RU2232628C1

RU2232628C1 - Method of granulation of liquid material and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2232628C1
Application number: RU2003111844/12A
Authority: RU
Inventors: В.В. Калужников (RU); В.В. Калужников; Всеволод Иванович Склабинский (UA); Всеволод Иванович Склабинский; Александр Николаевич Кочергин (UA); Александр Николаевич Кочергин; Василий Борисович Модестов (UA); Василий Борисович Модестов; Николай Александрович Кочергин (UA); Николай Александрович Кочергин; Александр Николаевич Чернышев (UA); Александр Николаевич Чернышев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Лаборатория РМ НПО СОКБА
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: granulation of liquid materials.

SUBSTANCE: proposed method is based on spraying liquid material in opposing vortex axi-symmetrical ejecting flow of heat-transfer agent followed by cooling and crystallization at removal of fine fraction and subsequent return of this fraction in circular peripheral sliding-off layer into spouting layer of enlargement of granules and discharge of commercial fraction from working space. At outlet of peripheral circular layer, fine fraction is formed into isolated flow by means of ejecting gas flow and is directed to core of spouting layer. Device proposed for realization of this method has vertical taper housing provided with cover and additional open cone arranged concentrically inside it. Said open cone forms circular cavity together with housing; provision is also made for granule trap having inclined bottom with unloading chute, heat transfer agent supply branch pipe, axial swirler and heat transfer agent discharge branch pipe fitted in cover of housing, as well as branch pipe with sprayer for delivery of starting liquid material. It is provided with vertical branch pipe located coaxially relative to inner cone; upper shear of this branch pipe is located in working space of cone and lower shear is located in bottom portion of housing which is provided with gas flow supply branch pipe which is coaxial relative to vertical branch pipe. Heat transfer agent supply branch pipe is connected with granule trap.

EFFECT: enhanced efficiency at maximum yield of commercial homogeneous fraction; reduced losses of material with dust removal.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству гранулированного материала и может быть использовано в химической, пищевой и других областях промышленности.The invention relates to the production of granular material and can be used in chemical, food and other industries.

Из SU 1554958, МПК В 01 J 2 /16, 1990 известен способ гранулирования расплавов и растворов путем распыления жидкого материала во встречно-вихревом потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации продукта, укрупнения до заданного размера гранул и вывода их из процесса.From SU 1554958, IPC B 01 J 2/16, 1990, a method is known for granulating melts and solutions by spraying liquid material in a counter-vortex coolant flow, cooling and crystallizing the product, enlarging to a predetermined size of granules, and withdrawing them from the process.

Недостатком этого способа является то, что при возврате мелкой фракции в процесс происходит смешивание фракций различного гранулированного состава, и как результат, уменьшение окружных скоростей теплоносителя по высоте слоя, снижение интенсивности процесса тепломассообмена. Готовый продукт имеет неоднородный гранулометрический состав, что отрицательно отражается на его качестве.The disadvantage of this method is that when the fine fraction is returned to the process, the mixing of fractions of various granular composition occurs, and as a result, the peripheral coolant speeds decrease along the layer height, and the heat and mass transfer process decreases. The finished product has an inhomogeneous particle size distribution, which negatively affects its quality.

Этот способ осуществляется в устройстве, которое содержит вертикальный конический корпус, распылитель жидкого материала, крышку, патрубки подвода теплоносителя и отвода готового продукта в нижней части вертикального конического корпуса, патрубки подвода расплава и отвода теплоносителя в верхней части корпуса и завихритель потока теплоносителя.This method is carried out in a device that contains a vertical conical body, a spray of liquid material, a cover, nozzles for supplying coolant and outlet of the finished product in the lower part of the vertical conical body, nozzles for supplying melt and removal of coolant in the upper part of the body and a swirl of the coolant flow.

Недостатками этого устройства является смешивание гранул разнообразных фракций в результате уменьшения окружных скоростей теплоносителя по высоте устройства и отсутствие разделительных устройств в зоне классификации и сепарации. При этом готовый продукт получается неоднородным по гранулометрическому составу, что ухудшает его качество и снижает эффективность устройства.The disadvantages of this device is the mixing of granules of various fractions as a result of a decrease in peripheral coolant velocities along the height of the device and the absence of separation devices in the classification and separation zone. In this case, the finished product turns out to be heterogeneous in particle size distribution, which degrades its quality and reduces the efficiency of the device.

Наиболее близким аналогом к разработанному способу является способ гранулирования жидкого материала, включающий распыление исходного материала в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждение и кристаллизация материала, классификацию последнего с отводом мелкой фракции и последующий возврат в сползающем кольцевом слое в фонтанирующий слой материала.The closest analogue to the developed method is a method of granulating a liquid material, including spraying the starting material in the working volume in a counter-vortex axisymmetric ejector flow of the coolant, cooling and crystallizing the material, classifying the latter with the removal of the fine fraction and subsequent returning in the sliding ring layer to the flowing layer of material .

После укрупнения гранул до заданной величины они выводятся из процесса (UA патент №46560, В 01 J 2/16, 2002 г).After enlarging the granules to a predetermined value, they are removed from the process (UA patent No. 46560, 01 J 2/16, 2002).

Однако в известном способе при возврате мелких гранул в фонтанирующий слой происходит пересечение потоков с разным гранулометрическим составом. Особенно это отрицательно сказывается в зоне отвода готового продукта. При этом снижается степень монодисперсности готового продукта, так как происходит смешивание разноразмерных гранул, готовый продукт получается неоднородным по гранулометрическому составу, что ухудшает его качество.However, in the known method, when small granules are returned to the flowing layer, the flows intersect with different particle size distribution. This is especially negative in the area of the finished product. At the same time, the degree of monodispersity of the finished product is reduced, since different-sized granules are mixed, the finished product turns out to be heterogeneous in particle size distribution, which affects its quality.

Наиболее близким аналогом к разработанному устройству для гранулирования жидкого материала по конструкции и достигаемому результату является устройство, известное из UA 46560, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость. В нижнюю часть конуса встроен кольцевой уловитель гранул, соединенный с перфорированной воронкой с разгрузочным патрубком. Устройство снабжено патрубком с осевым завихрителем для подачи теплоносителя и патрубком с распылителем для подачи жидкого материала. Однако при работе в устройстве наблюдается пересечение и смешение потоков мелкой и крупной фракций гранул, так как мелкая фракция эжектируется из кольцевой полости в рабочий объем дополнительного конуса, а крупная фракция гранул движется под действием сил тяжести из рабочего объема дополнительного конуса к устройству отвода готового продукта, прижимаясь под действием вихревого потока теплоносителя к внутренней стенке дополнительного конуса. При этом мелкая фракция также под действием вихревого потока теплоносителя вращается у внутренней стенки дополнительного конуса, что ухудшает условия напыления на него жидкого материала, замедляет рост гранул. Гранулометрической состав крупной фракции получается неоднородный, что снижает эффективность работы устройства.The closest analogue to the developed device for granulating liquid material by design and the achieved result is the device known from UA 46560, containing a vertical conical body with a lid and an additional open cone concentrically placed inside it, forming an annular cavity with the body. An annular pellet trap is integrated in the lower part of the cone, connected to a perforated funnel with a discharge pipe. The device is equipped with a nozzle with an axial swirl for supplying coolant and a nozzle with a spray for supplying liquid material. However, when working in the device, intersection and mixing of flows of small and large fractions of granules is observed, since the small fraction is ejected from the annular cavity into the working volume of the additional cone, and the large fraction of granules moves under the action of gravity from the working volume of the additional cone to the outlet of the finished product, snuggling under the influence of a vortex coolant flow to the inner wall of the additional cone. At the same time, the fine fraction also rotates at the inner wall of the additional cone under the influence of the vortex of the coolant, which worsens the conditions for spraying liquid material on it and slows down the growth of granules. The granulometric composition of the large fraction is heterogeneous, which reduces the efficiency of the device.

Задачей изобретения является повышение качества готового продукта за счет выравнивания его гранулометрического состава, т.е. стабилизация однородности фракционного состава продукта, достигаемого рациональной динамикой движения потока частиц материала.The objective of the invention is to improve the quality of the finished product due to the alignment of its particle size distribution, i.e. stabilization of the homogeneity of the fractional composition of the product, achieved by the rational dynamics of the movement of the flow of particles of the material.

Поставленная задача в части способа достигается тем, что в способе гранулирования жидкого материала путем его распыления в рабочем объеме во встречно-вихревом осесимметричном эжектирующем потоке теплоносителя, охлаждения и кристаллизации материала, классификации с отводом мелкой фракции с последующим возвратом в сползающем периферийном кольцевом слое в фонтанирующий слой материала, согласно изобретению на выходе из периферийного кольцевого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток и посредством эжектирующего газового потока направляют в ядро фонтанирующего слоя материала.The task in terms of the method is achieved by the fact that in the method of granulating a liquid material by spraying it in a working volume in a counter-vortex axisymmetric ejection flow of a coolant, cooling and crystallizing the material, classifying with removal of the fine fraction and then returning it to the sliding peripheral ring layer into the flowing layer of the material according to the invention, at the exit from the peripheral annular layer, a fine fraction is formed into an isolated stream and by means of an ejection gas current is sent to the core material spouted bed.

При осуществлении способа осесимметричный поток теплоносителя завихряют и подают навстречу жидкому материалу, который распыляют в рабочем объеме. На образующиеся мелкие гранулы напыляется слой жидкого материала и гранулы укрупняются. В процессе охлаждения гранулы кристаллизуются и классифицируются в потоке теплоносителя. Товарную фракцию выводят из процесса, а мелкую возвращают в рабочий объем в периферийном сползающем кольцевом слое. На выходе из этого слоя мелкую фракцию формируют в изолированный поток. Затем поток мелкой фракции эжектирующим газовым потоком направляют в ядро фонтанирующего слоя материала.When implementing the method, the axisymmetric flow of the coolant is swirled and fed towards the liquid material, which is sprayed in the working volume. A layer of liquid material is sprayed onto the resulting small granules and the granules are enlarged. In the process of cooling, the granules crystallize and are classified in the coolant stream. The commercial fraction is removed from the process, and the small fraction is returned to the working volume in the peripheral sliding annular layer. At the exit from this layer, a fine fraction is formed into an isolated stream. Then, the fine fraction stream is ejected by a gas stream to the core of the gushing layer of material.

Возврат мелкой фракции предложенным способом в рабочий объем позволяет предотвратить пересечение потоков мелкой фракции, которая движется под действием газового потока снизу вверх, и крупной фракции гранул, которая движется под действием сил тяжести и вихревого потока теплоносителя сверху вниз к выводу гранул. Отбор товарной фракции осуществляется за счет приобретения неодинаковыми по размерам гранулами различного центробежного ускорения в результате действия окружных скоростей осесимметричного потока теплоносителя, а также за счет местного уменьшения осевой составляющей скорости потока теплоносителя.The return of the fine fraction by the proposed method into the working volume helps to prevent the intersection of the flows of the fine fraction, which moves under the action of the gas flow from bottom to top, and the large fraction of granules, which moves under the influence of gravity and the vortex coolant flow from top to bottom, to the output of the granules. The selection of the product fraction is carried out due to the acquisition of different centrifugal acceleration granules of different sizes as a result of the action of circumferential speeds of the axisymmetric flow of the coolant, as well as due to local reduction of the axial component of the flow rate of the coolant.

Мелкие гранулы под действием потока теплоносителя движутся вверх за счет преимущества осевой составляющей скорости над окружной по спиралеподобной траектории. В верхней части рабочего объема на них напыляется дополнительная масса жидкого исходного материала. Масса гранул увеличивается. Мелкая фракция в зоне резкого расширения фонтанирующего потока изменяет траекторию движения за счет приобретения гранулами центробежного ускорения и снижения осевой составляющей скорости потока. В результате потоки крупной и мелкой фракции гранул не пересекаются, что позволяет улучшить условия напыления жидкого материала на гранулы мелкой фракции и ускорить их рост и увеличить однородность гранулометрического состава материала.Small granules move upward due to the flow of coolant due to the advantage of the axial component of speed over the circumferential along a spiral-like path. In the upper part of the working volume, an additional mass of liquid source material is sprayed on them. The mass of granules increases. The fine fraction in the zone of sharp expansion of the gushing flow changes the trajectory of movement due to the acquisition of centrifugal acceleration by the granules and a decrease in the axial component of the flow velocity. As a result, the flows of the coarse and fine fractions of the granules do not intersect, which makes it possible to improve the conditions for spraying liquid material onto the granules of the fine fraction and accelerate their growth and increase the uniformity of the particle size distribution of the material.

Поставленная задача в части устройства достигается тем, что устройство, содержащее вертикальный конический корпус с крышкой и концентрично размещенный внутри него дополнительный открытый конус, образующий с корпусом кольцевую полость, встроенный в нижнюю часть дополнительного корпуса кольцевой уловитель гранул, имеющий наклонное днище с разгрузочной течкой, патрубок для подачи теплоносителя, осевой завихритель и патрубок в крышке корпуса для отвода теплоносителя, а также патрубок с распылителем для подачи жидкого материала, согласно изобретению снабжено расположенным соосно с внутренним конусом вертикальным патрубком, верхней срез которого размещен в рабочем пространстве конуса, а нижний - в донной части корпуса, которая снабжена патрубком подачи газового потока, соосным с вертикальным патрубком, при этом патрубок подачи теплоносителя соединен с уловителем гранул.The task in part of the device is achieved in that the device containing a vertical conical body with a lid and an additional open cone concentrically placed inside it, forming an annular cavity with the body, an annular pellet trap built into the lower part of the additional body, having an inclined bottom with a discharge chute, a pipe for supplying the coolant, an axial swirler and a nozzle in the housing cover for removing the coolant, as well as a nozzle with a spray for supplying liquid material, agree invention provided disposed coaxially with the inner cone vertical pipe, the upper section of which is placed in the working space of the cone, and the bottom - in the bottom of the housing, which nozzle is provided with feed gas stream coaxial with a vertical pipe, the coolant supply pipe is connected to the catcher granules.

На чертеже изображена схема устройства для грануляции жидкого материала: расплавов, растворов.The drawing shows a diagram of a device for granulating a liquid material: melts, solutions.

Устройство содержит вертикальный конический корпус 1 с крышкой 2 и размещенный внутри корпуса 1 концентрично ему дополнительный открытый конус 3. Последний образует с корпусом 1 кольцевую полость 4. Кольцевой уловитель 5 крупной фракции материала выполнен с наклонным днищем 6, имеющим разгрузочную течку 7. Подачу теплоносителя осуществляют через патрубок 8, соединенный с уловителем 5 гранул.The device comprises a vertical conical housing 1 with a cover 2 and an additional open cone 3 arranged concentrically inside the housing 1. The latter forms an annular cavity 4 with the housing 1. The annular collector 5 of a large fraction of the material is made with an inclined bottom 6 having a discharge chute 7. The heat carrier is supplied. through a pipe 8 connected to a trap 5 granules.

Далее теплоноситель направляют в осевой завихритель 9. Отвод отработанного теплоносителя осуществляют через патрубок 10 в крышке 2 корпуса 1.Next, the coolant is sent to the axial swirler 9. The exhaust heat transfer is carried out through the pipe 10 in the cover 2 of the housing 1.

Подачу жидкого исходного материала производят по патрубку 11 с распылителем 12. Устройство снабжено вертикальным патрубком 13, расположенным соосно с внутреннем конусом 3. Верхний срез 14 патрубка 13 размещен в рабочем пространстве конуса 3, а нижний срез 15 - в донной части корпуса 1.The supply of liquid source material is carried out through a pipe 11 with a spray 12. The device is equipped with a vertical pipe 13 located coaxially with the inner cone 3. The upper cut 14 of the pipe 13 is located in the working space of the cone 3, and the lower cut 15 in the bottom of the housing 1.

Для возврата мелкой фракции материала служит патрубок 13. Газовый поток подают через патрубок 16, соосный с вертикальным патрубком 13.To return the small fraction of the material is the pipe 13. The gas stream is fed through the pipe 16, coaxial with the vertical pipe 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В устройство через патрубок 8, соединенный с уловителем 5, подводится теплоноситель, который подходит к завихрителю 9 и закручивается вокруг вертикальной оси. Вихревой осесимметричный поток теплоносителя движется вверх по конусу 3 навстречу материалу В этот поток через патрубок 11 и распылитель 12 вводят расплав. Капли расплава контактируют с восходящим потоком теплоносителя, охлаждаются и кристаллизуются. Затем они попадают на внутреннюю поверхность конуса 3. Частицы мелкой фракции увлекаются потоком теплоносителя вверх, достигают края конуса 3 и направляются в кольцевую полость 4 между конусом 3 и корпусом 1, опускаются вниз. В донной части корпуса 1 они попадают в зону разрежения, возникающую вокруг струи газового потока, входящего через патрубок 16, всасываются этой струей и через нижний срез 15 вертикального патрубка 13, перемещаясь по его полости, выбрасываются через верхний срез 14 в центральную часть рабочего пространства конуса 3. Частицы расплава, попадающие на поверхность мелких гранул, кристаллизуются, при этом размер гранул увеличивается Если он достигает заданной величины, то гранулы опускаются вниз по поверхности конуса 3.The coolant is supplied to the device through a pipe 8 connected to a trap 5, which approaches the swirler 9 and twists around a vertical axis. An axisymmetric vortex coolant flow moves upward along the cone 3 towards the material. A melt is introduced into this flow through the pipe 11 and the atomizer 12. Drops of the melt are in contact with the upward flow of the coolant, cooled and crystallized. Then they fall on the inner surface of the cone 3. Particles of the fine fraction are carried away by the heat carrier flow up, reach the edge of the cone 3 and are sent to the annular cavity 4 between the cone 3 and the housing 1, and are lowered down. In the bottom of the housing 1, they fall into the rarefaction zone that occurs around the jet of gas flow entering through the pipe 16, is sucked by this jet and through the lower cut 15 of the vertical pipe 13, moving along its cavity, are ejected through the upper cut 14 into the central part of the cone working space 3. The melt particles that fall on the surface of small granules crystallize, while the size of the granules increases. If it reaches a predetermined value, then the granules fall down along the surface of the cone 3.

Теплоноситель, освобожденный от мелкой фракции, удаляется из корпуса 1 через патрубок 10 в крышке 2.The coolant freed from the fine fraction is removed from the housing 1 through the pipe 10 in the cover 2.

Крупная товарная фракция материала через завихритель 9 выгружается из кольцевого уловителя 5 и по наклонному днищу 6 направляется в разгрузочную течку 7.A large commercial fraction of the material through the swirler 9 is discharged from the annular trap 5 and along the inclined bottom 6 is sent to the discharge chute 7.

Пример. Способ осуществляли в устройстве, показанном на чертеже. В аппарат через патрубок 8 подавали вихревой встречно-направленный осесимметричный поток теплоносителя с температурой 90°С. Расход последнего составляли 6500 м³/ч или 10 м/с на свободную площадь наименьшего сечения фонтанирующего слоя. Навстречу потоку теплоносителя через распылитель 12 подавали расплав аммиачной селитры в количестве 500 кг/ч. Мелкие гранулы, образующиеся в фонтанирующем слое, из открытого конуса 3 выносятся восходящим потоком теплоносителя в кольцевую полость 4 между корпусом 1 и открытым конусом 3. После классификации поток мелких гранул направляли эжектирующим потоком, подаваемым по патрубку 16 в количестве 1500 м³/ч с температурой 50°С в патрубок 13, что создавало изолированный поток мелких гранул и их возврат на укрупнение в ядро фонтанирующего слоя. За счет эффекта рециркуляции гранул и их классификации монодисперсность материала увеличивалась. Товарный продукт имел преимущественно гранулы размером 3,7±0,3мм, что составляло 64% их содержания в готовом продукте.Example. The method was carried out in the device shown in the drawing. A vortex antidirectional axisymmetric flow of a coolant with a temperature of 90 ° C was fed into the apparatus through pipe 8. The flow rate of the latter was 6500 m ³ / h or 10 m / s for the free area of the smallest section of the gushing layer. Towards the flow of the heat carrier through the atomizer 12, a melt of ammonium nitrate was fed in an amount of 500 kg / h. Small granules formed in the gushing layer from the open cone 3 are carried out by an upward flow of coolant into the annular cavity 4 between the housing 1 and the open cone 3. After classification, the flow of small granules was directed by an ejection flow supplied through the pipe 16 in an amount of 1500 m ³ / h with temperature 50 ° C into the nozzle 13, which created an isolated flow of small granules and their return to enlargement into the core of the gushing layer. Due to the effect of recirculation of granules and their classification, the monodispersity of the material increased. The commercial product mainly had granules of size 3.7 ± 0.3 mm, which was 64% of their content in the finished product.

Таким образом, изобретение позволяет увеличить эффективность гранулирования жидкого материала, обеспечивая максимальный выход товарной фракции однородного гранулометрического состава за счет возврата мелкой фракции через вертикальный патрубок непосредственно в зону распыления жидкого материала, кристаллизации жидкого материала на поверхности частиц мелкой фракции, снижения потерь материала в результате пылеуноса.Thus, the invention allows to increase the efficiency of granulation of a liquid material, ensuring maximum yield of a commodity fraction of a uniform particle size distribution by returning a small fraction through a vertical pipe directly to the spray zone of liquid material, crystallizing liquid material on the surface of the fine particles, and reducing material loss due to dust extraction.

Claims

1. A method of granulating a liquid material by spraying it in a working volume in a counter-vortex axisymmetric ejector flow of coolant, cooling and crystallization, with the removal of the fine fraction and the subsequent return in the sliding peripheral ring layer to the gushing layer of material to enlarge the granules and withdraw the commodity fraction from the working fraction volume, characterized in that at the exit from the peripheral annular layer a fine fraction is formed into an isolated stream and through the ejected gas stream I direct spouted into the core material layer.

2. A device for granulating a liquid material, comprising a vertical conical body with a lid and an additional open cone concentrically placed inside it, forming an annular cavity with the body, an annular pellet collector having an inclined bottom with a discharge chute built into the lower part of the additional cone, a nozzle for supplying coolant , an axial swirler and a nozzle for the removal of coolant in the housing cover, as well as a nozzle with a spray for feeding liquid material, characterized in that it is equipped with a vertical nozzle arranged coaxially with the inner cone, the upper slice of which is located in the working space of the cone, and the lower one - in the bottom of the body, which is equipped with a gas flow nozzle coaxial with the vertical nozzle, while the coolant supply nozzle is connected to the pellet trap.