Гранулирование материалов

Особенности процесса виброгранулирования

Движение поверхности, на которой происходит ока­тывание гранул, может быть не только равномерным, как в барабанах, на тарелках, шнеках и в других ап­паратах, но и ускоренным, как, например, в виброгра­нуляторах. Требуемый режим перемешивания и соуда­рений частиц в виброаппарате может быть достигнут изменением частоты и амплитуды колебаний. При уве­личении частоты колебаний снижается надежность ра­боты узлов установки, а при уменьшении частоты не­обходимы большие амплитуды колебаний, для созда­ния которых требуются громозкие 'вибраторы. Поэтому рабочая частота вибрации составляет 5—50 Гц.

Основное влияние на перемешивание в плоском вибролотке оказывает амплитуда вибрации. Чем она больше, тем меньше время смешения. При круговой тра­ектории колебаний перемешивание улучшается с повы­шением скорости и ускорения вибрации. Обычно уско­рение вибрации таких аппаратов лежит в пределах 50— 500 м/с [137]. Степень перемешивания зависит также от массы слоя, размера и свойств частиц. В непрерывно действующих аппаратах скорость перемещения мате­риала от места загрузки к месту выгрузки зависит от параметров вибрационного воздействия, углов направ­ления колебаний, наклона лотка, высоты слоя, направ­ления продувки газа и от других факторов. При движе­нии материала по перфорированному лотку с принуди­тельной или свободной подачей газа под слой скорость перемещения увеличивается в 1,5—3 раза по сравне­нию со скоростью при сплошном лотке. Встречное дутье замедляет скорость перемещения материала.

В результате соударений и трения частиц в вибро­кипящем слое материал нагревается. Экспериментально установлено [137], что за 3—4 мин перемещения песка влажностью 5% в камерах диаметром 309 мм и длиной 1300 мм, совершающих колебания по круговой траекто­рии с частотой 25 Гц и аплитудой 3 мм (производитель­ность 500 кг/ч), температура песка повышается в сред­нем на 4—5 °С. На поверхности же частиц, где совер­шаются основные межфазовые процессы, температура на 20—50 °С превышает исходную, что существенно сказывается на тепло - и массообмене со средой.

Возрастание поверхностной активности материала и изменение его физико-химических свойств при воздей­ствии вибраций обусловлены также нарушением крис­таллической структуры частиц и изменением энергети­ческого состояния, поверхностных слоев. Графит, на­пример, при виброизмельчении обогащается ромбиче­ской модификацией, а при длительном измельчении аморфизуется. Аморфизация поверхности наблюдается как на частицах неорганических материалов, так и ор­ганических. При вибрационном измельчении органиче­ских материалов, особенно совместно с неорганически­ми, на поверхности частиц образуются достаточно ста­бильные во времени свободные радикалы. Все это ак­тивизирует поверхностные процессы, в частности, сли­пание-частиц. Агломерации частиц виброкипящего слоя способствует также образование на них электрических зарядов.

Анализ свойств виброкипящего слоя показывает, что в нем могут быть созданы все условия для формирова­ния гранул. Вибрационные воздействия, распространя­ясь в материале, приводят на отдельных участках слоя к соударению частиц, что может вызвать их слипание. Образовавшиеся зародыши окатываются, т. е. происхо­дит налипание на них порошка и уплотнение агломера­та. Эффект окатывания гранул наиболее активно про­является при циркуляции материала по круговой и эл­липтической траекториям колебательного движения ап­парата и менее — при вертикально направленной виб­рации. Сила сцепления, а следовательно, прочность агломерата, зависят от свойств материала и связую­щего, а также от параметров вибрации.

Динамическое воздействие виброгранулятора при­водит к образованию отдельных агломератов твердых частиц, между которыми расположены жидкостные про­слойки. В работе [35] рассмотрено воздействие вибра­ций на жидкость, защемленную между плоско-парал­лельными круговыми площадками поверхности двух частиц. Выведены формулы для расчета амплитуды и частоты колебаний, а также для расчета максимально­го размера гранул.

В работе [96] отмечается, что для передачи обра­батываемой среде максимума энергии частота колеба­ний вибратора должна совпадать с одной из собствен­на

ных частот материала. Поскольку загружаемый матери­ал представляет собой упруго-вязкое тело, имеется бесконечное множество собственных частот. Из этого множества следует выбрать первую основную собствен­ную частоту, так как работа на более высоких частотах отрицательно сказывается на прочности машины. Сле­дует отметить, что в процессе виброгранулирования упругие и вязкие характеристики системы непрерывно изменяются вследствие изменения размера, формы и структуры частиц, поэтому основная собственная час­тота также будет величиной переменной. Следователь­но, оптимальная частота виброгранулирования в рабо­чем режиме непрерывно изменяется.

Приведенные в работах [35] и [96] формулы позво­ляют лишь приблизительно оценить основные парамет­ры виброгранулирования, что обусловлено допущения­ми, принятыми при их выводе. Кроме того, в указанные формулы входит ряд эмпирических трудно определяе­мых величин, относящихся к физико-механическим свой­ствам материалов. Наконец, в формулы не входят тех­нологические параметры: размер и количество частиц ретура, дисперсность капель жидкости, способ ее вве­дения в слой, характер вибраций и прочие показатели, влияющие на формирование гранул. Поэтому для опре­деления оптимального режима виброгранулирования данного материала необходимы экспериментальные ис­следования.

На рис. Ш-27 показаны графики, обобщающие ре­зультаты исследований [126] влияния времени вибро - гранулирования и влажности вельц-оксидов на проч­ность гранул. Прочность определяли по содержанию фракции у более 3 мм после сбрасывания гранул раз­мером 3—5 мм с высоты 1 м. Как видно из графиков, с увеличением продолжительности гранулирования и влажности прочность необожженных гранул повышает­ся. При влажности <20% выход гранул резко снижался, а ее увеличение до 40% не позволяло проводить гранули­рование, так как материал превращался в пасту.

Сравнительные опыты показали, что удельная про­изводительность лоткового виброгранулятора составля­ет 12 т/(м2-ч). Для тех же материалов удельная про­изводительность барабана составляла 980 кг/ (м2 • ч). Удельный расход электроэнергии при гранулировании

в внброкипящем слое не превышал 1,5 кВт-ч, а в бара­банном 5,3 кВт-ч на 1000 кг полученных гранул. Ме­таллоемкость установки с виброкипящим слоем сни­жалась, прочность гранул повышалась в среднем на

55%.

В работе [34] исследован процесс виброгранулиро­вания цеолитов с применением в качестве связующего глуховской каолинитовой глины. Внброгранулятор со­стоял из двух горизонтальных цилиндрических сменных камер диаметром 30, 50, 70 и 100 мм, симметрично рас­положенных относительно оси дебалансного вибратора. При вращении вибратора камеры совершали круговые колебания с частотой 20—50 Гц и амплитудой 1,5— 4 мм. Гранулировали предварительно виброперемешан - ный и увлажненный материал.

Как показали исследования, гранулы достигали наи­большей прочности и лучшей структуры при частоте 50 Гц и амплитуде 4 мм. Вибрационный метод грану­лирования, обеспечивающий снижение вязкости систе­мы, позволяет уменьшить количество воды в гранули­руемом материале. Наибольшая прочность и лучший фракционный состав получены при объемной влажно­сти 35%, что на 30% меньше, чем при гранулировании методом экструзии.

Прочность гранул, окатанных в виброгрануляторе, выше, чем полученных экструзионным методом. Так, прочность на сжатие гранул цеолита, формованных экструзионным методом со связующим (каолинитовой глиной), составила 8,8 МПа, на растяжение 2,9 МПа. Прочность гранул цеолита, приготовленных методом виброгранулирования с предварительным вибропереме - шиванием с тем же связующим, составила соответствен­но 26,2 и 11,8 МПа. В два раза повысилась прочность гранул на истирание.

В виброгрануляторе с круговой траекторией движе­ния при частоте 50 Гц и амплитуде 3 мм гранулирова­ли суперфосфат [25]. Наилучшие результаты по вре­мени гранулирования, фракционному составу и прочно­сти получены при введении порошковидного суперфос­фата в несколько стадий, что объясняется, по-видимо­му, образованием зародышей, положительно влияющих на последующее формирование гранул. Так, при 3— 4-стадийном введении порошковидного суперфосфата за 2—4 мин виброгранулирования образовывалось 96— 97% товарных фракций. С увеличением времени виб­рогранулирования до 7—10 мин выход товарных фрак­ций снижался до 91—95%, так как повышался выход мелких фракций, а оптимальная влажность уменьша­лась с 15 до 11%.

Прочность гранул суперфосфата размером 2 мм и влажностью 3%, полученного методом виброграну­лирования, составляла по условным растягивающим на­пряжениям в среднем 3,2 МПа. Прочность промышлен­ных гранул, полученных в барабанном грануляторе, со­ставила 2,0 МПа. Увеличение прочности гранул, полу­ченных методом виброгранулировэия, объясняется бо­лее плотной структурой, что видно из определения по­ристости гранул. Так, после виброгранулирования объ­ем пор суперфосфата составил 163 см3/кг, после грану­лирования в барабане 189 см3/кг.

При виброгранулировании цементных сырьевых сме­сей также получены гранулы, обладающие лучшими структурно-механическими свойствами, чем гранулы, полученные в тарельчатых и барабанных грануляторах [34].

Анализ показателей процесса виброгранулирования различных продуктов свидетельствует о высокой интен­сивности гранулообразования. Получаемый продукт имеет узкий гранулометрический состав, высокую проч­ность, низкую влажность. Сопоставление процесса виб­рогранулирования с традиционными методами окатыва­ния на равномерно движущейся поверхности (в бара­бане, на тарелке и пр.) показывает, что использование вибраций позволяет сократить время гранулирования и необходимое количество связующего, обеспечивает не­обходимый для гранулирования растворимых мате­риалов самонагрев. Все это приводит к уменьшению га­баритов гранулятора, снижению удельных энергозатрат и увеличению удельной производительности как грану­лятора, так и всей технологической линии.

Недостатки процесса виброгранулирования опреде­ляются, главным образом повышенным износом отдель­ных узлов гранулятора и узким интервалом рабочих режимов. Следует отметить, что процесс внброгранули - рования исследовался, в основном, при периодическом режиме в небольших лабораторных грануляторах. По­этому без дальнейших детальных исследований метод виброгранулирования пока не может конкурировать с применяемыми в промышленности методами окатыва­ния во вращающихся барабанах и на тарелках.

Добавить комментарий

Гранулирование материалов

МЕТОДИКИ И ПРИМЕРЫ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССОВ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ

Рассмотренные в предыдущих главах физические и математи­ческие модели, механизмы гранулообразования, зависимости качест­ва гранул от параметров процесса, а также практические рекомен­дации по проведению гранулирования различными методами позво­ляют разработать методики расчета процесса …

Машины для гранулирования методами таблетирования, прессования (и {формования

Таблеточные машины. Эти машины широко применя­ют в производстве катализаторов, при переработке тер­мореактивных пластмасс, в фармацевтической промыш­ленности и т. п. При таблетировании возможно получе­ние из порошка компактных гранул-таблеток определен­ных физико-механических свойств …

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, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua