ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Теоретические основы и аппаратурное оформление гранулирования методом окатывания

Гранулирование методом окатывания получило широкое распро­странение во всех производствах, имеющих дело с дисперсными мате­риалами. Получение гранул из тонкодисперсных частиц происходит при их увлажнении и одновременной обкатке в тарельчатых, барабанных, роторных и других грануляторах.

Процесс формирования гранулы можно представить следующим образом. Сухая или частично увлажненная шихта подается на вращаю­щуюся вокруг своей оси тарель гранулятора, которая орошается водой. Вода, попадая в слой материала, под действием капиллярных сил начи­нает распространяться во все стороны, заполняя поры между отдельны­ми частицами. Предельный размер образующегося комочка определяет­ся, в первую очередь, размером капель воды. В дальнейшем комочки в результате многократных ссыпаний и ударов о неподвижный слой мате­риала уплотняются, отдельные частицы, за счет взаимного перемеще­ния, складываются более плотно. При этом избыточная влага выдавли­вается на поверхность комочка, в результате чего становится возмож­ным дальнейшее присоединение к нему сухих частиц. По мере сближе­ния частиц друг с другом толщина жидкой пленки становится все мень­ше, прочность сцепления возрастает. Размер гранул в значительной сте­пени определяется числом их прохождений через зону увлажнения и ха­рактером распределения влаги в агломерате.

В основе гранулообразования дисперсных материалов лежат про­цессы взаимодействия твердой, жидкой и газообразной фаз, которые оп­ределяются силами различной природы, абсолютные величины и отно­сительные значения которых зависят от количества влаги, природы фаз, гранулометрического состава и др.

Аппаратура для различных методов гранулирования отличается многообразием конструктивных решений, и ее выбор определяется ха­рактеристиками материала и механизмом его уплотнения.

Тарельчатые грануляторы. Тарельчатый гранулятор (рис. 16.1) состоит из наклонно расположенной вращающейся тарели 1 с плоским или сферическим днищем, опирающейся на стойку 7, и привода. Наклон тарели регулируется с помощью регулятора 6.

Очистка дна и бортов тарели осуществляется ножами, прикреп­ленными кронштейнами к центральной стойке. Дисперсный материал (шихта) подается через штуцер 4, связующее вещество - через штуцер 2, пыль отводится через штуцер 3.

Гранулятор работает следующим образом. Порошкообразный ма­териал подают на наклонную вращающуюся тарель, одновременно сверху на нее разбрызгивают дозированное количество воды или друго­го связующего. Центробежная сила прижимает материал к днищу и бор­ту гранулятора, что предотвращает скольжение материала. Образую­щиеся гранулы поднимаются на некоторую высоту вместе с вращаю­щейся тарелью, а затем под действием силы тяжести скатываются по по­верхности слоя шихты под углом естественного откоса. Шихта на таре­ли орошается через распылительные форсунки. Гранулы, движущиеся по тарели, увеличиваются, а вследствие разницы коэффициента внут­реннего трения между частицами различного размера (химического со­става) и коэффициента внешнего трения частиц о поверхность тарели происходит их классификация по размерам. Крупные гранулы движутся, концентрируясь у края выпускного лотка, а мелкие описывают большие дуги по окружности тарели. Гранулы, достигшие требуемых размеров, сбрасываются через борт в направляющий лоток.

В промышленности используют грануляторы с диаметром тарели 1...6 м, позволяющие получать гранулы заданных размеров. Удельная про - изводительность тарельчатых грануляторов составляет 500... 1000 кг/(м - ч), время гранулирования 5... 10 мин, выход товарной фракции - более 90 %.

Для получения гранул применяют воду или другие жидкие свя­зующие, подаваемые в гранулятор диспергирующими устройствами. Ус­тановлено, что на размеры и прочность гранул оказывают влияние спо­соб загрузки материала и подачи воды, количество подаваемой воды и угол наклона тарели. С увеличением количества подаваемой воды раз­мер гранул возрастает. При превышении оптимума наблюдается суще­ственное снижение прочности гранул, после чего начинают образовы­ваться рыхлые комки. Чем больше удельная поверхность гранулируемо­го материала и чем меньше его пластичность, тем выше должна быть дисперсность распыления связующего. Повышение дисперсности свя­зующего уменьшает размер гранул. При тонкодисперсном распылении гранулы образуются медленнее и меньших размеров, чем при грубодис­персном распылении. Установлено, что при сдвиге места подачи мате­риала и влаги ближе к борту гранулятора получаются крупные гранулы, а при подаче их в центральную часть - мелкие. При относительно ста­бильной подаче воды размер гранул определяется углом наклона тарели гранулятора: чем больше угол, тем меньше размер образующихся гра­нул. Аналогичное явление наблюдалось при уменьшении количества за­гружаемой в гранулятор шихты.

При регулировании гранулятора необходимо обеспечить равно­мерное окатывание шихты на тарели. Для этого устанавливают опреде­ленную частоту вращения, после чего начинают медленно наклонять та - рель до тех пор, пока материал не начнет равномерно скатываться. Та­ким образом определяют необходимый угол наклона тарели при различ­ной частоте ее вращения. Обычно угол наклона находится в диапазоне от 46° до 54°, а частота вращения тарели - от 7,5 до 15,5 мин-1.

При гранулировании дисперсных материалов на тарельчатых гра­нуляторах гранулы имеют высокую влажность и низкий предел прочно­сти при сжатии. Последующая тепловая обработка гранул в сушильной камере позволяет улучшить их физико-механические характеристики.

Барабанный гранулятор. Гранулятор представляет собой метал­лический цилиндр (конус), наклоненный в сторону выгрузки и вращаю­щийся с определенной скоростью (рис. 16.2). Барабан снабжен венцовой шестерней и бандажами, которыми опирается на роликовые опоры опорно-упорной станции.

Гранулятор состоит из смесителя 5, барабана 7 для окатывания гранул, камеры охлаждения 8, привода 1 смесителя и привода 11 бара­бана. Смеситель имеет двойной кожух 2, в который через трубу 13 пода­ется пар для подогрева шихты. Отработанный пар отводится через тру­бу 72. Через люк 3 в смеситель 5 поступает предварительно смешанная шихта, туда же подается вода или раствор связующего (жидкое стекло, раствор едкого натра или др.). При помощи лопастей 4 смесителя проис­ходит равномерное перемешивание шихты с водой или раствором свя­зующего. Перемешанная шихта поступает из смесителя в барабан, при вращении которого из шихты образуются гранулы. Гранулы через люк 10
непрерывно выгружаются из гранулятора. Для сушки гранул через люк 9 в камеру охлаждения подается воздух, который эвакуируется через от­верстие 6. Например, барабанный гранулятор для окатывания стекольной шихты имеет следующие основные характеристики: производительность гранулятора до 6 т/ч, коэффициент заполнения смесителя шихтой 0,45, барабана 0,25. Начальная температура шихты в смесителе до 100 °С, конечная - около 50 °С. Угол наклона барабана 2°. Габариты гранулято­ра 9500 х 2400 х 2510 мм.

Гранулы, получаемые в барабанах, отличаются неоднородностью фракционного состава и малой прочностью. Для их классификации по фракциям используют виброгрохоты, сита и обратные шнеки, устанав­ливаемые в разгрузочной части барабана.

Для совмещения процессов гранулирования шихты и сушки гра­нул в барабанный гранулятор может быть вмонтирована инжекционная газовая горелка. Дымовые газы, температура которых 600...800 °С, на­правляются на слой гранул, выходящих из гранулятора. Перемешиваясь при вращении барабана, гранулы подвергаются воздействию высокой температуры и высушиваются. По мере дальнейшего продвижения в ба­рабане дымовые газы соприкасаются с постоянно движущейся шихтой.

Роторный гранулятор. В роторных грануляторах (иногда их на­зывают винтовыми) протекает высокоскоростная грануляция. Под этим подразумевается процесс получения гранулированного продукта с по­мощью центробежных сил при интенсивном воздействии на гранули­руемую смесь лопаток вращающегося рабочего органа, распределяюще­го обрабатываемый материал равномерным слоем по внутренней по­верхности рабочей камеры гранулятора.

Конструкция гранулятора позволяет проводить грануляцию при горизонтальном или вертикальном расположении его корпуса. Корпус гранулятора выполнен в форме усеченного конуса (рис. 16.3), а шихта подается со стороны основания большого диаметра и движется в сторо­
ну рабочей камеры, которая имеет меньший диаметр. Интенсивность воздействия лопаток рабочего органа на частицы материала - величина переменная, уменьшающаяся по мере их удаления от загрузочной зоны корпуса.

Недостатком данных грануляторов является то, что осевая ско­рость частиц материла, по мере их продвижения к выгрузочной зоне корпуса, значительно возрастает. Неравномерность движения потоков обрабатываемого материала дает возможность отдельным его частицам, не прошедшим стадии грануляции, попадать в зону интенсивного дви­жения и выходить из гранулятора вместе с готовым продуктом. Основ­ным недостатком роторных грануляторов является налипание материа­ла в виде колец на внутренней поверхности корпуса, ухудшающее усло­вия его работы. Для предотвращения образования таких колец исполь­зуют валы, на которых по винтовым линиям устанавливают лопатки так, чтобы они при своем вращении полностью перекрывали зону образова­ния колец.