ПРОЦЕССЫ ГРАНУЛИРОВАНИЯ в РОМЫШЛЕННОСТИ

ГРАНУЛИРОВАНИЕ. В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

Среди всех разновидностей дисперсных потоков наибо­лее значительную роль в современной технике играет псевдоожиженный слой.

Псевдоожижение — это процесс превращения слоя сыпучего материала в псевдо - гомогенную систему под воз­действием потока газа (или капельной жидкости) — ожи­жающего агента. Псевдоожи­женный слой — это состоя-

Рис. 61. Сушильная башня:

/ — предохранительный клапан; 2 — кол­пак; 3 — штуцер колпака; 4 — отбойник; Б — форсунка; € — кольцевой трубопро­вод; 7 — площадка для обслуживания;

8 — верхний цилиндр (сушильная часть);

9 — переходный усеченный конус; 10 — верхние отводы; 11 — коллектор; 12 — ннжнне отводы; 13—нижний цилиндр; 14 — внутренний конус; 15 — устройство для охлаждения порошка; J6 — шорное кольцо; /7 — патрубок для подачи атмо­сферного воздуха; 18 — мягкий клапан

для отвода порошка.

ние дисперсной системы, при котором твердые частицы в пределах слоя становятся как бы взвешенными (как жид­кие частицы в общей массе жидкости), а весь слой в целом обладает основными свойствами жидкости: он способен течь, переливаться, в нем развиваются волны, практически отсут­ствует внутреннее трение. Эти замечательные особеннос­ти псевдоожиженных слоев, обусловливающие их ценные свойства, обеспечили им широкое распространение.

Промышленное применение метода псевдоожижения обусловлено его многочисленными достоинствами [ 13]. В объ­еме псевдоожиженного слоя происходит интенсивное переме­шивание твердой фазы, приводящее к практическому вы­равниванию температур и концентраций, благодаря чему устраняется опасность локального перегрева, нарушаю­щего протекание технологического процесса и ухудшаю­щего качество продукта. Коэффициенты эффектив­ной теплопроводности и теплоотдачи от псевдоожи­женного слоя к поверхно­стям теплообмена (и наобо­рот) соизмеримы с соот­ветствующими значениями коэффициентов для капель­ных жидкостей, что позво­ляет осуществлять процес­сы с высокой тепловой нагрузкой при тонком тем­пературном регулирова­нии. Активная поверхность фазового контакта очень велика и приближается к

__ суммарной поверхности ча-

0 1—— Ц11 ІШоВтий питою стиц. Текучесть псевдоожи-

’ Рис. 62. Схематическая фазовая ЖЄННОГО СЛОЯ позволяет диаграмма для области восходящего создавать аппараты непре - потока газа. рывного действия, в ко­

торых можно гранулиро­вать вещества, находящиеся в различных агрегатных со­стояниях: порошки, пасты, растворы, суспензии и т. д. Аппараты с псевдоожиженным слоем имеют сравнительно простое устройство, относительно легко поддаются меха­низации и автоматизации.

На фазовой диаграмме Зенза (рис. 62) псевдоожи­женные слои располагаются в правом верхнем квадранте [50]. Физический смысл этих графиков следующий. Воздух поступает под решетку аппарата с неподвижным зернис­тым слоем, в двух точках которого измеряются давления Pi и рг. Некоторое время при увеличении расхода воздуха слой остается неподвижным при нарастании Ар = рг—р2. На графике это состояние плотного продуваемого слоя
отображено линией ОАВ, вдоль нее нет суммарного по­тока твердых частиц, поэтому скорость W = 0.

В некоторый момент времени (точка В) перепад давле­ний становится равным массе частиц, приходящейся на еди­ницу площади поперечного сечения аппарата. Слой пере­ходит во взвешенное состояние, а скорость W, при кото­рой резко изменяется состояние слоя и, следовательно, его гидродинамическое сопротивление, называется крити­ческой скоростью псевдоожижения WKр .

Дальнейшее увеличение скорости газа, приводит к уве­личению пористости слоя, при этом уменьшается перепад давлений между фиксированными точками измерения дав­лений рг и р2, хотя полный перепад давлений на весь слой остается неизменным. При этом резко увеличивается коли­чество газа, проскакивающее сквозь слой в виде пузырей. Вначале появляются газовые пузыри небольших размеров, увеличивающие интенсивность перемешивания. Поверх­ность слоя как бы «вскипает». С дальнейшим увеличением скорости газа размеры пузырей возрастают, они резко тур - булизуют систему, а при выходе из слоя прорывают поверх­ность, образуя над ней всплески материала.

В узких аппаратах газовые пузыри сливаются при подъ­еме и занимают все сечение, образуя газовые «пробки», меж­ду которыми находятся «поршни» материала. Этот режим называют поршневым, в нем нарушается нормальное псевдо­ожижение и затрудняется перемешивание твердой фазы. При дальнейшем увеличении скорости газа сила, действую­щая на частицу, превосходит ее массу и частицы вымыва­ются из слоя. На фазовой диаграмме режим поршнеобра - зования отмечен точкой D. За пределами точки D твер­дый материал начинает выноситься вверх из слоя, пока не останется некоторое количество твердых частиц, обра­зующее газовзвесь, равномерно распределенную по аппа­рату.

При дальнейшем увеличении скорости газа концентра­ция твердых частиц уменьшается до тех пор, пока в точ­ке F не останется единичная частица, скорость которой равна скорости витания. В точке F перепад давления на единицу слоя определяется трением газа о стенки аппара­та. Кривая OEF соответствует сопротивлению пустого ап­парата. Если скорость газа уменьшается, концентрация твердых частиц возрастает и увеличивается перепад дав­ления в соответствии с кривой FH. В точке// при концент­

рации твердой фазы, не превышающей 160 кг/м3, наблю­дается однородный разбавленный псевдоожиженный слой. При увеличении концентрации он переходит в поршневой режим (HD). Линиям на графике соответствуют различные условия, отраженные на небольших схемах. Буквами обо­значены соответствующие отрезки линий основной диа­граммы.

Свойства твердых частиц, составляющих слой (дис­персность, шероховатость, форма), оказывают большое вли­яние на характер псевдоожижения. Монодисперсный мате­риал склонен к образованию псевдоожиженных слоев

с барботажем пузырей. Полидисперсные материалы образу­ют более однородные слои, псевдоожижение их протекает легче. Влажные, рыхлые слеживающиеся материалы об­разуют слои с каналами, по которым проходит основная часть газа (рис. 63), и только при превышении WK каналы размываются.

Итак, при ожижении газами наблюдается неоднородное псевдоожижение, для которого характерно образование пу­зырей. Предложено немало теорий для объяснения этого явления, но ни одна из них полностью не подтверждена. По одной из них [50] псевдоожиженный слой рассматрива­ется как система, состоящая из двух фаз: непрерывной, которой являются взвешенные частицы с распределенным между ними ожижающим агентом, и дискретной — газо­вые пузыри. При этом считается, что непрерывная фаза находится в состоянии начального псевдоожижения, а весь

избыточный газ (сверх необходимого для начала псевдоожи­жения) проходит сквозь слой в виде пузырей.

Экспериментальные исследования показали некоторое соответствие двухфазной теории опытным данным, однако она нуждается в уточнениях. Одно их них состоит в том, что в некотором диапазоне скоростей после перехода в псев­доожиженное состояние слой, расширяясь, остается одно­родным, а пузыри появляются при дальнейшем увеличе­нии скорости газа до величины We [14]. Значение We зависит не только от физических свойств'частиц и ожи­жающего агента, но и от конструктивных особенностей ап­парата (размеров, конструкции газораспределительной решетки). Отношение WJWK может составлять 1,5—3,4. С помощью специальных устройств, помещаемых в слой (крыльчаток, труб и т. д.), можно сохранять его однород­ным и при значительных скоростях ожижающего агента. Установлено, что при увеличении скорости газа возрастает количество газа, проходящее как через непрерывную, так и дискретную фазы.

Авторы работы [13] считают, что степень однородности псевдоожиженного слоя (вероятность и интенсивность об­разования пузырей) определяется соотношением сил по­верхностного натяжения (на границе пузырь—непрерыв­ная фаза) и сил, препятствующих возникновению пузырей (вязкости, инерции). Следовательно, в псевдоожиженных системах существует аналог поверхностного натяжения. В этой же работе приводится интересное рассуждение об образовании пузырей, которое дает ключ к пониманию процессов гранулирования агломерированием мелкодис­персных частиц в псевдоожиженном слое. Рассматривается сила гидравлического сопротивления, действующая на час­тицу диаметром d. Она пропорциональна квадрату скорос­ти потока и плотности среды, т. е. величине W2p. При дви­жении частицы за ней образуется гидродинамический след, куда стремятся попасть другие частицы, поскольку в зоне следа на них действует меньшее давление. Следовательно, частицы стремятся сблизиться, что способствует их агломе­рированию, поскольку при сближении скорость их пуль - сационного движения должна возрасти за счет мгновенно­го сужения канала между ними. По закону Бернулли это вы­зовет падение давления между частицами, что благопри­ятствует образованию агломератов, а распаду их препят­ствует стремление частиц двигаться в гидродинамической

тени за другими частицами. Агрегаты частиц находятся в состоянии неустойчивого равновесия, что приводит к флуктуациям плотности в слое, пульсациям его, образо­ванию пузырей, т. е. переходу в неоднородное состояние.

Некоторые расчетные формулы псевдоожиженного слоя. При конструировании аппаратов и установок псевдоожи­женного слоя необходимо знать величины критической ско­рости псевдоожижения WKp, скорости витания U? BHT, гидро­динамическое сопротивление слоя и т. п. Эти величины

можно определить как экспери­ментальным путем, так и расчет­ным.

Псевдоожижение реальных полидисперсных слоев происхо­дит не мгновенно, а занимает некоторую область значений скорости ожижающего газа, по­этому в работе [50] вводится понятие о скорости начала псев­доожижения Uml и скорости полного псевдоожижения Ufs. Экспериментальное определение этих величин заключается в сня­тии кривой псевдоожижения — зависимости перепада давления в слое от скорости ожижаю­щего газа. Рис. 64 [50] поясн яет определение характеристи­ческих величин псевдоожижения: Umf получается как абсцисса точки пересечения прямых, проведенных через экспериментальные точки для неподвижного и псевдоожи­женного слоев. Сложнее определяется Ufs— скорость, при которой перепад давления Apeq равен массе частиц, отнесенной к единице площади поперечного сечения слоя.

Для расчета критической скорости псевдоожижения предложено много формул [1; 13; 50], среди которых наибо­лее простая

Ц7 — _______________

d 1400 + 5.22 Vfc'

которая выведена из соотношения

Re__________ Аг

Кекр — 1400+5.22 уХт’

p, pc — плотность частиц и среды; v0 — кинематическая вязкость среды.

По уравнению (172) можно определить U? KP для моно - дисперсного слоя сферических частиц. Для расчета WKp слоев, состоящих из частиц неправильной формы,

d = <^ш, * (175)

где <р = У 0,207SV2/3 — коэффициент формы; dm== 1,24р^V — диаметр шара, объем которого равен объему частицы.

Для полндисперсных слоев

где а, — массовая доля і-й фракции; d,-— средний размер частиц і-й фракции.

Важной характеристикой процесса является скорость витания частицы, определяющая, при какой скорости ожи­жающего газа начнется унос частиц. Предложена весьма удобная формула для расчета U7BHT одиночной сферической частицы:

-*ит-^ =--------- Аг —, (177)

И 18 + 0,61 V Аг

где (х — динамическая вязкость среды.

По известному закону Стокса при ламинарном режиме скорость витания

При псевдоожижении слой материала ся, порозность его е увеличивается:

где УСл — объем взвешенного слоя; VTB — объем твердой фазы в слое [29].

6 6-227

Ориентировочно расширение слоя в тех случаях, ког­да экспериментальное определение Уел затруднено, можно определить из выражения

|l8Re + Q.36Rc2j0,21

Увеличение высоты слоя шарообразных частиц при псев­доожижении

0,6Яо

1 —є ’

где Н0— начальная высота слоя.

Гранулообразование в псевдоожиженном слое. Знание закономерностей образования гранул, скорости роста их, изменения гранулометрического состава частиц, образую­щих псевдоожиженный слой, необходимо для расчета конструкции аппарата и выбора параметров процесса.

Образование гранул в псевдоожиженном слое можно представить для всех случаев применения исходных веществ (растворов, суспензий, а также порошка) в следующем ви­де. На псевдоожиженный слой, состоящий из твердых час­тиц, напыляется через форсунки диспергированная жидкая фаза. Содержащаяся в каплях твердая фаза откладыва­ется на частицах, а жидкость испаряется за счет физиче­ского тепла ожижающего газа. Объем слоя поддерживает­ся постоянным за счет непрерывной выгрузки готовых гранул.

Обезвоживание растворов в аппаратах с псевдоожи­женным слоем [59] необходимо рассматривать в трех ас­пектах: макрокинетики тепло - и массообмена, микрокинети­ки тепло - и массообмена и баланса частиц. Обезвоживание единичной капли (или высыхание раствора на поверхности твердой частицы) является частным случаем совместного тепло - и массообмена, протекающего взаимосвязанно внут­ри высушиваемого влажного материала. В настоящее вре­мя теория переноса тепла и массы внутри капиллярно­пористых тел в основных чертах разработана.

Макрокинетика гранулирования растворов в псевдо­ожиженном слое обладает несколькими особенностями, обусловленными тем, что в реальном аппарате псевдоо­жиженного слоя одновременно находится огромное количест­во частиц, исчисляемое сотнями тысяч и миллионами. Раз* меры их различны, и движутся частицы с различными ско*

ростями и в разных направлениях. В аппаратах псевдоожи­женного слоя любой конструкции существует несколько зон. Величина и расположение зоны орошения зависят от размещения форсунки: если форсунка расположена над слоем, то это— свободная поверхность слоя, если форсунка заглублена в слой, то это — внутренняя граница факела. Зона интенсивного теплообмена размещается над газораспределительной решеткой, где частицы обду­ваются горячими газами, толщина ее составляет 5—50 раз­меров частиц [59]. На эту зону приходится основной градиент температур. Зона формирования новых слоев материала на частицах, в которой интенсивно протекает массообмен, охватывает весь остальной объем слоя, не занятый первыми двумя зонами.

Для составления физической картины процессов, про­текающих при гранулировании растворов, необходимо знать баланс поступающих и удаляемых из слоя продук­тов. Если процесс непрерывен, то их расходы равны, а в слое все время сохраняется постоянное количество мате­риала (частиц).

На практике зародышами гранул являются либо осколки гранул, появляющиеся при их дроблении (безрецикловые процессы), либо специально вводимые для этого частицы (рецикл или ретур), отбираемые из выгружаемого из слоя гранулированного продукта (рецикловые процессы).

Кинетика гранулообразования при обезвоживании в псевдоожиженном слое. При гранулировании растворов обезвоживанием на первый план выдвигается требование получения продукта, имеющего определенный грануломет­рический состав, т. е. задачи кинетики гранулирования. В настоящее время наибольшее признание получили пред­ставления о росте гранул как о равномерно-поверхностном, в результате которого материал отлагается на частицах в виде концентрических колец. Некоторые авторы [59] на­блюдали также неравномерный рост гранул.

В общем случае механизм роста гранул зависит от свойств применяемых веществ, режима процесса и других фак­торов, определяющих характер взаимодействия диспер­гированных жидкой и твердой фаз, но основные рас­четные формулы роста гранул основываются на «нормаль­ном», т. е. равномерно-поверхностном росте гранул.

Ряд работ посвящен вопросам гранулообразования в псевдоожиженном слое, но многообразие процессов и влия­ние различных факторов не позволили дать достаточно удовлетворительное решение задачи [25; 59; 711. В мно­гочисленных исследовательских работах можно выделить два основных подхода к изучению изменения грануло­метрического состава во времени — кинетический и ста­тистический [59; 711.

Кинетическое направление базируется на уравнениях, учитывающих скорость роста размеров частиц (или их мас­сы). В работе [59] предложен простейший линейный закон скорости роста гранул (закон нулевого порядка), который основывается на допущении пропорциональности массовой скорости росту поверхности частиц:

~ = const (182)

При исследовании кинетических зависимостей обычно на псевдоожиженный слой однородных гранул распыля­ется раствор (или впрыскивается непосредственно в слой), что при периодическом процессе приводит к непрерывно­му укрупнению гранул в слое.

В работах [34; 71] исследовались кинетические зависи­мости процесса роста гранул применительно к идеализи­рованной модели монодисперсного слоя постоянной массы в предположении, что скорость роста отдельных частиц не зависит от их размеров. Размер частиц при этом опреде­ляется по формулам:

где D0— размер первоначально загруженных частиц; Gм — весовая производительность гранулятора; — масса слоя; тср — среднее время пребывания гранул в слое.

Из уравнения [ 184] можно сделать вывод, что если в про­цессе гранулирования не образуются новые центры грану - лообразования, то необходимо их вводить, для чего мож­но использовать мелкие фракции готового продукта (ре­цикл). В этом случае при т = тср и = Gcptcp

— эквивалентный диаметр выгружаемых частиц; щ — массовая доля фракции диаметром D,-; Gp— массовый расход рецикла; D, p— эквивалентный диаметр частиц рецикла.

Приближение экспериментальных исследований к ре­альным условиям показало, что мгновенная скорость рос­та гранулы в полидисперсном слое увеличивается с возрас­танием ее размеров. В то же время мгновенная скорость прироста во всем слое не зависит от размера отдельных гра­нул, а определяется суммарной поверхностью частиц слоя. Отсюда следует, что изменение диаметра гранул при со­хранении суммарной поверхности слоя, в том числе поли - дисперсного, не влияет на среднюю мгновенную скорость роста гранул, что позволяет определить изменение размера гранул как в монодисперсном, так и в полидисперсном слое [661.

При кинетическом подходе учитывается, наряду сд<ине - тикой гранулообразования, также и распределение гранул в слое по времени пребывания путем совместного решения уравнений вымывания и кинетики, что позволяет опреде­лить суммарную функцию распределения диаметров полу­чаемых гранул с учетом распределения рециркулирующих частиц. В работе [661 отмечается совпадение расчета экви­валентного диаметра выгружаемых гранул по уравнению (186) и среднего диаметра гранул по суммарным кривым распределения.

Для реального процесса с рециркуляцией в работе [341 представлена зависимость (при допущении распределения частиц по временам пребывания в слое как в системе иде­ального смешения)

(187)

где A, D0 — текущий и начальный размер частиц.

Представленные выше уравнения выведены в предпо­ложении, что справедлив нормальный закон роста час­тиц. Для учета отклонений от него вводится опытный коэф­фициент k, определяющий долю продукта, выделяющегося на поверхности частиц. В результате обработки опытных

данных, полученных при грануляции суспензии нитрофос­ки (с концентрацией 70—81%), [53] получена эмпириче­ская зависимость

где At— разность температур теилоагента и слоя; п — число псевдоожижения; I— удельный расход теплоаген - та на 1 кг продукта; 77lf /72— расчетные коэффициенты.

Знание k позволяет рассчитывать размеры образую­щихся гранул по уравнению

(189)

где Срс = Ср С„ (1 — k) — сумма внешнего и внутреннего рециклов; Dos — эквивалентный диаметр частиц и гранул внешнего и внутреннего рециклов.

Исследования гранулирования различных растворов в псевдоожиженном слое подтвердили, что при обезвожи­вании многих солей справедливы приведенные выше зави­симости.

Для разработки методов регулирования процесса не­обходимо при выведении математических зависимостей учитывать условия, необходимые для организации непре­рывного процесса роста гранул и отвода части их из слоя. Эти условия учитываются статистическим подходом, раз­витым первоначально применительно к дисперсным си­стемам (аэрозолям). В основу его положено уравнение

(190)

где /(г, т)—распределение частиц по размерам; Я = dr/dx— линейная скорость роста частиц. Первый член этого уравнения учитывает изменение числа частиц во времени, а второй — изменение числа частиц в результате их роста.

На основании уравнения баланса частиц получено об­щее выражение скорости роста частиц для процессов с ре­циклом:

k — — — — константа скорости выгрузки частиц; N,

Л'выгр — число частиц в слое и число выгружаемых частиц [59].

Раскрыть физическую картину процесса помогает ана­лиз кривых распределения гранул по размерам во времени, который показал, что, наряду с процессами, в которых не происходит образования новых центров грануляции (для их поддержания необходим ввод мелких гранул — рецикл), существуют процессы с так называемым «внутренним ре­циклом», для которых характерно образование новых источников гранулообразования в ходе процесса.

Обработка многочисленных экспериментальных дан­ных показала, что для многих продуктов (хлористого маг­ния, хлористого калия, мочевины и др.) наиболее типич­ной является бимодальная форма численной кривой рас­пределения по размерам [25; 53]. Наличие двух пиков на кривой распределения отражает динамическое равновесие процессов роста и дробления гранул. Результатом этих противодействующих тенденций является образование частиц определенных размеров.

Выяснение связи между параметрами процесса и харак­тером изменения кривых распределения позволяет выя­вить влияние отдельных факторов на динамику гранулооб­разования. Для большинства материалов повышение тем­пературы слоя приводит к увеличению содержания мелких фракций, что позволило сделать вывод о термическом харак­тере дробления гранул [25; 59]. Численные значения кривых распределения определяют по формуле [32]

Установлено, что увеличение подачи раствора в слой (при постоянной высоте слоя), а также концентрации раст­вора стимулирует рост гранул. Изменение среднего вре­мени пребывания частиц в слое, при прочих неизменных параметрах, т. е. практически— высота слоя, приводит
к увеличению содержания мелких фракций, вероятно, за счет повышения количества циклов нагрева и охлаждения гранулы при ее циркуляции в слое.

Конструкции грануляторов псевдоожиженного слоя. Грануляторы классифицируются по разным признакам. По режиму работы различают аппараты непрерывного и

периодического действия; по гидродинамическим призна­кам — цилиндрические, конические и фонтанирующие (рис. 65) [59].

Псевдоожиженный слой можно подогревать ожижаю­щим газом, который используется в качестве теплоагента (наиболее распространенный способ); перегревом распыли»- ваемого раствора; кондуктивно, через теплообменник в слое.

По принципу ведения процесса аппараты делятся на без - рецикловые и с подачей рецикла; по конструктивным приз­накам— на одно - и многокамерные. Раствор можно рас­пылять над слоем, подавать непосредственно в слой. Наи­более простой формой аппарата является цилиндрическая или прямоугольная, но при этом наблюдается большой унос из слоя, так как скорость газа по высоте аппарата одина­кова и при ожижении крупных фракций (№кр), для мелких будет составлять Wwn > W, mT.

?

Этот недостаток устранен в конических аппаратах, име­ющих увеличивающееся по высоте аппарата сечение, вслед­ствие чего скорость газа в верхних слоях меньше скорости в нижних слоях, что обеспечивает кипение полидисперсно - го материала.

Важнейшую роль в формировании гидродинамической обстановки внутри аппарата играет газораспределитель­ная решетка, от которой зависят характер и размеры об­разующихся каналов,, газовых пузырей и застойных зон в слое, т. е. качество псевдоожижения. Установлено [13], что формирование псевдоожиженного слоя, диспергирова­ние ожижающего агента и основные процессы тепломассо­обмена происходят в зоне, непосредственно прилегающей к решетке.

Известно много типов газораспределительных устройств, которые играют роль как опоры слоя и диспергатора ожижа­ющего газа, так и перераспределителей газового потока и отбойников, ограничивающих расширение слоя.

Решетки могут изготавливаться из пористой керамики, при этом размер зерен материала решетки должен состав­лять не более 1/10 диаметра псев­доожиженных частиц. Широко рас­пространены перфорированные решет­ки (рис. 66), живое сечение которых составляет от 5 до 30%. Решетки могут быть провальными и беспровальными.

Для устранения застойных зон между отверстиями решетки предло­жено газораспределительное устрой­ство в виде системы сопряженных конусов, модификациями которого являются сотовые решетки.

С целью создания активного гид­родинамического режима в слое в НИИхиммаш предложен аппарат

Рис. 67. Аппарат НИИхиммаша с комбини-
рованным вводом раствора:

/ — высокотемпературный теплоноситель; 2 — раст-
вор; S — воздух на распыление; 4 — воздух иа сепа-
рацию; 5 — воздух на ожижение.

(рис. 67), особенностью которого является образование зон локального фонтанирования, создаваемых введенными через решетку форсунками. При этом достигается интен­сификация движения и перемешивания частиц, а решетка предохраняется от налипания.

Активный гидродинамический режим создается также в аппарате (рис. 68), предназначенном для гранулирова­ния алюминатных растворов и пульп. Он состоит из фу­терованного корпуса 7, газо­хода 2, течки для подачи пы­ли (рецикла) 4 и форсунок 3, установленных вертикально [69]. Фонтанирующий слой создается горячими газами, поступающими в слой из кол­лектора, и турбулизуется струями форсунок.

Аппарат для гранулирова­ния растворов и пульп мине­ральных удобрений [66], раз­работанный в НИИУИФ, представляет собой сочета­ние цилиндрической распы­лительной камеры с кониче­ской камерой кипящего слоя (рис. 69). Раствор или пульпа подается пневматической фор­сункой с насадкой типа сопла Вентури в распылительную камеру, куда поступает вы­сокотемпературный теплоно­ситель в количестве 15—20% от общего расхода. В нижней части аппарата установлена беспровальная решетка с жи­вым сечением 5% и диаметром отверстий 5 мм. Площадь ее 0,5м2. В качестве теплоносителя используются топочные га­зы, разбавленные воздухом до 700—800° С, благодаря чему в зоне распыла удаляется 60—70% влаги. При гранулирова­нии 20—25% пульпы нитрофоски достигнута удельная про­изводительность 400—500 кг/м2 и по сухому продукту. Удель­ный расход тепла составил 5,2—7,6 МДж испаренной влаги.

Авторами работы [55] предложен аппарат для полу­чения гранулированного сульфата аммония из ненасы­щенного маточного раствора (рис. 70). Маточный рас­твор сульфата аммония подогревают до 80° С и впрыски­вают в аппарат. Днище аппарата выполнено в виде двой­ного усеченного конуса, разделенного по высоте на четыре зоны с наклонными ходами, по которым проходит горячий воздух. Для устранения возможности зависания или за-

липания конуса его образующие расположены под углом 60 °С. Наклонные ходы препятствуют уходу мелкого про­дукта в провал в процессе грануляции.

Ненасыщенный маточный раствор омывается горячим теплоносителем, вследствие чего образуются центры крис­таллизации, которые быстро растут в диаметре. Полу­ченные гранулы имеют округлую форму и достаточную прочность.

Промышленное применение гранулирования в псевдо­ожиженном слое. В современной технологии часто возни­кает необходимость получить из раствора или суспензии твердый продукт. До недавнего времени для этой цели при­меняли распылительную сушку, теперь все шире исполь­зуют аппараты, позволяющие получать продукт в грану­лированном виде.

По данным работы [2] в промышленных масштабах от­работано гранулирование таких продуктов, как свинцо-

вая пульпа С соотношением жидкие: твердые = 17:2, раствор ZnS04 (размер гранул 2—3 мм, производитель­ность установки 1 т/ч), пульпа Са (N03)2 ■ 4Н20 (произво­дительность 3,5 т/ч), растворы NH4N03, A1(N03)3 и т. п.

Сравнение технико-экономических показателей раз­личных сушилок для растворов выявляет преимущества аппаратов псевдоожиженного слоя. Обычно при разработ-

ке способа гранулирования какого-либо вещества созда - v ется установка, включающая в себя узлы подготовки рас­твора, подачи его в аппарат псевдоожиженного слоя, вен­тиляторы, подогреватели, циклоны и т. д. Во многих от­раслях химической промышленности (производство солей, органические продукты и др.) и цветной металлургии при­меняются аппараты и установки для гранулирования и сушки системы ВНИИГ[4] [25].

Гранулированный продукт из солевых растворов рань­ше получали в несколько стадий: выпарка, сгущение пуль­пы, грануляция в башнях. Замена многостадийного про­цесса на прямое обезвоживание в аппаратах КС позволила снизить капиталовложения и производственные расходы и улучшить качество продукта.

/

Отличительной особенностью способов ВНИИГ являет­ся использование теплоносителя с температурой, равной или превышающей температуру плавления или разложе­ния соли 700—750°С, а для более термостойких солей и руд­ных концентратов — 950—1200 °С. При этом температура слоя не превышает 100—180 °С. Высокие тепловые напряже­ния при гранулировании солей позволяют достигнуть съема вла­ги от 500—800 до 2500—3000 кг/ч о 1 м2 решетки, или 10—

15 т/(ч. м2) по сухому продукту. На рис. 71 изображена уста­новка для гранулирования про­изводительностью 100 т/ч. Аппа­рат представляет собой цилинд­рическую емкость, несколько расширяющуюся кверху. Плос­кая газораспределительная ре­шетка площадью 8 м2 выполнена из жароупорной стали с круг­лыми отверстиями диаметром 5 мм, живое сечение ее состав­ляет 6,5%. Аппарат работает при скорости газа в слое 1,6— 1,7 м/с; температуре воздуха 650° С; сопротивлении решетки и слоя 6 кЙа.

В работе [13J отмечается, что существенным недостатком гранулирования в односекцион­ных аппаратах непрерывного действия является образование гранул самых различ­ных размеров, что зачастую нежелательно. Для усред­нения размеров гранул применяют секционирование аппаратов с одновременной классификацией. На рис. 72 изображена установка, позволяющая получить монодис - персный гранулят [121. В каждой секции установки концен­трируются гранулы узких фракций, причем размер гранул нарастает от верхней секции к нижней. Усреднение гранул обеспечивается последовательно расположенными кони­ческими рабочими секциями.

Среди различных способов интенсификации процес­сов в кипящем слое особое место занимает наложение коле­баний на аппарат, отдельные его части или непосредствен­но на слой ожижаемого продукта.

Слой сыпучего материала может быть переведен в псев­доожиженное состояние без продува воздухом, только в результате наложения вибрационных возмущений. В этом случае первоначально уменьшается трение между части­цами слоя, происходит проскальзывание их относительно друг друга и в результате этого более плотная укладка слоя. При увеличении частоты и амплитуды (интенсивнос­ти) колебаний слой проходит узкую зону максимального уплотнения и переходит в состояние внброкипения, при ко­тором частицы периодически отрываются от вибрирующей поверхности и друг от друга. При этом значительно увели­чивается объем слоя, происходит интенсивное перемешива­ние материала.

Виброкипящий слой, продуваемый воздухом, называ­ют иногда аэровиброкипящим. В процессах гранулирова­ния, сопровождаемых высушиванием, используется, как правило, аэровиброкипящий слой, поэтому в дальнейшем под термином виброкипящий слой подразумевается аэро­виброкипящий слой сыпучего материала.

Свойство сыпучего материала переходить в псевдо­ожиженное состояние под действием наложенных вибраций обусловливает основные технологические преимущества аэровиброкипящего слоя. Как было показано в предыду­щем разделе, сыпучий материал переходит в псевдоожижен­ное состояние при продувке его газом в узком диапазоне скоростей потока газа, ограниченном критической скоро­стью псевдоожижения WKр и скоростью уноса частиц. С другой стороны, технологические условия осуществле­ния процесса могут накладывать свои требования на рас­ход газовой фазы, например, теплоносителя, не совпада­ющие с зоной существования устойчивого псевдоожижен­ного слоя.

Большие затруднения обычно возникают при переводе в псевдоожиженное состояние мелких порошков, особенно уклонных к агломерированию. Такие порошки часто во­обще не образуют устойчивого псевдоожиженного слоя, а сразу переходят в состояние поршневого кипения. При

/

псевдоожижении полидисперсных систем с большим диапазо­ном разброса фракций наблюдается, как ^правило, боль­шой унос мелких фракций. /

Все эти недостатки устраняются с применением вибро­кипящего слоя. Возможность перевеети сыпучие матери^ алы в псевдоожиженное состояние только наложением виб­рационных возмущений допускает варьирование скорос­тями газового потока в широких пределах от нуля до ско­ростей уноса частиц из слоя. При псевдоожижении поли­дисперсных систем скорость газа можно поддерживать меньшей, чем скорость уноса из слоя мелких фракций. В виброкипящем слое также хорошо псевдоожижаются и мелкие монодисперсные порошки, и порошки, склонные к агломерированию, чего не удается достичь в кипя­щем слое.

В виброкипящем слое скорости движения частиц от­носительно друг друга, обусловленные столкновениями частиц с вибрирующей поверхностью и взаимными столк­новениями частиц, значительно выше, чем в кипящем слое, и в большинстве случаев достаточные, чтобы при­вести к образованию агломератов. Это свойство, а также способность осуществить псевдоожижение полидисперс­ных систем с очень широким диапазоном фракций позво­ляют успешно использовать виброкипящие слои также для гранулирования порошков. Кроме того, это обстоя­тельство обусловливает более интенсивный тепломассо­обмен между твердыми частичками и газом, а также меж­ду слоем и поверхностями, введенными в слой, по сравне­нию с псевдоожиженным слоем.

Наложение направленных колебаний на слой позво­ляет получить равномерное движение виброкипящего слоя и создать аппараты, работающие в режиме вытеснения при энергичном перемешивании в поперечных сечениях аппа­рата. Это очень важно при организации процессов грану­лирования порошков с напрыскиванием связующих рас­творов и последующим высушиванием образовавшихся гранул.

В направленно движущемся виброкипящем слое раз­брос времени пребывания отдельных частиц в аппарате зна­чительно уже, чем в псевдоожиженном слое, при этом время пребывания отдельных частиц приближается к расчет­ному среднему времени пребывания. Это позволяет полу­чить конечный продукт с однородными свойствами. При

наложении вибраций на газораспределительную решетку - поддон устраняется налипание материала на решетку. На элементах решетки между отверстиями перфорации не образуется застойной зоны.

Интенсификация процесса в виброкнпящем слое поз­воляет уменьшать размеры аппаратов, сохраняя произ­водительность аппаратов псевдоожиженного слоя. Харак­тер и параметры вибрации определяют структуру вибро­кипящего слоя, скорость перемешивания и продвижения материала вдоль аппарата. Колебательные движения, на­кладываемые на слой (или аппарат), могут иметь различ­ный характер, но чаще всего используются гармоничес­кие колебания, описываемые уравнениями:

х = А ш2 cos р sin ш t; (193)

у = А ш8 sin р sin св /, (194)

где А — амплитуда колебаний; со — угловая частота виб­раций; р — угол между направлением вибрации и вибри­рующей поверхностью; t — время.

Гранулирование хорошо протекает при интенсивном перемешивании, т. е. в режиме виброкипения, характери­зующемся отрывом частиц от вибрирующей поверхности, описываемом уравнением

Я 2 __ g COS а

кр шкр sjn ’ sin jj *

где a — угол наклона вибрирующего лотка к горизонту.

Из этого выражения следует, что минимальное крити­ческое ускорение вибрации (^4кр со2кр), при котором про­изойдет отрыв частиц от горизонтальной поверхности, бу­дет при фазовых углах 90 и 360° С, т. е. при sin во/ = ± 1. В этом случае

А<р «кр/g = ± 1, (196)

где g — ускорение свободного падения.

Величину - обозначают через К — безразмерный

коэффициент, характеризующий режим работы, т. е. интен­сивность виброкипения. Значения К обычно располагаются в диапазоне 1, 2—5, при увеличении К уменьшается проч­ность и долговечность привода и самой установки.

/

Виброкипение материала можно интенсифицировать увеличением как частоты, так и амплитудьї колебаний, но частота свыше 50 Гц вызывает повышение шума и сни­жает надежность работы узлов установки [68]. Большие амплитуды колебаний требуют увеличения пусковых мо­ментов электродвигателей, громоздких вибраторов, повы­шенной прочности аппарата. Учитывая все эти факторы, частоту вибрации обычно выбирают в диапазоне 5—50 Гц.

Механизм гранулообразования в виброкипящем слое можно представить следующим образом. При соударении частицы порошков агрегируются и затем окатываются при перемещении вдоль аппарата. Если гранулируются жидкости (растворы, суспензии, пульпы) или производится напрыскивание на порошки, появляется стадия сушки, которая может осуществляться различными способами под­вода тепла: кондуктивным, конвективным, инфракрасными лучами, в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, а также комбинированными способами. При сушке в виб­рокипящем слое установлены три периода: прогрева, постоянной и падающей скорости сушки, характерные для процессов сушки при контакте высушиваемого матери­ала с газом-теплоносителем [9].

В. А. Членовым и Н. В. Михайловым [68] установлено, что для большой группы порошков, когда процесс сушки не лимитируется внутренним массообменом, переход от участка постоянной скорости сушки к периоду падающей наступает при сравнительно низкой влажности материала. Для сыпучих материалов, имеющих поверхностную вла­гу, когда внутренний подвод влаги к поверхности частиц не ограничивает интенсивность испарения, скорость суш­ки не зависит от начальной влажности материала. Правда, продолжительность периода прогрева увеличивается с по­вышением начальной влажности материала, но это уве­личение существенно не сказывается на продолжительнос­ти сушки, так как большую часть времени занимает период постоянной скорости сушки. С увеличением высоты вибро­кипящего слоя скорость сушки снижается. В противопо­ложность этому повышение температуры теплоносителя резко увеличивает скорость сушки.

С целью повышения качества сушки [68] подвод тепла осуществляется ступенчато с понижением температуры по мере перемещения материала, а параметры вибрации изменяются: амплитуда от 3 до 5мм, частота — от 25 до 15 Гц. Опыты показали, что увеличение частоты при неиз- менной амплитуде незначительно увеличивает интенсив­ность сушки. Существенно интенсифицируется сушка при увеличении амплитуды колебаний. Замечено, что наиболее сильно сказывается на скорости сушки повышение ам­плитуды выше I мм. Отсюда следует вывод, что в вибро­кипящем слое при кондуктивном подводе тепла к слою для повышения скорости сушки следует увеличивать в ос­новном не частоту, а амплитуду колебаний. В виброки­пящем слое при интенсивном перемешивании материала практически отсутствуют перепады влажности и темпера­туры по высоте слоя. Это свойство виброкипящего слоя поз­воляет, не допуская перегрева материала, применять бо­лее жесткие режимы сушки и тем самым значительно интен­сифицировать процесс гранулирования.

Сухие порошки хорошо гранулируются при введении в слой мелких комков из гранулируемого или другого материала. «Зародыши» грануляции образуются также при попадании в слой порошка капель жидкости. Наиболее эффективно образуются гранулы при круговой траектории колебательного движения аппарата.

В работе [571 описано гранулирование порошков вельц - окислов. На слой материала разбрызгивали воду. Продол­жительность процесса гранулирования от 36 до 65 с не сказывалась на гранулометрическом составе полученных гранул. Опыты показали, что производительность лотко­вого виброгранулятора равна 12 000 кг/(м2 ■ ч), в то же время производительность барабанного гранулятора со­ставляла 980 кг/(м2 • ч). Удельный расход электроэнергии при гранулировании в виброслое 1,5, а в барабанном — 5,3 кВт ч на 1000 кг полученных гранул; металлоемкость установки с виброкипящим слоем резко снижается, а проч­ность гранул повышается на 50%, Часто для повышения прочности гранул процесс проводят с применением различ­ных связующих: глины, оксинитрата и оксихлорида алю­миния и др.

Авторами работы [161 исследован процесс гранулиро­вания в виброкипящем слое синтетических адсорбентов — цеолитов. С целью повышения прочности гранул и ин­тенсификации процесса предложено проводить гранули­рование под действием вертикальных круговых вибрацион­ных колебаний. Как показали опыты, гранулы достигали наибольшей прочности и лучшей структуры при / = 50 Гц

/

и А = 4 мм. Оказалось, что прочность грану#, окатанных в виброгрануляторе, в 2—2,5 раза выше, чём полученных экструзионным методом. /

В работе[68] рассмотрен вопрос получения двухслой­ных гранул. Исходным материалом служили растворы пос­ле выщелачивания обожженного алунита с концентрацией по безводным квасцам 20%. В раствор вводили коксовую пыль, необходимую для последующей переработки квас­цов. Квасцово-коксовая пульпа подавалась на слой раз­брызгиванием. Исходные гранулы приготовлялись из то­го же материала. При таком ведении процесса при непре­рывной подаче пульпы гранулы увеличивались от 2—3 до 5—8 мм в диаметре. Положительное влияние на структуру вторичных пор и прочность гранул оказывало предвари­тельное виброперемешивание первичных гранул.

Гранулирование порошков в виброкипящем слое обыч­но осуществляется напрыскиванием растворов связующего или воды на псевдоожиженный слой порошка в виброгра­нуляторе. Образовавшиеся гранулы должны высушива­ться в аппарате до заданной конечной влажности W к в со­ответствии с техническими условиями на получаемый гра­нулят. Время сушки гранулята определяет необходимое время пребывания материала в виброгрануляторе и раз­меры аппарата.

В отдельных случах влагосодержание уменьшается не только в процессе сушки, но и в результате химического связывания влаги материалом, Образующим гранулу. Так, при гранулировании композиций синтетических мою­щих средств влагосодержание гранулированного продукта уменьшается вследствие сушки и связывания влаги с об­разованием кристаллогидратов. При расчете гранулятора должна приниматься скорость изменения влагосодержания материала, учитывающая оба механизма.

С точки зрения кинетики процесса время вибросушки при постоянной движущей силе является функцией началь­ной и конечной влажности обрабатываемого материала, а с точки зрения механической — функцией скорости дви­жения материала:

где И7„, WK — начальная и конечная влажность; N —ско­рость изменения влагосодержания материала; LK — длина
камеры виброгранулятора; V — скорость движения мате­риала. Величины W„h N определяются эксперименталь­но, WK задается техническими условиями или условиями дальнейших технологических операций (слеживаемость, фасуемость и т. д.).

Скорость и характер перемещения частиц материала зависит от параметров вибрационного воздействия, углов направления колебаний и наклона камеры, свойств мате­риала, высоты слоя, направления и скорости движения газа [8; 68]. Средняя скорость перемещейия материала по лотку со сплошным дном

V = (Ki ± Кг sin а) а ш cos р 1

где Ki и Кг — опытные коэффициенты, зависящие от физи­ко-механических свойств материала; а — угол наклона конвейера; а — амплитуда колебаний; со = яп/30 — кру­говая частота колебаний; п— число колебаний в минуту; Р — угол направления колебаний.

Значения коэффициентов Кх и Кг, найденные экспери­ментально для частиц влажностью 0,5—5% размером 0,1— 0,5 мм, соответственно равны 0,4—0,5 и 1,8—3, размером менее 0,1 мм — 0,2—0,5 и 2—5. Знаки «плюс» и «минус» в формуле относятся к случаям подачи материала соответст­венно вниз (на спуск) и вверх (на подъем). При горизон­тальном перемещении

099)

Характеристикой режима работы вибромашины служит безразмерный коэффициент режима

(200)

где Кы — динамический коэффициент машины, характе­ризующий соотношение максимального ускорения желоба конвейера и ускорения силы тяжести; Кк — коэффици­ент конструкции конвейера, учитывающий направление колебаний.

Анализируя зависимости (199) и (200), получаем

(201)

Установлено, что 1 < Г < 3,3. Учитывая, что аш2~

= Г2ШТИ = ' МОЖН° 3апИСаТЬ

VKtfagfVn^i. т

На основании теоретических и экспериментальных иссле­дований рекомендуется при частоте колебаний 1000 и бо­лее принимать угол направления колебаний р равным 25°, при частоте менее 1000 — 35°.

Уравнение (202), как указывалось, выведено для дви­жения материала по лотку со сплошным дном. Средняя скорость перемещения по лотку с перфорированным дном, обеспечивающим свободную или принудительную подачу газа под слой, будет в 2—3 раза больше. Подставляя зна­чение V из формулы (202) в уравнение (197), получим формулу для расчета длины сушильной камеры

и = Kl JL Ct g Р У7*=Х (203)

Полезная вместимость вибросушилки

P = Gt, (204)

где G — производительность сушилки.

Ширина сушильной камеры

где h — высота неподвижного слоя; у — насыпная масса материала.

Высота камеры

К = Ah + Т, (206)

где А — коэффициент турбулизации слоя, определяемый экспериментально (для пылевидных частиц А ^ 8...10); 7’=40...50 мм—величина, добавляемая из соображений оптимального уноса (определяется экспериментально для каждого материала). Полученные зависимости позволяют делать конструкторский расчет вибросушилки.

Перспективной представляется возможность исполь­зования виброкипящего слоя в получении гранулирован­ных синтетических моющих средств. Производство синте­тических моющих средств (СМС) — быстрорастущая отрасль химической технологии. В 1973 г. в СССР произведено бо­лее 600 тыс. т СМС, из них около 80% — распылительной сушкой (башенный способ). Данный процесс позволяет получать полые гранулы хорошего качества, быстро раство­ряющиеся в воде. Но распылительная сушка СМС облада­ет и рядом существенных недостатков, главными из которых являются большие удельные капиталовложения, частич­ное разложение некоторых компонентов, например трипо - лифосфата натрия, невозможность введения энзимов, пер - боратов и других термонеустойчивых компонентов.

В последние годы было предпринято несколько попыток сгранулировать композицию моющих средств в аппаратах псевдоожиженного слоя. Необходимо отметить, что СМС представляют собой сложную смесь различных компонен­тов органического и минерального происхождения и пере­вод такой системы в псевдоожиженное состояние весьма затруднен.

Группа исследователей установила ряд весьма важных закономерностей гранулирования СМС в кипящем слое. Одновременно было сделано сравнение процесса гранули­рования в псевдоожиженном слое с процессом получения СМС смешением в барабане [65]. Эксперимент проводил­ся со смесью следующего состава: сульфат натрия — 20%; триполифосфат натрия —20%; сода — 30—40%; карбок- симетилцеллюлоза — 2%; сульфонол сумгаитский (45%)— 20—30%.

В ходе опытов капля сульфонола помещалась в псев­доожиженный слой, а также погружалась в неподвиж­ный слой частиц. Затем взвешиванием на аналитических весах определялся прирост массы капель. Все опыты про­водились при комнатной температуре и влажности. Опреде­ляющими факторами при этом являются физико-механи­ческое взаимодействие капель с частицами, взаимные про­никновения (массоперенос компонентов), химическое взаимодействие, структуро - и формообразование частиц. Знание всех этих факторов очень важно для выбора пара­метров режима и расчета конструкции аппарата.

В результате исследований сделаны следующие выводы: на прирост массы капель рост начального диаметра капель оказывает обратное влияние, увеличение объемной кон­центрации частиц — прямое; перенос раствора в слое час­тиц является слабоинтенсивным процессом, что определяет неоднородность состава смесей, образованных в аппаратах барабанного типа; время завершения термохимических реакций при смесеобразовании существенно зависит от размеров объема смешения и может быть сведено к мини­муму (несколько секунд) при диспергировании смеси; при разработке конструкций аппаратов для смешения жидких и твердых компонентов в производстве СМС следует исхо­дить из возможности достижения быстрого (в течение не­скольких секунд) физико-механического взаимодействия ка­пель и частиц. Для типичных смесей СМС диаметр капель должен находиться в пределах 300—500 мкм.

На практике известно немного случаев применения ап­паратов псевдоожиженного слоя для производства грану­лированных СМС. В институте ГНИИХП разработана ус­тановка для производства гранулированных СМС, приме­няемых в прачечных, представляющая собой вертикальный аппарат высотой 7 м, в верхней части которого пневмати­ческими форсунками распыляется композиция СМС кон­центрацией 30—50%. Распыленные частицы падают вниз на псевдоожиженный слой гранул и высыхают на их по­верхности. В процессе сушки происходит дробление гра­нул, в результате чего образуются новые центры грануля­ции. Очевидно, из-за чрезмерного окатывания получаются плотные, медленно растворяющиеся гранулы, пригодные только для прачечных. В этой установке сочетаются про­цессы распылительной сушки и гранулирования в псевдо­ожиженном слое.

На Новомихайловском содовом заводе действует ус­тановка для сушки паст СМС (20—25% влаги) в аппарате псевдоожиженного слоя периодического действия. Паста СМС приготавливается в шнековом смесителе и загружа­ется в аппарат на слой гранул, после чего в течение 15— 20 мин сушится в псевдоожиженном слое. Образовавшийся гранулят полиднсперсного состава выгружается, сорти­руется, крупные куски размалываются. Гранулы размерами от 1 до 3 мм поступают на затаривание, более мелкие — воз­вращаются в аппарат. Аппараты псевдоожиженного слоя не получили широкого распространения в производстве СМС, что объясняется затруднениями, возникающими при переводе композиций СМС в псевдоожиженное состоя­ние. Многие компоненты моющих средств представляют собой плохосыпучие или липкие порошки, залегающие в аппарате или замазывающие воздухораспределительную решетку.

Авторы работы [5] исследовали гранулирование неко­торых композиций плохосыпучих материалов и сушку паст в аппарате со скругленным днищем шириной 0,3 м, длиной 2,5 м, на которое накладывалась круговая вибрация. Мате­риал не налипал на стенки аппарата, в результате получен продукт хорошего качества.

Во ВНИИХИМпроект (г. Киева) разработана опыт­но-промышленная установка виброкипящего слоя (рис. 73), которая предназначена для получения гранулированных моющих средств напылением жидких компонентов на поро­шкообразные в внброкипящем слое, создаваемом одновре­менным воздействием нагнетаемого воздуха и вибрации. Производительность установки — 800—1000 кг/ч по гото­вому продукту. Размеры гранул — 0,25—3 мм.

Установка состоит из систем подачи ожижающего воз­духа (вентилятор ВВД-5, калорифер, магистраль); вытяж­ки воздуха из гранулятора ВКС (вентилятор Ц4-70 № 5, магистраль, циклон); подачи жидких компонентов (реак­торы, вентили, магистрали); подачи сухих компонентов (транспортер, бункер); подачи сжатого воздуха на распыле­ние жидких компонентов в форсунках и наддува в напорных мерниках-реакторах (ресивер, гребенка, вентили, магист­рали); контроля технологических параметров; электро­питания установки.

Основным аппаратом установки является гранулятор ВКС — вибрирующий аппарат с тремя зонами подвода воз­духа. Гранулятор состоит из вибрирующей рамы 1, к ниж­ней части которой на кронштейне крепится дебалансный вибратор 7, на раме натянута перфорированная сталь­ная лента (б = 1 мм), играющая роль газораспределитель­ной решетки, и закреплен диффузор 2. Вибрирующая часть амортизаторами 5 опирается на 6 опор 8. Неподвижная часть установки состоит из конфузора 3 — пылеосадитель­ной камеры, соединяющейся с вибрирующей частью (диф­фузором) мягкой прокладкой. В конфузоре имеются люки с откидывающимися фиксируемыми крышками для обслужи­вания форсунок и чистки аппарата. Внутри конфузора рас­положена штанга 4, на которой крепятся пневматические форсунки. Жидкие компоненты подводятся к форсункам шлангами, пропущенными через верх конфузора, сжатый воздух подведен к магистрали, проложенной в конфузоре. Конфузор опирается на 4 опоры 9 и при необходимости мо­жет подниматься вверх. Аппарат имеет 3 зоны подвода ожижающего воздуха 6. Расход воздуха регулируется ши­берами по состоянию кипящего слоя и показаниям U-об - разных манометров. Высота псевдоожиженного слоя под­держивается шибером 10, регулируемым вручную.

Инициатором вибрации является дебалансный вибратор, приводимый в действие мотором (N =■ 2,8 кВт,) установлен­ным на фундаменте под аппаратом; амплитуда колебаний 1 мм, частота — 24 Гц. Габаритные размеры аппарата — 4230 х 2900 х 1500 мм. Длина перфорированной части — 2900 мм. Живое сечение решетки 5%.

На работающей установке контролируются температура жидких компонентов в напорных реакторах-мерниках; температура воздуха после калорифера, в трех зонах гра­нулятора под решеткой, на выходе из аппарата, в кипящем слое; давление в напорных реакторах-мерниках и ресивере (техническими манометрами); расход жидких компонентов (ротаметрами РС-5); перепад давления в трех зонах гранулятора (U-образными манометрами). Темпе­ратура измеряется термопарами и многоточечным потен­
циометром ЭПП-09. Испытания показали хорошую работоспособность гранулятора виброкипящего слоя, по­лучен продукт, вполне соответствующий требованиям технических условий на грану­лированные синтетические мою­щие порошки и не уступающий по качеству продукту, полу­ченному распылительной суш­кой (табл. 7).

Процесс гранулирования СМС в виброкипящем слое проте­кает постадийно, причем стадии соответствуют в основном трем зонам аппарата. В I зоне смеши­ваются сухие и жидкие компо­ненты и начинается агломериро­вание частиц, во II — агломери­рование завершается, в III — агломераты частично разруша­ются и начинается кристаллиза­ция гранул. На рис. 74 пред­ставлены результаты опреде­ления гранулометрического сос­тава в пробах, отобранных в трех зонах аппарата.

1.  

[1] = (S„ + SCK) К, (115) где S„, Sск — длины путей подъема и скатывания; К =

L

= т----- количество циклов; тогда

"ср

(116)

Экспериментальная проверка изложенного метода рас­чета осевой скорости перемещения материала и длины пу­ти, проходимого гранулами, подтвердила его правильность. На рис. 21 на кривых расчетных зависимостей W = /(со, К) и S = /(со, К) нанесены данные экспериментов с радио­активной гранулой [ 18]. Длина барабана составляла 1000 мм, диаметр — 310 мм, коэффициент заполнения — 19,5%.

[2] Vl + v

— коэффициент расхода, равный 0,1—0,9; <р — коэффици­ент скорости истечения, показывающий относительную величину потерь кинетической энергии; е—коэффициент сужения струи, характеризующий заполнение сопла.

Коэффициент расхода р можно определять как расчетным, так и экспериментальным путем. В пользу второго способа говорит зависимость р от перепада давлений Ар, от проти­водавления, температуры и свойств жидкости, а также от размеров сопла.

[3] Научно-исследовательский институт удобрений н инсектофунги­цидов.

[4] Всесоюзный научно-исследовательский институт галургии.