Гранулирование

Разбрызгиватели и грануляционные башни

При гранулировании разбрызгиванием жидкости в инертную среду (газовую или жидкую) основным конструктивным эле­ментом, 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 [111] представляет собой конический тонкостенный перфорированный стакан, подвешенный вершиной книзу на вертикальном валу, соединенном с электродвигателем. Наиболее распространены конусы с основанием диаметром 30—35 мм и высотой 37— 40 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 повышением частоты вращения увеличивается зона орошения и уменьшается размер капель. При конструкции разбрызгивателей следует учитывать необходимость создания условий 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 коническим разбрызгивателям широкое применение. Однако, эта конструкция имеет ряд недостатков: широкий спектр размеров гранул;

неравномерное орошение сечення башни (до 30% почти неорошаемой в пе­риферийной области н двукратное превышение максимальной плотности оро­шения над средней зоной башни) и сегрегация гранул но размерам по се­чению башни, что вследствие ухудшения теплообмена приводит к необходи­мости снижения производительности. Различный напор плава у отверстий, находяшихся на разных уровнях, и высокие скорости вылета (более 5 м/с) ухудшают равномерность дробления струн. 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 давлення с гораздо меньшей скоро­стью, чем из нижнего ряда. При этом усиленно орошается сравнительно уз­кое кольцо поперечного сечення башнн.

гранулирования растворов: ^ завихритель; 2 — корпус аппарата; 3 — сопло; 4—трубчатая вставка- 5 — пневматическая форсунка " width="251" height="383"/>

Для повышения производительности и улучшения распреде­ления нагрузки по сечению башни предложен секционный разбрызгиватель с вращающимися радиальными пере­городками (рис. 9.34). Перегородки придают плаву вращатель­ное движение с угловой скоростью, соответствующей скорости вращения перфорированной оболочки, поэтому центробежный напор возрастает, и скорость истечения струи в верхней части

а — статический леечный гранулятор: 1 — корпус гранулятора; 2 — перфорированное дни­ще; б — акустический виброразбрызгиватель: 1—корпус гранулятора; 2 — сопло; 3 —

пластина; 4 — ситчатыЙ фильтр; 5 — перфорированное диище

разбрызгивателя увеличивается. Такая конструкция позволяет в 1,5—2 раза увеличить производительность центробежного разбрызгивателя, более равномерно распределить плав и умень­шить слабоорошаемое сечение центра башни до 5—7% от ее по­перечного сечения. Для башен диаметром 16 м рекомендуются разбрызгиватели диаметром 200—300 мм и высотой 350 мм с 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. 9.35,а). 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 грану-

Рис. 9.37. Разбрызгиватель с подвесным стержнем:

/ — сопло; 2 — обогревающий элемент; 3 — перелив; 4 — подвесной стержень; 5 — виб-
ратор

ляторов. 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. 9.35,6 приведена конструкция акустического раз­брызгивателя. В его корпусе установлена специальная пластина, которая при взаимодействии с поступающим плавом генерирует акустические колебания, воздействующие на истека­ющие струи. Ситчатый фильтр, установленный в разбрызгива­теле, позволяет увеличить продолжительность безостановочной работы.

Колебания можно не только накладывать на саму жидкость, но и передавать их через корпус разбрызгивателя (рис. 9.36). 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. 9.37). На­кладываемые на стенки сосуда колебания с частотой 50 Гц и ам­плитудой 0,2—0,6 мм передаются также подвешенному стерж­ню, что способствует равномерному дроблению струй и предот­вращает кристаллизацию плава в сопле.

Уменьшение вероятности кристаллизации плава вблизи соп­ла достигается сохранением здесь высокой температуры плава, чем и обеспечивается увеличение продолжительности работы распылителя между очередными чистками. На рис. 9.38 пока­
заны конструкции трубчатых статических разбрызгивателей с подогревом и изоляцией. Ламинарность струй достигается уве­личением отношения длины отверстия истечения к его диамет­ру. Зону дробления струй защищают от воздействия холодного воздуха ограничивающей стенкой высотой 1,5 м (рис. 9.39). 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 чего 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 до 100 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 слегка 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.

Рис. 9.39. Схема расположения в башне перегородки, экранирующей разбрыз-
гиватели:

/ — корпус башни; 2 — экранирующая перегородка; 3 — разбрызгиватели

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 [ПО], что позволяет в 1,5 раза сократить высоту полета гранул, в 5—8 раз повысить 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 сначала используют для создания псевдоожиженного слоя, 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 выгружаемого продукта, осу-

Рис. 9.40. Типовые башни с псевдоожиженным слоем: а — с одноступенчатым псевдоожиженным слоем: /—выгрузочные течки; 2 — патрубки для подачи воздуха; 3 — аппарат с псевдоожиженным слоем; 4 — щели для подсоса воз­духа; 5 — корпус башни; 6 — разбрызгиватель; 7—патрубки для отвода отработанного

воздуха;

б — с двухступенчатым псевдоожиженным слоем: / — затвор-мигалка; 2 — патрубки для
подачи воздуха; 3 — патрубок для выгрузки гранул; 4 — переточная труба; 5—газорас-
пределительная решетка; 6 — отбойный конус

ществляемая обычно рассевом. Схемы типовых башен с одно - и двухступенчатым псевдоожиженным слоем приведены на рис. 9.40; возможные схемы потоков гранул в одноступенчатом двухзональном псевдоожиженном слое башни видны на рис. 9.41.

Серьезными вопросами эксплуатации башен являются обра­зование и унос пыли. Наблюдения показывают, что основная часть пыли находится вблизи разбрызгивателя. Источниками об­разования пыли 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, создание высококачественных раз­брызгивателей и тщательное соблюдение 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 коиуса. Аппарат

Рис. 9.42. Гранулятор с инертной жидкостью:

а — с центробежным разбрызгиванием рабочего потока: 1 — корпус; 2 — инертная жид­кость; 3 — разбрызгиватель; 4 — патрубок для возврата охлажденной инертной жидкости; б — с жидкостным дроблением (диспергированием): 1—корпус; 2 — инертная жидкость; -3 — мешалка; 4 — сливной патрубок; S — форсунки, образующие конические пленки жид­кости; 6 — патрубок для подачи плава; 7 — патрубки для выгрузки продукта снабжен затвором для выгрузки продукта и патрубком для возврата реге­нерированного масла (рис. 9.42, а).

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

На рис. 9.42, б показана схема гранулятора с движущейся инертной жидкостью. Жидкость приводится в движение мешалкой. Гранулируемая жидкость в виде конических пленок поступает в аппарат, где она под воз­действием потока инертной жидкости турбулизуется и дробится на капли, которые по спиральным траекториям опускаются на дно сосуда, откуда вы­гружаются через шлюзовое устройство. Аппарат снабжен патрубками для додпитки н 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.