Способ гранулирования жидкого материала и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(З 1) 942/73 (33) Норвегия Государственный комитет СССР по лелам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ЖИДКОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к гранулированию жидких материалов.Известен способ гранулирования жидкого магериала, в котором расплавленный или концентрированный теплый или горячий раствор, который может содержать твердые частицы, подают в ковш, вращающийся вокруг вертикальной оси, разделяют материал на струи, которые при свободном падении дробятся на капли, охлаждаемые потоком газа ).1. После гранулирования суспензий желательно иметь большие отверстия в гранулирующем ковше для того, чтобы предотвратить их засорение, Умень" шая полную подачу жидкого материала, можно уменьшить расход материала через одно отверстие, получить тонкие 2 О струи и , как следствие, маленькие зерна или гранулы, В гранулирующих ковшах с большими отверстиями для получения маленьких капель создают большую разность между скоростями 25 стенки ковша и жидкого материала (большое "проскальзывание"), при таком способе материал подают в отверстия почти тангенциально по отношению к стенке ковша и отношение диа- ЗО метра гранул к диаметру отверстия меньше чем 1:2.Для увеличения "проскальзывания" в известном устройстве 1 внутри ковша размещено тело, имеющее поверхность аналогичную поверхности ковша,Известен способ гранулирования жидкого материала путем подачи материала к отверстиям перфорированного ковша, вращающегося вокруг вертикальной оси, и последующего отвердевания капель для образования гранул. Перфорированные стенки гранулирующего ковша внутри и вдоль по всей окружности снабжены множеством выступов и лопаток. Между любыми двумя лопатками в стенке ковша имеется некоторое число отверстий Г 23 Жидкий материал подают внутрь ковша через верх. Количество жидкого материала, не вытекшего через верхнюю часть гранулирующего ковша, проходит вниз в контейнер через горизонтальные лопатки и раэбрызгивается из нижних зон рядов отверстий. Гидравлическое давление в каждом отверстии будет, таким образом, одинаковым.Подбирая число отверстий. диаметр отверстий, ширину лопаток, осевуюскорость и скорость вращения, можнополучить гранулы нужного размера,так же как и однородность размерагранул из всех отверстий.Однако жидкий материал вращаетсяс угловой скоростью ковша, т.е. без"проскальзывания", Даже, если и попытаться получить такое "проскальзывание", то множество выступов (илилопаток) будет закручивать жидкостьЭс такой же угловой скоростью и сделает это "проскальзывание" несущественным. Поэтому диаметр отверстиядолжен быть сравнительно небольшим,что увеличивает риск засорения. Поэтому это устройство непригодно длягранулирования жидких материалов,содержащих твердые частицы, в частности суспензий. Множество лопатоквнутри гранулирующего ковша, крометого, сделают очистку его довольнотрудоемкой.Использование гранулирующего ковша особенно важно при гранулированиирасплавов и суспензий удобрений. Заводы используют гранулирующие ковши,имеющие производительность более100 т/ч,Трудность в выборе подходящегораспределения отверстий в перфорированном ковше возрастает с увеличением общей производительности. Этоозначает, что максимальное расстояние разбрасывания для капель возрастает до некоторой степени с увеличением производительности. Распределение размера гранул продукта стремится стать шире, Причиной можетбыть то, что с увеличением производительности распределение потокавнутри гранулирующего ковша становится более сложным, Возрастает турбулентность, появляются волны локального давления.При затвердевании разбрызгиваемыхкапель при их падении через охладительную башню, желательно поддерживать расстояние максимального разброса капель как можно меньшим, чтобыуменьшить стоимость башни и получитьвысокую эффективность охлаждающеговоздуха и избежать отложений затвердевшего материала на внутренних стенках гранулирующего ковша.Цель изобретения состоит в том,чтобы существенно уменьшить расстояние разброса капель в охладительнойбашне с тем, чтобы диаметр последнейможно было уменьшить и в то же времяизбе 4 ать засорения отверстий в ковше,ополучения гранул небольшого диаметра.Поставленная цель достигается тем,что в соответствии со способом подачи жидкого материала к перфорационным отверстиям гранулирующего ковша,который, вращаясь вокруг вертикальнойоси, разбрызгивает подаваемый мате,риал через отверстия в стенках ковша, образуя капли, которые затверде вают и образуют гранулы, жидкость подают в гранулирующий ковш в виде множества кольцевых ламинарных потоков, причем каждый из этих потоков направляют к отдельным зонам рядов отверстий в ковше, разделенных по вертикали.Ламинарные потоки можно представить как слоистые потоки, которые могут изменяться по толщине. Каждый поток можно подводить и регулировать отдельно и можно направлять в различные зоны рядов отверстий стенки ковша. Посредством этого можнодостичь максимальной и возросшей производительности определенного грану лирующего ковша, которой нельзя достичь обычными способами. Более того, такая раздельная подача дает возможность, например, получить продукт,состоящий из механической смеси медленно действующих и бЫстродействующих удобрений. Если нужно, к одной или более зон могут быть добавлены различные красители, чтобы пометить продукты.Как указывалось, каждый из потоковжидкого материала направляют к вертикально разделенным, отдельным зонам рядов отверстий. Каждый из потоков оканчивается внутри ковша на некотором расстоянии от перфорированной стенки ковша, посредством чего стенка в гранулирующем ковше разделена на вертикально разделенные, отдельные зоны рядов отверстий. Однако предпочтительно направлять кольцевые ламицарные потоки жидкого материала вблизи зон отверстий стенки ковша. Таким образом достигается максимальное "проскальзывание" на стенке ковша.4 О В способе обеспечивается большаястепень регулирования подачи жидкогоматериала к различным зонам перфорационных отверстий в стенке гранулирующего ковша. Этим достигается луч шая регулировка при достижении благоприятного соотношения между имеющейся площадью перфорационных отверстий в каждой зоне и подачей в эту зону. Благодаря тому, что можно подобрать низкий средний расход на одно отверстие, то расстояние разбрасывания, а следовательно, и диаметрохладительной башни может быть уменьСпособ может быть осуществленразличными путями. Кольцевые потокиподаваемого жидкого материала можнонаправить асимметрично или коаксиально по отношению к оси вращениягранулирующего ковша. Если различные щ потоки направляют асимметрично по отношению к зонам рядов отверстий стенки гранулирующего ковша, так чтокольцевые потоки направлены вблизиили вплотную к стенкам ковша, то жиду кий материал иэ-за вращения гранулирующего ковша подается к отверстиям вертикально колеблющимся, и поэтому обладает очищающим и прочищающим действием на отверстия в стенке ковша. разделительная линия между различными зонами рядов отверстий стенки ковша может быть более или менее выражена в зависимости от того, направлены ли потоки жидкого материала непосредственно к зонам рядов отверстий стенки ковша, либо потоки оканчиваются внутри ковша на некотором расстоянии от зон рядов отверстий. Каждая эона может быть снабжена одним или более рядом отверстий. При более или менее определ"нной разделительной линии между зонами, перфорационные отверстия можно опустить, если это нужно.Устройство для осуществления способа содержит вращающийся вокруг вертикальной оси ковш с перфорированной стенкой; внутри ковша размещены тру" бы, концентрически установленные по отношению к оси вращения ковша, нижние концы труб расположены вблизи его перфорированной стенки вдоль горизонтальных плоскостей. Предпочтительно, чтобы трубы были стационарными. Однако в некоторых случаях целесообразнее одну или несколько труб приводить во вращение вокруг вертикальной оси в таком же или в противоположном направлении вращения, как и гранулирующий ковш. Таким образом можно регулировать степень "проскальзывания" Горизонтальное поперечное сечение труб может быть выполнено гофрированным.На фиг,1 показано известное устройство для. гранулирования на фиг.2- 4 - варианты выполнения предлагаемого устройства.Гранулирующий ковш 1 выполнен коническим нли цилиндрическим, укреплен на вертикальном валу 2 и снабжен трубой 3 для ввода гранулируемого материала. В устройстве жидкий материал подводят в виде ламинарных потоков через множество кольцевых протоков, которые разделены посредством труб 4, расположенных концентрически по отношению к оси вращения, а нижние концы труб оканчиваются внутри ковша и расположены в горизонтальных плоскостях вблизи стенки ковша, посредством чего последний разбивается на отдельные зоны рядов отверстий 5-7 и 8. Число рядов отверстий в каждой зоне и диаметр отверстий может изменяться, и число зон будет зависеть от размеров гранулирующего ковша.Если перфорированная стенка ковша ,цилиндрическая или немного коническая (верхняя часть имеет больший диаметр), то лучше, испольэовать устройства, показанные на фиг.З и 4, в которых жидкий материал подается в виде ламинарных потоков через множество кольцевых протоков 9, которые материала и стенки ковша. Высокаястепень "проскальзывания" заставляет материал поступать в отверстияпочти тангенциально. В результатеэтого, отверстия могут быть сделаныбольшими, но все равно они дают тонкие струи. Таким образом уменьшается риск засорения отверстий. Этотфакт вместе с уменьшением вязкостии регулируемой подачей позволяетуменьшить диаметр гранулирующей башни. 50 Как указывалось, трубы 4 обычно неподвижны, хотя они также могут вращаться. Чем меньше разность скоэ 5 роствй труб 9 и гранулирующего ковша 1, тем меньше достигаемое "проскальэывание" и тем меньше необходимый диаметр отверстий. В случае чистых расплавов или концентированныхрастворов, вязкость которых и рискзасорения не являются критическими,может понадобиться небольшая разность скоростей, потому что при этом дости,гается более устойчивая картина теу чеимя через отверстие. В случае больразделены коническими трубами 4, име"ющими меньший диаметр в верхней части.На фиг.З показано, как можно скон"струировать подающее устройство вслучае гранулирующего ковша, имеющего сравнительно малую конусность,Концентрические распределительныетрубки 4 сделаны коническими. У трубок толщина стенок увеличивается внаправлении к стенкам гранулирующегоковша для того, чтобы получить прочную конструкцию, а также для того,чтобы получить большую площадь поверхности трубок, прилегающих к стенкам ковша с тем, чтобы края трубок 15 не изнашивались слишком быстро из-заэрозии. Края трубок можно покрыть материалом, устойчивым к истиранию.На фиг.4 показано подающее устройство в сравнительно большом, цилинд рическоМ гранулирующем ковше .Число горизонтально расположенныхзон рядов отверстий, на которые распределяется полный подаваемый потокс помощью подающего устройства, можноизменять в зависимости от нужногоэффекта. Теоретически максимальноерегулирование можно достичь используяодну подающую зону на один ряд отверстий.С помощью подающего устройствадостигается вторичный эффект. Из-эатого, что подающий проток оканчивается внутри гранулирующего ковша наочень коротком расстоянии от егостенки (отверстий), в жидком подаваемом материале развиваются оченьбольшие силы трения. Это вызываетуменьшение вязкости суспензий, кото"рые часто являются псевдопластичными.Более того, возрастает и без того 40 большая разность скоростей жидкогоших гранулирующих ковшей с большимитрубами и псевдопластичными вязкими,суспензиями может оказаться необходимым поддерживать низкую вязкость,придавая вращение трубам. Для того,чтобы также получить большую степень"проскальзывания", трубы можно заставить вращаться в направлении,противоположном направлению гранучиРующего ковша,П Р и м е р 1. Гранулирующийковш, показанный на фиг,1, имеет внутренний диаметр у верхнего ряда отверстий 150 мм, диаметр у нижнегоряда отверстий составляет 80 мм.Расстояние между верхним и нижнимрядами отверстий составляет 200 мм.В ковше выполнено 64 ряда отверстий,причем каждый ряд содержит 35 отверстий, общее число отверстий составляет 2240, В верхнем ряду диаметротверстия равен 3,8 мм. Диаметр отверстий уменьшается постепенно вниз,так что отверстия в нижнем ряду имеют диаметр 2,4 мм.Сверху в гранулирующий ковш подводят со скоростью 31 т/ч суспензию, р 5содержащую почти безводный расплавнитрата аммония и фосфатов аммониявместе с нерастворенными твердымичастицами, составляющими примерно14 вес.В, которые представляют собой,главным образом, фосфат кальция.Около 10 вес.В суспензии состоит изрециркулированных мелких гранул затвердевшего продукта, имеющих размерчастиц меньше 1,5 мм. Суспензию подают при 160 С. Ковш вращают со скоростью 630 об/мин. Разбрызгиваемые капли свободно падают в охладительнойбашне 35-метровой высоты. Основная часть затвердевших гранул 40 падает на расстояние 5,8 м от центра башни . Максимальное расстояние разброса составляет 7 м от центра. Результирующий продукт имеет следующий состав;45-4 мм до + З.мм 2,5 вес.Ъ -3 мм до + 2 мм 33,5 вес.В -2 мм до + 1,5 мм 42,4 вес.В -1,5 мм до + 1,0 мм 14,8 вес.В -1,0 мм до + 0,5 мм 5,5 вес.Ъ -0,5 мм 0,3 вес.Ъ П р и м е р 2 . Проводят испытание по примеру 1, но используют подающее устройство, показанное нафиг.2, содержащее большее число труб. 55 Череф шесть концентрических труб полный подаваемый поток"со скоростью 31 т/ч подводят близко к стенкам ковша в шесть зон. Для того, чтобы получить тот же самый средний размер щ гранул, что в примере 1, скорость вращения гранулирующего ковша снижена до 520 об/мин.Основная часть гранул падает в 5,0 м от середины башни, Максимальное расстояние разбрасывания составляет только 6 м от центра.П р и м е р 3. Гранулирующий ковш (фиг.1) имеет те же самые внутренние размеры, что в примере 1, но распределение отверстий другое, а число рядов отверстий составляет 30. Диаметр отверстий уменьшается постепенно от 4,6 мм наверху до 3,6 мм в нижнем ряду отверстий. Число отверстий составляло 70 в верхнем ряду и сорок шесть в нижнем ряду, отверстий. Общее число отверстий было 1600.Через верх гранулирующего ковша .подводят со скоростью 22 т/ч суспевзию того же состава, что в примерах 1 и 2, Однако 23 вес.Ъ суспензии состоит из рециркулированных слишком мелких гранул, размер которых меньше 1,5 мм. Суспенэию распыляют при 1450 С. Ковш вращают со скоростью 900 об/мин. Разбрызгиваемые капли свободно падают в 35-метровой охлаждающей башне.Основная часть затвердевших гранул падает в 7,5 м от середины башни. Максимальное расстояние разброса составляет 9 м от центра башни,П р и м е р 4. Проводят испытание по примеру 3, используя подающее устройство, показанное на фиг.2; подающий материал подают через шесть концентрических труб, оканчивающих ся внутри ковша непосредственно вблизи перфорированной стенки ковша в шести различных горизонтальных зонах рядов отверстий. Для того, чтобы получить такой же средний размер гранул, как в примере 3, скорость вращения ковша уменьшают до 750 об/мин.Основная часть затвердевших гранул падает в 5,2 м от центра башни. Максимальное расстояние разброса уме"ьшается до 6,5 м.Было получено следующее распределение размера затвердевших гранул, полученных в соответствии с примерами 3 и 4:-2,5 мм до + 2,0 мм 25,5 вес.Ъ -2,0 мм до + 1,5 мм 36,0 вес.Ъ -1,5 мм до + 1,0 мм 16,0 вес.Ъ -1,0 мм до + 0,8 мм 9,5 вес.Ъ -0,5 мм 0,5 вес.Ъ В приведенных примерах используемый жидкий материал представляет собой расплав азотно-фосфорного удобрения, содержащего суспендированные твердые частички.Использование изобретения позволяет получить гранулы небольшого размера, что позволяет уменьшить высоту грануляционной башни. Кроме того, создание высокого "проскальзывания" материала позволит увеличить диаметр отверстий в гранулирующем ковше и, следовательно предотвратить их засо,1 рение при гранулировании материалов,содержащих твердые частицы, Снижениескорости вращения приводит к уменьшению расстояния разброса капель и,следовательно, к уменьшению диаметрабашни1. Способ гранулирования жидкого материала путем подачи жидкого материала к отверстиям перфорированного ковша, вращающегося вокруг вертикальной оеи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения расстояния разброа капель, уменьшения диаметра градирни и предотвращения засорения отверстий в ковше, подаваемую жидкость вводят в ковш в виде множества кольцевых ламинарных потоков, причем каждый из этих потоков подводят к отдельным зонам рядов отверстий в ковше, расположенных пе вертикали.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что кольцевые ламинарные потоки жидкого материала подводят вплотную к выполненным в стенке ковша зонам рядов отверстий.3. Устройство для осуществленияспособа по п.1, выполненное в видевращающегося вокруг вертикальнойоси ковша с перфорированной стенкой,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтоковш снабжен трубами,концентрическиустановленными по отношению к осивращения ковша, причем трубы в нижней части открыты в горизонтальнойплоскости вблизи от перфорированнойстенки ковша.4. Устройство по п.З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что трубы выполнены с возможностью вращения во круг их вертикальных осей.5. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что горизонтальное попереччое сечение трубы выполнено гофрированным. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Норвегии Р 122298,кл. 82 в, 6/02, 16,09,71. 2. Патент Англии Р 1126199,кл. 85 А, 05.09.68.856372 Составитель Р.Горяиноваедактор О. Персиянцева Техред Н. Келушак Корректор ак но лиал ППП "Патентф, г.ужгород, .Ул.Проектная,4 6978/89 ТВНИИПИ Государстпо делам изобр 113035 у Москвар Ж аж 567 енного коми ений и откРаушская Подта СССРтийаб., д4