UA150976U

UA150976U - Vortex granulator with the suspended layer

Info

Publication number: UA150976U
Application number: UAU202106997U
Authority: UA
Inventors: Надія Олександрівна Артюхова; Надежда Александровна Артюхова; Артем Євгенович Артюхов; Артём Евгеньевич Артюхов
Original assignee: Сумський Державний Університет; Сумский Государственный Университет
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-05-18

Abstract

A vortex granulator with the suspended layer comprises a main vertical body with a cover and a bottom, inside which an additional cone is concentrically mounted with the formation of the annular cavity between lateral surfaces of the body and cone, a vertical pipe, which upper end is arranged in the working space of the additional cone and the lower end is arranged in the bottom of the main vertical body. The granulator comprises the coolant supply and discharge pipes, a pipe for supply of liquid starting material with an atomizer, which is arranged on the same axis with the additional cone, a gas supply pipe placed in the bottom of the main vertical body coaxially with the vertical guide pipe, an annular collector of the large fraction granule with an inclined bottom, a vortex gas distribution unit and a distribution element in the form of a perforated lattice located in the middle part of the annular pellet trap, those are located on the same axis with an additional cone. A washer-like insert, which width is equal to 0.15 of the maximum diameter of the main vertical body, is mounted on the cover at an angle of 35 ° to the horizon.

Description

Корисна модель належить до виробництва гранульованого матеріалу та може бути використана в хімічній, харчовій, гірничодобувній та інших галузях промисловості.The utility model belongs to the production of granular material and can be used in chemical, food, mining and other industries.

Відомий пристрій, 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 вОо192/16, 19901.A known device containing a vertical conical body, a sprayer of liquid material, a lid, nozzles for the coolant supply and discharge of the finished product in the lower part of the vertical conical body, nozzles for the water supply and discharge of the coolant in the upper part of the body, as well as a swirler for the flow of the coolant | see author's certificate of the USSR Mo1554958, IPC vOo192/16, 19901.

Недоліком цього пристрою є те, що у ньому не реалізовується процес вловлювання гранул дрібної фракції, які виносяться із робочого простору пристрою. Це призводить до додаткового забруднення відхідних газів з пристрою та необхідності встановлення очисного обладнання.The disadvantage of this device is that it does not implement the process of catching small fraction granules that are carried out of the working space of the device. This leads to additional pollution of exhaust gases from the device and the need to install cleaning equipment.

При цьому гранули дрібної фракції мають бути повернені до робочого простору пристрою для дорощування, що потребує використання додаткового пристрою для виокремлення дрібної фракції з відхідних газів з пристрою.At the same time, the granules of the fine fraction must be returned to the working space of the device for further growth, which requires the use of an additional device to separate the fine fraction from the waste gases from the device.

Як найближчий аналог обрано 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, вертикальний патрубок, верхній кінець якого розташований у робочому об'ємі додаткового конуса, а нижній кінець у днищі основного вертикального корпуса, патрубки для подачі і відводу теплоносія, патрубок для подачі рідкого матеріалу з розпилювачем, який розташований на одній осі з додатковим конусом, патрубок для подачі газового потоку, розміщений у днищі основного корпуса свіввісно з вертикальним патрубком, кільцевий уловлювач гранул з днищем, вихровий газорозподільний вузол та розподільний елемент у вигляді провальної перфорованої решітки, розташовані на одній осі з додатковим конусом |див. патент України Ме112293 МПК ВО1 2/16 (2006.01)|.As the closest analogue, a device containing a main vertical body with a lid and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an inter-body annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end of which is located in the working volume of the additional cone, and the lower the end in the bottom of the main vertical body, nozzles for the supply and removal of the coolant, a nozzle for the supply of liquid material with a sprayer, which is located on the same axis with an additional cone, a nozzle for the supply of gas flow, located in the bottom of the main body along the axis with a vertical nozzle, a ring pellet catcher with a bottom, a vortex gas distribution unit and a distribution element in the form of a failed perforated grid, located on one axis with an additional cone | see patent of Ukraine Me112293 IPC VO1 2/16 (2006.01)|.

Недоліком пристрою є те, що незважаючи на можливість класифікації гранул за розміром (масою) за рахунок змінної за висотою площі поперечного перерізу пристрою частина гранул дрібної фракції підхоплюється висхідним потоком повітря та виноситься із робочого простору пристрою. Гранули дрібної фракції рухаються до верхнього перерізу додаткового конусу пристрою, розташовуючись під його стінкою, однак за рахунок потоку висхідного повітря,The disadvantage of the device is that, despite the possibility of classifying granules by size (mass) due to the variable height of the cross-sectional area of the device, part of the granules of a small fraction is picked up by the upward air flow and carried out of the working space of the device. Granules of a small fraction move to the upper section of the additional cone of the device, being located under its wall, but due to the upward air flow,

Зо швидкість якого більша за другу критичну швидкість для дрібних гранул ці гранули не відводяться у міжкорпусну кільцеву порожнину для подальшого повернення в додатковий конус.If the speed is greater than the second critical speed for small granules, these granules are not diverted into the interbody annular cavity for further return to the additional cone.

Винесення гранул дрібної фракції призводить до зменшення продуктивності пристрою. Частково ця проблема вирішується за рахунок роботи розпилювача, за допомогою якого рідкий матеріал наноситься на гранули дрібної фракції, однак розпилення рідкого матеріалу по центру апарату в повній мірі не вирішує проблему винесення дрібних гранул.The removal of granules of a small fraction leads to a decrease in the productivity of the device. In part, this problem is solved due to the operation of the sprayer, with the help of which the liquid material is applied to the granules of a small fraction, but the spraying of the liquid material in the center of the apparatus does not fully solve the problem of the removal of small granules.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення вихрового гранулятора зваженого шару шляхом зміни його конструкції, а саме обладнання його додатковим елементом для перерозподілу гранул, що відводяться з пристрою.The basis of the useful model is the task of improving the fluidized bed vortex granulator by changing its design, namely equipping it with an additional element for redistribution of granules removed from the device.

Таке конструктивне рішення інтенсифікує процес гранулоутворення, а також збільшує ступінь монодисперсності гранул, підвищуючи якість цільового продукту.This constructive solution intensifies the process of granulation, and also increases the degree of monodispersity of the granules, increasing the quality of the target product.

Поставлена задача вирішується тим, що у вихровому гранулятор зваженого шару, що містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий конус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями кільцевої порожнини, вертикальний патрубок, верхній кінець якого розташований у робочому об'ємі додаткового конуса, а нижній кінець у днищі основного вертикального корпуса, патрубки подачі і відводу теплоносія, патрубок подачі рідкого вихідного матеріалу з розпилювачем, який розташований на одній осі з додатковим конусом, патрубок подачі газового потоку, розміщений у днищі основного вертикального корпуса свіввісно з вертикальним направляючим патрубком, кільцевий уловлювач гранул крупної фракції матеріалу з нахильним днищем, вихровий газорозподільний вузол та розподільний елемент у вигляді провальної перфорованої решітки, розміщений в середній частині кільцевого уловлювача гранул, розташовані на одній осі з додатковим конусом, згідно корисної моделі, на еліптичній кришці під кутом 35" до горизонту встановлена шайбоподібна вставка, ширина якої дорівнює 0,15 максимального діаметру основного вертикального корпусу.The task is solved by the fact that the vortex granulator of the suspended bed, which contains the main vertical body with a lid and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end of which is located in the working volume additional cone, and the lower end is in the bottom of the main vertical body, coolant supply and outlet nozzles, liquid source material supply nozzle with a sprayer, which is located on the same axis as the additional cone, gas flow supply nozzle, located in the bottom of the main vertical body, perpendicular to the vertical guide nozzle, a ring catcher for granules of a large fraction of material with an inclined bottom, a vortex gas distribution unit and a distribution element in the form of a hollow perforated grid, located in the middle part of the ring catcher of granules, located on the same axis with an additional cone, according to a useful model, on the elliptical cover at an angle of 35" to the horizon, a puck-shaped insert is installed, the width of which is equal to 0.15 of the maximum diameter of the main vertical body.

Наявність шайбоподібної вставки в пристрої дозволяє створити таку гідродинамічну ситуацію, при якій в пристрої створюється окрема зона інерційного вловлювання дрібних гранул.The presence of a puck-like insert in the device allows you to create such a hydrodynamic situation, in which a separate zone of inertial capture of small granules is created in the device.

При встановленні шайбоподібної вставки під кутом 35" до горизонту створюються особливі умови для руху дрібних гранул, які виносяться з-зі меж пристінкової області додаткового конуса. 60 Маса цих гранул є недостатньою, щоб забезпечити перевагу сили тяжіння над силою, яка спричинена висхідним рухом потоку теплоносія. В такому випадку потрібна додаткова сила, яка зможе компенсувати дію висхідного потоку теплоносія. Цією силою є сила інерції, яка виникає при зштовхуванні дрібних гранул з перешкодою під невеликим кутом атаки. Встановлення шайбоподібної вставки під вказаним кутом дозволяє мінімальну деформацію висхідного потоку теплоносія в зоні його відведення з додаткового конусу. Невеликий кут встановлення шайбоподібної вставки також сприяє відведенню теплоносія без утворення локальних зон його вихрового руху.When installing a puck-shaped insert at an angle of 35" to the horizon, special conditions are created for the movement of small granules, which are carried out from the borders of the wall region of the additional cone. 60 The mass of these granules is insufficient to ensure the advantage of the force of gravity over the force caused by the upward movement of the coolant flow . In this case, an additional force is needed that can compensate for the action of the upward flow of the heat carrier. This force is the force of inertia that occurs when small granules collide with an obstacle at a small angle of attack. The installation of a washer-like insert at the specified angle allows for minimal deformation of the upward flow of the heat carrier in the area of its removal from the additional cone The small angle of installation of the puck-shaped insert also contributes to the removal of the heat carrier without the formation of local zones of its vortex motion.

Виконання шайбоподібної вставки шириною, яка дорівнює 0,15 максимального діаметру вертикального корпусу дозволяє забезпечити мінімальний її опір та не порушувати структуру потоку теплоносія, який покидає робочий простір пристрою. Вказана ширина шайбоподібної вставки є достатньому, щоб забезпечувати інерційне вловлювання дрібних гранул в крайньому перерізі додаткового конусу, частково перекриваючи його верхній переріз у пристінковій області.Making a puck-shaped insert with a width equal to 0.15 of the maximum diameter of the vertical body allows to ensure its minimum resistance and not to disturb the flow structure of the heat carrier that leaves the working space of the device. The specified width of the puck-shaped insert is sufficient to ensure inertial capture of small granules in the extreme section of the additional cone, partially covering its upper section in the wall region.

Така оптимізація пристрою для гранулювання у зваженому шарі дозволяє зменшити габарити обладнання, енерговитрати на проведення процесу, збільшити ступінь монодисперсності гранулометричного складу отримуваного продукту.Such optimization of the device for granulation in a suspended layer allows to reduce the dimensions of the equipment, energy costs for the process, and to increase the degree of monodispersity of the granulometric composition of the obtained product.

На кресленні наведена схема вихрового гранулятора зваженого шару.The drawing shows a diagram of a suspended bed vortex granulator.

Пристрій містить основний вертикальний корпус 1 у вигляді конуса, з еліптичною кришкою 2 та конічного днища 3, розташований в середині основного вертикального корпусу 1 концентрично йому і жорстко до нього закріплений додатковий конус 4, останній утворює з основним вертикальним корпусом 1 міжкорпусну кільцеву порожнину 5, яка обмежується меншими основами додаткового конуса 4 і основного вертикального корпуса 1. Кільцевий уловлювач 6 гранул крупної фракції виконаний у вигляді циліндра 7 з нахильним днищем 8 і розвантажувальною тічкою 9 для відводу готового продукту. В середній частині кільцевого уловлювача 6 гранул крупної фракції матеріалу встановлено розподільний елемент 10 у вигляді провальної перфорованої решітки. Патрубок 11 подачі теплоносія, тангенційно з'єднаний з кільцевим уловлювачем 6 гранул крупної фракції матеріалу. Пристрій також містить патрубок 12 відведення відпрацьованого теплоносія, встановлений у еліптичній кришці 2 основного вертикального корпусу 1, патрубок 13 подачі рідкого вихідного матеріалу з розпилювачем 14, розташованим співвісно з додатковим конусом 4. Пристрій має вихровий газорозподільний вузол 15, розташований на одній осі з додатковим конусом 4, а також вертикальний направляючий патрубок 16, розташований на одній осі з додатковим конусом 4. Верхній кінець 17 вертикального направляючого патрубка 16 розміщений у робочому об'ємі додаткового конуса 4, а нижній кінець 18 у днищі основного вертикального корпуса 1. Вертикальний направляючий патрубок 16 призначений для подачі дрібної фракції матеріалу. Патрубок 19 подачі газового потоку направляє на ежектування гранули в додатковий конус 4 (внутрішньої циркуляції ретура) і розташований у конічному днищі З основного вертикального корпусу 1 на одній осі з вертикальним направляючим патрубком 16. На еліптичній кришці З встановлена шайбоподібна вставка 20.The device contains the main vertical body 1 in the form of a cone, with an elliptical cover 2 and a conical bottom 3, located in the middle of the main vertical body 1 concentrically to it and rigidly fixed to it, an additional cone 4, the latter forms with the main vertical body 1 an inter-body annular cavity 5, which is limited by the smaller bases of the additional cone 4 and the main vertical body 1. The annular catcher 6 of granules of a large fraction is made in the form of a cylinder 7 with an inclined bottom 8 and an unloading point 9 for the removal of the finished product. In the middle part of the ring catcher 6 of granules of a large fraction of the material, a distribution element 10 in the form of a failed perforated grid is installed. Pipe 11 of coolant supply, tangentially connected to ring catcher 6 of granules of large fraction of material. The device also includes a nozzle 12 for the removal of the spent heat carrier installed in the elliptical cover 2 of the main vertical body 1, a nozzle 13 for the supply of liquid source material with a sprayer 14 located coaxially with the additional cone 4. The device has a vortex gas distribution unit 15 located on the same axis as the additional cone 4, as well as the vertical guide nozzle 16, located on the same axis with the additional cone 4. The upper end 17 of the vertical guide nozzle 16 is located in the working volume of the additional cone 4, and the lower end 18 is in the bottom of the main vertical body 1. The vertical guide nozzle 16 intended for feeding a small fraction of the material. The gas flow supply pipe 19 directs the ejection of the pellet into the additional cone 4 (internal circulation return) and is located in the conical bottom C of the main vertical body 1 on the same axis as the vertical guide pipe 16. A puck-like insert 20 is installed on the elliptical cover C.

Пристрій працює таким чином.The device works like this.

У пристрій через патрубок 11 подачі теплоносія, який з'єднаний з кільцевим уловлювачем 6 гранул крупної фракції тангенційно подається теплоносій і, попередньо проходячи простір циліндра 7, в центральній його частині потрапляє до розподільного елементу 10 у вигляді провальної перфорованої решітки, після якого рівномірно розподілившись по всьому верхньому перерізу кільцевого уловлювача б гранул крупної фракції надходить до вихрового газорозподільного вузла 15. При його проходженні теплоносій закручується навколо вертикальної осі пристрою і набуває спіралеподібного руху. Вихровий вісесиметричний потік теплоносія переміщується вгору по простору додаткового конусу 4 на зустріч матеріалу.The heat carrier is tangentially supplied to the device through the coolant supply pipe 11, which is connected to the ring trap 6 of the coarse fraction granules and, having previously passed through the space of the cylinder 7, in its central part reaches the distribution element 10 in the form of a failed perforated grid, after which it is evenly distributed along in the entire upper section of the annular trap b, granules of a large fraction enter the vortex gas distribution unit 15. During its passage, the coolant is twisted around the vertical axis of the device and acquires a spiral motion. The vortex axisymmetric flow of the coolant moves up through the space of the additional cone 4 to meet the material.

Одночасно з цим до утвореного спіралеподібного потоку теплоносія через патрубок 13 подачі рідкого вихідного матеріалу до розпилювача 14 підводять рідкий матеріал. Струмінь рідкого матеріалу, що витікає з розпилювача 14, розпадається на окремі гранули сферичної форми.At the same time, the liquid material is supplied to the formed spiral flow of the coolant through the nozzle 13 for supplying the liquid source material to the atomizer 14. The stream of liquid material flowing from the atomizer 14 breaks up into individual spherical granules.

Утворені гранули, контактуючи з вісесиметричним вихровим потоком теплоносія, охолоджуються і кристалізуються та попадають на внутрішню поверхню додаткового конусу 4. В залежності від отриманого розміру, гранули класифікуються на велику та дрібну фракції за рахунок зміни колової й осьової складових швидкості вісесиметричного вихрового потоку теплоносія по висоті додаткового конусу 4 пристрою. Гранули дрібної фракції підхоплюються створеним у додатковому конусі 4 пристрою вісесиметричним вихровим потоком теплоносія та переміщуються до верхнього перерізу додаткового конусу 4 та відводяться з робочого об'єму пристрою через міжкорпусну кільцеву порожнину 5 між додатковим конусом 4 і основним вертикальним корпусом 1. Частина гранул дрібної фракції, яка підхоплюється висхідним 60 потоком теплоносія та виноситься ним, зіштовхуються із шайбоподібною вставкою 20 та за рахунок сили інерції залишаються у робочому просторі пристрою, направляючись у міжкорпусну кільцеву порожнину 5. В міжкорпусній кільцевій порожнині 5 гранули дрібної фракції рухаються вниз під дією сили тяжіння і після проходження конічного днища З і нижнього перерізу міжкорпусної кільцевої порожнини 5 вони опускаються до нижнього перерізу основного вертикального корпусу 1. У нижній частині основного вертикального корпусу 1 ці гранули потрапляють у зону розрідження, що створюється навколо струменю газового потоку, який входить через патрубок 19 подачі газового потоку, засмоктуються цим струменем і через нижній кінець 18 вертикального направляючого патрубка 16, переміщуючись по його порожнині, викидаються через його верхній кінець 17 у центральну частину робочого простору додаткового конусу 4 у ядро вихрового зваженого шару. Рідкий матеріал, який потрапляє на поверхню дрібних гранул, кристалізується, при цьому розмір гранул збільшується. Велика фракція не залишає робочий об'єм пристрою і по мірі дорощування та збільшення гранули, циркулюючи об'ємом додаткового конусу 4, переміщуються вниз по його перерізу. При досягненні заданого розміру гранули падають донизу по поверхні додаткового конусу 4, проходять через вихровий газорозподільний вузол 15, циліндричну частину 7 кільцевого уловлювача б гранул крупної фракції з розподільним елементом 10 у вигляді провальної перфорованої решітки та нахильне днище 8 кільцевого уловлювача б гранул крупної фракції та відводяться з пристрою через розвантажувальну тічку 9. Відпрацьований теплоносій виводиться з основного вертикального корпусу 1 через патрубок 12 відведення відпрацьованого теплоносія, який розташований у еліптичній кришці 2.The formed granules, in contact with the axisymmetric vortex flow of the coolant, cool and crystallize and fall on the inner surface of the additional cone 4. Depending on the obtained size, the granules are classified into large and small fractions due to the change in the circular and axial components of the speed of the axisymmetric vortex flow of the coolant along the height of the additional cone 4 of the device. Granules of the fine fraction are picked up by the axisymmetric vortex flow of the heat carrier created in the additional cone 4 of the device and move to the upper section of the additional cone 4 and are removed from the working volume of the device through the interbody annular cavity 5 between the additional cone 4 and the main vertical body 1. Part of the granules of the fine fraction, which is picked up by the upward flow of the heat carrier 60 and carried away by it, collides with the puck-like insert 20 and due to the force of inertia remains in the working space of the device, heading into the interbody annular cavity 5. In the interbody annular cavity 5, the granules of the fine fraction move down under the influence of gravity and after passing of the conical bottom C and the lower section of the interbody annular cavity 5, they descend to the lower section of the main vertical body 1. In the lower part of the main vertical body 1, these granules enter the rarefaction zone created around the gas flow jet, which enters through the gas flow supply nozzle 19, is sucked in by this jet and through the lower end 18 of the vertical guide nozzle 16, moving along its cavity, is ejected through its upper end 17 into the central part of the working space of the additional cone 4 into the core of the vortex suspended layer. Liquid material that falls on the surface of small granules crystallizes, while the size of the granules increases. The large fraction does not leave the working volume of the device and as the granules grow and increase, circulating through the volume of the additional cone 4, they move down its cross-section. When the given size is reached, the granules fall down along the surface of the additional cone 4, pass through the vortex gas distribution unit 15, the cylindrical part 7 of the annular catcher b of the granules of the coarse fraction with the distribution element 10 in the form of a failed perforated grid and the inclined bottom 8 of the annular catcher b of the granules of the coarse fraction and are removed from the device through the unloading estrus 9. The spent heat carrier is removed from the main vertical body 1 through the outlet 12 for the removal of the spent heat carrier, which is located in the elliptical cover 2.

Таким чином, розроблена конструкція вихрового гранулятора зваженого шару у порівнянні з існуючими дозволяє виявити такі переваги: - рівномірність відведення гранул с пристрою; - підвищення ступеню монодисперсності гранул товарної фракції за рахунок рівномірного контакту теплоносія з гранулами після нанесення на них плівки розчину або розплаву.Thus, the developed structure of the vortex granulator of the suspended layer in comparison with the existing ones makes it possible to reveal the following advantages: - uniformity of removal of granules from the device; - increasing the degree of monodispersity of the granules of the commercial fraction due to uniform contact of the coolant with the granules after applying a film of solution or melt on them.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A vortex granulator of a suspended bed, containing a main vertical body with a cover and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end of which is located in the working volume of the additional cone, and the lower end - in the bottom of the main vertical body, the coolant supply and outlet nozzles, the liquid source material supply nozzle with a sprayer, which is located on the same axis with an additional cone, the gas flow supply nozzle, located in the bottom of the main vertical casing, perpendicular to the vertical guide nozzle, ring catcher for large particles with a sloping bottom, a vortex gas distribution unit and a distribution element in the form of a hollow perforated grid, located in the middle part of the ring catcher, are located on the same axis with an additional cone, which differs in that on the cover at an angle 357 a puck-shaped insert is installed to the horizon, the width of which is equal to 0.15 of the maximum diameter of the main vertical body.