制备冠状肥料颗粒的系统及方法、冠状肥料颗粒
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种制备冠状肥料颗粒的系统及方法、冠状肥料颗粒。
背景技术
现有肥料基本上都是以球形颗粒肥料为主，这主要是因为目前生产肥料的方法基本是采用高塔造粒生产，所谓高塔造粒是采用熔融的尿素与磷、钾等原料，在充分混合的情况下制成混合料浆，从高塔顶部喷淋而下，混合料浆液滴在从高塔下降过程中，与从塔底上升的空气阻力相互作用，与其进行热交换后冷却成为颗粒肥料，降落到塔底，再经筛分处理后得到颗粒复合肥料。采用高塔造粒的目的是使肥料液滴从高处下降的过程中冷却形成颗粒，但目前高塔的建造和维护需要较大的成本，且环保投入较大，将高塔换成低塔，由于低塔高度的限制，肥料液滴冷却不完全或者形成的颗粒达不到肥料标准，因此，急需开发一种新的肥料生产方法来避免上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够制备冠状肥料颗粒的系统，具体技术方案如下面所述。
一种制备冠状肥料颗粒的系统，所述制备冠状肥料颗粒的系统包括液滴形成装置和冷却设备，所述液滴形成装置用于提供液滴，所述冷却设备用于将液滴冷却成型；所述冷却设备包括冷却传送带，所述冷却传送带表面设有粗糙结构，所述粗糙结构包括第一凸起部和第一凹陷部中的一种或者两种结合,所述第一凸起部和所述第一凹陷部的尺寸属于微米级别。
优选的，所述第一凸起部和所述第一凹陷部间隔设置。
优选的，所述第一凸起部和所述第一凹陷部的尺寸在1微米到1000微米之间，优选的，所述第一凸起部和所述第一凹陷部的尺寸在10微米到1000微米之间。
优选的，所述冷却传送带表面还设有第二凸起部和第二凹陷部中的一种或者两种结合,所述第二凸起部的面积大于所述第一凸起部，所述第二凹陷部的面积大于所述第一凹陷部。
优选的，所述第二凸起部在第一方向上的长度为1-20毫米，所述第二凸起部在第二方向上的长度为1-20毫米，所述第一方向为所述冷却传送带的长度方向，所述第二方向为所述冷却传送带的宽度方向，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述第二凹陷部在所述第一方向上的长度为1-20毫米，所述第二凹陷部在所述第二方向上的长度为1-20毫米。
优选的，所述第二凸起部的高度为0.1-2毫米，所述第二凹陷部的深度为0.1-2毫米。
优选的，所述液滴形成装置包括出料管和出料环；所述出料管为中空结构，所述出料管包括出料管本体和多个喷嘴，所述出料管本体包括进料口、封端和管壁，所述管壁设置在所述进料口和所述封端之间，所述喷嘴设置在所述管壁上，所述喷嘴与所述进料口相贯通；所述出料环包括出料环本体，所述出料环本体为筒形中空结构，所述出料环本体上设置有多个出料孔，所述出料管设置在所述出料环内部且与出料环相间隔，所述出料环能够围绕所述出料管旋转。
优选的，所述喷嘴与所述出料环本体的距离为0.5-20毫米。
本发明还提供一种上述任一项所述制备冠状肥料颗粒的系统所述制备的冠状肥料颗粒。
本发明还提供一种制备冠状肥料颗粒的方法，所述制备冠状肥料颗粒的方法包括：
将肥料料浆通过液滴形成装置形成液滴；
液滴落入冷却传送带表面上冷却成型得到冠状肥料颗粒。
本发明的有益效果：本发明提供的制备冠状肥料颗粒的系统中能够使肥料液滴冷却形成冠状肥料颗粒，冷却传送带表面上的粗糙结构能够使冷却成型的冠状肥料颗粒从传送带表面顺利剥落。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的制备冠状肥料颗粒的系统的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的制备冠状肥料颗粒的系统中冷却传送带的结构示意图。
图3为本发明第二实施例提供的制备冠状肥料颗粒的系统中冷却传送带的结构示意图。
图4为本发明提供的液滴形成装置的结构示意图。
图5为图4中的A-A剖面图的结构示意图。
图6为本发明提供的制备冠状肥料颗粒的方法流程图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1和图2，本发明提供一种制备冠状肥料颗粒的系统10，所述制备冠状肥料颗粒的系统10包括液滴形成装置100和冷却设备200，液滴形成装置100用于提供液滴，冷却设备200用于将液滴冷却成型。所述冷却设备200包括冷却传送带210，所述冷却传送带210表面设有粗糙结构211，所述粗糙结构211包括第一凸起部2111和第一凹陷部2112中的一种或者两种结合,所述第一凸起部2111和所述第一凹陷部2112的尺寸属于微米级别。可以理解的是，微米级别的第一凸起部2111和第一凹陷部2112所构成的粗糙结构211具有微米级别的粗糙度，液滴落在具有该粗糙结构的传送带表面上，所形成的颗粒易于从传送带表面脱落。由于肥料本身具有一定的粘性，其在传送带表面上冷却成型后，肥料粘黏在传送带表面不易脱落，或者脱落时会破坏肥料颗粒的完整度，进而降低肥料颗粒表面的粘结力，在后续包装或者运输过程中会造成易起粉尘结块等问题，因此采用本发明提供的系统中的冷却传送带能够解决上述问题。
可以理解的是，所述粗糙结构211中可以只包括第一凸起部2111(如图2中A所示)或者只包括第一凹陷部2112(如图2中B所示)，第一凸起部2111或者第一凹陷部2112在传送带表面可以无规则排列设置，但为了达到更好的效果，采用规则性排列。可以理解的是，第一凸起部2111或者第一凹陷部2112形状可以但不限于是半圆形、三棱柱形、方形，更可以是不规则形状。
可以理解的是，所述冷却传送带可以是钢带或者橡胶皮带或者其他有机皮带。
在进一步的实施例中，所述第一凸起部2111和所述第一凹陷部2112间隔设置(如图2中C所示)。图2中的A、B、C为冷却传送带210在X处的放大图，可以理解的是，粗糙结构211不限于上述三种排列结构，还可以是无规则排列结构。
可以理解的是，粗糙结构211是由超疏水疏油材料制成，也就是第一凸起部2111和第一凹陷部2112均为超疏水疏油材料制成，使肥料液滴落在冷却传送带表面上后具有较大的表面张力，冷却成型后的肥料颗粒易于脱落。可以理解的是，采用本系统制备的肥料颗粒呈冠状颗粒结构，其中冠状颗粒结构包括冠状部和底部，底部是指在液滴落在冷却传送带表面上成型后与冷却传送带表面接触的部位，冠状部是指液滴没有与冷却传送带表面接触的部位，由于液滴在未冷却前的液体属性，使得未接触冷却传送带表面的部分在冷却成型后形成冠状结构。
在进一步的实施例中，第一凸起部2111和第一凹陷部2112的尺寸在1微米到1000微米之间，优选的，第一凸起部2111和第一凹陷部2112的尺寸在10微米到1000微米之间，更优选的是在10微米到500微米之间。可以理解的是，所述尺寸是指第一凸起部2111或者第一凹陷部2112的边界上任意两点间的最大的距离。在上述尺寸级别下可以使粗糙结构的粗糙度达到100微米以上，使肥料颗粒在冷却传送带表面上脱落效果更好。可以理解的是，冷却传送带的表面粗糙度不能过大，过大会导致液滴陷入粗糙结构的第一凹陷部中或者第一凸起部之间的凹坑中，因此上述第一凸起部2111和第一凹陷部2112的尺寸是较适宜的。
请参阅图3，在进一步的实施例中，所述冷却传送带210表面还设有第二凸起部212和第二凹陷部213中的一种或者两种结合。第二凸起部212和第二凹陷部213用于使液滴落在冷却传送带表面上后形成球形度较好的冠状肥料颗粒。例如，传送带表面全部设置成周期性排布的第二凹陷部213时，当液滴落在具有第二凹陷部213的位置时，冠状肥料颗粒的底部形成于类似第二凹陷部213的形状，进而使增加了底部的球形度。或者传送带表面全部设置成周期性排布的第二凸起部212时，相邻第二凸起部212之间形成凹坑，由于凹坑的存在使得液滴同样可形成球形较好的冠状肥料颗粒。所述第二凸起部212的面积大于所述第一凸起部2111，所述第二凹陷部213的面积大于所述第一凹陷部2112，也就是说，第二凸起部212和第一凸起部2111因为面积的大小不同，使其具有不同的功能。
在进一步的实施例中，所述第二凸起部212在第一方向a上的长度为1-20毫米，所述第二凸起部212在第二方向上的长度为1-20毫米，所述第一方向a为所述冷却传送带210的长度方向，所述第二方向为所述冷却传送带210的宽度方向，所述第一方向a与所述第二方向垂直。请参阅图1，所述冷却设备200还包括主动轮220和从动轮230，冷却传送带210设置在主动轮220和从动轮230的外周，主动轮220和从动轮230带动冷却传送带210转动，以将冷却传送带上的冠状肥料颗粒运输到收集装置300中。可以理解的是，冷却传送带210从主动轮220向从动轮230运动的方向可看做是第一方向a，也就是冷却传送带210的长度方向。所述第二凹陷部213在所述第一方向a上的长度为1-20毫米，所述第二凹陷部213在所述第二方向上的长度为1-20毫米。所述长度是指第二凸起部212或者第二凹陷部213的边界上任意两点间的最大的距离。优选的，第二凹陷部213在第一方向a上的长度为2-10毫米，第二凹陷部213在第二方向上的长度为2-10毫米。在上述范围内形成的冠状肥料颗粒大小适中，球形度较好。
在进一步的实施例中，所述第二凸起部212的高度为0.1-2毫米，所述第二凹陷部213的深度为0.1-2毫米。在这个范围内形成的冠状肥料颗粒不仅球形度好，且容易从第二凹陷部213或者凹坑中脱落出来。
可以理解的是，由于第一凸起部2111和第一凹陷部2112的尺寸与第二凸起部212和第二凹陷部213的尺寸级别相差较大，本发明还包括将粗糙结构211设置在第二凸起部212或者第二凹陷部213的表面。例如，将粗糙结构211设置在第二凹陷部213的表面上，请参阅图3中Y处的放大图，由于第二凹陷部213具有一定的深度，肥料颗粒从其中脱落出来时具有一定的阻力，采用将两者结构结合的设置既可以得到球形度较好的冠状肥料颗粒，又可以使冠状肥料颗粒顺利的从第二凹陷部213脱落出来。
请参阅图4和图5，在进一步的实施例中，所述液滴形成装置100包括出料管1100和出料环1200。所述出料管1100为中空结构，所述出料管1100包括出料管本体1110、喷嘴1120。所述出料管本体1110包括进料口1112、封端1113和管壁1111，所述进料端1112和所述封端1113相对设置，所述管壁1111设置在所述进料口1112和所述封端1113之间，所述喷嘴1120设置在所述管壁1111上，所述喷嘴1120与所述进料口1112相贯通。喷嘴1120中开设有周期性排布的第一出料孔1121,进料口1112与第一出料孔1121相贯通。所述出料管1100的中空结构用于容纳并传送料浆，料浆在输送泵或者在重力的作用下输送到出料管1100中，并从第一出料孔1121喷出。所述出料管本体的一端采用封端1113设置，使所述料浆从进料口1112通入后，在出料管本体1110的管道内传输，当所述料浆传输到所述封端1113时，由于封端1113的阻碍作用，具有压力和速度的料浆在封端被挤压以形成较大的压力和速度后从所述第一出料孔1121挤压出。所述封端1113设置可以增加料浆的压力和速度，或者在同样的压力和速度要求下可以降低输送泵的功率。所述出料管1100可以为圆形、椭圆形等。
可以理解的是，所述出料管1100设置在所述出料环1200的中心或者偏离中心的位置。优选的，所述出料管1100从设有喷嘴1120的方向靠近所述出料环本体1210，也就是说，所述出料环1200的轴心线(未示出)与所述出料管1100的轴心线1114不重合，且所述出料管1100的轴心线1114相较于所述出料环1200的轴心线靠近所述喷嘴1120。可缩短所述出料环1200与所述出料管1100相切割的距离，以使所述出料环1200切割从喷嘴1120中挤压出的具有较大速度的料浆。
可以理解的是，所述筒形中空结构是指中间为空心的筒状结构。优选的，所述出料环本体1210可以但不限于为圆筒形中空结构、多棱柱筒型结构。可以理解的是，所述出料环1200能够围绕所述出料管1100旋转是指所述出料环1200本身能够围绕出料环的轴心线1114旋转，也可以说是出料环1200自转。值得一提的是，在图4中的出料环本体1210上没有看到第二出料孔1220，这是因为所述出料环本体1210旋转到一定位置的剖面图中没有呈现第二出料孔1220,当所述出料环本体1210旋转到另一个角度时，在进行剖面图解析就能够呈现出料孔1200，出料环本体1210上的第二出料孔1220可参考图5所示。
当该系统工作时，料浆被输送到出料管1100中，在出料管本体1110中积聚，并通过与出料管本体1110相关通的喷嘴1120挤出。在工作过程中，所述出料环本体1210不停地围绕所述出料管1100旋转，从喷嘴1120中的第一出料孔1121挤出的料浆再被旋转的出料环本体1210上的第二出料孔1220切断，形成了液滴，其中切断的方向与料浆从喷嘴喷出的方向相垂直。从喷嘴1120挤出的料浆通过出料环1210上的第二出料孔1220，由于第二出料孔1220随着出料环本体1210在不停的旋转，料浆在通过第二出料孔1220时实质上被第二出料孔1220切断，因此形成了液滴。从第二出料孔1220出来的液滴落到冷却传送带210的表面上冷却，冷却传送带210在主动轮和从动轮的作用下移动，液滴在移动过程中冷却，最后冠状肥料颗粒在从动轮的边缘处从冷却传送带210的表面落入收集装置300中。可以理解的是，所述料浆可以是肥料料浆，也可以是其他需要转变成液滴的料浆。所述肥料料浆是指将氮肥、磷肥、钾肥、中微量元素肥、有机碳肥、微生物肥等中的一种或多种混合形成肥料料浆，其中混合的方式可以是一级混合，也可以是二级混合、三级混合等，可以理解的是，肥料料浆混合的顺序、温度、pH值等条件不限，可根据肥料料浆的原料成分的特性和混合要求进行调整。
请参阅图5，在进步一步的实施例中，出料管1100还包括匀料器1130，所述匀料器1130设置在所述喷嘴1120和所述出料环1200之间，所述匀料器1130开设有与所述进料口1112相贯通的匀料出口1131，所述匀料出口1131的孔径小于所述第一出料孔1121的孔径。可以理解的是，匀料出口的孔径为0.5-10毫米。匀料器通过卡扣或者焊接方式设置在出料管上，优选方式为与出料管管壁密封连接。
进一步的实施例中，所述喷嘴1120开口的方向为沿垂直方向正负45度范围内。可以理解的是，所述料浆经过喷嘴1120后，可以沿垂直向下的方向喷出，还可以在以垂直方向偏左45度范围内或者在以垂直方向偏右45度范围内的方向喷出。所述喷嘴1120与所述出料环本体1210的距离为0.5-20毫米。可以理解的是，所述喷嘴1120与所述出料环本体210最近的侧壁之间的距离为0.5-20毫米。以使从喷嘴1120出来的料浆以较高速度通过出料环本体210上的出料孔220。
在进一步的实施例中，所述出料管1100与所述出料环1200之间的距离为0.5-20毫米。在该距离下出料环1200能将从出料管1100喷出的液滴在具有高速度的情况切割，使从第二出料孔1220出来的液滴还保持较高的速度。所述出料环1200与所述冷却传送带210的距离为3-500毫米，具有较高速度的液滴在上述距离下落在冷却传送带210上能形成硬度达到100牛顿以上的冠状肥料颗粒，优选的，能形成硬度在100-200牛顿的冠状肥料颗粒。可以理解的是，在出料管1100中的肥料料浆的黏度为1000-20000厘泊，肥料料浆的压力为0.3-1.6MPa。
在进一步的实施例中，所述冷却传送带210中与传送肥料相对的一侧设有循环冷却装置(图中未示出)。所述循环冷却装置用于冷却传送带210。冷却传送带210的热交换速度，使落入到冷却传送带210表面的液滴急剧冷却，形成硬度大、致密度高的冠状肥料颗粒。所述循环冷却装置可以为但不限于为循环冷却水装置、循环冷却液氮装置、循环冷却干冰装置。
在进一步的实施例中，所述系统10还包括熔融槽400和筛分装置500。所述熔融槽400与所述液滴形成装置100通过压力泵600连接。在压力泵600的作用下，将所述熔融槽400中的肥料料浆输送到液滴形成装置100中。所述收集装置300与冷却传送带210连接，从所冷却传送带210中出来的冠状肥料颗粒进入所述收集装置300中。所述筛分装置500与所述收集装置300连接，用于筛分冠状肥料颗粒，得到均匀度更好的冠状肥料颗粒。
在进一步的实施例中，所述系统10还包括进料机700和破碎机800，所述破碎机800与所述熔融槽400通过输送皮带连接。肥料原料添加到所述进料机800后，在破碎机800中破碎，然后通过输送皮带将破碎后的肥料原料输送到熔融槽400中进行高温熔融。
本发明还提供一种上述任一实施例所述制备冠状肥料颗粒的系统所述制备的冠状肥料颗粒。其中冠状肥料颗粒的硬度为100-200牛顿。冠状肥料颗粒具有溶度大，且吸水性低的特性。
请参阅图6，本发明还提供一种制备冠状肥料颗粒的方法，所述制备冠状肥料颗粒的方法包括步骤S100和步骤S200。详细步骤如下所述。
步骤S100，将肥料料浆通过液滴形成装置100形成液滴。
进一步的实施例中，所述液滴形成装置的结构如上述实施例中的结构，其中所述第一出料孔的孔径为0.5-5毫米，所述第二出料孔的孔径为0.5-20毫米。出料环围绕所述出料管旋转的转速为30-300r/min。在这个范围内能达到颗粒大小均匀且符合肥料生产标准的颗粒肥料。优选的，第一出料孔的孔径小于第二出料孔的孔径。以使肥料料浆及时排出，避免积压。优选的，所述第二出料孔的孔径为0.6-20毫米。
步骤S200，液滴落入冷却传送带210表面上冷却成型得到冠状肥料颗粒。冷却传送带的结构如上面实施例所述。
进一步的实施例中，制备冠状肥料颗粒的方法还包括步骤S100-a、步骤S100-b和步骤S100-c。
步骤S100-a,将肥料原料在破碎机中破碎。
其中所述肥料原料可以是氮肥、磷肥、钾肥、中微量元素肥、有机碳肥、微生物肥等中的一种或多种的原料混合，可根据各种肥料原料的不同特性，可选择一级混合，也可以是二级混合、三级混合等。
步骤S100-b,将破碎后的肥料原料输送到熔融槽中熔融。可以理解的是，可根据不同肥料原料对熔融的顺序、温度、pH值进行调整。
步骤S100-c,将熔融后的肥料料浆在压力泵的作用输送到液滴形成装置100中。
可以理解的是，可根据不同肥料成分中的不同黏度，压力泵输送肥料料浆的压力可适用性的调整。优选的，肥料料浆的黏度为1000-20000厘泊，肥料料浆的压力为0.3-1.6MPa。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
