Способ гранулирования материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение касается гранулирования легкоплавких материалов и устройства для его осуществления. Способ включает расплавление материала, дробление расплавленного материала на отдельные капли с размером меньше конечного над поверхностью охлаждающей среды, в качестве которой используют жидкость из двух несмешивающихся слоев с верхним буферным и нижним основным при плотности жидкости буферного слоя меньше, а вязкости больше нижнего слоя, формирование и отвердевание капель в этой среде с образованием гранул, причем формирование гранул до конечного размера ведут на границе несмешивающихся слоев охлаждающей среды. Устройство содержит емкость для жидкой охлаждающей среды, распределитель расплавленного материала с перфорированным днищем, выполненный в виде нагревающего радиатора с перфорацией для образования капель, размер которых меньше конечного размера гранул, установленный над емкостью для жидкой охлаждающей среды с воздушным промежутком относительно уровня этой среды, систему разгрузки и отделения гранул, причем жидкая охлаждающая среда состоит из двух несмешивающихся слоев жидкости с верхним буферным и нижним основным, при плотности жидкости буферного слоя меньше, а вязкости больше нижнего слоя. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам гранулирования материалов и устройствам для их осуществления.

Известен способ гранулирования материалов, включающий расплавление ВВ материала, дробление расплава с формированием гранул, их охлаждение охлаждающей жидкостью и отделение гранул от этой жидкости [1] Для осуществления данного способа имеется устройство, включающее желоб для подвода расплава шлака, водоохлаждаемый барабан для дробления потока расплава, систему сопел для подачи воды на барабан и создание водяных завес, ванну для воды, систему разгрузки и отделения гранул от жидкости и систему оборотного водоснабжения [2] Указанные способ и устройство имеют ограниченную область применения (высокотемпературные доменные шлаки) и не обеспечивают получения однородных по размеру гранул.

Наиболее близким к изобретению является способ гранулирования материалов, включающий расплавление материала, его дробление на отдельные капли над поверхностью охлаждающей жидкости, формирование и отвердевание гранул в этой жидкости [2] Прототипом устройства для гранулирования материалов является устройство, реализующее вышеуказанные способы, включающее емкость для охлаждающей жидкости, установленный над емкостью с воздушным промежутком относительно уровня этой жидкости распределитель расплавленного материала, имеющий перфорированное днище, и систему разгрузки и отделения гранул от жидкости [2] Однако указанные способы и устройства не обеспечивают получения гранул достаточно крупных размеров (до 6-10 мм), имеющих форму, близкую к сферической, и однородных по размеру.

Цель изобретения разработка простого и надежного способа гранулирования разнообразных легкоплавких материалов (сера, парафин, воск и др.) с однородным гранулометрическим составом.

Цель достигается тем, что в известном способе гранулирования материалов, включающем расплавление материала, его дробление на отдельные капли над поверхностью охлаждающей жидкости, формирование и отвердевание гранул в этой жидкости, согласно изобретению, при дроблении расплавленного материала образуют капли, размер которых меньше проектного размера гранул, в качестве охлаждающей жидкости используют двухслойную жидкость, слои которой не смешиваются между собой, причем жидкость верхнего буферного слоя имеет плотность меньше, а вязкость больше, чем жидкость нижнего основного слоя, а формирование гранул производят укрупнением на границе между этими слоями жидкости, при этом расплавление материала, его дробление на отдельные капли совмещают по месту осуществления и времени.

Размер гранул регулируют путем изменения плотности вязкости жидкости верхнего буферного слоя и жидкости нижнего основного слоя.

Для решения той же задачи в известном устройстве для гранулирования материалов, включающем емкость для охлаждающей жидкости, установленный над емкостью с воздушным промежутком относительно уровня этой жидкости распределитель расплавленного материала, имеющий перфорированное днище, и систему разгрузки и отделения гранул от жидкости, согласно изобретению, днище распределителя расплавленного материала выполнено в виде нагревающего радиатора с перфорацией для образования капель, размер которых меньше проектного размера гранул, охлаждающая жидкость имеет два несмешивающихся между собой слоя, причем жидкость верхнего буферного слоя имеет прочность меньше, а вязкость больше, чем жидкость нижнего основного слоя.

Перфорация днища распределителя расплавленного материала может быть выполнена в виде зазоров между отдельными элементами нагревающегося радиатора. При этом эти элементы могут быть трубчатыми с оребренной или гладкой внешней поверхностью.

Кроме того, распределитель расплавленного материала выполнен в виде бункера для насыпного гранулируемого материала.

Также система разгрузки и отделения гранул от жидкости выполнена в виде транспортера-драги с сетчатым или решетчатым скребками.

Дробление расплавленного материала на капли, размер которых меньше проектного размера гранул, и использование в качестве охлаждающей жидкости, слои которой не смешиваются между собой, причем жидкость верхнего буферного слоя имеет плотность меньше, а вязкость больше, чем жидкость нижнего основного слоя, с формированием гранул укрупнением капель на границе между этими слоями жидкости, позволяет осуществить формирование гранул разнообразных легкоплавких материалов с однородным заданным гранулометрическим составом при достаточно большом максимальном размере гранул (до 10 мм).

Это имеет место, так как капли падают в одни и те же точки на поверхности верхнего буферного слоя охлаждающей жидкости, причем падение в воздушной среде дает им энергию, необходимую для пробивания этого слоя жидкости. На границе слоев охлаждающей жидкости капли за счет сил поверхностного натяжения зависают и при соударении укрупняются до размера гранул, обволакиваясь защитной пленкой верхнего буферного слоя жидкости. После того, как вес гранул превысит силу поверхностного натяжения, они выпадают в жидкость нижнего основного слоя и кристаллизуются в ней.

Таким образом, указанные признаки взаимосвязаны между собой и являются необходимыми и достаточными для решения задачи изобретения.

Совмещение операций расплавления гранулируемого материала и дробления расплава на отдельные капли по месту осуществления и времени существенно упрощает процесс гранулирования, особенно при обработке материалов с низкой температурой плавления (ниже 100^oC).

Изменение плотности и вязкости жидкости верхнего буферного слоя и(или) жидкости нижнего основного слоя позволяет осуществлять регулирование размера гранул и получать гранулы заданного размера в одном и том же технологическом процессе и на том же оборудовании, что дополнительно повышает эффективность способа.

Из вышесказанного также следует, что отличительные признаки устройства, указанные в самостоятельном пункте формулы изобретения, являются необходимыми и достаточными для осуществления предложенного способа с обеспечением решения задачи изобретения.

Перфорация днища распределителя расплавленного материала в виде зазоров между отдельными элементами нагревающего радиатора позволяет упростить конструкцию распределителя, а выполнение этих элементов трубчатыми с оребренной или гладкой внешней поверхностью наиболее целесообразно как с точки зрения изготовления, так и эксплуатации.

Выполнение распределителя расплавленного материала в виде бункера для насыпного гранулируемого материала обеспечивает совмещение операций расплавления материала и дробления расплава на отдельные капли по месту осуществления и времени.

Система разгрузки и отделения гранул от жидкости в виде транспортера драги с сетчатым или решетчатыми скребками позволяет дополнительно упростить устройство, повысить его надежность за счет исключения возможности образования пробок и снизить расход охлаждающей жидкости.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства для гранулирования материалов; на фиг.2 схема, поясняющая способ гранулирования.

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций: расплавление гранулируемого материала, например кусковой серы; осуществление дробления расплава этого материала на отдельные капли, размер которых меньше проектного размера гранул (при этом возможно совмещение указанных выше операций по месту осуществления и времени); пропускание под собственным весом капель расплава материала последовательно через воздушную среду и верхний буферный слой охлаждающей жидкости, плотность которой меньше, а вязкость больше, чем жидкости нижнего основного слоя; задерживание капель расплава материала на границе между этими слоями охлаждающей жидкостями, и производят формирование гранул укрупнением этих капель при соударении и слипании их друг с другом. Размер гранул регулируют путем изменения плотности и вязкости жидкости верхнего буферного слоя и(или) жидкости нижнего основного слоя; образованные гранулы материала подвергают охлаждению, при котором, падая в охлаждающей жидкости нижнего основного слоя, материал в гранулах кристаллизуется;
отделение полученного гранулированного материала от охлаждающей жидкости и сушка.

Пример. Способ гранулирования материалов реализуется с помощью устройства (фиг. 1), включающего емкость 1 для охлаждающей жидкости, имеющей два несмешивающихся между собой слоя 2 и 3. При этом жидкость верхнего буферного слоя 2 имеет плотность меньше, а вязкость больше, чем жидкость нижнего основного слоя 3. В верхней части емкости 1 расположен с воздушным промежутком 4 относительно поверхности (уровня) 5 охлаждающей жидкости распределитель 6 расплавленного материала, который может быть выполнен в виде бункера для насыпного гранулированного материала 7 или емкости для уже готового расплава этого материала. Распределитель 6 имеет днище в виде подключенного к паропроводу 8 нагревающего радиатора (теплообменника) 9 с перфорацией для образования капель 10, размер d которых меньше проектного размера D гранул 11. Перфорация может быть выполнена в виде зазоров δ между отдельными элементами 12 нагревающего радиатора. Наиболее целесообразная форма этих элементов 12 - трубчатая с оребренной или гладкой внешней поверхностью. Система разгрузки и отделения гранул от жидкости выполнена в виде транспортера-драги 13 с сетчатыми или решетчатыми скребками 14, заключенной в короб 15. Под транспортером-драгой 13 установлен сборник 16 гранул. Емкость 1 соединена с системой охлаждения в жидкости, имеющей трубопроводы 17-19, насос 20 и холодильную машину 21.

Устройство работает следующим образом.

В емкость 1 заливают охлаждающую жидкость нижнего основного слоя 3, например воду или воду с добавкой этиленгликоля или хлористого кальция. Над этой жидкостью размещают верхний буферный слой 2 (20-30 мм) несмешивающейся с ней жидкости на основе нефтепродуктов, имеющей плотность меньше, а вязкость больше, чем жидкости 3. Через элементы 12 нагревающего радиатора 9 пропускают от паропровода 8 пар с температурой около 130^oC, а в распределитель (бункер) 6 засыпают гранулируемый материал (серу) 7. Включают транспортер-драгу 13 и систему охлаждения жидкости. Кусковый материал начинает нагреваться и плавиться. При этом плавится только тонкий пограничный слой, прилегающий к элементам 12 радиатора 9. Расплав материала проникает в зазоры d (0,3-0,5 мм) между элементами 12, обтекает их и срывается вниз, образуя капли 10, размер d которых существенно меньше проектного размера D гранул 11 (фиг. 2). Таким образом, операции расплавления материала и его дробления на отдельные капли совмещены по месту осуществления и времени. Капли 10 падают в одни и те же точки на поверхности 5 верхнего буферного слоя 2 охлаждающей жидкости, а первоначальное падение в воздушной среде через промежуток 4 дает им энергию, необходимую для пробивания слоя 2 жидкости. На границе слоев 2 и 3 охлаждающей жидкости капли 10 за счет сил поверхностного натяжения зависают и при соударении слипаются и укрупняются до размера гранул 11, обволакиваясь защитной пленкой жидкости верхнего буферного слоя 2. После того, как вес гранул 11 превысит силу поверхностного натяжения, они выпадают в нижний основной слой 3 охлаждающей жидкости и, падая в ней, охлаждаются и кристаллизуются. Размер гранул 11 регулируют изменением плотности и вязкости слоев 2 и 3 жидкости. Например, разбавляя буферный слой 2 жидкости соляром или уайт-спиритом, можно уменьшить вязкость и соответственно размер гранул 11, а добавляя в нее вязкое минеральное масло (нигрол), увеличить крупность гранул. Выпавшие в осадок гранулы 11 попадают на транспортер-драгу 13, которая перемещает их скребками 14 в сборник 16, одновременно отделяя охлаждающую жидкость. Из сборника 16 гранулы направляют на сушку. Нагретая жидкость поступает с трубопровод 17 и насосом 20 по трубопроводу 18 подается в холодильную машину 21, а из нее через трубопровод 19 уже охлажденной возвращается в емкость 1.

Формула изобретения

1. Способ гранулирования материалов, включающий расплавление материала, дробление расплавленного материала на отдельные капли над поверхностью жидкой охлаждающей среды, формирование и отвердевание капель в этой среде с образованием гранул, отличающийся тем, что дробление расплавленного материала ведут с образованием капель с размером меньше конечного, в качестве жидкой охлаждающей среды используют жидкость из двух несмешивающихся слоев, верхним буферным и нижним основным, при плотности жидкости буферного слоя меньше, а вязкости больше нижнего слоя, формирование гранул до конечного размера ведут на границе несмешивающихся слоев охлаждающей среды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплавление материала и его дробление на отдельные капли совмещают по месту осуществления и времени.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что размер гранул регулируют путем изменения плотности и вязкости верхнего буферного слоя.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что размер гранул регулируют путем изменения плотности и вязкости жидкости нижнего основного слоя.

5. Устройство для гранулирования материалов, содержащее емкость для жидкой охлаждающей среды, распределитель расплавленного материала с перфорированным днищем, установленный над емкостью для жидкой охлаждающей среды с воздушным промежутком относительно уровня этой среды, систему разгрузки и отделения гранул, отличающееся тем, что распределитель расплавленного материала выполнен в виде нагревающего радиатора с перфорацией для образования капель, размер которых меньше конечного размера гранул, жидкая охлаждающая среда состоит из двух несмешивающихся слоев жидкости, верхним буферным и нижним основным, при плотности жидкости буферного слоя меньше, а вязкости больше нижнего слоя.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перфорация днища распределителя расплавленного материала выполнена в виде зазора между отдельными элементами нагревающего радиатора.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что элементы нагревающего радиатора выполнены трубчатыми с оребренной или гладкой внешней поверхностью.

8. Устройство по пп.5 7, отличающееся тем, что распределитель расплавленного материала выполнен в виде бункера для насыпного гранулированного материала.

9. Устройство по пп.5 8, отличающееся тем, что система разгрузки и отделение гранул от жидкости выполнена в виде транспортера-драги с сетчатыми или решетчатыми скребками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2