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TWI457525B - 乾燥濕式粒狀物質的方法，其中經乾燥的粒狀物質為具有至少６５％亮度Ｒｙ的白色礦物，其經由在直接過熱蒸汽乾燥器中乾燥而形成粒狀物質 - Google Patents

乾燥濕式粒狀物質的方法，其中經乾燥的粒狀物質為具有至少６５％亮度Ｒｙ的白色礦物，其經由在直接過熱蒸汽乾燥器中乾燥而形成粒狀物質 Download PDF

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TWI457525B
TWI457525B TW101111968A TW101111968A TWI457525B TW I457525 B TWI457525 B TW I457525B TW 101111968 A TW101111968 A TW 101111968A TW 101111968 A TW101111968 A TW 101111968A TW I457525 B TWI457525 B TW I457525B
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steam
particulate matter
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calcium carbonate
drying
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TW101111968A
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Olav Bergset
Alain Cremaschi
Robert Gutsche
Ludovic Hautcoeur
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Omya Int Ag
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Publication date
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Description

乾燥濕式粒狀物質的方法，其中經乾燥的粒狀物質為具有至少65%亮度Ry的白色礦物，其經由在直接過熱蒸汽乾燥器中乾燥而形成粒狀物質
本發明係關於乾燥製程之領域，且更特定言之，係關於使用過熱蒸汽來乾燥濕式粒狀物質之方法。
過熱蒸汽乾燥為新興技術，其利用過熱蒸汽作為與待乾燥之濕式產物直接接觸的乾燥介質。與直接空氣或惰性氣體乾燥器相比，直接過熱蒸汽乾燥器具有許多熟知的基本優勢，諸如，能量消耗較低(歸因於無空氣或惰性氣體加熱)、過量(excess)蒸汽更適合於熱回收(因為其未與空氣或惰性氣體混合)、排放出之受污染空氣或惰性氣體可忽略、設備內部無爆炸危險，或通常會被空氣氧化的產物之氧化程度低。
在間接乾燥製程中常使用飽和蒸汽作為能源，間接乾燥製程係基於可能提供與直接過熱蒸汽乾燥器相同之基本優勢的乾燥原理。然而，間接乾燥原理與直接乾燥原理顯著不同，此係因為並非經由濕式產物與乾燥介質之間的直接接觸而供應熱量。相反，經由與待乾燥之產物接觸的熱表面供應熱量。此外，間接乾燥器需要特殊設計之熱交換器以便在乾燥腔室內部使用，與標準熱交換器相比，特殊設計之熱交換器複雜且成本高。
荷蘭應用科學研究組織(TNO)2004年6月發佈了一項題為「工業過熱蒸汽乾燥(Industrial superheated steam drying)」之報告(R 2004/239)，此報告提到，迄今已發 現超過一百種利用過熱蒸汽乾燥技術的乾燥設施，其中主要是用於塊狀材料的大規模連續乾燥器。然而，此項技術中已知之過熱蒸汽乾燥器仍有以下問題：歸因於該等乾燥器之構造，大量所用能量不能被回收。當過熱蒸汽乾燥器未連接至其他外部製程或散熱片，而是用作單獨系統時，尤為如此。
WO 03/052336描述一種基於直接過熱蒸汽乾燥原理的混合乾燥器，其具有在乾燥腔室出口蒸汽中的旋風器(亦即，細屑/蒸汽分離器)，且具有傳統能量系統。在再循環迴路中對旋風器之需求會導致增大的壓降(需要由循環風扇之較高壓差來補償此壓降)，且因此，導致循環風扇之能量消耗顯著增加。此外，傳統能量系統之使用意謂能量回收僅在將此混合乾燥器連接至其他外部製程或散熱片時才有可能。
美國專利第5,291,668號揭示一種使用急速型乾燥器之大氣過熱蒸汽乾燥製程，其中經由使用曲線百葉窗式分離器將乾燥產物與蒸汽分離。經由使用機械蒸氣壓縮機將與乾燥產物分離後之水蒸汽作為蒸汽能量予以回收且進行再循環，而在外部熱交換器中或在位於乾燥腔室內部之熱交換器中加熱乾燥介質或載氣或過熱蒸汽(或此等方法之組合)。然而，此製程之一基本限制為，乾燥介質或載氣流動速率會影響乾燥製程之總體功能性，且因此，使得不可能使所描述之乾燥系統在最佳能量回收系統溫度等級下運轉而不會顯著增大乾燥器大小(與習知大小相比)或不會 在乾燥腔室內部引入複雜的熱交換器表面。此外，細屑及產物分離器在該急速乾燥器中係必要的，其導致額外壓降(需要循環風扇用更多能量來補償此壓降)。
EP 0058651係關於一種牲畜飼料急速/氣動乾燥器，其中同時在管線中輸送產物粒子且在載氣或乾燥介質或過熱蒸汽中乾燥產物粒子，其中經由雙壁管線再加熱乾燥介質。此乾燥系統亦具有以下限制：乾燥介質或載氣流動速率會影響乾燥製程之總體功能性，且因此，使得不可能使所描述之乾燥系統在最佳能量回收系統溫度等級下運轉而不會顯著增大乾燥器大小(與習知大小相比)。此系統亦需要旋風器或其他類型之分離器，就能量消耗而言，此係不利的。
美國專利第4,242,808號描述一種特別用於造紙廠中之紙纖維網之直接過熱蒸汽乾燥製程。可至少部分藉由使用機械蒸氣壓縮機來回收能量。然而，此系統需要高的入口溫度，且亦不適合於乾燥粒狀物質。
為了完整起見，本申請案意欲提到下列美國專利，該等專利提及藉由機械蒸氣再壓縮來進行能量回收的間接乾燥原理：US 4,523,388、US 4,223,452、US 2,622,342及US 4,974,335。
此項技術中需要用於濕式粒狀物質之更有能量效率的乾燥方法。
因此，本發明之一目標為提供一種用於濕式粒狀物質 之乾燥方法，此方法需要較少能量消耗。亦將希望提供一種不依賴於連接至其他外部熱製程或散熱片之有能量效率的乾燥系統。亦希望可在工業條件下利用此系統。
本發明之又一目標為提供一種用於濕式粒狀物質之乾燥方法，此方法利用接受一定量的所載運粒狀物質且複雜程度較低的蒸汽再循環迴路。亦將希望提供一種允許在能量消耗很低或可忽略的情況下所載運粒狀物質在過量蒸汽中的整合式再循環之乾燥方法。
藉由提供一種用於乾燥濕式粒狀物質之方法來解決前述及其他目標，其中經乾燥的粒狀物質為具有根據DIN 53163量測得之至少65%亮度Ry的白色礦物，該方法包含以下步驟：a)提供至少一濕式粒狀物質進料流(1)，b)提供一再循環迴路，其包含至少一乾燥腔室(40)、至少一循環風扇(41)及至少一熱交換器(42)，其中該至少一乾燥腔室(40)包含：一混合系統及混合粒狀物質、用於該至少一濕式粒狀物質進料流之至少一入口、用於過熱蒸汽之至少一入口及用於廢汽之至少一出口，c)經由用於進料流之該至少一入口連續或不連續地將該至少一濕式粒狀物質進料流(1)饋入至該至少一乾燥腔室(40)中之混合粒狀物質內，d)經由用於過熱蒸汽之該至少一入口將過熱蒸汽(6)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內，e)在該至少一乾燥腔室(40)內使混合粒狀物質與過 熱蒸汽直接接觸以乾燥混合粒狀物質，且經由用於廢汽(3)之該至少一出口排出該蒸汽，而不使任何所載運粒狀物質與該廢汽(3)分離，f)將廢汽(3、4、5)饋入至該至少一熱交換器(42)內，在該至少一熱交換器(42)中再加熱該廢汽以提供過熱蒸汽(6)，其中廢汽穿過在該至少一熱交換器(42)前面或後面之至少一循環風扇(41)，且經由用於過熱蒸汽之該至少一入口將該過熱蒸汽饋入回至該至少一乾燥腔室(40)內，g)自該再循環迴路內之至少一位置分離出過量蒸汽(7),h)將過量蒸汽(7)饋入至至少一機械壓縮機(43)內，其中該過量蒸汽係經壓縮以升高過量蒸汽之飽和溫度，將經壓縮之過量蒸汽(8)用作至少一熱交換器(42)中之熱源，且將過量蒸汽作為冷凝液(9)排放出來，及i)經由至少一出口連續或不連續地將經乾燥的顆粒作為至少一產物流排放出來，以獲得經乾燥的粒狀物質。
根據本發明之另一態樣，根據本發明之乾燥方法係用於製造固體含量超過95wt.-%之碳酸鈣，其中較佳在不存在選粒機之情況下製造該碳酸鈣。
根據本發明之另一態樣，提供一種可藉由根據本發明之方法獲得之白色礦物，其中該白色礦物具有根據DIN 53163量測得之至少65%亮度Ry。
本發明之有利具體實例定義於對應的附屬項中。
根據一具體實例，該至少一乾燥腔室(40)包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且自該至少一乾燥腔室經由用於經乾燥的粒狀物質之該至少一出口排放該至少一產物流，及/或除該至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且自除該至少一乾燥腔室之外的再循環迴路經由用於經乾燥的粒狀物質之該至少一出口排放該至少一產物流。
根據一具體實例，在該乾燥腔室內之該混合系統係選自有一個、兩個或兩個以上軸之混合器，或有一個、兩個或兩個以上軸之組合式混合器及機械流體化床建立器，較佳地，該混合系統為有兩個軸之組合式混合器及機械流體化床建立器。
根據一具體實例，至少一乾燥腔室中之壓力為0巴(bar)至5巴，較佳為0.1巴至1.5巴，且更佳為0.1巴至0.95巴或1.05巴至1.2巴。根據另一具體實例，過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且在至少一乾燥腔室中之壓力為0.8巴至1.2巴的情況下，通過再循環迴路之壓降為500Pa至3000Pa，較佳為1000Pa至2000Pa。
根據另一具體實例，自再循環迴路內之至少一位置分離出過量蒸汽(7)，其中發現所載運粒狀物質的量係為最低，較佳地，在廢汽(3)離開至少一乾燥腔室(40)後且在離開至少一循環風扇(41)前自廢汽(3)分離出過量蒸汽(7)。
根據一具體實例，該至少一熱交換器(42)為殼管式熱交換器。根據另一具體實例，該至少一機械壓縮機為離心壓縮機、高壓離心式風扇或排量式魯氏鼓風機，較佳為高壓離心式風扇。
根據一具體實例，過熱蒸汽(6)之溫度與離開該至少一乾燥腔室的廢汽(3)之溫度相差一溫差△TR ，其中△TR 為5℃至100℃，較佳為10℃至50℃，更佳為15℃至30℃，甚至更佳為15℃至25℃，且最佳為約22℃。根據另一具體實例，過量蒸汽(7)之飽和溫度與經壓縮之過量蒸汽(8)之飽和溫度相差一溫差△TE ，其中△TE 為6℃至130℃，較佳為11℃至80℃，更佳為15℃至60℃，且最佳為20℃至45℃。根據再一具體實例，△TE 與△TR 之間的差為1℃至30℃，較佳為4℃至20℃，更佳為6℃至15℃，且最佳為6℃至10℃。
根據一具體實例，過量蒸汽(7)穿過至少一分離器(44)以自過量蒸汽移除任何所載運粒狀物質，然後再將其作為經純化或經再沸之過量蒸汽(17)饋入至至少一機械壓縮機(43)內。根據另一具體實例，將經移除所載運粒狀物質作為再循環流(13)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內或饋入至該至少一進料流(1、2)內。根據再一具體實例，在將至少一進料流(1)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內前對其進行預加熱，較佳藉由至少一熱交換器(46)預加熱進料流(1)，其中將冷凝液(9、19)及/或來自該至少分離器(44)之排放流用作熱源。
根據一具體實例，以經乾燥的粒狀物質之總重量計，獲得之經乾燥的粒狀物質所含的總水分小於15 wt.-%，較佳為小於5 wt.-%，更佳為小於2 wt.-%，且最佳為小於1 wt.-%。根據另一具體實例，經乾燥的粒狀物質在再循環迴路內部的平均滯留時間為至少10分鐘、至少30分鐘或至少60分鐘。
根據一具體實例，白色礦物係選自基於碳酸鈣之礦物或氫氧化鈣或硫酸鈣，較佳為碳酸鈣，更佳為重質碳酸鈣、經改質之碳酸鈣或沈澱碳酸鈣，或者係選自含碳酸鈣之礦物，其中含碳酸鈣之礦物較佳包含白雲石或來自碳酸鈣浮選之尾礦，或上述各者之混合物。根據另一具體實例，白色礦物為與黏土或滑石或氫氧化鈣或硫酸鈣混合的基於碳酸鈣之礦物，或為碳酸鈣-高嶺土混合物或碳酸鈣與膨潤土之混合物，或天然碳酸鈣與氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母或與合成或天然纖維之混合物，或為各種礦物之共同結構，較佳為滑石-碳酸鈣或滑石-二氧化鈦或碳酸鈣-二氧化鈦共同結構。
根據一具體實例，以碳酸鈣之總重量計，獲得之經乾燥的粒狀物質為固體含量超過95 wt.-%之碳酸鈣。根據另一具體實例，以碳酸鈣之總重量計，可藉由根據本發明之方法獲得的白色礦物為總水分小於5 wt.-%之碳酸鈣。
根據再一具體實例，可藉由根據本發明之方法獲得的白色礦物係用於紙應用、油漆、密封劑、黏著劑、混凝土、農業、化妝品、食品、飼料、藥物、水處理中及/或塑膠中。
為達成本發明之目的，術語「濕式粒狀物質」、「進料」或「進料流」指新鮮進料或流，其被饋入至在根據本發明之方法中使用的至少一乾燥腔室內，且為至少一固體物質與液體之均質或異質混合物，例如，呈溶液、懸浮液或分散液之形式，該混合物經由乾燥形成粒狀產物。濕式粒狀物質可(例如)作為液體、漿料、糊狀物、黏聚物、粒狀物、晶體、集結粒、濕粒子、濕碎片或濕餅存在。液體可包含水、有機溶劑或任何其他液體物質或上述各者之混合物。以濕式粒狀物質之總重量計，濕式粒狀物質之固體含量可為至少5 wt.-%，較佳為至少25 wt.-%。
為達成本發明之目的，應理解「經乾燥的粒狀物質」或「產物」係指，以經乾燥的粒狀物質之總重量計，總水分含量小於15 wt.-%、小於5 wt.-%、小於2 wt.-%、較佳為小於1 wt.-%之粒狀物質。
如在本發明之情況下使用的術語「混合粒狀物質」指在乾燥腔室內部之粒狀物質，其同時由乾燥介質乾燥且與濕式粒狀物質混合或由濕式粒狀物質弄濕。混合粒狀物質之總水分含量介於濕式粒狀物質之水分含量與經乾燥的粒狀物質之水分含量之間。
如在本發明之情況下使用的術語「所載運粒狀物質」或「細屑」指與來自乾燥腔室之廢汽一起載運的粒狀物質(經部分乾燥或經乾燥的粒狀物質)。當所載運粒狀物質行進穿過再循環迴路時，或當所載運粒狀物質係與過量蒸汽一起載運時，所載運粒狀物質之總水分含量可改變。
如在本發明之情況下使用的術語「滯留時間」指經乾燥的粒狀物質在乾燥系統內部之平均滯留時間，且藉由將在穩定狀態條件下在乾燥系統內部的經乾燥的粒狀物質除以在至少一產物流中之經乾燥的粒狀物質之流動速率來計算該滯留時間。
在本發明之意義中，「礦物」涵蓋具有特性化學組成物的固體無機物質。在本發明之意義中，「白色」礦物為具有根據DIN 53163(出版日期為1988年7月)量測得的至少65%亮度Ry之白色礦物。
在本發明之意義中，「重質碳酸鈣」(GCC)為自天然源(諸如，石灰石、方解石、大理石或白堊或白雲石)獲得且經由某種處理(諸如，藉由濕式及/或乾式之研磨、篩選及/或分餾，例如，藉由旋風器或選粒機)加工之碳酸鈣。
在本發明之意義中，「沈澱碳酸鈣」(PCC)為合成材料，通常藉由以下操作獲得：在二氧化碳與石灰在水環境下反應之後的沈澱，或鈣與碳酸鹽源在水中之沈澱，或鈣離子與碳酸鹽離子(例如，CaCl2 與Na2 CO3 )自溶液中沈澱出來。
在本發明之意義中，「乾燥介質」為用以乾燥液體組分且自混合粒狀物質移除液體組分的溶劑。乾燥介質組成物可類似於或相當類似於濕式粒狀物質之液體組分。
如在本發明之情況下使用的術語「廢汽」指在至少一乾燥腔室內在直接乾燥製程期間自混合粒狀物質蒸發出的富含水分及/或揮發性組分之過熱蒸汽。此外，廢汽可包含與廢汽一起載運的所載運粒狀物質。
為達成本發明之目的，片語「不使任何所載運粒狀物質與廢汽分離」意謂不使用細屑/蒸汽分離裝置(諸如，旋風器或過濾器或類似者)使所載運粒狀物質與沿著再循環迴路行進之蒸汽分離，該細屑/蒸汽分離裝置會在再循環迴路中產生顯著的額外壓降。
為達成本發明之目的，術語「飽和溫度」指乾燥介質之物理狀態自液體改變至蒸氣時的溫度，其中乾燥介質之飽和溫度取決於其壓力。
為達成本發明之目的，術語「沸點升高」指與溶劑混合及/或溶解的一定量之固體物質在某一壓力下的沸點與純溶劑在同一壓力下的飽和溫度之間的差。
如在本發明之情況下使用的術語「溶劑」指以下兩者：溶解固體物質之溶劑，及不溶解固體但載運固體(例如，呈分散液或懸浮液之形式)之任一其他類型之液體。
在本發明之意義中，「漿料」包含不溶性固體及液體，且視情況包含另外的添加劑及所溶解固體，且通常含有大量不溶性固體，且因此，漿料之黏度大於形成其之液體且密度通常高於形成其之液體。
如在本發明之情況下使用的術語「過熱蒸汽」或「蒸汽」指乾燥介質之蒸汽或蒸氣。前綴「過熱」指比各別乾燥介質之飽和溫度高的溫度。如在本發明之情況下使用的術語「蒸汽」或「蒸氣」(無前綴過熱)指在飽和溫度下或在比各別溶劑之飽和溫度稍高的溫度下之蒸汽。在本發明之方法中可使用任一種類之過熱溶劑蒸汽或過熱溶劑蒸汽混合物，例如(但不限於)水、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、其他醇、丙二醇、單乙二醇、乙二醇、其他二醇、烴或此等溶劑中之至少兩者的混合物。
如在本發明之情況下使用的術語「總水分含量」指在粒狀物質之表面上及在粒狀物質內所吸收的溶劑之量，該溶劑可自粒狀物質蒸發出來。在溶劑為水之情況下，根據用於特定固體物質之合適的量測方法(例如，Coulometric Karl Fischer量測方法)判定粒狀物質之wt.-%水，其中將礦物粉末及/或複合粒子或粒狀物質加熱至220℃或適合於特定固體物質之不同溫度，且在Coulometric Karl Fischer單元中判定作為蒸氣或蒸汽釋放出來且使用氮氣流(速度為100毫升/分鐘)予以隔離之水含量。
如在本發明之情況下使用的術語「總能量消耗」指總電能消耗加總熱能消耗，且以kWh為單位予以指定。
如在本發明之情況下使用的術語「總電能消耗」指在實際製程內消耗電能的所有設備之電能消耗，且以kWh為單位予以指定。
如在本發明之情況下使用的術語「總熱能消耗」指按指定來執行實際製程所需之熱能消耗，且以kWh為單位予以指定。
如在本發明之情況下使用的術語「機械流體化床建立器」指粒子之流體化床，然而，並非藉由流體穿過粒子床來建立而是經由混合裝置藉由機械力來建立，而結果類似於藉由向上傳遞穿過粒狀物質之流體(液體或蒸汽或蒸氣)的液化，藉以將粒狀物質自靜態固體狀狀態轉換至動態流體狀狀態。當已流體化時，固體粒子之床將表現為流體，例如液體或蒸汽或蒸氣。
為達成本發明之目的，術語「巴」指絕對壓力，亦即，1.01325巴等於大氣壓力，亦即，一個標準大氣壓(1 atm)。
在下文中，將借助於圖1描述本發明之製程之特徵，圖1說明本發明之乾燥方法之一具體實例。
用於乾燥濕式粒狀物質的本發明之製程包含提供至少一濕式粒狀物質進料流(1)之步驟。
將在本發明之製程中乾燥的濕式粒狀物質可得自各種來源，且在其已藉由本發明之製程乾燥後成為具有根據DIN 53163(出版日期為1988年7月)量測得的至少65%亮度Ry之白色礦物。
根據本發明一具體實例，白色礦物係選自基於碳酸鈣之礦物或氫氧化鈣或硫酸鈣，較佳為碳酸鈣，更佳為重質碳酸鈣(GCC)、經改質之碳酸鈣或沈澱碳酸鈣(PCC)，或者係選自含碳酸鈣之礦物，其中含碳酸鈣之礦物較佳地包含白雲石或來自碳酸鈣浮選之尾礦，或上述各者之混合物。
天然重質碳酸鈣(GCC)可為(例如)大理石、石灰石、白堊、方解石及/或白雲石中之一或多者的特徵。沈澱碳酸鈣(PCC)可為(例如)霰石、六方方解石及/或方解石礦物學晶體形式中之一或多者的特徵。霰石通常呈針尖形式，而六方方解石屬於六方晶系。方解石可形成偏三角面體、稜柱、球狀及菱面體形式。經改質之碳酸鈣可為經表面及/或內部結構改質之天然重質或沈澱碳酸鈣的特徵，例如，碳酸鈣可藉由疏水性表面處理劑(諸如，脂族羧酸或矽氧烷)處理或塗佈，或可與酸及二氧化碳反應。碳酸鈣可藉由(例如)聚丙烯酸酯或聚二甲基二烯丙基氯化銨處理或塗佈，從而變為陽離子或陰離子。
較佳地，礦物顏料為重質碳酸鈣、經改質之碳酸鈣或沈澱碳酸鈣，或上述各者之混合物。
根據本發明之另一具體實例，白色礦物為與黏土或滑石或與氫氧化鈣或硫酸鈣混合的基於碳酸鈣之礦物，或為碳酸鈣-高嶺土混合物或碳酸鈣與膨潤土之混合物，或天然碳酸鈣與氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母或與合成纖維或天然纖維之混合物，或為礦物之共同結構，較佳為滑石-碳酸鈣或滑石-二氧化鈦或碳酸鈣-二氧化鈦共同結構。
根據本發明之一具體實例，濕式粒狀物質呈液體、漿料、糊狀物、黏聚物、粒狀物、晶體、集結粒、濕粒子、濕碎片或濕餅之形式。較佳地，濕式粒狀物質呈漿料之形式。
濕式粒狀物質之液體組分可為水、有機溶劑或任何其他液體，或上述各者之混合物。合適的有機溶劑之實例為甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、其他醇、丙二醇、單乙二醇、乙二醇、其他二醇、烴或此等溶劑中之至少兩者的混合物。較佳地，濕式粒狀物質之液體組分主要為水，更佳為水。
濕式粒狀物質之固體含量，以濕式粒狀物質之總重量計，可在5 wt.-%至95 wt.-%之範圍中。根據本發明之一具體實例，濕式粒狀物質之固體含量，以濕式粒狀物質之總重量計，為至少5 wt.-%、至少15 wt.-%，較佳為至少25 wt.-%，更佳為至少35 wt.-%，且最佳為至少50 wt.-%。舉例而言，濕式粒狀物質之固體含量，以濕式粒狀物質之總重量計，為5 wt.-%至95 wt.-%、15 wt.-%至95 wt.-%、25 wt.-%至95 wt.-%、35 wt.-%至95 wt.-%或50 wt.-%至95 wt.-%。
用於乾燥濕式粒狀物質的本發明之方法進一步包含提供再循環迴路之步驟，該再循環迴路包含至少一乾燥腔室(40)、至少一循環風扇(41)及至少一熱交換器(42)。該至少一乾燥腔室包含一混合系統及混合粒狀物質、用於濕式粒狀物質進料流之至少一入口、用於過熱蒸汽之至少一入口及用於廢汽之至少一出口。
用於至少一進料流(1、2)之至少一入口的數目及位置及/或在乾燥腔室(在乾燥腔室中，至少一進料流進入且分佈於混合粒狀物質上)內部之數目及位置可取決於濕式粒狀物質之特性、混合粒狀物質之特性、至少一乾燥腔室之設計及混合粒狀物質在乾燥腔室內產生細屑之趨勢。取決於濕式粒狀物質及混合粒狀物質之特性、至少一乾燥腔室之設計及混合粒狀物質在至少一乾燥腔室內產生細屑之趨勢，至少一乾燥腔室亦可含有用於進料流之一個以上入口，例如，用於至少一進料流之兩個、三個、四個或五個入口。
用於過熱蒸汽(6)之至少一入口及/或用於廢汽(3)之至少一出口的數目及位置可取決於混合粒狀物質之特性、至少一乾燥腔室之設計及混合粒狀物質在至少一乾燥腔室內產生細屑之趨勢。
根據本發明之一具體實例，至少一乾燥腔室包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口。至少針對連續真空操作，可存在用於至少一產物流(10)之閥配置。
根據本發明之一具體實例，至少一乾燥腔室包含用於再循環流之至少一額外入口，例如，在圖3中所示(見圖3，參考13)。
根據本發明之一具體實例，混合系統係選自有一個、兩個或兩個以上軸之混合器或有一個、兩個或兩個以上軸之組合式混合器及機械流體化床建立器。混合設計旨在達成均勻混合粒狀物質組成物，且亦旨在控制粒子、黏聚物或粒狀物之均一大小分佈。根據一較佳具體實例，混合系統為有兩個軸之組合式混合器及機械流體化床建立器。
經由用於進料流之至少一入口將至少一濕式粒狀物質進料流(1)連續或不連續地饋入至該至少一乾燥腔室(40)中之混合粒狀物質內，且經由用於過熱蒸汽之至少一入口將過熱蒸汽(6)饋入至乾燥腔室(40)內。
熟習此項技術者將意識到，至少一進料流之壓力必須充分高於乾燥腔室內部之壓力。至少一進料流之壓力亦可取決於在至少一乾燥腔室內部用於至少一進料流之分佈構件。
根據本發明之一例示性具體實例，至少一進料流包含：一包含呈漿料形式的濕式粒狀物質之進料流，及一包含呈濕餅形式的濕式粒狀物質之進料流。
在至少一乾燥腔室(40)內使混合粒狀物質與過熱蒸汽直接接觸以乾燥混合粒狀物質，且經由用於廢汽之至少一出口排出該蒸汽，而不使任何所載運粒狀物質與廢汽(3)分離。
具有混合系統之至少一乾燥腔室按照直接乾燥原理來操作，亦即，過熱蒸汽與混合粒狀物質直接接觸。過熱蒸汽供應熱量以用於蒸發混合粒狀物質的水分，且帶走蒸發出來之水分。過熱蒸汽經由用於過熱蒸汽之至少一入口進入，接觸混合粒狀物質，且經由用於廢汽之至少一出口退出至少一乾燥腔室。在不受任何理論約束的情況下，咸信具有混合系統之乾燥腔室提供非常有效率的質量傳遞及熱傳遞，此係歸因於過熱蒸汽與混合粒狀物質的密切接觸及混合。
廢汽沿著包含至少一乾燥腔室(40)、至少一循環風扇(41)及至少一熱交換器(42)之再循環迴路行進。根據本發明之一具體實例，至少一乾燥腔室及/或除至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口。
將廢汽(3、4、5)饋入至至少一熱交換器(42)內，其中廢汽穿過在至少一熱交換器(42)前面或後面之至少一循環風扇(41)。該至少一循環風扇藉由克服再循環迴路中之壓降而維持再循環迴路中的蒸汽之流動速率。
在該至少一熱交換器中，再加熱廢汽(5)以提供過熱蒸汽(6)。經由用於過熱蒸汽之至少一入口將所獲得之過熱蒸汽饋入回至乾燥腔室(40)內。
至少一熱交換器(42)可包含用於廢汽之至少一入口及用於過熱蒸汽之至少一出口。
根據本發明之一具體實例，至少一熱交換器(42)為殼管式熱交換器。在不受任何理論約束的情況下，咸信此熱交換器設計係有利的，此係因為(例如)其對所載運粒狀物質而言係穩定的且可針對足夠低的壓降予以設計。可使用之其他熱交換器為各種類型之板式熱交換器。
根據本發明之一具體實例，廢汽(3、4)穿過在至少一熱交換器(42)前面之至少一循環風扇(41)，例如圖1中所示。
根據本發明之另一具體實例，廢汽穿過在至少一熱交換器(42)後面之至少一循環風扇(41)，例如圖2中所示。此設計可導致饋入至循環風扇(41)的所載運粒狀物質之總水分含量減小，此係因為所載運粒狀物質將經由至少一熱交換器(42)進一步乾燥。另一優勢可為，進入至少一熱交換器(42)的廢汽及離開至少一熱交換器(42)的過熱蒸汽之溫度略低，且因此經壓縮之蒸汽(8、18)的飽和溫度將降低，且機械蒸氣再壓縮系統之能量消耗將對應地略低，此係因為輸入至至少一循環風扇(41)之電能及因此過熱蒸汽之相應升溫在此情況下將在至少一熱交換器(42)後完成。在於至少一循環風扇(41)前使用藉由重力分離之情況下(如以下作為可選具體實例所描述)，另一優勢可為，饋入至至少一循環風扇(41)內的所載運粒狀物質之量將得以減少。
根據本發明之另一例示性具體實例，分離廢汽(3、4)且廢汽(3、4)穿過在至少一熱交換器(42)前面或後面之至少兩個平行循環風扇。
用於乾燥濕式粒狀物質的本發明之方法進一步包含自再循環迴路內之至少一位置分離出過量蒸汽(7)之步驟。
可自再循環迴路內之任一位置分離出過量蒸汽，例如，自廢汽(3、4、5)、過熱蒸汽(6)、至少一乾燥腔室(40)、至少一循環風扇(41)及/或至少一熱交換器(42)。
根據本發明之一具體實例，自再循環迴路內之至少一位置分離出過量蒸汽(7)，在該至少一位置中，所載運粒狀物質之量被認為是最低。例示性具體實例展示於圖1中，其中在廢汽(3)離開乾燥腔室(40)後且在離開循環風扇(41)前自廢汽(3)分離出過量蒸汽(7)，而其餘廢汽沿著再循環迴路行進且經再加熱以提供過熱蒸汽。
將過量蒸汽(7)饋入至至少一機械壓縮機(43)內，其中該過量蒸汽係經壓縮以升高過量蒸汽之壓力及因此飽和溫度。當如上所述在製程蒸汽或蒸氣中直接使用機械壓縮機且將經壓縮之蒸汽用作同一熱製程之能源時，通常使用術語「機械蒸氣再壓縮(MVR)」。
根據本發明之一具體實例，至少一機械壓縮機為(例如)離心壓縮機、高壓離心式風扇或排量式魯氏鼓風機。較佳地，至少一機械壓縮機為高壓離心式風扇，其具有以下優勢：其接受一定量的所載運粒狀物質，且因此使細屑/蒸汽分離器之存在沒有必要。機械壓縮機之選擇亦可取決於下文所定義的蒸發水容量及/或總溫差△TE 。不同的機械壓縮機類型亦具有不同的壓縮效率。
或者，能量系統可基於藉由蒸汽噴射器對過量蒸汽之熱再壓縮，其中將高壓蒸汽用作蒸汽噴射器之驅動力。然而，此替代能量系統可提供較低程度之能量回收。
本發明之方法中的能量回收之主要部分係藉由過量蒸汽之機械再壓縮達成。用於至少一機械壓縮機之能量可為電能或熱能。若使用熱能，則可至少部分利用來自至少一機械壓縮機之廢能，作為本發明之製程的能量供應。
在離開至少一機械壓縮機後，將經壓縮之過量蒸汽(8)用為至少一熱交換器(42)中之熱源，且作為冷凝液(9)排放出來。可將冷凝液(9)直接排放或將其完全或部分用於加熱，例如，用於在如圖3中所示(見圖3，參考46)之預加熱器中加熱進料流，及/或在排放前完全或部分在內部重新使用。
至少一熱交換器(42)可包含用於經壓縮之過量蒸汽(8)之至少一入口及用於冷凝液(9)之至少一出口。
經由至少一出口連續或不連續地將經乾燥的粒狀物質作為至少一產物流排放出來，以獲得經乾燥的粒狀物質。
根據本發明之一具體實例，至少一乾燥腔室(40)包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且經由用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口自乾燥腔室排放至少一產物流(10)，例如圖1中所示。根據本發明之另一具體實例，除至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且經由用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口自除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路排放至少一產物流。根據本發明之再一具體實例，至少一乾燥腔室(40)包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且除至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且經由用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口自乾燥腔室並經由用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口自除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路排放至少一產物流。
根據本發明之一具體實例，所獲得之經乾燥的粒狀物質所含的總水分，以經乾燥的粒狀物質之總重量計，小於15 wt.-%，較佳為小於5 wt.-%，更佳為小於2 wt.-%，且最佳為小於1 wt.-%。
根據本發明之一例示性具體實例，至少一乾燥腔室(40)包含用於經乾燥的粒狀物質之第一出口，且除至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之第二出口，且經由第一出口排放第一產物流且經由第二出口排放第二產物流，其中在第一產物流中的經乾燥的粒狀物質之水分含量大於在第二產物流中的經乾燥的粒狀物質之水分含量。
根據本發明之方法可用於製造，以碳酸鈣之總重量計，固體含量超過95 wt.-%之的碳酸鈣。根據一較佳具體實例，在不存在選粒機之情況下製造碳酸鈣。
根據本發明之一具體實例，所獲得之經乾燥的粒狀物質，以碳酸鈣之總重量計，為固體含量超過95 wt.-%、較佳為超過98 wt.-%且最佳為超過99 wt.-%之碳酸鈣。
根據本發明之另一具體實例，可藉由根據本發明之方法獲得的白色礦物，以碳酸鈣之總重量計，為總水分小於5 wt.-%、較佳為小於2 wt.-%且最佳為小於1 wt.-%之碳酸鈣。
根據本發明之一具體實例，經乾燥的粒狀物質在再循環迴路內部的平均滯留時間為至少10分鐘、至少30分鐘或至少60分鐘。
可在0至5巴之乾燥腔室壓力下進行本發明之方法。根據一較佳具體實例，在乾燥腔室中之壓力為0.1巴至1.5巴，且更佳為0.1巴至0.95巴或1.05巴至1.2巴。可使用真空泵以便在真空下進行本發明之方法。
可在通過再循環迴路之壓降為500 Pa至3000 Pa，較佳為1000 Pa至2000 Pa的情況下進行本發明之方法，其中過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且至少一乾燥腔室中之壓力為0.8巴至1.2巴。
根據本發明之一例示性具體實例，饋入至至少一乾燥腔室內的壓力為1.05巴之過熱水蒸汽(6)之流動速率為6 m3 /s至100 m3 /s，較佳為12 m3 /s至50 m3 /s，且更佳為18 m3 /s至35 m3 /s，且最佳為22 m3 /s至35 m3 /s，且過量蒸汽的流動速率為1000公斤/小時。
令人驚訝的是，已發現，藉由利用具有混合系統之至少一乾燥腔室，可以將混合粒狀物質之熱傳遞及質量傳遞表面積維持為大的且穩定的且將離開至少一乾燥腔室之廢汽中的所載運粒狀物質維持為相當低的濃度(即使在再循環迴路中之蒸汽流動速率較高)。此外，已發現，本發明之方法不需要再循環迴路中之細屑/蒸汽分離器，此係因為在本發明之乾燥方法中有效率地處置了廢汽中的所載運粒狀物質。相反，所載運粒狀物質之存在可甚至增加再循環迴路中的至少一熱交換器之熱傳遞效率。
再循環迴路中細屑/蒸汽分離器之不存在避免了顯著的壓降，且因此，可在再循環迴路內之壓降較低的情況下操作該系統，此操作顯著減少了乾燥製程之能量消耗。若必要，取決於實際濕式粒狀物質特性，為了處置存在於除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路內的所載運粒狀物質，可應用再循環迴路的大體上垂直之配置，維持足夠高的速度，在再循環迴路中引入特定構件，或藉由重力自除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路排放出所載運粒狀物質，或組合此等手段中之兩者或兩者以上。
此外，已發現，在經由用於過熱蒸汽之至少一入口饋入至至少一乾燥腔室內的過熱蒸汽之溫度與離開至少一乾燥腔室的廢汽之溫度之間存在一特定溫差△TR ，此溫差△TR 與在本發明之方法中使用的至少一機械壓縮機相結合係有利的。
根據本發明之一具體實例，饋入至至少一乾燥腔室內的過熱蒸汽(6)之溫度與離開至少一乾燥腔室的廢汽(3)之溫度相差一溫差△TR ，其中△TR 為5℃至100℃，較佳為10℃至50℃，更佳為15℃至30℃，甚至更佳為15℃至25℃，且最佳為約22℃。
根據本發明之一例示性具體實例，過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且過熱蒸汽(6)之溫度在1.05巴之壓力下為105℃至220℃，較佳為110℃至170℃，更佳為115℃至150℃，且最佳為115℃至135℃，及/或廢汽(3)之溫度在1.05巴之壓力下為101℃至120℃，較佳為102℃至115℃，甚至更佳為102℃至110℃，且最佳為約102℃至105℃。
根據本發明之一具體實例，經壓縮之過量蒸汽(8)之飽和溫度與過量蒸汽(7)之飽和溫度相差一溫差△TE ，其中△TE 為6℃至130℃，較佳為11℃至80℃，更佳為15℃至60℃，且最佳為20℃至45℃。
根據本發明之一較佳具體實例，過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且△TR 為5℃至100℃，較佳為10℃至50℃，更佳為15℃至30℃，及/或△TE 為6℃至130℃，較佳為11℃至80℃，更佳為15℃至60℃，且最佳為20℃至45℃。
根據本發明之另一較佳具體實例，過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且△TR 為15℃至30℃且△TE 為20℃至45℃。
根據本發明之一具體實例，△TE 與△TR 之間的差為1℃至30℃，較佳為4℃至20℃，更佳為6℃至15℃，且最佳為6℃至10℃。
除了以上描述之特徵之外，本發明之方法亦可進一步包含可選特徵，將借助於圖3描述該等可選特徵，圖3說明本發明之乾燥方法之另一具體實例。
根據本發明之一可選具體實例，過量蒸汽(7)穿過至少一分離器(44)以自過量蒸汽移除任何所載運粒狀物質，然後再將過量蒸汽作為經純化及/或經再沸之過量蒸汽(17)饋入至至少一機械壓縮機(43)內。
至少一分離器(44)可為乾式分離器及/或濕式分離器。合適的乾式分離器之實例為旋風器或過濾器。合適的濕式分離器之實例為洗滌器或再沸器。
至少一分離器(44)可連接至排放管線或真空泵(47)以便清除空氣或惰性氣體。冷凝液蒸汽(9、19)亦可連接至排放管線或真空管(圖3中未說明)。
根據本發明之一可選具體實例，將在至少一分離器(44)中經移除之所載運粒狀物質作為再循環流(13)饋入至至少一乾燥腔室(40)內。可經由用於再循環流之至少一入口將再循環流(13)饋入至至少一乾燥腔室內。然而，亦可將再循環流引導至至少一進料流(1、2)，圖3中未展示。
若至少一分離器與至少一乾燥腔室或至少一進料流之間的高度差足夠大，則可不藉由另外的加壓裝置維持此再循環流流量。若使用濕式分離器，則再循環流(13)呈含有經稀釋之所載運粒狀物質的液體狀態，且可濃縮該流(13)，然後再經由用於再循環流之至少一入口將其饋入至至少一乾燥腔室(40)內或饋入至至少一進料流(1、2)內。整合有濃縮經稀釋之所載運粒狀物質的潛在功能性之濕式分離器為(例如)洗滌器或再沸器。
此可選具體實例可具有以下優勢：可藉由完全整合式系統在額外能量消耗很低或可忽略的情況下再循環過量蒸汽中的所載運粒狀物質，額外能量消耗的絕對值取決於再循環流(13)的所載運粒狀物質與過量蒸汽(7)的所載運粒狀物質之比率，且在應用濕式分離器的情況下亦取決於再循環流(13)之沸點升高。換言之，此可選具體實例可准許在濕式粒狀物質之乾燥中涉及的成本之雙倍減少；所載運粒狀物質沒有損失(因為得以再循環)，且再循環所需之額外能量僅為很低或可忽略的。
根據本發明之一可選具體實例，將冷凝液(9、19)之至少一部分饋入至至少一分離器(44)內，用於在至少一分離器及整體乾燥系統內維持溶劑質量平衡。
根據本發明之另一可選具體實例，將在至少一分離器(44)中經移除之所載運粒狀物質作為排放流自該分離器排放出來。在使用乾式分離器且所載運粒狀物質足夠乾之情況下，可將經移除之所載運粒狀物質作為經乾燥的粒狀物質排放出來，其促成總系統經乾燥的粒狀物質質量平衡。或者，在濕式分離器之情況下，可將經稀釋之所載運粒狀物質作為呈液體或漿料形式的排放流排放出來，其中取決於排放流的所載運粒狀物質與過量蒸汽(7)的所載運粒狀物質之比率，將冷凝液(9、19)之至少一部分饋入至至少一分離器(44)內，用於在至少一分離器及整體乾燥系統內維持質量平衡。
根據本發明之一可選具體實例，可在將至少一進料流(1)饋入至至少一乾燥腔室(40)內之前對其進行預加熱。較佳地，藉由經設計以處置濕式粒狀物質之至少一熱交換器(46)預加熱至少一進料流(1)，其中將冷凝液(9、19)及/或來自至少一分離器(44)之排放流用作熱源。至少一熱交換器(46)可包含用於進料流(1)之至少一入口、用於經預加熱之進料流(2)之至少一出口、用於熱冷凝液(9、19)或來自分離器(44)之熱排放流之至少一入口，及用於過冷的冷凝液(20)或來自至少一分離器(44)的過冷的排放流之至少一出口。
根據本發明之一可選具體實例，除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路中的所載運粒狀物質可在除至少一乾燥腔室之外的再循環迴路中的任一位置處(較佳為在至少一熱交換器(42)後面且在至少一乾燥腔室(40)前面之位置處)僅藉由重力手段予以部分分離。在所載運粒狀物質足夠乾之情況下，所載運粒狀物質之此排放將促成總系統經乾燥的粒狀物質質量平衡。視情況，所載運粒狀物質之該排放可經由至少一入口再循環回至至少一乾燥腔室內，或再循環回至至少一進料流內。
可在完全絕緣之乾燥系統中或在經由雙壁殼予以外部加熱的乾燥系統中進行本發明之乾燥方法，以消除在乾燥系統內部之內部冷凝或將此內部冷凝減至最低(例如，在包含粒狀物質之區域中)。
根據另一可選具體實例，用以進行本發明之方法的至少一乾燥腔室及/或蒸汽管線包含雙壁殼，且將經壓縮之蒸汽(8、18)之一部分用作熱源，來對在用以進行本發明之方法的至少一乾燥腔室(40)及/或所連接管線中的乾燥介質或過熱蒸汽進行內部再加熱。歸因於過熱蒸汽(6)的流動速率減小，上述操作可進一步減少總能量消耗，且同時，可在至少一乾燥腔室及蒸汽管線內部導致較低的冷凝危險。
根據再一可選具體實例，在經壓縮之蒸汽(8、18)進入至少一熱交換器(42)前使用冷凝液(9、19)將其冷卻。為此而注入冷凝液的操作可在至少一機械壓縮機(43)前面或後面。
根據本發明之再一可選具體實例，可使用外部能量輸入(11)來開始本發明之方法。合適的外部能量輸入可為來自鍋爐或熱水之蒸汽。然而，外部能量輸入並非起動所必需的。舉例而言，若熱進料流、運作中的至少一循環風扇及至少一機械壓縮機受到驅動，則乾燥系統可自行加熱。在穩定狀態操作下，在總系統中有過量能量之情況下，可能不需要外部能量輸入，且因此經由開/關閥切斷外部能量輸入。當歸因於總能量平衡及/或進料特性而在操作期間需要外部能量時，可將外部能量直接供應至經壓縮之蒸汽內或經由再循環迴路中的至少一單獨的熱交換器間接地供應至經壓縮之蒸汽內。若總系統中存在過量能量，則可藉由經外部冷卻之冷凝液自至少一乾燥腔室(40)與至少一熱交換器(42)之間的蒸汽管線移除此過量能量，以維持總能量平衡。
根據再一可選具體實例，根據本發明之方法可包含串聯、並聯或串聯與並聯之組合的至少兩個乾燥腔室。在使用串聯連接之腔室之情況下，可在以下各種情況下進行本發明之方法：在乾燥腔室之間無再加熱之情況下或在該等腔室中之至少兩者之間有再加熱之情況下；在過熱蒸汽不略過該等乾燥腔室之情況下或在過熱蒸汽略過至少一乾燥腔室之情況下；在至少兩個乾燥腔室中的混合粒狀物質的水分含量類似之情況下或在至少兩個乾燥腔室中的混合粒狀物質的水分含量不同之情況下；在至少兩個乾燥腔室中的乾燥腔室溫度類似之情況下或在至少兩個乾燥腔室中的乾燥腔室過熱蒸汽入口/出口溫度不同之情況下；及在至少一MVR系統之情況下。此可選具體實例之一些潛在優勢可為：乾燥方法得以總體進一步最佳化；乾燥方法針對每一類型之待乾燥的濕式粒狀物質得以最佳化；能量效率得以改良；在乾燥腔室中的熱傳遞及質量傳遞得以改良；及/或在除至少一乾燥腔室之外的主要再循環迴路中的所載運粒狀物質之量較低。
可藉由根據本發明之方法獲得的白色礦物可用於紙應用、油漆、密封劑、黏著劑、混凝土、農業、化妝品、食品、飼料、藥物、水處理及/或塑膠中。
實施例
實施例1
實施例1為本發明之乾燥製程之能量消耗與使用習知直接過熱蒸汽混合乾燥器而不對過量蒸汽潛熱進行能量回收的乾燥製程之能量消耗之間的比較。
習知乾燥器包括在再循環迴路中之細屑/蒸汽旋風器型分離器，其導致蒸汽再循環迴路中的估計壓降較高。根據總系統能量平衡來計算總能量消耗。電能消耗係基於用於循環風扇的能量消耗之標準計算模型，該等標準計算模型基於壓差、體積流動速率及總風扇效率，且使用混合裝置及泵的電能消耗之通常為假定的值。本發明之乾燥製程設置係基於圖1中展示之製程設計。
在結果中，論述在本發明之乾燥製程之再循環迴路中的細屑/蒸汽分離器之結果。括號中之數指圖1中之實際設備、蒸汽或流位置。必須結合在常見設計資料中指定的蒸發水容量來看效應消耗(kW)。
常見設計資料
濕式粒狀物質：CaCO3 水溶液
進料濃度(1)：50 wt.-%固體含量
產物濃度(10)：99 wt.-%固體含量
進料容量：2000 kg/h
蒸發水容量(7、8、9)：1000 kg/h
乾燥腔室壓力：1.05巴
滯留時間：超過30分鐘
效應消耗混合器及泵：30 kW
循環風扇效率(41)：0.65
機械壓縮機效率(43)：0.60
習知直接過熱蒸汽乾燥製程
進入乾燥腔室之溫度：164℃
離開乾燥腔室之溫度：102℃
再循環迴路中之壓降：6000 Pa
總熱效應消耗：550 kW
總電效應消耗循環風扇：70 kW
總效應消耗：650 kW
本發明之製程
進入乾燥腔室之溫度(6)：124℃
離開乾燥腔室之溫度(3)：102℃
進入乾燥腔室之過熱蒸汽(6)與離開乾燥腔室之廢汽(3)之△TR 或溫差：22℃
△TE 或升溫MVR系統(43)：△TR +6℃=28℃
再循環迴路(3-4-41-5-42-6-40)中之壓降：1500 Pa
過熱蒸汽體積流動速率(6)：24 m3 /s
總熱效應消耗：0 kW
電效應消耗循環風扇：50 kW
電效應消耗MVR系統：75 kW
總效應消耗：155 kW
結果
根據此實施例的本發明之製程展示出之總能量消耗比習知乾燥製程低大致76%。在假定額外壓降為4500 Pa且其他設計資料相同之情況下，再循環迴路中的細屑/蒸汽分離裝置(例如，旋風器)之存在導致循環風扇之電效應消耗增加了大致150 kW，且因此，總能量消耗為305 kW，亦即，為本發明之製程的兩倍高。
實施例2
圖4展示總比能量消耗(亦即，kWh/噸蒸發水)對饋入至乾燥腔室內的過熱蒸汽與離開乾燥腔室的廢汽之溫差之計算，此計算係基於以下針對在圖3中說明之本發明之製程所指定的設計資料。在此實施例中，亦展示再循環迴路壓降之敏感性對該製程之最適宜溫度等級。括號中之數指圖3中之實際設備、蒸汽或流位置。
設計資料
濕式粒狀物質：CaCO3 水溶液
進料濃度(1)：50 wt.-%固體含量
產物濃度(10)：99 wt.-%固體含量
乾燥腔室壓力(40)：1.05巴
滯留時間：超過30分鐘
過量蒸汽(7)中的所載運粒狀物質：1 wt.-%
△TE 或升溫MVR系統：△TR +10℃
再循環迴路(3-4-41-5-42-6-40)中之壓降：1100 Pa或1500 Pa或1900 Pa
循環風扇效率(41)：0.75
機械壓縮機效率(43)：0.78
比能量消耗混合器及泵：30 kWh/噸蒸發水
圖4說明最適宜能量消耗對△TR 大致發生在△TR =15℃-30℃。當歸因於過熱蒸汽之流動速率減小而增加△TR 時，循環風扇之能量消耗減少。歸因於需要較高△TE 來補償較高△TR (或更具體而言，離開熱交換器(42)之較高過熱蒸汽溫度)，機械壓縮機能量消耗出現相反情況。圖4亦說明再循環迴路中的減小(1100 Pa)或增大(1900 Pa)之壓降(dP)的效應，且展示最適宜溫度等級仍相當低且在同一範圍內。
實施例3
圖5展示在△TE 與△TR 之間的增大之溫差之敏感性，當沸點升高在增加時，此係恰當的。在此實施例中，僅藉由以下指定的混合粒狀物質沸點升高特性來間接定義濕式粒狀物質組成物。針對三種不同情況，展示總比能量消耗(亦即，kWh/噸蒸發水)對饋入至乾燥腔室內的過熱蒸汽與離開乾燥腔室的廢汽之溫差之計算，此計算係基於以下針對在圖1中說明之本發明之製程所指定的設計資料。括號中之數指圖1中之實際設備、蒸汽或流位置。
所使用之設計資料
濕式粒狀物質：關於混合粒狀物質定義
混合粒狀物質沸點升高：0℃或6℃或12℃
進料濃度(1)：50 wt.-%固體含量
產物濃度(10)：99 wt.-%固體含量
乾燥腔室壓力(40)：1.05巴
滯留時間：超過30分鐘
△TE 或升溫MVR系統(43)：△TR +8℃或△TR +14℃或△TR +20℃
再循環迴路(3-4-41-5-42-6-40)中之壓降：1100 Pa
循環風扇效率(41)：0.75
機械壓縮機效率(43)：0.78
比能量消耗混合器及泵：30 kWh/噸蒸發水
計算之結果說明於圖5中，圖5展示，針對三種不同情況，最適宜△TR 溫度等級相當低且在同一範圍內，其中最適宜△TR 範圍為15℃至25℃。因此，當在沸點升高較高的情況下乾燥濕式或混合粒狀物質時，可保持相同的△TR ，同時可增大△TE 及因此機械壓縮機能量消耗，以補償較高的沸點升高。
實施例4
此實施例係基於圖3中說明的本發明之製程，且展示在藉由使用濕式分離器之過量蒸汽再循環中所載運粒狀物質之額外能量消耗。比較在過量蒸汽中的所載運粒狀物質無再循環之情況下的本發明之製程與在有再循環之情況下的本發明之製程。使用再循環之兩個實施例，過量蒸汽中的所載運粒狀物質分別為0.5 wt.-%及2.0 wt.-%。括號中之數指圖3中之實際設備、蒸汽或流位置。
所使用之設計資料：
濕式粒狀物質：CaCO3 水溶液
進料濃度(1)：50 wt.-%固體含量
產物濃度(10)：99 wt.-%固體含量
乾燥腔室壓力(40)：0.91巴
滯留時間：超過30分鐘
過量蒸汽(7)中的所載運粒狀物質：0.5wt.-%及2.0wt.-%
再循環流(13)中的所載運粒狀物質之濃度：50wt.-%
進入乾燥腔室之過熱蒸汽(6)與離開乾燥腔室之廢汽(3)之△TR 或溫差：22℃
在無再循環之情況下的△TE 或升溫MVR系統：△TR +12℃
在有再循環之情況下的△TE 或升溫MVR系統：△TR +13℃
再循環迴路(3-4-41-5-42-6-40)中之壓降：1400Pa
循環風扇效率(41)：0.70
機械壓縮機效率(43)：0.75
比能量消耗混合器及泵：30kWh/噸蒸發水
結果：
- 在無再循環之情況下的比能量消耗=154kWh/噸
- 在有再循環、過量蒸汽中的所載運粒狀物質為0.5wt.-%之情況下的比能量消耗=158kWh/噸
- 在有再循環、過量蒸汽中的所載運粒狀物質為2.0wt.-%之情況下的比能量消耗=160kWh/噸
在有再循環之情況下的額外能量消耗因此為2%至4%。
1‧‧‧進料流
2‧‧‧進料流
3‧‧‧廢汽
4‧‧‧廢汽
5‧‧‧廢汽
6‧‧‧過熱蒸汽
7‧‧‧過量蒸汽
8‧‧‧經壓縮之過量蒸汽
9‧‧‧冷凝液
10‧‧‧產物流
11‧‧‧外部能量輸入
13‧‧‧再循環流
17‧‧‧經純化或再沸之過量蒸汽
18‧‧‧經壓縮之蒸汽
19‧‧‧冷凝液
20‧‧‧過冷卻之冷凝液
40‧‧‧乾燥腔室
41‧‧‧循環風扇
42‧‧‧熱交換器
43‧‧‧機械壓縮機
44‧‧‧分離器
46‧‧‧熱交換器
47‧‧‧真空泵
圖1為說明本發明之一例示性具體實例之示意性流程 圖。
圖2為說明本發明之另一例示性具體實例之示意性流程圖。
圖3為說明本發明之另一例示性具體實例之示意性流程圖。
圖4為展示本發明之一例示性具體實例之總的比能量消耗對溫差的曲線圖，該溫差係饋入至乾燥腔室內的過熱蒸汽之溫度與離開乾燥腔室的廢汽之溫度的溫差。
圖5為展示本發明之另一例示性具體實例之總的比能量消耗對溫差的曲線圖，該溫差係饋入至乾燥腔室內的過熱蒸汽之溫度與離開乾燥腔室的廢汽之溫度的溫差。
1．．．進料流
3．．．廢汽
4．．．廢汽
5．．．廢汽
6．．．過熱蒸汽
7．．．過量蒸汽
8．．．經壓縮之過量蒸汽
9．．．冷凝液
10．．．產物流
40．．．乾燥腔室
41．．．循環風扇
42．．．熱交換器
43．．．機械壓縮機

Claims (20)

  1. 一種用於乾燥濕式粒狀物質之方法，其中該經乾燥的粒狀物質為具有根據DIN 53163量測得之至少65%亮度Ry的白色礦物，該方法包含以下步驟a)提供至少一濕式粒狀物質進料流(1)，b)提供一再循環迴路，該再循環迴路包含至少一乾燥腔室(40)、至少一循環風扇(41)及至少一熱交換器(42)，其中該至少一乾燥腔室(40)包含一混合系統及混合粒狀物質、用於該濕式粒狀物質進料流之至少一入口、用於過熱蒸汽之至少一入口及用於廢汽之至少一出口，c)經由用於該進料流之該至少一入口連續或不連續地將該至少一濕式粒狀物質進料流(1)饋入至該至少一乾燥腔室(40)中之該混合粒狀物質內，d)經由用於過熱蒸汽之該至少一入口將過熱蒸汽(6)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內，e)在該至少一乾燥腔室(40)內使該混合粒狀物質與過熱蒸汽直接接觸以乾燥該混合粒狀物質，且經由用於廢汽(3)之該至少一出口排出該蒸汽，而不使任何所載運粒狀物質與該廢汽(3)分離，f)將該載運有粒狀物質之廢汽(3、4、5)饋入至該至少一熱交換器(42)內，在該至少一熱交換器(42)中再加熱該載運有粒狀物質之廢汽以提供過熱蒸汽(6)，其中該載運有粒狀物質之廢汽穿過在該至少一熱交換器(42) 前面或後面之該至少一循環風扇(41)，且經由用於過熱蒸汽之該至少一入口將該過熱蒸汽饋入回至該至少一乾燥腔室(40)內，g)自該再循環迴路內之至少一位置分離出一過量蒸汽(7)，h)將該過量(excess)蒸汽(7)饋入至至少一機械壓縮機(43)內，其中該過量蒸汽係經壓縮以升高該過量蒸汽之飽和溫度，將該經壓縮之過量蒸汽(8)用作該至少一熱交換器(42)中之一熱源，且將該過量蒸汽作為一冷凝液(9)排放出來，及i)經由至少一出口連續或不連續地將該經乾燥的粒狀物質作為至少一產物流排放出來，以獲得該經乾燥的粒狀物質。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一乾燥腔室(40)包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且自該至少一乾燥腔室經由用於經乾燥的粒狀物質之該至少一出口排放該至少一產物流，及/或除該至少一乾燥腔室之外的其餘再循環迴路包含用於經乾燥的粒狀物質之至少一出口，且自除該至少一乾燥腔室之外的該再循環迴路經由用於經乾燥的粒狀物質之該至少一出口排放該至少一產物流。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該乾燥腔室內之該混合系統係選自一有一個、兩個或兩個以上軸之混合器，或一有一個、兩個或兩個以上軸之組合式混合器及機 械流體化床建立器，較佳地，該混合系統為一有兩個軸之組合式混合器及機械流體化床建立器。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一乾燥腔室中之壓力為0巴至5巴，較佳為0.1巴至1.5巴，且更佳為0.1巴至0.95巴或1.05巴至1.2巴。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該過熱蒸汽為過熱水蒸汽，且在該至少一乾燥腔室中之一壓力為0.8巴至1.2巴的情況下，通過該再循環迴路之壓降為500Pa至3000Pa，較佳為1000Pa至2000Pa。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中自該再循環迴路內之至少一位置分離出該過量蒸汽(7)，其中發現所載運粒狀物質的量係為最低，較佳地，在該廢汽(3)離開該至少一乾燥腔室(40)後且在離開該至少一循環風扇(41)前自該廢汽(3)分離出該過量蒸汽(7)。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一熱交換器(42)為一殼管式(shell and tube)熱交換器。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一機械壓縮機為一離心壓縮機、一高壓離心式風扇或一排量式魯氏鼓風機(positive displacement roots blower)，較佳為一高壓離心式風扇。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該過熱蒸汽(6)之溫度與離開該至少一乾燥腔室的該廢汽(3)之溫度相差一溫差△TR ，其中△TR 為5℃至100℃，較佳為10℃至50℃，更佳為15℃至30℃，甚至更佳為15℃至25℃，且最 佳為約22℃。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該過量蒸汽(7)之該飽和溫度與該經壓縮之過量蒸汽(8)之飽和溫度相差一溫差△TE ，其中△TE 為6℃至130℃，較佳為11℃至80℃，更佳為15℃至60℃，且最佳為20℃至45℃。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項之方法，其中△TE 與△TR 之間的差為1℃至30℃，較佳為4℃至20℃，更佳為6℃至15℃，且最佳為6℃至10℃。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該過量蒸汽(7)穿過至少一分離器(44)以自該過量蒸汽移除任何所載運粒狀物質，然後再將其作為經純化及/或經再沸之過量蒸汽(17)饋入至至少一機械壓縮機(43)內。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中將該經移除的所載運粒狀物質作為一再循環流(13)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內或饋入至該至少一進料流(1、2)內。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在將該至少一進料流(1)饋入至該至少一乾燥腔室(40)內前對其進行預加熱，較佳藉由至少一熱交換器(46)預加熱該進料流(1)，其中將該冷凝液(9、19)及/或來自該至少分離器(44)之排放流用作一熱源。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中以該經乾燥的粒狀物質之總重量計，該所獲得之經乾燥的粒狀物質所含的總水分小於15wt.-%，較佳為小於5wt.-%，更佳為小於2wt.-%，且最佳為小於1wt.-%。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該經乾燥的粒狀物質在該再循環迴路內部的平均滯留時間為至少10分鐘、至少30分鐘或至少60分鐘。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該白色礦物係選自基於碳酸鈣之礦物或氫氧化鈣或硫酸鈣，較佳為碳酸鈣，更佳為重質碳酸鈣、經改質之碳酸鈣或沈澱碳酸鈣，或者係選自含碳酸鈣之礦物，其中含碳酸鈣之礦物較佳地包含白雲石或來自碳酸鈣浮選(flotation)之尾礦(tailings)，或其混合物。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該白色礦物為與黏土或滑石或氫氧化鈣或硫酸鈣混合的基於碳酸鈣之礦物，或為碳酸鈣-高嶺土混合物或碳酸鈣與膨潤土之混合物，或天然碳酸鈣與氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母或與合成纖維或天然纖維之混合物，或為礦物之共同結構，較佳為滑石-碳酸鈣或滑石-二氧化鈦或碳酸鈣-二氧化鈦共同結構。
  19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該所獲得之經乾燥的粒狀物質，以該碳酸鈣之總重量計，為固體含量超過95wt.-%之碳酸鈣。
  20. 一種如申請專利範圍第1項至第19項之方法用來製造碳酸鈣之用途，以該碳酸鈣之總重量計，該碳酸鈣的固體含量超過95wt.-%，其中較佳在不存在一選粒機(classifier)之情況下製造該碳酸鈣。
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