Способ гранулирования расплава и устройство для его осуществления

 

1. Способ гранулирования расплава , включающий разбрызгивание расплава в объеме камеры и охлаждение капель вихревым потоком охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что, с целью удешевления процесса путем сокращения длины зоны охлаждения и уменьшения энергозатрат, капли расплава разбрызгивают в зону, расположенную на расстоянии 0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки, в зоне разбрызгивания поддерживают окружную скорость, определяемую по уравнению V «4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОЮ 01) ВСЮ В О J 2 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f}O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСИОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф ййЫВ0 Л::К.4 (21) 2753304/23-26; 2782011/23-26 (22) 17.04.79 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) Б.Г.Холин (71) Сумский филиал Харьковского ордена Ленина политехнического института им.В,И.Ленина (53) 66.099.2(088.8) (56) I Авторское свидетельство СССР к 159804, кл. В 01 J 2/04, 1962. (54) СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ РАСПЛАВА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ гранулирования расплава, включающий разбрызгивание расплава в объеме камеры и охлаждение капель вихревым потоком охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что, с целью удешевления процесса путем сокращения длины эоны охлаждения и уменьшения энергозатрат, капли расплава разбрызгивают в зону, расположенную на расстоянии 0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки, в зоне разбрызгивания поддерживают окружную скорость, определяемую по уравнению

У (,,)g . где V — - окружная скорость, м/с;

«1 — радиус камеры, м;

g — - ускорение свободного падения, м/с2, и гранулируемый материал дополнительно охлаждают путем теплообмена через стенку.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью получения многослойных гранул, в вихревой поток вводят пылевидные частицы наносимого материала.

3. Устройство для гранулирования расплава, включающее вертикальную ка" меру, разбрызгиватель расплава с перфорированным днищем, установленный в верхней части камеры, средство для ввода охлаждающего воздуха и завихри- В тель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью удешевления процесса путем сокращения длины зоны охлаждения и уменьшения энергозатрат, камера снабжена охлаждающей рубашкой, завихритель выполнен в виде лопаток, установленных с возможностью поворота и расположенных внутри камеры симметрично ее оси, и перфорированная часть днища разбрызгивателя расплава имеет форму кольца и расположена на расстоянии 0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки. Ю

1! 03892

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам гранулирования расплавов и устройствам для их осуществления. Оно может быть использовано в производстве гранулированных азотных и сложных удобрений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ гранулирования расплава, включающий разбрызгивание расплава в объеме камеры и охлаждения вихревым потоком охлаждающего воздуха f1) .

Известно устройство для гранулирования расплава, включающее вертикальную камеру, разбрызгиватель расплава с перфорированным днищем, установленный в верхней части камеры, средство для ввода охлаждающего воздуха и завихритель (1) .

Недостатком известного способа является его дороговизна вследствие того, что его осуществление требует большой зоны охлаждения, а, следовательно, больших грануляционных башен.

Цель изобретения — удешевление процесса путем сокращения длины зоны охлаждения и уменьшения энергозатрат, а также получение многослойных гранул.

Поставленная цель достигается .тем, что способ гранулирования рас,плава включает разбрызгивание расплава в объеме камеры в зон, располо- 35 женную на расстоянии 0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки, причем в зоне разбрызгивания поддерживают окружную скорость, определяемую по уравнению 40

К = Я где V — окружная скорость, м/с, — радиус камеры, м; (— ускорение свободного падения. 45 м/с, охлаждение гранулируемого материала вихревым потоком воздуха и дополни.тельное охлаждение путем теплообмена через стенку.

Отличие предложенного способа состоит в том, что капли расплава раэбрызгивают в зону, расположенную на расстоянии 0,03-0,2 радиуса-камеры от ее стенки, в зоне разбрызгивания поддерживают окружную скорость, определяемую по уравнению Ч и гранулируемый материал дополнительно охлаждают путем теплообмена через стенку.

Дополнительным отличием способа является введение в вихревой воздушный поток пылевидных частиц наносимого на гранулы материала.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для гранулиронания расплава включает вертикальную камеру, снабженную охлаждающей рубашкой, разбрызгиватель расплава с перфорированным днищем установленный в верхней части камеры, нижняя перфорированная часть днища раэбрызгивателя имеет форму кольца и расположена на расстоянии 0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки, средство для ввода охлаждающего воздуха и пыпевых частиц и эавихритель, выполненный в виде лопаток.

Разбрызгивание капель расплава в зоне, расположенной на расстоянии

0,03-0,2 радиуса камеры от ее стенки и создание вихревого потока сокращает длину зоны охлаждения и тем самым способствует достижению поставленной цели.

Величина окружной скорости выбрана из условия равенства величины центростремительного ускорения (0,1-0,5)p.

При указанных значениях ускорения достигается контакт с охлаждаемои стенкой, необходимый для интенсивного протекания теплообмена. При центростремительном ускорении больше 0,5$ происходит деформация гранул, а при ускорении меньше 0,1 - недостаточный контакт с охлаждаемой стенкой.

На фиг.1 дан вертикальный разрез аппарата, на. фиг.2 — разрез A-А на фиг. 1.

Аппарат содержит цилиндрическую камеру 1, разбрызгиватель 2 расплава с кольцевым перфорированным днищем

3. В. полости раэбрызгивателя 2 установлен кольцевой распределитель 4 расплава с патрубком 5 для подвода расплава или горячего воздуха для разогрева разбрызгивателя перед пуском. На крышке распределителя 4 расплава имеется патрубок 6 для ввода холодных пшпевьм частиц через опыпитель 7 в верхнюю часть аппарата в зону каплеобразования. Разбрыэгиватель

2 расплава монтирован на крышке 8 аппарата, на которой на резиновом аммортизаторе 9 монтирован разбрызгиватель 2 расплава (виброгранулятор).С

1103892 целью получения равномерных капель на разбрызгивателе 2 расплава монтирован один или несколько вибраторов

10 со стержневыми резонаторами 11.

В камере 1 вмонтирован полый цилиндр

12 с рубашкой 13 для охлаждающей жидкости, вводимой по патрубку 14 и отводимой по патрубку 15. Полый цилиндр

12 установлен в камеру 1 осесимметрично, образуя кольцевую полость 16 для циркуляции пылевоздушной смеси.

Полый цилиндр 12 крепится с помощью ребер 17, образующих проход для газо. взвеси. В нижней части полый цилиндр

12 имеет кольцевой зазор 18 с днищем

t9, которое имеет форму полутора для обеспечения циркуляции пылевоэдушной смеси.

B верхней части кольцевой полости

16 имеется кольцевой коллектор 20 с отверстиями для истечения промывной жидкости при промывке аппарата, а в днище имеется патрубок 21 для отвода промывной жидкости и патрубок 22 для вывода укрупняемой фракции твер-25 дых пылевых частиц. На днище 19 свободно размещен шар 23 для размола агрегированных пылевых частиц.

В центральной части днища 19 монтированы вентиляторные лопасти 24 с регулируемым шагом, которые соедине-, ны с двигателем 25.

Вентиляторные лопасти предназначены для осуществления циркуляции воздуха через кольцевую полость 16, а 35 затем после прохождения лопастей эавихрителя 26 через внутреннюю полость

27 полого цилиндра 12.

Для отвода тепла из камеры 1 пре" дусмотрена рубашка 28 с верхним коллектором 29 с соплами 30 для ввода охлаждающей жидкости, которые направлены на наружную поверхность камеры

1 с целью образования сплошной стекающей пленки жидкости. В нижней части рушабки 28 имеется коллектор 31 с пат рубком 32 для отвода охлаждающей жидкости. Предусмотрены ребра 33 для охлаждения камеры 1 непосредственно наРужным воздухом. 50

В нижней части полого цилиндра 12 монтированы конуса 34, между которыми установлены лопасти завихрителя

26, угол поворота которых может регулироваться при их повороте вокруг осей 35.

Для выгрузки гранул из аппарата в нижнем конусе 34 монтирована течка

36, в вертикальном участке которой монтирована регулярная насадка 37 для сепарации пылевых частиц от гранул при продувании воздуха снизу вверх. В верхней части аппарата монтирован патрубок 38, на конце которо. го установлен пыпеотделитель 39 с вентилятором 40 для создания разрежения в аппарате и для отвода части отработанного воздуха. Для вывода пылевых частиц иэ пылеотделителя 39 предусмотрен патрубок 4 1.

Грануляционный аппарат работает следующим образом.

Расплав, например аммиачной селитры или сложного удобрения, по патрубку 5 подают в полость распределителя 4 плава, а затем в полость разбрызгивателя 2 плава (виброгранулятора). Плав истекает через отверстия кольцевого перфорированного днища 3 или из кольцевого гранулятора другой известной конструкции в виде струй, которые под действием вибраторов 10 с резонаторами 11 дробятся на равномерные капли. Далее капли плава попадают в осесимметричный вихревой поток пылевоздушной смеси в полость 27. Так как истечение плава происходит из кольцевого перфориро" ванного днища 3 раэбрызгивателя 2 плава, установленного в центре крышки аппарата, то капли плава попадают в вихревой поток на значительном расстоянии Ьт оси вихревого пылевоэдушного потока и увлекаются в вихревое движение с расчетной интенсивностью.

По патрубку 6 через опылитель 7 в зону каплеобразования направляются относительно холодные пылевые частицы, например, хлористого калия или гранулируемого вещества.

Взаимодействуя с каплями плава, холодные пылевые частицы способствуют кристаллизации поверхности капель.

Вентиляторные лопасти 24, вращаясь, нагнетают охлажденную пыпевоздушную смесь через лопасти завихрителя во внутреннюю полость 27 цилиндра 12, образуя вихревой двухфазный поток.

Под действием центробежной силы пылевые частицы, захваченные вихрем, приближаются к внутренней интенсивно охлаждаемой поверхности цилиндра 12 по всей его высоте, образуя подвижный слой пылевых холодньи частиц.

1103892

Вращательное движение пылевоэдуш-1 ной смеси в полости 27 будет также способствовать тому, что падающие вначале вертикально или под небольшим углом к вертикали капли плава будут увлекаться в вихревое движение вместе с пылевыми частицами и приближать. ся к внутренней охлаждаемой поверхности камеры 1, пока мягко (без удара) не коснутся этой поверхности. Nec-10 то касания выбирается так, чтобы к моменту касания на каплях плава образовалась прочная корка, предотвращающая их налипание и деформацию. Далее гранулы будут прижиматься центробежной силой и по спирали вместе с пылевыми частицами двигаться вниз по внутренней поверхности камеры 1 и, взаимодействуя с холодной стенкой, интенсивно охлаждаться. Скорость падения гранул при таком винтовом движении уменьшается в 6-10 раз, что способствует завершению охлаждения гранул. Так как все гранулы движутся по совершенно идентичным спиральным траекториям по внутренней стенке камеры 1, то на конус 34 они попадают, пробыв в аппарате одинаковое время и пройдя совершенно одинаковую термическую обработку, что обеспечит высо-30 кую прочность гранул при высокой про" изводительности аппарата. Далее гранулы попадают на регулярную насадку

37, где они продуваются воздухом, поднимающимся по течке 36.

Обеспыленные и окончательно охлажденные гранулы выходят из аппарата через течку 36.

Через патрубок 22 пылевые частицы,40 в том числе крупная фракция, выводятся.из аппарата иа-регенерацию, а после регенерации возвращаются в аппарат по патрубку 6.

При работе вентиляторных лопастей 45

24 у днища 19 аппарата также создается вихревое движение пылевоэдушной смеси, которое приводит к качению размалывающего шара 23 по днищу 19.

При этом предотвращается забивка зазора 18 и разрушаются агрегаты пылевых частиц, которые могут образовываться при работе аппарата. Если все же на днище 19 начнут скапливаться крупные частицы различного происхождения, то они могут быть удалены по патрубку 22 и после размола возвращены, например, пневмотранспортом в патрубок 6 и в аппарата вместе с пылевыми частицами, выходящими по пат. рубку 41, и вместе со свежими пылевыми частицами, непрерывно подаваемыми в аппарат по патрубку 6.

В случае адгезии пыли или налипаний гранул на стенки аппарата при неполадках в режиме, которые могут иметь место, в аппарат через кольцевой коллектор 20 и через ратрубок 6 подается циркуляционная вода, которая, растворив отложения в аппарате, удаляется по патрубку 21.

Поверхность камеры 1 и полого цилиндра 12 рассчитываются таким образом, чтобы почти все тепло кристаллизации и охлаждения гранул отводилось в замкнутом цикле от гранул при их движении по внутренней поверхности полого цилиндра 12 и от пылевоздушной смеси при ее циркуляции в кольцевой полости 16 и в полости 27, как показано стрелками. При этом исключается выброс запыленного воздуха в атмосферу и связанные с этим загрязнения

Окружающей среды и потери ценных продуктов.

При необходимости в качестве циркулирующего газа может быть применен инертный газ, например азот.

Пример. Осуществляют гранулирование плава нитроаммофоса, содержащего азот и фосфор, в цилиндрической грануляционной башне диаметром

0 5 м, высотой 2,5 м, заполненной воздухом. Плав в количестве 10,8 кг/ч о при 180 С разбрызгивают на равномерные капли диаметром 1,5-3 мм виброгранулятором в верхней части башни.

Холодный порошок хлористого калия (50 размером до 5 мкм и 50 размером 5"25 мкм) вводят в верхнюю часть камеры через патрубок и распыляют турбинкой, установленной в верхней части аппарата. Пылевые частицы хлорисФого калия вовлекаются в совместное движение с осеоимметричным вихревым воздушным. потоком, создаваемым ,вентилятором, двигаются по узкому кольцевому каналу, взаимодействуя с падающими каплями плава.

Окружную скорость вихревого потока в башне выбирают из условия вели> чины центростремительного ускорения в пределах 0,1-0,5g. При диаметре башни 0 5 м и центростремительном ускорении 0,2 g окружная скорость двухфазного вихревого потока 0,2 м/с.

1103892

Показатели качества гранул

Режим кристаллизации пп

Монодисперсность, 70

Размер гранул, мм

Прочность г/гранулу

Центростремительное

Окружная с к орость вихревого потока, м/с ускорение вихревого потока, g

0,05

0,05

1 200-1400

0,2

0,2

1,6

1,6

Комки

П р и м е ч а н и е. В первом случае кристаллизация не заканчивалась и гранулы не образовались.

Жидкие капли падают вниз, сначала ,не касаясь стенки аппарата, по вннто1 вой линии, взаимодействуют с холодными частицами хлористого калия и кристаллизуются, а затем на высоте

1,2 м соприкасаются со стенкой, смешиваются с пылевыми частицами в пристеночной зоне и интенсивно охлаждаются.

В лабораторной установке охлаждение 1О пристеночной зоны осуществляют окружающим атмосферным воздухом, Температуру воздуха в башне поддерживают в пределах 50 С. о

Данные экспериментальных исследований показали, что наиболее оптималь4 ный режим для получения гранул высокого качества лежит в пределах О, 10,5g величины центростремительного ускорения пылевоздушного потока.

Использование предлагаемого спосо-45 ба позволяет осуществить процесс гранулирования в башне высотой около б10 м, что снижает капитальные затраты в 15-20 раз и эксплуатационные в

3-4 раза, в сравнении с использованием в настоящее время башен высотой

I до 100 м. Кроме того, исключаются поВ результате жидкие капли плава закристаллизовываются, образуя удобрение, содержащее все три основные питательные компоненты: азот, фосфор и калий.

Прочность полученных гранул равна

1200-1400 г/гранулу.

Для получения сравнительных данных осуществляют гранулирование плава при центростремительных ускорениях вихревого потока меньше 0,1 и больше 0,5g.

Данные экспериментальных исследований сведены в таблицу.

1 тери ценных продуктов и загрязнение окружающей среды пылевыми выбросами.

Экономический эффект от использования одного предлагаемого устройства для осуществления способа гранулирования расплава составит около 3 милн. руб, в год. Расчеты показали, что для производительности 60 т/ч возможно провести процесс с получением продукта, отвечающего требованиям ГОСТа, в аппарате

12 м и высотой 10 .м при удельном расходе теплоносителя (воды) 2 м /т продукта.

1103892

22

<Риг.1 вниипи Заказ 5138/4

Тира:к 533 Подписное

Филиал ШШ "Патент", r. Укгород, ул. Проектная, 4