СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГРАНУЛИРОВАНИЯ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ДАВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR GRANULATION WITH PRESSURE REGULATION

Ссылка на родственные заявки
Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет на основании §119(e) раздела 35 Свода федеральных законов США в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/610,880, поданной 14 марта 2012 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и устройству регулирования давления жидкости или пульпы во время операции гранулирования и, в частности, к регулированию давления жидкости или пульпы в напорном баке, в приемнике или на грануляционной плите грануляционной башни.
Уровень техники
Гранулирование представляет собой процесс формирования твердых частиц или «гранул» в открытой грануляционной башне путем отверждения капель по мере их падения вниз из приемника. Типовые способы гранулирования раскрыты в патенте США №№7,175,684 и 7,575,365, содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Качество образующихся гранул зависит от нескольких факторов, в том числе от стабильности давления на грануляционной плите. Типовые способы регулирования давления включают регулирование высоты столба жидкости или пульпы, сообщающейся по текучей среде с грануляционной плитой. Эта жидкость или пульпа может находиться над грануляционной плитой или в отдельном напорном баке расплава, который сообщается по текучей среде с приемником. В типичных системах для поддержания стабильной подачи жидкости или пульпы в приемнике в него подается избыточный объем жидкости или пульпы, превышающий потребности грануляционной плиты, а излишек жидкости или пульпы возвращается в питающий бак, расположенный на более низкой высотной отметке.
В одной из типичных систем расходная жидкость или пульпа перекачивается в напорный бак, который снабжен переливной перегородкой, установленной на заданной высоте. Эта перегородка поддерживает высоту жидкости или пульпы в напорном баке на требуемом уровне; при этом избыток жидкости или пульпы отводится вниз по водосливной трубе. Указанный избыток переливается в питающий бак, расположенный ниже напорного бака.
В еще одной типичной системе поток расходной жидкости или пульпы поступает в напорный бак, а обратный поток, сообщающийся по текучей среде с расходным потоком, возвращает избыток жидкости или пульпы, не попавший в напорный бак, в питающий бак, расположенный ниже. Поток жидкости или пульпы из подающей системы в напорный бак регулируется клапаном. Клапан открывается и закрывается по командам контроллера уровнемера, контролирующего уровень жидкости или пульпы в напорном баке расплава. По мере того, как жидкость или пульпа из напорного бака расплава выходит через приемник, контроллер уровнемера фиксирует падение уровня в баке и подает команду на приоткрытие клапана с целью увеличения объема жидкости или пульпы, поступающего в бак из расходного потока. По мере того, как объем жидкости или пульпы в напорном баке увеличивается, контроллер уровнемера фиксирует повышение уровня в баке и подает команду на прикрытие клапана с целью уменьшения объема жидкости или пульпы, поступающего в бак из расходного потока.
В еще одной типичной системе расходный поток подается в напорный бак с расплавом, из которого пополняется приемник. Обратный поток возвращает избыток жидкости или пульпы из напорного бака с расплавом в питающий бак, расположенный на более низкой высотной отметке. Клапан в линии возврата потока открывается или закрывается по командам контроллера уровнемера, контролирующего уровень жидкости или пульпы в напорном баке расплава. По мере того, как жидкость или пульпа из напорного бака расплава выходит через приемник, контроллер уровнемера фиксирует падение уровня в баке и подает команду на прикрытие клапана с тем, чтобы уменьшить объем жидкости или пульпы, проходящий через линию возврата потока. Если контроллер уровнемера фиксирует повышение уровня в баке, он регулирует клапан таким образом, чтобы увеличить объем жидкости или пульпы, проходящий через линию возврата потока.
В еще одной типичной системе напорный бак не используется, а жидкость или пульпа подается непосредственно в емкость, в которой установлена грануляционная плита.
За счет поддержания постоянного давления на грануляционной плите обеспечивается однородное качество и гранулометрический состав в процессе грануляции. Однако даже небольшое изменение уровня жидкости во время гранулирования может привести к ухудшению качества произведенных гранул и расширению гранулометрического состава произведенных гранул. К примеру, даже в напорных баках большой емкости изменение уровня жидкости или пульпы всего на несколько дюймов может оказать существенное влияние на качество гранул и их гранулометрический состав. Непрерывное прецизионное регулирование давления затруднено несколькими факторами. К этим факторам относится высокая вязкость определенных видов пульпы или некоторых жидкостей, используемых в процессе грануляции; разрешение и скорость срабатывания датчиков уровня, запорно-регулирующей арматуры и органов управления, задействованных в процессе подачи жидкости или пульпы; а также колебания давления и расхода при перекачке жидкости или пульпы наверх грануляционной башни.
Таким образом, описанные процессы нуждаются в усовершенствованиях.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает способы и устройство грануляции, включающие динамическое регулирование давления в приемнике с целью повышения контроля над качеством гранул и гранулометрическим составом. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения регулируется давление в свободном пространстве над объемом жидкости или пульпы для обеспечения более точного регулирования давления жидкости или пульпы в приемнике. В другом варианте осуществления настоящего изобретения для обеспечения более точного регулирования давления жидкости или пульпы в приемнике используется устройство для создания осевого восходящего потока.
В частности, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения регулятор давления управляет давлением жидкости или пульпы над грануляционной плитой путем регулирования давления газов или паров в свободном пространстве над жидкостью или пульпой, сообщающейся по текучей среде с грануляционной плитой. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения свободное пространство находится в напорном баке грануляционной башни. В другом примере осуществления настоящего изобретения свободное пространство находится в приемнике грануляционной башни. В варианте осуществления настоящего изобретения, где регулирование давления осуществляется в свободном пространстве, обеспечено прецизионное регулирование давления в свободном пространстве. Прецизионное регулирование давления в свободном пространстве непосредственно влияет на возможность обеспечения постоянного давления на грануляционной плите, что повышает качество и сужает гранулометрический состав произведенных гранул.
В еще одном примере осуществления настоящего изобретения регулятор давления регулирует давление жидкости или пульпы над грануляционной плитой с использованием осевой мешалки. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, где используется осевая мешалка, обеспечено прецизионное регулирование объема осевого восходящего потока. Прецизионное регулирование осевого восходящего потока позволяет обеспечивать постоянное давление на грануляционной плите, что повышает качество и сужает гранулометрический состав произведенных гранул.
В одном из вариантов своего осуществления настоящее изобретение предлагает способ гранулирования, включающий стадии подачи жидкости или пульпы в емкость, сообщающейся по текучей среде с грануляционной плитой, содержащей множество отверстий; поддержания практически постоянного объема жидкости или пульпы в указанной емкости при прохождении жидкости или пульпы через грануляционную плиту; и регулирования местного давления жидкости или пульпы в непосредственной близости от грануляционной плиты на стадии поддержания объема.
В еще одном из вариантов своего осуществления настоящее изобретение предлагает устройство гранулирования жидкости или пульпы. Указанное устройство гранулирования включает емкость, сообщающуюся по текучей среде с грануляционной плитой со множеством отверстий, вход для подачи расплава и регулятор местного давления жидкости или пульпы в непосредственной близости от грануляционной плиты.
Указанные и прочие отличительные признаки настоящего изобретения, а также способ их достижения станут очевидными, а само изобретение будет раскрыто более полно на основе последующего описания вариантов осуществления настоящего изобретения, рассмотренных в привязке к прилагаемым чертежам.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 проиллюстрирован пример системы управления, регулирующей давление газов или паров в свободном пространстве над жидкостью или пульпой в грануляционном устройстве.
На фиг. 2 проиллюстрирован еще один пример системы управления, регулирующей давление газов или паров в свободном пространстве над жидкостью или пульпой в грануляционном устройстве.
На фиг. 3 показан вид в разрезе приемника, включающего типовую осевую мешалку.
На фиг. 4А-4F показаны типовые приемники, включающие дополнительные осевые мешалки.
Подробное описание изобретения
Описанный в настоящем документе процесс гранулирования особенно целесообразно использовать, помимо прочего, для формирования гранул удобрений, содержащих, в частности, сульфат-нитрат аммония и двойную соль сульфата-нитрата аммония, тип которой описан в патенте США №6,689,181, содержание которого включено в настоящую заявку посредством ссылки. В технологическом режиме гранулирования сульфат-нитрат аммония обладает высокой вязкостью и характеризуется разжижением при сдвиге. Разжижение при сдвиге представляет собой явление, когда с увеличением скорости сдвига уменьшается вязкость. Не все смеси демонстрируют разжижение при сдвиге, и невозможно предугадать, какая смесь будет вести себя подобным образом, а какая нет.
На фиг. 1 и 2 показаны типовые системы, регулирующие давление объема жидкости или пульпы 12 в процессе гранулирования путем регулирования давления в свободном пространстве. На фиг. 1 проиллюстрирована емкость 14 с днищем 15. Емкость 14 может представлять собой одну емкость или несколько емкостей, сообщающихся друг с другом по текучей среде. В емкость 14, в которой предусмотрен выходной патрубок 17, жидкость или пульпа поступает из расходного потока 16. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения днище 15 емкости 14 само по себе является грануляционной плитой, содержащей множество отверстий для гранул, как это показано, например, на фиг. 3, где жидкость или пульпа выходит из емкости 14 через грануляционную плиту, образуя готовые гранулы. В другом варианте осуществления настоящего изобретения днище 15 емкости 14 само по себе не служит грануляционной плитой; вместо этого выходной патрубок 17 сообщается по текучей среде с отдельным приемником, снабженным грануляционной плитой, как это проиллюстрировано, например, на фиг.3, где показан приемник 20 и грануляционная плита 18.
Как показано на фиг. 1, внутри емкости 14 содержится объем жидкости или пульпы 12. Верхняя поверхность жидкости или пульпы задает уровень 32 жидкости или пульпы в емкости 14. Если из расходного потока 16 в емкость 14 поступает больше жидкости или пульпы, чем выходит через выходной патрубок 17, то объем жидкости или пульпы 12 в емкости 14 увеличивается и, соответственно, повышается уровень 32. Если из емкости 14 через выходной патрубок 17 выходит больше жидкости или пульпы, чем поступает в емкость 14 из расходного потока 16, то объем жидкости или пульпы 12 в емкости 14 сокращается и, соответственно, уменьшается уровень 32. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения уровень 32 подвергается непрерывному контролю, и объем жидкости или пульпы, поступающей в емкость 14 из расходного потока 16, регулируется таким образом, чтобы уровень 32 поддерживался на заданной отметке.
В частности, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик 30 уровня непрерывно контролирует положение уровня 32 в емкости 14. Типовой датчик 30 уровня может представлять собой прибор, работающий по принципу радиолокационного затухания, затухания микроволн, акустического затухания или затухания сигналов; при этом он может быть радиоизотопного или поплавкового типа. Могут использоваться и иные типы датчиков 30 уровня, что зависит от характера жидкости или пульпы, подвергаемой гранулированию. Датчик 30 уровня подает сигнал об уровне 32 объема жидкости или пульпы 12 в емкости 14 на контроллер 34 уровнемера. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 34 уровнемера обладает функциональными возможностями по выполнению ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования), хотя могут быть использованы и иные отвечающие соответствующим требованиям контроллеры, к которым относятся, помимо прочего, контроллеры с функциями пропорционального, пропорционально-интегрального, пропорционально-дифференциального и астатического регулирования. Контроллер 34 уровнемера подает сигнал на питательный клапан 36, регулирующий расход жидкости или пульпы в потоке 16. Если датчик 30 уровня фиксирует падение уровня 32, то контроллер 34 уровнемера приоткрывает регулирующий клапан 36, чтобы увеличить поступление жидкости или пульпы в емкость 14. И наоборот, если датчик 30 уровня фиксирует повышение уровня 32, то контроллер 34 уровнемера прикрывает регулирующий клапан 36, чтобы уменьшить поступление жидкости или пульпы в емкость 14.
При использовании емкости 14 с замкнутой верхней частью внутренняя часть емкости 14 над объемом жидкости или пульпы 12 задает свободное пространство 42. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения газы или пары подаются в свободное пространство 42 по газо- или паропроводу 44. Газы или пары, поступающие в емкость 14 по газо- или паропроводу 44, могут представлять собой любые вещества, сохраняющие свое газообразное или парообразное состояние во всем диапазоне температур и давления, поддерживаемых в емкости 14 или сводном пространстве 42 в процессе гранулирования. Примерами газа или паров могут служить, помимо прочего, воздух, азот, углекислый газ и водяной пар.
Расход газа или пара в газо- или паропроводе 44 регулируется клапаном 46. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения клапан 46 представляет собой редукционный клапан. В другом варианте осуществления настоящего изобретения датчик 48 передает данные измерений параметров в газо- или паропроводе, таких как давление или расход, на контроллер 50, который управляет клапаном 46. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения клапан 46 представляет собой автоматический регулирующий клапан, самонастраивающийся по результатам измерений, переданным датчиком 48. Для клапана 46 могут быть использованы и иные схемы применения арматуры, датчиков и контроллера, отвечающие соответствующим требованиям. Газы или пары подаются по газо- или паропроводу 44 под давлением, превышающим значение давления, заданного для свободного пространства 42.
Свободное пространство 42 сообщается по текучей среде с выпускным патрубком 54. В примере осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1 и 2, выпускной патрубок 54 напрямую соединен со свободным пространством 42. В другом варианте осуществления настоящего изобретения (не показан) выпускной патрубок 54 сообщается по текучей среде со свободным пространством 42 через паропровод 44, соединяющий свободное пространство 42 с клапаном 46.
Газы или пары покидают свободное пространство 42 емкости 14 через выпускной патрубок 54. Расход газов или паров, проходящих через выпускной патрубок 54, регулируется клапаном 56. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения (не показан) клапан 56 представляет собой регулятор противодавления, поддерживающий давление в свободном пространстве 42 на заданном уровне. В этом варианте осуществления настоящего изобретения при превышении заданного значения давления в свободном пространстве 42 клапан 56 открывается и начинает выпускать газ или пар из свободного пространства 42 до тех пор, пока давление не вернется на заданный уровень, после чего клапан 56 закрывается. Если давление не превышает заданное значение, клапан 56 закрыт.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1 и 2, клапан 56 представляет собой регулирующий клапан, открывающийся и закрывающийся по командам контроллера 26 индикатора давления, основанным на показаниях датчика 22 давления. Датчик 22 давления подает сигнал, сообщающий данные о давлении в емкости 14, на контроллер 26 индикатора давления.
В контроллере 26 индикатора давления может быть установлено заданное плановое давление, которое определяется путем выполнения гранулирования при первом давлении для заданной скорости поступления жидкости или пульпы из расходного потока 16 в емкость 14, заданного уровня 32, заданной температуры и прочих рабочих параметров. После этого могут быть проверены характеристики произведенных гранул, такие как качество гранул, их однородность и гранулометрический состав. Затем процесс гранулирования может быть продолжен при втором давлении, при котором характеристики произведенных гранул сравниваются с характеристиками гранул, произведенных при первом давлении. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока не будет установлено плановое давление, что обеспечит в итоге приемлемые или требуемые характеристики гранул.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 26 обладает функциональными возможностями по выполнению ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования), хотя могут быть использованы и иные отвечающие соответствующим требованиям контроллеры, к которым относятся, помимо прочего, контроллеры с функциями пропорционального, пропорционально-интегрального, пропорционально-дифференциального и астатического регулирования. В другом варианте осуществления настоящего изобретения клапан 56 представляет собой регулирующий клапан, получающий сигналы на открытие и закрытие от контроллера 26 индикатора давления, которые основаны на показаниях датчика 22 давления. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения клапан 56 представляет собой быстродействующий автоматический регулирующий клапан с обратной связью от датчика 22 давления.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, датчик 22 давления установлен для измерения давления в свободном пространстве 42. В этом варианте осуществления настоящего изобретения газы или пары поступают в свободное пространство 42 по газо- или паропроводу 44 под давлением, превышающим заданное значение. Клапан 56 сбрасывает давление газов или паров в емкости 14 через выпускной патрубок 54. Если давление, измеренное датчиком 22 давления в свободном пространстве 42, превышает заданное значение, контроллер 26 индикатора давления приоткрывает клапан 56 с тем, чтобы избыток газа или паров вышел из свободного пространства 42 через выпускной патрубок 54, в результате чего давление в свободном пространстве 42 уменьшается. Если давление, измеренное датчиком 22 давления в свободном пространстве 42, оказывается меньше заданного значения, контроллер 26 индикатора давления прикрывает клапан 56 с тем, чтобы меньше газа или паров выходило из свободного пространства 42, в результате чего давление в свободном пространстве 42 повышается.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированном на фиг. 2, датчик 22 давления используется для измерения давления жидкости или пульпы в емкости или вблизи грануляционной плиты 18; при этом он сообщается по текучей среде с объемом жидкости или пульпы 12, подвергаемой гранулированию в непосредственной близости от грануляционной плиты 18, например на самой поверхности грануляционной плиты 18 или на стенке приемника 20 вблизи грануляционной плиты 18. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения датчик 22 давления расположен в приемнике 20 для измерения давления жидкости или пульпы в заданной точке приемника 20. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения датчик 22 давления сообщается по текучей среде с объемом жидкости или пульпы 12 в напорном баке 24 для расплава, который также сообщается по текучей среде с приемником 20. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения датчик 22 давления сообщается по текучей среде с объемом жидкости или пульпы 12 в непосредственной близости от грануляционной плиты 18. После этого контроллер 26 индикатора давления настраивает клапан 56 по показаниям датчика 22 давления.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения давление в емкости 14 может поддерживаться на более постоянном уровне за счет регулирования давления в свободном пространстве 42, что может повысить качество или гранулометрический состав произведенных гранул.
На фиг. 3-4F также показано, что давление в приемнике 20 может регулироваться с использованием осевой мешалки, которая может быть использована отдельно или вместе с другими указанными выше вариантами устройств регулирования давления.
Теперь обратимся к фиг. 3, где показан вид в разрезе приемника 20, содержащего пример мешалки 60. Грануляционная плита 18, содержащая множество отверстий 28 для производства гранул, прикреплена к одному из концов приемника 20. Мешалка 60 окружена стенками 62 приемника 20. Жидкость или пульпа, например сульфата-нитрата аммония, описанного выше, или иного удобрения, поступает внутрь через верхнюю часть приемника 20 и движется вниз в направлении, указанном стрелкой 63. Механическое перемешивание с помощью мешалки 60 порождает усилия сдвига жидкости или пульпы. Усилия сдвига могут быть инициированы лопатками 68 или скребками 70 по мере того, как мешалка вращается в приемнике 20. По мере разжижения при сдвиге жидкости или пульпы, такой как сульфат-нитрат аммония, усилия сдвига уменьшают вязкость жидкости или пульпы. Жидкость или пульпа проходит сквозь отверстия 28 в грануляционной плите 18, в результате чего образуются гранулы.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения грануляционная плита 18 имеет плоскую форму. Могут быть также предусмотрены и иные формы грануляционной плиты, в том числе, помимо прочего, форма усеченного конуса, коническая форма, цилиндрическая форма или сочетание указанных форм. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения стенки 62 задают приемнику 20, в общем, цилиндрическую форму, хотя могут быть предусмотрены и иные формы, отвечающие соответствующим требованиям, такие как коническая форма или форма усеченного конуса. Хотя в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения мешалка 60 подвижна, а приемник нет, могут быть предусмотрены и иные схемы, в том числе, помимо прочего, схема со стационарной мешалкой 60 и подвижным приемником 20, или же схемы, в которых и мешалка 60, и приемник 20 выполнены подвижными.
Как было сказано выше, стабильность давления на грануляционной плите 18 может влиять на качество и гранулометрический состав гранул, полученных в процессе гранулирования. Давление у грануляционной плиты 18 зависит, помимо прочего, от объема жидкости над плитой 18 и сил, порожденных мешалкой 60. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сила, действующая в осевом восходящем направлении, на которое указывает стрелка 64, передается приемнику 20 для регулирования давления у грануляционной плиты 18. Устройство создания осевого потока порождает поток состава в осевом восходящем направлении 64 в сторону от поверхности грануляционной плиты 18. Осевой восходящий поток 64 обычно направлен перпендикулярно вверх от поверхности грануляционной плиты 18, если указанная грануляционная плита имеет плоскую форму, или параллельно центральной оси грануляционной плиты 18 в направлении в сторону от ее днища, если грануляционная плита имеет коническую или цилиндрическую форму, или форму усеченного конуса. Объем осевого восходящего потока 64 меньше объема нисходящего потока, и поэтому жидкость или пульпа непрерывно выходят из приемника 20 через грануляционную плиту 18.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения осевой восходящий поток жидкости или пульпы создается с помощью устройства создания осевого восходящего потока, установленного на мешалке 60. Пример мешалки 60 с устройством для создания осевого восходящего потока представлен далее на фиг. 4А-4F.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения объем осевого восходящего потока может варьироваться. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик 22 давления, установленный в приемнике 20 в непосредственной близости от грануляционной плиты 18, измеряет давление, а контроллер 26 индикатора давления сравнивает его с заданным значением. Если измеренное давление превышает заданное значение, объем осевого восходящего потока увеличивается. Если измеренное давление оказывается меньше заданного значения, объем осевого восходящего потока уменьшается.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения сначала выполняется гранулирование с первым объемом осевого потока для заданной скорости поступления жидкости или пульпы из расходного потока 16 в емкость 14, заданного уровня 32, заданной температуры и прочих рабочих параметров. После этого могут быть проверены характеристики произведенных гранул, такие как качество гранул, их однородность и гранулометрический состав. Затем процесс гранулирования может быть продолжен при втором объеме осевого восходящего потока, после чего характеристики произведенных гранул сравниваются с характеристиками гранул, произведенных при первом объеме осевого восходящего потока. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока не будет установлен требуемый объем осевого восходящего потока, что обеспечит в итоге приемлемые или требуемые характеристики гранул. В еще одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для регулирования величины осевого восходящего потока может быть заменен, снят или отрегулирован один или несколько элементов приемника 20 или мешалки 60.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения объем осевого восходящего потока регулируется путем изменения скорости вращения мешалки 60, включающей приспособления для создания осевого восходящего потока. При повышении скорости вращения мешалки 60 увеличивается и объем осевого восходящего потока, что приводит к уменьшению давления у грануляционной плиты 18. Уменьшение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы меньшего размера. При уменьшении скорости вращения мешалки 60 объем осевого восходящего потока также уменьшается, что приводит к повышению давления у грануляционной плиты 18. Повышение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы большего размера. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 26 индикатора давления регулирует скорость перемешивания мешалки 60, основываясь на показаниях датчика 22 давления в непосредственной близости от грануляционной плиты 18. Это позволяет изменять осевой восходящий поток в динамическом режиме, реагируя на изменения давления у грануляционной плиты 18. Варьирование осевого восходящего потока в зависимости от изменений давления позволяет стабилизировать давление у грануляционной плиты 18. В другом варианте осуществления настоящего изобретения частота вращения устройства для создания осевого восходящего потока может регулироваться независимо от частоты вращения самой мешалки 60.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения объем осевого восходящего потока регулируется путем изменения угла наклона приспособлений для создания осевого восходящего потока, установленных на мешалке 60. Хотя на гидродинамику мешалки 60 могут влиять и другие факторы, обычно, когда угол наклона приспособлений для создания осевого восходящего потока отклоняется от строгой горизонтали или вертикали, объем осевого восходящего потока увеличивается, что приводит к уменьшению давления у грануляционной плиты 18. Понижение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы меньшего размера. И наоборот, когда угол наклона приспособлений для создания осевого восходящего потока приближается к абсолютной горизонтали или вертикали, объем осевого восходящего потока уменьшается, что приводит к повышению давления у грануляционной плиты 18. Повышение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы большего размера.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения объем осевого восходящего потока регулируется путем изменения расположения приспособлений для создания осевого восходящего потока относительно грануляционной плиты 18. Кода расстояние между приспособлениями для создания осевого восходящего потока и грануляционной плитой 18 увеличивается, объем осевого восходящего потока также увеличивается, что приводит к уменьшению давления у грануляционной плиты 18. Понижение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы меньшего размера. Когда расстояние между приспособлениями для создания осевого восходящего потока и грануляционной плитой 18 уменьшается, объем осевого восходящего потока также уменьшается, что приводит к повышению давления у грануляционной плиты 18. Повышение давления у грануляционной плиты 18 дает гранулы большего размера.
Как показано на фиг. 4А, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения скребки 70' имеют форму ленты. Вращение вала 66 по часовой стрелке, если смотреть сверху, приводят во вращение ленточные скребки 70', что создает поток в осевом восходящем направлении 64. Примеры способов регулирования объема созданного осевого восходящего потока могут включать в себя, помимо прочего, изменение угла отклонения ленточных скребков 70' от вала 66, изменение скорости вращения вала 66 и изменение вертикального положения ленточных скребков 70' относительно поверхности грануляционной плиты 18.
Как показано на фиг. 4B, в еще одном варианте реализации мешалки 60 согласно настоящему изобретению вал 66, лопатки 68 и/или скребки 70 содержат выступы 82, установленные с определенным углом наклона. Вращение вала 66 вызывает вращение выступов 82, что создает поток в осевом восходящем направлении 64. Примеры способов регулирования объема созданного осевого восходящего потока могут включать в себя, помимо прочего, изменение угла наклона выступов 82, изменение скорости вращения вала 66 и изменение вертикального положения выступов 82 относительно поверхности грануляционной плиты 18.
Как показано на фиг. 4C, в еще одном варианте реализации мешалки 60 согласно настоящему изобретению лопатки 68' наклонены таким образом, чтобы создавать осевой восходящий поток в направлении 64. Примеры способов регулирования объема созданного осевого восходящего потока могут включать в себя, помимо прочего, изменение угла наклона лопаток 68', изменение скорости вращения вала 66 и изменение вертикального положения лопаток 68' относительно поверхности грануляционной плиты 18.
Как показано на фиг. D, в еще одном варианте реализации мешалки 60 согласно настоящему изобретению для создания потока в осевом восходящем направлении 64 к валу 66 прикреплен ленточный винт 84. Примеры способов регулирования объема созданного осевого восходящего потока могут включать в себя, помимо прочего, изменение угла наклона ленточного винта 84, изменение скорости вращения вала 66 и изменение вертикального положения ленточного винта 84 относительно поверхности грануляционной плиты 18.
Как показано на фиг. 4Е, в еще одном варианте реализации мешалки 60 согласно настоящему изобретению наружный вал 86 установлен на валу 66. Как показано на рисунке, наружный вал 86 содержит выступы 82 для создания потока в осевом восходящем направлении 64, но могут быть также использованы и иные способы создания осевого потока, в том числе, помимо прочего, за счет использования ленточного винта 84. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения наружный вал 86 приводится в действие независимо от вала 66. В этом варианте осуществления настоящего изобретения вращение вала 66 может регулироваться в зависимости от требуемой величины перемешивания для разжижения при сдвиге, тогда как вращение вала 86 может регулироваться в зависимости от требуемой величины расхода в осевом восходящем направлении 64. В другом варианте осуществления настоящего изобретения наружный вал 85 может быть расположен на одной оси с валом 66. В этом варианте осуществления настоящего изобретения вертикальное положение вала 66 может регулироваться в зависимости от требуемой величины сил разжижения при сдвиге, тогда как вертикальное положение вала 86 может регулироваться в зависимости от требуемой величины расхода в осевом восходящем направлении 64.
Как показано на фиг. 4F, в еще одном варианте реализации мешалки 60 согласно настоящему изобретению первый вал 88 содержит выступы 82 для создания потока в осевом восходящем направлении, но могут быть также использованы и иные способы создания осевого потока, в том числе, помимо прочего, за счет использования ленточного винта 84. На первом валу 88 установлен U-образный элемент 90, содержащий скребковую зону 92 и лопаточную зону 94. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый вал 88 приводится в действие независимо от U-образного элемента 90. В этом варианте осуществления настоящего изобретения вращение U-образного элемента 90 может регулироваться в зависимости от требуемой величины перемешивания для разжижения при сдвиге, тогда как вращение первого вала 88 может регулироваться в зависимости от требуемой величины расхода в осевом восходящем направлении 64. В другом варианте осуществления настоящего изобретения наружный вал 86 может быть расположен на одной оси с валом 66. В этом варианте осуществления настоящего изобретения вертикальное положение вала 66 может регулироваться в зависимости от требуемой величины перемешивания для разжижения при сдвиге, тогда как вертикальное положение вала 86 может регулироваться в зависимости от требуемой величины расхода в осевом восходящем направлении.
Хотя были проиллюстрированы различные способы создания осевого потока, представленные варианты его реализации носят исключительно иллюстративный характер. В другом варианте осуществления настоящего изобретения ленточный винт 84, одна или несколько лопаток 68 и 68', скребков 70, ленточных скребков 70' и выступов 82, или иные приспособления для создания осевого восходящего потока могут изгибаться или гнуться в зависимости от скорости вращения. Могут быть также использованы и иные пригодные способы создания осевого восходящего потока, в том числе сочетания описанных способов.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения для регулирования давления можно сочетать регулирование давления в свободном пространстве с использованием устройства для создания осевого восходящего потока.
Пример 1
Приемник диаметром 8 дюймов, тип которого показан на фиг.3, был подключен к системе регулирования давления, тип которой представлен на фиг.1. Как показано на фиг.3, грануляционная плита 18 снабжена несколькими отверстиями 28 для формирования гранул диаметром 0,060 дюйма каждая. Была подготовлена пульпа из расплава сульфата-нитрата аммония, содержащая 38 весовых долей сульфата аммония в виде муки и 62 весовые доли расплавленного нитрата аммония, которая была загружена в приемник при температуре 175°C. При работающей мешалке, которая вращается в приемнике с частотой 360 об/мин, через паропровод 44 в свободное пространство была обеспечена подача воздуха для создания давления в 2 фунта/кв. дюйм по показаниям датчика 22 давления. Через отверстия 28 в грануляционной плите начал проходить поток пульпы с последующим образованием капель. В итоге сформировался установившийся поток капель; при этом уровень жидкости в приемнике 20 поддерживался на требуемой отметке. Оптоволоконным методом был установлен средний диаметр капель, полученных таким способом, который составил 2,7 мм.
Пример 2
Используя такой же приемник и систему регулирования давления, что и на фиг. 1, пульпа из расплава сульфата-нитрата аммония была пропущена через грануляционную плиту, снабженную несколькими отверстиями для формирования гранул диаметром 0,040 дюйма. При работающей мешалке, которая вращается в приемнике с частотой 360 об/мин, через паропровод 44 была обеспечена подача сжатого воздуха в свободное пространство. Давление в свободном пространстве по показаниям датчика 22 давления поддерживалось в диапазоне 2-5 фунтов/кв. дюйм. Приемник работал непрерывно в течение 30 минут с установившимся потоком пульпы, проходящим через грануляционные отверстия с последующим образованием капель. Уровень жидкости в приемнике поддерживался на заданной отметке с помощью датчика 30 уровня. Оптоволоконным методом был установлен средний диаметр капель, полученных таким способом, который составил 2,3 мм.
Хотя настоящее изобретение относится главным образом к регулированию давления жидкости или пульпы в грануляционной башне, следует понимать, что отличительные признаки, описанные в этой заявке, могут применяться и для регулирования в системах других типов.
Хотя настоящее изобретение описано в отношении типовых примеров его осуществления, это изобретение может быть в дальнейшем модифицировано в рамках своей сущности и объема. Кроме того, эта заявка распространяется на такие отклонения от настоящего изобретения, которые допустимы в рамках известной или принятой практики в той области техники, к которой относится настоящее изобретение.