ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Аппараты для реализации процессов гранулирования из расплавов и суспензий

Основным аппаратом, реализующим процесс гранулирования из расплавов пу­тем разбрызгивания жидкости в инертную газовую среду является грануляционная башня, см. рисунок 6.1. Подобные башни применяются в производствах аммиачной селитры и карбамида, высота их железобетонного или металлического корпуса дос­тигает 40 м, диаметр 12-16 м. Сверху размещены разбрызгиватели плава и воздухо­отводные устройства, а внизу - щели для забора воздуха и устройство для выгрузки гранул.

Капли плава охлаждаются встречным потоком воздуха и затвердевают. Затвер­девшие гранулы, достигая низа башни, скатываются по ее конической части на транспортер. Для уменьшения налипания незатвердевшего материала на стенки и конусы башни их футеруют полимерными пленками или листами фторопласта. Применяют также вибрационные устройства.

Качество продукта, т. е. размер и форма гранул, сильно зависит от конструкции разбрызгивателя. Она определяет также допустимую плотность орошения (расход

продукта на единицу площади сечения башни), необходимую скорость воздуха и высоту разбрызгивания. По способу диспергирования плава раз­брызгиватели подразделяются на центробежные, статические и вибрационные.

Центробежный разбрыз­гиватель (рисунок 6.2) пред­ставляет собой конический тонкостенный перфорирован­ный стакан, подвешенный вершиной вниз на вертикаль­ном валу, соединенном с электродвигателем. Наиболее распространены разбрызгива­тели с диаметром основания 300-350 мм и высотой 370­400 мм. Боковая поверхность конуса разбита на несколько поясов, диаметры отверстий в направлении от верхнего поя­са к нижнему уменьшаются от 2.5 до 1 мм. Плав поступает открытой струей через широкую горловину в крышке и истека­ет через отверстия вращающегося конуса. С увеличением частоты вращения конуса увели­чивается зона орошения и уменьшается размер капель. Преимущества конического разбрыз­гивателя: простота конструкции и длительный срок службы без чистки. Недостатки: 1) широ­кий спектр размеров гранул из-за существен­ного разброса скоростей вращения плава вблизи образующей конуса и различных усло­вий дробления истекающих струй); 2) нерав­номерное орошение сечения башни (до 30% ее сечения не орошается, максимальная плот­ность орошения превышает среднюю вдвое), т. к. плав из верхнего ряда отверстий истекает не под действием центробежной силы, а под действием гидростатического давления и с гораздо меньшей скоростью, чем из нижнего ряда; 3) сегрегация размеров гра-

нул по сечению башни из-за различного напора плава у отверстий разных уровней и высоких скоростей вылета струй по касательной к поверхности вращающегося

конуса, что приводит к неравномерно­сти их подсушивания и, как следствие, к снижению производительности.

Для повышения производитель­ности и улучшения распределения нагрузки по сечению башни предло­жен секционный разбрызгиватель с вращающимися радиальными перего­родками (рисунок 6.3). Перегородки приводят плав во вращение с угловой скоростью, соответствующей скорости вращения перфорированной оболочки, поэтому центробежный напор возрас­тает, и скорость истечения струи в верхней части разбрызгивателя увели­чивается. Такая конструкция позволя­ет в 1.5-2 раза увеличить производи­тельность центробежного разбрызги­вателя, более равномерно распреде­лить плав и уменьшить слабоорошае­мую поверхность поперечного сече­ния башни до 5-7%. Для башен диа­метром 16 м рекомендуются разбрыз­гиватели диаметром 200-300 мм, вы­сотой 350 мм и отверстиями диамет­ром 1.25-1.35 мм. Производитель­ность такого аппарата достигает 60 т/ч, что соответствует средней плот­ности орошения около 300 кг/(м2ч). Более равномерный грануло­метрический состав по сравнению с цен­тробежными разбрызгивателями дают статические разбрызгиватели леечного типа, см. рисунок 6.4. Для таких разбрыз­гивателей рекомендуются выпуклые дни­ща диаметром 0.4-0.5 м. При статическом напоре плава 1.1 м скорость истечения достигает 5 м/с, а диаметр орошаемой площади составляет 3-3.5 м. Для обслу­живания одной грануляционной башни в ее верхней части устанавливают 5-6 лееч­ных разбрызгивателей. Такая компоновка

99

позволяет улучшить равномерность орошения и довести его плотность до 500-600 кг/(м2ч), а также дает возможность ремонтировать и очищать последовательно по одному разбрызгивателю без остановки башни.

Равномерность дробления струи увеличивается при наложении вибра­ций на жидкость или воздушную сре­ду, в которой происходит дробление струй. На рисунке 6.5 приведена кон­струкция акустического разбрызги­вателя. В его корпусе установлена специальная пластина, которая при взаимодействии с поступающим пла­вом генерирует акустические колеба­ния, воздействующие на плав и спо­собствующие дроблению истекающих струй. Ситчатый фильтр, установлен­ный в разбрызгивателе, позволяет увеличить продолжительность безос­тановочной работы.

Колебания можно накладывать не только на саму жидкость, но и пе­редавать их через корпус разбрыз­гивателя. В одной из таких конструк­ций леечные разбрызгиватели разме­щены в нижней части трубного рас­пределителя, на который накладывают вибрации с частотой 300-1400 Гц. Скорость истечения плава через отвер­стия с острыми кромками достигает 6 м/с.

Для реализации процессов грану­лирования из расплавов и суспензий в промышленности применяются также аппараты с псевдоожиженным слоем. Одна из конструкций гранулятора с псевдоожиженным слоем представле­на на рисунке 6.6.

Плав или суспензия подаются в аппарат через предварительный фильтр (сетку) в потоке воздуха из инжектора. Также с помощью инжектора возвраща­ется в аппарат пыль из системы очистки отработавшего газа, которая играет

роль ретура (зародышей для образования гранул).

Газ (подогретый воздух или топочные газы) подается под нижнюю решетку через завихритель, который обеспечивает одинаковую скорость газа по всему сече­нию аппарата.

Диаметр отверстий нижней газораспределительной решетки ~ 2.5 мм, верхней ~ 10 мм. Использование двух решеток снижает вероятность провала обрабатывае­мой массы.

Гранулы образуются путем наслоения и агломерации в рабочей зоне аппарата над верхней решеткой. Агломерация витающих частиц происходит и в сепараторе. Продукт периодически выгружается через люк с заслонкой. Очистка аппарата про­изводится пропаркой и продувкой воздухом сверху.

Аппараты с псевдоожиженным слоем иногда размещают в нижней части гра­нуляционных башен (например, в производствах азотных удобрений). Полузатвер­девшие гранулы попадают на поверхность псевдоожиженного слоя, в котором ох­лаждаются до требуемой температуры и выгружаются из аппарата. Для интенсифи­кации процесса сушки снижают высоту падения гранул (~ в 1.5 раза) и увеличивают (~ в 5 раз) скорость воздуха, который используется и для создания псевдоожижен­ного слоя, и для омывания падающих гранул. Такие конструкции позволяют равно­мерно распределять воздух по сечению башни, в 5-8 раз повысить плотность оро­шения (и соответственно повысить производительность), а также устранить налипа­ние продукта на стенки башни

Одним из серьезных недостатков грануляционных башен и грануляторов с псевдоожиженным слоем является образование и унос пыли. В башнях основная часть пыли находится вблизи разбрызгивателя. Источниками ее образования явля­ются мелкие капли, образующиеся при дроблении жидкости, а также при соударе­нии струй. В псевдоожиженном слое пыль образуется в результате истирания со­прикасающихся гранул. В промышленных грануляционных башнях скорость воздуш­ного потока варьируется в пределах 0.3­0.4 м/с, унос пыли обычно составляет 1-2 кг/т и она, как правило, не улавливается. В аппаратах с псевдоожиженным слоем ско­рость воздуха возрастает до 1.5-5.0 м/с и при том же фракционном составе полу­чаемых гранул унос пыли возрастает на порядок, поэтому такие аппараты обычно снабжаются установками для улавливания пыли и возвращения ее в аппарат в качест­ве ретура.

Унос пыли полностью устранен в грануляторах с инертной жидкостью. Кроме того, эти аппараты характеризуются улучшенным теплообменом, поэтому они более компактны и производительны, по

101

сравнению с башнями. Их недостаток - необходи­мость отделения гранул продукта от инертной жид­кости, ее охлаждения и возвращения в цикл. Одна из конструкций представляет собой цилиндро­коническую емкость, заполненную маслом. Сверху установлен центробежный разбрызгиватель, обра­зующий капли, которые под действием собственно­го веса проходят слой масла, охлаждаются, омасли - ваются и собираются в нижней части конуса. Аппа­рат снабжен затвором для выгрузки продукта и пат­рубком для возврата регенерированного масла (ри­сунок 6.7).

Значительная интенсификация процесса дости­гается при прокачке масла снизу вверх со скоро­стью, обеспечивающей псевдоожижение гранул. Выгрузку в этом случае осуществляют на уровне зеркала слоя, а над днищем аппарата устанавливают

распределительную решетку.

На рисунке 6.8 показана схема гранулятора с движущейся инертной жидко­стью. Жидкость приводится в движение мешалкой. Гранулируемая масса в виде тонких струй поступает в аппарат, где она под воздействием потока инертной жид­кости турбулизируется и дробится на капли, которые по спиральным траекториям опускаются на дно сосуда, откуда выгружаются через шлюзовое устройство. Аппа­рат снабжен патрубками для подпитки и слива инертной жидкости. Чем меньше скорость вращения мешалки и чем дальше она расположена от уровня жидкости, тем крупнее гранулы продукта. Аппарат пригоден для гранулирования из вязких, загрязненных, плохо диспергируемых жидкостей.