АППАРАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ
INSTALLATION FOR PRODUCTION OF GRANULATED PRODUCTS

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройству для сушки и гранулированного материала, и может найти применение в производстве минеральных солей и удобрений, гранулированного хлорида кальция.
Известно использование для сушки растворов и суспензий распылительных сушилок, например, согласно патента Германии [DE №2125945] распылительная сушилка состоит из камеры, снабженной в верхней части форсункой для ввода высушиваемого материала, цилиндрическим стаканом и газоотводящим коллектором, а в нижней части - распределительной решеткой и течкой для высушенных в кипящем слое гранул, причем стакан размещается между камерой и газоотводящим коллектором и снабжен тангенциальными патрубками ввода газа.
Недостатком этой сушилки является сложность конструкции и большой пылеунос.
Известен аппарат для получения гранулированных продуктов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, газораспределительную решетку, укрепленный в ней вертикальный газоподводящий патрубок с расположенной внутри него форсункой для распыления пульпы или расплава, патрубок для подачи под решетку газа, осевой газоотводящий патрубок, подсоединенный к верхней части корпуса, патрубок для подачи дисперсного материала и патрубок для выгрузки гранул, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, аппарат снабжен дополнительным газоподводящим патрубком, тангенциально установленным в верхней части корпуса, газоотводящий патрубок снабжен конусной воронкой с цилиндрический обечайкой на ее конце и с внутренним конусом, вертикальный газоподводящий патрубок размещен по оси корпуса, а верхний торец его расположен над газораспределительной решеткой на уровне высоты кипящего слоя [SU №1192216, МПК B01J 2/16, 1980 г.].
К недостаткам известного аппарата следует отнести невысокую производительность и сравнительно большой пылеунос.
Известен также аппарат для обезвоживания хлористого кальция, содержащий вертикальный корпус, размещенные в корпусе устройство распыления раствора и расположенное под ним газораспределительное устройство, патрубки для подвода и отвода газа-теплоносителя, подвода исходной жидкости и вывода готового продуктами [SU №1561991, МПК В01В 1/18, 1988 г.].
К недостаткам этого аппарата также следует отнести сложность конструкции и большой пылеунос.
Известен аппарат с псевдоожиженным слоем, создаваемым потоком топочных газов, путем распыления в псевдоожиженном слое при температуре 150-200°С и скорости топочных газов 2,5-3,0 м/с раствора хлорида кальция с концентрацией 30-32%, предварительно доведенного до концентрации 38-45%, путем его упаривания и дополнительного растворения пылевых фракций, выносимых из аппарата сушки, на образованные в псевдоожиженном слое нагретые гранулы с последующим обезвоживанием и кристаллизацией растворенных в растворе веществ [RU №2200710, МПК C01F 11/24, 2002 г.].
К недостаткам этого аппарата следует отнести большой пылеунос, низкую производительность, требование достаточно высокой исходной концентрации раствора.
Известна сушилка фонтанирующего слоя, содержащая сушильную камеру и соосно размещенную внутри нее вставку, где сушильная камера состоит из камеры предварительной подсушки и камеры окончательной сушки материала, вставка выполнена в виде коаксиально расположенных раструбов, верхние основания которых расположены на разном расстоянии по отношению друг к другу, увеличивающемся по высоте от центрального раструба к периферийному, причем периферийный раструб имеет меньшую длину и у основания - радиальные отводящие патрубки, сообщающиеся с центральным раструбом, а основание среднего раструба соединено с камерой предварительной подсушки материала посредством кольцевых щелей в верхней ее части, при этом раструбы выполнены в виде верхней половины гиперболоида вращения [RU №2182298, МПК C01F 11/24, 2001 г.].
Недостатками этого устройства является сложность конструкции, большой пылеунос, налипание продукта на поверхностях раструбов.
Наиболее близким техническим решением является аппарат для получения гранулированных продуктов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, газораспределительную решетку, укрепленный в ней соосный вертикальный газоподводящий патрубок, тангенциальный газоподводящий патрубок, установленный в верхней части корпуса, форсунку для распыливания пульпы или расплава, размещенную внутри вертикального газоподводящего патрубка, верхний торец которого расположен над газораспределительной решеткой на уровне высоты кипящего слоя, осевой газоотводящий патрубок, подсоединенный в верхней части корпуса и снабженный конусной воронкой с цилиндрической обечайкой на ее конце и с внутренним конусом, патрубок для подачи дисперсного материала и патрубок для выгрузки гранул, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, газораспределительная решетка снабжена коаксиально расположенными усеченными конусами, внутренний из которых закреплен на вертикальном газоподводящем патрубке, а наружный закреплен на газораспределительной решетке, при этом торец наружного усеченного конуса расположен ниже торца вертикального газоподводящего патрубка, патрубок для подачи дисперсного материала установлен в верхней части корпуса, выше нижней кромки тангенциального газоподводящего патрубка, а торец цилиндрической обечайки расположен ниже торца внутреннего конуса [RU №2060810, МПК C01J 2/16, 1996 г.].
Недостатками этого аппарата являются высокий пылеунос и низкий тепловой коэффициент полезного действия, что ограничивает возможности интенсификации процесса сушки.
Технической задачей изобретения является интенсификация процесса сушки и снижение пылеуноса, а также повышение качества получаемого продукта.
Поставленная задача решается тем, что аппарат для получения гранулированных продуктов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус; газораспределительную решетку; решетку кипящего слоя, укрепленного в ней соосного вертикального газоподводящего патрубка, верхний торец которого расположен над решеткой кипящего слоя на уровне высоты кипящего слоя; патрубок для подачи воздуха под решетку, расположенный ниже газораспределительной решетки; форсунку для распыливания пульпы или расплава, размещенную соосно внутри вертикального газоподводящего патрубка; коаксиально расположенные усеченные конусы, внутренний из которых закреплен на вертикальном газоподводящем патрубке и решетке кипящего слоя, а наружный закреплен на решетке кипящего слоя и цилиндрическом корпусе, при этом меньшее основание наружного усеченного конуса расположено ниже верхнего торца вертикального газоподводящего патрубка; патрубки для подачи дисперсного материала, установленные выше высоты кипящего слоя; патрубок для выгрузки гранул; осевой газоотводящий патрубок, подсоединенный в верхней части сепарационной зоны; в верхней части аппарата установлена сепарационная зона, состоящая из трех частей: конической, цилиндрической и конической, внутри сепарационной зоны установлен отбойник, представляющий собой два конуса разной высоты (большей - верхнего и меньшей - нижнего), соединенных между собой по основаниям, а геометрические параметры сепарационной зоны определяются по нижеприведенным формулам
1
2
1
2
2
где S, S - площади кольцевых сечений, образованных внутренней стенкой цилиндрической части сепарационной зоны и основаниями конусов, образующих отбойник (S) и верхним усеченным конусом сепарационной зоны и верхним конусом отбойника (S), м;
д.г.0
3
V - суммарный расход дымовых газов (газов, образующихся при сгорании природного газа или иного топлива и поступающих в сушилку через вертикальный газоподводящий патрубок) и воздуха под решетку (подающихся через патрубок для подачи воздуха под решетку), нм/с;
G - производительность сушилки по выпаренной влаге, кг/с;
- молярная масса воды, моль;
моль
моль
-3
3
V - объем 1 моля И.Г. (V=22,4·10·м/моль);
верха
Т - температура верха сушилки (температура газов в газоотводящем патрубке, установленном в верхней части сепарационной зоны), К;
о.с.
1
2
ω - скорость осаждения частиц гранулируемого или высушиваемого материала, зависящая от плотности и размера твердых частиц гранулируемого или высушиваемого материала и от физических свойств (плотность, вязкость), а также скорости (имеются в виду скорости газового потока в кольцевых сечениях S и S) газового потока, определяется скорость осаждения по известным в технической литературе зависимостям, м/с.
с.з.
Диаметр цилиндрической части сепарационной зоны D, м
2
где D - диаметр отбойника (принимается диаметр оснований образующих отбойник конусов), м.
2
Диаметр отбойника D, м, принимается из условия
1
где d - внутренний диаметр корпуса аппарата для получения гранулированных продуктов, м;
2
d - внутренний диаметр газоотводящего патрубка, подсоединенного в верхней части сепарационной зоны, м.
Углы наклона образующих конусов α и β принимаются из условия
α=β≥2·φ,
где α - угол наклона образующей нижнего усеченного конуса сепарационной зоны к его основанию, град;
β - угол наклона образующей верхнего конуса (конуса большей высоты) отбойника, град;
φ - угол естественного откоса, получаемого в процессе грануляции в аппарате или высушиваемого материала (является справочной величиной, устанавливаемой опытным путем и зависит от коэффициента трения, шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала), град.
На фиг.1 изображен аппарат для получения гранулированных продуктов.
На фиг.2 изображен общий вид аппарата.
На фиг.3 изображен разрез «А-А» аппарата.
На фиг.4 изображен выносной элемент «Б».
Аппарат содержит цилиндрический корпус 1; газораспределительную решетку 2; решетку кипящего слоя 3; вертикальный газоподводящий патрубок 4; патрубок для подачи воздуха под решетку 5; форсунку для распыливания раствора 6; внутренний усеченный конус 7; наружный усеченный конус 8; патрубки подачи дисперсного материала 9, 10; патрубок для выгрузки гранул 11; газоотводящий патрубок 12; сепарационную зону 13; отбойник 14.
Аппарат для сушки и гранулирования растворов и суспензий работает следующим образом.
Исходный раствор поступает в аппарат через форсунку 6, которая осуществляет его распыл в зону фонтанирующего слоя. Фонтанирующий слой создается потоком теплоносителя, образующегося при сжигании природного газа или иного топлива и разбавлении продуктов горения воздухом, и поступающего через вертикальный газоподводящий патрубок 4. Ввиду высокой температуры и скорости потока теплоносителя, поступающего в аппарат, часть исходного раствора мгновенно высыхает с образованием мелкодисперсного продукта, который подхватывается восходящим потоком теплоносителя и стремительно уносится вверх. С целью уменьшения количества частиц материала, уносимого из аппарата, а также с целью возвращения его в зону распыла раствора, для дальнейшего роста гранул, в верхней части аппарата установлена сепарационная зона 13, внутри которой монтируется отбойник 14. Гранулы различного размера, движущиеся в фонтанирующем слое с высокой скоростью, достигая отбойника, попадают в зону уплотненной среды - так называемой «газовой подушки», находящуюся перед отбойником 14 и соответственно начинают терять свою скорость. В результате этого из аппарата газовым потоком через газоотводящий патрубок 12, уносятся только очень мелкие гранулы материалы, которые затем улавливаются пылеулавливающим (устанавливаемым после сушилки) оборудованием и возвращаются на дальнейшую грануляцию через патрубки 9 и 10. Более крупные гранулы замедляются в зоне «газовой подушки», однако не уносятся из аппарата, а ударяются об отбойник. В результате удара происходит уплотнение гранул, они становятся более твердые и приобретают гладкую поверхность. Ударившись об отбойник 14, гранулы отскакивают от него к стенкам цилиндрического корпуса 1 и вдоль них оседают в зону кипящего слоя. Кипящий слой необходим для классификации продукта (выдувания мелких гранул из кипящего слоя, с целью предотвращения преждевременной выгрузки их из аппарата), подачи мелких гранул материала в зону распыла раствора с целью дальнейшего их роста и сушки, а также для выгрузки товарных гранул из аппарата через патрубок для выгрузки гранул 11. Таким образом, сушка и грануляция в аппарате осуществляется за счет многократной рециркуляции частиц из зоны кипящего в зону фонтанирующего слоя и обратно.
Кипящий слой создается потоком воздуха, подаваемого через патрубок для подачи воздуха 5 под распределительную решетку 2. Распределительная решетка необходима для равномерного распределения, поступающего через патрубок 5, потока воздуха по сечению аппарата с целью обеспечения равномерной высоты кипящего слоя на решетке кипящего слоя 3.
Для более качественного разделения гранул по высоте кипящего слоя в зависимости от их размера внутри сушилки установлены два коаксиально расположенных усеченных конуса 7 и 8. Усеченные конусы расположены таким образом, чтобы увеличивалось проходное сечение для прохождения воздуха, выходящего из отверстий решетки кипящего слоя, по направлению его движения. В результате увеличения проходного сечения постепенно снижается скорость воздуха и происходит необходимая для эффективной грануляции классификация гранул. Пылевидные гранулы выдуваются из зоны кипящего в зону фонтанирующего слоя. Мелкие гранулы находятся на верхней границе кипящего слоя и попадают в зону распыла раствора, подающегося через форсунки 6, затем захватываются фонтанирующим слоем и уносятся в сепарационную зону к отбойнику. Гранулы средних размеров находятся в средней части кипящего слоя, и их рост происходит за счет налипания на их поверхность мелких влажных гранул из верхней части кипящего слоя. Крупные гранулы, а также часть гранул средних размеров находятся в нижней части кипящего слоя и постепенно выгружаются из аппарата через патрубок 11. После выгрузки происходит классификация выгружаемого продукта на фракции, затем средние, а также мелкие гранулы возвращаются на дальнейшую грануляцию в аппарат через патрубки 9 и 10.
Запыленные газы, представляющие собой смесь топочных газов, воздуха, подаваемого под решетку, и некоторое количество пылевидных гранул продукта, удаляются из аппарата через газоотводящий патрубок 12.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый аппарат имеет следующие преимущества:
- более простое конструктивное исполнение за счет исключения из конструкции аппарата тангенциального газоподводящего патрубка;
- уменьшенный пылеунос;
- получаемые гранулы имеют более высокие механические свойства;
- высокую производительность;
- более высокий тепловой коэффициент полезного действия.