Грануляционные башни

Гранулирование из расплава позволяет гранулировать любые продукты, имеющие четко определенную температуру плавления и относительно низкую вязкость.

Процесс грануляции прост, экономичен, идет с небольшим выделением пыли и ретура. Потребление электроэнергии и тепла ниже, чем барабанных, капитальные затраты на 5 % ниже, чем для других процессов,(рисунок 106).

Недостатки грануляционных башен: высокая температура получаемых гранул на выходе из башни; использование объема на 50 %, большие капитальные затраты на строительство; громоздкость.

Процесс осуществляют в высоких полых башнях (грануляционных), в которых падающие капли охлаждаются встречным потоком воздуха. Для разбрызгивания плавов применяют неподвижные, вращающиеся и вибрационные диспергирующие устройства, обеспечивающие получение сферических гранул преимущественно размером 13 мм. Нижнюю часть грануляционных башен снабжают холодильниками, в которых охлаждение гранул происходит в кипящем слое, что позволяет достигнуть высокой эффективности охлаждения.

Механизм гранулообразования заключается в распаде истекающих из гранулирующего устройства струй на капли, которые, ох охлаждаясь во встречном потоке воздуха, превращаются в гранулы. При падении капля (гранула) отдает тепло потоку охлаждающего воздуха. При этом охлаждение и кристаллизация плава начинается с поверхности, а при достижении температуры кристаллизации происходит образование твердой оболочки, толщина которой по мере движения капли (гранулы) увеличивается. Таким образом, фронт кристаллизации продвигается в центр гранулы по радиусу с соответствующим выделением тепла кристаллизации. При достижении поверхностью гранулы температуры следующего модификационного перехода фронт этого перехода с соответствующим тепловыделением начинает перемещаться вслед за фронтом кристаллизации. Аналогично происходят и дальнейшие модификационные переходы в структуре гранулы, которые осложняют процесс нестационарной теплопередачи.

1 - грануляционные башни; 2 - разбрызгиватели плава; 3 - баки для плава; 4 - выпарные аппараты; 5 - желоб для плава; 6 - емкость; 7, 9 - сепараторы; 8 - напорный бак; 10 - вытяжные трубы; 11 - осевые вентиляторы; 12 - барометрические конденсаторы; 13 - барометрические ящики; 14 - транспортер.

Рисунок 106- Грануляционная башня.

Распад струй и образование капель

0собенности движения гранул в грануляционной башне

Изменение структуры гранул во время полета. Особенности теплообмена при охлаждении гранул в псевдоожиженном слое

Распад струй и образование капель

Истечение струй из отверстий разбрызгивающего устройства и их последующий распад на капли является сложным гидродинамическим процессом.

При выходе из отверстия под действием шероховатостей его наружной кромки струя жидкости приобретает небольшие возмущения. На характер возмущения влияет также следующие факторы: отклонение выходного отверстия от правильной цилиндрической формы, завихрения в сопле, наличие пузырьков воздуха в струе, степень сжатия струи и т.п. Под воздействием возмущений частицы жидкости, находящиеся на поверхности струи, испытывают различного рода смещения, что приводит к деформации струи. Между тем силы поверхностного натяжения стремятся сократить общую поверхность струи; и возмущенные частицы жидкости возвращаются в прежнее положение. В результате взаимодействия внешних возмущений и сил поверхностного натяжения жидкости на поверхности струи возникают колебания. По мере истечения амплитуда колебаний увеличивается, и струя распадается на отдельные частицы.

Наибольшее распространение в качестве распределителей плава получили центробежные распылители (рисунок 107).

Распылитель вращается со скоростью 400 - 450 об/мин. Нагрузка приходится в основном на небольшое кольцевое сечение, находящееся на расстоянии 4 - 6 м от оси.

Число отверстий в грануляторе зависит от нагрузки на плаву. Для поддержания заданной температуры расплава в распылительном устройстве предусмотрена паровая рубашка. В зависимости от скорости вращения максимальная нагрузка будет по периферии или по центру башни. Грансостав зависит от частоты вращения гранулятора и от размера отверстий на его боковой поверхности.

Недостатки: выбрасываются неодинаковые по размеру капли. Трудность балансировки и обслуживания. Распыливающие сопла высокого давления характеризуются получением гранул однородных по размеру.

Форсунки высокого давления Р = 50 - 200 кг/м², используются при высокой нагрузке на плаву.

0собенности движения гранул в грануляционной башне

Характер движения гранул и закономерности их распределения по сечению башни во многом определяют эффективность теплообмена и гранулообразования, в том числе и время и высоту падения гранул. Для описания особенностей и выбора уравнений движения гранул в башне необходимо, прежде всего, установить степень стесненности капель (гранул) и режим их обтекания газовым потоком.

Формирование структуры гранул из капель рас плава во время их полета в башне является следствием процессов нестационарного теплообмена, осложненного действием внутреннего источника тепла в виде теплоты кристаллизации.

1 - разбрызгиватель плава, состоящий из трех поясов отверстий 1, 1.2, 1.4 мм; 2 сосуд для перелива; 3 - электродвигатель; 4 - змеевики для подогрева плава; 5 - воздушник.

Рисунок 107- Центробежный распылитель.

3адачей инженерного расчета обычно является определение высоты башни или времени падения гранулы, в течение которого она затвердевает на столько, что уже не деформируется при падении на коническое днище башни или в плотную фазу кипящего слоя. Поскольку прочность гранулы по мере ее охлаждения (кристаллизации) непрерывно растет, важно установить такую температуру, при которой соотношение кристаллов вещества и жидкой фазы обеспечивает необходимую твердость структуре гранулы.

Охлаждение гранул в современных грануляционных башнях завершается, как правило, в псевдоожиженном слое, расположенном в нижней части башни. Теплообмен между твердыми частицами и газом в псевдоожиженном слое характеризуется следующими особенностями: температура твердых частиц (гранул) t практически постоянна в объеме всего псевдоожиженного слоя, температура охлажденного агента (воздуха) t_в изменяется на активном участке (вблизи газораспределительной решетки) t_а и практически постоянна в остальном объеме слоя.

Вопросы для повторения

1. Физическое понятие процесса гранулирования.

2. Физико-механические свойства порошковидных и гранулированных материалов.

3. Методы гранулирования.

4. Агломерирование прессованием, механизм процесса гранулирования, преимущества и недостатки, область применения.

5. Факторы влияющие на процесс грануляции при прессовании.

6. Устройство и принцип действия валкового гранулятора.

7. Агломерирование окатыванием, механизм процесса гранулирования, преимущества и недостатки, область применения.

8. Механизмы агломерирования в зависимости от количества подаваемой влаги.

9. Силы взаимодействия при гранулировании окатыванием.

10. Факторы влияющие на процесс гранулирования окатыванием.

11. Стадии из которых складывается технологический цикл процесса гранулирования окатыванием.

12. Устройство и принцип действия, преимущества и недостатки дискового гранулятора.

13. Устройство и принцип действия, преимущества и недостатки шнек-гранулятора.

14. Устройство и принцип действия, преимущества и недостатки барабанного гранулятора.

15. Динамика движения сыпучего материала в поперечном сечении барабана.

16. Движение материала вдоль оси вращающегося барабана.

17. Кинетика гранулообразования.

18. Факторы влияющие на процесс гранулообразования в барабанных грануляторах.

19. Устройство и принцип действия, преимущества и недостатки аммонизатора - гранулятора.

20. Инженерная методика расчета барабанного гранулятора.

21. Механизм гранулирования послойной кристаллизацией.

22. Тепло-массообмен при гранулировании в псевдоожиженном слое.

23. Гранулятор-сушилка с подачей пульпы на слой, устройство и принцип действия, преимущества и недостатки, область применения.

24. Гранулятор-сушилка с псевдоожиженным слоем, с подачей пульпы внутрь слоя, устройство и принцип действия, преимущества и недостатки, область применения.

25. Инженерная методика расчета гранулятора с псевдоожиженным слоем.

26. Устройство, принцип действия, область применения распределителей растворов.

27. Расчет пневматической форсунки.

28. Гранулирование из расплава, область применения, механизм, факторы влияющие на процесс.

29. Устройство, принцип действия преимущества и недостатки грануляционной башни.

30. Устройство, принцип действия, преимущества и недостатки, область применения центробежных распределителей плава.

Грануляторы

1. Винников Л. И. Гранулирование порошкообразных химических продуктов. М.:НИИТЭХИМ, 1977. 39с.

2. Грануляторы химических продуктов: Каталог/ ЦИНТИхимнефтемаш. М., 1987. 16с.

3. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. М.: Химия, 1991. 239с.

4. Классен П.В. Основы техники гранулирования. М.:Хймия, 1982. 272с.

5. Кольман-Иванов Э.Э. Таблетирование в химической промышленности. М.: Химия, 1976. 200с.

6. Кольман-Иванов Э.Э. Таблеточные машины. М.: Машиностроение, 1966. 224с.

7. Кочетков В.Н. Гранулирование минеральных удобрений. М.: Химия, 1975, 223с.

8. Лейбовский М.Г. Современные конструкции отечественных грануляторов. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980. 53с.

9. Леонтьева А.И. Машины и аппараты химических производств. Учеб. пособие. Тамбов: ТГТУ, 1992. 4.2. 120с.

10. Минаев Г.А.,, Дмитриевский Б. С. Проектирование грануляторов псевдоожиженного слоя с использованием ЭВМ: Учеб. пособие/МИХМ, ТИЖ М., 1985. 48с.

11. Пажи Д.Г. Форсунки химической промышленности. М.; Химия, 1971. 221c.

12. Процессы гранулирования в промышленности/ Н.В. Вилесов, В.Я. Скрипко, В.А. Ломозов и др. Киев: Техника, 1976. 192с.

13. Хвастухин Ю.И., Когута Н.Г. Гранулирование и обжиг в псевдо-ожиженном слое. Киев: Наук. думка, 1988. 160с.

14. Ходин Б.Г. Центробежные и вибрационные грануляторы плавов и распылителей жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. 182с.