МАШИНОСТРОЕНИЕ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Тарельчатый гранулятор за 400у.е., доставка по СНГ

Для повышения реакционной способно­сти в процессах переработки минерального сырья или создания материалов с новыми функциональными свойствами в химической и смежных отраслях промышленности прихо­дится переводить обрабатываемые вещества в мелкодисперсное сыпучее состояние или в расплавы, пасты и др.

В последующих стадиях переработки или реализации материала как товарного продукта указанные состояния часто неприемлемы и тогда реализуется новая стадия процесса пере­работки - формообразование.

Наиболее часто для этих целей исполь­зуют гранулирование, таблетирование и прес­сование.

2.4.1. ГРАНУЛЯТОРЫ

Методы гранулирования предназначены для изготовления частиц определенных разме­ров, удовлетворяющих требованиям по форме, прочности, плотности и т. д. В химической промышленности по объемам производства гранулирование доминирует над прессованием и таблетированием.

В основе способов гранулирования лежит использование различных физико-

Механических и физико-химических процес­сов:

1) получение укрупненных дискретных частиц - гранул из мелкодисперсного материа­ла, связыванием исходных частиц различными механизмами сцепления, агрегирующими час­тицы в гранулу;

2) деление исходного материала, находя­щегося в жидкой фазе на отдельные капли, с последующим отвердением в процессе кри­сталлизации или сушки;

3) деление струи высоковязких материа­лов путем продавливания через калиброванные отверстия;

4) деление крупного куска материала на отдельные мелкие части методами дробления, резки, фрезерования и пр.

Наряду с химической промышленностью методы гранулирования широко используются в горнорудной, цементной, фармацевтической, пищевой промышленности; промышленности строительных материалов и др.

Первый способ гранулирования превос­ходит по объемам производства остальные и достигает в химической и горнорудной про­мышленности сотен миллионов тонн в год.

Целями использования гранулированных материалов являются:

Уменьшение пыления, что частично ис­ключает их унос, значительно сокращает рас­ходы на воздухоочистку, уменьшает опасность отравления ядовитой или раздражающей пы­лью;

Свободная текучесть, что облегчает рас­сев, транспортировку и дает равномерную ук­ладку в случае загрузки в пресс-формы, позво­ляет применять для гранулированных материа­лов объемное дозирование и дозирование по времени истечения;

Уменьшение слеживаемости во время хранения вследствие уменьшения числа кон­тактов;

Возможность создания многокомпонент­ных, многослойных гранул;

Увеличение насыпного веса гранулиро­ванного материала, что снижает транспортные затраты;

Облегчение усреднения многокомпонент­ных смесей;

Увеличение проницаемости газа или жид­кости через слой гранулированного материала;

Удлинение продолжительности растворе­ния отдельных гранул, что особо важно в сель­ском хозяйстве для увеличения периода под­кормки растений удобрениями и т. д.

Классификация оборудования для грану­лирования производится в первую очередь по основному способу формирования гранул (/...4), а внутри группы машин - по обрабаты­ваемому материалу.

Грануляторы окатывания для мелко­дисперсных материалов. Такие грануляторы осуществляют первый способ гранулообразо- вания. При проектировании или выборе грану - ляторов мелкодисперсных материалов основ­ную роль играет подбор механизма связывания исходного материала для получения необходи­мой прочности. Для выбора такого механизма используют диаграмму (рис. 2.4.1), связываю­щую прочность гранул а с размерами исход­ных частиц dQр при различных механизмах связывания: А - связывание мостиками из твердого тела, как результат спекания, сплав­ления, отвердевания связующего, кристаллиза­ции, химического взаимодействия и т. д.; Б - капиллярный силами сцепления на границе раздела фаз; В - силами адгезии и когезии; Г - молекулярный силами Ван-дер-Ваальса и элек­тростатического притяжения.

Грануляторы барабанного типа. Рабо­чим органом гранулятора барабанного типа является вращающийся цилиндр, в котором под действием массовых сил и сил инерции происходит формирование из мелкодисперсно­го материала и связующего гранул по форме близких к сферическим, обладающих опреде­ленной прочностью и плотностью. Для сцепле­ния частиц исходного материала используют

О, МПа 100

Обычно два механизма, вначале капиллярный Б, затем, по мере удаления влаги, один из спо­собов механизма А.

Характер движения материала во вра­щающемся барабане показан на рис. 2.4.2 [9]. В наклонном вращающемся барабане слой материала делится на две зоны. Ниже поверх­ности раздела NDLL'D'N' находится зона подъ­ема материала, в которой материал поднимает­ся вместе с барабаном, без проскальзывания слоев и смещения одной частицы относительно другой. Выше поверхности раздела образуется зона скатывания. В этой зоне частицы движут­ся вниз, вращаются вокруг собственной оси и взаимно перемещаются. В непрерывно дейст­вующих грануляторах барабан установлен под некоторым углом к горизонту а и тогда части­цы смещаются по линии максимального ската с шагом h (линия, по которой перемещаются частицы на криволинейной поверхности под действием сил гравитации, есть линия мини­мальной потенциальной энергии).

Практически процесс гранулообразова - ния происходят только в зоне скатывания; его интенсивность обусловлена размерами зоны, частотой входа частиц в эту зону, порозностью материала в зоне и т. д. Перемещение материа­ла от загрузочного конца к разгрузочному про­исходит по кривой п'1\...Гп пути, прохо­димого каждой частицей материала.

Возможны барабаны с внутренними уст­ройствами. но процесс формообразования ос­тается неизменным.

Схема барабанного гранулятора пред­ставлена на рис. 2.4.3. Вращающийся корпус / с надетыми на него бандажами 2 установлен на
роликовых опорах 5 (в каждой опоре по два ролика). Привод барабана осуществляется от электродвигателя 9 через редуктор 8 и откры­тую зубчатую пару, состоящую из шестерни " и венцового колеса 3 с эластичным креплением к барабану через пакеты рессор. Конструкция исключает передачу температурной деформа­ции корпуса на зубчатое зацепление и выбира­ет несоосность колеса и бандажей Угол накло­на барабана к горизонтали а = I.. 3°. Для кон­троля положения барабана и частичного пре­до і вращения его сползания с опорных роликов предназначены упорные (контрольные) роли­ки 6

Мере і загрузочную камеру 4 в барабан носі\пасі обрабашваемый материал. Разгру­зочная камера 12 служит для вывода гранули­рованною продукта и монтажа некоторых уст - ройсів. Участок барабана, входящий в разгру­зочную камеру, снабжен подпорным кольцом
11. Конструкция камер и тип уплотнений 10 определяются технологическим процессом гранулирования.

По такой схеме работают классические барабаны-окатыватели без внутренних уст­ройств диаметром D = 1,6...3,5 м, длиной L-8... 16 м. Внутренняя поверхность барабана футерована листами резины, прикрепленными к барабану по шести образующим. При враще­нии листы резины в верхних квадрантах изме­няют кривизну и таким образом очищаются от налипшего материала. Ввод связующего орга­низуют через форсунки на движущийся слой материала или предварительно в смесителе.

К барабанам-окатывателям относятся также грануляторы для производства сажи как мокрым (типа БАС-20), так и сухим способом гранулирования (типа АСА). При сухом спосо­бе гранулирования сажи, характеризующейся микронным и субмикронным размером исход­ных частиц, реализуется способ сцепления частиц сажи за счет сил Ван-дер-Ваальса.

При конструировании узлов барабанных грануляторов используются отраслевые стан­дарты и стандарты предприятий-изгото­вителей.

Установка гранулятора под углом накло­на а = 1...3° вызывает появление осевой со­ставляющей от силы тяжести барабана на опорных роликах, вследствие чего при враще­нии барабан начинает сползать с роликов. Для предотвращения этого одну пару опорных ро­ликов перекашивают в одну сторону. Для опорных роликов больших машин характерно применение спаренных осевых подшипников, воспринимающих осевую составляющую веса или составляющую силы трения (при непра­вильном перекосе роликов). В первом случае нагрузка на правый осевой подшипник

Рос = QpSina, где Qp - радиальная нагрузка на ролик, во втором случае нагрузка на левый осевой подшипник Рос = /Ор, где/- коэффи­циент трения между бандажом и роликом. Ра­диальные подшипники в этом случае от осевых нагрузок освобождаются.

Аммонизатор-гранулятор предназначен для ведения процесса грануляции и аммониза - ции сложных удобрений, при которой оконча­тельно достигается требуемая прочность гра­нул. В зависимости от реализуемого способа получения сложного удобрения в аммонизатор- гранулятор вводятся: плав аммиачной селитры, раствор моноаммонийфосфата, хлористый ка­лий, внешний ретур (ретурность достигает отношения 1:4) и газообразный аммиак, в тех или иных соотношениях Это - машина боль­шой единичной производительности, с пропуск­ной способностью Q = 100...500 т/ч, диамет­ром барабана обычно D = 3,5; 4; 4,5 м, длиной L = 8... 16 м, частотой вращения п — 8... 12 мин" .

Аммонизаторы-грануляторы работают при нормальной температуре. Материал не­много подогревается только за счет теплоты экзотермической реакции аммонизации и ино­гда при подаче пара для улучшения грануля­ции.

Корпус 1 аммонизатора-гранулятора ус­тановлен на станциях опорно-упорной 3 и опорной 7 с упором-предохранителем (рис. 2.4.4). Высокоагрессивная среда (фосфорная кислота, аммиак) внутри барабана определяет изготовление его из двухслойной стали СтЗсп +■ 10Х17Н13М2Т. Бандажи скреплены жестко с барабаном клиновыми башмаками, привариваемыми после монтажа, с установкой дополнительных упоров. Свободно надетые бандажи не применяют, так как большая масса барабана и материала внутри него при высокой угловой скорости (0,4...0,5)сокр приводит к значительному «раскатыванию» внутреннего диаметра бандажа.

Опоры выполнены по схеме барабана - окатывателя. Привод отличается от рассмот­ренного тем, что зубчатый венец 5 крепится на барабане жестко при помощи фланцевого со­единения 6, а эластичность зубчатого зацепле­ния достигается за счет подпружиненной под- венцовой шестерни. С моторно-редукторной группой подвенцовая шестерня соединена кар­данным валом 4.

Барабанный гранулятор-сушилка типа БГ предназначен для производства сложных удобрений (аммофоса, нитрофоски и др.) мето­дом наращивания удобрения из пульпы на час­тицы ретура. На рис. 2.4.5 показан корпус гра - нулятора-сушилки типа БГ 4,5 х 16 (диаметром D - 4,5 м и длиной L = 16 м).

Загрузочный (левый) конец барабана / входит в загрузочную головку, из которой в барабан поступают внешний ретур, пульпа гранулируемого удобрения из пневматической форсунки и сушильный агент (топочные газы). Пульпа распыливается на плотную завесу час­тиц ретура, создаваемую подъемно-лопастной насадкой 3. В циклах подъем - скатывание по лопастям - полет гранулы наращиваются до нужного размера, формируются и сушат­ся.

В отличие от зарубежных сферодайзеров такая сушилка оборудована системой внутрен­него ретура, состоящей из классифицирующего конуса 4 и обратного шнека 2. Работа класси­фицирующего конуса основана на эффекте сепарации полидисперсного слоя во вращаю­щемся барабане: крупные частицы двигаются по внешним траекториям. Таким образом ко­нус пропускает крупные частицы, а мелкие зачерпываются обратным шнеком. На разгру­зочном конце барабана смонтирован классифи­катор 5, убирающий из общего потока крупные (аварийные) агломераты.

Барабанный гранулятор-сушилка 4,5 х 16 при производстве сложных удобрений имеет техническую характеристику, приведенную ниже.

Производительность

TOC \o "1-3" \h \z по готовому продукту, т/ч................................ 45

Температура сушильного агента, °С

На входе........................................ 200. ..500

На выходе............................................... 100

Частота вращения барабана, мин"1.................. 4,5

Мощность двигателя, кВт................................ 320

Масса, т........................................................... 227

Технологический расчет барабанного гранулятора. Основные параметры, связы­вающие процесс гранулирования с размерами и режимами работы гранулятора, - производи­тельность Q и длина пути S материала в бара­бане. Для грануляторов без внутренних уст­ройств

Q = Fl (Д I, а, со, Ф,/);

S = F2(D, L, а, со, Ф,/),

Где со - рабочая угловая скорость барабана; Ф - коэффициент заполнения; / - коэффициент внутреннего трения обрабатываемого материа­ла; а - угол наклона барабана.

Если допустить, что радиус подпорного кольца равен расстоянию от центра барабана до центра масс сегмента загрузки материала, то производительность Q, осевая скорость пере­мещения материала voc и длина пути S описы­ваются уравнениями:

Q = vocfM р;

Иос = Co/?(l-0)(tg9/sin(3){tga +[(0,364Ф-0,006б)/?/1 + (0,02Ф + 0,009)]созф};

S = 2(l-0)ofl(L/a0C)tg<p,

Где FM = 7гФ D2/4 - площадь сегмента загрузки; tg(p = /; ф - угол естественного

Откоса материала; (3 = 9 + ((02/?/g)x х(і-1,8Ф)5ІПф - угол подъема центра масс материала; Я = Ош/2 - внутренний радиус барабана.

Для барабанного гранулятора-сушилки зависимость значительно сложнее ввиду боль­шего количества размеров внутренних уст­ройств и при этом одновременно необходимо корреспондировать результаты с тепловым расчетом.

Прочностной расчет барабанного грану­лятора. Корпус (барабан) грануляторов рас­считывают на прочность, как балку кольцевого сечения на двух опорах, нагруженную систе­мой распределенных сил от массы обечайки, материала в барабане, внутренних устройств и сосредоточенной силы от массы венцовой шес­терни. Осевой момент сопротивления попереч­ного сечения обечайки W принимают как мо­мент сопротивления тонкого кольца:

W = 7i(Z)/2)25, где 5 - толщина стенки барабана.

Допускаемые напряжения изгиба [аи] для корпуса гранулятора барабанного типа, изго­товленного из сварных обечаек (стали типа СтЗ), с учетом концентрации напряжений, не должны превышать 30 МПа.

Бандажи изготовляют из стали 25, 35, 45 литыми или коваными для барабанов диамет­ром 4...4,5 м. Бандажи рассчитывают на проч­ность при изгибе и на допускаемые контактные напряжения. Нагруженный бандаж - статиче­ски неопределимая конструкция под действием распределенной нагрузки (рис. 2.4.6):

Q = 2JPcosa/(7i/?);

Для свободно надетого бандажа и для жестко скрепленного с корпусом бандажа q -

= P/(2nR).

Максимальные значения изгибающих моментов, используемые в расчетах, для свободно надетого бандажа

Мтах =0,0633 PR -

Для жестко закрепленного

Мтах =0,0857 PR,

Где Р - реакция в опоре; R - средний радиус бандажа.

Допускаемые напряжения изгиба выби­рают с учетом знакопеременного цикла нагру­жения.

Контактные напряжения ак определяют по формуле Г. Герца для материалов с одина­ковым модулем упругости Е\

PE(R + r)

Ак =0,418

BRr

Где R и г - наружный радиус соответственно бандажа и ролика; В - ширина бандажа.

Расчетные значения ак не должны пре­вышать допускаемых [ак]. Для бандажей и роликов из стали 25, 35, 45 рекомендуются следующие значения [ак] соответственно 400, 500, 600 МПа.

Расчет упорного ролика барабанного гранулятора.. Для реализации качения упорно­го ролика по скошенной боковой поверхности бандажа без проскальзывания вершина кониче­ской поверхности ролика должна находиться на оси барабана (рис. 2.4.7). Если упорный ролик удерживает барабан от сползания с опорных роликов, то нагрузка А, действующая на него, является осевой составляющей силы тяжести G наклонно расположенного барабана:

А = G sina.

Сила, нормальная к боковой поверхности ролика,

Г2= /(/cos (у/2),

Где у - угол при вершине конуса; у/2 = arctg £/ур /Z)cp ; dyp - средний диаметр

Упорного ролика; Dcp - диаметр бандажа в

Месте его касания середины ширины упорного ролика.

Упорный ролик рассчитывают на кон­тактные напряжения по формуле

Т-уЕ

Ак =0,418

F V(°cp/2)sin(Y/2) ^ где /їур - высота упорного ролика.

Рекомендации по выбору [ак] приведены выше.

Расчет остальных узлов грануляторов достаточно прост.

Тарельчатые (дисковые) грануляторы. Рабочим органом тарельчатого гранулятора является вращающийся диск с бортами, ось вращения которого наклонена под углом 45...65° к горизонту и может изменяться в процессе эксплуатации. В химической про­мышленности диаметр диска гранулятора дос­тигает 4,5 м. Исходный материал подается на диск, вовлекается в циркуляцию (подъем без взаимного перемещения и скатывание по сво­бодной поверхности диска), в процессе ко­торой материал увлажняется из форсунок, аг­ломерируется и под действием массовых и центробежных сил формируется в гранулы.

Слой поднимающегося материала пред­ставляет собой цилиндрическое копыто, на поверхности которого в результате сегрегации оказываются готовые крупные гранулы, иду­щие через борт на выгрузку. Таким образом, выход товарной фракции у тарельчатого грану­лятора выше, чем у барабанного, но требуются большие размеры помещения для тарельчатого гранулятора, кроме того, трудности соблюде­ния экологических требований из-за уноса пы­ли (трудности герметизации) ограничивает его широкое распространение в химической про­мышленности. Тарельчатые грануляторы ши­роко используются в производстве железоруд­ных концентратов, диаметр диска у них дости­гает 7,5 м.

Установлено, что площадь поверхности тарелки, необходимая для получения 1 т про­дукта віч, должна составлять 1,1... 1,3 м2.

Тарельчатый гранулятор типа ОТ состоит из наклонно расположенного вращающегося диска 7, вал которого закреплен в опорной раме 6, представляющую собой жесткую свар­ную конструкцию (рис. 2.4.8). Привод 9 тарел­ки осуществляется от электродвигателя, распо­ложенного на передвижной плите, через кли - ноременную передачу, редуктор 10 и кониче­ское колесо 8.

К центральной стойке гранулятора при­креплены кронштейны с ножами 5 для очистки дна и бортов тарелки. Угол тарелки изменяется с помощью регулятора 7 угла наклона. Мате­риал на гранулирование подается через течку

2, жидкие компоненты - через распределитель

3, для удаления пыли предназначен зонт 4. На рис. 2.4.9 показаны механизмы вращения и изменения угла наклона тарельчатого грануля­тора типа ОТ диаметром 2 м. На главном валу 1 закрепляется тарель (не показана) и кониче­ская шестерня 2; винт 3 закреплен в шарнир­ной опоре 5. При вращении винта гайка 4 из­меняет угол наклона тарелки.

Механические расчеты тарельчатых гра­нуляторов не представляют трудности, а тех­нологические носят характер обработки экспе­риментальных данных [8, 15].

К грануляторам окатывания можно отне­сти машины с неподвижным цилиндрическим корпусом (вертикальные и горизонтальные), в которых перекатывание гранул осуществляется лопастями, насаженными на центральный бы- стровращающийся вал. Машины оказались энергоемки и широкого применения в много­тоннажном производстве не нашли.

Грануляторы расплавов. Основным процессом получения гранул из материала, находящегося в жидкой фазе, является грану­лирование разбрызгиванием плава в свободный объем, что нашло широкое применение для получения гранул из высококонцентрирован­ных плавов удобрений (аммиачной селитры и карбамида, а также некоторых сложных удоб­рений) [15, 18]. Процесс осуществляют в высо­ких полых грануляционных башнях, в которых падающие капли охлаждаются встречным по­током воздуха. На рис. 2.4.10 показана схема грануляционной башни для аммиачной селит­ры. Обычно две башни объединяют в единую секцию с аппаратурой подготовки исходного материала. Аммиачную селитру гранулируют в башнях высотой 20...60 м, карбамид - в баш­нях высотой около 50 м. а сложные удобрения - в башнях до 66 м.

Такой способ позволяет гранулировать любые удобрения, имеющие четко определен­ную температуру плавления и относительно низкую вязкость.

Механизм гранулообразовния заключает­ся в распаде истекающих из диспергирующего устройства струй на капли, которые, охлажда­ясь во встречном потоке воздуха, превращают­ся в гранулы. При охлаждении кристаллизация

Плава начинается с поверхности, происходит образование твердой оболочки, толщина кото­рой по мере движения капли (гранулы) увели­чивается. Таким образом, гранулирование про­исходит по второму способу, с механизмом связывания А.

Грануляционная башня для производства аммиачной селитры представляет собой ци­линдрический корпус диаметром 12 м и высо­той 39 м или диаметром 16 м и высотой 40,5 м. Грануляционную башню / выполняют из мо­нолитного железобетона (толщиной сгенки 400 мм) и футеруют с внутренней стороны кислотоупорным кирпичом, уложенным на диабазовой замазке. Днище грануляционной башни выполняется из бетона и усеченных конусов 8 из углеродистой стали. Обычно на наружной поверхности конусов устанавливают электровибраторы. Для обеспечения прохода воздуха и удобства очистки конусов от налип­шей селитры между ними имеются зазоры (щели).

Башня имееі плоскую крышку и пото­лочное перекрытие. Плоская крышка башни, через которую проходит вал гранулятора 2, изнутри защищен листовой коррозионно - стойкой сталью. На потолочном перекрытии сборки из двух башен смонтированы баки 3 для плава, выпарные аппараты 4, вытяжные трубы 5 и вентиляторы 6. Вывод готовых гра­нул осуществляет конвейер 7. Здесь же уста­новлены три - четыре вентилятора осевого типа производительностью Ы05 м7ч каждый, создающий разрежение порядка 0,4...0,6 кПа (40...60 мм вод. ст.) для прокачивания охлаж­дающего агента (воздуха) из башен. Воздух поступает в башню через 28 окон, расположен­ных внизу по всему периметру цилиндрическо­го корпуса, а также через зазоры конусов. В каждую башню подается (200.. .300)-103 м3/ч воздуха.

При гранулировании разбрызгиванием плава в инертную среду основным аппаратом, определяющим размер и форму гранул, являет­ся гранулятор (разбрызгиватель). От качества его работы зависит не только равномерность размеров полученных гранул, но и допустимые плотность орошения, скорость воздуха и высо­та полета гранул. Г1о методу диспергирования разбрызгиватели делятся на центробежные, статистические и вибрационные.

Центробежный гранулятор разбрызгива­ния типа РЦ [15] представляет собой кониче­ский тонкостенный перфорированный стакан /, подвешенный вершиной книзу на вертикаль­ном валу 2. соединенном с электродвигателем 3 (рис. 2.4.11). Наиболее распространены кону­сы с основанием диаметром 300...350 мм и высотой 370...400 мм. Боковая поверхность разбита на несколько поясов; отверстия с осно­вания конуса от пояса к поясу уменьшаются от 2,5 до 1 мм.

Плав из трубопроводов поступает откры­той струей через широкую горловину в крышке и истекает через отверстия вращающегося ко­нуса. С увеличением частоты вращения увели­чивается зона орошения и уменьшается размер капель.

При конструировании разбрызгивателей следует создавать условия ламинарного исте­чения струи, для чего принимают отношение длины к диаметру канала истечения не менее 4...5 и тщательно обрабатывают его внутрен­нюю поверхность и кромки.

Конструкция имеет ряд недостатков: ши­рокий спектр размеров гранул; неравномерное орошение сечения башни (до 30 % почти нео­рошаемой поверхности и двукратное превыше­ние максимальной плотности орошения над средней) и сегрегацию гранул по размерам по сечению башни, что вследствие ухудшения теплообмена приводит к необходимости сни­жения производительности; различный напор плава у отверстий, находящихся на разных уровнях, и высокие скорости вылета (более 5 м/с), что ухудшает равномерность дробления струи; выход струи по касательной к поверхно­сти вращающегося конуса, одностороннее ее сжатие и вихревое движение воздуха вблизи разбрызгивателя, усложняющие условия раз­рыва струи.

Более равномерный гранулометрический состав дает статический напорный гранулятор разбрызгивания типа РН (рис. 2.4.12). 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 пять - шесть напорных грануля­торов. Такая компоновка позволяет улучшить равномерность орошения и довести его до 500...600 кг/(м2 ч), а также дает возможность чистить последовательно по одному разбрыз­гивателю без остановки башни.

Равномерность дробления струи увеличи­вается при наложении вибраций определенных параметров на корпус гранулятора и жидкость или воздушную среду, в которой происходит дробление струй.

Затвердевшие гранулы, достигая низа башни, ударяются о коническую часть и ска­тываются на днище, а затем перемещаются к выгрузочной щели. Для уменьшения налипа­ния незатвердевшего материала на стенки и конусы башни их футеруют полимерными пленками или листами фторопласта. Применя­ют также вибрационные устройства. В нижней части башни устанавливают специальный ме­таллический каркас, не соединенный с ее кор­пусом. На таком каркасе монтируют стальной

Конус, состоящий из четырех поясов, каждый из которых закреплен на каркасе подвесками. На трех верхних конусах имеются вибраторы, на участках наибольшего налипания на конус укладывают металлический прут, отбивающий наросты при включении вибраторов. Примене­ние виброконуса позволяет значительно упро­стить эксплуатацию башен.

К основным недостаткам грануляцион­ных башен относятся: сравнительно высокая температура гранул на выходе из башни (до охлаждения); возможность использования их объема примерно только на 50 %; большие капитальные затраты на строительство; гро­моздкость и др.

При производстве азотных удобрений ус­пешно используют башню, в нижней части которой встроен аппарат с псевдоожиженным слоем, что позволяет сократить в 1,5 раза высо­ту полета гранул, повысить в 5 - 8 раз плот­ность орошения и устранить налипание про­дукта. Подача воздуха через псевдоожиженный слой позволяет к тому же равномерно распре­делять его по сечению башни. Полузатвердев­шие гранулы попадают на поверхность псевдо- ожиженного слоя, в котором охлаждаются до требуемой температуры и выгружаются из аппарата. Для интенсификации процесса охла­ждения снижают высоту падения гранул и уве­личивают скорость воздуха, который исполь­зуют сначала для прохождения через псевдо­ожиженный слой, а затем для омывания па­дающих гранул.

С применением псевдоожиженного слоя возрастает унос пыли, из-за увеличения скоро­сти воздуха, что влечет за собой ухудшение экологии и увеличение затрат на улавливание пыли. Следует отметить, что при возрастаю­щих требованиях по экологии окружающей среды к конструкциям грануляционных башен предъявляются дополнительные требования по прочности и жесткости корпуса, так как на верхних отметках необходимо размещать пы­леулавливающие системы типа скрубберов водной очистки. Размещение скрубберов внизу требует больших затрат на воздуховоды и транспорт газа.

Технологический расчет грануляционной башни заключается в определении ее диаметра и высоты, исходя из допустимой средней плот­ности орошения и термодинамических пара­метров образования гранул [15].

Сравнение некоторых экономических по­казателей производства комплексных удобре­ний в грануляционных аппаратах разного типа свидетельствует о том, что процесс в грануля­ционной башне с воздушным охлаждением более прост, экономичен и идет с незначитель­ным выделением пыли и ретура. Потребление электроэнергии и теплоты меньше при произ­водстве сложных удобрений, чем в процессах с гранулированием в аммонизаторе-грануляторе; капитальные затраты на 5 % ниже, чем для других процессов.

Прессующие шнековые грануляторы. Метод гранулирования, при котором шнековый механизм транспортирует исходный материал к фильерам и продавливает его с образованием гранул, широко используется в химической промышленности при гранулировании пасто­образных и термопластичных полимерных материалов. При этом транспортная операция в шнековой зоне часто совмещена с операциями перемешивания, нагревания, последующего охлаждения, пластикации и др.

Для гранулирования пастообразных ма­териалов применяют одношнековые грануля­торы типа ФШ (формования шнековые) с диа­метром шнека 100, 150, 200 [31]. Производи­тельность этих машин 400... 1500 кг/ч при час­тоте вращения 19...50 мин~!. При работе про­дукт непрерывно поступает в загрузочную камеру, захватывается транспортно-прессовой частью шнека, уплотняется, а затем продавли­вается через фильерную решетку с помощью протирочной головки. Получаемые (шнуры) жгуты под действием собственного веса обла­мываются, падают на движущуюся ленту кон­вейера-раскладчика, а затем направляются на сушку. Все грануляторы типа ФШ снабжаются загрузочными нагнетателями по типу двухро - торного Z-образного смесителя.

Для этой же цели служат реакторно-сме - сительные двухшнековые установки типа СН: СН100 - СН400, с диаметрами шнеков 100... 400 мм, частотой вращения 200... 30 мин-1 и производительностью 50... 1500 кг/ч. На установках типа СН перерабаты­ваются и гранулируются анодные массы, син­тетические моющие средства, пигменты, уско­рители вулканизации резины, пигменты, ката­лизаторы и др.

Для липких паст разработаны конструк­ции, в которых шнек кроме вращения соверша­ет и возвратно-поступательное (осциллирую­щее) движение. Пальцы, укрепленные на кор­пусе и совпадающие с разрывами в винтовой нарезке, способствуют турбулизации потока материала и ликвидации возможного проскаль­зывания между материалом и корпусом уста­новки.

В прессующих грануляторах пастообраз­ных материалов происходит гранулирование по третьему способу и связывание частиц ме­ханизмами типа а. Исходными материалами могут быть порошки и связующее или различ­ные твердые ингредиенты. В последнем случае в машине кроме смешивания происходят пла­стикация и, как заключительная стадия, грану­лирование.

Второй процесс наиболее полно исследо­ван в производстве и переработке полимерных материалов.

Выбор экструдера полностью определя­ется свойствами перерабатываемого материала. Промышленность предлагает одно-, двух - и четырехвальные экструдеры с диаметром чер­вяков 63...400 мм, производительностью до 15 т/ч.

Следует отметить многообразие конст­рукций экструдеров. Существуют два метода гранулирования термопластичных материалов: горячее и холодное. В гранулирующей головке для горячего гранулирования через решетку 4 и мундштук 3 выдавливаются шнуры (жгуты), которые режутся непосредственно у профили­рующей головки вращающимися ножами 2 на гранулы (рис. 2.4.13). Вращение ножей осуще­ствляется от двигателя через клиноременную передачу. Для обслуживания головки узел но­жей отводится поворотным кронштейном 7. Торец рабочей поверхности головки подвергается термической обработке и полировке. Кроме того, формующая плита с отверстиями должна быть достаточно жесткой, в противном случае при ее деформации образуется зазор, в который попадает материал, который замазывает торец и ломает ножи.

Метод холодного гранулирования заклю­чается в резке материала, находящегося в твер­дом состоянии, для чего после выхода из ана­логичной головки без ножей шнуры (жгуты) протягиваются через охлаждающую ванну с водой. Метод холодного гранулирования пред­почтителен для низковязких материалов (поли­стирола, полиамидов). На рис. 2.4.14 показан механизм резки жгутов.

Валковые прессы для гранулирования сыпучих материалов. Большая группа сыпу­чих материалов не позволяет использовать механизмы связывания, основанные на капил­лярных силах сцепления (область Б, см. рис. 2.4.1). К таким материалам относятся сильные электролиты (хлорсодержащие удобрения, сульфат аммония и т. д.). Для таких материалов оптимальным является применение прессового оборудования большой производительности - валковых прессов.

При прессовании без связующего незави­симо от размеров исходных частиц прочность полученных гранул только за счет межатомно­го взаимодействия будет не ниже 0,3 МПа (выше штриховой линия на рис. 2.4.1). При введении небольшого количества связующего возможна реализация химического взаимодей­ствия или оплавления границ зерен за счет высокого давления и температуры с после­дующим отверждением и образованием связи кристаллизационного типа.

Процесс вальцевания широко применяет­ся в химической, металлургической, электро­угольной промышленности, керамическом и стекольном производствах.

Технология получения гранул из сыпучих материалов методом вальцевания включает как минимум три основных процесса: вальцевание исходного порошка и получение плитки, дроб­ление плитки и классификацию полученного гранулированного материала с целью выделе­ния товарной фракции.

В типовой технологической схеме полу­чения гранулированных удобрений методом вальцевания из сухих порошков без ввода свя­зующих веществ исходные сухие порошковые компоненты подаются из смесителя I на прес­сование в валковый пресс 2 (рис. 2.4.15) [8]. На вибросите 3 происходит отделение прессован­ного материала от просыпи. Измельченный в дробилке 4 материал рассеивается на вибро­грохоте 5. Мелкая фракция после вибросита 3 и виброгрохота 5 вновь подается на прессование, а крупная - в дробилку 6, после чего повторно рассеивается.

В технологической схеме производства гранулированных фосфорно-калийных удобре­ний вальцеванием с вводом вяжущих раство­ров соль калия и томасшлак загружаются в бункеры-накопители. Из бункеров порошки дозируются в смеситель, в который при пере­мешивании добавляется вода. После смесителя шихта влажностью 5...9 % прессуется в валко­вом прессе. Спрессованный материал направ­ляется в сушильный барабан, а затем в дробил­ку. Измельченный продукт рассеивается на грохоте. Мелкая фракция возвращается в общий поток и поступает в смеситель, круп­ная фракция - на повторное измельчение в дробилк>.

Анализ материальных потоков в дейст­вующих промышленных установках гранули­рования, например, хлористого калия, показы­вает, что выход спрессованного продукта по отношению к подаваемому в валковый пресс порошку составляет 40...60 %, а выход товар­ных гранул - 30... 35 %.

Основным оборудованием, на котором основывается процесс гранулирования, являет­ся валковый пресс (рис. 2.4.16) [8]. Два цилин­дрических валка 1 и 2 валкового пресса уста­новлены в опорах 5 и 6 на станине 4. Между вращающимися в противоположных направле­ниях валками имеется регулируемый зазор. Опоры 5 одного из валков установлены на ста­нине с возможностью относительного переме­щения, подпружинены или поджаты гидроци­линдрами. Перерабатываемый порошковый материал подается в бункер 3 пресса и из него на валки, затягивается между ними в зазор, соответствующий выбранной толщине и плот­ности плитки.

Производительность валкового пресса ре­гулируется изменением частоты вращения вал­ков. Требуемое давление прессования обеспе­
чивается (см. выше) с помощью пакетов пру­жин или гидравлической системы. Для равно­мерной подачи материала в зазор между вал­ками и предотвращения образования недоста­точно плотной и компактной плитки, а также просыпи порошкового материала служит бун­кер 3, с боковыми неподвижными стенками. Торцовые стенки бункера прижаты к торцам валков и сделаны с запасом по ширине, кото­рый выбирается при перемещении подвижного валка. Для лучшего захвата порошка валками и повышения плотности плитки в бункерах мо­гут быть установлены подпрессовывающие устройства в виде конического шнека или до­полнительной пары валков.

В зависимости от назначения и свойств прессуемого материала конструкции валковых прессов, используемых в производстве мине­ральных удобрений, отличаются компоновкой комплектующего оборудования, геометрией прессующих валков, приводом, производи­тельностью и потребляемой энергией.

Валки прессов имеют гладкую, волни­стую или рифленую поверхность, что дает воз­можность получать спрессованные удобрения в виде плитки, ленты, отдельных листов и брике­тов разной формы и размеров.

В зависимости от силы прессования вал­ковые прессы можно разделить на три катего­рии:

Низкого давления - с распределенной си­лой прессования, т. е. силой, действующей на валок, отнесенной к единице ширины прессуе­мой плитки материала, до 1,5 МН/м;

Среднего давления - с распределенной силой прессования до 4...5 МН/м;

Высокого давления - то же, до 20 МН/м.

При прессовании материала в виде пла­стин или лент зазор между валками составляет 5... 12 мм, а при изготовлении отдельных бри­кетов - 1...2 мм. Величина этого зазора опре­деляется плотностью получаемого продукта и зависит от диаметра валков, ширины плитки, физико-механических свойств уплотняемого материала и т. д.

Если необходимо при вальцевании уве­личить плотность плитки, то для этого повы­шают силу прессования и уменьшают ширину рабочей поверхности валков. С уменьшением ширины валков снижается производительность установки, что можно частично компенсиро­вать увеличением частоты вращения валков.

Если установка вальцевания оснащена загру­зочным устройством с подпрессовывателем, то снижение производительности для порошко­вых продуктов может быть компенсировано предварительным уплотнением материала и лучшей загрузкой уплотняющих валков.

Валки прессов обычно изготовляют из легированного чугуна, содержащего около 3 % хрома. Наружная поверхность валков закали­вается на глубину 18. .25 мм, внутренняя по­лость валка имеет меньшую твердость для по­глощения ударов и вибраций.

Для дробления в описанных технологиче­ских схемах используют валковые дробилки с рефлеными или зубчатыми валками либо ро­торные, рассмотренные выше.

Для классификации используют грохоты с вибраторами кругового или прямолинейного движения.

Результатами аналитических исследова­ний по определению основных функциональ­ных параметров валковых прессов являются сила прессования, плотность и толщина плитки [7]. Определяется также мощность двигателя валкового пресса.