Способ гранулирования в псевдоожиженном слое и соответствующий гранулятор

Настоящее изобретение относится к способу гранулирования различных веществ в псевдоожиженном слое с отбором полученных гранул из псевдоожиженного слоя. В заявке описан способ гранулирования в псевдоожиженном слое и получения готовых гранул определенного вещества в так называемом вертикально растущем гранулирующем псевдоожиженном слое, который формируется и поддерживается соответствующим потоком ожижающего воздуха и из которого готовые гранулы сначала ссыпаются в расположенный под ним и находящийся под избыточным давлением сборник, а затем выгружаются из него. Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление обслуживания оборудования выгрузки готовых гранул из сборника, обеспечение надежного получения и сохранности монодисперсных готовых гранул заданного размера. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу гранулирования различных веществ в псевдоожиженном слое с отбором полученных гранул из псевдоожиженного слоя.

В последующем в описании и в формуле изобретения под "полученными гранулами" или "готовыми гранулами" подразумеваются гранулы определенного вещества, имеющие заданный размер, или, иными словами, гранулы с заданным гранулометрическим составом.

Предлагаемый в изобретении способ предназначен, в частности, но не исключительно, для гранулирования в псевдоожиженном слое таких веществ, как, например, мочевина, нитрат аммония, хлорид аммония и другие аналогичные им пригодные для гранулирования вещества.

Изобретение относится также к гранулятору для осуществления указанного выше способа.

Уровень техники

Известно, что при гранулировании в псевдоожиженном слое образование гранул из определенного вещества происходит в результате непрерывного роста (в объеме и массе) затравочных зерен или частиц этого вещества, которое одновременно с потоком соответствующего вещества для выращивания гранул непрерывно подают в гранулирующее пространство, в котором формируется псевдоожиженный слой.

Вещество для выращивания гранул, которое имеет ту же природу, что и гранулируемое вещество, и находится в жидком состоянии, смачивает затравочные кристаллы и растущие гранулы, которые в совокупности образуют псевдоожиженный слой, прилипает к ним и затвердевает на них.

Процесс гранулирования в псевдоожиженном слое продолжается до образования гранул определенного размера, после чего полученные в псевдоожиженном слое готовые гранулы охлаждают, выгружают из гранулятора и направляют на хранение и/или на упаковку.

Известно также, что псевдоожиженный слой (формируемый из затравочных зерен и растущих гранул), в котором происходит процесс гранулирования, образуется и поддерживается непрерывно прокачиваемым через гранулятор в контролируемом количестве потоком восходящего воздуха или другой газообразной текучей среды, называемой обычно ожижающим воздухом.

Для эффективного гранулирования из псевдоожиженного слоя или из гранулирующего пространства необходимо отбирать только готовые гранулы заданного размера.

По исключительно экономическим соображениям готовые гранулы, полученные гранулированием в псевдоожиженном слое, должны быть монодисперсными, и их диаметр должен быть строго ограничен определенными пределами.

Для решения этой проблемы в WO 02/074427 был предложен способ гранулирования в так называемом вертикально растущем псевдоожиженном слое. При гранулировании этим способом растущие гранулы многократно циркулируют в грануляторе по схожим между собой плоским и по существу круговым траекториям и падают из псевдоожиженного слоя через множество выполненных в основании псевдоожиженного слоя щелей, ширина которых зависит от диаметра готовых гранул (а точнее, превышает его).

При таком гранулировании процесс увеличения размера и веса гранул продолжается до тех пор, пока гранулы могут оставаться во взвешенном состоянии в восходящем потоке ожижающего воздуха, проходящего через щели в основании псевдоожиженного слоя.

Достигшие определенного размера и веса гранулы "под действием собственной силы тяжести падают" из гранулирующего пространства через щели в основании псевдоожиженного слоя в противотоке к восходящему потоку ожижающего воздуха.

Необходимо отметить, что ожижающий воздух, создающий псевдоожиженный слой, а также щели, через которые проходит ожижающий воздух, из-за выполняемой ими функции "классификации" гранул, т.е. отделения готовых гранул от всех находящихся в псевдоожиженном слое затравочных зерен и растущих гранул, часто называют соответственно классифицирующим воздухом и классифицирующими щелями.

Готовые и классифицированные гранулы заданного размера при осуществлении упомянутого выше способа попадают из гранулирующего псевдоожиженного слоя в расположенный под псевдоожиженным слоем сборник, через который проходит большое количество ожижающего воздуха, создающего в сборнике избыточное давление.

Для хранения и упаковки готовых гранул, полученных и классифицированных описанным выше способом, их необходимо выгрузить из сборника, в котором, как указано выше, в процессе гранулирования создается избыточное давление.

Для этого в известных в настоящее время грануляторах обычно используют механические транспортеры, например, ковшовые элеваторы или нории либо иные аналогичные механические устройства, герметично закрывающие разгрузочное отверстие, выполненное, например, в ограничивающей сборник стенке корпуса гранулятора.

Использование таких устройств для выгрузки из гранулятора готовых гранул связано с определенными недостатками и затратами, которые заметно снижают эффективность всего процесса гранулирования и увеличивают стоимость полученных гранул.

Непрерывная механическая выгрузка готовых гранул из находящегося под избыточным давлением сборника требует по меньшей мере существенного ограничения утечек из сборника ожижающего воздуха и использования на стыке между механическим транспортером и разгрузочным отверстием корпуса уплотнений, конструктивно очень сложных и требующих постоянного обслуживания.

Другой недостаток механической выгрузки из сборника готовых и классифицированных гранул связан с возможным истиранием или разрушением гранул и образованием порошка с соответствующим заметным снижением выхода всего процесса гранулирования.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ гранулирования в псевдоожиженном слое и получения готовых гранул определенного вещества в так называемом вертикально растущем гранулирующем псевдоожиженном слое, который формируется и поддерживается соответствующим потоком ожижающего воздуха и из которого готовые гранулы сначала ссыпаются в расположенный под ним и находящийся под избыточным давлением сборник, а затем выгружаются из него, при этом такой способ должен обеспечивать возможность простой, надежной и не требующей сложного и дорогостоящего обслуживания соответствующего оборудования выгрузки готовых гранул из сборника и в то же время по своим функциональным особенностям должен обеспечивать надежное получение и сохранность монодисперсных готовых гранул заданного размера.

Эта задача решается с помощью предлагаемого в изобретении способа гранулирования в псевдоожиженном слое указанного выше типа, отличающегося тем, что на стадии выгрузки гранул

а) в находящемся под избыточным давлением сборнике из готовых гранул по меньшей мере частью ожижающего воздуха формируют псевдоожиженный слой и

б) непрерывно выгружают готовые гранулы из псевдоожиженного слоя и из находящегося под избыточным давлением сборника через расположенный снаружи рядом с ним вертикальный колодец, приемная (нижняя) часть которого сообщается с формируемым в сборнике псевдоожиженным слоем.

Другие особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа гранулирования в псевдоожиженном слое со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, которые лишь иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его объем.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схематичный вид в аксонометрии гранулятора для гранулирования различных веществ в псевдоожиженном слое предлагаемым в изобретении способом,

на фиг.2 - схематичный разрез гранулятора, показанного на фиг.1, и

на фиг.3 - другой вариант выполнения схематично изображенного в разрезе гранулятора, показанного на фиг.1.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

На прилагаемых к описанию чертежах показан обозначенный общей позицией 1 гранулятор, предназначенный для гранулирования соответствующих веществ в псевдоожиженном слое предлагаемым в изобретении способом.

Показанный на чертежах гранулятор имеет жесткую самонесущую конструкцию 2, которая выполнена в виде контейнера, имеющего форму параллелепипеда, и которая ограничивает полость А, в которой в двух описанных более подробно ниже псевдоожиженных слоях F1 и F2 происходит процесс гранулирования.

Несущая конструкция 2 гранулятора (называемая в дальнейшем просто контейнером 2) имеет две длинные боковые стенки 3, 4 и короткие переднюю 5 и заднюю 6 стенки, а в основании изготовлена полой из двух листов - верхнего листа 7 и нижнего листа 7а.

Одной из отличительных особенностей предлагаемого в изобретении гранулятора является наличие в нем расположенного между нижним краем 5а передней стенки 5 и основанием 7 контейнера окна (или прохода) 25, через которое внутренняя полость А контейнера 2 сообщается с окружающим пространством.

В соответствии с другой отличительной особенностью изобретения листы 7 и 7а основания контейнера 2, которые примыкают к его задней стенке 6, имеют длину, превышающую расстояние между задней и передней стенками контейнера, и оканчиваются на некотором расстоянии от его передней стенки 5.

К передним свободным краям листов 7, 7а основания приварена передняя, расположенная по существу параллельно передней стенке 5 контейнера вертикальная панель 35, которая образует в нижней передней части контейнера открытый сверху канал или колодец 45, который проходит по всей ширине передней стенки 5 контейнера и сообщается с его внутренней полостью А через окно 25.

Листы 7, 7а основания контейнера 2, его задняя стенка 6 и вертикальная панель 35 образуют в основании контейнера камеру 8, которая непосредственно сообщается с его внутренней полостью А через верхний лист 7 основания, выполненный для этого перфорированным, сетчатым, решетчатым или иным образом проницаемым для газа.

Расположенная в основании контейнера под его внутренней полостью А и колодцем 45 камера 8 имеет ограниченную высоту и предназначена, о чем более подробно сказано ниже, для равномерного распределения подаваемого в полость А и в колодец 45 ожижающего воздуха.

Еще одной отличительной особенностью изобретения является коническая форма распределительной камеры 8, которая постепенно сужается от задней стенки 6 контейнера 2 к передней вертикальной панели 35.

Такая геометрия распределительной камеры обеспечивается определенным наклоном нижнего листа 7а основания к его верхнему листу 7 с постепенным уменьшением расстояния между листами основания в направлении передней вертикальной панели 35.

Внутри контейнера 2 на некотором расстоянии от листа 7 его основания расположена параллельная ему прямоугольная перегородка 9, которая по периметру крепится к длинным боковым стенкам 3, 4 и коротким передней 5 и задней 6 стенкам контейнера 2.

Перегородка 9 образует во внутренней полости А контейнера зону В гранулирования и служит основанием псевдоожиженного слоя F1, в котором протекает процесс гранулирования загружаемого в гранулятор вещества. Образующая основание гранулирующего псевдоожиженного слоя F1 перегородка выполнена проницаемой (например, перфорированной, сетчатой или решетчатой) для ожижающего воздуха, необходимого для формирования и поддержания псевдоожиженного слоя F1. В перегородке 9, кроме того, выполнены так называемые классифицирующие щели 9а, через которые, о чем подробнее сказано ниже, проходят готовые гранулы, классифицированные потоком классифицирующего воздуха.

Классифицирующие щели 9а с учетом их указанного выше назначения имеют определенные размеры в ширину, которая зависит от диаметра получаемых гранул (а точнее, превышает его).

На фиг.1 стрелками 10 и 11 условно обозначено направление (реализуемой с помощью известной и поэтому не показанной на чертеже системы) подачи в гранулятор затравочных зерен гранулируемого вещества вдоль противоположных боковых стенок 3, 4 контейнера 2 по всей их длине. Позициями 12 и 13 условно обозначены распределители находящегося в жидком состоянии вещества для выращивания гранул, которые также хорошо известны и поэтому детально не показаны на чертеже и которые расположены на боковых стенках 3 и 4 контейнера ниже уровня свободной поверхности гранулирующего псевдоожиженного слоя F1.

На фиг.2 схематично показан расположенный на задней стенке 6 контейнера патрубок 14, через который в камеру 8 подается воздух. Патрубок 14 сообщается с известной и поэтому не показанной на чертеже внешней магистралью, из которой в камеру 8 под избыточным давлением подается необходимый для гранулирования в псевдоожиженном слое воздух.

Ниже со ссылкой на фиг.1 и 2 рассмотрен один из вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа гранулирования.

При подаче в гранулятор затравочных зерен или частиц гранулируемого вещества и вещества, необходимого для выращивания гранул, над перегородкой 9 образуется гранулирующий псевдоожиженный слой F1, состоящий из затравочных кристаллов и постепенно растущих гранул. Образование и поддержание гранулирующего псевдоожиженного слоя происходит при непрерывной подаче в камеру 8 ожижающего воздуха, который из камеры 8 через лист 7 основания проходит в расположенную под перегородкой 9 нижнюю часть внутренней полости А контейнера.

В процессе гранулирования и постепенного увеличения размера и массы затравочных зерен в псевдоожиженном слое F1 образуются гранулы определенного размера и массы, так называемые готовые гранулы, которые, когда их масса становится больше подъемной силы потока ожижающего воздуха, падают из псевдоожиженного слоя через классифицирующие щели 9а перегородки.

Отбор готовых гранул из псевдоожиженного слоя происходит только под действием силы тяжести в результате их свободного падения через классифицирующие щели в расположенную под гранулирующим псевдоожиженным слоем F1 и находящуюся под избыточным давлением нижнюю часть внутренней полости гранулятора, называемую также сборником.

Одной из отличительных особенностей изобретения является формирование из готовых гранул, и только из них, в находящейся под избыточным давлением нижней части внутренней полости гранулятора под действием того же самого потока ожижающего воздуха, которым формируется гранулирующий псевдоожиженный слой F1, второго псевдоожиженного слоя F2, в котором собираются готовые гранулы.

В соответствии с другой отличительной особенностью изобретения готовые и классифицированные гранулы отбираются из формируемого в находящемся под избыточным давлением сборнике псевдоожиженного слоя F2 гидравлическим путем в виде непрерывного потока гранул, "перетекающих" из формируемого на листе 7 основания псевдоожиженного слоя F2 в сообщающийся с ним колодец 45.

Колодец 45 и сборник представляют собой по существу "сообщающиеся сосуды", и поэтому высота псевдоожиженного слоя F2 готовых гранул в колодце 45 равна (пьезометрической) высоте, соответствующей внутреннему избыточному давлению в сборнике, которое создается потоком ожижающего воздуха, необходимого для нормального формирования и поддержания верхнего гранулирующего псевдоожиженного слоя F1, и под действием которого готовые гранулы непрерывно отбираются из сборника, избыточное давление в котором уравновешивается высотой столба готовых гранул в колодце 45.

Другим существенным преимуществом изобретения, связанным с использованием псевдоожиженного слоя для сбора и отбора готовых гранул из гранулятора, в частности из находящегося под избыточным давлением сборника, является существенное снижение или даже полное отсутствие действующих на готовые и классифицированные гранулы механических напряжений и, как следствие этого, сохранение их размера и целостности.

Все перечисленные выше преимущества предлагаемого в изобретении способа позволяют существенно снизить затраты энергии и значительно повысить выход всего процесса гранулирования.

Так, в частности, предлагаемый в изобретении способ отбора готовых гранул из находящегося под избыточным давлением сборника и их выгрузки из гранулятора не только отличается своей простотой, но и сохраняет свою высокую надежность в течение всего времени эксплуатации гранулятора и не требует высоких затрат на его ремонт или текущее обслуживание.

Необходимо отметить, что настоящее изобретение не исключает возможности внесения в рассмотренный выше вариант различных изменений и усовершенствований, не выходя при этом за объем изобретения, определяемый его формулой.

Так, например, для получения гранул предлагаемым в изобретении способом можно использовать не только описанный выше, но и показанный на фиг.3 гранулятор, различные элементы которого, конструктивно и функционально аналогичные описанным выше, обозначены на фиг.3 теми же позициями.

В грануляторе, предлагаемом в этом варианте осуществления изобретения, псевдоожиженный слой F2 готовых и классифицированных гранул имеет высоту, которая меньше высоты аналогичного псевдоожиженного слоя в рассмотренном выше варианте, и полученные в гранулирующем псевдоожиженном слое F1 готовые и классифицированные гранулы подаются в него расположенным в сборнике контейнера 2 под служащей основанием гранулирующего псевдоожиженного слоя перегородкой 9 соответствующим транспортером 30, например, лотковым, ленточным или иного типа.

Псевдоожиженный слой F2 готовых и классифицированных гранул формируется в нижней части находящегося под избыточным давлением сборника и в колодце 45 на выступающем на определенную величину за пределы передней стенки 5 контейнера 2 участке листа 7.

В соответствии с другой отличительной особенностью изобретения псевдоожиженный слой F2 формируется только частью всего воздуха, которым формируется гранулирующий псевдоожиженный слой F1. Воздух, которым формируется псевдоожиженный слой F2, попадает в расположенный под псевдоожиженным слоем F1 сборник через проницаемый для воздуха лист 7 основания из соединенной с источником воздуха патрубком 80а расположенной под псевдоожиженным слоем F2 камеры 80, длина которой равна длине псевдоожиженного слоя F2.

Для подачи во внутреннюю полость А контейнера остальной части воздуха, необходимого для формирования гранулирующего псевдоожиженного слоя F1, предназначен расположенный на задней стенке 6 контейнера 2 под перегородкой 9 и соединенный с внешним источником воздуха патрубок 80b.

Патрубки 80а и 80b соединены не показанными на чертежах трубопроводами с соответствующей воздуходувкой, которая нагнетает сжатый воздух в камеру 80 и во внутреннюю полость А контейнера.

В еще одном варианте осуществления изобретения ширина колодца 45 может быть меньше ширины передней стенки 5 контейнера 2.

1. Способ получения готовых гранул определенного вещества в так называемом вертикально растущем гранулирующем псевдоожиженном слое (F1), который формируется и поддерживается соответствующим потоком ожижающего воздуха и из которого готовые гранулы сначала ссыпаются в расположенный под ним и находящийся под избыточным давлением сборник, а затем выгружаются из него, отличающийся тем, что на стадии выгрузки гранул

а) в находящемся под избыточным давлением сборнике из готовых гранул по меньшей мере частью ожижающего воздуха формируют псевдоожиженный слой (F2) и

б) непрерывно выгружают готовые гранулы из псевдоожиженного слоя (F2) и находящегося под избыточным давлением сборника через расположенный снаружи рядом с ним вертикальный колодец (45), приемная (нижняя) часть которого сообщается с формируемым в сборнике псевдоожиженным слоем (F2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь ожижающий воздух, который используют для формирования и поддержания гранулирующего псевдоожиженного слоя (F1), используют для формирования и поддержания в сборнике псевдоожиженного слоя (F2) готовых гранул.

3. Гранулятор для получения готовых гранул определенного вещества в так называемом вертикально растущем гранулирующем псевдоожиженном слое (F1), содержащий самонесущую конструкцию (2), имеющую по существу форму контейнера и ограничивающую внутреннюю полость (А), в которой расположена служащая опорой для гранулирующего псевдоожиженного слоя (F1) перегородка (9) со множеством классифицирующих щелей (9а), отличающийся тем, что он имеет расположенный во внутренней полости (А) самонесущей конструкции под перегородкой (9) с отступом от нее и образующий основание проницаемый для воздуха лист (7), который частично выступает на определенную величину за пределы стенки (5) самонесущей конструкции (2) и который служит опорой для состоящего из готовых гранул псевдоожиженного слоя (F2), открытый кверху колодец (45), который расположен снаружи рядом с внутренней полостью (А) самонесущей конструкции и сообщается с этой внутренней полостью через расположенное у образующего основание листа (7) и выполненное в стенке (5) окно (25), устройства (14, 80а) для подачи ожижающего воздуха и распределительную камеру (8, 80), из которой ожижающий воздух попадает во внутреннюю полость (А) самонесущей конструкции и в колодец (45).

4. Гранулятор по п.3, у которого окно (25), через которое внутренняя полость (А) самонесущей конструкции (2) сообщается с окружающим пространством, образовано промежутком между образующим основание листом (7) и не доходящим до него нижним краем (5а) стенки (5) самонесущей конструкции.

5. Гранулятор по п.3, отличающийся тем, что колодец (45) образован между передней стенкой (5) самонесущей конструкции и, расположенной снаружи от ее внутренней полости (А) с отступом от этой стенки и предпочтительно параллельно ей, вертикальной панелью (35), которая соединена с образующим основание листом (7).

6. Гранулятор по п.3, отличающийся тем, что с отступом от образующего основание листа (7) расположен второй образующий основание лист (7а), который проходит наклонно к первому образующему основание листу (7) и образует вместе с ним указанную распределительную камеру (8), сужающуюся в направлении вертикальной панели (35).

7. Гранулятор по п.3, отличающийся тем, что проницаемый для газа образующий основание лист (7), который служит опорой для псевдоожиженного слоя (F2), в котором собираются готовые гранулы, перекрывает снизу колодец (45) и внутреннюю полость (А) самонесущей конструкции, частично выступая на определенную величину за пределы стенки (5) самонесущей конструкции, и предусмотрен расположенный во внутренней полости (А) самонесущей конструкции (2) под перегородкой (9) транспортер (30) готовых гранул, которым готовые, полученные в гранулирующем псевдоожиженном слое (F1) гранулы перемещаются из него в псевдоожиженный слой (F2), в котором собираются готовые гранулы.