СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ ИЗ РАСПЛАВА Российский патент 1995 года по МПК B01J2/06 

Изобретение относится к производству гранулированных материалов из расплавов, в частности серы, неорганических удобрений, полимеров и других материалов, и может быть использовано в химической и смежной с ней отраслях промышленности.

Известны способы гранулирования серы из расплава, которые включают диспергирование расплава с последующей кристаллизацией капель в потоке хладагента, в качестве которого используют воздух (П. В. Классен и др. Гранулирование, М. Химия, 1991, с. 221; В. Р. Грунвальд. Технология газовой серы, М. Химия, 1192, с. 243-246; патент СССР N 1623556, B 01 J 2/04, 1991). При таком сухом гранулировании расплав серы разбрызгивают в верхней части грануляционной башни. Распыляемые капли серы падают вниз навстречу потоку охлаждающего воздуха, превращающего капли в гранулы.

Недостатком этих способов являются значительные капитальные затраты при создании реализующих эти способы устройств.

Другим недостатком является то, что требуется сложная система очистки отходящих газов от пыли.

Известны способы мокрого гранулирования, в которых для охлаждения используют жидкий хладагент. Охлаждение капель расплава в жидких средах позволяет уменьшить необходимую для их полного затвердевания высоту падения и создать компактные и малогабаритные грануляционные установки. Большое распространение получили способы гранулирования серы Рим (известен также процесс Флетчер) и Сьюпел, в которых в качестве хладагента используют воду (В. Р. Грунвальд. Технология газовой серы. М. Химия, с. 249-250).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является процесс Сьюпел, используемый в промышленном производстве серы в Канаде. Способ включает подачу расплава в гранулятор, разбрызгивание расплава форсунками. Далее процесс гранулирования проводят в турбулентном потоке воды с добавлением специальных реагентов. Воду вводят в гранулятор под напором.

Недостатком способа является то, что здесь используют разбрызгивание расплава при помощи специальных устройств, в частности форсунок. В реализующих этот способ устройствах происходит налипание серы на элементах форсунок, что вызывает необходимость остановок для проведения ремонтных работ.

Другим недостатком способа является недостаточная производительность реализующих этот способ устройств, связанная с тем, что он требует безударного ввода струй расплава в хладагент и предъявляет высокие требования к струе расплава, которая должна вытекать в ламинарном режиме истечения, тем самым ограничивается скорость течения расплава и диаметр струи.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, является повышение производительности и срока безостановочной эксплуатации устройств, реализующих этот способ.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гранул из расплава, включающем ввод расплава материала и жидкого хладагента в рабочую зону, разбрызгивание расплава материала и охлаждение капель с образованием гранул, формируют плоскую струю хладагента и плоскую струю расплава материала, ввод хладагента осуществляют сверху под острым углом к струе расплава материала, расплав вводят сверху, разбрызгивание расплава осуществляют путем столкновения его струи со струей хладагента в области пересечения их плоскостей, а охлаждение капель с образованием гранул проводят в струе хладагента после ее пересечения струи расплава в области, лежащей ниже линии пересечения струй расплава и хладагента. Струю хладагента вводят под углом 20-35^о к струе расплава. Отношение массовых расходов расплава материала и хладагента, в качестве которого используют воду, составляет 0,3-1,0. Отношение скоростей струй расплава и хладагента в области контакта струй составляет 0,2-0,5.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема получения гранул из расплава.

Сверху в рабочую зону подают самотеком расплав материала в виде плоской струи 1 и под углом 20-35^о к струе расплава подают под напором струю хладагента 2. При пересечении обеих струй в области 3 происходит разбрызгивание расплава, т. е. струя расплава разбрызгивается струей хладагента на отдельные капли, которые падают вниз вместе с хладагентом и, охлаждаясь, превращаются в гранулы в области 4, лежащей ниже линии пересечения плоскостей обеих струй.

Способ опробован при получении гранул из расплава серы.

П р и м е р 1. В рабочую зону подают сверху расплав серы при температуре 120^оС в виде плоской струи из щелевого отверстия шириной 5 мм и длиной 100 мм, расходом 1 кг/с. В рабочую зону сверху подают воду при температуре 30^оС с массовым расходом 2 кг/с в виде плоской струи с помощью сопла с щелевым отверстием длиной 120 мм и шириной 5 мм. Воду подают под углом 20^о к струе расплава серы. Разбрызгивание расплава серы на капли происходит при столкновении струи расплава и хладагента, а охлаждение капель с превращением в гранулы происходит в струе хладагента ниже зоны разбрызгивания.

Диаметр полученных гранул 2-8 мм, среднестатистический размер гранул 5,1 мм, содержание воды в грануле 1,2% гранулы с диаметром более 5 мм составляют 80% от всей массы гранул.

П р и м е р 2. Отличается от примера 1 тем, что струю воды подают под углом 30^о. Диаметр полученных гранул от 2 до 6 мм, среднестатистический размер гранул 4,8 мм, содержание воды в грануле 1,2%
П р и м е р 3. Отличается от примеров 1 и 2 тем, что струю воды подают под углом 40^о. Диаметр полученных гранул от 0,5 до 5 мм. Кроме гранул появились чешуйки серы. Содержание воды 1,0% 5% от массы полученных гранул составляют чешуйки.

П р и м е р 4. Струю воды подают под углом 30^о. Изменяют расход воды через гранулятор в пределах от 0,5 кг/с до 5 кг/с.

Гранулы, полученные в пределах расхода воды от 1 до 3 кг/с имеют размер от 1 до 6 мм. При расходе воды 3 кг/с 80% гранул имеют диаметр 1-3 мм. При расходе воды 4 кг/с появляются чешуйки серы (5% от общей массы). При расходе воды 5 кг/с увеличивается количество чешуек серы и составляет 15% от общей массы.

При уменьшении расхода воды увеличивается размер гранул: при расходе воды 0,5 кг/с 15% от общей массы гранул имеют размер диаметра более 7 мм.

При использовании углов струями расплава и воды более 35^о гранулометрический состав сдвигается в сторону уменьшения размера гранул и появлению чешуек серы вместо гранул. При использовании углов менее 20^о гранулометрический состав сдвигается в сторону увеличения размера гранул и образованию гранул d>8 мм.

С увеличением расхода воды появляются чешуйки серы. Так, например, при отношении массового расхода расплава к массовому расходу воды до 1:4 чешуйки составляют 5% а при отношении 1:5-15%
При уменьшении массового расхода воды увеличивается размер гранул, так, например, при отношении массового расхода серы к массовому расходу воды 2:1 гранулы с диаметром более 7 мм составляют 15% от общей массы.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что он не предъявляет высоких требований в отношении ламинарности истечения и безударного ввода струй расплава в хладагент.

За счет изменения угла, при котором происходит контактирование струи расплава и хладагента с прямого (в прототипе) на острый, и проведения процесса в таких условиях, когда струя расплава и струя хладагента текут сверху вниз, устраняется причина такого явления, когда сера мгновенно застывает на поверхности воды и перекрывает доступ к хладагенту следующим каплям.

Способ не требует специальных приспособлений для разбрызгивания расплава на капли. Весь процесс происходит во взвешенном состоянии струй без соприкосновения с деталями установки, что исключает налипание материалов, увеличивает срок службы и производительность устройств, реализующих этот способ.

Использование: производство гранулированных материалов из расплавов, в частности серы, неорганических удобрений и полимеров. Сущность изобретения: сверху в рабочую зону подают самотоком расплав материала в виде плоской струи и под углом 20 35° к струе расплава подают под напором плоскую струю хладагента. При столкновении обеих струй происходит разбрызгивание расплава и образующиеся капли, превращаются в гранулы ниже линии пересечения плоскостей обеих струй. Струю хладагента вводят при отношении скоростей струй расплава материала и хладагента в области контакта струй расплава материала и хладагента в области контакта струй 0,2 0,5. В качестве хладагента используют воду, при этом отношение массовых расходов расплава материала и воды составляет 0,3 1,0. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ ИЗ РАСПЛАВА, включающий ввод расплава материала и жидкого хладагента в рабочую зону, разбрызгивание расплава материала и охлаждение капель с образованием гранул, отличающийся тем, что хладагент и расплав материала формируют в виде плоских струй, ввод хладагента осуществляют сверху под острым углом к струе расплава материала, расплав вводят сверху, разбрызгивание расплава осуществляют путем столкновения его стуи со струей хладагента, а охлаждение капель с образованием гранул проводят в струе хладагента после ее пересечения струи расплава ниже области пересечения плоских струй расплава и хладагента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что струю хладагента вводят под углом 20 35^o к струе расплава. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют воду, при этом отношение массовых расходов расплава материала и воды составляет 0,3 1,0. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что отношение скоростей струй расплава материала и хладагента в области контакта струй составляет 0,2 0,5.