Гранулятор с псевдоожиженным слоем и используемыйв нем распылитель - RU2305604C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству для гранулирования в псевдоожиженном слое, в котором гранулы определенного вещества получают в процессе непрерывного роста (и по объему, и по массе) гранул и затравочных зерен или частиц этого вещества, находящихся во взвешенном состоянии в псевдоожиженном слое, при непрерывной подаче в псевдоожиженный слой находящегося в жидком состоянии соответствующего способствующего росту гранул вещества. Настоящее изобретение относится, в частности, к устройству для гранулирования, имеющему емкость с псевдоожиженным слоем затравочных частиц и гранул определенного гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему для ожижения и поддержания псевдоожиженного слоя и по меньшей мере один распределитель потока находящегося в жидком состоянии способствующего росту гранул вещества со множеством распылителей, через которые это вещество в распыленном виде подают в псевдоожиженный слой. Более конкретно, настоящее изобретение относится к распылителю для подачи способствующего росту гранул жидкого вещества, которое можно использовать в устройстве для гранулирования описанного выше типа.

В приведенном ниже описании и в формуле изобретения такое устройство называется просто гранулятором, а под "затравочными зернами гранулируемого вещества" подразумеваются частицы гранулируемого вещества, диаметр которых не превышает 1,5 мм. Кроме того, иногда для упрощения затравочные зерна, или частицы, гранулируемого вещества называются в описании просто "затравочными частицами или зернами".

Известно, что качественное гранулирование в псевдоожиженном слое (получение гранул определенных размера, формы и массы) требует хорошего "увлажнения" затравочных частиц и растущих гранул способствующим росту гранул (питательным) жидким веществом. Для этого питательное жидкое вещество необходимо подавать в псевдоожиженный слой в виде как можно более мелких капель, размеры которых не должны превышать размеров затравочных частиц и растущих гранул, которые смачиваются этими каплями. При этом, например, при гранулировании таким способом мочевины для получения конечного продукта (гранул) высокой чистоты необходимо обеспечить максимально быстрое и по возможности полное испарение воды или другого растворителя, в котором растворяют способствующее росту гранул вещество.

Размер капель способствующей росту гранул жидкости является ключевым фактором, от которого зависит эффективность всего процесса гранулирования, и поэтому предпочтительно или даже необходимо такую жидкость подавать в псевдоожиженный слой в так называемом "распыленном" виде. Фактически только распыленная питательная жидкость может обеспечить равномерное и оптимальное увлажнение всей поверхности находящихся в псевдоожиженном слое затравочных частиц (зерен) или гранул.

Для распыления способствующего росту гранул жидкого вещества в известных в настоящее время грануляторах, а точнее в имеющихся в них устройствах для подачи жидкого питательного вещества в псевдоожиженный слой, используют специальные распылители с очень большой скоростью выхода из них распыляемой струи, в которые вместе с жидким питательным веществом подают большое количество воздуха (или иного соответствующего газа). В некоторых случаях скорость струи распыленной в потоке воздуха питательной жидкости на входе в псевдоожиженный слой достигает 150-300 м/с.

Однако несмотря на широкое применение и многочисленные преимущества, такие распылители обладают и целым рядом определенных недостатков, которые в настоящее время препятствуют эффективному гранулированию различных веществ в псевдоожиженном слое. К таким недостаткам относится, в частности, необходимость работы при больших скоростях истечения с большими количествами воздуха (или иного газа) и невозможность контроля происходящего в псевдоожиженном слое процесса роста гранул и, как следствие этого, проблемы получения конечного продукта определенного гранулометрического состава, определяемого размером гранул, лежащим в заданных пределах. По этой причине существенно увеличиваются затраты, связанные с классификацией и просеиванием полученных гранул, отбором слишком больших или слишком мелких гранул и их повторной обработкой в грануляторе.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой распылитель для используемых в грануляторах с псевдоожиженным слоем распределителей (распределительных устройств) находящегося в жидком состоянии питательного вещества, способствующего росту гранул, который по своим конструктивным и функциональным особенностям позволял бы подавать в псевдоожиженный слой способствующее росту гранул жидкое вещество, во-первых, в распыленном виде, а, во-вторых, с низкими скоростями, позволяющими устранить все перечисленные выше недостатки, присущие известным в настоящее время способам гранулирования веществ в псевдоожиженном слое.

Для решения положенной в основу настоящего изобретения задачи в нем предлагается распылитель указанного в начале описания типа, отличающийся тем, что он снабжен первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и определенный диаметр и расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к друг участков, первый из которых имеет форму сужающегося конуса, а второй, который заканчивается указанным выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена на одной и той же оси внутри первой трубки и образует с ней кольцевую полость и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки.

Как более подробно описано ниже, наличие на конце первой трубки расширяющегося конуса, заканчивающегося выходным отверстием, позволяет достаточно просто и эффективно существенным образом снизить скорость потока воздуха (или иного газа) с распыленным в нем способствующим росту гранул (питательным) веществом на выходе из распылителя и с низкой скоростью подавать распыленное в потоке воздуха питательное вещество в псевдоожиженный слой гранулятора через один или несколько предлагаемых в изобретении распылителей.

Низкая скорость подачи питательного вещества в псевдоожиженный слой позволяет эффективно контролировать происходящий в псевдоожиженном слое процесс роста гранул и гранулометрический состав конечного продукта.

Кроме того, низкая скорость подачи распыленного в потоке воздуха питательного вещества в псевдоожиженный слой позволяет поддерживать гранулометрический состав конечного продукта в заранее заданном и существенно более узком, чем в настоящее время, диапазоне значений. Достигается это, прежде всего, за счет регулирования в псевдоожиженном слое спирального движения затравочных частиц и растущих гранул, которое позволяет достаточно эффективно влиять на происходящий в псевдоожиженном слое процесс роста гранул.

В предпочтительных вариантах выполнения конец первой трубки состоит из трех примыкающих друг к другу участков, первый из которых выполнен в виде сужающегося к оси трубки конуса, второй участок выполнен в виде цилиндра, а третий участок выполнен в виде расширяющегося относительно оси конуса и заканчивается выходным отверстием распылителя. Конусность сужающегося к оси конического участка первой трубки больше конусности ее расширяющегося по отношению к оси конического участка, а диаметр выходного отверстия на коническом участке меньше заданного диаметра первой трубки. Вторая трубка имеет выходное отверстие, расположенное на некотором расстоянии от конца первого конического участка первой трубки, и конец этой второй трубки образует внутри кольцевой полости местное сужение, в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.

В изобретении также предлагается гранулятор (устройство для гранулирования), описанного выше типа, в котором распределительное устройство содержит один или несколько описанных выше распылителей.

Другие преимущества и особенности изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из не ограничивающих объем изобретения вариантов его возможного осуществления реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематичный продольный разрез предлагаемого в настоящем изобретении распылителя для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем и

на фиг.2 - схематичное поперечное сечение гранулятора с псевдоожиженным слоем с предлагаемым в настоящем изобретении распылителем, показанным на фиг.1.

Показанный схематично на фиг.1 предлагаемый в изобретении распылитель 1 предназначен в первую очередь для подачи определенного способствующего расту гранул (питательного) жидкого вещества в грануляторы с псевдоожиженным слоем.

Распылитель имеет первую, предпочтительно цилиндрическую, трубку 2 с определенным диаметром и прямолинейной осью А, конец 3 которой заканчивается выходным отверстием 4 и состоит предпочтительно из трех примыкающих друг к другу участков. Первый участок 5 выполнен в виде сужающегося к оси А трубки конуса, второй участок 6 выполнен в виде цилиндра, а третий участок 7 выполнен в виде расширяющегося относительно оси А конуса и заканчивается выходным отверстием 4 распылителя (и имеет по существу форму сопла Вентури).

В предпочтительном, но не ограничивающем объем изобретения варианте диаметр цилиндрического участка 6 составляет 0, 4 от определенным образом выбранного диаметра передней части трубки 2, а конусность конического участка 5 больше конусности конического участка 7. Кроме того, диаметр выходного отверстия 4 меньше диаметра передней части трубки 2, но больше диаметра цилиндрического участка 6.

В предлагаемом в настоящем изобретении распылителе имеется вторая трубка 8, которая расположена внутри первой трубки 2 на ее оси и которая вместе с этой первой трубкой образует кольцевую полость 9. В показанном на фиг.1 в качестве примера варианте вторая трубка 8 на выходном конце 10 выполнена в виде сужающегося к оси А конуса, который входит внутрь первого конического участка 5 первой трубки 2. При этом конусность конического конца второй трубки меньше конусности первого конического участка 5 первой трубки.

В одном из вариантов осуществления изобретения в нем предлагается распылитель, у которого выходное отверстие 11 второй трубки 8 расположено на некотором расстоянии от конца первого конического участка 5 первой трубки 2, который образует входное отверстие 6а цилиндрического участка 6 первой трубки. Расстояние между образующим выходное отверстие концом второй трубки и концом первого конического участка первой трубки должно быть таким, чтобы внутри кольцевой полости 9 образовалось сужение 9а, в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.

Во время гранулирования в псевдоожиженном слое предлагаемый в изобретении распылитель работает следующим образом.

Подаваемое непрерывно в псевдоожиженный слой по трубке 8 определенное способствующее росту гранул жидкое вещество F имеет относительно небольшую осевую скорость, составляющую от 2 до 10 м/с.

Через кольцевую полость 9 с осевой скоростью, составляющей от 20 до 50 м/с, в псевдоожиженный слой непрерывно подают соответствующий газ G, например воздух.

В сужении 9а скорость потока газа G существенно возрастает, например до 200-300 м/с, и воздействующий с такой скоростью на выходящий из отверстия 11 поток способствующего росту гранул жидкого вещества F газ ускоряет его и распыляет.

При воздействии газа на способствующее росту гранул жидкое вещество в массе газа непрерывно образуются мелкие капли жидкости диаметром (например) от 20 до 120 мкм. Воздействие газа на способствующее росту гранул жидкое вещество сопровождается, в частности, образованием распыленной смеси жидкости и газа (в которой жидкая фаза диспергирована в газообразной фазе).

Образующаяся смесь уплотняется в цилиндрическом участке 6 первой трубки, и содержащиеся в ней капли способствующей росту гранул жидкости равномерно распределяются по всему поперечному потоку F-G смеси жидкости и газа, скорость которой в расширяющемся коническом участке 7 первой трубки падает до 30-60 м/с.

С такой, существенно меньшей, чем в известных грануляторах, скоростью смесь газа и распыленной в нем жидкости подается в псевдоожиженный слой затравочных частиц и растущих гранул и обеспечивает оптимальное образование гранул со всеми указанными выше преимуществами.

Еще одно преимущество предлагаемой в изобретении конструкции связано с происходящим в расширяющемся конусе 7 в результате падения скорости увеличением давления и высвобождением определенного количества кинетической энергии с соответствующим снижением суммарного расхода энергии, необходимой для распыления, способствующего росту гранул жидкого вещества (энергии, затрачиваемой на сжатие газа). Такое снижение расхода энергии по сравнению с обычными распылителями может достигать 40-50%.

На фиг.2 схематично показана часть предлагаемого в изобретении устройства для гранулирования в псевдоожиженном слое (или гранулятора), обозначенного общей позицией 12.

Показанные на этом чертеже детали, которые конструктивно и функционально аналогичны деталям рассмотренного выше распылителя 1, обозначены теми же, что и на фиг.1 позициями и повторно не рассматриваются.

Гранулятор 12 имеет емкость 13 с псевдоожиженным слоем 14 затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц (труба 15), систему ожижения и поддержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии (перфорированное днище 16 и обычные и поэтому не показанные на чертеже средства наддува ожижающего воздуха или другой газообразной текучей среды FL) и по меньшей мере одно распределительное устройство 17, через которое в псевдоожиженный слой подают поток способствующего росту гранул жидкого вещества F. Гранулятор 12 имеет также устройство (труба 18) с переливной кромкой, которое предназначено для выгрузки из него готовых гранул.

Распределительное устройство 17 имеет один (в показанном на фиг.2 примере) или несколько распылителей 1 способствующей росту гранул жидкости, выполненных по типу описанного выше и показанного на фиг.1 распылителя 1.

Следует отметить, что в рассмотренные выше варианты можно вносить различные изменения и усовершенствования, не выходя при этом за объем изобретения, определяемый его формулой.

Реферат

Группа изобретений относится к устройству для гранулирования в псевдоожиженном слое, в котором гранулы вещества получают смачиванием затравочных частиц и растущих гранул веществом, находящимся в жидком состоянии и способствующим росту гранул. Распылитель для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем снабжен первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к другу участков, первый из которых имеет форму сужающегося к оси конуса, а второй участок, который заканчивается выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена внутри первой трубки на ее оси, и образует с ней кольцевую полость, и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки. Гранулятор с псевдоожиженным слоем имеет емкость, в которой образуется псевдоожиженный слой затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему ожижения и удержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии и по меньшей мере одно распределительное устройство, через которое в псевдоожиженный слой подается поток способствующего росту гранул жидкого вещества. Распределительное устройство содержит один или несколько распылителей способствующего росту гранул жидкого вещества, снабженный первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к друг участков, первый из которых имеет форму сужающегося к оси конуса, а второй участок, который заканчивается выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена внутри первой трубки на ее оси, и образует с ней кольцевую полость, и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки. Группа изобретений обеспечивает эффективное гранулирование различных веществ. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула