Гранулирование материалов

Тепло-массообмен и режимы гранулирования в барабанном грануляторе-сушилке!

Механизм роста и образования гранул в барабанном ^ грануляторе-сушилке (БГС), в котором жидкость рас-, пыливается на поверхность частиц, падающих в верти­кальной плоскости, аналогичен описанному для аппа­ратов с псевдоожиженным слоем. Поэтому основные закономерности тепло - и массообмепа для грануляторов обоих типов одинаковы. Отличительной особенностью, БГС является направленное движение потока вдоль оси барабана с возвратом части продукта в его головную часть, т. е. в зону орошения пульпой.

От количества возвращаемого продукта, его грану­лометрического состава и равномерности распределения по сечению барабана зависит характер смешения твер­дых частиц,, распыливаемой жидкости и теплоносителя, что, в свою очередь, определяет интенсивность тепло - № массообмена.

Экспериментально получено распределение темпера-^ тур газа, пульпы и продукта, а также распределений влажности пульпы и гранул по объему БГС [147]. Нй рис. V-13 представлены типичные распределения тем> пературы и влажности пульпы нитрофоса в зоне распы ла БГС. Как видно из рис. V-13, температура пульпь снижается по длине струи распыла от начальной свое? величины практически до температуры слоя в барабане Испарение влаги в зоне распыла происходит за счеі физического тепла пульпы и тепла сушильного агента

Факел распыла пульпы можно разбить на три ха­рактерных участка: начальный, основной участок сво­бодной струи и участок гетерогенного факела струи в начале завесы материала, названный факел-завеса. На­чальный участок, длина которого для данных форсунок составляет —35 см, характеризуется резким уменьше­нием влажности пульпы в результате падения давления в струе. На основном участке свободной струи умень­шение влажности пульпы при практически неизменной ее температуре сопровождается значительным пониже­нием температуры сушильного агента. На этом участке испарение влаги осуществляется за счет тепла, подводи­мого с сушильным агентом. Третий участок струи — факел-завеса — область' интенсивного тепло - и массооб - мена между гетерогенным факелом, содержащим капли распыленной пульпы, твердыми частицами завесы и сушильным агентом. На этом участке, начало которого соответствует L = 105 см, наблюдаются дальнейшее сни­жение влажности пульпы при неизменной температуре и уменьшение температуры сушильного агента. Такой характер распределения влажности пульпы по длине струи распыла позволяет определять расстояние от устья форсунки до завесы материала в зависимости от режима гранулирования и сушки.

Рис. V-14. Распределение температуры (/). влажности (2) нитро­фоса и температуры сушильного агента (3) по длине барабана.

I

Особенно наглядно области интенсивной сушки ил­люстрируются рис. V-I4, на котором приведены распре­деления температуры и влажности нитрофоса и темпе­ратуры сушильного агента по длине барабана. Измене-,, ние интенсивности испарения по длине барабана видно из зависимости dWJdL от L, отражающей фактическое изменение скорости сушки в зоне распыла (рис. V-15)., Как видно из рис. V-15, зона активной сушки начина-< ется в самом начале завесы, образованной из сухого материала, по-видимому, активная зона тепло - и массо - обмена соответствует длине гетерогенного факела струи.

Глубина погружения факела в завесу зависит от длины свободного участка струи, давления и расхода распыливающего воздуха, плотности и равномерности завесы, размера частиц. Чем глубже факел проникает в завесу, тем больше площадь контакта частиц и тем больше можно подать пульпы при той же удельной вла - гонапряженности поверхности факела. Однако введение в завесу газовой струи со скоростью витания частиц способствует сдуву большого количества влажных гра­нул от зоны подачи теплоносителя. Это приводит к то­му, что в зоне контакта теплоносителя с неорошаемой частью завесы вследствие отсутствия влаги происходит перегрев материала и возможно его плавление и разло­жение. Так, при сушке аммофоса дымовыми газами с температурой 550°С температура по всей длине оси факела была равна температуре мокрого термометра, а в неорошаемой части завесы достигала 150—170°С, Следовательно, длина гетерогенного факела струи рас­пыла пульпы должна быть оптимальной и подбираться экспериментально в зависимости от условий сушки и конструктивных особенностей аппарата.

При гранулировании в БГС на первых 2—3 м го­ловной части аппарата завершается не только сушка, но и, в основном, формирование гранул, поскольку здесь происходят процессы кристаллизации из жидкой фазы. Гранулометрический состав продукта определяется свойствами распыливаемой жидкости, степенью и рав­номерностью ее диспергирования, температурным режи­мом сушки, длительностью свободного полета капель и интенсивностью их взаимодействия с сушильным аген­том. В зависимости от соотношения этих параметров происходит либо кристаллизация на поверхности гра­нул, либо образование новых частиц. Регулирование гранулометрического состава возможно изменением ко­личества твердых частиц, образующихся в факеле рас­пыла.

Вероятность образования частиц непосредственно из жидкого материала тем больше, чем меньше влагосо - держание последнего и чем интенсивнее идет процесс сушки. Чем мельче и равномернее распыл жидкости, больше температура сушильного агента, длительнее контакт капли с теплоносителем до соприкосновения с завесой, тем мельче размер гранул продукта. По мере продвижения к месту выгрузки гранулы обычно лишь окатываются, несколько истираясь и уплотняясь. Гра­нулометрический состав продукта по длине барабана практически не изменяется.

Режимы гранулирования различных продуктов в БГС приведены в табл. V-2.

Анализ работы БГС показывает, что достоинствами этого метода гранулирования являются высокая интен­сивность тепло - и массообмена, небольшая кратность внешнего рецикла (1—2,5), хорошее качество и узкий гранулометрический состав (80—90% товарной фрак­ции) продукта, возможность автоматизации процесса, применимость к широкому диапазону материалов. К не­достаткам процесса следует отнести громоздкость и металлоемкость оборудования, повышенные энергоза­траты на распыливание жидкости, возможность налипа­ния на внутренние стенки барабана, а также возмож­ность плавления и разложения продукта.

Оптимизация метода гранулирования в БГС заклю­чается в подборе режима, обеспечивающего требуемый гранулометрический состав при максимальной произво-

дительности аппарата, что достигается выбором влаж­ности жидкости и соответствующих ей остальных пара­метров процесса. Стабильность ведения процесса в большей мере определяется конструктивными особенно­стями аппарата, обеспечивающими требуемые кратность внутреннего рецикла (100—150 т/ч для промышленного аппарата), коэффициент заполнения (0,13—0,20), дис­персность распыла, классификацию внутреннего рецик­ла по размерам и т. п.