Спосіб гранулювання рідкого матеріалу та пристрій для його здійснення

1. Спосіб гранулювання рідкого матеріалу, що включає його розпилення крізь отвори перфорованої поверхні без надання йому додаткового моменту руху механічним способом під дією гідростатичного напору рідкого матеріалу та його власної ваги з одночасним накладанням на рідкий матеріал, що витікає, вібраційних коливань, у робочому об'ємі пристрою у зустрічному вихровому вісесиметричному потоці теплоносія, охолодження і кристалізацію матеріалу на поверхні гранул з одночасним утворенням центрів кристалізації для подальшого гранулоутворення, класифікацію гранул на товарну і дрібну фракції та відвід дрібної фракції з нього, наступне її повернення у сповзаючому периферійному кільцевому шарі назад у фонтануючий шар матеріалу робочого об'єму для дорощування гранул і відвід товарної фракції з пристрою, який відрізняється тим, що дрібну фракцію перед поверненням назад до робочого об'єму пристрою направляють для додаткового контакту з потоком теплоносія, створюючи вторинну зону теплообміну та масообміну в межах одного пристрою. 2. Пристрій для гранулювання рідкого матеріалу, що містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично вста 2 (19) 1 3 82754 Винахід відноситься до виробництва гранульованого матеріалу та може бути використано в хімічній, харчовій та інших галузях промисловості. Відомий спосіб гранулювання розплавів та розчинів шляхом розпилу рідкого матеріалу у зустрічному вихровому потоці теплоносія, охолодження та кристалізації продукту, збільшення до заданого розміру гранул та їх виводу [авт.св. СРСР 1554958, МПК В01J2/16]. Недоліком способу є те, що створення гранульованого продукту проміжної фракції та остаточне формування структури гранули товарної фракції відбувається в одному і тому ж робочому об'ємі пристрою. Неможливість обробки гранул проміжного фракційного складу для успішного протікання процесу висушування та кристалізації перед повторним контактом рідиною, що розпилюється, та подальшого дорощування до товарної фракції одночасно з повним контактом гранул товарної фракції з потоком теплоносія для утворення остаточної стр уктури го тового продукту сприяє неоднорідності пофракційної обробки гранул та утворення готового продукту з різнорідним гранулометричним складом, що зменшує його якість. Зіткнення гранул різних фракцій, що не є остаточно сформованими, агломерація окремих гранул також сприяє порушенню правильності форми гранул товарної фракції та збільшенню ступеню їх полідисперсності, і, як наслідок, зниження якості. Відомий пристрій для здійснення способу гранулювання плавів та розчинів, що містить вертикальний конічний корпус, розпилювач рідкого матеріалу, кришку, патрубки підводу теплоносія та відводу готово го продукту у нижній частині вертикального конічного корпусу, патрубки підводу плаву і відводу теплоносія у верхній частині корпусу а також завихрувач потоку теплоносія [див. авторське свідоцтво СРСР №1554958, МПК B01J2/16, 1990]. Недоліками цього пристрою є відсутність в його конструктивному оформленні елементу для створення окремого потоку гранул проміжної фракції, що утворюється паралельно з гранулами товарної фракції. Неможливість відокремлення потоку дрібних гранул негативно впливає на протікання процесу сушки у робочому просторі пристрою; конічна форма корпусу забезпечує лише розподіл гранул за розмірами, але не впливає ступінь завершеності кристалізації та сушки гранул дрібної фракції. Нерівномірність та недостатній час контакту дрібних гранул з потоком теплоносія позначається на якості кінцевого продукту, зменшуючи ступінь його монодисперсності. Найбільш близьким до розробленого способу є спосіб гранулювання рідкого матеріалу, що включає його розпилення крізь отвори перфорованої поверхні без надання йому додаткового моменту руху механічним способом під дією гідростатичного напору рідкого матеріалу та його власної ваги з одночасним накладанням на рідкий матеріал, що ви тікає, електромагнітних коливань, у робочому об'ємі пристрою у зустрічному ви хровому вісесиметричному потоці теплоносія, охолодження і кристалізацію матеріалу на поверхні гра 4 нул з одночасним утворенням центрів кристалізації для подальшого гранулоутворення, класифікацію гранул на товарну і дрібну фракції та відвід дрібної фракції з нього, наступне її повернення у сповзаючому периферійному кільцевому шарі назад у фонтануючий шар матеріалу робочого об'єму для дорощування гранул і відвід товарної фракції з пристрою [див. заявку України на винахід №а200512066 від 15.12.2005]. Недоліком способу є те, що гранули дрібної фракції після відведення з робочого об'єму пристрою і до наступного повернення в робочий об'єм в якості внутрішнього ретура не мають можливості для остаточного формування кристалічної структури внаслідок відсутності контакту з теплоносієм з метою завершення процесу сушки та кристалізації. При цьому створюються гранули з формою, відмінною від сферичної, зменшується однорідність гранулометричного складу готового продукту, що негативно впливає на його якість. Найбільш близьким до розробленого пристрою для гранулювання рідкого матеріалу по конструкції та досягнутому результату є пристрій, що містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий конус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини, вертикальний патрубок, верхній кінець якого розташований у робочому об'ємі додаткового конуса, а нижній кінець у днищі основного вертикального корпуса, патрубки для подачі і відводу теплоносія, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузлом розпилення, який розташований на одній осі з додатковим конусом та виконаний у вигляді комбінованої коробчасто-сферичної порожнини з перфорованою нижньою сферичною частиною (днищем) та отворами на її верхній частині, всередині якої розміщений циліндричний шток, розташований на одній осі з додатковим конусом, мембраною, роль якої відіграє центральна плоска неперфорована частина днища, яка випромінює коливання, патрубок для подачі газового потоку співвісно з вертикальним патрубком, кільцевий уловлювач гранул з днищем, розташований на одній осі з додатковим конусом, та ви хровий газорозподільний вузол, крім того пристрій оснащений електромагнітним вібратором, який з'єднаний зі штоком за допомогою муфти, да тчиком вібрацій на плоскій мембрані, електронним регулятором, що приєднаний до електромагнітного вібратора та частотоміром, розташованими за межами робочого об'єму пристрою [див. заявку України на винахід №а200512066 від 15.12.2005]. Недоліками цього пристрою є неможливість регулювання технологічних параметрів теплоносія стосовно до широкого діапазону навантажень по фазах без впливу на протікання процесу гранулоутворення, а також неможливість вирівнювання полів швидкостей потоку теплоносія та забезпечення рівномірного його розподілу в міжкорпусній кільцевій порожнині, що є причиною зниження показників якості готового продукту та ефективності пристрою. В основу винаходу поставлене завдання удосконалення способу гранулювання рідкого матері 5 82754 6 алу шля хом здійснення вторинного контакту з гращем) та отворами на її верхній частині, всередині нулами дрібної фракції з потоком теплоносія зі якої розміщений циліндричний шток, розташовазбільшенням часу, що потрібен для повного завений на одній осі з основним вертикальним корпуршення процесу гранулоутворення; при цьому сом, мембраною, роль якої відіграє центральна процес вторинного контакту проходить в межах плоска неперфорована частина днища, яка виодного пристрою одночасно з процесом гранулоупромінює коливання, патрубок для подачі газового творення у вихровому псевдозрідженому шарі; це потоку співвісно з вертикальним патрубком, кільзабезпечує рівномірність контакту кожної з створецевий уловлювач гранул з днищем, розташований них гранул з вихровим вісесиметричним потоком на одній осі з додатковим конусом, та вихровий теплоносія у першій зоні та з потоком теплоносія газорозподільний вузол, крім того пристрій оснадля остаточного формування кристалічної струкщений електромагнітним вібратором, який з'єднатури гранул дрібної фракції у другій зоні, що сприний зі штоком за допомогою муфти, датчиком вібяє збільшенню ступеню монодисперсності гранурацій на плоскій мембрані, електронним лометричного складу матеріалу в заданому регулятором, що приєднаний до електромагнітного діапазоні розмірів товарної фракції. вібратора та частотоміром, розташованими за В основу винаходу поставлене завдання удомежами робочого об'єму пристрою, згідно винахосконалення пристрою для гранулювання рідкого ду, у середині міжкорпусної кільцевої порожнини в матеріалу шляхом зміни конструктивних елементів нижній її частині змонтований розподільний елепристрою, що покращує е фективність висушуванмент у вигляді провальної перфорованої решітки і ня, охолодження та кристалізації гранул товарної нижня частина основного вертикального конічного та проміжної фракції, збільшує час контакту гранул корпусу налічує циліндричну частину, яка є склаз теплоносієм, інтенсифікує процес гранулоутводовою цього корпусу, причому патрубок для подачі рення, підвищуючи швидкість росту гранул, що теплоносія в пристрій розташований горизонтальзабезпечує більш високий відсоток отримання грано і на одній з бічних сторін цієї циліндричної часнул товарної фракції та збільшення ступеню мотини корпусу, а з іншого боку циліндричної частини нодисперсності гранулометричного складу матеріосновного вертикального корпусу розташований алу в заданому діапазоні. додатковий горизонтальний патрубок для вводу Поставлене завдання досягається тим, що у теплоносія у кільцеву порожнину для додаткового способі гранулювання рідкого матеріалу, що вклюконтакту з дрібною фракцією гранул. чає його розпилення крізь отвори перфорованої Спосіб гранулювання з зоною вторинного конповерхні без надання йому додаткового моменту такту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія руху механічним способом під дією гідростатичнодозволяє розподілити потоки гранул різного фракго напору рідкого матеріалу та його власної ваги з ційного складу в межах одного пристрою для макодночасним накладанням на рідкий матеріал, що симально повного завершення процесу кристалівитікає, електромагнітних коливань, у робочому зації, запобігає утворенню гранул з формою, об'ємі пристрою у зустрічному вихровому вісесивідмінною від сферичної, майже повністю виклюметричному потоці теплоносія, охолодження і кричає фактор впливу на процес гранулоутворення сталізацію матеріалу на поверхні гранул з одночаперемішування дрібної і товарної фракцій, підвисним утворенням центрів кристалізації для щує швидкість росту гранул до товарної фракції, подальшого гранулоутворення, класифікацію гращо забезпечує збільшення ступеня монодисперснул на товарну і дрібну фракції та відвід дрібної ності отриманого гранулометричного складу готофракції з нього, наступне її повернення у сповзаювого продукту. чому периферійному кільцевому шарі назад у фоФормування завершеної кристалічної структунтануючий шар матеріалу робочого об'єму для ри гранули відбувається за рахунок збільшення дорощування гранул і відвід товарної фракції з часу контакту останньої з потоком теплоносія; пристрою, згідно винаходу, дрібну фракцію перед внаслідок дії висхідного потоку теплоносія у зоні поверненням назад до робочого об'єму пристрою вторинного контакту час перетину міжкорпусної направляють для додаткового контакту з потоком кільцевої порожнини пристрою окремою гранулою теплоносія, створюючи вторинну зону теплообміну зростає, що сприяє повному завершенню процесу та масообміну в межах одного пристрою. кристалізації на поверхні гранули до повернення у Поставлене завдання вирішується також тим, першу основну зону, де відбувається розпилення що у відомому пристрої для гранулювання розрідкого матеріалу. При цьому зменшується вплив плавів, розчинів та суспензій, що містить основний дестабілізуючих факторів, що викликані неоднорівертикальний корпус з кришкою і днищем, всередністю розмірів та форми гранул. дині якого концентрично встановлений додатковий При встановленні у пристрій додаткового гоконус, з утворенням між їхніми бічними поверхняризонтального патрубку для вводу теплоносія до ми міжкорпусної кільцевої порожнини, вертикальміжкорпусної кільцевої порожнини, що відокремний патрубок, верхній кінець якого розташований у лений від основного потоку теплоносія, що надхоробочому об'ємі додаткового конуса, а нижній кідить до робочого об'єму пристрою з'являється нець у днищі основного вертикального корпуса, можливість регулювання технологічних параметрів патрубки для подачі і відводу теплоносія в притеплоносія стосовно до широкого діапазону наванстрій, патрубок для подачі рідкого матеріалу з вузтажень по фазах без впливу на протікання процелом розпилення, який розташований на одній осі з су грануло утворення у основному корпусі пристою; додатковим конусом та виконаний у вигляді комбіпри встановленні розподільного елементу в поєднованої коробчасто-сферичної порожнини з пернанні з наявністю циліндричної частини основного форованою нижньою сферичною частиною (днивертикального корпусу пристрою досягається 7 82754 8 ефект вирівнювання полів швидкостей та рівноміпатрубок 11 для подачі рідкого вихідного матеріарного розподілу теплоносія як до надходження у лу з вузлом 12 розпилення, розташованим співвісміжкорпусну кільцеву порожнину під розподільний но з додатковим конусом 3, який складається з елемент, так і після проходження розподільного циліндричного коробчастого корпусу 13 з отвораелементу в зоні безпосереднього контакту потоку ми 14 на його верхній частині, сферичного перфотеплоносія з гранулами дрібної фракції; це забезрованого днища 15, плоскої мембрани 16, штоку печує стабільність розміру і форми гранул дрібної 17, муфти 18, електромагнітного вібратора 19, фракції, і, як наслідок, однорідний гранулометричдатчиком вібрацій 20 на мембрані, електронним ний склад готового продукту. регулятором 21 та частотоміром 22. Пристрій має Використання запропонованого способу гравихровий газорозподільний вузол 23, розташованулювання рідкого матеріалу та пристрою для ний на одній осі з додатковим корпусом 3, а також грануляції дозволить підвищити ефективність провертикальний направляючий патрубок 24, розтацесу охолодження, висушування та кристалізації шований на одній осі з внутрішнім конусом 3. Веррідкого матеріалу на гранулах дрібної фракції та хній кінець 25 патрубка 24 розміщений у робочому прискорення швидкості їх росту, а також збільшити об'ємі додаткового конуса 3, а нижній кінець 26 у відсоток утворення гранул сферичної форми у днищі основного вертикального корпуса 1. Патрузаданому діапазоні розмірів, що забезпечує збільбок 24 призначений для подачі дрібної фракції шення монодисперсності гранулометричного матеріалу. Патрубок 27 призначений для подачі складу матеріалу та покращить якість кінцевого газового потоку, і розташований у днищі основного продукту. вертикального корпусу 1 на одній осі з вертикальСпосіб здійснюють наступним чином. ним патрубком 24. Для подачі теплоносія в другу Приклад. Вихровий псевдозріджений шар гразону контакту з гранулами використовується доданул створюють у додатковому конусі гранулятора. тковий горизонтальний патрубок 28. Пристрій має До гранулятора, під завихрювач, підводять потік також розподільний елемент 29 та циліндричну теплоносія з робочою температурою 100°С. Подачастину 30, що є складовою основного вертикальча останнього складає 15000м 3/год, або 4м/с на ного корпусу 1. вільну площину меншого перерізу додаткового Пристрій працює таким чином. конусу пристрою. До вихрового шару гранул за У пристрій через патрубок 9, з'єднаний з кільдопомогою вібраційного розпилювача підводять цевим уловлювачем 5 тангенційно подається тепрозплав аміачної селітри у кількості 1500м 3/год, лоносій і, попередньо проходячи простір циліндра потік дрібних гранул нетоварної фракції після се6 та рівномірно розподілившись по всьому його парації у робочому об'ємі пристрою відводять з верхньому перетину, надходить до вихрового газони проведення процесу і направляють до міжкозорозподільного вузла 23. При його проходженні рпусної кільцевої порожнини, де він додатково теплоносій закручується навколо вертикальної осі контактує з потоком теплоносія у кількості пристрою і набуває спіралеподібного руху. Вихро5000м 3/год з робочою температурою 70°С. Після вий осесиметричний потік теплоносія переміщувторинного контакту потік гранул нетоварної фрається вверх по простору додаткового конусу 3 на кції повертають до робочого об'єму пристрою ізозустріч матеріалу. Одночасно з цим до утвореного льованим газовим потоком. Подача останнього спіралеподібного потоку теплоносія через патрустановить 3000-м 3/год, температура 50°С. За рабок 11 до вузла 12 розпилення підводять розплав. хунок процесу вторинного контакту гранул проміжРозплав надходить до коробчастого корпуса 13 ної фракції з потоком теплоносія та збільшення вузла 12 розпилення та заповнює його об'єм. Під часу на висушування та кристалізацію досягається дією гідростатичного напору рідкого матеріалу та більший ступінь монодисперсності гранул, що підйого власної ваги розплав без надання йому додавищує якість кінцевого продукту. Гранули товарної ткового моменту руху механічним способом почифракції переважно мають розмір 3±0,3мм, що нає витікати з вузла 12 розпилення через перфоскладає 92% їх вмісту в го товому продукті. ровану частину сферичного днища 15. В цей же На кресленні наведена схема пристрою для час за допомогою штока 17, який з'єднаний муфгранулювання розплавів, розчинів і суспензій. тою 18 з електромагнітним вібратором 19, ствоПристрій містить основний вертикальний коррюються електромагнітні коливання, що передапус 1 у вигляді конуса, з еліптичною кришкою 2 та ються плоскій мембрані 16, роль якої відіграє розташований в середині основного вертикальноцентральна плоска неперфорована частина дниго корпусу 1 концентрично йому і жорстко до нього ща 15. Плоска мембрана 16 передає коливання закріплений додатковий конус 3, останній утворює перфорованій частині днища 15. Прискорення з основним вертикальним корпусом 1 міжкорпусну центру плоскої мембрани 16 реєструється датчикільцеву порожнину 4, яка обмежується меншими ком вібрацій 20 та корегується за допомогою елекосновами додаткового конуса 3 і основного вертитронного регулятора 21. Числове значення частокального корпуса 1. Кільцевий уловлювач 5 гранул ти коливань плоскої мембрани 16 фіксується крупної фракції матеріалу виконаний у вигляді частотоміром 22. В разі попадання до вузла 12 циліндра 6 з нахильним днищем 7 і розвантажуварозпилення повітря останнє сепарується над вільльною тічкою 8 для відводу готового продукту. ною поверхнею розплаву та відводиться з отворів Теплоносій подають в пристрій через патрубок 9, 14. Під дією електромагнітних коливань струмінь тангенційно з'єднаний з кільцевим уловлювачем 5 розплаву, що витікає крізь отвори 14, розпадаєтьгранул. Пристрій також містить патрубок 10 для ся на окремі гранули сферичної форми. Утворені відведення відпрацьованого теплоносія, виконагранули, контактуючи з вісесиметричним вихровим ний у кришці 2 основного вертикального корпусу 1, потоком теплоносія, охолоджуються і кристалізу 9 82754 10 ються та попадають на внутрішню поверхню додарозподільного елементу 29 та опускаються до ниткового конусу 3. В залежності від отриманого жнього перетину основного вертикального корпусу розміру, гранули класифікуються на велику та дрі1. У днищі основного вертикального корпусу 1 ці бну фракції за рахунок зміни окружної й осьової гранули потрапляють у зону розрідження, що складових швидкості вісесиметричного вихрового створюється навколо струменю газового потоку, потоку теплоносія по висоті додаткового конусу 3 який входить через патрубок 27, засмоктуються пристрою. Гранули дрібної фракції підхоплюються цим струменем і через нижній кінець 26 вертикаствореним у додатковому конусі 3 пристрою вісельного направляючого патрубку 24, переміщуюсиметричним вихровим потоком теплоносія та чись по його порожнині, викидаються через верхпереміщуються до верхнього перетину додатковоній кінець 25 у центральну частину робочого го конусу 3 та відводяться з робочого об'єму припростору додаткового конусу 3 у ядро вихрового строю через міжкорпусну кільцеву порожнину 4 псевдозрідженого шару. Розплав, який потрапляє між додатковим конусом 3 і основним вертикальна поверхню дрібних гранул, кристалізується, при ним корпусом 1. В міжкорпусній кільцевій порожцьому розмір гранул збільшується. Велика фракція нині гранули дрібної фракції починають вторинно не залишає робочий об'єм пристрою і по мірі доконтактувати з потоком теплоносія, що надходить рощування та збільшення гранули, циркулюючи до цього об'єму через додатковий горизонтальний об'ємом додаткового конусу 3, перемішуються патрубок 28 через циліндричну частину 30 в основниз по його перетину. При досягненні заданого вному вертикальному корпусі 1 та розподільний розміру гранули падають донизу по поверхні додаелемент 29. В результаті контакту з потоком тепткового конусу 3, проходять через вихровий газолоносія в межах міжкорпусної кільцевої порожнини розподільний вузол 23, циліндричну частину 6 та 4 по мірі переміщення вниз по її перетину до рознахильне днище 7 кільцевого уловлювача 5 гранул подільного елементу 29 дрібні гранули додатково та відводяться з пристрою через розвантажувальвисушуються, кристалізуються та охолоджуються. ну тічку 8. Відпрацьований теплоносій виводиться В нижньому перетині міжкорпусної кільцевої пороз основного вертикального корпусу 1 через патружнини 4 дрібні гранули проходять через отвори бок 10, розташований у еліптичній кришці 2. 11 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 82754 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601