Вихревой гранулятор с вибрационным распылением расплава

В настоящее время отечественные предприятия, специализирующиеся на производстве гранулированных продуктов из растворов и расплавов, используют в качестве основного способа грануляцию в грануляционных башнях. Учитывая большие затраты материальных, энергетических и трудовых ресурсов отрасль получения гранулированных продуктов постепенно переходит на малогабаритные аппараты псевдосжиженного слоя. Одним из недостатков аппаратов с псевдосжиженным слоем является низкая стабильность самого слоя в широком диапазоне изменения нагрузок по газовой и жидкой фазах. Разработка грануляторов вихревого псевдосжиженного слоя позволит избежать этого недостатка, а также улучшить гидродинамику рабочего пространства аппарата.

Грануляторы вихревого псевдосжиженного слоя в химической промышленности уже нашли свою сферу использования. В настоящее время предложено несколько конструкций грануляторов, применяющих энергию закрученного газового потока при создании псевдосжиженного слоя гранул. В то же время, каждая из предложенных конструкций имеет недостатки, которые негативно влияют на формирование структуры гранулы, уменьшая степень монодисперсности готового продукта и, как следствие, показатели его качества.

Повышение качества конечного продукта и увеличения мощностей единичных установок вызывают необходимость создания высокопроизводительных и высокоэффективных устройств и способов гранулирования жидких материалов.

Исходя из вышеизложенного, формулируется основная цель статьи: исследование методов интенсификации процесса гранулообразования и улучшения качества продукта в вихревом псевдосжиженном слое; разработка усовершенствованной конструкции вихревого гранулятора псевдосжиженного слоя; оценка основных параметров модернизированного аппарата и влияние их на качество конечного продукта.

Распыление расплава до рабочего пространства гранулятора позволяет создать развитую поверхность контакта фаз между расплавом и газовым потоком. Это является необходимым условием эффективного проведения теплообменных и массообменных процессов в химической промышленности. От способа распыления расплава на зеркало псевдосжиженным слоя зависит процесс гранулообразования и потребительские качества сформированных гранул.

В рамках научно-исследовательской работы по отработке технологических и конструктивных параметров экспериментального образца вихревого гранулятора в составе модернизированной схемы производства гранулированных продуктов разработан новый способ гранулирования жидкого материала и устройство для его осуществления

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа гранулирования жидкого материала путем осуществления его распыления без предоставления дополнительного момента движения под действием гидростатического напора и собственного веса с одновременным наложением на струю расплава регулярных электромагнитных колебаний что обеспечивает равномерность контакта каждой из созданных гранул с вихревым осесиметричним потоком теплоносителя и увеличение степени монодисперсности гранулометрического состава материала в заданном диапазоне размеров товарной фракции.

Экспериментальные исследования характера протекания процесса гранулирования доказали, что распыление жидкого материала указанным способом позволяет предотвратить образование гранул с формой, от личной от сферической, значительно уменьшает влияние встречного вихревого осесиметричного потока теплоносителя на процесс формообразования доли, которая вытекает из распылителя, снижает вероятность загрязнения распылителя и частоту его очистки в 3-5 раз, уменьшает количество столкновений отдельных капель расплава в 2-3 раза, полностью исключает фактор влияния на распыление неравномерность поступления в распылитель жидкого материала, эффективнее, чем распыление при переходе части момента количества движения от фазы, которая осуществляет распыление, до жидкого материала и распыление без предоставления жидкому материалу дополнительных колебаний, и обеспечивает более эффективное орошение жидкого материала на вихревой псевдосжиженный слой гранул в рабочем объеме прибора, повышает скорость роста гранул к товарной фракции, что обеспечивает увеличение степени монодисперсности полученного гранулометрического состава готового продукта.

Формирование сферической формы происходит за счет свойства жидкости распадаться на равномерные капли, если на поверхности струи создавать регулярные колебания (волна). Получение равномерных капель расплава при его диспергировании позволяет осуществить принцип равномерности, сущность которого состоит в том, что при осуществлении процесса гранулообразования необходимо достичь одинакового действия сил, которые возникают при взаимодействии капли расплава, что следует, и вихревого осесиметричного потока теплоносителя, на каждую из капель расплава. При этом уменьшается влияние дестабилизирующих факторов, вызванных неоднородностью размеров и формы капель.

Однородность структуры капель, которые формируются из струи жидкого материала, и равномерность распыления достигается также за счет выравнивания полей скорости истечения расплава из отверстий перфорированной поверхности сферического днища распылителя.

При проведении анализа наведенного материала можно отметить, что предложенный способ распыления жидкого материала поможет избежать следующих нежелательных факторов, возникающих при использовании конструкций:

Образование вихревого потока высокотемпературного теплоносителя над распылителем для высушивания жидкого материала, что способствует закрутки расплава и его неравномерному распределению по поверхности псевдосжиженного слоя гранул;

Дополнительная деформация капли расплава вследствие закручивания потока теплоносителя сверху. Образованные гранулы из-за отклонений от сферической формы при послойном напылении неравномерно распределяются по поверхности уже сложившихся центров кристаллизации, расширяя диапазон гранулометрического (фракционного) состава, увеличивая полидисперсность продукта.

Нарушение правильности формы центров кристаллизации, которые образуются. На начальном этапе формирования структуры гранулы закладывается дефект формы продукта, который возрастает с каждым новым напылением расплава на гранулу, негативно влияет на качество готового продукта;

Инкрустация внутренней поверхности рабочего корпуса устройства вследствие воздействия вихревого потока теплоносителя над распылителем и изменения формы капли расплава со сферической на дискообразную;

Осуществление распыления при предоставлении жидкому материалу, следует, части момента импульса от жидкой или газовой фазы, которая является движущей силой процесса, то есть увеличение энергетических затрат на процесс гранулообразования;

Возможность столкновения капель расплава и их агломерация в полете, которая приводит к образованию гранул различного размера, увеличивая степень полидисперсности товарной фракции, что ухудшает качество готового продукта.

Рассмотрим особенности конструкционного оформления предложенного устройства для гранулирования вышеупомянутым способом.

1 - основной корпус;

2 - эллиптическая крышка;

3 - дополнительный корпус;

4 - мижкорпусний кольцевой пространство;

5 - кольцевой уловитель гранул;

6 - цилиндрическая полость кольцевого улавливатель гранул;

7 - нахильне днище;

8 - патрубок отвода готового продукта;

9 - патрубок для подачи теплоносителя;

10 - патрубок для отвода отработанного теплоносителя;

11 - патрубок для подачи расплава;

12 - узел распыления;

13 - коробчатый корпус;

14 - отверстия для отвода воздуха ;

15 - перфорированная днище;

16 - плоская мембрана;

17 - шток;

18 - муфта;

19 - электромагнитный вибратор;

20 - датчик вибраций;

21 - электронный регулятор;

22 - частотомер;

23 - вихревой газораспределительный узел;

24 - патрубок для рециркуляции гранул;

25 - патрубок для подачи газа.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для гранулирования жидкого материала путем изменения конструктивных элементов устройства, которое улучшает эффективность орошения жидкого материала, увеличивает площадь орошения поверхности зеркала псевдосжиженного слоя, интенсифицирует процесс гранулообразования, повышая скорость роста гранул, кроме того, происходит дробление струи расплава, что вытекает из распылителя, на капли сферической формы, что обеспечивает более высокий процент получения гранул товарной фракции и увеличение степени монодисперсности гранулометрического состава материала в заданном диапазоне.

Анализ конструктивных особенностей и режимов работы конструкций обнаружил следующие недостатки:

Невозможность создания распылителем равномерного распыления жидкого материала на поверхность гранул вследствие большой поверхности зеркала псевдосжиженного слоя уменьшает интенсивность теплообмена и массообмена между расплавом и гранулами, негативно влияет на скорость процесса гранулообразования;

Вылет гранул из распылителя осуществляется с большим углом падения от его вертикальной оси, что уменьшает площадь орошения поверхности зеркала псевдосжиженного слоя;

Распылитель не формирует сферическую форму капли расплава, что вытекает;

Вследствие возможного загрязнения расплава случайными твердыми частицами распылитель жидкого материала может ухудшить качество распыления (равномерность и направление) поскольку не исключено ее забивания, что является причиной снижения показателей качества готового продукта и эффективность устройства.

Использование вихревого гранулятора псевдоожиженного слоя с вибрационным распылением жидкого материала исключает недостатки предыдущих конструкций.

При установке внутри устройства распылителя жидкого материала с механизмом создания и распространения электромагнитных колебаний на выходе из последнего происходит дробление струи жидкого материала с образованием потока монодисперсных капель правильной сферической формы с большой плотностью орошения и площадью контакта с зеркалом псевдосжиженного слоя гранул, распространяющихся по рабочему объему устройства с одинаковой скоростью утечки и образуют однородный гранулометричный состав готового продукта.

Анализируя изложенный материал, можно прийти к выводу, что улучшение гидродинамических условий протекания процесса гранулирования в вихревом псевдосжиженном слое в сочетании с высокоэффективными методами распыления жидкой фазы до рабочего пространства устройства - перспективное направление развития химической промышленности в данной области. Благодаря использованию осесиметричного газового потока можно избежать некоторых факторов, дестабилизирующих псевдосжиженный слой. Предложенный способ распыления жидкого материала позволит значительно эффективнее использовать рабочее пространство гранулятора и повысить степень однородности гранул.

Учитывая результаты теоретического анализа реализация процесса гранулирования в малогабаритных вихревых аппаратах псевдосжиженного слоя с переменной площадью сечения рабочей камеры и вибрационным распылением жидкого материала является высокоэффективным путем к улучшению качества продукта и снижение его себестоимости.