UA110992C2 - Method and apparatus for producing granules in fluidized bed - Google Patents

Abstract

Винахід може знайти застосування у хімічній, харчовій, гірничодобувній та інших галузях промисловості для отримання гранульованого матеріалу і стосується способу та пристрою одержання гранул у зваженому шарі. Згідно способу вводять вісесиметричний вихровий потік теплоносія в нижню частину додаткового конуса, зверху розпилюють рідкий матеріал у робочий об'єм додаткового конуса, охолоджують і кристалізують матеріал на поверхні гранул. Між бічними поверхнями додаткового конуса і основного вертикального корпуса гранули дрібної фракції багаторазово вторинно контактують в режимі зваженого шару з потоком теплоносія у міру переміщення вниз по її перерізу до розподільного елемента, ізолюють у окремий потік і подають у ядро фонтануючого шару, дорощують дрібну фракцію в робочому об'ємі. Пристрій містить основний вертикальний корпус з кришкою і днищем, всередині якого концентрично встановлений додатковий конус, з утворенням між їхніми бічними поверхнями міжкорпусної кільцевої порожнини. Для додаткового контакту з дрібною фракцією гранул передбачено щонайменше три похилих перфорованих кільця усередині міжкорпусної кільцевої порожнини, перше і третє з яких розташоване на зовнішній поверхні додаткового конуса, а друге - на внутрішній поверхні основного вертикального корпуса. Технічний результат: забезпечується збільшення ступеня монодисперсності гранул, що покращує їх якість.The invention can find application in the chemical, food, mining and other industries to obtain granular material and relates to a method and apparatus for producing granules in a suspended layer. According to the method, the axisymmetric vortex flow of the coolant is introduced into the lower part of the additional cone, from above the liquid material is sprayed into the working volume of the additional cone, and the material is cooled and crystallized on the surface of the granules. Between the lateral surfaces of the additional cone and the main vertical body, the granules of the small fraction repeatedly re-contact in the mode of the suspended layer with the flow of coolant as it moves down its cross section to the distribution element, isolated in a separate stream and fed into the core of the fountain layer, more expensive 'em. The device comprises a main vertical housing with a lid and a bottom, within which an additional cone is concentrically mounted, with an inter-annular cavity formed between their lateral surfaces. For additional contact with the small fraction of the granules, at least three inclined perforated rings are provided inside the inter-annular cavity, the first and third of which are located on the outer surface of the additional cone, and the second on the inner surface of the main vertical housing. The technical result: provides an increase in the degree of monodispersity of the granules, which improves their quality.

Description

Винахід належить до виробництва гранул з розчину (розплаву), а також гранул з розвиненою пористою структурою і багатошарових гранул та може бути використано в хімічній, харчовій, гірничодобувній та інших галузях промисловості.The invention relates to the production of granules from a solution (melt), as well as granules with a developed porous structure and multilayer granules and can be used in the chemical, food, mining and other industries.

Відомий спосіб гранулювання шляхом розпилення рідкого матеріалу у зустрічному вихровому потоці теплоносія, охолодження та кристалізації продукту, збільшення до заданого розміру гранул та їх виводу (див. авторське свідоцтво СРСР Мо1554958, МПК ВО1.2/16, 1990).A known method of granulation by spraying the liquid material in the oncoming vortex flow of the heat carrier, cooling and crystallization of the product, increasing the granules to a given size and their output (see copyright certificate of the USSR Mo1554958, IPC VO1.2/16, 1990).

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 з рідиною, що розпилюється, та подальшого дорощування до товарної фракції одночасно з повним контактом гранул товарної фракції з потоком теплоносія для утворення остаточної структури готового продукту сприяє неоднорідності пофракційної обробки гранул та утворення готового продукту з різнорідним гранулометричним складом, що зменшує його якість. Зіткнення гранул різних фракцій, поверхня яких не є остаточно сформованою, подальша агломерація окремих гранул також сприяє порушенню правильності форми гранул товарної фракції та збільшенню ступеню їх полідисперсності, і, як наслідок, зниження якості.The disadvantage of the method is that the creation of the granulated product of the intermediate fraction and the final formation of the granule structure of the commodity fraction occur in the same working volume of the device. The impossibility of processing granules of an intermediate fractional composition for the successful drying and crystallization process before re-contact with the atomized liquid, and subsequent growth to the commercial fraction at the same time as complete contact of the granules of the commercial fraction with the coolant flow to form the final structure of the finished product contributes to the inhomogeneity of fractional processing of the granules and the formation of a finished product with heterogeneous granulometric composition, which reduces its quality. The collision of granules of different fractions, the surface of which is not completely formed, the subsequent agglomeration of individual granules also contributes to the violation of the regularity of the shape of the granules of the commercial fraction and to an increase in the degree of their polydispersity, and, as a result, to a decrease in quality.

Відомий пристрій для здійснення способу гранулювання плавів та розчинів, що містить вертикальний конічний корпус, розпилювач рідкого матеріалу, кришку, патрубки підводу теплоносія та відводу готового продукту у нижній частині вертикального конічного корпусу, патрубки підводу плаву і відводу теплоносія у верхній частині корпусу а також завихрювач потоку теплоносія (див. авторське свідоцтво СРСР Мо1554958, МПК ВО19У2/16, 1990).A known device for carrying out a method of granulating melts and solutions, which contains a vertical conical body, a sprayer of liquid material, a cover, nozzles for the supply of the heat carrier and removal of the finished product in the lower part of the vertical conical body, nozzles for the supply of the melt and removal of the heat carrier in the upper part of the body, as well as a flow swirler coolant (see copyright certificate of the USSR Mo1554958, IPC VO19U2/16, 1990).

Недоліками цього пристрою є відсутність в його конструктивному оформленні елемента для створення окремого потоку гранул проміжної фракції, що утворюється паралельно з гранулами товарної фракції. Неможливість відокремлення потоку дрібних гранул негативно впливає на протікання процесу сушіння у робочому просторі пристрою; конічна форма корпусу забезпечує лише розподіл гранул за розмірами, але не впливає на ступінь завершеності кристалізації та сушіння гранул дрібної фракції. Нерівномірність та недостатній час контакту дрібних гранул з потоком теплоносія позначається на якості кінцевого продукту, зменшуючи ступінь його монодисперсності.The disadvantages of this device are the lack of an element in its design to create a separate flow of granules of the intermediate fraction, which is formed in parallel with the granules of the commodity fraction. The impossibility of separating the flow of small granules negatively affects the course of the drying process in the working space of the device; the conical shape of the body ensures only the distribution of granules by size, but does not affect the degree of completeness of crystallization and drying of granules of a small fraction. Irregularity and insufficient time of contact of small granules with the coolant flow affects the quality of the final product, reducing the degree of its monodispersity.

Найбільш близьким до розробленого способу є спосіб гранулювання рідкого матеріалу, що включає його розпилення 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, додатковий контакт дрібної фракції з потоком теплоносія зі створенням вторинної зони теплообміну та масообміну, наступне повернення дрібної фракції у сповзаючому периферійному кільцевому шарі назад у фонтануючий шар матеріалу робочого об'єму для дорощування гранул і відвід товарної фракції з пристрою (див. патент України Мо 82754, МПК (2006) ВО192/16, 2008).The closest to the developed method is the method of granulation of liquid material, which includes its spraying in the working volume of the device in the oncoming vortex axisymmetric flow of the coolant, cooling and crystallization of the material on the surface of the granules with the simultaneous formation of crystallization centers for further granulation, classification of granules into commercial and fine fractions and removal of the fine fraction from it, additional contact of the fine fraction with the coolant flow with the creation of a secondary zone of heat exchange and mass transfer, subsequent return of the fine fraction in the sliding peripheral ring layer back to the gushing material layer of the working volume for growing the granules and removal of the commodity fraction from the device (see patent of Ukraine Mo 82754, IPC (2006) VO192/16, 2008).

Недоліком способу є те, що гранули дрібної фракції після відведення з робочого об'єму пристрою і до наступного повернення в робочий об'єм як внутрішній ретур у вторинній зоні теплообміну та масообміну контактують з потоком теплоносія впродовж короткого проміжку часу, що обумовлюється ламінарним режимом руху потоку теплоносія. Сила дії висхідного руху теплоносія не компенсує силу тяжіння гранул дрібної фракції, внаслідок чого відбувається їх вільне падіння. Підвищення швидкості руху потоку теплоносія для переходу його в перехідний та турбулентний режим призводить до підвищених витрат на його нагрівання і нагнітання і може стати причиною винесення гранул дрібної фракції до надходження її в робочий об'єм пристрою.The disadvantage of the method is that the granules of the fine fraction, after removal from the working volume of the device and before the next return to the working volume as an internal return in the secondary zone of heat exchange and mass exchange, are in contact with the coolant flow for a short period of time, which is determined by the laminar mode of flow movement coolant The force of the upward movement of the coolant does not compensate for the gravitational force of the granules of the fine fraction, as a result of which their free fall occurs. Increasing the speed of movement of the flow of the heat carrier for its transition into a transitional and turbulent mode leads to increased costs for its heating and pumping and may cause the removal of granules of a small fraction before it enters the working volume of the device.

Збільшення інтенсивності процесів теплообміну і масообміну і формування твердого поверхневого шару на гранулі дрібної фракції може бути досягнуто за рахунок підвищення температури теплоносія, але навіть короткочасний перегрів гранул дрібної фракції збільшує вірогідність руйнування її ядра (нерівномірність розподілення рідкого матеріалу та різний ступінь його кристалізації в об'ємі гранули, збільшення внутрішніх напружень та спричинена цими факторами поява розтріскувань). Одноразовий контакт гранул дрібної фракції з потоком теплоносія не дозволяє повною мірою завершити процеси теплообміну і масообміну, адже в такому разі внаслідок можливого проскакування та різкого зменшення часу перебування гранул дрібної фракції в зоні вторинного контакту з потоком теплоносія збільшується вірогідність нерівномірної їх обробки.An increase in the intensity of heat and mass transfer processes and the formation of a solid surface layer on a granule of a fine fraction can be achieved due to an increase in the temperature of the heat carrier, but even a short-term overheating of granules of a fine fraction increases the probability of the destruction of its core (uneven distribution of liquid material and different degrees of its crystallization in the volume granules, an increase in internal stresses and the appearance of cracks caused by these factors). A one-time contact of the granules of the fine fraction with the flow of the heat carrier does not allow to fully complete the processes of heat exchange and mass transfer, because in this case, as a result of possible slippage and a sharp decrease in the time of stay of the granules of the fine fraction in the zone of secondary contact with the flow of the heat carrier, the probability of their uneven processing increases.

Найбільш близьким до розробленого пристрою для гранулювання рідкого матеріалу по конструкції та досягнутому результату є пристрій, що містить основний вертикальний корпус з 60 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, патрубок для подачі газового потоку співвісно з вертикальним патрубком, кільцевий уловлювач гранул з днищем, розташований на одній осі з додатковим конусом, вихровий газорозподільний вузол, розподільний елемент в міжкорпусній кільцевій порожнині, додатковий горизонтальний патрубок для вводу теплоносія у кільцеву порожнину для додаткового контакту з дрібною фракцією гранул (див. патент України Мо 82754, МПК (2006) ВО1 92/16, 2008).The closest to the developed device for granulating liquid material in terms of design and the achieved result is a device containing a main vertical body with a 60 cover and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an inter-body annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end which is located in the working volume of the additional cone, and the lower end is in the bottom of the main vertical body, nozzles for the supply and removal of the coolant, nozzle for the supply of liquid material with a spray unit, nozzle for the supply of gas flow coaxially with the vertical nozzle, ring pellet catcher with the bottom , located on one axis with an additional cone, a vortex gas distribution unit, a distribution element in the interbody annular cavity, an additional horizontal nozzle for introducing the coolant into the annular cavity for additional contact with the fine fraction of granules (see patent of Ukraine Mo 82754, IPC (2006) VO1 92/16, 2008).

Недоліками цього пристрою є те, що в його конструкції відсутній елемент для створення багатоступеневого контакту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія в міжкорпусній кільцевій порожнині. В цій зоні максимальна довжина траєкторії руху гранул дрібної фракції відповідає максимальній висоті міжкільцевого простору. Враховуючи те, що теплоносій в міжкорпусній кільцевій порожнині рухається в ламінарному режимі та фактично не чинить опору падінню гранул дрібної фракції, траєкторія їх руху не перевищує максимальної довжини, що є причиною різкого зниження часу їх перебування в цій зоні, і, як наслідок, низької інтенсивності теплообмінних і масообмінних процесів. Це призводить до неповного формування структури гранули, та стає причиною зниження показників якості готового продукту та ефективності пристрою.The disadvantages of this device are that its design lacks an element for creating a multi-stage contact of granules of a small fraction with the coolant flow in the interbody annular cavity. In this zone, the maximum length of the trajectory of the granules of the fine fraction corresponds to the maximum height of the interannular space. Considering the fact that the coolant in the interbody annular cavity moves in a laminar mode and actually does not resist the fall of small fraction granules, the trajectory of their movement does not exceed the maximum length, which is the reason for a sharp decrease in the time they stay in this zone, and, as a result, low intensity heat transfer and mass transfer processes. This leads to incomplete formation of the granule structure, and causes a decrease in the quality of the finished product and the efficiency of the device.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу одержання гранул у зваженому шарі шляхом здійснення багатоступеневого контакту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія після її відведення з зони дії вихрового вісесиметричного потоку теплоносія зі збільшенням часу, що потрібен для повного завершення процесу гранулоутворення; при цьому в місці контакту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія для остаточного формування їх кристалічної структури створюється окрема додаткова зона зваженого шару гранул дрібної фракції. Зону зваженого шару розділено на послідовні ступені контакту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія, що сприяє підвищенню інтенсивності проведення теплообмінних і масообмінних процесів завдяки збільшенню часу перебування гранул дрібної фракції в цій зоні та, як наслідок, підвищенню ступеню монодисперсності гранулометричногоThe invention is based on the task of improving the method of obtaining granules in a suspended layer by implementing multi-stage contact of granules of a fine fraction with the heat carrier flow after its removal from the zone of action of the vortex axisymmetric flow of the heat carrier with an increase in the time required for the complete completion of the granulation process; at the same time, a separate additional zone of a suspended layer of fine fraction granules is created at the point of contact of the granules of the fine fraction with the coolant flow for the final formation of their crystalline structure. The zone of the suspended layer is divided into successive stages of contact of the granules of the fine fraction with the flow of the heat carrier, which contributes to the increase in the intensity of the heat exchange and mass transfer processes due to the increase in the residence time of the granules of the fine fraction in this zone and, as a result, to the increase in the degree of monodispersity of the granulometric

Зо складу матеріалу в заданому діапазоні розмірів товарної фракції.From the composition of the material in the given range of sizes of the commodity fraction.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для одержання гранул у зваженому шарі шляхом зміни конструктивних елементів пристрою, що покращує ефективність висушування, охолодження та кристалізації гранул товарної та проміжної Фракції, збільшує час контакту гранул з теплоносієм, інтенсифікує процес гранулоутворення, підвищуючи швидкість росту гранул, що забезпечує більш високий відсоток отримання гранул товарної фракції та збільшення ступеня монодисперсності гранулометричного складу матеріалу в заданому діапазоні.The invention is based on the task of improving the device for obtaining granules in a suspended bed by changing the structural elements of the device, which improves the efficiency of drying, cooling and crystallization of granules of the commercial and intermediate fraction, increases the contact time of granules with the coolant, intensifies the process of granulation, increasing the growth rate of granules, which ensures a higher percentage of granules of the commercial fraction and an increase in the degree of monodispersity of the granulometric composition of the material in the given range.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання гранул у зваженому шарі, що включає його розпилення 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, додатковий контакт дрібної фракції з потоком теплоносія зі створенням вторинної зони теплообміну та масообміну, наступне повернення дрібної фракції у сповзаючому периферійному кільцевому шарі назад у фонтануючий шар матеріалу робочого об'єму для дорощування гранул і відвід товарної фракції з пристрою, згідно винаходу, додатковий контакт дрібної фракції з потоком теплоносія здійснюють багатоступенево зі створенням на кожному зі ступенів зони контакту дрібної фракції з потоком теплоносія в режимі зваженого шару.The problem is solved by the fact that in the method of obtaining granules in a suspended layer, which includes its spraying in the working volume of the device in the oncoming vortex axisymmetric flow of the coolant, cooling and crystallization of the material on the surface of the granules with the simultaneous formation of crystallization centers for further granulation, classification of granules into commodity and fine fraction and removal of the fine fraction from it, additional contact of the fine fraction with the coolant flow with the creation of a secondary zone of heat exchange and mass transfer, subsequent return of the fine fraction in the sliding peripheral annular layer back to the gushing material layer of the working volume for supplementing the granules and removal of the commodity fractions from the device, according to the invention, the additional contact of the fine fraction with the coolant flow is carried out in a multi-stage manner with the creation of a zone of contact of the fine fraction with the coolant flow in the suspended layer mode at each of the stages.

Поставлена задача вирішується також тим, що у відомому пристрої для одержання гранул у зваженому шарі, 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, патрубок для подачі газового потоку співвісно з вертикальним патрубком, кільцевий уловлювач гранул з днищем, розташований на одній осі з додатковим конусом, вихровий газорозподільний вузол, розподільний елемент в міжкорпусній кільцевій порожнині, додатковий горизонтальний патрубок для вводу теплоносія у кільцеву порожнину для додаткового контакту з дрібною фракцією гранул, згідно з винаходом, усередині бо міжкорпусної кільцевої порожнини встановлено щонайменше три похилих перфорованих кільця,The problem is also solved by the fact that in the known device for obtaining granules in a suspended layer, which contains a main vertical body with a lid and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an inter-body annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end of which is located in the working volume of the additional cone, and the lower end is in the bottom of the main vertical body, nozzles for the supply and removal of the heat carrier, nozzle for the supply of liquid material with a spray unit, nozzle for the supply of gas flow coaxially with the vertical nozzle, ring pellet catcher with the bottom, located on one axis with an additional cone, a vortex gas distribution unit, a distribution element in the interbody annular cavity, an additional horizontal nozzle for introducing the coolant into the annular cavity for additional contact with the fine fraction of granules, according to the invention, inside the interbody annular cavity covered with at least three oblique perforated rings,

перше і третє з яких розташоване на зовнішній поверхні додаткового конуса, а друге - на внутрішній поверхні основного вертикального корпуса.the first and third of which are located on the outer surface of the additional cone, and the second - on the inner surface of the main vertical body.

Спосіб одержання гранул у зваженому шарі з використанням багатоступеневої зони вторинного контакту гранул дрібної фракції з потоком теплоносія в режимі зваженого шару дозволяє збільшити час перебування гранул дрібної фракції в контакті з потоком теплоносія максимально повного завершення процесу кристалізації, запобігає утворенню гранул з формою, відмінною від сферичної, майже повністю виключає фактор впливу на процес гранулоутворення перемішування дрібної і товарної фракцій, підвищує швидкість росту гранул до товарної фракції, що забезпечує збільшення ступеня монодисперсності отриманого гранулометричного складу готового продукту. Створення в об'ємі одного пристрою зваженого шару різної конфігурації (з вихровим рухом гранул під дією зустрічного вихрового вісесиметричного потоку теплоносія та з поступально-пульсаційною траєкторією руху гранул дрібної фракції під дією висхідного потоку теплоносія у вторинній зоні теплообміну і масообміну) дозволяє поєднати процес гранулоутворення одразу після розпилення з процесом завершення формування та кристалізації поверхні і ядра гранули у вторинній зоні контакту з теплоносієм.The method of obtaining granules in a suspended bed using a multi-stage zone of secondary contact of granules of a fine fraction with the flow of the coolant in the suspended bed mode allows you to increase the time of the granules of the fine fraction in contact with the flow of the coolant, the maximum complete completion of the crystallization process, prevents the formation of granules with a shape other than spherical, almost completely eliminates the factor of influence on the process of granulation of the mixing of small and marketable fractions, increases the rate of growth of granules to the marketable fraction, which ensures an increase in the degree of monodispersity of the obtained granulometric composition of the finished product. The creation in the volume of one device of a suspended layer of different configurations (with the vortex motion of granules under the action of the oncoming vortex axisymmetric flow of the coolant and with the translational-pulsation trajectory of the movement of granules of a fine fraction under the action of the upward flow of the coolant in the secondary zone of heat exchange and mass exchange) allows you to combine the process of granulation at once after spraying with the process of completion of formation and crystallization of the surface and core of the granule in the secondary zone of contact with the coolant.

Важливою перевагою запропонованого способу є те, що він дозволяє здійснювати вторинний контакт між гранулами дрібної фракції та теплоносієм при меншій температурі (завдяки збільшенню часу перебування гранул дрібної фракції в міжкорпусній кільцевій порожнині) та витраті теплоносія (завдяки зменшенню площі вільного перерізу міжкорпусної кільцевої порожнини). Крім того, зниження температури обробки гранул дрібної фракції дозволяє зберегти цілісність їх ядра і в окремих випадках (зокрема, при одержанні гранул пористої структури для потреб гірничодобувної галузі) після термообробки залишити в ядрі гранули бульбашки повітря, які сприяють початку реакції детонації промислових вибухових речовин.An important advantage of the proposed method is that it allows secondary contact between the granules of the fine fraction and the coolant at a lower temperature (due to the increase in the residence time of the granules of the fine fraction in the interbody annular cavity) and coolant consumption (due to the reduction of the free cross-sectional area of the interbody annular cavity). In addition, lowering the processing temperature of fine fraction granules allows preserving the integrity of their core and in some cases (in particular, when obtaining granules with a porous structure for the needs of the mining industry) after heat treatment, air bubbles are left in the core of the granules, which contribute to the initiation of the detonation reaction of industrial explosives.

Формування завершеної кристалічної структури гранули відбувається за рахунок збільшення часу контакту останньої з потоком теплоносія; внаслідок дії висхідного потоку теплоносія та створення зваженого шару у зоні вторинного контакту час перетину міжкорпусної кільцевої порожнини пристрою окремою гранулою зростає, що сприяє повному завершенню процесу кристалізації на поверхні гранули до повернення у першу основну зону, де відбуваєтьсяThe formation of the completed crystalline structure of the granule occurs due to an increase in the contact time of the latter with the coolant flow; due to the action of the upward flow of the heat carrier and the creation of a suspended layer in the secondary contact zone, the time of crossing the interbody annular cavity of the device by a separate granule increases, which contributes to the complete completion of the crystallization process on the surface of the granule before returning to the first main zone, where

Зо розпилення рідкого матеріалу. При цьому зменшується вплив дестабілізуючих факторів, що викликані неоднорідністю розмірів та форми гранул.From the spraying of liquid material. At the same time, the influence of destabilizing factors caused by the heterogeneity of the size and shape of the granules is reduced.

При встановленні у пристрою похилих перфорованих кілець в міжкорпусній кільцевій порожнині потік гранул дрібної фракції проходить багатоступеневий контакт з потоком теплоносія в режимі зваженого шару; при цьому час перебування гранул дрібної фракції в міжкорпусній кільцевій порожнині збільшується. Це обумовлено зміною траєкторії руху гранул дрібної фракції від вертикальної до поступально-пульсаційної на кожному з похилих перфорованих кілець за рахунок появи сили скочування по похилій поверхні та нормальної реакції перфорованого кільця від нормальної сили тиску гранул дрібної фракції як складових сили тяжіння. В такому випадку сила висхідного потоку теплоносія починає частково компенсувати силу скочування по похилій поверхні, а нормальна сила тиску гранул дрібної фракції компенсується нормальною реакцією перфорованого кільця. Це є причиною зменшення швидкості руху гранул дрібної фракції і подовження траєкторії їх руху. За рахунок з'являється можливість регулювання технологічних параметрів теплоносія стосовно до широкого діапазону навантажень по фазах без впливу на протікання процесу гранулоутворення у основному корпусі пристрою; це забезпечує стабільність розміру і форми гранул дрібної фракції, і, як наслідок, однорідний гранулометричний склад готового продукту. Крім того, за рахунок зменшення площі вільного перерізу міжкорпусної кільцевої порожнини та подовження траєкторії руху гранул дрібної фракції стає можливим зменшення температури потоку теплоносія та його витрати.When the inclined perforated rings are installed in the device in the interbody annular cavity, the flow of granules of a small fraction undergoes multi-stage contact with the flow of the coolant in the suspended layer mode; at the same time, the residence time of the granules of the fine fraction in the interbody annular cavity increases. This is caused by a change in the trajectory of the fine fraction granules from vertical to translational pulsation on each of the inclined perforated rings due to the appearance of a rolling force on the inclined surface and the normal reaction of the perforated ring from the normal pressure force of the fine fraction granules as components of gravity. In this case, the force of the upward flow of the coolant begins to partially compensate for the force of rolling on the inclined surface, and the normal pressure force of the granules of a small fraction is compensated by the normal reaction of the perforated ring. This is the reason for reducing the speed of movement of granules of a small fraction and lengthening the trajectory of their movement. Due to this, it becomes possible to adjust the technological parameters of the coolant in relation to a wide range of loads by phases without affecting the course of the granulation process in the main body of the device; this ensures the stability of the size and shape of the granules of the fine fraction, and, as a result, the homogeneous granulometric composition of the finished product. In addition, due to the reduction of the free cross-sectional area of the interbody annular cavity and the lengthening of the trajectory of the granules of the fine fraction, it becomes possible to reduce the temperature of the coolant flow and its consumption.

Використання запропонованого способу одержання гранул у зваженому шарі та пристрою для його здійснення дозволить підвищити ефективність процесу охолодження, висушування та кристалізації рідкого матеріалу на гранулах дрібної фракції та прискорення швидкості їх росту, а також збільшити відсоток утворення гранул сферичної форми у заданому діапазоні розмірів, що забезпечує збільшення монодисперсності гранулометричного складу матеріалу та покращить якість кінцевого продукту.The use of the proposed method of obtaining granules in a suspended layer and the device for its implementation will allow to increase the efficiency of the process of cooling, drying and crystallization of liquid material on granules of a small fraction and to accelerate their growth rate, as well as to increase the percentage of formation of spherical granules in a given size range, which ensures an increase monodispersity of the granulometric composition of the material and will improve the quality of the final product.

Спосіб здійснюють наступним чином.The method is carried out as follows.

Приклад. Вихровий зважений шар гранул створюють у додатковому конусі гранулятора. До гранулятора, під вихровий газорозподільний вузол, підводять потік теплоносія з робочою температурою 100" С. Подача останнього складає 15000 мз/год., або 4 м/с на вільну площину меншого перерізу додаткового конусу пристрою. До вихрового шару гранул за допомогою бо розпилювача підводять розплав аміачної селітри у кількості 1500 мз/год., потік дрібних гранул нетоварної фракції після сепарації у робочому об'ємі пристрою відводять з зони проведення процесу і направляють до міжкорпусної кільцевої порожнини, де він додатково контактує на похилих перфорованих кільцях в режимі зваженого шару з потоком теплоносія у кількості 2250 м3/год. з робочою температурою 60 С. Після вторинного контакту потік гранул нетоварної фракції повертають до робочого об'єму пристрою ізольованим газовим потоком. Подача останнього становить 1350 м3/год., температура 45" С. За рахунок процесу вторинного контакту гранул проміжної фракції з потоком теплоносія та збільшення часу на висушування та кристалізацію досягається більший ступінь монодисперсності гранул, що підвищує якість кінцевого продукту. Гранули товарної фракції переважно мають розмір 32-0,3 мм, що складає 94 9б їх вмісту в готовому продукті.Example. A vortex suspended layer of granules is created in an additional cone of the granulator. A stream of coolant with an operating temperature of 100" C is fed to the granulator, under the vortex gas distribution unit. The flow of the latter is 15,000 m3/h, or 4 m/s on the free plane of the smaller cross-section of the additional cone of the device. The granules are fed to the vortex layer with the help of an atomizer molten ammonium nitrate in the amount of 1500 m3/h, the flow of small granules of the non-commercial fraction after separation in the working volume of the device is removed from the process area and directed to the interbody ring cavity, where it additionally contacts the inclined perforated rings in the suspended layer mode with the flow coolant in the amount of 2250 m3/h with an operating temperature of 60 C. After secondary contact, the flow of granules of the non-marketable fraction is returned to the working volume of the device by an isolated gas flow. The supply of the latter is 1350 m3/h, temperature 45 "C. Due to the secondary process contact of the granules of the intermediate fraction with the heat carrier flow and an increase in the time for drying and crystallization reaches a greater degree of monodispersity of the granules, which increases the quality of the final product. The granules of the marketable fraction are mostly 32-0.3 mm in size, which is 94% of their content in the finished product.

На кресленні наведена схема пристрою одержання гранул у зваженому шарі.The drawing shows the scheme of the device for obtaining granules in a suspended layer.

Пристрій містить основний вертикальний корпус 1 у вигляді конуса, з еліптичною кришкою 2 та розташований всередині основного вертикального корпусу 1 концентрично йому і жорстко до нього закріплений додатковий конус 3, останній утворює з основним вертикальним корпусом 1 міжкорпусну кільцеву порожнину 4, яка обмежується меншими основами додаткового конуса З і основного вертикального корпуса 1. Кільцевий уловлювач 5 гранул крупної фракції матеріалу виконаний у вигляді циліндра 6 з нахиленим днищем 7 і розвантажувальною тічкою 8 для відводу готового продукту. Теплоносій подають в пристрій через патрубок 9, тангенційно з'єднаний з кільцевим уловлювачем 5 гранул. Пристрій також містить патрубок 10 для відведення відпрацьованого теплоносія, виконаний у кришці 2 основного вертикального корпусу 1, патрубок 11 для подачі рідкого вихідного матеріалу з вузлом 12 розпилення, розташованим співвісно з додатковим конусом 3. Пристрій має вихровий газорозподільний вузол 13, розташований на одній осі з додатковим корпусом 3, а також вертикальний направляючий патрубок 14, розташований на одній осі з внутрішнім конусом 3. Верхній кінець 15 патрубка 14 розміщений у робочому об'ємі додаткового конуса 3, а нижній кінець 16 у днищі основного вертикального корпуса 1. Патрубок 14 призначений для подачі дрібної фракції матеріалу.The device contains the main vertical body 1 in the form of a cone, with an elliptical cover 2 and an additional cone 3 located inside the main vertical body 1 concentrically and rigidly fixed to it, the latter forms with the main vertical body 1 an inter-body annular cavity 4, which is limited by the smaller bases of the additional cone From and the main vertical body 1. The annular catcher 5 of granules of a large fraction of the material is made in the form of a cylinder 6 with an inclined bottom 7 and an unloading chute 8 for the removal of the finished product. The coolant is fed into the device through the nozzle 9, which is tangentially connected to the ring catcher 5 of the pellets. The device also includes a nozzle 10 for the removal of the spent coolant, made in the cover 2 of the main vertical body 1, a nozzle 11 for supplying the liquid source material with a spraying unit 12, located coaxially with the additional cone 3. The device has a vortex gas distribution unit 13, located on the same axis with additional housing 3, as well as a vertical guide nozzle 14, located on the same axis as the inner cone 3. The upper end 15 of the nozzle 14 is located in the working volume of the additional cone 3, and the lower end 16 is in the bottom of the main vertical housing 1. The nozzle 14 is intended for feeding of a small fraction of the material.

Патрубок 17 призначений для подачі газового потоку, і розташований у днищі основного вертикального корпусу 1 на одній осі з вертикальним патрубком 14. Для подачі теплоносія в другу зону контакту з гранулами використовується додатковий горизонтальний патрубок 18. ВSpout 17 is designed to supply gas flow, and is located in the bottom of the main vertical body 1 on the same axis as vertical spigot 14. An additional horizontal spigot 18 is used to supply the coolant to the second zone of contact with the granules.

Зо міжкорпусній кільцевій порожнині 4 закріплено щонайменше три похилих перфорованих кільця 19, 20, 21, перше і третє з яких, відповідно 19 і 21, розташоване на зовнішній поверхні додаткового конусу, а друге 20 - на внутрішній поверхні основного вертикального корпуса.At least three inclined perforated rings 19, 20, 21 are fixed from the interbody annular cavity 4, the first and third of which, respectively 19 and 21, are located on the outer surface of the additional cone, and the second 20 is on the inner surface of the main vertical body.

Пристрій має також розподільний елемент 22 із отворами та циліндричну частину 23, що є складовою основного вертикального корпусу 1.The device also has a distribution element 22 with holes and a cylindrical part 23, which is a component of the main vertical body 1.

Пристрій працює таким чином.The device works like this.

У пристрій через патрубок 9, з'єднаний з кільцевим уловлювачем 5 тангенційно подається теплоносій і, попередньо проходячи простір циліндра 6 та рівномірно розподілившись по всьому його верхньому перерізу, надходить до вихрового газорозподільного вузла 13. При його проходженні теплоносій закручується навколо вертикальної осі пристрою і набуває спіралеподібного руху. Вихровий вісесиметричний потік теплоносія переміщується вверх по простору додаткового конуса З назустріч матеріалу. Одночасно з цим до утвореного спіралеподібного потоку теплоносія через патрубок 11 до вузла 12 розпилення підводять розплав. Струмінь розплаву, що витікає з вузла 12 розпилення, , розпадається на окремі гранули сферичної форми. Утворені гранули, контактуючи з вісесиметричним вихровим потоком теплоносія, охолоджуються і кристалізуються та попадають на внутрішню поверхню додаткового конуса 3. В залежності від отриманого розміру, гранули класифікуються на велику та дрібну фракції за рахунок зміни колової й осьової складових швидкості вісесиметричного вихрового потоку теплоносія по висоті додаткового конуса З пристрою. Гранули дрібної фракції підхоплюються створеним у додатковому конусі З пристрою вісесиметричним вихровим потоком теплоносія та переміщуються до верхнього перерізу додаткового конуса З та відводяться з робочого об'єму пристрою через міжкорпусну кільцеву порожнину 4 між додатковим конусом З і основним вертикальним корпусом 1. В міжкорпусній кільцевій порожнині 4 гранули дрібної фракції на похилих перфорованих кільцях 19, 20, 21 починають багаторазово вторинно контактувати в режимі зваженого шару з потоком теплоносія, що надходить до цього об'єму через додатковий горизонтальний патрубок 18 через циліндричну частину 23 в основному вертикальному корпусі 1 та розподільний елемент 22. В результаті контакту з потоком теплоносія в межах міжкорпусної кільцевої порожнини 4 у міру переміщення вниз по її перерізу послідовно по похилих перфорованих кільцях 19, 20 і 21 відповідно до розподільного елемента 22 гранули дрібної фракції додатково висушуються, кристалізуються та охолоджуються. В бо нижньому перерізі міжкорпусної кільцевої порожнини 4 гранули дрібної фракції проходять через отвори розподільного елемента 22 та опускаються до нижнього перерізу основного вертикального корпусу 1. У днищі основного вертикального корпусу 1 ці гранули потрапляють у зону розрідження, що створюється навколо струменя газового потоку, який входить через патрубок 17, засмоктуються цим струменем і через нижній кінець 16 патрубка 14, переміщуючись по його порожнині, викидаються через верхній кінець 15 у центральну частину робочого простору додаткового конуса З у ядро вихрового зваженого шару. Розплав, який потрапляє на поверхню дрібних гранул, кристалізується, при цьому розмір гранул збільшується.The heat carrier is tangentially supplied to the device through the nozzle 9, connected to the ring trap 5 and, having previously passed through the space of the cylinder 6 and evenly distributed throughout its upper section, enters the vortex gas distribution unit 13. During its passage, the heat carrier is twisted around the vertical axis of the device and acquires spiral movement. The vortex axisymmetric flow of the coolant moves up through the space of the additional cone Z towards the material. At the same time, the melt is brought to the formed spiral flow of the coolant through the nozzle 11 to the atomizing unit 12. The melt stream flowing out of the spraying unit 12 breaks up into individual spherical granules. The formed granules, in contact with the axisymmetric vortex flow of the heat carrier, cool and crystallize and fall on the inner surface of the additional cone 3. Depending on the obtained size, the granules are classified into large and small fractions due to the change of the circular and axial components of the velocity of the axisymmetric vortex flow of the heat carrier along the height of the additional cone From the device. Granules of a small fraction are picked up by the axisymmetric vortex flow of the heat carrier created in the additional cone Z of the device and move to the upper section of the additional cone Z and are removed from the working volume of the device through the interbody annular cavity 4 between the additional cone Z and the main vertical body 1. In the interbody annular cavity 4 the granules of the fine fraction on the inclined perforated rings 19, 20, 21 begin to make repeated secondary contact in the suspended layer mode with the coolant flow entering this volume through the additional horizontal pipe 18 through the cylindrical part 23 in the main vertical body 1 and the distribution element 22. As a result of contact with the coolant flow within the interbody annular cavity 4 as it moves down its cross-section sequentially along the inclined perforated rings 19, 20 and 21 in accordance with the distribution element 22, the granules of the fine fraction are additionally dried, crystallized and cooled. In the lower section of the interbody annular cavity 4, granules of a fine fraction pass through the holes of the distribution element 22 and descend to the lower section of the main vertical body 1. In the bottom of the main vertical body 1, these granules fall into the rarefaction zone created around the jet of gas flow, which enters through nozzle 17, are sucked by this jet and through the lower end 16 of the nozzle 14, moving through its cavity, are ejected through the upper end 15 into the central part of the working space of the additional cone C into the core of the vortex suspended layer. The melt, which falls on the surface of small granules, crystallizes, while the size of the granules increases.

Велика фракція не залишає робочий об'єм пристрою і у міру дорощування та збільшення гранули, циркулюючи об'ємом додаткового конуса 3, переміщуються вниз по його перерізу. При досягненні заданого розміру гранули падають донизу по поверхні додаткового конуса 3, проходять через вихровий газорозподільний вузол 13, циліндричну частину б та нахильне днище 7 кільцевого уловлювача 5 гранул та відводяться з пристрою через розвантажувальну тічку 8. Відпрацьований теплоносій виводиться з основного вертикального корпусу 1 через патрубок 10, розташований у еліптичній кришці 2.The large fraction does not leave the working volume of the device and as the granules grow and increase, circulating through the volume of the additional cone 3, they move down its cross-section. When the given size is reached, the pellets fall down the surface of the additional cone 3, pass through the vortex gas distribution unit 13, the cylindrical part b and the inclined bottom 7 of the ring catcher 5 of the pellets and are removed from the device through the discharge chute 8. The spent coolant is discharged from the main vertical body 1 through a nozzle 10, located in the elliptical cover 2.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Спосіб одержання гранул у зваженому шарі, що включає його розпилення у робочому об'ємі пристрою у зустрічному вихровому вісесиметричному потоці теплоносія, охолодження і 20 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, додатковий контакт дрібної фракції з потоком теплоносія зі створенням вторинної зони теплообміну та масообміну, наступне повернення дрібної фракції у сповзаючому периферійному кільцевому шарі назад у фонтануючий шар матеріалу робочого об'єму для 25 дорощування гранул і відвід товарної фракції з пристрою, який відрізняється тим, що здійснюють додатковий контакт дрібної фракції з потоком теплоносія багатоступенево зі створенням на кожному зі ступенів зони контакту дрібної фракції з потоком теплоносія в режимі зваженого шару.1. The method of obtaining granules in a suspended layer, which includes its spraying in the working volume of the device in the oncoming vortex axisymmetric flow of the heat carrier, cooling and crystallization of the material on the surface of the granules with the simultaneous formation of crystallization centers for further granulation, classification of granules into marketable and small fractions and removal of the fine fraction from it, additional contact of the fine fraction with the heat carrier flow with the creation of a secondary zone of heat exchange and mass transfer, subsequent return of the fine fraction in the sliding peripheral ring layer back to the gushing layer of the material of the working volume for 25 granulation and removal of the commodity fraction from the device , which is distinguished by the fact that the additional contact of the fine fraction with the heat carrier flow is carried out in a multi-stage manner with the creation of a zone of contact of the fine fraction with the heat carrier flow in the suspended layer mode at each of the stages. 2. Пристрій для одержання гранул у зваженому шарі, що містить основний вертикальний корпус 30 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, патрубок для подачі газового 35 потоку співвісно з вертикальним патрубком, кільцевий уловлювач гранул з днищем, розташований на одній осі з додатковим конусом, вихровий газорозподільний вузол, розподільний елемент в міжкорпусній кільцевій порожнині, додатковий горизонтальний патрубок для вводу теплоносія у кільцеву порожнину для додаткового контакту з дрібною фракцією гранул, який відрізняється тим, що усередині міжкорпусної кільцевої порожнини встановлено 40 щонайменше три похилих перфорованих кільця, перше і третє з яких розташоване на зовнішній поверхні додаткового конуса, а друге - на внутрішній поверхні основного вертикального корпуса.2. A device for obtaining granules in a suspended layer, containing a main vertical body 30 with a lid and a bottom, inside which an additional cone is concentrically installed, with the formation of an interbody annular cavity between their side surfaces, a vertical nozzle, the upper end of which is located in the working volume of an additional cone, and the lower end is in the bottom of the main vertical body, nozzles for the supply and removal of the heat carrier, nozzle for the supply of liquid material with a spray unit, nozzle for the supply of gas 35 flow coaxially with the vertical nozzle, ring pellet catcher with the bottom, located on the same axis with an additional cone, a vortex gas distribution unit, a distribution element in the interbody annular cavity, an additional horizontal nozzle for introducing the coolant into the annular cavity for additional contact with the fine fraction of granules, which is characterized by the fact that 40 at least three inclined perforated holes are installed inside the interbody annular cavity of them are rings, the first and third of which are located on the outer surface of the additional cone, and the second - on the inner surface of the main vertical body.