Гранулирование

Прессы, таблетмашины, экструдеры, формователи

Прессы. Первые установки для прессования порошковых ма­териалов предназначались в основном для угольной промыш­ленности [67]. В 1967 г. НИИхиммаш разработал опытно-про­мышленный валковый пресс для получения гранулированного сульфата аммония методом уплотнения.

Пресс состоит из бункера и двух валков диаметром 0,520 м, установлен­ных в опорных корпусах подшипников. Каждая опора валка установлена на парс двухрядных радиально-сферических подшипников с лабиринтными уплотнениями. Для предотвращения поломки валков в процессе работы из - за попадания металлических включений и других посторонних предметов кор­пуса подшипников валков могут перемещаться по рамс валкового пресса. Регулирование или изменение зазора между валками осуществляется с по­мощью металлических прокладок, устанавливаемых между корпусами под­шипников.

Давление на валки передается с помощью гидроцилиндров односторон­него действия: на каждый корпус подшипников но два гидроцилиндра. Вал­ковый пресс и его привод смонтированы на отдельных рамах. Пресс оснащен гидравлической системой для создания необходимого усилия на плунжерах гидроцилиндров. В случае превышения рабочего давления в гидросистеме срабатывает предохранительный клапан, который снабжен регулировочным винтом для настройки на заданное давление.

Ниже приведена техническая характеристика валкового пресса:

Производительность по прессовке, т/ч 9

Ширина валка, м 0,45

Диаметр валка, м 0,52

Частота вращения валка, мин-1 30—39

Усилие прессования на валках, МН (тс) 2,0 (200)

Толщина ленты после пресса, мм 2—6

Мощность привода валков, кВт ПО

Давление в гидросистеме, МПа:

максимальное 30,0

рабочее 25,0

В процессе эксплуатации опытно-промышленного валкового пресса был выявлен ряд недостатков конструкции, а именно: низкая производительность, большие технологические просыни порошкообразного материала нз-за отсут­ствия торцевых уплотнений в приемном бункере, а также недостаточная на­дежность четырехрядных конических роликоподшипников.

В 1969 г. НИИхиммаш разработал эскизные проекты валко­вых прессов производительностью по прессовке 25 и 35 т/ч с диаметром валков соответственно 0,82 и 0,92 м. По конструк­ции эти валковые прессы не отличаются принципиально друг от друга.

Пресс представляет собой машину с одной парой валков, установлен­ных в литой станине на сферических роликоподшипниках, корпусы которых удерживаются сверху траверсами. Приводы валков раздельны и оснащены каждый асинхронным двигателем 10-.104-6М (У =200 кВт, и=980 об/мин) с клиноременной передачей. Вращение на валки передается зубчатыми муфтами илн универсальными шпинделями. Гидравлическая система валко­вых прессов выполнена в виде самостоятельного узла. Давление в гидроси­стеме достигает 32,0 МПа.

Сравнительные технические показатели валковых прессов приведены ниже:

Диаметр валков, м Длина валка, м: общая рабочая

Суммарная мощность приводов, кВт Производительность (по прессовке), т/ч Габаритные размеры, м: длина ширина высота

Частота вращения валка, мин~' Линейная скорость, м/с Усилие на валке, МН (тс)

Масса установки (с приводами), т

К недостаткам валковых прессов, разработанных НИИхим - машем, следует отнести сравнительно низкую производитель­ность, а также большое количество просыпи, обусловленное конструкцией приемного бункера.

Создание рациональной конструкции бункера имеет большое значение как для снижения отходов, так н для обеспечения возможности изготовления прессованных материалов с различными свойствами. Одно из требований к конструкции бункерных устройств заключается в том, чтобы при изменении расстояния между валками не образовывались боковые зазоры, в которые просыпается порошок.

Бункерное устройство отечественных валковых прессов устанавливают над валками, оно состоит из двух боковых стенок и двух перегородок, зажа­тых между ними. Боковые стенки имеют в нижней части фасонную вырезку радиусом, соответствующим радиусу валка. При работе пресса нижняя часть боковых стенок быстро изнашивалась с образованием зазора и, как следст­вие, с увеличением количества просыпающегося порошка.

Фирма «Сают— Конрер» (Франция) выпускает прессы для установок по переработке хлорида калия, фосфатов, фосфорно­калийных удобрений на основе томасшлаков и других порош­кообразных удобрений. Эти установки отличаются высокой производительностью: 50—80 т/ч брикетов или 12—40 т/ч гра­нул (в зависимости от требуемого гранулометрического состава готового продукта). В зависимости от развиваемого усилия различаются прессы: низкого (15 кН/см, т. е. 1,5 тс/см), сред­него (40—50 кН/см, т. е. 4—5 т/см) и высокого (до 200 кН/см, т. е. 20 тс/см) давления.

Валковым пресс фирмы «Сают—Конрер» состоит из двух формующих валков. Вцпускаются прессы двух типов: первый — с коваными валками, на которые устанавливают бандажи с ячейками (эти валки обладают большой жесткостью и прочностью и используются для прессов высокого давления); второй — с коваными валками меньшего диаметра, с полыми ребристыми от­ливками, на которых крепят бандажи. Эти валки устанавливают на прессах низкого давления. Для изготовления бандажей используют кованые стали различного химического состава. Форма ячеек в бандажах определяется фи­зико-механическими и физико-химическими свойствами прессуемого мате­риала.

Формующие валки устанавливают на выполненные из специальной брон­зы вкладыши с внутренней циркуляцией воды для охлаждения или на двух­рядные самоустанавливающиеся роликоподшипники тяжелой серии. В по­следнем случае можно прессовать порошки при очень высоких нагрузках.

Один из формующих валков установлен в подшипниковых узлах таким образом, что перемещение его но горизонтальной оси при вращении исклю­чается. Другой же формующий валок имеет возможность перемещаться по своей оси. Этот валок поджимается гидравлическими цилиндрами, соединен­ными с насосом. Гидравлическая система может включать один илн несколь­ко гидроаккумуляторов, обеспечивающих постоянное давление при работе пресса. Формующие валки, подшипниковые узлы и гидравлическую систему располагают в станине. В приемном бункере монтируют различной конструк­ции распределители материала.

На отечественных заводах по производству гранулированного хлорида калия используют в основном прессы, поставляемые фирмой «Цемаг» (Герма­ния). Ниже приводятся их основные технические показатели:

Размеры валков, м;

диаметр 1,00

длина 1,25

Максимальное усилие прессования, МН (тс) 5,0 (500)

Скорость вращения, м/с 1,3

Мощность привода, кВт 2>(200

Пресс включает два валка из кованой стали, установленных на подшип­никах, гидравлические цилиндры для перемещения одного из валков, прием­ный бункер.

Фирма «Гумбольдт» (Германия) выпускает оборудование для получения брикетов и гранулированных продуктов нз угля, соли, руды, оксида алюми­ния и других порошкообразных материалов. В зависимости от производи­тельности и требуемых физико-механических свойств готового продукта фир­ма изготовляет прессы с гладкими и ячейковыми валками.

Ниже приводятся основные технические характеристики

пресса с гладкими валками, используемого в производстве фос­форно-калийных удобрений на Кедайнском химическом заводе:

Размеры валка, м:

диаметр 0,9

длина 1,2

Скорость вращения валков, м/с 0,8

Мощность привода, кВт 2X200

Фирма «Гумбольдт» предлагает уплотнители с ячейковыми вальцами для прессования любого порошкообразного материала, включая пыль из систем пылеулавливания. Выпускаемые вальцевые уплотнители отличаются только основными габаритными размерами, массой и соответственно мощностью при­вода. Они состоят из двух формующих валков, приемного бункера и гидро­системы, установленных на станине. Электродвигатель с редуктором монти­руется на отдельной раме.

Один из валков занимает фиксированное положение и опирается нд под­шипники в корпусе прямоугольной формы, устанавливаемые с одной стороны станины на специальных направляющих. Второй валок при работе пресса мо­жет перемещаться.

В зависимости от производительности валки могут быть оснащены од­ним или двумя барабанами, на которых отдельные сегменты закрепляются болтами. Такую конструкцию вальцев целесообразно использовать при об­работке высокоабразивных материалов, так как при износе сегменты легко заменить. Сегменты могут иметь различную форму и размеры. Объем вы­пускаемых брикетов — от 0,005 до 0,2 м3. В случае необходимости вальцы можно охлаждать или нагревать. Давление прессования и регулирование за­зора между вальцами обеспечиваются гидропневматической системой.

Анализируя описанные конструкции, следует отметить, что основным недостатком уплотнителей с ячейковыми валками яв­ляется низкая эффективность при прессовании адгезионноак­тивных материалов, а вальцевые уплотнители с гладкими вал­ками не рационально использовать для переработки тонкодис­персных порошковых материалов (с частицами диаметром ме­нее 0,1 мм).

Таблетмашины. Таблетирование представляет собой процесс получения методом прессования изделий или полуфабрикатов в виде таблеток или брикетов из сыпучих или волокнистых ма­териалов. Таблетирование широко распространено в медицин­ской и пищевой промышленности, в производстве керамических изделий и порошковой металлургии. Подробное изложение ре­комендаций. по выбору параметров, условий таблетирования различных'химических продуктов, а также и оборудования для реализации процесса, приведено в работе [160]. Как отмечает­ся в ней, для изготовления таблеток из сыпучих материалов ис­пользуются роторные, кривошипные и гидравлические табле­точные машины.

Роторные и кривошипные таблеточные машины имеют меха­нический или гидравлический привод исполнительных механиз­мов, выполняющих операции прессования и выталкивания таб­леток.

Принцип действия роторных таблеточных машин сводится к следующему. Несколько комплектов пресс-инструмента распо­ложены по периферии ротора. При его непрерывном вращении специальные толкатели с закрепленными в них пуансонами по­следовательно вступают во взаимодействие с неподвижными ко­пирами и роликами, благодаря чему осуществляются необходи­мые перемещения этих органов. В определенных зонах в мат­рицы, установленные в роторе, вводится таблетируемый мате­риал, а изготовленные таблетки выталкиваются из матриц и отбойной планкой направляются в сборник таблеток. Таким образом, в роторных таблеточных машинах непрерывное транс­портное движение объекта обработки совмещается с выполне­нием операций технологического цикла. Благодаря этому ро­торные таблеточные машины имеют высокую производитель­ность, что и обусловило их широкое использование для массо­вого изготовления таблеток.

Ниже в качестве примера приведены технические характери­стики роторных таблетмашин РТМ [160]:

Кривошипные таблеточные машины имеют кривошипный или коленно-рычажной механизм. Кривошипные механизмы позволяют развивать весьма значительные усилия, вследствие чего эти таблеточные машины чаще всего применяются при прессовании изделий из металлических порошков.

При изготовлении крупных таблеток обычно используют гидравлические таблеточные машины. Они представляют собой гидравлические прессы колонного типа с горизонтальным рас­положением оси машины, с индивидуальным гидроприводом и автоматизированной системой загрузки-выгрузки. Использова­ние гидравлического привода позволяет получать таблетки (бри­кеты) массой до нескольких килограммов при сравнительно ма­лых габаритах машин.

Экструдеры. Предназначены для гранулирования пастооб­разных продуктов. В зависимости от способа формования гра-

/ — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — вал; 4 — корпус; 5 —
фильерпаи решетка; 6 — протирочная головка; 7 — замковое
устройство; 8 — роторный нагнетатель; 9 — гильза; 10 —
шнек (Л—Л — увеличено)

нул (жгутов) различают шнековые и роторные экструдеры. На
рис. 9.43 представлена схема гранулятора ФШ 015К. ОГ [161].

При работе материал поступает в загрузочную зону экструдера, захва­тывается роторами запитывающего устройства 4 и подается в межвитковое пространство шнека. С помощью шнека 3 и протирочной головки 6 материал экструдируется через фильерную решетку 5. Как отмечается в работе [161], получаемые жгуты под действием собственного веса обламываются и нада­ют на движущуюся ленту транспортера-раскладчика, за счет маятникового движения которого гранулы равномерно распределяются по ленте сушилки. Ниже приводится техническая характеристика гранулятора ФШ015КОГ:

Производительность, т/ч 0,5

Диаметр гранул, мм* 5

Диаметр шнека, м 0,15

Частота вращения шнека, с-1 0,32; 0,48

Мощность привода, кВт 7,5

Масса, т 1,3

* Длина гранул не регламентируется.

Одним из недостатков экструдеров является их низкая про­изводительность. К числу неоспоримых преимуществ экструде­ров относится только им присущая возможность реализации таких процессов гранулирования, в которых задаются особо же­сткие требования к гранулам по геометрии, размерам и прочно­сти. В частности, гранулы такой формы, как трубчатая и коль­цевая можно получить только экструзией.

В процессе экструзии выдавливание материала через филье­ру обеспечивает лишь первую стадию с получением жгутов-за­готовок, которые далее должны быть разделены на гранулы.

Наиболее распространенным устройством. для резки жгутов яв­ляется механический перьевой нож, устанавливаемый в виде съемного узла на корпусе экструдера или на специальных опо­рах [161]. Применяют также струны, сжатый воздух.

Формователи. Принцип работы формователей заключается в продавливании предварительно пластифицированного материа­ла через формующую решетку вращающимися бегунами. На рис 9.44 представлена принципиальная схема установки для гранулирования катализаторных паст, сорбентов и других ми­неральных и органических продуктов методом формования, разработанная Пермским политехническим институтом [162].

Формующий гранулятор представляет собой обечайку с перфорирован­ным днищем, иа котором смонтированы бегуны с приводом. Привод бегунов осуществляется от моторредуктора через центральный вал. Для конвектив­ной обработки гранул автор разработки рекомендует использовать аппарат кипящего слоя с беспровальной решеткой. Ниже приводится техническая ха­рактеристика установки:

Производительность, т/ч 20

Выход гранул фракции 1—4 мм, % 90—95

Диаметр формующей решетки гранулятора, м 1,5

Сечение формующей решетки, % 27

Частота вращения вала, об/мии 20

Мощность привода гранулятора, кВт 20

Как указывают авторы разработки, благодаря совмещению в одной уста­новке двух высоконнтенсивных процессов формования и конвективной обра­ботки в псевдоожиженном слое, а также достижению равномерного грану­лометрического состава получаемого продукта, установка отличается высокой удельной производительностью при низких капитальных вложениях на ее внедрение.

Дзержинским филиалом НИИхиммаша разработан ряд фор­мователей роторного типа. На рис. 9.45 представлена схема формователя с вращающейся фильерной решеткой [161].

і

Внутри цилиндрической фильерной - решетки 1 расположены распредели­тель 4 и обойма с вращающимися роликами 3. В процессе формования ис­ходный материал подают во внутреннюю полость вращающейся фильерной решетки, где он, попадая под ролики 3, продавливается через отверстия, пос­ле чего срезается ножами 2 и 5, прилегающими к наружной стороне решет­ки. Для восстановления в процессе эксплуатации необходимого зазора меж­ду валками и фильерной решеткой оси валков выполнены эксцентричными, что обеспечивает регулирование зазора их поворотом с последующей фик­сацией.