Гранулирование материалов

Разбрызгиватели и грануляционные башни

При гранулировании разбрызгиванием жидкости в инертную среду (газовую или жидкую) основным аппа­ратом, определяющим размер и форму гранул, являет­ся разбрызгиватель. От качества его работы зависит не только равномерность размеров полученных гранул, но и допустимые плотность орошения, скорость воздуха и высота полета гранул. По методу диспергирования рас­пределители делятся на центробежные, статические и вибрационные.

Центробежный разбрызгиватель [134] представляет собой конический тонкостенный перфорированный ста­кан, подвешенный вершиной к низу на вертикальном валу, соединенном с электродвигателем. Наиболее рас­пространены конусы с основанием диаметром 300— 350 мм и высотой 370—400 мм. Боковая поверхность разбита на несколько поясов и 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 числа оборотов 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 поверхность и кромку на концах.

Простота конструкции и сравнительно длительный срок службы без чистки обеспечили коническому раз­брызгивателю долгие годы эксплуатации. Однако эта 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 сегрегация 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) ухудшают равномерность дробления струи. Вы­ход струи по касательной к поверхности вращающегося конуса, одностороннее ее сжатие и вихревое движение воздуха вблизи разбрызгивателя усложняют условия разрыва струи.

Угловые скорости вращения плава вблизи оси кону­са и его стенки резко различаются, причем тем больше, чем выше расход плава. Истечение плава из верхнего ряда отверстий происходит не под действием центро­бежной силы, а под действием гидростатического давле­ния и с гораздо меньшей скоростью, чем из нижнего

Рнс. VII-47. Секционный центробел ный разбрызгиватель:

/ — привод вала; 2 — подшипник; 3 — iuaft нир Гука; 4— патрубок для подвода пла ва; 5 — фланец; 6 — вал подвески; 7 — ша ровая опора; 8 — втулка; 9— раднальнь лопасти; 10 — перфорированная оболочк' // — пьезометр для контроля нагрузки.

ряда. При этом усиленно оро^{ шается сравнительно узкош кольцо поперечного сечении’

башни.

Для повышения производи-» тельности и улучшения pacnpe-f деления нагрузки по сечению,/ башни предложен секционный,, разбрызгиватель с вращающи­мися радиальными перегород­ками (рис. VII-47). Перего­родки приводят плав во вра­щение с угловой скоростью, соответствующей скорости 'ВраД щения перфорированной оболочки, поэтому центро­бежный напор возрастает, и скорость истечения струи в верхней части разбрызгивателя увеличивается. Такая: конструкция позволяет в 1,5—2 раза увеличить произ^. водительность центробежного разбрызгивателя, болег равномерно распределить плав и уменьшить слабоорэ - шаемую поверхность центра башни до 5—7% от ее по­перечного сечения. Для башен диаметром 16 м рекомен-’ дуются разбрызгиватели диаметром 200—300 мм, вы-, сотой 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/(м2-ч).

Более равномерный гранулометрический состав по сравнению с составом из центробежных распылителей дают статические разбрызгиватели леечного типа • (рис. VII-48). Для таких разбрызгивателей рекоменду­ются выпуклые днища диаметром 0,4—0,5 м. При ста-' тическом 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 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 жид­кость или воздушную среду, в которой происходит дроб­ление струй. На рис. VII-49 приведена конструкция акустического разбрызгивателя. В его корпусе установ­лена специальная пластина, которая при взаимодейст­вии с поступающим плавом генерирует акустические колебания, воздействующие на истекающие струи. Сит - чатый фильтр, установленный в разбрызгивателе по­зволяет увеличить продолжительность безостановочной работы.

Колебания можно накладывать не только на саму жидкость, но и передавать их через корпус разбрызги­вателя (рис. VII-50). Плав вытекает из душевых эле­ментов через отверстия с острыми кромками. Душевые элементы размещены на нижней стороне трубного рас­пределителя, на который накладывают вибрации с частотой 300—1400 Гц. Скорость истечения поддержи­вают в пределах 1,5—6 м/с. Предложен разбрызгива­тель в форме вертикального сосуда с постоянным уров­нем плава. В дно сосуда ввернуты сопла, по оси кото­рых помещен подвешенный стержень (рис. VII-51). Накладываемые на стенки сосуда колебания с частотой 50 Гц и амплитудой 0,2—0,6 мм передаются также под­вешенному стержню, что слособствует равномерному дроблению струй и предотвращает кристаллизацию плава в сопле.

Рис. VI1-48. Статический иый гранулятор.

Уменьшение вероятности кристаллизации плава 1 вблизи сопла достигается сохранением здесь высокой } температуры плава, чем и обеспечивается увеличение 1 г*пгттпжительности работы распылителя между очеред-1

Рис,

Рис. VII-51. Разбрызгиватель с подвесным стержнем:

■"”» ошєрник: 3 — перелив; 4 — пат

ными чистками. На рис. VII-52 показаны конструкции трубчатых статических разбрызгивателей с подогревом и изоляцией. Ламинарность струй достигается увеличе­нием соотношения длины отверстия истечения к его диаметру. Зону дробления струй защищают от воздей­ствия холодного воздуха ограничивающей стенкой высо­той 1,5 м (рис. VII-53). Этот прием способствует также улучшению качества гранул. Обогрев верхней части грануляционной башни задерживает затвердение веще­ства, позволяя сформироваться гладким сферическим каплям. С этой же целью вблизи разбрызгивателей создают спокойную нагретую зону, для этого отрабо­танный воздух выводят из башни на 5—6 м ниже раз­брызгивателей.

Разбрызгиватели формируют размер капель, которые далее должны превратиться в твердые частицы. Для осуществления процесса кристаллизации используют грануляционные башни (полые или с насадкой в ниж­ней части) и сосуды, наполненные инертной жидкостью. Грануляционная башня представляет собой железобе­тонный или металлический корпус диаметром 10—20 м и высотой 15—60 м, в котором наверху размещены раз­брызгиватели плава и воздухоотводные устройства, а внизу — щели для забора воздуха и устройство для выгрузки гранул. Для хорошего распределения воздух можно вводить через перфорированный конус. Конус

одной из башен состоит из наклонных кольцевых ступе­ней, расположенных с промежутками, через которые поступает воздух, нагнетаемый вентиляторами. Ближе к стенке башни подают несколько нагретый воздух, а ближе к центру — охлажденный. Это позволяет посте­пенно охлаждать более крупные гранулы, летящие бли­же к периферии башни, оборудованной центробежным разбрызгивателем.

Затвердевшие гранулы, достигая низа башни, уда­ряются о коническую часть и скатываются на днище, а затем скребком 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 периодически работающие вибраторы, на участках наибольшего налипания на ко­нус укладывают металлический прут, отбивающий наро­сты при включении вибраторов. Применение виброконуса позволяет значительно упростить эксплуатацию башен.

Успешно используют в производстве азотных удоб­рений башню со встроенным в нижней части аппаратом с псевдоожиженным слоем [56], 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 псевдоожиженного 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.

Псевдоожиженный слой может состоять как из гра­нул продукта, так и из инертного материала. В послед­нем случае необходима дополнительная очистка выгру-1 жаемого продукта, осуществляемая обычно рассевом]

Схемы типовых башен с одно - и двухступенчатым псев­доожиженным слоем приведены на рис. VII-54. Боль­шие диаметры аппаратов накладывают некоторые осо­бенности на конструкции выгрузочных устройств. Воз­можные схемы потоков гранул в одноступенчатом двух­зональном псевдоожиженном слое башни видны из рис. VII»-55.

Серьезными вопросами эксплуатации башен являют­ся образование и унос пыли. Наблюдения показывают, что основная часть пыли находится вблизи разбрызги­вателя. Источниками образования пылн являются мел­кие капли при обычном дроблении жидкости и при на­рушении режима дробления, т. е. образованные соуда­рением струй или дополнительными возмущениями, а также истирание в псевдоожиженном слое. Выравнива­ние гранулометрического состава частиц наложением вибрации при разбрызгивании, созданием высококаче­ственных разбрызгивателей и тщательным соблюдением правил их эксплуатации позволит уменьшить унос.

В промышленных грануляционных башнях, где ско­рость воздушного потока изменяется в пределах 0,3— 0,4 м/с, унос пыли обычно составляет 1—2 кг/т. В баш­нях с псевдоожиженным слоем скорость воздуха воз­растает до 1,5—2,0 м/с и при том же фракционном со­ставе получаемых гранул унос пыли неизбежно возра­стает, что недопустимо, поскольку в промышленных башнях пыль не улавливается.

Унос пыли полностью устранен в аппаратах с инерт­ной жидкостью. Кроме того, эти аппараты более ком­пактны и производительны, по сравнению с башнями, что обусловлено улучшенным теплообменом. К недо­статкам аппарата следует отнести необходимость отде­ления гранул продукта от инертной жидкости, ее охлаждения и возвращения в цикл, что связано с до­полнительными затратами. Аппарат представляет собой цилиндро-коническую емкость, заполненную маслом. Сверху установлен центробежный разбрызгиватель, об­разующий капли, которые под действием собственного веса проходят слой масла, охлаждаются, омасливаются и собираются в нижней части конуса. Аппарат снабжен затвором для выгрузки продукта и патрубком для воз­врата регенерированного масла (рис. VII-56).

Значительная интенсификация процесса достигается при прокачке масла снизу вверх аппарата со скоростью, обеспечивающей псевдоожижение гранул. Выгрузку в этом случае осуществляют на уровне зеркала слоя, а днище аппарата выполняют в виде распределительной решетки.

На рис. VII-57 показана схема гранулятора с дви­жущейся инертной жидкостью. Жидкость приводится в

Рис VI1-56. Схема гранулятора с инертной жидкостью:

1 — корпус; 2 — инертная жидкость; 3 — разбрызгиватель; 4 — патрубок для возврата охлажденной инертной жидкости; 5 — секторный питатель.

Рис. VI1-57. Схема гранулятора с движущейся инертной жидкостью:

/ — корпус; 2 — инертная жидкость; 5 —мешалка; 4— сливиой патрубок; 5 — форсунки, образующие конические пленки жидкости; 6 — патрубки для пода­чи плава; 7 — патрубки для выгрузки продукта.

движение мешалкой [135]. Гранулируемая жидкость в виде конических пленок поступает в аппарат, где она под воздействием потока инертной жидкости турбулизу - ется 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.