УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Предлагаемое техническое решение относится к производству минеральных азотных удобрений, в частности - к производству гранулированного сульфата аммония, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для грануляции удобрений, представляющее собой ленточный конвейер, расположенный под наклоном, движущийся вверх навстречу скатывающимся под действием собственного веса частицам. При движении ленты гранулы по мере укрупнения скатываются вниз и, достигнув заданного размера, покидают ленту [В.П.Классен, Основы техники гранулирования. - М.: Химия, 1982, с.206-207].
Основным недостатком таких устройств является низкая производительность по готовому продукту, обусловленная тем, что мелкие частицы концентрируются во внутренней области сечения слоя материала и изолированы от подаваемого материала крупными гранулами, которые увеличиваются сверх заданного размера. Таким образом, процесс гранулообразования идет недостаточно интенсивно, а гранулят содержит большое количество гранул нетоварных фракций.
Известен также способ гранулирования минеральных удобрений и устройство для его осуществления, в котором устройство содержит наклонный ленточный конвейер, укрытие верхней рабочей ветви ленты, имеющее боковые стенки и плоскую крышку, в которой установлены распылители плава, а также загрузочное и разгрузочное устройство. Загрузочное устройство расположено в нижней части наклонного ленточного конвейера и выполнено в виде загрузочной воронки. Разгрузочное устройство представляет собой переливную трубу, закрепленную на боковой стенке укрытия. Процесс гранулирования осуществляется в рабочем пространстве, ограниченном верхней рабочей ветвью ленты и укрытием, причем в процессе работы верхняя рабочая ветвь ленты принимает форму желоба. Частицы материала подаются на рабочую поверхность ленты в нижней части конвейера. При движении снизу вверх лента увлекает частицы из нижней части слоя, которые затем под действием силы тяжести скатываются, возвращаясь в верхний слой. В результате этого частицы нижней части слоя, контактирующие с лентой, приобретают восходящее движение, а частицы верхней части слоя - нисходящее и постепенно занимают место частиц нижней части слоя [Патент FR 1545663, кл. В01J 2/26, 1968].
Недостатками этого аналога является то, что из-за концентрации основной массы материала в нижней части желоба создаются крайне неблагоприятные условия для охлаждения и отвода конденсата, образующегося при кристаллизации плава на поверхности частиц, и, кроме того, затруднительно равномерное орошение плавом частиц в толстом слое материала. Поэтому практически невозможно получить гранулят заданного гранулометрического состава, что снижает производительность по готовому продукту.
Известна также система для гранулирования сульфата аммония (производительностью 20 т/час) фирмы HOSOKAWA BEPEX Gmbh (D.O.Box 1152, D - 74207 Leingarten - Germany), в состав которой входят транспортер подачи исходного материала, форсунка, первый бункер с вибрирующим днищем, первый подающий шнековый питатель, распределительный шнековый питатель, вальц-пресс, предварительная дробилка, основная молотковая дробилка, первый ковшовый элеватор, первый вибролоток, двухсекционный грохот, второй вибролоток, роликовая мельница, второй ковшовый элеватор, второй бункер с вибрирующим днищем, второй шнековый подающий питатель, ротационный вентиль, фильтр, вентилятор. Готовые гранулы сульфата аммония поступают с двухсекционного грохота, при этом мелкие фракции гранул и пылевидные частицы сульфата аммония возвращаются на повторную обработку.
Недостатком систем для производства сульфата аммония данной фирмы является то, что температура исходного сырья на входе системы может изменяться в широких пределах, что может влиять на качество готовой продукции, в том числе привести к ухудшению его качеств. Кроме того, гранулы на выходе системы могут иметь недостаточно высокие прочностные характеристики, что может привести к снижению качества продукции, особенно при его длительном хранении.
Известно также устройство для гранулирования азотных удобрений, содержащее прямоугольный корпус, в нижней части которого расположены воздухоподводящие, а в верхней - воздухоотводящие штуцеры, общую воздухораспределительную решетку, установленную над воздухоподводящими штуцерами, штуцер подачи гранулируемого материала, питатель ввода ретура, штуцер выгрузки гранулированного продукта, в котором внутри корпуса, по центру, на расстоянии от торцевой стенки корпуса, со стороны штуцера выгрузки и над общей воздухораспределительной решеткой, смонтирован узел гранулирования в виде двухвалкового вращающегося навстречу друг к другу желоба, содержащего в нижней части волнообразную ломаную с углом 45° к горизонту и 60° у вершины волны, рабочую решетку с отверстиями по одному ряду на горизонтальных участках и по 3-5 рядов на наклонных под углом 45° к горизонту участках, две боковые стенки узла гранулирования, выполненные расходящимися под углом 60° от рабочей решетки вверх на ширину 2,3 В, где В - ширина проекции рабочей решетки на горизонтальную плоскость, и переходящими на вертикальные участки, с размером между ними 1,6 В, сопряженными с наклонными участками по радиусу и снабженными в конце, по ходу потока, выгрузочными окнами, высота которых не превышает величину радиуса, две внутренние, по всей длине узла гранулирования, расходящиеся под углом 45° и заканчивающиеся загибом вовнутрь по радиусу концентрично боковым стенкам перегородки, установленные с зазором над рабочей решеткой выше зоны действия потока воздуха через отверстия в рабочей решетке и закрепленные на боковых стенках узла гранулирования при помощи косынок снизу и сверху с шагом по длине, в верхней части, у края верхних кромок продольных перегородок, по оси гранулятора установлен обогреваемый коллектор с распыляющими форсунками, расположенными в два ряда с факелами распыла, направленными в сторону продольных перегородок под углом 45° к горизонту; устройство для гранулирования азотных удобрений, в котором коллектор снабжен двухскатным укрытием с центральным углом у вершины 60°, нижние концы скатов отогнуты по радиусу в сторону продольных перегородок с зазором к ним, две вертикальные стенки установлены между общей воздухораспределительной решеткой и рабочей волнообразной решеткой узла гранулирования, по оси узла гранулирования установлены узлы пересыпки, выполненные в виде коробов прямоугольного сечения, проходящие через волнообразную рабочую решетку на некоторую высоту над ней, раздваивающиеся книзу и проходящие через вертикальные стенки насквозь; устройство, в котором по бокам узла гранулирования и со стороны выгрузочного штуцера между наружными боковыми стенками корпуса и вертикальными стенками - под рабочей решеткой узла гранулирования, ниже этой решетки на расстоянии В, с двух сторон и в торце - установлена рабочая решетка охлаждающего фонтанирующего кипящего слоя, которая снабжена устройствами принудительного перемещения охлаждаемого продукта в сторону выгрузки в виде пустотелых треугольных порогов с углом у вершины 60° с отверстиями на стенке в сторону направления движения материала, причем аналогичными устройствами в два ряда снабжена рабочая решетка узла гранулирования (патент РФ №2163901, МПК(7) С05С 1/02, B01J 2/16 на изобретение «Способ гранулирования азотных удобрений и устройство для его осуществления, опубл. 10.03.2001, Бюл. 7).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству являются системы гранулирования фирмы A.J.Sackett and Sons Company, (1701 South Highland Avenue, Baltimore, MD 21224 USA). В состав типовой системы гранулирования входят: ковшовый элеватор для подачи сырья, шнековый конвейер для распределения исходного материала, бункеры для исходного сырья, подающие ленточные конвейеры, система подачи микрокомпонентов, форсунки, первый ковшовый элеватор, шнековый питатель, смеситель, вальц-пресс, дробилка для гранулирования, двухсекционный грохот, роторный сушильный аппарат, роторный холодильный аппарат, второй ковшовый элеватор, двухсекционный грохот готового продукта, барабан для нанесения покрытия, сборник летучей пыли, сушильная камера для сбора пыли, обратные конвейеры (рекламный проспект A.J.Sackett Granulation Systems, Leadlers in Fertilizer Technology, Since 1897).
Недостатками систем гранулирования, выпускаемых фирмой A.J.Sackett and Sous Company является то, что температура исходного сырья на входе системы может изменяться в широких пределах, что может влиять на качество готовой продукции, в том числе привести к ухудшению его качеств. Кроме того, гранулы на выходе системы могут иметь недостаточно высокие прочностные характеристики, что может привести к снижению качества продукции, особенно при его длительном хранении.
Целями предлагаемого технического решения является повышение качества выходной продукции (гранул сульфата аммония) и увеличение количества выходной товарной продукции. Кроме того, использование предлагаемого технического решения должно обеспечивать температуру и влажность подаваемого в систему сырья одинаковыми, вне зависимости от источника сырья, способа его доставки и режима хранения. Процессы настройки пресса и дробилок в процессе подготовки технологической линии должны быть упрощены. Кроме того, возможно снижение стоимости оборудования, места для его размещения и стоимости использования теплоносителя.
Для достижения поставленных целей в устройство для гранулирования азотных удобрений, например, сульфата аммония, содержащее первый ковшовый элеватор, подающий исходную сырьевую массу на распределительный бункер, выходом соединенный с первым винтовым конвейером, второй ковшовый элеватор, выход которого через первый питатель-смеситель соединен с входом вальц-пресса, плитколоматель, входом соединенный с выходом вальц-пресса, причем дополнительные входы распределительного бункера соединены с входом плитколомателя, первый скребковый конвейер, выход которого через третий ковшовый элеватор соединен со входом грохота сортировочного, первый выход которого (фракции требуемого размера) через второй питатель-смеситель соединен с входом устройства осушивания, второй выход которого (фракции мелкого размера) через второй скребковый конвейер соединен с дополнительными входами второго ковшового элеватора, с выхода устройства осушивания фракции заданного размера через второй винтовой конвейер поступают на вход барабана-охладителя, с выхода которого через четвертый ковшовый элеватор и контрольный горохот продукция поступает на склад готовой продукции либо через ленточный конвейер, либо через барабан дополнительной обработки, в его состав введены барабан-подогреватель, входом соединенный с выходом первого винтового конвейера, а выходом - со входом второго ковшового элеватора, две дробилки, грохот колосниковый, с выхода которого смесь гранул фракций различного размера поступает на первый скребковый конвейер - либо напрямую (для фракций малых размеров), либо через первую дробилку (для фракций крупных размеров), причем вторая дробилка входом подсоединена к третьему выходу грохота сортировочного (фракции крупного размера), а выходом - к дополнительным входам третьего ковшового элеватора, а устройство осушивания выполнено в виде сушилки кипящего слоя.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, в состав которого входят: склад (1) исходного сырья, первый ковшовый элеватор (2), металлоискатель (3), распределительный бункер (4), первый винтовой конвейер (5), барабан-подогреватель (6), второй ковшовый элеватор (7), первый питатель-смеситель (8), вальц-пресс (9), плитколоматель (10), грохот колосниковый (11), первая дробилка (12) - первой стадии дробления, первый скребковый конвейер (13), третий ковшовый элеватор (14), грохот сортировочный (15), вторая дробилка (16) - второй стадии дробления, второй скребковый конвейер (17), первый весоизмеритель (18), шнековый питатель-смеситель (19), сушилка в кипящем слое (20), батарея рукавных фильтров (21), второй винтовой конвейер (22), барабан охладительный (23), четвертый ковшовый элеватор (24), контрольный грохот (25), второй весоизмеритель (26), ленточный конвейер (27), барабан для дополнительной обработки (28), склад готовой продукции (29).
Гранулирование азотных удобрений согласно предлагаемому техническому решению осуществляется следующим образом. Сырье (например, кристаллический сульфат аммония) со склада (1) первым ковшовым элеватором (2) подается через металлоискатель (3) в распределительный бункер (4), откуда с помощью первого винтового конвейера (5) загружается в барабан-подогреватель (6), из которого далее сбрасывается в приемную воронку второго ковшового элеватора (7). Сюда - же с помощью скребкового конвейера (17) подается ретур (класс частиц менее нижнего заданного размера (а…в)) и пыль из батареи рукавных фильтров (21). Эта смесь фракций различных размеров подается в питатель-смеситель (8), куда при необходимости (для улучшения процесса прессования) может подаваться вода для увлажнения смеси (в количестве до 1,5% от загрузки). Из питателя-смесителя (8) продукт сбрасывается в приемную шахту вальц-пресса (9), при переполнении которого излишки возвращаются в распределительный бункер (4). Спрессованный материал через плитколоматель (10) попадает на грохот колосниковый (11), где происходит отделение класса фракций заданного размера (а…в), который, минуя первую дробилку (12) - первой стадии дробления, попадает на первый скребковый конвейер (13) и вместе с разгрузкой этой дробилки третьим ковшовым элеватором (14) подается на грохот сортировочный (15), на котором происходит разделение продукта на 3 класса: фракции размером более заданного интервала (а…в) поступают на вторую дробилку (16) - второй стадии дробления и тем же третьим ковшовым элеватором (14) возвращаются на грохот сортировочный (15); готовый продукт с фракциями размеров в заданном интервале (а…в) чрез первый весоизмеритель (18) поступают на шнековый питатель - смеситель (19); класс фракций размером менее нижней границы заданного интервала (а…в) возвращается с помощью второго скребкового конвейера (17) на повторное прессование. Процесс облагораживания (на первой стадии-упрочнения) гранул начинается в шнековом питателе - смесителе (19), где гранулы смачиваются водой (поступающей в заданном количестве 1 - 2% от массы гранул). Смоченные гранулы подаются в сушилку в кипящем слое (20), где происходит их сушка и удаляется пылевая фракция, улетающая вместе с отходящими газами на батарею рукавных фильтров (21), и, далее (как вариант) - на второй ковшовый элеватор (7), т.е. на повторную обработку. Высушенные гранулы сбрасываются винтовым конвейером (22) в барабан охладительный (23), где происходит их охлаждение за счет обдува наружным воздухом (до 35-40°С) и скатывание. После охлаждения продукт четвертым ковшовым элеватором (24) подается на контрольный грохот (25), из которого фракции заданного интервала (а…в) через второй весоизмеритель (26) поступают либо на дополнительную обработку реагентами (добавками) в барабане для дополнительной обработки (28), либо напрямую с помощью ленточного конвейера (27) на склад готовой продукции.
Используемая технология гранулирования может использовать химикалии, газы (пары) или связующие вещества в зависимости от исходных материалов, требуемых качеств выходного продукта и влияния процесса получения удобрения на окружающую среду. Конечный продукт имеет хорошую твердость, хорошо транспортируется и хранится, имеет высокую однородность по размерам.
На фиг.1 изображены все функциональные узлы, входящие в конкретный вариант устройства для гранулирования азотных удобрений, реализующий предлагаемое техническое решение. Функциональные узлы: 1 - склад исходного сырья, 3 - металлоискатель, 18 - первый весоизмеритель, 21 - батарея рукавных фильтров, 26 - второй весоизмеритель, выделенные на фиг.1 пунктирными линиями, непринципиальны для реализации предлагаемого технического решения с точки зрения технологии гранулирования. Формула полезной модели содержит совокупность всех существенных признаков, достаточных для достижения заявленного технического результата. Эта часть признаков, приведенных в описании полезной модели (т.е. функциональные узлы 1, 3, 18, 21, 26) в формуле полезной модели не приведены, т.к. на практике эти функциональные узлы могут и отсутствовать, что не влияет на сущность предлагаемого технического решения. По этой - же причине в формуле и описании полезной модели не приведены функциональные узлы, обеспечивающие подачу воды (заданной температуры) и реагентов (добавок).
Описанный вариант реализации предлагаемого решения, выполненный в соответствии с настоящим описанием, обеспечивает возможность его реализации и достижения указанных выше технических результатов. Само собой разумеется, что им не исчерпываются все возможности осуществления предлагаемого технического решения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенных в формуле полезной модели.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с известными (из патентных, научно-технических, рекламных и других источников информации) позволяет сделать вывод о том, что объекты техники с такой совокупностью заявляемых признаков не известны из (предыдущего) уровня техники. Новизна предлагаемого технического решения заключается во введении в состав устройства барабана-подогревателя, грохота колосникового, второй дробилки и выполнении устройства осушивания в виде сушилки кипящего слоя. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение удовлетворяет требования критерия (условия) «новизна».
Предлагаемое техническое решение относится к производству минеральных азотных удобрений, в частности - производству гранулированного сульфата аммония, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле полезной модели. Результаты расчетов, проведение лабораторных и натурных испытаний подтверждают высокую эффективность данного технического решения, заключающуюся в повышении количества выходной продукции, а также в увеличении количества выходной товарной продукции. Кроме того, использование предлагаемого технического решения позволяет сделать температуру и влажность подаваемого в систему сырья одинаковой, вне зависимости от источника сырья, способа его доставки и режима хранения. В системе упрощены процессы настройки пресса и дробилок в процессе подготовки технологической линии. Кроме того, возможно снижение стоимости оборудования, места его размещения и стоимости использования теплоносителя. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предложенное техническое решение удовлетворяет требованиям критерия (условия) «промышленная применяемость».