Гранулирование

Грануляторы с псевдоожиженным и фонтанирующим слоями

Развитие теоретических основ и техники псевдоожиженного и фонтанирующего слоев в последние годы привело к созданию и внедрению в промышленность ряда новых конструкций грану­ляторов [21, 110, 155].

На рис. 9.21 в качестве иллюстрации представлено несколь­ко типовых конструкций аппаратов с псевдоожиженным слоем для гранулирования материалов.

Основные технические решения, заложенные в промышлен­ную аппаратуру, сводятся, в принципе, к различным способам подачи исходного продукта во взвешенный слой материала:

подача пульпы и разбавленных растворов на поверхность взвешенного слоя с обдувом факела высокотемпературным теплоносителем (виды а, е);

подача концентрированных пульп, растворов и плавов внутрь слоя форсункой, установленной в боковой части аппара­та с организацией горизонтального факела распыла (виды'б, в);

подача растворов и суспензий форсунками, установленными в основании газораспределительной решетки, с организацией вертикального факела распыла (виды г, д).

Системы гранулирования во взвешенном слое существенно различаются способами ввода теплоносителя (для сушки раство­ров) и охлаждающего агента (для кристаллизации плавов);

с ожижающим агентом (под газораспределительную ре­шетку);

с распиливающим агентом (одновременно с диспергирова­нием гранулируемого вещества);

внутрь слоя — посредством установки теплообменных уст­ройств, либо сжиганием топлива.

На практике, однако, чаще применяют различные варианты комбинированного ввода теплоносителя (см. рис. 9.21).

Большинство грануляционных аппаратов со взвешенным слоем работает с применением внешнего ретура, т. е. возврата мелких фракций на стадию гранулообразования. В последнее время создаются аппараты с так называемым внутренним рету­ром. Организация внутреннего ретура обеспечивается разме­щением классифицирующего устройства в основном объеме взвешенного слоя либо отдувом мелких фракций внутрь слоя при выгрузке готового продукта. В целом выбор того или ино­го аппаратурного решения процесса гранулирования во взве-

шенном слое должен проводиться с учетом следующих фак­торов:

вида и свойств гранулируемого вещества;

кинетических закономерностей гранулообразования в слое;

особенностей аэродинамики и условий тепло - и массообмена в слое;

закономерностей классификации частиц по размерам и уно­са мелких частиц.

Грануляторы с подачей раствора на поверхность псевдоожи­женного слоя. Грануляторы этого типа являются одними из первых аппаратов с псевдоожиженным слоем, которые нашли применение в химической промышленности. К наиболее извест­ным аппаратам для гранулирования неорганических солей с достаточно высокими температурами плавления относится гра­нулятор ВНИИГа [156].

Конструкция гранулятора (рис. 9.22) отличается от обычно­го аппарата с псевдоожиженным слоем (например, сушилки) тем, что над поверхностью псевдоожиженного слоя установле­на форсунка для распыливания гранулируемого раствора. Та­кая конструкция обеспечивает равномерное распределение рас­твора одной или несколькими форсунками грубого распыла '(рис. 9.23). Недостатком этого аппарата является частая забив­ка механических форсунок, установленных в надслоевом про­странстве, пылью.

В производстве гранулированных минеральных удобрений используется аппарат конструкции НИУИФ [155] — РКСГ (рас­пылительная сушилка-гранулятор с кипящим слоем). Отличи-

?

/ — газовая горели; 2 — шнек для выгрузки продукта: 3 — выгрузочное устройство: 4 — форсунка; 5 —корпус аппарата; 6 — газораспределительная решетка; 7 — колосниковая

решетка; в —газовая топка

Рис. 9.23. Форсунка грубого распыла:

/ — штуцер для ввода жидкости; 2 — сопло

/ — газовое сопло; 2 — пневматическая форсунка; 3 — циклон; 4—эжектор; 5 — газораспределительная решетка: 6 — кор­

пус аппарата

тельной особенностью этого аппарата является то, что фа­кел распыла исходного раство­ра или пульпы обдувается струей высокотемпературного теплоносителя (600— 1200 °С) при скоростях 100—150 м/с.

Гранулирование происходит на границе взаимодействия струи и псевдоожиженного слоя. При этом необходимым усло­вием надежной работы аппарата является проникновение струи внутрь псевдоожиженного слоя, т. е. увеличение поверхности их взаимодействия. Схема аппарата РКСГ изображена на рис. 9.24. Под газораспределительную решетку подают теплоно­ситель с менее высокой температурой (150—260 °С) с целью предотвращения подплавления термолабильного продукта.

В промышленном масштабе аппарат РКСГ внедрен в про­изводстве гранулированного аммофоса. Диаметр газораспреде­лительной решетки промышленного аппарата — 2,8 м. При этом установлен следующий оптимальный режим его работы:

Температура газов, °С:

в струе, обтекающей факел распыла 750—860

под газораспределительной решеткой 160—175

в слое 100—110

Скорость ожижающего агента, м/с 2,2

Влажность пульпы аммофоса, % 35—45

Производительность, т/ч.

по испаренной влаге 6—7

по гранулированному продукту с влажностью 1 % 8—9

Выход товарной фракции (1—3,2 мм) из аппарата, % 80—90

Прочность гранул, МПа 5—7

Влагосъем с 1 м3 аппарата, кг/ч 60

Расход на 1 т готового продукта:

топлива, кг условного топлива ПО

электроэнергии, кВт-ч 100

В настоящее время разработано три типоразмера аппара­тов РКСГ (табл. 9.1). На рис. 9.25 изображены принципиаль­ные конструкции распылителей, используемых в аппаратах РКСГ. В зависимости от заданной производительности аппара­та используют односопловый распылитель (рис. 9.25,а), много - сопловый или щелевой (рис. 9.25,6), которые имеют произво­дительность по распыляемой жидкости 10—80 т/ч.

Грануляторы с подачей гранулируемого вещества внутрь псевдоожиженного слоя. Как уже отмечалось, различают сле-

дующие типы грануляторов с подачей гранулируемого веще­ства внутрь псевдоожиженного слоя:

с форсункой (форсунками)^ установленной в боковой части аппарата и обеспечивающей горизонтальность факела распыла;

с форсункой (форсунками), установленной в основании га­зораспределительной решетки аппарата и обеспечивающей вер­тикальность факела распыла.

К первому типу грануляторов относится аппарат кипящего слоя, разработанный в МИХМе (рис. 9.26). Аппарат состоит из собственно гранулятора с псевдоожиженным слоем и трехсек­ционного сепаратора. Отличительной особенностью гранулятора является то, что в сепараторе обеспечивается отдув пылевид­ных частиц (размером менее 1 мм) и возврат их эжекционным устройством непосредственно в зону гранулирования.

Аппарат МИХМа используется в промышленности для по­лучения гранул аммиачной селитры различной пористости. Диа-

МИХМа):

/— газовая камера; 2 —подпорная решетка; 3 — газораспределительная решетка; 4 — ра-
бочая камера; 5 — шнек; 6 — пневмомеханические форсунки; 7—коллектор раствора; 8 —
сепарацнонная камера; 9 — корпус аппарата; 10 — отбойник; 11 — эжектор; 12 — сепа-
ратор

метр газораспределительной решетки аппарата — 3,57 м. Уста­новлен следующий режим работы аппарата:

Температура газов, °С:

под решеткой 100—ПО

в слое 80

Расход ожижающего агента, тыс. м3/ч 35—48

Концентрация раствора, % . 80—88

Температура раствора, °С 100—120

Производительность, т/ч 7,5—12,3

Выход фракции 1—2 мм, % 94

Влажность гранул готового продукта, % 0,2

Конструкции форсунок, используемых в качестве распили­вающих устройств в грануляторе МИХМа, представлены на рис. 9.27 и 9.28. Режим работы форсунок:

Расход раствора иа одну форсунку, м3/ч 1—5

Расход распиливающего воздуха, тыс. м3/ч 2,0—3,7

Давление распиливающего воздуха, кПа 8—16

Температура распиливающего воздуха, °С 80—170

Другой разновидностью аппарата для гранулирования мине­ральных удобрений в псевдоожиженном слое является грануля­тор-классификатор (ГК), разработанный НИУИФом совместно с Дзержинским филиалом НИИхиммаша. Особенностью этого аппарата является организация внутренней циркуляции в слое между зонами гранулирования и классификации и непрерывный отдув мелких частиц из зоны классификации. Конструкция это­го аппарата, предложенного для гранулирования аммофоса, приведена на рис. 9.29.

Граиулятор-классификатор работает следующим образом. Исходный продукт в виде пульпы или расплава подают форсункой / в зону гранули­рования, 5, отделенную от зоны классификации 7 наклонной перегородкой 6 с переточными отверстиями. Ожижающий агент подают в каждую зону через штуцеры. Гранулированный продукт по мере увеличения объема слоя в зоне гранулирования перетекает в зону классификации, сужающуюся по высоте.

Рнс 9.30. Гранулятор с зонами локального фонтанирования:

1 — корпус аппарата; 2 — газораспределительная решетка; 3 — газоподпорные решетки;

4 — форсунки; 5 — контуры факела распыла зон локального фонтанирования

В надслоевом пространстве зону классификации происходит эффективное разделение полидисперсиой гранулированной смеси на 2 продукта: верхний — ретур (частицы размером преимущественно менее 1 мм) и нижний —гото­вый продукт, представляющий собой товарную фракцию (гранулы размером 1—4 мм). Верхний продукт выдувается из зоны классификации и поступает для наращивания размеров частіш в зону гранулирования; нижний — выво­дится через выгрузную течку из аппарата. Количество поступающего в зону классификации 7 материала определяется режимом работы классификатора н эффективностью разделения смеси.

Повысить эффективность работы гранулятора-классификатора можно ор­ганизацией более четкой классификации частиц по размерам. С этой целью аппарат был модифицирован: в надслоевон зоне классификатора установле­ны вытеснители чечевицеобразнон формы. Вытеснители обеспечивают создание необходимого профиля скорости ожижающего агента в надслоевой зоне, оп­ределяющей эффективность разделения частиц по размерам и получение обеспыленного гранулированного продукта.

Несколько иной подход к гранулированию термочувствитель­ных растворов состоит в создании вертикальных зон локально­го фонтанирования [117]. Этот способ был впервые применен для гранулирования растворов сульфата аммония. Конструк­ция аппарата представлена на рис. 9.30. В рассматриваемом ап­парате интенсивность перемешивания частиц в прирешеточной зоне активного тепло - и массообмена обеспечивается созданием вертикальных факелов распыла. Вместе с тем производитель­ность аппарата ограничена, помимо всего прочего, высотой псевдоожиженного слоя, лимитирующей длину факела распыла.

Грануляторы с фонтанирующим слоем. Известно [157—159] множество конструкций аппаратов для гранулирования паст и растворов в фонтанирующем слое, однако большинство из них относятся к лабораторным и опытным образцам. Широкое-

промышленное использование этих аппаратов ограничивается трудностями масштабного перехода к более крупным установ­кам.

К первым конструкциям аппаратов с фонтанирующим слоем относятся аппараты конической или цилиндрической формы с осесимметричным вводом газа (рис. 9.31,а, б). Наибольшее распространение в отечественной промыш­ленности получили аппараты конструкции ЛТИ им. Ленсовета [159] с щеле­вым вводом газа (рис. 9.31, в—д). Щелевой ввод воздуха обеспечивает боль­шую интенсивность циркуляции, надежность работы и удобство масштабно­го перехода. Очевидными недостатками этих конструкций являются неравно­мерность распределения газа по периметру щели и большое гидравлическое сопротивление аппаратов.

Одним из способов активации перемешивания частиц в при­стеночной зоне аппаратов фонтанирующего слоя является до­полнительный боковой ввод теплоносителя, предложенный в работе [100]. На рис. 9.32 изображена схема аппарата с вра-

а — цилиндро-конический с подачей материала ил слой; б — то же с подачей материала
в слой; в — с конической вставкой; г — многосекциониый щелевой с тангенциальным под-
водом газа; д — с организованной циркуляцией материала;

/—ожижающий агент; // — исходный материал; III — распыливающнй агент; IV — го-
товый гранулированный продукт; V—ретур; VI — сепарирующий воздух; VIі — отрабо-
танные газы

щающимся фонтанирующим слоем. Дальнейшим его развити­ем является аппарат для сушки и гранулирования в фонтани­рующем слое со встречными струями (рис. 9.33).