résistance mécanique relativement faible.
Lorsque la quantité d'eau dans une solution est abaissée jusqu'au point où la quantité de solides constitue la presque totalité en poids de la substance, il est possible de réaliser une liquéfaction par chauffage, et de verser la solu-
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tion liquéfiée en gouttolettes à partir d'ajutages ou de pl@@ @@@ perforées, de haut en bas, dans une tour qui contient des gaz de séchage. La solidification des gouttelettes se produit dans une large mesure par le refroidissement du liquide chaud. Une telle opération est généralement appelée "prilling". Le sécha- ge est nécessaire et il exige fréquemment un tambour dé dessic- cation pour agir sur les pastilles après qu'elles ont quitté la tour.
Le séchage tend également à diminuer la densité du produit.
Le prilling de substances formant engrais, solu- bles dans l'eau, anhydres ou sensiblement anhydres, telles que la nitrate d'ammonium, est également mis en pratique. Ceci exi- ge cependant , soit la fabrication initiale du nitrate d'ammo- nium sous forme anhydre, soit que, si le nitrate d'ammonium est formé en solution, il faut prévoir l'élimina? ion de l'eau par des opérations de séchage avant le prilling.
Si la substance soluble dans l'eau est disponi- ble sous forme finement divisée et si un lit d'une telle matiè- re est basculé dans un tambour ou agité dans un malaxeur, il est possible en humidifiant de manière déterminée les particu- les dans le lit de les amener à adhérer ensemble en des pastil- les plus ou moins sphériques. L'humidification peut être réali- sée avec de l'eau ou avec une boue telle que définie précédem- ment;
il y a cependant un "point d'agglomération" critique. Si on ajoute trop peu d'eau, les particules ne colleront pas ensem- ble, tandis que si on ajoute trop d'eau, un magma ou une vase se forme, ce qui exclut la transformation en pastilles, La quan- tité de boue qui peut être ajoutée est en tous cas très petite, de sorte que, si la boue constitue l'alimentation de nitrate d'ammonium frais pour la transformation en pastilles, la quanti. té de matière qui doit être remise en circulation et retravail- lée devient excessive.
Dans des procédés de ce type, qui sont généralement appelés procédés d'agglomération, il n'est pas in-
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habituel d'avoir à retravailler 8 ou 10 livres de matière ou même plus, pour chaque livre de produit retiré du procédé et pouvant être vendu.
Dans un procédé d'agglomération, dans lequel une masse ou un lit de matière en particules, soumis à basculement, est humidifié avec de l'eau ou avec une boue, il est nécessaire d'ajouter suffisamment d'eau pour maintenir la teneur d'humidi- té de la matière au point d'agglomération ou au-dessus de ce point, car sinon les pastilles ne se formeront pas. L'humidité appliquée pénètre dans le noyau des particules ou pastilles et ne peut en être éliminée que par un séchage par diffusion. De ce fait, même si l'addition d'eau, telle quelle, ou à titre de partie d'une boue, est réalisée en présence de gaz de séchage chauds, il n'est pas possible du point de vue pratique de sé- cher les matières dans le malaxeur ou le tambour jusqu'à une basse teneur finale désirée d'humidité.
La situation ne peut pas être améliorée en employant des gaz à une température très élevée parce que, en raison du contact prolongé des gaz avec la matière en particules, il peut se produire une décomposition.
En conséquence, une limitation de température relativement bas- se pour les gaz est imposée pour ce procédé. Il devient néces- saire en plus de sécher les matières sortant du malaxeur ou tambour, matière qui englobe à la fois la proportion relative- ment petite de matière pouvant être vendue et la proportion re- lativement grande de matière qui doit être recyclée.
Dans le brevet U.S.A. N 2.926.079 accordé le 23 février 1960 au nom de Benjamin G. Smith, ( ainsi que dans les brevets correspondants accordés en Grande-Bretagne sous le N S94.773 et en France sous le N 1.206.782 ), on a décrit un procédé dans lequel des noyaux de la substance soluble dans 1' eau sont traités dans un tambour rotatif comportant des aubes longitudinales qui ramassent les noyaux dans le lit et les lais.
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lent tomber à travers le tambour,, On fait passer des gaz de ehage chauds à travers le tambour et les noyaux, qui sont dans un état général de séparation, lorsqu'ils descendent à travers les gaz de séchage chauds, sont soumis à une pulvérisation avec une boue.
Le lit lui-même est maintenu en-dessous du point d'ag- glomération et, tandis que le choc des gouttelettes de boue pul- vérisée sur les noyaux tombants élèvera leurs surfaces temporai- rement au-dessus du point d'agglomération, l'action de- séchage des gaz chauds sert à abaisser la teneur d'humidité superficiel- le des noyaux avant qu'ils ne retournent au lit. Durant l'action de basculement des noyaux dans le tambour, cette opération de re- vêtement par pulvérisation se répète un nombre suffisant de fois pour donner des pastilles ayant les dimensions moyennes désirées.
Le processus du brevet précédent est avantageux car il permet la formation de pastilles dont la substance dérive principalement de la boue plutôt que de l'agglomération de par- ticules préalablement séchées. En outre, la quantité de matière qui doit être retravaillée dans le procédé- est fortement abais- sée.
Le procédé de ce brevet est cependant délicat si on veut en faire une opération continue, spécialement avec l' appareil et le mode opératoire couramment utilitsés jusqu'à pré- sent. La présente invention est une amélioration du processus et de l'appareil de ce brevet U.S.A. N 2.926.079; l'invention a pour but principal la prévision d'un dispositif et d'un procédé susceptibles d'un contrôle continu au cours d'une opération con- tinue, et grâce auxquels les avantages théoriques du procédé peuvent être pleinement atteints.
Un but de la présente invention est de prévoir un dispositif et un procédé pour la fabrication continue effec- tive de pastilles sphériques consistant principalement en soli- des dérivant d'une boue, avec des moyens permettant d'éviter la
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possibilité de conditions qui tendent, soit à dégrader le pro- duit, soit à empêcher une opération continue.
Un but de l'invention est également de procurer un dispositif et un procédé pour la formation de pastilles ro- bustes, denses, sensiblement sphériqes, sans qu'il soit néees* .aire du prévoir des procédés de post-séchage.
Un but de l'invention est également de procurer un procédé et un appareil, dans lesquels des conditions unifor- mes et continues peuvent être maintenues tout au long d'un tam- bour de traitement d'une capacité suffisante pour débiter des pastilles suffisamment sèches pour la manipulation, le trans- port et l'emmagasinage.
Un but de l'invention est également de procurer un dispositif et un procédé présentant les avantages précédents et dans lesquels les limites de température des gaz de séchage chauds sont élargies, tout en évitant une grande élévation quel* conque de température de la matière en particules (après un pré- chauffage initial) durant son parcours à travers le tambour.
Ces buts et d'autres encore de l'invention appa- rattront plus clairement de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins an- nexés.
La Figure 1 est une vue en élévation, d'un type semi-schématique, d'un appareil convenant pour la mise en oeu- vre de l'invention.
La Figure 2 est une coupe longitudinale à tra- vers le tambour et ses accessoires d'extrémité.
Dans l'appareil utilisé pour la mise en @euvre de l'invention, on prévoit un tambour creux 1 de forme allongée.
Ce tambour est monté de manière que son axe présente une légère inclinaison par rapport à l'horizontale, par exemple de 5 ou environ , et il est monté à cotation. Ceci peut être réalisé
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d'après la manière suivant laquelle les fours rotatifs sont Mos tés, des moyens d'entraînement étant prévus pour faire tourner le tambour aux vitesses désirées. Comme de tels moyens sont: bien connus en pratique des spécialistes des fours rotatifs et des appareils de séchage, ils n'ont pas été illustrés aux dessins.
La portion d'entrée du tambour, telle que repré- sentée à la Figure 2, est pourvue d'un dispositif formant barra- ge 2, réalisé sous forme d'un anneau. Le but de ce dispositif est de retenir dans le tambour les matières débitées vers celmi- ci au-delà du barrage. L'extrémité d'entrée du tambour est êta- lement pourvue d'un collecteur 3 qui ne tourne pas avec le tam-
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bour mais sert à titre de dispositif pour débiter des gaae ctaixâB vers ce tambour. Le collecteur peut être de diverses fGlD1Dil:S ett il peut présenter diverses dimensions.
Dans la fameme it.ûua,tt" il s'agit d'une structure en forme de botte, emft m1.t /Jm! C"1I1- nexion sensiblement étanche aux gaz en 4e par apgwsrtt am tt.\1I. cette connexion ou joint d'et<tncheite tant <[''M)n tyg# zie pour permettre 1* rotation du tambour, taotte gm IL* c.1luxcttr rente stationnai** Le collecteur est 1Li<± par m <M<mB<ditt 1 gLtI: chaude 5 à et qu'on peut appeler pour la f.U.tlt4ë - 4)..
Bien que les gax chaud passant par le coNwM. 3 pM&#wEO cAdr1t- v r de n'emporte quelle *ourc c:#--w..... l.Il bzz la mise en oeuvre de l'invention de ptotatim IL*% Um chmu4s cüum le tour $ arâaa à un brûleur 7 t'ett'd à "6<M) !) MCM%at bzz d'air et da ..buatlble.. tA le 4 p<M[t mttâmàlx ?? <dtOM-&)Me ne c¯bu. t10ft danat laquelle lit ft<MMt <ht k.t1... 11 a3s um nop.
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la chambre de combustion du four 6 peut être reliée directement au conduit 5. Les gaz chauds provenant du brûleur 7 auront, dans ce cas, une température suffisamment élevée pour assurer un ef- fet de séchage dans le tambour 1, en dépit de la présence dans ces gaz d'humidité engendrée par la combustion du combustible.
Une trémie 8 pour les matières solides entrant dans le tambour est reliée à un conduit 9 s'étendant obliquement vers le bas à travers la paroi extérieure du collecteur 3 et a- gissant pour débiter les matières solides vers la partie infé-
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rieure de 10extrémité d'entrée du tambour 1, intérieurement au barrage 2.
Dès l'entrée du tambour, il y a une série d'au- bes 10. Ces aubes peuvent s'étendre radialement vers l'intérieur ou suivant un certain angle par rapport aux rayons du tambour, mais, coasse montré, ils se situent en oblique par rapport à l' axe longitudinal de ce tambour.
Leur fonction estd'assurer l' alimentation de la Matière en particules débitée par la conduit 9 vers les aube. 11 prévues sur le restant du tambour, comme on le écrira par la suit*, tes tubes d'alimentation 10 assureront une certaine agitation des *attires solides alimentées par le
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omâdutt 9, sans ***=or cependant l'action de diversement ou de ch@@ts Sont il sera question par la suite, Les aube* Il sont habituellement parallèle! à 1
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me de crte longitudinale du tambour et elles <'eeendMC WP 1'J#ci'S'w.
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nules sous une forme qu'on pourrait appeler "rideaux", et ce, verticalement: et suivant la longueur du tambour, les rideaux su déplaçant évidemment en travers du tambour d'un côté à l'autre.
Le tambour sera pourvu d'un ou plusieurs barra- ges intermédiaires 12, qui sont constitués par des éléments an- nulaires ayant à peu près la même profondeur que les aubes 11 et qui assurent une retenue maximum de la matière granulaire dans le tambour, de sorte qu'une grande quantité de cette Matiè- re sera iisponible dans le lit. Enfin, le tambour comporte, com- me extrémité de sortie, un autre barrage désigne par 13.
Les dimensions précises du tambour ne constituent pas une limitation de l'invention car la proportion des pièces constitutives peut être amenée à rester pratiquement la même dans des tambours de dimensions différentes. Dans une construc- tion particulière de tambour, celui-ci peut avoir un diamètre de cinq à six pieds et une longueur d'environ vingt-cinq pieds par exemple. La première section de tambour contenant les aubes 10 peut avoir une longueur de trois à quatre pieds et elle est connue sous le nom de section d'alimentation. La partie du tam- bour s'étendant entre la section d'alimentation et le premier barrage intermédiaire 12 peut avoir une longueur de dix à douze pieds.
D'autres barrages intermédiaires peuvent, si on le dési- re, être disposés entre le barrage 12 et le barrage 13 formant l'extrémité de sortie, la section du tambour au-,delà du barrage 12 ayant également une longueur d'environ douze pieds.
A l'extrémité de sortie du tambour, est prévu un autre collecteur 14 qui est conçu pour recevoir à la fois les gaz chauds sortant du tambour et le produit en pastilles passant par-dessus le barrage 13. A l'extrémité inférieure de ce collec- teur, on peut prévoir un dispositif de récolte 15 pour la matiè- re en pastilles. Le collecteur 14 peut être relié de manière é- tanche au tambour 1 par un joint à gaz rotatif en 16.
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Le collecteur 14 comporte également un conduit 17 pour la sortie des gaz chauds. Comme les gaz chauds comprendront normalement une certaine proportion de fines entraînées avec eux, il est courant de relier le conduit 17 à une pompe ou soufflerie
18 et ensuite, par un conduit 19, à un séparateur centrifuge ou autre 20.
La boue utilisée dans le procédé peut, si on le désire, être préparée dans un réservoir 21 pour.,vu d'un appareil de chauffage 22. L'eau et les solides sont introduits dans ce tambour de toute manière convenable. La solution peut être faci- litée par l'utilisation d'un dispositif d'agitation 23 entraîne par un moteur 24, d'un type bien connu en pratique. Le disposi- tif d'agitation servira également à maintenir en suspension dans la solution toutes les matières insolubles dans l'eau quelconques introduites dans le réservoir 21 et toutes les portions non dis- soutes quelconques des substances solubles dans l'eau, de sorte que la boue débitée par la pompe 25 à travers le conduit 26 vers un ajutage de pulvérisation 27 sera d'une composition uniforme.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, on utilise une pulvérisation à air, c'est-à-dire que la pulvérisation sor- tant de l'ajutage 27 n'est pas une pulvérisation de la boue seu- le propulsée par sa propre pression, mais plutôt une pulvérisa- tion dans laquelle des gouttelettes de la boue sont propulsées par de l'air ou un autre gaz convenable sortant de l'ajutage en même temps que ces gouttelettes. A cette fin, l'ajutage 27 a été représenté comme comportant un conduit 28 menant à un compresseur ou autre source de gaz sous pression.
Les matières séchées sortant du tambour et re- cueillies en 15 contiendront des pastilles de trop grandes dimen- sions et des pastilles de trop petitesdimensions.De ce fait, la matière sortante est soumise à des opérations convenables de ta- misage ou de séparation pour enlever les pastilles ayant de trop
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grandes dimensions et les pastilles ayant de trop petites di@@@ sions, en laissant les pastilles ayant une gamme prédéterminée de dimensions estimées comme convenant pour la manipulation, l'emmagasinage et la vente, Les pastilles de trop petites dimen- sions sont renvoyées à la trémie 8, comme le sont également les matières de trop grandes dimensions après broyage ou concassage,
Les dispositifs de classement,
de broyage et de transport ont été omis des dessins car de tels appareils sont bien connus en pratique et sont d'ailleurs illustrés dans le brevet USA N
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On notera de l'appareil qui vient d'être décrit que les gaz chauds, les solides qui ont été traités et la boue pulvérisée passent tous à travers ou dans le tambour de traite- ment de manière concourante, c'est-à-dire dans le même sens. On peut également noter que l'extrémité de l'ajutage 27 est dispo- sée sensiblement à l'entrée du tambour (bien qu'elle puisse ê- tre disposée légèrement à l'intérieur de cette entrée ou légè- rement à l'extérieur), et qu'il n'y a pas d'ajutages supplémen- taires disposés dans le tambour suivant la longueur de celui-ci.
Bien qu'on n'ait représenté qu'un seul ajutage 27, on peut pré- voir, tout en restant dans le cadre de la présente invention, . une série d'ajutages voisins les uns des autres et disposés com- me décrit ci-dessus, c'est-à-dire que leurs extrémités de pul- vérisation se situent à l'entrée ou près de l'entrée du tambour et relativement près de l'axe de symétrie de celui-ci. Ceci peut être réalisé si on désire une plus grande capacité de pulvérisa- tion que celle qui peut être fournie par ur ajutage particulier.
Il n'y a cependant pas d'ajutage disposé pour pulvériser la boue sur le lit et la boue pulvérisée pénètre dans le tambour en é- tant entourée par les gaz chauds provenant du collecteur 3. La quantité de matière qui est agitée par les aubes 10 et qui est déplacée vers l'avant dans la zone d'action des aubes 11 ne su-
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bira pas l'action de la pulvérisation.
Dans le fonctionnement de l'installation, une ma- tière sèche pulvérisée, qui peut ou non être la même que celle qui doit être transformée en pastilles est d'abord chargée dans le tambour pour constituer un lit de départ de matière. Ceci est réalisé par le conduit 9. Le brûleur 7 est allumé pour chauffer les gaz emportés vers le tambour par le collecteur 3. La matiè- re se trouvant dans la section d'alimentation du tambour sera agitée et déplacée vers l'avant par les aubes 10 et elle sera préchauffée par les gaz chauds. Les résultats typiques de pul- vérisation, donnés par la suite, sont destinés à constituer un exemple de la mise en oeuvre de l'invention suivant la meilleure forme de réalisation connue des inventeurs.
Lorsqu'un lit de matière a été installé dans le tambour et que la circulation des gaz chauds a été établie, la pompe de boue 25 est amorcée et la boue est pulvérisée à travers l'ajutage 27 dans le courant de gaz chauffés grâce à de l'air ou à un autre gaz sous pression arrivant par le conduit 28. En fonctionnement, les particules ou noyaux, qu'on laisse tomber à travers le tambour en une série de rideaux mobiles,s'associent avec la boue pulvérisée en fines gouttelettes, mais du fait des gaz de séchage chauds passant dans le sens longitudinal à travers le tambour, ils sont sèches superficiellement jusqu'à un taux d' humidité inférieur au point d'agglomération, avant qu'ils ne re. joignent le lit ou l'accumulation de particules dans le fond du tambour.
Cette action est répétée jusqu'à ce que les particules deviennent des sphères ou des pastilles qui sont encore: séchées ensuite jusqu'à un état convenant pour la manipulation et le transport, et ce dans le même appareil et avant qu'elles n'at- teignent l'extrémité de décharge du tambour. Pour autant qu'on le sache, on n'avait jusqu'à présent jamais conçu d'appareil ou de procédé grâce auxquels ces deux actions à la fois ' la forma-
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tion de pastilles sans agglomération importante par des revê- tements successifs, et: le séchage final des pastilles - pou- vaient être réalisées avec des possibilités commerciales dans un seul appareil et au cours d'une seule opération.
L'opération est une opération délicate qui est affectée par de nombreux facteurs et ce n'est qu'après que les découvertes et les développements signalés ici ont été faits qu'il est devenu possible non seulement de contrôler de manière précise les diverses actions se développant durant l'opération, mais également de séparer et de contrôler les phases de forma- tion des pastilles et de séchage des pastilles finies, de maniè- re à assurer un résultat final invariable. Parmi les facteurs importants impliqués, on peut citer (1) on doit avoir une circulation concourante de la matière en particules, des gaz de séchage chauds et de la pulvérisation de boue dans le tambour;
(2) on doit disposer d'une ample fourniture de gaz de séchage chauds , dont la température, la quantité et la vitesse soient réglables; (3) il doit y avoir une alimentation convenable de matière en particules, préchauffée, sèche, dans la zona de formation des pastilles; (4) la boue pulvérisée doit être mélangée avec les gaz de séchage chauds en un point se situant en amont du contact initial de la pulvérisation avec la matière en particu- les dans la zone de formation des pastilles;
(5) la pulvérisation de la boue doit pouvoir être contrôlée pleinement en ce qui concerne sa quantité et sa vitesse dans le but de régler la quantité de solides de boue à associer avec une quantité donnée de matière en particules, et dans le but de contrôler la pénétration de la pulvérisation . dans le sens longitudinal du tambour et entre les rideaux tom-
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bants de la matière en particules.
Dans ce procédé, la boue et les particules soli- des se rencontrent dans un courant de gaz chauds à un moment où les particules sont essentiellement séparées, de sorte qu'il y a peu ou pas de temps pour la pénétration d'humidité. Au fur et à mesure que l'humidité s'étale sur @es surfaces des particules, l'ambiance chaude commence immédiatement à vaporiser cette humi- dité à partir des surfaces des matières solides. L'effet d'éva- poration permet l'utilisation de températures de gaz beaucoup plus élevées, car la chaleur n'atteint pas l'intérieur des par- ticules solides mais est consommée pour l'évaporation de l'eau à partir des surfaces des matières solides. La portion de soli- des de la boue adhère à la matière en particules en augmentant les dimensions de cette dernière.
Une grande quantité de matiè- re est traitée à tout moment donné, comparativement avec la quantité de solides pénétrant et quittant le tambour, de sorte que la croissance des particules en pastilles de dimensions choisies peut être réglée par un contrôle concourant ou ulté- rieur de la quantité de solides vaporisés et du volume et de @ la température des gaz chauds.
De plus, la nature dynamique du procédé donne une formation très uniforme de pastilles sphériques,
En pratique, on peut considérer que le tambour est divisé suivant sa longueur en différentes zones d'action, à savoir une première zone dans laquelle les matières en parti- cules introduites sont préchauffées et alimentées vers l'avant, une seconde sone dans laquelle les matières en particules sont couvertes et recouvertes à nouveau de manière à devenir des pas- tilles ayant les dimensions désirées, et une troisième zone dans laquelle les pastilles sont séchées jusqu'au point d'atteindre une faible teneur convenable d'humidité et une bonne résistance mécanique pour l'emmagasinage ou le transport.
Du fait de diverses conditions, cependant, la
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longueur de ces zones, dans le sens longitudinal du tambour, peut changer et doit être réglée. Bien qu'il ne soit pas possi- ble de souligner ici l'effet de toutes ces conditions, car cer- taines d'entre elles prennent leur source à l'extérieur du tam- bour et sont en rapport avec des facteurs tels que la quantité et la teneur d'humidité de la matière en particules introduite dans le tambour, les conditions atmosphériques, etc., certains aspects du contrôle peuvent être soulignés.
En premier lieu, la matière en particules se trou- vant dans la première zone du tambour, doit être convenablement sèche et convenablement préchauffée, En second lieu, la quantité de boue, en considérant sa teneur en eau, associée à la matière en particules dans la seconde zone , devrait être suffisante pour revêtir les particules en vue de former les pastilles désirées, sans élever la teneur d'humidité du lit au-dessus du point d' agglomération. Il est avantageux d'utiliser autant de boue que possible dans le procédé de formation de pastilles, car ceci di- minue la quantité nécessaire de matière recyclée. Si une trop petite quantité de boue est associée avec les particules, le pro- cédé devient moins efficace.
Si une trop grande quantité de boue est associée avec ces particules, la teneur d'humidité du lit peut s'élever d'une trop grande quantité ou bien les dimensions moyennes des pastilles peuvent devenir trop grandes, Bien que l' invention ne soit pas limitée à la production de pastilles de dimensions particulières, il sera entendu que, dans la mise en oeuvre industrielle, des dimensions particulières de pastilles seront choisies comme étant optima.
L'action se développant dans la zone de formation des pastilles comprend la répétition d'un revêtement et d'un sé- chage préliminaire de la matière en particules. En troisième lieu, il faut prévoir une zone suffisante dans le tambour, âpre' la conclusion de l'opération de revêtement, en vue du séchage fi-
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nal des pastilles.
La longueur de la zone de revêtement et, en conséquence, la longueur de la zone de séchage final dépendent non seulement de la quantité de boue introduite et de son rap- port solides/humidité, mais également de la vitesse de la pul- vérisation, de la pénétration de la pulvérisation dans le sens longitudinal du tambour et entre les rideaux tombants de la ma. tière en particules, et du volume, de la vitesse et de la tempe* rature des gaz chauds traversant le tambour dans le même sens.
Avec une boue standardisée, ces facteurs sont ai- sément contrôlés en faisant varier la pulvérisation et en modi- fiant l'introduction et la température des gaz chauds. En négli- geant la prévision possible d'une source séparée de matière en particules sous une forme sèche (qui entraînerait des dépenses supplémentaires), il est évident que le procède suppose le recy- clage d'une certaine quantité de matière. Toutefois, avec l'ap- pareil et le procédé de la présente invention, il sera aisément possible de régler les conditions de telle sorte que la quantité de pastilles ayant les dimensions correctes et pouvant être ven- dues ne sera pas petite au point que la quantité de matière qu' il faut recycler devienne excessive.
La quantité de matière re- cyclée peut varier encre environ 40% et 60% de la quantité de solides traversant le tambour. Comme on l'a indiqué, les solides déchargés du tambour sont tamisés et les fines, de même que les matières de trop grandes dimensions, doivent être recyclées, On peut considérer comme étant une opération optimum, une opération dans laquelle la quantité de pastilles ayant des dimensions con- venables pour la vente, soustraite de la quantité totale de soli- des traversant le tambour, laisse la quantité de matière (fines et pastilles de trop grandes dimensions après broyage) qui est désirable pour ?Le recyclage.
Dans une bonne opération industriel- le suivant la présente invention', on recyclera environ 50% des solides traversant le tambour.
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Le opérations tell.. que décrite* sont @
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possibles par les facteurs qui ont été cites précédeossent. Ut matière en particules pénétrant dans le tambour est préchauffée dans la première zone avant le revêtement. Elle aura une faible teneur d'humidité, par exemple environ 1% ou moins, dans l'en- tièreté des corps des particules, et elle aura été chauffée ou préchauffée avant le contact avec la boue pulvérisée. Dans la seconde zone, la matière sera soumise à une pulvérisation de manière répétée, avec un séchage pratiquement instantané. Le séchage se produit par une évaporation superficielle et si ra- pidement que l'humidité ne pénètre pas dans les noyaux des par- ticules.
Dans la troisième zone, les pastilles seront encore cachées de manière à assurer une teneur d'humidité de 1% ou moins. Ce séchage est également essentiellement un séchage par évaporation, mais, comme il se produit au-delà de la seconda
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xattu, 1a ctJl1IpJra C\I\"U doa Laz Ohli1\llI. .avats ltJllquuh lt11i V44 tilles tombant, aura été sensiblement réduite par lo séchage par dvaporation se réalisant dans cette seconde zone. De ce fait, les allures de température de la matière solide suivant la lon- gueur du tambour ne montrent que peu ou pas d'élévation de la température des particules, depuis le point d'entrée de la pre- mière zone jusqu'au point où ces particules sont déchargées du tambour.
Le séchage se faisant essentiellement par xvaporation permet une gamme importante de réglages de la pulvérisation et des gaz chauds et permet à l'opérateur d'éviter des points chauds ou froids dans le tambour, de même qu'une élévation do la teneur d'humidité du lit l'amenant au-dessus du point d'agglomération.
Il n'est pas possible de donner des résultats pré- cis de fonctionnement pour le procédé, car de tels résultats va- rieront avec les matières traitées. Cependant, à titre d'exemple, en utilisant une boue consistant en 83% de nitrate d'ammonium et en 17% d'eau, on a observé les résultats suivants obtenus au
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cours d'une opération industrielle Satisfaisante,
La température de l'air ou gaz chauffés à l'en- trée du. tambour peut être de 430 F., c'est-à-dire appartenant à une gamme allant sensiblement de 300 à 600*F. Les gaz sor- tant du tambour peuvent avoir une température de 195 F., en ap- partenant à une gamme de 150 à 250 F.
La température de la boue petit être de 200 F., c'est-à-dire d'une gamme allant sen- siblement de 100 à 250 F. La pression de la boue, telle que déterminée par la pression de l'air ou autre gaz de pulvérisa- tion à l'ajutage,peut être de 65 livres/pouce carré, c'est-à- dire; appartenant à une gamme allant sensiblement de 40 à 100 livres/pouce carré. La température du lit de matière en parti- cules peut être de 210 F., c'est-à-dire d'une gamme de 160 à 2 20 F.
La vitesse apparente des gaz chauffés à travers le tam- bour peut être de 240 pieds par minute, c'est-à-dire d'une gain* me allant sensiblement de 100 à 350 pieds par minute,
La longueur et le diamètre du tambour peuvent être modifies suivant les caractéristiques de réglage données précédemment. Pour la transformation en pastilles de nitrate d' ammonium dont il a été question précédemment, la section initia- le ou d'alimentation du tambour peut être d'une longueur d'en- viron quatre pieds, tandis que les deux sections restantes, com- portant les vannes 11 et telles que déterminées par le barrage 12, peuvent avoir une longueur d'environ douze pieds chacune. ces valeurs ne sont cependant données qu'à titre purement illus- tratif.
REVENDICATIONS
1. Un appareil pour la transformation en pastil- les d'une substance soluble dans l'eau, comprenant un tambour rotatif, un barrage prévu à l'extrémité d'entrée de ce tambour, un collecteur relié au tambour à son extrémité d'entrée, un dis- positif pour débiter des gaz de séchage chauds à ce collecteur,
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un dispositif d'alimentation à l'extrémité d'entrée du tambo pour y amener les matières sèches à transformer en pastille:
., ce dispositif d'alimentation s'étendant à travers le collecteur jusqu'à un endroit se situant dans le tambour et au-delàdu bar- rage, au moins un ajutage comportant une portion de pulvérisa- tion disposée sensiblement à l'extrémité d'entrée du tambour, des moyens pour alimenter à cet ajutage, une boue contenant de l'eau et une substance soluble dan l'eau, des moyens pour dé- biter un gaz comprimé à cet ajutage, ce tambour ayant au voisi- nage de son extrémité d'entrée, une série d'aubes agissant pour déplacer la matière sèche en particules vers l'extrémité oppo- sée de ce tambour et pour agiter cette matière sans qu'il y ait pratiquement de chute,
le restant du tambour étant pourvu inté- rieurement d'aubes s'étendant dans le sens longitudinal et agis- sant pour ramasser la matière en particules et la laisser tomber de haut en bas à travers ce tambour suivant une série de rideaux mobiles espacés, un barrage prévu à l'extrémité de sortie du tambour, un dispositif relié au tambour à son extrémité de sor- tie, pour recevoir les gaz de ce tambour, et des moyens prévus à l'extrémité de sortie du tambour pour recevoir la matière en pastilles,
2. Appareil suivant la revendication 1, dans le- quel le tambour comporte au moins un barrage disposé intermé- diairement aux extrémités des aubes mentionnées en dernier lieu.
3. Appareil suivant les revendications 1 ou 2, comprenant des moyens pour régler la température et la vitesse des gaz de séchage chauds entrants, et des moyens pour régler la quantité et la vitesse de la matière pulvérisée.
4, Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, comportant des moyens de séparation des poussières, associés avec le second collecteur mentionné.
5. Un procédé de transformation en pastilles, d'
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une substance soluble dans l'eau, qui comprend le passage de cette substance sous une forme de particules sèches à travers un tambour, le passage de gaz de séchage chauffés à travers le tam- bour dans le même sens que la matière en particules, le bascu- lement de cette matière en particules dans une portion d'en. très de ce tambour, de manière à la sécher et à la préchauffer, et ensuite dans l'entièreté du restant du tambour pour faire tomber cette matière en particules de haut en bas à travers le tambour suivant une série de rideaux mobiles espacés, la pulvé- risation dans ce tambour, depuis l'extrémité d'entrée de celui.
ci, d'une boue comprenant de l'eau et la matière soluble dans l'eau, cette pulvérisation étant réalisée grâce à un gaz com. primé, et le réglage d'une manière continue du volume et de la température des gaz de séchage chauds et du volume et de la pression de la pulvérisation, de sorte que la pulvérisation pé- nètre entre les rideaux mobiles de la matière en particules sur une portion seulement de la longueur de ces rideaux, les goutte- lettes de boue s'associant avec la matière en particules dans ces rideaux, cette matière en particules étant séchée durant sa descente pour qu'elle soit dans un état superficiel inférieur au point d'agglomération, une zone terminale étant prévue dans ce tambour,
dans laquelle la matière en particules des rideaux n'est plus associée à la pulvérisation mais est encore séchée dans le tambour jusqu'à un état convenable pour le transport et 1' emmagasinage,
6. Un procédé de fabrication de pastilles d'une matière soluble dans l'eau, qui comprend le passage de la ma- .tière en particules à travers un tambour de manière à y former un lit et de manière à ramasser des portions de cette matière en particules pour la laisser tomber de haut en bas à travers le ta-bour suivant une série de rideaux mobiles espacés, le pas- $age à travers le tambour, de gaz de séchage chauffés, dans le
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mime sens que le parcours de la matière en particules, le passa- ge à travers le tambour,
d'une pulvérisation comprenant de l'eau et la matière soluble dans l'eau, et le réglage de cette pulvé- risation et du volume et de la température des gaz, de manière continue, afin d'établir, dans le tambour, une première zone dans laquelle la pulvérisation pénètre dans les rideaux et s' associe avec la matière en particules de ces rideaux, cette mati- ère en particules étant séchée suivant les surfaces des particu- les jusqu'en dessous du point d'agglomération, et une seconde zone dans laquelle la matière en particules de ces rideaux est séchée sans être soumise à une pulvérisation.
7. Le procédé de la revendication 6, comprenant une phase initiale d'agitation de la matière en particules, en présence des gaz de séchage chauds, afin de la préchauffer sans la soumettre à une pulvérisation,
8. Le procédé des revendications 6 ou 7, dans le- quel la matière en particules se trouvant dans la première zone est couverte et recouverte à nouveau par les solides issus de la boue, de manière à former des pastilles, ce procédé comprenant les phases de tamisage des pastilles déchargées du tambour pour en dériver la fraction pouvant être vendue, de broyage des pas- tilles ayant de trop grandes dimensions et de renvoi de la ma- tière broyée avec les fines séparées au cours de l'opération @ tamisage, vers l'extrémité d'entrée du tambour.
9. Le procédé suivant la revendication 8, dans le quel la quantité de matière renvoyée au rambour pour le traite- ment est d'environ 40 à 60% du débit du tambour,
10. Le procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 6 à 9, dans lequel le lit est maintenu continuelle- ment en dessous du point d'agglomération.
11. Appareil et procédé pour la transformation en pastilles, d'une substance soluble dans l'eau, tels que dé-
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crits ci-dessus avec référence awc dessins annexes .
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"Apparatus and method for making spherical pellets of water soluble substances".
The invention relates to the manufacture of tablets of determined dimensions starting from substances which are soluble or have a soluble component. In many fields, substances in tablet form are desired for the convenience of handling, storage, transportation, distribution, packaging or use. The invention is useful in the manufacture of pellets of any substance which are solid at normal handling temperatures.
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lation or use, substances which are soluble in water. in aqueous solutions or in other solvents compatible with the process, or have a soluble component.
These can be sugars, in the manufacture of sweets, as well as substances in a finely divided state, such as carbon or sulfur, when the particles can be suspended in a soluble substance. compatible or mixed with such a substance. By way of example, the invention will be described with reference to a substance constituting a fertilizer, namely amaoniua nitrate, which is soluble in water and which can be used alone or together with Other substances, such as limestone, advantageous in fertilizer as fillers or for other purposes.
Hereinafter, the word "sludge" will be used to denote a solution of a soluble substance, whether or not the solution contains an insoluble suspended matter; The terms "water soluble" and "aqueous solution" are to be understood as excluding the use of other solvents.
Ammonium nitrate fertilizers, as well as a wide variety of other water soluble fertilizers, are suitably transported, stored, packaged and distributed over the soil in the form of small lozenges approximately 1 / 8th of an inch in diameter. The art has proposed to make pellets in various ways. A water soluble substance in aqueous solution can of course be spray dried, but spray drying tends to produce particles which are porous, hollow, and of relatively low strength.
When the amount of water in a solution is lowered to the point where the amount of solids constitutes almost all by weight of the substance, it is possible to perform liquefaction by heating, and pouring the solution.
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tion liquefied in droplets from nozzles or perforated pipes, from top to bottom, in a tower which contains drying gases. The solidification of the droplets occurs to a large extent by the cooling of the hot liquid. Such an operation is generally called "prilling". Drying is necessary and frequently requires a drying drum to act on the pellets after they leave the tower.
Drying also tends to decrease the density of the product.
The prilling of water-soluble, anhydrous or substantially anhydrous fertilizer-forming substances, such as ammonium nitrate, is also practiced. This, however, requires either the initial manufacture of ammonium nitrate in anhydrous form or that, if the ammonium nitrate is formed in solution, provision must be made for its elimination. ion of water by drying operations before prilling.
If the water-soluble substance is available in finely divided form and if a bed of such material is tilted in a drum or stirred in a mixer, it is possible by definitively moistening the particles. in bed to get them to adhere together in more or less spherical pellets. The humidification can be carried out with water or with a sludge as defined above;
there is, however, a critical "agglomeration point". If too little water is added, the particles will not stick together, while if too much water is added, a magma or slime is formed, which excludes the transformation into pellets. which can be added is in any case very small, so that, if the sludge constitutes the feed of fresh ammonium nitrate for the transformation into pellets, the quantity. The amount of material that must be recirculated and reworked becomes excessive.
In such processes, which are generally referred to as agglomeration processes, it is not necessary.
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It is usual to have to rework 8 or 10 pounds of material, or even more, for every pound of product removed from the process that can be sold.
In an agglomeration process, in which a mass or bed of particulate matter, subjected to tilting, is moistened with water or with a slurry, it is necessary to add sufficient water to maintain the content of Moisture of the material at or above the point of agglomeration, otherwise the pellets will not form. The applied moisture penetrates into the core of the particles or pellets and can only be removed by diffusion drying. Therefore, even if the addition of water, as such, or as part of a slurry, is carried out in the presence of hot drying gases, it is not practically possible to separate Expenses the materials in the mixer or drum to a desired low final moisture content.
The situation cannot be improved by employing gases at a very high temperature because, due to the prolonged contact of the gases with the particulate matter, decomposition can occur.
Accordingly, a relatively low gas temperature limitation is imposed for this process. It becomes necessary in addition to drying the material exiting the mixer or drum, which material includes both the relatively small proportion of material which can be sold and the relatively large proportion of material which must be recycled.
In US Patent No. 2,926,079 granted on February 23, 1960 in the name of Benjamin G. Smith, (as well as in the corresponding patents granted in Great Britain under N S94,773 and in France under N 1,206,782), A method has been described in which cores of the water soluble substance are processed in a rotating drum having longitudinal vanes which pick up the cores in the bed and the lays.
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slowly falling through the drum ,, Hot ehage gases are passed through the drum and the cores, which are in a general state of separation, as they descend through the hot drying gases, are sprayed with a mud.
The bed itself is maintained below the point of agglomeration and, while the shock of the droplets of mud sprayed on the falling cores will temporarily raise their surfaces above the point of agglomeration, the The drying action of the hot gases serves to lower the surface moisture content of the cores before they return to the bed. During the rocking action of the cores in the drum, this spray coating operation is repeated a sufficient number of times to give pellets of the desired average size.
The process of the previous patent is advantageous because it allows the formation of pellets the substance of which derives mainly from the sludge rather than from the agglomeration of previously dried particles. In addition, the amount of material which has to be reworked in the process is greatly reduced.
The process of this patent is, however, delicate in making it a continuous operation, especially with the apparatus and procedure commonly used heretofore. The present invention is an improvement of the process and apparatus of that U.S. Patent No. 2,926,079; The main object of the invention is to provide a device and a method capable of continuous control during a continuous operation, and by means of which the theoretical advantages of the method can be fully achieved.
An object of the present invention is to provide a device and a method for the effective continuous manufacture of spherical pellets consisting mainly of solids deriving from a slurry, with means making it possible to avoid the
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possibility of conditions which tend either to degrade the product or to prevent continuous operation.
It is also an object of the invention to provide a device and a method for the formation of robust, dense, substantially spherical pellets, without the need to provide post-drying methods.
It is also an object of the invention to provide a method and apparatus, in which uniform and continuous conditions can be maintained throughout a processing drum of sufficient capacity to deliver sufficiently dry pellets. for handling, transport and storage.
It is also an object of the invention to provide a device and a method having the foregoing advantages and in which the temperature limits of the hot drying gases are widened, while avoiding any great rise in temperature of the particulate material. (after initial pre-heating) during its journey through the drum.
These objects and still others of the invention will emerge more clearly from the following description, given by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is an elevational view, of a semi-schematic type, of an apparatus suitable for the practice of the invention.
Figure 2 is a longitudinal section through the drum and its end fittings.
In the apparatus used for the implementation of the invention, there is provided a hollow drum 1 of elongated shape.
This drum is mounted so that its axis has a slight inclination with respect to the horizontal, for example 5 or so, and it is mounted sideways. This can be achieved
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in accordance with the manner in which the rotary kilns are fitted, drive means being provided to rotate the drum at the desired speeds. As such means are well known in the art to those skilled in rotary kilns and drying apparatus, they have not been illustrated in the drawings.
The inlet portion of the drum, as shown in Figure 2, is provided with a barrier device 2, made in the form of a ring. The purpose of this device is to retain in the drum the materials discharged to it beyond the dam. The inlet end of the drum is also provided with a manifold 3 which does not rotate with the drum.
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bour but serves as a device for delivering gaae ctaixâB to this drum. The collector can be of various fGlD1Dil: S and it can have various dimensions.
In the it.ûua fameme, tt "this is a boot-shaped structure, emft m1.t / Jm! C" 1I1- substantially gas-tight connection in 4th by apgwsrtt am tt. \ 1I. this connection or joint of et <tncheite as <['' M) n tyg # zie to allow 1 * rotation of the drum, taotte gm IL * c.1luxcttr stationary rent ** The collector is 1Li <± by m <M < mB <ditt 1 gLtI: hot 5 to and that can be called for fUtlt4ë - 4) ..
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the combustion chamber of the furnace 6 can be connected directly to the duct 5. The hot gases coming from the burner 7 will, in this case, have a sufficiently high temperature to ensure a drying effect in the drum 1, despite the presence of in these gases moisture generated by the combustion of the fuel.
A hopper 8 for the solids entering the drum is connected to a conduit 9 extending obliquely downward through the outer wall of the manifold 3 and engaging to discharge the solids to the lower part.
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top of the inlet end of drum 1, inside dam 2.
Upon entering the drum, there is a series of vanes 10. These vanes may extend radially inward or at an angle to the radii of the drum, but, as shown, they lie obliquely with respect to the longitudinal axis of this drum.
Their function is to ensure the supply of the particulate matter delivered through the duct 9 to the blades. 11 provided on the remainder of the drum, as will be written hereinafter *, your feed tubes 10 will provide some agitation of the solid attractants supplied by the
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omâdutt 9, without *** = or however the action of variously or ch @@ ts Are it will be question later, The dawn * They are usually parallel! to 1
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longitudinal crest of the drum and they <'eeendMC WP 1'J # ci'S'w.
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nules in a form that could be called "curtains", and this, vertically: and depending on the length of the drum, the curtains obviously moving across the drum from side to side.
The drum will be provided with one or more intermediate bars 12, which consist of annular elements having approximately the same depth as the vanes 11 and which ensure maximum retention of the granular material in the drum, from so that a large amount of this material will be available in the bed. Finally, the drum comprises, as the outlet end, another dam designated by 13.
The precise dimensions of the drum do not constitute a limitation of the invention since the proportion of the constituent parts can be made to remain practically the same in drums of different dimensions. In a particular drum construction, this may be five to six feet in diameter and about twenty-five feet long, for example. The first drum section containing the vanes 10 may be three to four feet long and is known as the feed section. The portion of the drum extending between the feed section and the first intermediate dam 12 may be ten to twelve feet long.
Other intermediate dams may, if desired, be arranged between dam 12 and dam 13 forming the outlet end, the section of the drum beyond dam 12 also having a length of about twelve. feet.
At the outlet end of the drum, another manifold 14 is provided which is designed to receive both the hot gases leaving the drum and the pellet product passing over the barrier 13. At the lower end of this collection - teur, one can provide a collecting device 15 for the pellet material. The manifold 14 can be tightly connected to the drum 1 by a rotary gas seal at 16.
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The manifold 14 also comprises a duct 17 for the outlet of the hot gases. As the hot gases will normally include a certain proportion of fines entrained with them, it is common to connect line 17 to a pump or blower.
18 and then, through a conduit 19, to a centrifugal or other separator 20.
The slurry used in the process can, if desired, be prepared in a tank 21 for., Viewed from a heater 22. Water and solids are introduced into this drum in any suitable manner. The solution can be facilitated by the use of a stirring device 23 driven by a motor 24, of a type well known in the art. The agitation device will also serve to maintain in suspension in solution any water insoluble material introduced into tank 21 and any undissolved portions of the water soluble material so that the slurry delivered by the pump 25 through the conduit 26 to a spray nozzle 27 will be of uniform composition.
In carrying out the invention, air spraying is used, i.e. the spray exiting from the nozzle 27 is not a spray of the mud alone propelled by its spray. own pressure, but rather a spray in which droplets of the slurry are propelled by air or other suitable gas exiting the nozzle together with these droplets. To this end, the nozzle 27 has been shown as comprising a duct 28 leading to a compressor or other source of pressurized gas.
The dried material exiting the drum and collected therein will contain pellets of too large dimensions and pellets of too small dimensions. As a result, the exiting material is subjected to suitable screening or separation operations to remove. the pastilles having too much
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large dimensions and pellets having too small dimensions, leaving pellets having a predetermined range of dimensions estimated to be suitable for handling, storage and sale. Pellets of too small dimensions are returned to the hopper 8, as are also the material of too large dimensions after grinding or crushing,
Classification systems,
grinding and transporting have been omitted from the drawings because such devices are well known in the art and are moreover illustrated in US Patent No.
2,926,079.
It will be appreciated from the apparatus just described that the hot gases, the solids which have been treated and the pulverized sludge all pass through or into the treatment drum concurrently, i.e. in the same way. It may also be noted that the end of the nozzle 27 is disposed substantially at the inlet of the drum (although it may be disposed slightly inside this inlet or slightly outside this inlet. ), and that there are no additional nozzles arranged in the drum along the length of the latter.
Although only one nozzle 27 has been shown, it is possible to provide, while remaining within the scope of the present invention,. a series of nozzles adjacent to each other and arranged as described above, that is to say that their spray ends are located at or near the inlet of the drum and relatively near the axis of symmetry thereof. This can be achieved if a greater spray capacity is desired than that which can be provided by a particular nozzle.
However, there is no nozzle arranged to spray the slurry onto the bed and the pulverized sludge enters the drum surrounded by the hot gases coming from the manifold 3. The amount of material which is agitated by the vanes 10 and which is moved forward in the action zone of the vanes 11 does not
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not the action of the spray.
In the operation of the plant, a pulverized dry material, which may or may not be the same as that which is to be pelletized, is first loaded into the drum to form a starting bed of material. This is done through line 9. The burner 7 is ignited to heat the gases carried to the drum by the manifold 3. The material in the feed section of the drum will be agitated and moved forward by the pipes. vanes 10 and it will be preheated by the hot gases. The typical spraying results, given below, are intended to constitute an example of the practice of the invention according to the best embodiment known to the inventors.
When a bed of material has been installed in the drum and the circulation of hot gases has been established, the slurry pump 25 is started and the slurry is sprayed through the nozzle 27 into the stream of heated gases by means of air or another pressurized gas entering through line 28. In operation, the particles or nuclei, which are dropped through the drum in a series of moving curtains, join with the pulverized mud in fine droplets , but because of the hot drying gases passing longitudinally through the drum, they are surface dry to a moisture level below the point of agglomeration, before they re. join the bed or the accumulation of particles in the bottom of the drum.
This action is repeated until the particles become spheres or pellets which are still: then dried to a state suitable for handling and transport, in the same apparatus and before they reach. - dye the discharge end of the drum. As far as we know, no apparatus or process has hitherto been devised by which these two actions simultaneously form
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tion of pellets without significant agglomeration by successive coatings, and: the final drying of the pellets - could be carried out with commercial possibilities in a single apparatus and during a single operation.
The operation is a delicate operation which is affected by many factors and it was only after the discoveries and developments reported here were made that it became possible not only to precisely control the various actions taking place. developing during the operation, but also to separate and control the phases of forming the pellets and drying the finished pellets, so as to ensure an invariable end result. Important factors involved include (1) there must be concurrent circulation of particulate matter, hot drying gases and slurry spray in the drum;
(2) there must be an ample supply of hot drying gases, the temperature, quantity and speed of which are adjustable; (3) there should be a suitable supply of preheated, dry particulate matter into the pellet-forming area; (4) the spray slurry should be mixed with the hot drying gases at a point upstream of the initial contact of the spray with the particulate material in the pellet forming zone;
(5) The slurry spraying should be capable of being fully controlled with respect to its amount and speed in order to control the amount of mud solids to be associated with a given amount of particulate matter, and in order to control the penetration of the spray. in the longitudinal direction of the drum and between the falling curtains
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bants of particulate matter.
In this process, sludge and solid particles meet in a stream of hot gases at a time when the particles are essentially separated, so that there is little or no time for moisture penetration. As the moisture spreads over the surfaces of the particles, the warm environment immediately begins to vaporize that moisture from the surfaces of the solids. The evaporation effect allows the use of much higher gas temperatures, since the heat does not reach the interior of the solid particles but is consumed for the evaporation of water from the surfaces. solids. The solids portion of the slurry adheres to the particulate matter increasing the size of the latter.
A large amount of material is processed at any given time, compared with the amount of solids entering and leaving the drum, so that the growth of particles into pellets of selected sizes can be controlled by concurrent or subsequent control of the drum. the amount of solids vaporized and the volume and temperature of the hot gases.
In addition, the dynamic nature of the process results in a very uniform formation of spherical pellets,
In practice, it can be considered that the drum is divided along its length into different action zones, namely a first zone in which the particulate matter introduced is preheated and fed forward, a second zone in which the particles. Particulate materials are covered and re-covered so as to become pellets of the desired dimensions, and a third zone in which the pellets are dried to the point of reaching a suitable low moisture content and good strength mechanical for storage or transport.
Due to various conditions, however, the
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length of these zones, in the longitudinal direction of the drum, can change and must be adjusted. Although it is not possible to underline here the effect of all these conditions, as some of them originate outside the drum and are related to factors such as amount and moisture content of the particulate material introduced into the drum, atmospheric conditions, etc., some aspects of the control can be emphasized.
First, the particulate material in the first zone of the drum should be suitably dry and suitably preheated. Second, the amount of sludge, considering its water content, associated with the particulate matter in the drum. the second zone, should be sufficient to coat the particles to form the desired pellets, without raising the moisture content of the bed above the point of agglomeration. It is advantageous to use as much slurry as possible in the pelletizing process, as this reduces the amount of recycled material required. If too little sludge is associated with the particles, the process becomes less efficient.
If too much sludge is associated with these particles, the moisture content of the bed may rise too much or the average pellet dimensions may become too large. Although the invention is not limited to the production of pellets of particular dimensions, it will be understood that, in the industrial implementation, particular dimensions of pellets will be chosen as being optimum.
The action developing in the pellet forming zone includes repeating a coating and preliminary drying of the particulate material. Third, a sufficient area must be provided in the drum, after the conclusion of the coating operation, for the final drying.
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nal lozenges.
The length of the coating zone and consequently the length of the final drying zone depend not only on the quantity of sludge introduced and its solids / moisture ratio, but also on the speed of spraying, of the penetration of the spray in the longitudinal direction of the drum and between the falling curtains of the ma. particle size, and the volume, velocity and temperature of the hot gases passing through the drum in the same direction.
With a standardized slurry, these factors are easily controlled by varying the spray pattern and changing the introduction and temperature of the hot gases. Disregarding the possible expectation of a separate source of particulate matter in a dry form (which would entail additional expense), it is evident that the procedure involves the recycling of a certain amount of material. However, with the apparatus and method of the present invention, it will easily be possible to adjust the conditions so that the quantity of pellets having the correct dimensions and which can be sold will not be so small that the quantity. amount of material to be recycled becomes excessive.
The amount of recycled material can vary between about 40% and 60% of the amount of solids passing through the drum. As indicated, the solids discharged from the drum are sieved and the fines, as well as oversized material, must be recycled. It can be considered to be an optimum operation, an operation in which the amount of pellets having sizes suitable for sale, subtracted from the total amount of solids passing through the drum, leaves the amount of material (fines and oversized pellets after grinding) which is desirable for recycling.
In good industrial operation according to the present invention, about 50% of the solids passing through the drum will be recycled.
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The operations as described * are @
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possible by the factors that have been cited above. The particulate material entering the drum is preheated in the first zone prior to coating. It will have a low moisture content, for example about 1% or less, throughout the particle bodies, and it will have been heated or preheated prior to contact with the spray sludge. In the second zone, the material will be sprayed repeatedly, with virtually instant drying. Drying occurs by superficial evaporation and so quickly that moisture does not penetrate into the nuclei of the particles.
In the third zone, the pellets will be further hidden so as to ensure a moisture content of 1% or less. This drying is also essentially an evaporative drying, but, as it occurs beyond the seconda
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xattu, 1a ctJl1IpJra C \ I \ "U doa Laz Ohli1 \ llI. avats ltJllquuh lt11i V44 falling leaves, will have been appreciably reduced by the drying by evaporation taking place in this second zone. As a result, the temperature variations of the Solid matter along the length of the drum show little or no rise in temperature of the particles from the point of entry of the first zone to the point where these particles are discharged from the drum.
The predominantly evaporative drying allows a wide range of spray and hot gas settings and allows the operator to avoid hot or cold spots in the drum, as well as increased moisture content. of the bed bringing it above the point of agglomeration.
It is not possible to give precise operating results for the process, as such results will vary with the materials being processed. However, by way of example, using a slurry consisting of 83% ammonium nitrate and 17% water, the following results obtained in
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during a Satisfactory industrial operation,
The temperature of the air or gas heated at the inlet of. drum can be 430 F., that is to say belonging to a range going substantially from 300 to 600 * F. The gases exiting the drum can have a temperature of 195 F., belonging to a range of 150 to 250 F.
The temperature of the sludge may be 200 F., that is to say in a range ranging substantially from 100 to 250 F. The pressure of the sludge, as determined by the air pressure or other spray gas at the nozzle, may be 65 psi, that is; belonging to a range of substantially 40 to 100 pounds per square inch. The temperature of the bed of particulate material can be 210 F., i.e., a range of 160 to 20 F.
The apparent speed of the gases heated through the drum may be 240 feet per minute, that is to say a gain ranging substantially from 100 to 350 feet per minute,
The length and diameter of the drum can be changed according to the adjustment characteristics given previously. For the transformation into ammonium nitrate pellets previously discussed, the initial or feed section of the drum may be about four feet in length, while the remaining two sections, com - Carrying the valves 11 and as determined by the dam 12, may have a length of about twelve feet each. however, these values are only given for illustrative purposes.
CLAIMS
1. An apparatus for the transformation into tablets of a substance soluble in water, comprising a rotating drum, a dam provided at the inlet end of this drum, a collector connected to the drum at its end. inlet, a device for delivering hot drying gases to this manifold,
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a feed device at the entry end of the tambo to bring the dry materials there to transform into a pellet:
., this feed device extending through the manifold to a location in the drum and beyond the dam, at least one nozzle including a spray portion disposed substantially at the end of the nozzle. inlet of the drum, means for supplying to this nozzle a sludge containing water and a substance soluble in water, means for discharging a compressed gas to this nozzle, this drum having in the vicinity of its inlet end, a series of vanes acting to displace the dry particulate matter towards the opposite end of this drum and to agitate this matter without practically falling,
the remainder of the drum being internally provided with longitudinally extending vanes acting to pick up the particulate material and drop it up and down through this drum in a series of spaced movable curtains, a barrier provided at the outlet end of the drum, a device connected to the drum at its outlet end, to receive the gases from this drum, and means provided at the outlet end of the drum to receive the pellet material ,
2. Apparatus according to claim 1, in which the drum comprises at least one weir disposed intermediately at the ends of the last mentioned vanes.
Apparatus according to claims 1 or 2, comprising means for controlling the temperature and velocity of the incoming hot drying gases, and means for controlling the amount and velocity of the material sprayed.
4. Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising means for separating dust, associated with the second mentioned collector.
5. A process of transformation into pellets,
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a water soluble substance, which comprises passing this substance in dry particulate form through a drum, passing heated drying gases through the drum in the same direction as the particulate material, rocking of this particulate material into a portion of en. very of this drum, so as to dry and preheat it, and then throughout the remainder of the drum to drop this particulate matter up and down through the drum in a series of spaced movable curtains, the pulverized - risation in this drum, from the inlet end of that.
ci, of a slurry comprising water and the water-soluble material, this spraying being carried out using a com gas. award-winning, and continuously regulating the volume and temperature of the hot drying gases and the volume and pressure of the spray, so that the spray penetrates between the moving curtains of particulate matter on only a portion of the length of these curtains, the droplets of mud associating with the particulate matter in these curtains, this particulate material being dried during its descent to be in a surface state below the point of 'agglomeration, an end zone being provided in this drum,
wherein the particulate material of the curtains is no longer associated with the spray but is further dried in the drum to a condition suitable for transport and storage,
6. A process for making pellets of a water soluble material which comprises passing the particulate material through a drum to form a bed therein and to pick up portions thereof. particulate material to drop up and down through the ta-bour in a series of spaced movable curtains, passing through the drum, of heated drying gases, into the
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the same meaning as the path of the particulate matter, the passage through the drum,
a spray comprising water and the water soluble material, and the regulation of this spray and the volume and temperature of the gases, continuously, in order to establish, in the drum, a first zone in which the spray penetrates into the curtains and associates with the particulate material of these curtains, this particulate material being dried following the surfaces of the particles to below the point of agglomeration, and a second zone in which the particulate material of these curtains is dried without being subjected to spraying.
7. The method of claim 6, comprising an initial phase of stirring the particulate material, in the presence of hot drying gases, in order to preheat it without subjecting it to spraying,
8. The process of claims 6 or 7, in which the particulate matter in the first zone is covered and again covered by the solids from the sludge, so as to form pellets, this process comprising the phases sieving the pellets discharged from the drum to derive therefrom the salable fraction, crushing the pellets having too large dimensions and returning the ground material with the fines separated during the sieving operation, to the inlet end of the drum.
9. The method of claim 8, wherein the amount of material returned to the drum for processing is about 40 to 60% of the throughput of the drum,
10. The process according to any one of claims 6 to 9, wherein the bed is continuously maintained below the point of agglomeration.
11. Apparatus and method for converting a water-soluble substance into pellets, such as de-
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above with reference awc accompanying drawings.