UA110403C2 - Спосіб гранулювання рідкого матеріалу та пристрій для його здійснення - Google Patents

Abstract

Винахід належить до спосіб гранулювання рідкого матеріалу та пристрій для його здійснення. Застосовуються в хімічній, харчовій, гірничодобувній та інших галузях промисловості для отримання гранульованого матеріалу. Вводять висхідний потік теплоносія в нижню частину додаткового корпусу, зверху розпилюють рідкий матеріал у робочий об'єм додаткового корпусу, при охолодженні і кристалізації матеріалу утворюється твердий поверхневий шар на гранулі, гранули з утвореним твердим поверхневим шаром відводяться до міжкорпусної кільцевої порожнини, куди вводиться вихровий потік теплоносія для вторинного контакту з гранулами, в об'ємі гранул завершується процес охолодження і кристалізації розплаву і вони відводяться для подальшого застосування її як товарний продукт. Пристрій, містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий корпус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини, патрубки для подачі і відводу теплоносія в пристрій, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузлом розпилення, тангенціальний патрубок для подачі теплоносія і створення його вихрового руху в міжкорпусній кільцевій порожнині, який розташований на корпусі пристрою, верхня частина внутрішнього корпусу виконана у вигляді циліндру, а нижня конічна частина внутрішнього корпусу додатково облаштована патрубком для подачі висхідного потоку теплоносія. Крім того у внутрішньому корпусі та основному корпусі пристрою додатково встановлені патрубки для відведення крапель зі сформованим поверхневим шаром та готового продукту відповідно. Технічний

Description

Технічний результат: забезпечується збільшення ступеню монодисперсності гранул, що покращує його якість. п. 5 т. й

Й в. що оч ФЕТА а Ку

МІ хв

У плити» Ко ГУ

Винахід належить до виробництва гранульованого матеріалу та може бути використано в хімічній, харчовій гірничодобувній та інших галузях промисловості.

Відомий спосіб гранулювання розплавів та розчинів шляхом розпилу рідкого матеріалу у зустрічному вихровому потоці теплоносія, охолодження та кристалізації продукту, збільшення до заданого розміру гранул та їх виводу див. авторське свідоцтво СРСР Мо1554958, МПК вотуг2г/16, 1990).

Недоліком цього способу є те, що процеси створення сферичної форми поверхні краплі після розпилення та кристалізації її поверхневого шару відбуваються без відокремлення їх в просторі. В разі здійснення гранулювання за вказаним способом ці процеси для окремої краплі відбуваються послідовно, а для множини крапель вони можуть співпадати в часі. Крім того, під дією зустрічного вихрового потоку теплоносія рух краплі після розпилення та після кристалізації поверхневого шару відрізняються за траєкторією. Це призводить до перетинання траєкторій руху крапель з різними фізико-хімічними властивостями подальшим їх зіткненням. Краплі зі створеним поверхневим шаром та краплі після розпилювача, зіштовхуючись між собою, втрачають сферичну форму та агломеруються. Агломерат гранул має неправильну форму, кристалізується за довший від необхідного час та не відповідає за фракційним складом товарній фракції. Таким чином, співпадіння в часі та просторі процесів формування сферичної форми краплі та поверхневого шару на ній стає причиною погіршення якості гранул.

Відомий пристрій для гранулювання плавів та розчинів, що містить вертикальний конічний корпус, розпилювач рідкого матеріалу, кришку, патрубки підводу теплоносія та відводу готового продукту у нижній частині вертикального конічного корпусу, патрубки підводу плаву і відводу теплоносія у верхній частині корпусу а також завихрювач потоку теплоносія |див. авторське свідоцтво СРСР Мо1554958, МПК ВО1.2/16, 19901.

Недоліком цього пристрою є те, що процес розпилення, створення сферичної форми краплі і кристалізація її поверхневого шару відбувається в одній порожнині. Неможливість відокремлення зони формування сферичної форми краплі від зони кристалізації поверхневого її шару негативно впливає на процес утворення правильної сферичної поверхні гранул; таким чином апарат працює в режимі ідеального змішування. Внаслідок деформації поверхні збільшується час кристалізації зовнішніх шарів і викривлюється форма готових гранул, що

Зо призводить до зниження якості готового продукту.

Найбільш близьким до розробленого способу є спосіб гранулювання, що включає розпилення плаву у зустрічному вихровому вісесиметричному потоці теплоносія, охолодження і кристалізацію матеріалу на поверхні гранул з одночасним утворенням центрів кристалізації для подальшого гранулоутворення, класифікацію гранул на товарну і дрібну фракції та відвід

З5 дрібної фракції з нього |див. патент України Ме82754 7МПК В 01 .) 2/16, 20081.

Недоліком способу є те, що перетинання траєкторій гранул в апараті змінює його гідродинамічний режим, що супроводжується утворенням локальних зон застою, внаслідок чого збільшується гідравлічний опір, що призводить до агломерації гранул і погіршення якості готового продукту.

Після вильоту з розпилювача краплі одразу попадають в зону дії зустрічного вихрового потоку теплоносія. Нерівномірність силового впливу на різні частини краплі, яка виникає під дією колової складової швидкості вихрового потоку теплоносія, викликає зміну форми її поверхні, а також змінює траєкторію її руху, що призводить до зіткнення з іншими краплями. В результаті цього виникають локальні зони швидкого падіння крапель, що зменшує час їх перебування в апараті, внаслідок чого краплі не встигають повністю кристалізуватись.

Найбільш близьким до розробленого пристрою є пристрій, що містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий конус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини, патрубки для подачі і відводу теплоносія в пристрій, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузлом розпилення, патрубок для подачі газового потоку та вихровий

Газорозподільний вузол |див. патент України Мео82754 7МПК В 01 у 2/16, 20081.

Недоліками пристрою є те, що конструкція апарату передбачає вихровий рух гранул у всьому робочому об'ємі одразу ж після розпилення. На початковому етапі формування сферичної гранули інтенсивний вихровий потік перешкоджає утворенню правильної її форми.

Після вильоту з пристрою для розпилення крапля починає приймати сферичну форму, яка характеризується рівністю напружень від дії зовнішніх сил на кожній елементарній площі її поверхні. Дія колової складової швидкості вихрового потоку теплоносія порушує цей процес формоутворення. Крім того, дія колової складової швидкості вихрового потоку теплоносія призводить до викривлення поверхні гранули внаслідок відсутності балансу сил, що діють на бо гранулу та залишають її у зваженому стані в об'ємі пристрою.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу гранулювання рідкого матеріалу шляхом диференційного підходу до кожного з етапів гранулювання. Виділяючи етапи розпилення, формування, кристалізації та охолодження для кожного з них створюються відповідні сприятливі гідродинамічні умови. Забезпечується режим роботи ідеального витіснення при формуванні та первинній кристалізації, і режим роботи ідеального змішування при охолодженні гранул. Це дозволяє інтенсифікувати процес відведення теплоти, зменшити уніс пиловидної фракції разом з холодним теплоносієм, збільшити ступінь монодисперсності гранулометричного складу готового продукту.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для гранулювання рідкого матеріалу шляхом зміни конструктивних елементів пристрою, що покращує ефективність утворення сферичної форми, кристалізації та охолодження гранул, інтенсифікує процес гранулоутворення, підвищуючи якість цільового продукту.

Поставлена задача досягається тим, що у способі гранулювання, який включає розпилення рідкого матеріалу у потоці теплоносія, охолодження і кристалізацію матеріалу на поверхні гранул з одночасним утворенням центрів кристалізації для подальшого гранулоутворення, згідно винаходу, розпилення рідкого матеріалу здійснюють у висхідному потоці теплоносія, який рухається в ламінарному режимі, і після кристалізації матеріалу потік гранул направляють для вторинного контакту з вихровим вісесиметричним потоком теплоносія, з подальшим їх охолодженням і кристалізацією та з одержанням готового товарного продукту.

Поставлена задача вирішується також тим, що у відомому пристрої для гранулювання рідкого матеріалу, що містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий корпус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузлом розпилення та патрубки для подачі і відводу теплоносія в пристрій, згідно винаходу, пристрій додатково оснащений патрубком для відведення гранул після первинного контакту з потоком теплоносія в додатковому корпусі у міжкорпусну кільцеву порожнину, розташованим в нижньому перерізі нижньої частини додаткового корпусу, тангенціальним патрубком для подачі теплоносія у міжкорпусну кільцеву порожнину, який розташований в нижній частині основного вертикального корпусу, патрубком для відведення теплоносія з кільцевої порожнини,

Зо розташованим співвісно з основним вертикальним корпусом та патрубком відведення гранул готового продукту, розташованим у верхній частині основного вертикального корпусу, при цьому кришка основного вертикального корпусу виконана плоскою, а додатковий корпус складається з верхньої циліндричної частини, на якій закріплена конічна кришка, та нижньої конічної частини, яка додатково обладнана патрубком для подачі висхідного потоку теплоносія.

Спосіб гранулювання в потоці теплоносія з різною організацією руху дозволяє створити найбільш сприятливі умови для утворення якісного продукту, за рахунок на різного комплексу сил, які діють на краплю (у висхідному потоці теплоносія - сил тяжіння та аеродинамічного опору краплі газовому потоку, у вихровому потоці теплоносія - сил тяжіння, аеродинамічного опору краплі газовому потоку та відцентрової сили). Максимальне зменшення впливу випадкових збурень на краплі в момент її вильоту дозволяє отримати гранули правильної сферичної форми, зменшення сил аеродинамічного опору краплі газовому потоку дозволяє зменшити деформацію поверхні, мінімальна швидкість руху теплоносія у внутрішньому корпусі також сприяє процесу одержання монодисперсних гранул правильної форми; швидкість руху висхідного потоку теплоносія достатня, щоб перевести гранули у зважений стан та не досягти критичного значення, при якому спостерігається руйнування гранули та унесення її потоком теплоносія (порушення балансу між силами аеродинамічного опору краплі газовому потоку, поверхневого натягу в краплі і сили тертя, яка виникає на межі контакту краплі з потоком теплоносія. В міжкорпусній кільцевій порожнині процеси кристалізації та охолодження відбуваються інтенсивніше за рахунок збільшення швидкості відведення теплоти з гранул в результаті вихрового режиму руху теплоносія під дією градієнту колової швидкості та відцентрової сили. Враховуючи те, що в цей момент на поверхні краплі вже сформовано тверду оболонку, підвищення інтенсивності руху теплоносія та його спіралеподібний рух не чинять вплив на форму гранул товарної фракції. Така оптимізація способу і пристрою грануляції дозволяє значно зменшити габарити обладнання, енерговитрати на проведення процесу, збільшити ступінь монодисперсність гранулометричного складу отримуваного продукту.

Формування завершеної кристалічної структури гранули відбувається за рахунок збільшення інтенсивності процесу тепломасообміну з потоком теплоносія; внаслідок дії вихрового потоку теплоносія в міжкорпусній кільцевій порожнині пристрою швидкість руху фаз зростає, що сприяє швидкому відведенню теплоти і вологи з поверхні гранул, внаслідок чого час перебування гранул в апараті зменшується, що дозволяє зменшити такі дестабілізуючі фактори як тертя гранул по внутрішній поверхні апарата і між собою.

Встановлення патрубку для відведення гранул після первинного контакту з потоком теплоносія в нижньому перерізі нижньої частини додаткового корпусу дозволяє створити сприятливі умови для переходу гранул з зони дії висхідного потоку теплоносія до зони його вихрового руху. Наявність цього патрубку та вказане місце його розташування в пристрої дозволяє збільшити довжину траєкторії руху гранул за рахунок їх втягування в спіралеподібний рух під дією вихрового потоку теплоносія одразу після введення його в пристрій, що дає можливість подовження часу перебування гранул та повному завершенню процесів охолодження і кристалізації.

При встановлені додаткового тангенціального патрубку в нижній частині основного корпусу для подачі теплоносія до міжкорпусної кільцевої порожнини, що відокремлений від основного потоку теплоносія, що надходить до робочого об'єму пристрою, з'являється можливість регулювання технологічних параметрів теплоносія стосовно до широкого діапазону навантажень по фазах без впливу на протікання процесу гранулоутворення у основному корпусі пристрою; це забезпечує стабільність розміру гранул, і, як наслідок, однорідний гранулометричний склад готового продукту.

Виконання верхньої частини внутрішнього корпусу у вигляді циліндра і наявність в нижній конічній частині внутрішнього корпусу патрубку для подачі висхідного потоку теплоносія забезпечує вільне падіння розплаву у зустрічному потоці теплоносія в режимі, який виключає вплив дестабілізуючих факторів (наявність колової складової швидкості газового потоку, зіткнення і агломерація крапель) на стабільність форми краплі. Виконання нижньої частини внутрішнього корпусу у вигляді конуса дозволяє локалізувати рух гранул у ньому та створити їх направлений рух до патрубку для відведення гранул у основний корпус в зону дії вихрового потоку теплоносія.

Крім того, наявність в конструкції пристрою вказаних вузлів сприяє рівномірному розподіленню потоку теплоносія та гранул по його перерізу.

Зважаючи на невелике значення площі верхнього перерізу основного корпусу та відсутність необхідності в перерозподілені вихрового потоку теплоносія в міжкорпусній кільцевій порожнині

Зо стає можливим виконання кришки основного вертикального корпусу плоскою.

Встановлення патрубків для відведення теплоносія з міжкорпусної кільцевої порожнини дозволяє відокремити вихровий потік теплоносія після завершення його контакту з гранулами та створити його направлений рух з пристрою.

Виконання кришки в додатковому корпусі у вигляді конуса сприяє створенню направленого потоку теплоносія, поступовій його локалізації, рівномірному відведенню з пристрою, а також додатково, за рахунок плавної зміни площі поперечного перерізу, сприяє зменшенню гідравлічного опору пристрою.

Облаштування пристрою патрубком відведення гранул готового продукту, розташованим у верхній частині основного вертикального корпусу, дає змогу використати енергію руху вихрового потоку теплоносія для розвантаження пристрою.

Завдяки наявності в пристрої зазначених конструктивних елементів та вказаних особливостей їх розташування його робоча порожнина розділяється на зону формування і кристалізації поверхневого шару гранули і зону охолодження сформованих гранул до температури, при якій забезпечуються стабільні фізико-хімічні параметри готового продукту.

При цьому в першій зоні швидкість висхідного газового потоку є мінімально необхідною для відведення теплоти, яка виділяється при кристалізації поверхневого шару гранул; це забезпечує рівномірність контакту гранул з теплоносієм, виключає можливість відхилення траєкторії гранул від заданої. В зоні охолодження процес проходить при високих швидкостях закрученого потоку теплоносія, при цьому режим руху турбулентний, що забезпечує інтенсивне відведення теплоти з гранул і їх швидке охолодження.

Спосіб здійснюють наступним чином.

Приклад. В додатковий корпус гранулятора за допомогою розпилювача підводять розплав аміачної селітри у кількості 1500 мЗ/год. Розпилення розплаву в додатковому корпусі гранулятора проводиться у висхідному потоці теплоносія з робочою температурою 100" у кількості 9400 мз/год., або 2,5 м/с на вільну площину меншого перерізу додаткового корпусу пристрою. Після первинної кристалізації потік гранул направляється в міжкорпусну кільцеву порожнину, де контактує з вихровим потоком теплоносія, який подається в у кількості 1420 м/год. з робочою температурою 60 "С.

За рахунок створення в об'ємі пристрою окремих потоків теплоносія з різною організацією бо його руху формування структури гранули відбувається поступово та рівномірно. Під час руху краплі у висхідному потоці теплоносія створюється правильна сферична форма гранули та твердий поверхневий шар на ній при охолодженні і кристалізації розплаву. Перед надходженням гранул у зону дії вихрового потоку теплоносія вони переважно мають розмір 30,2 мм (товарна фракція), що складає 95 95 від загальної їх кількості. Під час контакту гранул з вихровим потоком теплоносія довжина траєкторій їх руху та час перебування в міжкорпусній кільцевій порожнині збільшується, що в поєднанні з підвищенням швидкості руху теплоносія та його турбулізацією сприяє прискоренню процесу формування гранули. Завдяки контакту з вихровим потоком теплоносія в міжкорпусній кільцевій порожнині завершується охолодження і кристалізація розплаву в ядрі гранули. Розмір гранул та вміст товарної фракції після контакту з вихровим потоком теплоносія не змінюється.

На кресленні наведена схема пристрою для гранулювання рідкого матеріалу.

Пристрій містить основний вертикальний корпус 1 у вигляді конуса з плоскою кришкою 2 та розташований в середині основного вертикального корпусу 1 концентрично йому і жорстко до нього закріплений додатковий корпус З з конічною кришкою 4, який складається з верхньої циліндричної частини 5 та нижньої конічної частини 6. Додатковий корпус З утворює з основним вертикальним корпусом 1 міжкорпусну кільцеву порожнину 7, яка обмежується стінкою основного вертикального корпусу 1 та стінкою нижньої конічної частини 6 додаткового корпусу 3. Для подачі теплоносія в першу зону його контакту з гранулами використовується патрубок 8, відведення відпрацьованого теплоносія з першої зони контакту відбувається через патрубок 9, розташований в конічній кришці 4 на одній вісі з пристроєм. Пристрій також містить патрубок 10 для подачі рідкого вихідного матеріалу з вузлом розпилення 11, розташованим співвісно з додатковим корпусом 3. Відведення гранул після первинного контакту з потоком теплоносія в міжкорпусну кільцеву порожнину 7 здійснюється за допомогою патрубка 12, розташованого в нижньому перерізі нижньої конічної частини 6 додаткового корпусу 3. Для подачі теплоносія в другу зону контакту з гранулами використовується тангенційно розташований у нижній частині основного вертикального корпусу 1 патрубок 13, відведення відпрацьованого теплоносія з зони вторинного контакту відбувається через патрубки 14, розташовані співвісно з основним вертикальним корпусом 1. Відведення гранул готового продукту відбувається через розвантажувальний патрубок 15, розташований в верхній частині основного вертикального

Зо корпусу 1.

Пристрій працює таким чином.

У пристрій через патрубок 8 до у нижню конічну частину 6 додаткового корпусу З подається теплоносій (І), який при своєму висхідному русі послідовно проходить нижню конічну частину 6 і верхню циліндричну частину 5 додаткового корпусу 3, рухаючись назустріч матеріалу, та відводиться через патрубок 9 в конічній кришці 4 (І). Одночасно з цим до висхідного потоку теплоносія через патрубок 10 до вузла розпилення 11 підводять розплав (І). Струмінь розплаву, що витікає з вузла розпилення 11, розпадається на окремі краплі сферичної форми, які рухаються протитоком до потоку теплоносія. Під час руху під дією висхідного потоку теплоносія краплі в ламінарному гідродинамічному режимі послідовно проходять верхню циліндричну частину 5 і нижню конічну частину 6 додаткового корпусу 3. Під час цього руху, починаючи з поверхні крапель, відбувається їх поступове охолодження і кристалізація розплаву.

Гранули з утвореним твердим поверхневим шаром відводяться з нижньої конічної частини 6 додаткового корпусу З (ІМ) та надходять до міжкорпусної кільцевої порожнини 7 між основним вертикальним корпусом 1 та додатковим корпусом 3. Одночасно з цим до міжкорпусної кільцевої порожнини 7 в нижній її переріз через патрубок 13 вводиться потік теплоносія для вторинного контакту з гранулами (М). За рахунок тангенційного введення теплоносія до міжкорпусної кільцевої порожнини 7 він закручується навколо вертикальної осі пристрою і набуває спіралеподібного руху. Вихровий вісесиметричний потік теплоносія переміщується догори по простору міжкорпусної кільцевої порожнини 7, захоплює гранули в обертальний рух в турбулентному гідродинамічному режимі, створюючи при цьому в міжкорпусній кільцевій порожнині 7 вихровий зважений шар гранул. Гранули, які підхоплюються вихровим вісесиметричним потоком теплоносія, впродовж вторинного контакту з ним поступово зменшують свою масу за рахунок пошарової кристалізації та зменшення своєї густини при збереженні об'єму та переміщуються до верхнього перерізу міжкорпусної кільцевої порожнини 7; при цьому в об'ємі гранули завершується процес охолодження і кристалізації розплаву і у верхньому перерізі міжкорпусної кільцевої порожнини 7 гранула має необхідну структуру для подальшого застосування її в якості товарного продукту. Ці гранули відводяться з пристрою через патрубок 15 в основному вертикальному корпусі 1 (МІ). Відпрацьований теплоносій після вторинного контакту з гранулами в міжкорпусній кільцевій порожнині 7 відводиться через бо патрубки 14 у плоскій кришці 2 основного вертикальному корпусі 1 (МІ).

Таким чином, використання запропонованого винаходу дозволить підвищити інтенсивність процесів охолодження і кристалізації гранул готового продукту, покращити гідродинамічні умови формування сферичної форми гранули, уникнути впливу на гранули дестабілізуючих факторів (підвищена турбулізація потоку при вильоті з вузла розпилення, агломерація крапель, руйнування гранул при зіткненні між собою, надмірний або недостатній проміжок контакту з теплоносієм), збільшити ступінь монодисперсності гранул; зазначені переваги винаходу сприяють підвищенню якості готового продукту.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб гранулювання рідкого матеріалу, що включає розпилення рідкого матеріалу у потоці теплоносія, охолодження і кристалізацію матеріалу на поверхні гранул з одночасним утворенням центрів кристалізації для подальшого гранулоутворення, який відрізняється тим, що розпилення рідкого матеріалу здійснюють у висхідному потоці теплоносія, який рухається в 15 ламінарному режимі, з формуванням поверхневого шару гранули кристалізацією матеріалу, після чого потік гранул направляють для вторинного контакту з вихровим вісесиметричним потоком теплоносія, з подальшим їх охолодженням і завершальною кристалізацією з одержанням готового товарного продукту.

2. Пристрій для гранулювання рідкого матеріалу, що містить основний вертикальний корпус з 20 кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий корпус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузлом розпилення та патрубки для подачі і відводу теплоносія в пристрій, який відрізняється тим, що пристрій додатково оснащений патрубком для відведення гранул після первинного контакту з потоком теплоносія в додатковому корпусі у міжксорпусну 25 кільцеву порожнину, розташованим в нижньому перерізі нижньої частини додаткового корпусу, тангенціальним патрубком для подачі теплоносія у міжкорпусну кільцеву порожнину, який розташований в нижній частині основного вертикального корпусу, патрубком для відведення теплоносія з кільцевої порожнини, розташованим співвісно з основним вертикальним корпусом та патрубком відведення гранул готового продукту, розташованим у верхній частині основного Зо вертикального корпусу, при цьому кришка основного вертикального корпусу виконана плоскою, а додатковий корпус складається з верхньої циліндричної частини, на якій закріплена конічна кришка, та нижньої конічної частини, яка додатково обладнана патрубком для подачі висхідного потоку теплоносія.