СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF GRANULATION AND DEVICE TO THIS END

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к гранулированию жидкого или полужидкого вещества.
В частности, изобретение касается способа гранулирования, в котором жидкое вещество подается во вращающийся ковш (сосуд/камеру) для гранулирования, расположенный в грануляционной башне, вмещающий подаваемую жидкую массу указанного вещества и имеющий перфорированную боковую стенку, и указанное жидкое вещество в виде струй жидкости распыляется из ковша для гранулирования через перфорированную боковую стенку в грануляционную башню. Изобретение касается также устройства, пригодного для осуществления вышеуказанного способа. Предпочтительная область применения изобретения - получение гранул или сферических частиц мочевины.
Уровень техники
Гранулирование подаваемого вещества, находящегося в жидком состоянии (например, диспергированного или растворенного в жидкой фазе, или даже в расплавленном состоянии) осуществляется в цилиндрической башне, известной также как грануляционная башня или колонна для отверждения капелек распыленной жидкости (гранбашня), в которой создают нисходящий поток маленьких капелек вышеуказанного вещества и обеспечивают движущийся в противотоке восходящий поток соответствующей охлаждающей газообразной среды (например, воздуха), благодаря чему падающие капли затвердевают, образуя в основном сферические гранулы.
Известный способ создания вышеуказанного нисходящего потока маленьких капелек заключается в подаче жидкого вещества в перфорированную емкость, известную также как ковш для гранулирования. Ковш для гранулирования обычно расположен в верхней части грануляционной башни и вращается вокруг вертикальной оси грануляционной башни.
Основная проблема при осуществлении процесса гранулирования заключается в получении монодисперсного потока, т.е. потока капелек жидкости, имеющих (по мере возможности) одинаковую форму, предпочтительно сферическую, и одинаковый размер. Твердые гранулы, полученные из монодисперсного потока, имеющие одинаковую форму и размер, являются продуктом высшего качества.
Известно, что для повышения однородности капелек жидкости следует подвергать струи жидкости некоторому возмущению, что помогает разбивать струи жидкости на капельки. Известно, что с этой целью используется вращающийся и вибрирующий ковш для гранулирования, в котором струи жидкости подвергаются возмущению в виде вибрации, направленной по вертикальной оси башни.
В US-A-4585167 раскрывается способ разделения жидкого продукта на капли с использованием перфорированной емкости, а также раскрывается способ, обеспечивающий вращение и вибрацию этой емкости для приведения струй жидкости в состояние возмущения.
В приведенном ниже описании термин "способ, обеспечивающий вибрацию" в основном относится к способу гранулирования, в котором, как указано выше, жидкое вещество, подлежащее гранулированию, подают в ковш для гранулирования с перфорированной боковой стенкой и этот ковш для гранулирования вибрирует в направлении вертикальной оси грануляционной башни, для того чтобы создать возмущающее воздействие для струй жидкости и способствовать образованию капелек одинакового размера.
Установлено, что вибрация ковша и содержащейся в нем жидкости ускоряет приближение к монодисперсному потоку, т.е. вибрирующий ковш обеспечивает получение гранул с более однородным гранулометрическим составом по сравнению с не вибрирующим ковшом, вращающимся с той же скоростью. Тем не менее, постоянно существует потребность в улучшении монодисперсии капелек, особенно при большой частоте вращения, когда труднее обеспечить монодисперсный поток. В частности, труднее получить хорошую монодисперсию при частоте вращения более 50-80 оборотов в минуту (об/мин).
Следует понимать, что вышеуказанное значение 50-80 об/мин приведено для примера и может изменяться в зависимости от условий. Во всяком случае, среднее или крупногабаритное оборудование по экономическим причинам требует большой частоты вращения ковша, а именно, 200-300 об/мин. Как правило, большая частота вращения требуется для достижения хорошей производительности, особенно на больших установках, где рекомендуется иметь один ковш в центре башни, а не несколько ковшей с малой частотой вращения.
Поэтому все еще существует потребность в повышении эффективности вышеупомянутого способа с обеспечением вибрации при любой частоте вращения, но, в первую очередь, при большой частоте вращения, требуемой на больших установках.
Сущность изобретения
Техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы удовлетворить вышеуказанные потребности, т.е. найти способ и создать подходящее устройство для улучшения монодисперсии капелек жидкости при осуществлении способа гранулирования в грануляционной башне, оснащенной вращающимся и вибрирующим ковшом для гранулирования, в частности, при большой частоте вращения указанного ковша.
В настоящем изобретении указанная задача решена в способе гранулирования определенного выбранного вещества в жидком состоянии, в котором указанное жидкое вещество подается во вращающийся ковш для гранулирования, расположенный внутри грануляционной башни, вмещающий подаваемую жидкую массу вышеуказанного вещества и имеющий перфорированную боковую стенку, и через эту перфорированную боковую стенку жидкое вещество в виде струй жидкости распыляется из ковша для гранулирования в грануляционную башню, отличающемся тем, что струи жидкости подвергаются вибрации в направлении оси грануляционной башни, в то время как вибрация содержащейся в ковше массы жидкости в основном исключается, причем вибрация передается струям жидкости в результате ее воздействия на перфорированную боковую стенку, но исключается воздействие вибрации на остальные части ковша для гранулирования.
Предпочтительно, это осуществляется путем воздействия на перфорированную боковую стенку соответствующих средств, вызывающих вибрацию, и путем создания ковша, в основном имеющего рамную часть (каркас) и перфорированную боковую стенку, которая в отношении вибрации не связана с рамной частью.
В настоящем описании выражение "в отношении вибрации не связана" означает, что перфорированная боковая стенка связана с рамной частью ковша при помощи соединительных средств, которые по существу неспособны передавать вызывающее вибрацию воздействие, или она механически отсоединена от рамной части ковша. Предпочтительно, перфорированная боковая стенка связана с рамной частью посредством гибкого соединения, способного работать в качестве механического фильтра для вызывающих вибрацию воздействий, передаваемых на перфорированную боковую стенку вызывающими вибрацию средствами.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагается устройство для гранулирования жидкого или полужидкого вещества вышеописанным способом, включающее грануляционную башню и вращающийся ковш для гранулирования, расположенный в этой башне и соединенный со средствами подачи указанного вещества и с вращающимся валом, причем ковш для гранулирования состоит из рамной части и перфорированной боковой стенки и соединен с соответствующими вызывающими вибрацию средствами, способными создавать вибрацию в основном в направлении оси грануляционной башни, отличающееся тем, что вызывающие вибрацию средства соединены с перфорированной боковой стенкой ковша и между перфорированной боковой стенкой ковша и его рамной частью имеется соответствующее гибкое соединение, причем указанное гибкое соединение способно работать в качестве механического фильтра в отношении воздействия вибрации, благодаря чему работа вызывающих вибрацию средств вызывает вибрацию перфорированной боковой стенки, тогда как рамная часть ковша по существу изолирована от этого воздействия вибрации.
В предпочтительном варианте конструкции вышеописанного устройства рамная часть ковша для гранулирования включает верхнее основание и нижнее основание; перфорированная боковая стенка соединена с верхним основанием посредством первого гибкого соединения, а также соединена с нижним основанием посредством второго гибкого соединения. Кроме того, ковш может включать комплект импеллеров (лопастей), обеспечивающих жесткое соединение верхнего основания с нижним основанием.
Более предпочтительно, если вышеуказанные первое и второе гибкие соединения выполнены при помощи первой упругой шайбы (кольца), прикрепленной к верхней крепежной части перфорированной боковой стенки и к верхнему основанию, и при помощи второй упругой шайбы, прикрепленной к нижней крепежной части боковой стенки и к нижнему основанию ковша.
Упругие шайбы предпочтительно изготовлены из эластомера. В соответствии с другим вариантом изобретения упругие шайбы могут иметь многослойную структуру.
В другом варианте конструкции (не показан) гибкое соединение между перфорированной боковой стенкой ковша и его рамной частью выполнено с помощью одного или нескольких подходящих соединений с промежуточным сильфоном (сильфонным компенсатором) или эквивалентных средств, таких как шайбы или другие соединительные элементы, имеющие подходящую толщину и (или) волнистый профиль, чтобы обеспечить определенную степень гибкости для осуществления требуемой фильтрации колебаний. В общем, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что можно использовать любое гибкое соединение, пригодное для фильтрации колебаний и в основном исключающее при этом вибрацию рамной части ковша.
В соответствии с еще одним вариантом изобретения указанное гибкое соединение между перфорированной боковой стенкой ковша и его рамной частью является гибким, в основном, в направлении оси ковша, чтобы работать в качестве фильтра, как описано выше, но по существу жестким в направлении кручения, поэтому может использоваться для передачи вращающего (крутящего) момента от рамной части ковша к его боковой стенке.
В еще одном предпочтительном варианте конструкции, устройство включает нижний фланец, опертый на вращающийся вал, соединенный с вызывающими вибрацию средствами и имеющий периферийный участок, прикрепленный к перфорированной боковой стенке ковша. В особенно предпочтительном варианте конструкции вышеуказанный фланец упруго оперт в направлении оси на нижний конец вращающегося вала посредством одной пружины или нескольких пружин, работающих как пружина(ны) возврата (в исходное положение) или посредством эквивалентных упругих средств, например, амортизаторов (буферов), изготовленных из эластомера. Вызывающие вибрацию средства соединены с указанным приводным фланцем (с ведущими шпоночными пазами), предпочтительно помещены в закрытый корпус, так что они действуют непосредственно на сам фланец. Кроме того, могут быть предусмотрены подходящие средства для гашения колебаний.
В других вариантах конструкции (не показаны) перфорированная боковая стенка во избежание утечки текучей среды может быть механически отсоединена от рамной части ковша предпочтительно с помощью подходящих средств (прокладка или эквивалентные средства).
Частота вышеуказанной вибрации зависит от жидкого вещества, подлежащего гранулированию, и от других параметров и может быть задана в соответствии с известными критериями, которые подробно не рассматриваются. Предпочтительная область применения - гранулирование мочевины.
Было установлено, что однородность потока капель при осуществлении вышеуказанного способа приведения в состояние вибрации только периферийной боковой стенки ковша неожиданно улучшается при любой частоте вращения и, в первую очередь, при большой частоте вращения. В частности, получение очень хорошего монодисперсного потока сферических капелек, имеющих одинаковый размер, отмечено при очень большой частоте вращения, например, 300 об/мин.
Такая хорошая монодисперсия капелек при большом числе об/мин приводит к получению конечного продукта, в большей мере отвечающего требованиям, наряду с высокой производительностью.
В дополнение к преимуществам, состоящим в улучшении монодисперсии и повышении качества конечного продукта, настоящее изобретение обеспечивает уменьшение массы, приводимой в состояние вибрации, по сравнению с существующими вибрирующими ковшами, приравнивая ее к массе перфорированной боковой стенки и небольшого количества жидкости.
Существует целый ряд преимуществ, связанных с уменьшением вибрирующей массы. Во-первых, по сравнению с известным уровнем техники значительно уменьшаются воздействия вибрации на опоры и риск механического отказа (повреждения). Например, в вышеупомянутом известном решении, раскрытом в US-A-4585167, ведущий вал испытывает сильное (механическое) напряжение, подвергаясь воздействию и кручения, и вибрации. Во-вторых, уменьшенная вибрирующая масса дает возможность использовать двигатель меньшего размера, вызывающий при этом более быструю вибрацию, по сравнению с известным устройством. Следует отметить, что используемые для сообщения вибрации двигатели, рассчитанные на создание больших усилий, обычно ограничены сравнительно низкой рабочей частотой, в то время как вызывающие вибрацию двигатели, рассчитанные на высокие частоты, могут создавать ограниченное усилие, неспособное вызвать вибрацию большой массы. Настоящее изобретение позволяет преодолеть это ограничение, например, благодаря передаче высокочастотных колебаний на большой ковш для гранулирования, вращающийся с высокой скоростью. Кроме того, снижается энергопотребление.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут очевидны из следующего ниже описания неограничивающего примера его осуществления.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства, предлагаемого в настоящем изобретении;
на фиг.2 представлено схематическое изображение в разрезе части устройства, показанного на фиг.1.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Как видно из фиг.1, представлено устройство для гранулирования жидкого вещества, например, мочевины, включающее грануляционную башню 1, оснащенную ковшом 15 для гранулирования. Ковш 15 для гранулирования расположен внутри башни 1, причем вблизи ее верхней части.
Грануляционная башня 1 имеет цилиндрический корпус 2 с вертикальной осью А-А и закрыта с противоположных концов опорной плитой (днищем) 3 и верхней стенкой или панелью 4. У основания корпуса 2 имеются трубопроводы 5 и 6 для создания непрерывного восходящего потока соответствующей охлаждающей газообразной среды, например охлаждающего воздуха, в башню 1. На верхней панели 4 смонтированы дополнительные трубопроводы 7, 8 для выпуска охлаждающей среды и, возможно, паровой фракции, выделяющейся из гранулируемого вещества.
Верхнюю стенку 4 в центральной части пересекает цилиндрический бункер в форме трубы или трубопровод 9 для подачи жидкого вещества, подлежащего гранулированию. Более конкретно, трубопровод 9 за пределами корпуса 2 имеет участок 9а, соединенный с трубопроводом 10 для подачи жидкого вещества, а внутри корпуса и ковша 15 для гранулирования (фиг.2) - участок 9b с множеством прорезей 13, распределенных на боковой поверхности, для подачи жидкого вещества в ковш 15. Трубопровод 9 закрыт на противоположных концах нижней трубной решеткой (доской) 12 и верхней трубной решеткой.
По оси трубопровода 9 проходит вал 14, соединенный с соответствующим двигателем и с ковшом 15 для гранулирования, для сообщения ковшу 15 вращательного движения вокруг вертикальной оси А-А с заданной частотой вращения.
В частности, ковш 15 для гранулирования включает перфорированную боковую стенку 15а в форме усеченного конуса и рамную часть, которая в данном примере определена верхним основанием 15b и нижним основанием 15c, которые соединены посредством соответствующего числа пластин 20 импеллера.
Вал 14 поддерживает раму ковша при помощи стандартных средств, например, благодаря соединению вала с нижним основанием 15c.
Конец вала 14, находящийся ниже ковша 15, соединен с нижним фланцем 24, имеющим центральный участок 24а и периферийный участок 24b и поддерживающим корпус 25, в котором установлено, по сути известное, соответствующее устройство (или двигатель) 26, вызывающее вибрацию.
Вал 14 прочно соединен с помощью подходящего шпоночного соединения с фланцем 24 и ковшом 15. В этом примере для прочного соединения между валом 14 и нижним основанием 15c установлена шпонка 21 (или эквивалентное ей соединение).
Вышеуказанное устройство 26, вызывающее вибрацию, предпочтительно является пневматическим устройством, в которое по главному воздухопроводу 27, имеющему общую ось с валом 14, и дополнительному воздухопроводу 28 через фланец 24 подается сжатый воздух. Устройство 26, вызывающее вибрацию, может также состоять из нескольких вызывающих вибрацию узлов, приводимых в действие посредством соответствующих воздухопроводов, в которые сжатый воздух подается по главному воздухопроводу 27.
Устройство 26, вызывающее вибрацию, прочно соединено с фланцем 24, а именно с его центральным участком 24а, и способно передавать вибрацию на указанный фланец. Как видно из фиг.2, фланец 24 упруго опирается в направлении оси А-А на конец вала 14 посредством первой пружины 32 и второй пружины 33. Вместо указанных пружин 32, 33 могут использоваться другие упругие средства, например, эластомеры. Кроме того, при необходимости могут быть предусмотрены средства для гашения колебаний.
Периферийный участок 24b фланца 24 прочно соединен, например, посредством болтов с нижней крепежной частью 40 боковой стенки 15а, которая в данном примере представляет собой металлическое кольцо, приваренное к нижнему опорному кольцу боковой стенки 15а, также изготовленному из металла.
Для соединения указанной крепежной части 40 боковой стенки 15а с периферийным участком нижнего основания 15c имеется упругая шайба 42. Упругая шайба 42, например, имеет отверстия, распределенные по окружности на внутренней и внешней поверхности, поэтому имеется первый комплект болтов для соединения участка 24b фланца 24 с крепежной частью 40 со вставкой между ними упругой шайбы 42 и второй комплект болтов для прикрепления упругой шайбы 42 к основанию 15c. Соответственно, верхнее опорное кольцо боковой стенки 15а имеет крепежную часть 43, а для соединения с верхним основанием 15b имеется упругая шайба 44.
Толщина крепежных частей 40 и 43 предпочтительно больше толщины боковой стенки 15а, для того чтобы обеспечить место для крепежных средств между указанными упругими шайбами, верхним и нижним основанием ковша и его боковой стенкой.
Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что упругие шайбы 42, 44 обеспечивают гибкое соединение между перфорированной боковой стенкой 15а и остальными частями ковша 15, а, именно, основаниями 15b и 15c, несмотря на то, что боковая стенка 15а посредством фланца 24 прочно соединена с вызывающим вибрацию двигателем 26. Гибкое соединение, обеспечиваемое вышеуказанными шайбами 42, 44, по существу работает как механический фильтр для воздействий вибрации, т.е. воздействия вибрации, передаваемые боковой стенке 15а, в основном не передаются основаниям 15b, 15c. Следует также отметить, что шайбы 42, 44 в основном являются жесткими (неподвижно закрепленными) в направлении кручения, т.е. когда вал 14 вращается, они способны передавать вращающий момент от нижнего основания 15c на фланец 24 и боковую стенку 15а.
Упругие шайбы 42, 44 предпочтительно изготовлены из эластомера.
Как указано выше, в эквивалентных вариантах конструкции устройства, предлагаемого в изобретении, гибкое соединение выполнено с помощью одного или нескольких компенсирующих соединений, т.е. два компенсирующих соединения смонтированы в том же положении, что и упругие шайбы 42, 44. В других вариантах конструкции боковая стенка 15а может быть также механически отделена от рамной части ковша.
Предлагаемое в изобретении устройство работает следующим образом. Жидкое вещество по трубопроводу 10 и через (имеющий форму трубы) бункер 9 подается во вращающийся ковш 15 для гранулирования, который создает нисходящий поток F капелек (фиг.1) в башню 1. Вызывающий вибрацию двигатель 26 через фланец 24 передает воздействие вибрации на перфорированную боковую стенку 15а в направлении оси А-А. Упругие шайбы 42, 44, обеспечивающие гибкое соединение между боковой стенкой 15а и основаниями 15b, 15c, в отношении воздействий вибрации работают как фильтры, в основном исключая вибрацию остальных частей ковша 15 (т.е. всех частей, кроме перфорированной боковой стенки 15а).
При возвратно-поступательном колебательном движении перфорированной боковой стенки 15а вибрация передается струям жидкости, выходящим из самой перфорированной боковой стенки. Вибрация создает возмущение (потока), которое помогает разбивать струи жидкости с образованием потока капелек одинакового размера.
Масса, приводимая в состояние вибрации, в основном ограничена массой боковой стенки 15а, фланца 24 и других небольших элементов (например, крепежных частей 40, 43 и болтов), в то время как основания 15b, 15c, импеллеры 20 и значительное количество жидкости, содержащейся в ковше, не приводятся в состояние вибрации.