УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕРКАРБОНАТА НАТРИЯ

Полезная модель относится к области неорганической химии, а именно к производству гранулированного перкарбоната натрия (ПКН), и может быть использована в производстве других химических продуктов, где процесс синтеза совмещается с гранулированием синтезированного продукта.
ПКН в качестве твердого отбеливающего ингредиента входит в состав порошковых синтетических моющих, отбеливающих и чистящих средств (CMC). Он характеризуется хорошей растворимостью и быстрым выделением активного кислорода (АК), является экологически безвредным, так как продукты его распада не загрязняют окружающую среду.
Основные потребительские свойства ПКН такие, как содержание активного кислорода (АК), стабильность, растворимость, насыпной вес и гранулометрический состав - являются главными критериями в определении его качественных показателей.
3
В связи с тенденцией к расширению использования ПКН в CMC с химически более активными и агрессивными алюмосиликатными компонентами, при повышенной влажности и температуре, потребители предъявляют к ПКН определенные требования, такие, как высокое содержание АК, высокая стабильность при хранении, хорошая растворимость, определенный гранулометрический состав и насыпной вес. Например, для исключения значительного расслаивания CMC, неизбежного при разных насыпных весах ингредиентов во время хранения и транспортирования, в различных композициях CMC, требуется ПКН имеющий узкие диапазоны гранулометрического состава пределах 300-500 либо 500-900 мкм и насыпной плотности в пределах 900-1100 либо 1100-1300 кг/м. Причем чем выше насыпной вес ПКН, тем хуже его растворимость. Поэтому регулирование процесса получения гранулированного ПКН для получения продукта с определенными свойствами, такими как, растворимость и диапазон гранулометрического состава и насыпной плотности, является насущной проблемой.
Известна установка для получения гранулированного перкарбоната натрия, содержащая линию подачи кальцинированной соды, линию подачи раствора перекиси водорода, и последовательно соединенные реактор, шнековый смеситель, сушилку и классификатор, содержащий линию отвода товарной фракции целевого продукта, линию отвода крупной фракции на мельницу и линию возврата мелкой фракции в смеситель в качестве ретура (RU 2164215, С1, МПК C01B 15/10, C01D 13/00, 20.03.2001).
Известное устройство характеризуется низким выходом из сушилки гранул целевой фракции и насыпной плотности, что, в целом, дает низкую производительность установки и требует значительных энергозатрат для получения целевого продукта с заданными характеристиками.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является установка для получения гранулированного перкарбоната натрия, содержащая линию подачи кальцинированной соды, линию подачи раствора перекиси водорода, последовательно соединенные реактор, шнековый смеситель, сушилку псевдоожиженного слоя, сообщенную с входом и выходом шнекового смесителя, классификатор, соединенный с линией отвода товарной фракции целевого продукта и линией отвода крупной фракции на мельницу с возможностью подачи мелкой фракции и фракции после размола на линию возврата мелкой фракции в смеситель в качестве ретура, нагнетающий вентилятор, сообщенный на входе с атмосферой, а на выходе через распределительное устройство с сушилкой и с теплогенератором, который также сообщен с сушилкой, узел пылеулавливания, соединенный с сушилкой и линией возврата мелкой фракции в смеситель. В данной установке двигатель шнека снабжен частотным регулятором, позволяющим регулировать процесс образования гранул (RU 2245842, С2, МПК C01B 15/10, 2005.02.10).
Недостатком данной установки также является низкий выход из сушилки гранул целевой фракции (требуемого диапазона гранулометрического состава и насыпной плотности), из-за отсутствия оперативного управления технологическим процессом.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение выхода гранул целевой фракции за счет оперативного управления технологическим процессом, и расширение функциональных возможностей установки.
Для решения поставленной задачи предлагается установка для получения гранулированного перкарбоната натрия, содержащая по крайней мере линию подачи раствора кальцинированной соды, линию подачи раствора перекиси водорода, последовательно соединенные реактор, шнековый смеситель, в котором двигатель шнека снабжен частотным регулятором, сушилку псевдоожиженного слоя, сообщенную с входом и выходом шнекового смесителя, классификатор, соединенный с линией отвода целевой фракции целевого продукта и линией отвода крупной фракции на мельницу, соединенную со смесителем с возможностью возврата в него мелкой фракции в качестве ретура, теплогенератор, сообщенный на выходе с сушилкой, предназначенный для нагнетания в нее теплоносителя при помощи нагнетающего вентилятора, узел пылеулавливания, соединенный с сушилкой и линией возврата мелкой фракции в смеситель, которое согласно полезной модели, дополнительно содержит тянущий вентилятор, соединенный с сушилкой через узел пылеулавливания, причем нагнетающий и тянущий вентиляторы снабжены частотными регуляторами.
Сушилка дополнительно, содержит устройство для выгрузки, которое представляет собой подвижную заслонку с регулируемым по размеру выпускным отверстием, установленную с возможностью перемещения в вертикальном направлении.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что за счет обеспечения возможности регулирования производительности вентиляторов (подающего и тянущего), регулируют скорость движения воздуха, подаваемого в сушилку и выходящего из нее, а также интенсивность процесса кипения псевдоожиженного слоя. Это вместе с регулированием работы теплогенератора, в свою очередь позволяет управлять процессом сушки при изменении режима работы шнеков, например, для компенсации повышенной влажности гранул, в случае снижения скорости движения ретура, и работы двигателя шнека, в зависимости от исходной влажности и гранулометрического состава ретура. Управление работой вентиляторов совместно с управлением скорости работы шнеков позволяет регулировать толщину и количество слоев накатки ПКН на гранулу и тем самым регулировать гранулометрический состав, насыпную плотность, скорость растворения, истираемость и термостабильность готовой продукции. Включение в схему регулируемого тянущего вентилятора позволяет также улучшить работоспособность пылеулавливающей системы и обеспечивает лучшие санитарно-гигиенические условия при обслуживании установки.
В аппаратах псевдоожиженного (кипящего) слоя в реальных процессах обезвоживания гранулированного продукта, имеющего полидисперсный гранулометрический состав, происходит распределение гранул по высоте кипящего слоя: крупные гранулы располагаются, в основном, ближе к газораспределительной решетке, а мелкие частицы - в верхних слоях псевдоожиженного слоя. Поэтому применение устройства для выгрузки, с регулируемым размеру по высоте сушилки выпускным отверстием, обеспечивает отбор гранулированного продукта из определенного слоя, в котором преимущественно находятся гранулы целевой фракции, что позволяет сократить затраты на отделение целевой фракции. Кроме того, данное устройство, позволяет оперативно менять режим работы сушилки минимизируя количество переходных масс, за счет регулирования объема продукта отбираемого из сушилки.
На чертеже приведена схема предлагаемой установки для получения перкарбоната натрия, на котором позициями обозначены:
1 - реактор; 2 - шнековый смеситель; 3 - сушилка псевдоожиженого слоя; 4 узел пылеулавливания; 5, 5а - циклоны; 6 - классификатор; 7 - мельница; 8 - линия подачи перекиси водорода; 9 - линия подачи раствора карбоната натрия; 10 - линия подачи полученного перкарбоната натрия в классификатор; 11 линия отвода очищенного воздуха в атмосферу; 12 - нагнетающий вентилятор; 13 - тянущий вентилятор; 14, 15, 16 - частотные преобразователи; 17 - устройство для выгрузки готовых гранул из сушилки; 18 - линия фасовки перкарбоната натрия; 19 - теплогенератор.
Реактор 1 установлен непосредственно на смесителе 2, в частных случаях с возможностью перемещения вдоль смесителя, и имеет корпус с верхними штуцерами для ввода жидких реагентов и штуцер для вывода реакционной массы с распределителем-оросителем пленочного типа. Смеситель 2 установлен с уклоном 10-30° к горизонтали, представляет собой двухшнековый транспортер, оснащенный двигателем с регулируемым числом оборотов, посредством частотного преобразователя 14. Верхняя часть шнекового транспортера закрыта съемными металлическими пластинами.
Смеситель 2 сообщен с сушилкой 3 патрубком ввода высушенных гранул, размещенным в нижней части смесителя в зоне вывода целевых гранул из сушилки на классификатор 6 и патрубком вывода гранул в сушилку, размещенным в верхней части смесителя. Сушилка 3 оснащена газораспределительной решеткой непровального типа, живое сечение которой убывает по мере продвижения продукта к зоне выгрузки. Блок подачи теплоносителя (горячего воздуха) в сушилку 3 содержит нагнетающий вентилятор 12, который в показанном примере на входе сообщен с атмосферой, а на выходе - через теплогенератор 19 - с сушилкой 3. Для регулирования режима работы нагнетающий вентилятор 12 снабжен частотным преобразователем 15.
Узел пылеулавливания 4 включает каскад аппаратов очистки газов, выходящих из сушилки от пыли. В конкретном случае выполнения полезной модели, показанном на чертеже, сушилка 3 посредством линии отвода газопылевой смеси соединена с циклоном 5, в котором производится из газопылевой смеси выделяется пылевая фракция ПКН для ее последующего направления в смеситель 2, а отделенный воздух с помощью тянущего вентилятора 13 направляется на очистку от пыли и через линию 11 выводится в атмосферу. Тянущий вентилятор 13 также снабжен частотным преобразователем 16 для регулирования режима его работы.
Узел пылеулавливания может также включать дополнительный циклон 5а, который посредством линии отбора пылевой и измельченной фракции соединен на входе с классификатором 6 и мельницей 7, и имеет два выхода - один для отвода газопылевой смеси связан со входом циклона 5, а второй выход для отвода ретура связан со входом смесителя 2. В другом частном случае для улавливания и отбора пылевой фракции в составе установки может использоваться только один циклон 5, на вход которого будет направляться поток пылевой и измельченной фракции ПКН от классификатора 6 и мельницы 7. В то же время специалисту будет понятно, что для тщательной доочистки воздуха могут использоваться каскады циклонов подобного типа.
В зоне вывода целевой фракции из сушилки 3 располагается разгрузочное устройство 17, которое может представлять собой, например, подвижную заслонку с регулируемым по размеру выпускным отверстием, которая установлена с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении. Посредством линии 10 отвода целевой фракции разгрузочное устройство 17 соединено со входом классификатора 6, предназначенного для отбора товарной фракции и направления иных фракций в смеситель на повторное использование. Товарная фракция предпочтительно отбирается из средней части классификатора 6 через линию 18. Для отбора крупных фракций ПКН классификатор 6 посредством соответствующей линии отбора соединен с мельницей 7, выход которой связан со входом дополнительного циклона 5а.
Гранулы ПКН с заданными параметрами по гранулометрическому составу и насыпной плотности получают следующим образом.
В реактор 1 подают приготовленные соответствующим образом раствор перекиси водорода по линии 8 и раствор карбоната натрия по линии 9. В смесителе 2 осуществляют грануляцию и сушку перкарбоната натрия. Грануляция осуществляется путем наращивания слоев ПКН на затравочных частицах, которыми заполняется смеситель 2 и сушилка 3. В качестве затравочных частиц используют ретур-гранулы и тонкодисперсные частицы (пылевидные) ПКН, возвращенные в смеситель 2. В сушилке 3 из частиц ПКН потоком теплоносителя- горячего воздуха, подаваемого с помощью нагнетающего вентилятора 12 через теплогенератор 19, удаляется влага в режиме псевдоожиженного слоя. Отработанный воздух с захваченными пылевидными частицами ПКН по газоходу поступает в узел пылеулавливания 4, очищенный воздух выбрасывается в атмосферу, а уловленная пыль возвращается на вход смесителя 2.
На вход смесителя 2 поступает также измельченный ПКН из дополнительного циклона 5а. У входа в смеситель 2 происходит смешение пылевидного и измельченного ПКН, образующих затравочные частицы. При сухом перемешивании последних в смесителе 2 осуществляется предварительное обкатывание частиц ПКН и равномерное распределение пыли и очень мелких фракций по поверхности более крупных затравочных частиц. Затем в реактор 1 через штуцеры подаются потоки соответствующим образом подготовленных водных растворов кальцинированной соды и перекиси водорода. Полученная при их перемешивании реакционная масса через ороситель-распределитель пленочного типа поступает в смеситель 2. В смесителе 2 реакционная масса распределяется по поверхности затравочных частиц и смачивает на их поверхности мелкие частицы ПКН, после чего влажные гранулы по патрубку выводятся в сушилку 3. Газораспределительная решетка сушилки 3 на входном участке имеет увеличенное живое сечение и дополнительный поддув дымовыми газами, что способствует быстрому распределению увлажненного материала по ширине сушилки 3. Увеличенное живое сечение газораспределительной решетки на входном участке сушилки 3 препятствует накоплению крупных частиц продукта у входа в сушилку 3. Продолжительность процесса влажного смешения и последующей сушки регулируется путем изменения скорости вращения шнеков с помощью частотного преобразователя 14 в зависимости от влажности продукта, находящегося в смесителе, а также путем регулирования объема (и температуры) теплоносителя подаваемого в сушилку, с помощью частотного регулятора 15, установленного на нагнетающем вентиляторе 12 и регулирования объема воздуха отбираемого из сушилки с помощью тянущего вентилятора 13 с частотным преобразователем 16. Тянущий вентилятор 13 служит для снижения давления в сушилке 3 и улучшения гидродинамики работы циклона.
При частоте 50 гц. шнека смесителя вращаются со скоростью 60 об/мин. транспортируя 5÷7 тонн ретура в час на который наносится от 1,5 до 2,0 тонн растворов через реактор.
Полученные гранулы проходят через сушилку 3 и далее поступают частично на разгрузочное устройство 17, а часть на вход в нижнюю часть смесителя 2. Устройством 17 регулируется оптимальный состав продукции поступающей на сепарацию.
При необходимости увеличения насыпной плотности перкарбоната натрия увеличивается частота на регуляторе 14, которая влечет повышение скорости оборотов шнеков смесителя 2 и соответственно скорость движения ретура. Это в свою очередь при тех же расчетных дозировках растворов в реактор, снижает слой «накатки» гранул и увеличивает количество слоев.
При снижении частоты достигается противоположный эффект: скорость движения ретура снижается слой «накатки» увеличивается и насыпная плотность уменьшается. Данные приведены в таблице 1.
Качест.ПродV Вращ.ШнекаОб/мин.
Насыпная плотность г/дм.куб.
Истираемость % усл.
Термостабильность % потерь при 32 град. 80% влажности
Растворимость 10, град., %., мин
Содержание активного кислорода, %
45
1160
6
55
77
13,5
52
1200
4
59
75
13,7
65
1270
2
63
72
13,9
Одна часть высушенных гранул ПКН из сушилки 3 возвращаются в смеситель 2, а другая часть отбирается через разгрузочное устройство 17 и по линии 10 направляется в классификатор 6. Причем в зависимости от размера целевой фракции выпускное отверстие устанавливается на уровне слоя, содержащего наибольшее количество гранул целевой фракции (Табл. 2). Уровень, на котором устанавливается выпускное отверстие, подбирается опытным путем и зависит от производительности установки.
Из промежуточной части классификатора 6 средняя (целевая) фракция через линию 18 поступает в накопитель готовой продукции и на фасовку, либо, при необходимости, направляется в блок нанесения стабилизирующего покрытия (не показан).
Крупные фракции из классификатора 6 поступают в мельницу 7. Измельченный ПКН смешивается с мелкими фракциями и поступает в циклон 5а, затем возвращается в смеситель 2.
На установке производительностью 1500 кг/час были получены гранулы ПКН различных фракций. В таблице 2 приведен фракционный состав и качественные показатели гранул, отобранных из разных слоев сушилки.
Таблица 2.
Качественные показатели перкарбоната натрия.
Качественные показатели, в %
Содержание гранул по Размеру, мм
Нижний слой
Средний слой
Верхний слой
>1,0
28
15
8
0,5-1,0
45
56
52
0,1-0,5
25
26
35
<0,1
2
3
5
Средний гансостав мм.
0,857
0,67
0,52
Насыпной вес, г/дм<sup>3</sup>
1190
1200
1220
Растворимость 10, град % мин.
71
68
75
Содержание активного кислорода, % активного кислорода
13,8
13,7
13,6
Стабильность, % потерь при 32 град. 80% влажности
59
57
52
Регулирование гранулометрического состава в сторону уменьшения возможно за счет снижения частоты на тянущем 13 и нагнетающем 12 вентиляторах, и как следствие снижения линейной скорости потока и скорости витания и уноса пылевой фракции перкарбоната в циклоны 5. Это приводит к увеличению количества мелких частиц в целевом продукте и соответственно к снижению общего гранулометрического состава. Осушающую способность топочных газов в это время можно компенсировать повышением температуры в теплогенераторе 19. Обратные действия, т.е. повышение частоты на вентиляторах 12 и 13 и снижение температуры на теплогенераторе 19 приводят к повышению гранулометрического состава.
В заключение следует отметить, что описанный пример реализации полезной модели приведен исключительно для пояснения ее сущности и не может рассматриваться в качестве ограничивающего объем притязаний, который в общем случае определяется согласно прилагаемой формуле полезной модели.