Niezawodne ustawienie wielkości i struktury granulatu w granulatorze warstwy pierścieniowej opiera się na zestrojonym współdziałaniu obciążenia mechanicznego, dozowania cieczy i wydajności suszenia, właściwości spoiwa, czasu przebywania i stopnia napełnienia, uzupełnionym o solidny nadzór procesu w linii.

Zasada działania granulatora warstwy pierścieniowej

W granulatorze warstwy pierścieniowej mieszanina jest dociskana siłą odśrodkową do ścianki zbiornika w koncentrycznej warstwie pierścieniowej. W tej warstwie zwilżanie, aglomeracja, powlekanie i nawarstwianie, zagęszczanie oraz suszenie przebiegają jednocześnie lub w strefach. Wynikające właściwości granulatu ustawiane są powtarzalnie przez zdefiniowane wielkości nastawcze.

Istotne wielkości nastawcze do sterowania wielkością i strukturą granulatu

Prędkość obwodowa i prędkość obrotowa rotora

Prędkość obrotowa rotora określa działające siły odśrodkowe i ścinające, a tym samym mechaniczne wprowadzanie energii do warstwy pierścieniowej.

Sposób działania:

• wyższe prędkości obwodowe (typowo około 15 do 35 m/s) wytwarzają silne siły ścinające i uderzeniowe,
• skutek: bardziej zwarte, gęstsze i bardziej kuliste granulaty o wyższej wytrzymałości na łamanie i mniejszej porowatości,
• niższe prędkości obrotowe prowadzą do mniejszego zagęszczenia,
• skutek: luźniejsze, bardziej porowate struktury o szorstszej powierzchni i tendencyjnie większej skłonności do pylenia.

Dozowanie cieczy i parametry natrysku

Wzrost granulatu sterowany jest w decydującym stopniu przez stosunek dozowania cieczy do fazy stałej (stosunek L/S) oraz przez charakterystykę natrysku.

Stosunek cieczy do fazy stałej (stosunek L/S):

• zwiększenie ilości cieczy wzmacnia siły kapilarne i siły adhezji między cząstkami pierwotnymi,
• skutek: szybszy wzrost cząstek i większe granulaty końcowe,
• zbyt duże dozowanie cieczy może prowadzić do przewilgocenia, klejenia i szerokiego widma uziarnienia; zbyt małe dozowanie ogranicza wzrost i zwiększa udział frakcji drobnej.

Szybkość natrysku:

• określa szybkość wzrostu, a tym samym przesunięcie rozkładu wielkości cząstek,
• stała, regulowana szybkość natrysku wspiera wąsko prowadzony rozkład uziarnienia.

Wielkość kropel:

• drobne rozpylenie sprzyja procesom powlekania i nawarstwiania (budowa cienkich warstw),
• grubsze krople sprzyjają aglomeracji przez tworzenie stabilnych mostków cieczowych.

Położenie dyszy i kąt natrysku:

• definiują strefę zwilżania w warstwie pierścieniowej,
• celowe rozdzielenie intensywnego zwilżania i następującej granulacji przez narastanie oraz suszenia zwiększa stabilność procesu, ponieważ unika się miejscowych przewilgoceń.

Bezpieczeństwo procesu:

• zastosowanie precyzyjnych pomp dozujących i regulowanych zaworów natryskowych,
• ciągły nadzór strumienia masowego i temperatury gazu procesowego dla zapewnienia stabilnego stosunku L/S.

Temperatura gazu procesowego i wydajność suszenia

Bilans między wprowadzonym ciekłym spoiwem a zdolnością suszenia wpływa zarówno na wielkość, jak i na strukturę granulatu.

Sposób działania:

• duża wydajność suszenia odbiera warstwie pierścieniowej wilgoć, zanim mogą powstać duże aglomeraty,
• skutek: mniejsze, twardsze ziarna o węższym rozkładzie uziarnienia i większym udziale frakcji drobnej,
• mała wydajność suszenia utrzymuje mostki cieczowe dłużej skuteczne,
• skutek: silniejszy wzrost ziaren, większe i bardziej porowate granulaty, przy przekroczeniu jednak skłonność do klejenia i narosty na ściance.

Bezpieczeństwo procesu:

• regulacja temperatury gazu procesowego i strumienia objętościowego gazu, sprzężona z szybkością natrysku,
• nadzór wilgotności powietrza wylotowego i temperatury produktu jako wskaźnik rzeczywistego bilansu wilgoci.

Właściwości spoiwa i ilość spoiwa

Rodzaj, stężenie i lepkość spoiwa określają wytrzymałość mostków cieczowych, a tym samym stabilność powstających aglomeratów.

Sposób działania:

• układy bardziej stężone lub silniej wiążące wytwarzają twardsze, bardziej odporne na łamanie granulaty,
• spoiwa niskolepkie rozprowadzają się szybciej i równomierniej, przyczyniają się jednak mniej do wytrzymałości ziaren,
• spoiwa wysokolepkie działają silniej klejąco, wymagają jednak drobniejszego rozpylenia i większej energii mechanicznej do rozprowadzenia,
• skutek: ilość spoiwa przesuwa rozkład uziarnienia jako całość; rodzaj spoiwa określa przede wszystkim wytrzymałość, porowatość i zachowanie przy rozpuszczaniu.

Bezpieczeństwo procesu:

• stała temperatura spoiwa, ponieważ lepkość zależy od temperatury,
• sprawdzanie stałości partii spoiwa, ponieważ wahania przenoszą się bezpośrednio na wytrzymałość ziaren.

Czas przebywania i stopień napełnienia

Czas przebywania i stopień napełnienia określają, jak długo i jak często cząstka przechodzi przez strefy zwilżania, zagęszczania i suszenia.

Sposób działania:

• dłuższe czasy przebywania zwiększają liczbę kontaktów i sprzyjają wzrostowi ziaren oraz zaokrągleniu,
• krótsze czasy przebywania ograniczają wzrost i zachowują węższy rozkład uziarnienia,
• stopień napełnienia wpływa na grubość warstwy pierścieniowej: zbyt cienka warstwa prowadzi do nierównomiernego zwilżania, zbyt gruba warstwa tłumi działanie ścinające i wytwarza gradienty,
• skutek: czas przebywania i stopień napełnienia działają wspólnie; nie da się ich nastawiać niezależnie od siebie.

Bezpieczeństwo procesu:

• stały strumień masowy dzięki dozowaniu grawimetrycznemu, ponieważ wydajność i czas przebywania są bezpośrednio sprzężone,
• zdefiniowany przelew lub regulowane organy wyładowcze do stabilizacji stopnia napełnienia.

Nadzór procesu w linii

Ponieważ zwilżanie, aglomeracja i suszenie przebiegają w granulatorze warstwy pierścieniowej jednocześnie, stanu procesu nie da się wyprowadzić z jednej wielkości. Wiarygodne prowadzenie opiera się na kilku sygnałach rejestrowanych równolegle.

• moc napędu i moment obrotowy jako miara wilgoci i kohezji warstwy pierścieniowej; wzrost wskazuje na rozpoczynające się przewilgocenie,
• temperatura produktu i powietrza wylotowego oraz wilgotność powietrza wylotowego do bieżącej oceny bilansu wilgoci,
• strumienie masowe fazy stałej i spoiwa dla zabezpieczenia stałego stosunku L/S,
• metody optyczne lub akustyczne do wyznaczania rozkładu wielkości cząstek w linii, uzupełnione regularnymi analizami sitowymi jako odniesieniem,
• zdefiniowane granice interwencji i udokumentowane postępowanie przy przekroczeniu wartości granicznej, aby korekty odbywały się powtarzalnie.

Dopiero współdziałanie tych wielkości nastawczych czyni wielkość i strukturę granulatu powtarzalnymi. Ich konkretnych wartości docelowych nie da się ustalić ogólnie; wyznaczane są dla każdego układu substancji w próbach i następnie zapisywane jako okno procesowe ze zdefiniowanymi tolerancjami.