ГРАНУЛЯТОР
GRANULATOR

Изобретение относится к грануляции порошкообразных материалов с жидким связующим и может быть использовано при производстве строительных материалов, а также в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен гранулятор, содержащий эластичную обечайку, размещенный в ней вал с лопастями, патрубок для загрузки порошкообразного материала, форсунку для распыления жидкого связующего, насос и жесткую обечайку, установленную снаружи эластичной обечайки с образованием между ними кольцевой камеры, подсоединенной к насосу посредством пульсатора (авторское свидетельство SU №1005879, МПК B01J 2/10, опубл. 23.03.83 г.).
Недостатком гранулятора является низкая прочность гранул.
Известно также устройство для гранулирования порошкообразных материалов, содержащее вертикальный корпус с патрубками для подачи порошкообразного и жидкого компонентов в верхней части и разгрузочным патрубком в нижней части, концентрически размещенный в корпусе приводной вал с укрепленными на нем лопатками, причем с целью повышения прочности гранул путем обеспечения их одновременного смешивания и обкатывания на концах лопаток закреплены криволинейные козырьки в виде части полого цилиндра или усеченного конуса (авторское свидетельство SU №1386275, МПК B01J 2/10, опубл. 07.04.88 г.).
Недостатком данного устройства является то, что гранулы попадают на криволинейный козырек лопаток, обладая высокой скоростью, складывающейся из линейной скорости лопаток и скорости гранул, развиваемой центробежной силой за время прохождения ими длины прямолинейной части лопаток. Это влечет за собой низкую надежность устройства, связанную с разрушением козырьков лопаток.
Наиболее близким заявляемому является гранулятор порошкообразных материалов, содержащий неподвижный корпус, состоящий из нескольких секций, с загрузочным и выгрузочным патрубками, распылитель связующего и установленный внутри корпуса вал с укрепленными на нем мешалками и разгонными дисками (авторское свидетельство SU №1230664, МПК B01J 2/10, опубл. 15.05.86 г.).
Недостатком устройства является невысокая прочность гранул, получаемых с помощью данного устройства, что препятствует их использованию при производстве строительных материалов.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности гранул.
Указанный технический результат достигается тем, что в грануляторе порошкообразных материалов, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, распылитель связующего и установленный внутри корпуса вал с укрепленными на нем мешалками и разгонными дисками, согласно заявляемому изобретению внутренняя поверхность цилиндрического корпуса, формирующая камеру грануляции, выполнена в виде расположенных ярусами тороидальных поверхностей, сопряженных друг с другом, кроме того, мешалки выполнены в виде лопастей, закрепленных непосредственно на разгонных дисках, а распылитель связующего выполнен в виде форсунок, соединенных с насосом-дозатором.
Каждый ярус камеры грануляции представляет собой поверхность вращения дуги образующей окружности вокруг оси корпуса.
Центральный угол α между касательными к образующей окружности тороидальной поверхности в концах дуги равен 126÷162°.
Форсунки для распыления связующего подведены не менее чем к двум верхним ярусам камеры грануляции.
Разгонные диски и форсунки расположены по высоте яруса в его верхней трети.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для гранулирования порошкообразных материалов, продольный разрез;
- на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
- на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2.
Устройство для гранулирования порошкообразных материалов содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в котором установлен вал 2, связанный с приводом 3. Для подачи порошка в гранулятор предусмотрен патрубок загрузки 4, расположенный в верхней части корпуса. Для подвода жидкого связующего устройство содержит систему орошения, подающую воду в камеру грануляции 5 и включающую форсунки 6, связанные с насосом-дозатором 7.
По всей высоте вала 2 установлены разгонные диски 8 с лопастями 9, предназначенные для создания закрученного потока порошка, воздуха и связующего, обеспечивающего смешение исходного порошка со связующим, столкновение смешиваемых компонентов друг с другом, способствующее сцеплению частиц порошка и образованию центров грануляции.
Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса 1, формирующая камеру грануляции 5, выполнена в виде расположенных ярусами и сопряженных друг с другом тороидальных поверхностей, каждая из которых представляет собой поверхность вращения дуги образующей окружности вокруг оси корпуса. Грануляция и упрочнение гранул осуществляется за счет их обкатывания по тороидальным поверхностям камеры грануляции 5 при их перемещении с яруса на ярус.
Экспериментально было установлено, что наиболее благоприятные условия для грануляции, упрочнения гранул и перемещения гранулируемого материала с яруса на ярус камеры грануляции создаются, когда центральный угол α между касательными к образующей окружности тороидальной поверхности в концах дуги равен 126÷162°. В этом случае гранула, обкатываясь по одному из ярусов с тороидальной поверхностью, вылетает на следующий ярус камеры грануляции и попадает на нижестоящий разгонный диск, не бомбардируя вал.
Подведение форсунок не менее чем к двум верхним ярусам камеры грануляции обеспечивает оптимальное смачивание жидким связующим гранулируемого материала с интенсивным образованием центров грануляции. Подача жидкого связующего на нижних ярусах нецелесообразна, так как может привести к снижению прочности гранул.
Расположение разгонных дисков и форсунок по высоте яруса в его верхней трети также создает наиболее благоприятные условия для смешения исходного порошка со связующим и столкновения смешиваемых компонентов друг с другом. Выгрузка образовавшихся гранул осуществляется через лоток 10, расположенный в нижней части корпуса.
Гранулятор работает следующим образом.
Вертикальный вал 2 приводится во вращение приводом 3. Исходный порошкообразный материал, подлежащий грануляции, подают в камеру грануляции 5 через патрубок загрузки 4, расположенный в верхней части корпуса. Для образования гранул из порошкового материала с большим содержанием мелкой фракции необходима связующая жидкость, способствующая сцеплению частиц порошка. В качестве связующего могут применяться различные жидкости, в частности - вода, подаваемая в камеру грануляции 5 системой орошения, включающей форсунки 6, связанные с насосом-дозатором 7. При вращении вала 2 порошковый материал, подаваемый в камеру грануляции 5, и связующая жидкость, поступающая в камеру грануляции 5 от насоса-дозатора 7 через форсунки 6, попадают на лопасти 9 разгонных дисков 8, благодаря которым создается завихрение и турбуляция смешиваемых компонентов, что приводит к их столкновению друг с другом. Вода, попавшая в слой порошка, под воздействием капиллярных сил начинает распространяться во все стороны, заполняя поры между отдельными частицами, сцепляя их и образуя смоченные ядра - центры грануляции.
Разгонные диски 8 с лопастями 9, установленные по всей высоте ротора 2, разгоняют гранулируемый материал и отбрасывают его на тороидальные поверхности камеры грануляции 5. Под действием сил тяжести гранулируемый материал перемещается сверху вниз с одного яруса на другой. В процессе обкатывания по тороидальным поверхностям гранулятора и в результате многократных ударов о вращающиеся лопасти ротора отдельные частички материала, перемещаясь, укладываются более плотно. При этом избыточная влага выдавливается на поверхность комочка, благодаря чему становится возможным дальнейшее присоединение к такому комку сухих частичек, то есть рост гранулы. В момент перекатки гранул через мелкие частички материала происходит толчок в направлении центра гранулы. Развивающееся при этом давление способствует формированию сферической формы гранул. В процессе столкновения часть неровностей гранул разрушается за счет возникающего срезывающего усилия, а прочно прилипшие частички вдавливаются внутрь гранулы. При работе гранулятора внутри комка создается определенная минимальная толщина водных пленок, соответствующая величине приложенных динамических и статических нагрузок. При этом дальнейшее выделение воды на поверхность комка прекращается, гранула перестает расти и ее прочность становится максимальной для данного режима грануляции.
По завершении процесса уплотнения и стабилизации гранул они подаются к лотку выгрузки 10.
Таким образом, конструкция гранулятора обеспечивает упрочнение гранул и расширяет функциональные возможности их использования при производстве строительных материалов, получаемых из гранулированного сырья методом полусухого прессования.