Гранулирование

Пропускная способность барабанного аммонизатора

При вращении барабана материал в нем перемещается вдоль (по оси вращения) и поперек (перпендикулярно ей). Поперек вращающегося барабана материал перемещается под действием •сил тяжести, трения и центробежной. После достижения вместе •с обечайкой предельного угла рд нарушается равновесие тела относительно поверхности барабана, сдвигающая сила становит­ся больше силы трения и тело начинает перемещаться вниз. Движение материала вдоль оси барабана обусловлено разно­стью давлений на входе в цилиндрическую обечайку и выходе из нее. Перепад давлений создается при понижении уровня ма­териала, вызванном его обрушением на разгрузочном конце. Заполнение барабана зависит от свойств материала и парамет­ров его движения.

Зная заполнение на конце барабана, его пропускную способ­ность определяют из следующих соображений. Количество ска­тывающегося в гладкостенном вращающемся барабане материа­ла (из условия неразрывности потока) равно количеству подни­мающегося материала, тогда

Тп/Тск~ Сск5п/Сп5ск ~ F ск,

тде тп, Тек — продолжительность подъема и скатывания частиц; ц„, и<.к — ско­рости подъема и скатывания частиц; s„, scк — пути подъема и скатывания частиц; Fл, Fck — площади поперечного сечения поднимающегося и скатыва­ющегося материала.

Обозначив Fn/F06=ty (где Fав — площадь поперечного сече­ния материала в барабане), принимаем, что максимальный путь скатывания равен хорде, проведенной между крайними точками - засыпки. Как следует из рис. 6.1,

vcJv„- [ф/(1 — ф)12/? sin (6/2)//?в=2чр sin (6/2)/(1 — ф)6, где 6 — угол охвата засыпки в неподвижном барабане.

Скорость подъема материала определяется параметрами вра­щения барабана и в среднем равна vn=(oRI2.

Средняя скорость скатывания в поперечном сечении

sin (6/2)/(1 — ф)6. (6.1)

Из этой формулы, задаваясь оптимальной скоростью скаты­вания и коэффициентом заполнения, определяют частоту враще­ния барабана.

При подаче материала во вращающийся барабан происхо­дит повышение его уровня в загрузочной части. Наклонная по­верхность образуется не только в поперечном, но и в продоль­ном сечении, за счет чего и происходит его перемещение вдоль оси. На разгрузочном конце материал расположен в поперечном сечении под углом естественного откоса в движении рд, а в про­дольном сечении — под углом Рд—а (где а — угол наклона ба­рабана). Скорости скатывания в продольном и поперечном на­правлениях пропорциональны пути скатывания. Из геометриче­ских соотношений:

сСкпр0дКк = [1 —cos (6/2)]/2 sin (Рд a) sin (6/2). (6.2)

Скорость перемещения вдоль оси барабана:

г>ос = ^скпродсо5 (Рд-а), (6.3)

1/ос = Дшф[1 — cos (6/2) 1/26(1 — if)tg(P* —а). (6.4)

Рис. 6.2. Зависимость пропускной способности гладкостенного вра­щающегося барабана Q от его за­полнения ф для различных радиу­сов R и частот вращения to бара­бана

Пропускная способность вращающегося барабана оп­ределяется осевой скоро­стью и сечением материала, обрушивающегося на раз­грузочном конце:

Q = tf3toi|j[l — cos(6/2)] (6 —sin6)/ /46(1 — $)tg(PA — a). (6.5)

Зависимости Q от ф для барабанов различного диаметра при различной скорости их вращения приведены на рис. 6.2.

Вывод уравнения (6.5) построен на зависимости производи­тельности барабана от его заполнения на разгрузочном конце и не учитывает заполнения в рабочей зоне. Одним из важных условий проведения процессов гранулирования, аммонизации и других является поддержание оптимальной высоты слоя именно здесь. Анализ формулы (6.5) показывает, что требуемое заполнение достигается только при определенном соотношении расхода материала, скорости вращения и угла наклона бараба­на. Для выявления конкретной зависимости применительно к продуктам узкого гранулометрического состава (1—5 мм) про­ведены экспериментальные исследования.

С увеличением скорости вращения барабана увеличивается скорость осе­вого перемещения материала и при постоянной удельной производительности Q уменьшается коэффициент заполнения (рис. 6.3,с). С удельной нагрузкой, начиная с 0,5 т/(м2-ч), как и с углом наклона барабана высота слоя связана линейно (рис. 6.3,6). В результате обработки экспериментальных данных по­лучена зависимость (v в м/с):

H/D = 0,02 - f- 0,I8Qtr-°.№ (0,112 —tgct), (6.6)

справедливая для @=0,5—10,0 т/(м2-ч).

Максимальное отклонение экспериментальных данных от рассчитанных по уравнению (6.6) для барабанов диаметром до 4,5 м и пропускной способ­ностью до 300 т/ч составляет ±20%.

Высота слоя, рассчитанная по уравнению (6.6), является минимальной в необрушившемся слое. По мере удаления от зоны выгрузки высота слоя воз­растает, причем слой имеет выпуклый профиль. Зависимость коэффициента заполнения барабана от его относительной длины приведена иа рис. 6.3, в, из которого видно, что интенсивность роста слоя зависит от удельной произво­дительности аппарата.

Создание требуемой высоты слоя возможно путем установки подпорно­го кольца. Экспериментально показано, что при отсутствии подачи материа­ла уровень слоя после остановки барабана близок к горизонтали, и зона действия кольца зависит от его высоты и угла наклона барабана. Высота слоя над подпорным кольцом возрастает с увеличением производительности,

а его профиль на длине (4-ь5)D эквидистантен профилю слоя в барабане без подпорного кольца. Следовательно, полученная зависимость пригодна и для барабанов с подпорным кольцом.