Способ гранулирования жидкого материала и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу гранулирования жидкого материала путем его распыления в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации с отводом мелкой фракции и последующим ее возвратом в сползающем периферийном кольцевом слое в фонтанирующий слой материала для укрупнения гранул и вывода товарной фракции из рабочего объема. На выходе из периферийного кольцевого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток посредством эжектируемого газового потока, направляют в ядро фонтанирующего слоя материала. Для осуществления способа используется устройство, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость, встроенный в нижнюю часть дополнительного конуса кольцевой уловитель гранул, имеющий наклонное днище с разгрузочной течкой, патрубок для подачи теплоносителя, осевой завихритель и патрубок для отвода теплоносителя в крышке корпуса, а также патрубок с распылителем для подачи жидкого исходного материала. Оно снабжено расположенным соосно с внутренним конусом вертикальным патрубком, верхний срез которого размещен в рабочем пространстве конуса, а нижний - в донной части корпуса, которая снабжена патрубком подачи газового потока, соосным с вертикальным патрубком. Патрубок подачи теплоносителя соединен с уловителем гранул. Технический результат заключается в повышении эффективности гранулирования с обеспечением максимального выхода товарной фракции однородного гранулометрического состава, а также снижения потерь материала с пылевыносом.2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к производству гранулированного материала и может быть использовано в химической, пищевой и других областях промышленности.

Из SU 1554958, МПК В 01 J 2 /16, 1990 известен способ гранулирования расплавов и растворов путем распыления жидкого материала во встречно-вихревом потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации продукта, укрупнения до заданного размера гранул и вывода их из процесса.

Недостатком этого способа является то, что при возврате мелкой фракции в процесс происходит смешивание фракций различного гранулированного состава, и как результат, уменьшение окружных скоростей теплоносителя по высоте слоя, снижение интенсивности процесса тепломассообмена. Готовый продукт имеет неоднородный гранулометрический состав, что отрицательно отражается на его качестве.

Этот способ осуществляется в устройстве, которое содержит вертикальный конический корпус, распылитель жидкого материала, крышку, патрубки подвода теплоносителя и отвода готового продукта в нижней части вертикального конического корпуса, патрубки подвода расплава и отвода теплоносителя в верхней части корпуса и завихритель потока теплоносителя.

Недостатками этого устройства является смешивание гранул разнообразных фракций в результате уменьшения окружных скоростей теплоносителя по высоте устройства и отсутствие разделительных устройств в зоне классификации и сепарации. При этом готовый продукт получается неоднородным по гранулометрическому составу, что ухудшает его качество и снижает эффективность устройства.

Наиболее близким аналогом к разработанному способу является способ гранулирования жидкого материала, включающий распыление исходного материала в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждение и кристаллизация материала, классификацию последнего с отводом мелкой фракции и последующий возврат в сползающем кольцевом слое в фонтанирующий слой материала.

После укрупнения гранул до заданной величины они выводятся из процесса (UA патент №46560, В 01 J 2/16, 2002 г).

Однако в известном способе при возврате мелких гранул в фонтанирующий слой происходит пересечение потоков с разным гранулометрическим составом. Особенно это отрицательно сказывается в зоне отвода готового продукта. При этом снижается степень монодисперсности готового продукта, так как происходит смешивание разноразмерных гранул, готовый продукт получается неоднородным по гранулометрическому составу, что ухудшает его качество.

Наиболее близким аналогом к разработанному устройству для гранулирования жидкого материала по конструкции и достигаемому результату является устройство, известное из UA 46560, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость. В нижнюю часть конуса встроен кольцевой уловитель гранул, соединенный с перфорированной воронкой с разгрузочным патрубком. Устройство снабжено патрубком с осевым завихрителем для подачи теплоносителя и патрубком с распылителем для подачи жидкого материала. Однако при работе в устройстве наблюдается пересечение и смешение потоков мелкой и крупной фракций гранул, так как мелкая фракция эжектируется из кольцевой полости в рабочий объем дополнительного конуса, а крупная фракция гранул движется под действием сил тяжести из рабочего объема дополнительного конуса к устройству отвода готового продукта, прижимаясь под действием вихревого потока теплоносителя к внутренней стенке дополнительного конуса. При этом мелкая фракция также под действием вихревого потока теплоносителя вращается у внутренней стенки дополнительного конуса, что ухудшает условия напыления на него жидкого материала, замедляет рост гранул. Гранулометрической состав крупной фракции получается неоднородный, что снижает эффективность работы устройства.

Задачей изобретения является повышение качества готового продукта за счет выравнивания его гранулометрического состава, т.е. стабилизация однородности фракционного состава продукта, достигаемого рациональной динамикой движения потока частиц материала.

Поставленная задача в части способа достигается тем, что в способе гранулирования жидкого материала путем его распыления в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации материала, классификации с отводом мелкой фракции с последующим возвратом в сползающем периферийном кольцевом слое в фонтанирующий слой материала, согласно изобретению на выходе из периферийного кольцевого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток и посредством эжектирующего газового потока направляют в ядро фонтанирующего слоя материала.

При осуществлении способа осесимметричный поток теплоносителя завихряют и подают навстречу жидкому материалу, который распыляют в рабочем объеме. На образующиеся мелкие гранулы напыляется слой жидкого материала и гранулы укрупняются. В процессе охлаждения гранулы кристаллизуются и классифицируются в потоке теплоносителя. Товарную фракцию выводят из процесса, а мелкую возвращают в рабочий объем в периферийном сползающем кольцевом слое. На выходе из этого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток. Затем поток мелкой фракции эжектирующим газовым потоком направляют в ядро фонтанирующего слоя материала.

Возврат мелкой фракции предложенным способом в рабочий объем позволяет предотвратить пересечение потоков мелкой фракции, которая движется под действием газового потока снизу вверх, и крупной фракции гранул, которая движется под действием сил тяжести и вихревого потока теплоносителя сверху вниз к выводу гранул. Отбор товарной фракции осуществляется за счет приобретения неодинаковыми по размерам гранулами различного центробежного ускорения в результате действия окружных скоростей осесимметричного потока теплоносителя, а также за счет местного уменьшения осевой составляющей скорости потока теплоносителя.

Мелкие гранулы под действием потока теплоносителя движутся вверх за счет преимущества осевой составляющей скорости над окружной по спиралеподобной траектории. В верхней части рабочего объема на них напыляется дополнительная масса жидкого исходного материала. Масса гранул увеличивается. Мелкая фракция в зоне резкого расширения фонтанирующего потока изменяет траекторию движения за счет приобретения гранулами центробежного ускорения и снижения осевой составляющей скорости потока. В результате потоки крупной и мелкой фракции гранул не пересекаются, что позволяет улучшить условия напыления жидкого материала на гранулы мелкой фракции и ускорить их рост и увеличить однородность гранулометрического состава материала.

Поставленная задача в части устройства достигается тем, что устройство, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость, встроенный в нижнюю часть дополнительного корпуса кольцевой уловитель гранул, имеющий наклонное днище с разгрузочной течкой, патрубок для подачи теплоносителя, осевой завихритель и патрубок в крышке корпуса для отвода теплоносителя, а также патрубок с распылителем для подачи жидкого материала, согласно изобретению снабжено расположенным соосно с внутренним конусом вертикальным патрубком, верхней срез которого размещен в рабочем пространстве конуса, а нижний - в донной части корпуса, которая снабжена патрубком подачи газового потока, соосным с вертикальным патрубком, при этом патрубок подачи теплоносителя соединен с уловителем гранул.

На чертеже изображена схема устройства для грануляции жидкого материала: расплавов, растворов.

Устройство содержит вертикальный конический корпус 1 с крышкой 2 и размещенный внутри корпуса 1 концентрично ему дополнительный открытый конус 3. Последний образует с корпусом 1 кольцевую полость 4. Кольцевой уловитель 5 крупной фракции материала выполнен с наклонным днищем 6, имеющим разгрузочную течку 7. Подачу теплоносителя осуществляют через патрубок 8, соединенный с уловителем 5 гранул.

Далее теплоноситель направляют в осевой завихритель 9. Отвод отработанного теплоносителя осуществляют через патрубок 10 в крышке 2 корпуса 1.

Подачу жидкого исходного материала производят по патрубку 11 с распылителем 12. Устройство снабжено вертикальным патрубком 13, расположенным соосно с внутреннем конусом 3. Верхний срез 14 патрубка 13 размещен в рабочем пространстве конуса 3, а нижний срез 15 - в донной части корпуса 1.

Для возврата мелкой фракции материала служит патрубок 13. Газовый поток подают через патрубок 16, соосный с вертикальным патрубком 13.

Устройство работает следующим образом.

В устройство через патрубок 8, соединенный с уловителем 5, подводится теплоноситель, который подходит к завихрителю 9 и закручивается вокруг вертикальной оси. Вихревой осесимметричный поток теплоносителя движется вверх по конусу 3 навстречу материалу В этот поток через патрубок 11 и распылитель 12 вводят расплав. Капли расплава контактируют с восходящим потоком теплоносителя, охлаждаются и кристаллизуются. Затем они попадают на внутреннюю поверхность конуса 3. Частицы мелкой фракции увлекаются потоком теплоносителя вверх, достигают края конуса 3 и направляются в кольцевую полость 4 между конусом 3 и корпусом 1, опускаются вниз. В донной части корпуса 1 они попадают в зону разрежения, возникающую вокруг струи газового потока, входящего через патрубок 16, всасываются этой струей и через нижний срез 15 вертикального патрубка 13, перемещаясь по его полости, выбрасываются через верхний срез 14 в центральную часть рабочего пространства конуса 3. Частицы расплава, попадающие на поверхность мелких гранул, кристаллизуются, при этом размер гранул увеличивается Если он достигает заданной величины, то гранулы опускаются вниз по поверхности конуса 3.

Теплоноситель, освобожденный от мелкой фракции, удаляется из корпуса 1 через патрубок 10 в крышке 2.

Крупная товарная фракция материала через завихритель 9 выгружается из кольцевого уловителя 5 и по наклонному днищу 6 направляется в разгрузочную течку 7.

Пример. Способ осуществляли в устройстве, показанном на чертеже. В аппарат через патрубок 8 подавали вихревой встречно-направленный осесимметричный поток теплоносителя с температурой 90°С. Расход последнего составляли 6500 м³/ч или 10 м/с на свободную площадь наименьшего сечения фонтанирующего слоя. Навстречу потоку теплоносителя через распылитель 12 подавали расплав аммиачной селитры в количестве 500 кг/ч. Мелкие гранулы, образующиеся в фонтанирующем слое, из открытого конуса 3 выносятся восходящим потоком теплоносителя в кольцевую полость 4 между корпусом 1 и открытым конусом 3. После классификации поток мелких гранул направляли эжектирующим потоком, подаваемым по патрубку 16 в количестве 1500 м³/ч с температурой 50°С в патрубок 13, что создавало изолированный поток мелких гранул и их возврат на укрупнение в ядро фонтанирующего слоя. За счет эффекта рециркуляции гранул и их классификации монодисперсность материала увеличивалась. Товарный продукт имел преимущественно гранулы размером 3,7±0,3мм, что составляло 64% их содержания в готовом продукте.

Таким образом, изобретение позволяет увеличить эффективность гранулирования жидкого материала, обеспечивая максимальный выход товарной фракции однородного гранулометрического состава за счет возврата мелкой фракции через вертикальный патрубок непосредственно в зону распыления жидкого материала, кристаллизации жидкого материала на поверхности частиц мелкой фракции, снижения потерь материала в результате пылеуноса.

Формула изобретения

1. Способ гранулирования жидкого материала путем его распыления в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации, с отводом мелкой фракции и последующим возвратом в сползающем периферийном кольцевом слое в фонтанирующий слой материала для укрупнения гранул и вывода товарной фракции из рабочего объема, отличающийся тем, что на выходе из периферийного кольцевого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток и посредством эжектируемого газового потока направляют в ядро фонтанирующего слоя материала.

2. Устройство для гранулирования жидкого материала, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость, встроенный в нижнюю часть дополнительного конуса кольцевой уловитель гранул, имеющий наклонное днище с разгрузочной течкой, патрубок для подачи теплоносителя, осевой завихритель и патрубок для отвода теплоносителя в крышке корпуса, а также патрубок с распылителем для подачи жидкого материала, отличающееся тем, что оно снабжено расположенным соосно с внутренним конусом вертикальным патрубком, верхний срез которого размещен в рабочем пространстве конуса, а нижний - в донной части корпуса, которая снабжена патрубком подачи газового потока, соосным с вертикальным патрубком, при этом патрубок подачи теплоносителя соединен с уловителем гранул.

РИСУНКИ

Рисунок 1