УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ Российский патент 1998 года по МПК B01J2/00 

Изобретение относится к устройствам для получения гранул из различных материалов, преимущественно расплавленных, и может быть использовано в химической, а также нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известны устройства для формирования гранул, преимущественно из высоковязких материалов, включающие обогреваемые питатель для гранулированного материала, формирующую матрицу и транспортирующие устройства в виде охлаждаемой ленты и дополнительного средства [1, 2]
Такие устройства позволяют получать однородные, неслипающиеся гранулы и снижают потери продукта, надежны при производстве гранул из маловязких и пастообразных материалов, так как предотвращают налипание материала на формующие поверхности.

Однако такие устройства имеют сложную конструкцию подающего и формующего механизмов, трудоемки в отладке технологического процесса, осуществляемого при производстве на них гранулируемого продукта.

Известно устройство для получения гранул, преимущественно из вязкотекучих материалов, содержащее защитный корпус, в котором размещены подогреваемые посредством обогревателей дозирующее устройство и матрица с формирующими фильерными отверстиями и установленную под ней с зазором систему захолаживания-транспортирования образовавшихся гранул [3] Система представляет собой или ленточный конвейер, лента которого охлаждается снизу и выполнена из стали, или транспортирующий охлаждаемый изнутри барабан, подключенные к средству подачи хладоносителя.

Капли материала из фильерных отверстий поступают на охлаждаемую поверхность транспортирующего средства, на которой формируются и в процессе движения постепенно затвердевают гранулы, снимаемые затем посредством металлического скребка с поверхности транспортирующего средства и сбрасываемые в бункер-накопитель готового продукта. Известное устройство позволяет получать прочные гранулы с существенно меньшими размерами, преимущественно с диаметром 1,2-1,6 мм, чем на ранее известных грануляторах за счет конструктивного использования барабанного типа соосно установленных дозирующего и формующего средства. Однако, такое выполнение этих средств, имеющих сложную конструкцию, обуславливает и сложность их наладки и обслуживания, требует постоянного контроля для обеспечения синхронности в работе и чистоты фильерных отверстий. Такое устройство невозможно использовать для получения гранул из расплавов материалов с низкими температурой плавления и вязкостью, так как в этом случае на ленте будут образовываться сплошные полоски продукта.

Задачей изобретения было создание установки для получения гранул преимущественно из расплавленных материалов с низкой температурой плавления и вязкостью, имеющих высокую степень чистоты продукта, исключающей слипание гранул и предотвращающей налипание продукта на поверхность рабочих элементов гранулятора; обеспечение простоты производства гранул, оборудования и его обслуживания.

Поставленная задача решается установкой для получения гранул, например, из расплавленных материалов, содержащей размещенные в защитном корпусе и снабженные обогревающими средствами дозирующие устройства, установленную в нем матрицу с формирующими фильерами и расположенную под ними с зазором охлаждаемую транспортировочную ленту системы захолаживания с контуром подачи хладоносителя, в которой, согласно изобретению, контур подачи хладоносителя выполнен лабиринтным в виде продольных S-образных каналов, образованных поперечными перегородками, закрепленными поочередно противоположными основаниями по образующей транспортирующего барабана, выполненного охлаждающим и на котором размещена лента, выполненная из стеклоткани с полимерным покрытием. Охлаждающим выполнен барабан, смещенный по направлению движения ленты от дозирующего устройства по горизонтали на расстояние В, величина которого выбрана из соотношения , где D диаметр барабана; n/60 угловая скорость вращения барабана; t время предварительного захолаживания гранулы.

Установка снабжены устройствами корректировки положения ленты на барабане, а именно, натяжением и фиксирующим ее поперечное смещение, при этом натяжное устройство оборудовано отсекателем гранул, упруго смонтированным и выполненным из фторопласта. В такой установке дозирующее устройство снабжено подпружиненными плавающе установленными в матрице и подключенными к приводу возвратно-поступательного перемещения толкателями, рабочий хвостовик каждого из которых выполнен коническим и размещен в соответствующей фильере, выпускная часть которой может быть снабжена наружным конусным наконечником, выполненным, например из фторопласта, и размещена от транспортирующей ленты с зазором, выбранным равным высоте выступающей из матрицы части фильеры.

Дозирующее устройство установки снабжено регулирующим уровень материала в нем ограничительным козырьком перегородкой узлы, а также дозирующее устройство заполнены газообразной инертной средой от внешней системы ее подачи. Корпус установки подключен к этой системе посредством валика натяжного устройства, выполненного полым и перфорированным.

Такое выполнение установки позволит производить высокочистый гранулированный продукт из расплавленных материалов, подлежащих длительному хранению без слипания гранул.

Оснащение установки вторым охлаждающим-транспортирующим средством - барабаном, установленным на заданном оптимальном расстоянии от дозирующего устройства, работающим одновременно с первым лентой, позволяет создать две теплообменные зоны в корпусе: предварительного захолаживания капли-гранулы на прямолинейном приемном участке ленты, охлаждаемом посредством теплообмена от барабана, и окончательного охлаждения гранулы на криволинейном рабочем участке ленты, контактирующем непосредственно с барабаном. Смещение источника захолаживания (контура с хладоносителем) от зоны выдачи капли (приема охлаждаемой поверхностью) обеспечивает требующийся интервал времени для постепенного уплотнения захолаживающегося материала, повышает прочность и точность формы готовых гранул, исключает их распад и появление нежелательных примесей. Кроме того, предлагаемое выполнение системы захолаживания исключает необходимость наличия в установке металлических рабочих элементов, что гарантирует отсутствие в готовом продукте металлических примесей. Заполнение корпуса и дозирующего устройства инертной средой исключает контакт материала с воздухом, что исключает появление в готовых гранулах нежелательных примесей.

Оснащение установки устройствами корректировки положения ленты на барабане обеспечивает надежность работы системы захолаживания, необходимая для перемещения ленты контакт, требуемые условия оптимального теплообмена, и исключает потери продукта за счет протекания или сбрасывания не на транспортирующие поверхности.

Предложенное выполнение валика натяжного устройства обеспечивает постоянство обдува контактирующих с лентой поверхностей, что позволяет избежать налипания излишков материала, поступившего из дозатора в приемную зону как на него, так и на ленту, что вызывало бы смещение ленты по ширине барабана. Наличие в натяжном устройстве фторопластового отсекателя гарантирует съем гранул с ленты. Кроме того, упругая его установка обеспечивает возможность местного демпфирования, что предотвращает повреждение как натяжного устройства, так и поверхности ленты от налипания материала, не нарушая формы готовых гранул.

Наличие в установке толкателей исключает налипание материала на выпускной канал и устье фильер, на ленту под ними за счет механического перемещения толкателей в каналах, а также снабжения каждой фильеры, ее выпускной части, фторопластовым наконечником и установки ленты с заданным расстоянием от устьев фильер. Кроме того, выполнение хвостовиков коническими дает возможность регулировать частоту подачи капель из фильер на ленту, что обеспечивает регулировку как процесса гранулирования, так и производительности установки.

Выполнение транспортируемой ленты из предлагаемого материала обеспечивает необходимый угол смачивания обрабатываемого продукта к охлаждающей поверхности, что гарантирует исключение адгезии образовавшихся гранул к транспортирующей ленте.

На фиг. 1 изображена схематично установке для получения гранул, общий вид;
на фиг.2 дозирующее устройство, разрез поперечный;
на фиг.3 устройства корректировки положения ленты на барабане - натяжения и фиксации;
на фиг.4 контур подачи хладоносителя системы захолаживания, выполненный в барабане;
на фиг. 5 схема питания установки газообразной инертной средой и жидким хладоносителем.

Установка для получения гранул, преимущественно из расплавленных материалов, например термолабильных органических, содержит защитный корпус 1, дозирующее устройство 2, матрицу 3 с формирующими фильерами 4 и расположенную под ними с зазором систему 5 захолаживания транспортирования гранул.

Дозирующее устройство 2 и матрица 3 снабжены периметральными теплообменными обогревающими средствами 6, которые могут быть выполнены, например в виде теплообменных рубашек, заполненных паром или другими нагревательными средствами, поступающими по трубопроводам от внешних источников теплоносителя. Возможен также и электрический подогрев корпуса дозирующего устройства и фильер матрицы. Система 5 включает первое средство теплообмена между гранулой материала и охлаждающей ее снизу поверхностью за счет их непосредственного контакта транспортировочную ленту 7, охлаждающую снизу и смонтированную с натягом на втором теплообменном средстве барабане 8, транспортирующем и при этом одновременно охлаждающем посредством контакта ленту и соответственно через нее гранулу продукта. В барабане 8 размещен контур 9 подачи и циркуляции хладоносителя, осуществлящего отбор тепла, передаваемого гранулами, образующимися из капель расплава, средствам охлаждения, а также захолаживания барабана изнутри, ленты и гранул снизу. Контур 9 выполнен лабиринтным в виде S-образных каналов 10, образованных поперечными перегородками 11, закрепленными поочередно по образующей барабана противолежащими основаниями. Изменением количества перегородок, перестановкой их по высоте возможно регулирование скорости и количества подаваемого хладоносителя.

Транспортировочная лента 7 системы захолаживания 5 установлена от устья фильеры 4 с зазором h, а фильера 4 размещена в матрице, ее днище, при этом выступающая из днища часть фильеры установлена от него на расстоянии h₁, выбранном, например, равным величине зазора h, необходимом для регулирования величины порции-капли расплава, вытекающей в данный момент на движущуюся захолаживающую ленту, то есть для формирования требуемого размера гранулы готового продукта и выбираемого оптимальным для исключения налипания на формующие элементы материала. Транспортирующая лента 7 для обеспечения сцепления материала с охлаждающей поверхностью, удерживания гранулы на ней в определенный промежуток времени и обеспечения отлипаемости готовой гранулы с перемещающей ее ленты, выполнена из стеклотканного основания, на обе рабочие поверхности которого нанесено фторопластовое покрытие.

Транспортирующий охлаждающий барабан 8, несущий ленту, установлен с возможностью вращения параллельно дозирующему устройству и со смещение относительно оси его симметрии на величину В, выбранную из соотношения , где D диаметр барабана, h/60 угловая скорость вращения барабана, t время предварительного захолаживания капли на охлаждающей движущейся поверхности ленты.

Лента 7 прижата к барабану посредством устройств корректировки ее положения, а именно устройства 12 натяжного и устройства 13, фиксирующего поперечное смещение ленты.

Установка имеет два аналогичных устройства 12 натяжных, размещенных симметрично оси симметрии барабана 8.

Устройства 12 включают два не связанных между собой, плавающе установленных полых перфорированных валика 14, что способствует свободному движению ленты на барабане. Каждое устройство 12 включает силовой шток 15, установленный в подшипнике 16 скольжения, смонтированном в корпусе 17. На штоке 15 установлена регулировочная пружина 18, поджатая к корпусу гайкой. Устройство 13, фиксирующее поперечное смещение ленты на барабане, включает червячный редуктор 19 поворота штока 15 в горизонтальной плоскости и фиксирующих его положение болтов 20 посредством установочной шпонки 21.

Устройства корректировки 12 и 13 смонтированы на опорной стойке 22, закрепленной на общей с корпусом 1 станине 23.

Устройства 12 и 13 устраняют коробление и сползание ленты, выравнивают линейные скорости наружного и внутреннего слоев ленты, окружные скорости любого слоя ленты по ее ширине и таким образом позволяют равномерно распределяться каплям-гранулам по ширине ленты и проводить процесс гранулирования в равных условиях.

Фиксация ленты на барабане производится при предварительной обкатке установки поворотом штока 15 в горизонтальной плоскости. Лента 7, сходящая с барабана 8, занимает среднее положение по его ширине, после чего подшипник 16 фиксируется шпонкой 21 посредством болтов 20.

В процессе работы установки устройствами 12 и 13 осуществляется корректировка положения ленты.

Дозирующее устройство 2 выполнено в виде полого корпуса 24 с крышкой 15. В днище корпуса размещены съемные матрицы 3 с формирующими фильерами 4. На крышке 25 установлены опорные стаканы 26, несущие подпружиненные толкатели 27, хвостовики которых выполнены коническими и размещены в каналах соответствующих фильер 4 матрицы. Толкатели поджаты к матрице пружинами 28 и регулировочными гайками 29. Теплообменные обогревающие средства 6 объединены в общий контур и размещены соответственно вдоль стенок по периметру корпуса 24 и на его днище вдоль стенок матрицы 3 со съемными фильерами, которых может быть установлено n количество, в зависимости от производительности установки, например 44. Обогрев дозирующего устройства и матрицы производится последовательно, причем сначала, например, теплоноситель подается для обогрева фильер 4, а затем - корпуса 24, что способствует свободному вытеканию капель расплава и исключает налипание материала на формирующих поверхностях. Для определения и контролирования температуры расплава, необходимой для поддержания желаемой вязкости, дозирующее устройство снабжено контрольно-регулирующей аппаратурой (не обозначено), посредством которой поддерживают материал в жидкотекучем состоянии. В корпусе 24 дозирующего устройства установлен переливной козырек - перегородка 30, с помощью которой возможно постоянное подслеживание за достаточной дозой продукта, поступающего на гранулирование. Перегородку 30 устанавливают от устья фильеры 4 на высоте, выполненной, например, равной величине B, определяемой производительностью установки и по упомянутой ранее формуле.

Толкатели 27, размещенные в фильере и дозирующем устройстве, связаны с приводом их возвратно-поступательного перемещения (не показан). Посредством перемещения толкателей удаляется налипший на поверхности фильер материал, который сбрасывается в защитный корпус, а также осуществляется регулирование частоты подачи капель на гранулирование.

Для сбора готовых гранул и исключения попадания продукта внутрь корпуса 1 (невозвратных потерь материала) под барабаном размещен лоток-склиз 31, по которому они поступают в бункер-накопитель 32. В момент набегания ленты 7 на валик 14 гранулы готового продукта отлипают от ленты 7 за счет резкого изменения кривизны поверхности и падают в промежуточный короб 33, откуда также поступают в бункер 32.

Для обеспечения требуемого режима теплообмена, захолаживания поверхностей ленты и барабана, осуществления процесса гранулирования капель расплава, контур 9 подключен через штуцеры 34, 35 к внешней замкнутой системе подачи и соответственно выпуска хладоносителя (фиг. 5).

Кроме того, к корпусу 1 через валики 14 натяжного устройства 12 и к дозирующему устройству 2 через штуцер 36 подключена система подачи инертной среды, например азота. Перед началом процесса гранулирования азот подается в корпус 24 дозирующего устройства 2 для создания в нем над поверхностью расплава азотной подушки, а затем для выравнивания в нем давления, а также обдува барабана 8 азот подается в корпус 1, что способствует предотвращению в процессе гранулирования на первой и второй стадиях захолаживания гранул контакта капель расплава с воздухом атмосферы, вызывающим распад материала и появление нежелательных примесей в продукте, то есть для обеспечения гарантии чистоты продукта и длительной работоспособности установки без остановов на зачистку контактных поверхностей. Для обеспечения надежности съема готовых гранул с транспортировочной ленты нижнее устройство 12 натяжное оборудовано отсекателем 37 гранул, упруго смонтированным на корпусе 17 и выполненным в виде козырька из фторопласта. Козырек установлен с зазором к ленте, например, равным половине диаметра гранулы и под углом к ней, выбранным от 30 до 45^o, что гарантирует окончательный съем готовой гранулы и исключает ее возврат в приемную зону захолаживания.

Для гарантированного исключения налипания материала на рабочие участки формующих фильер и приемной зоны транспортирующей ленты выпускная часть каждой фильеры может быть снабжена наружным конусным наконечником 38, выполненным, например из фторопласта.

Установка работает следующим образом.

В дозирующее устройство 2 подают поддерживаемую при определенной температуре средствами 6 обогрева (теплообмена) порцию продукта, например расплава, подлежащего гранулированию, имеющего вязкость, достаточную для медленного вытекания капель под воздействием силы тяжести из формирующих фильер 4 матрицы 3.

Формирующиеся капли расплава, оторвавшись от устья фильеры, попадают в атмосферу инертного газа, например, азота падают вниз по траектории почти прямолинейной и принимаются поверхностью охлаждающей ленты 7, ее приемным прямолинейным участком, удаленным от охлаждающего барабана на величину В, и образующим первую зону предварительного захолаживания гранулы. Материал, который прошел за время t предварительное уплотнение за счет захолаживания в первой зоне, перемещаясь вместе с лентой на расстояние В, доставляется во вторую зону охлаждения, сформированную непосредственно поверхностью контакта криволинейного рабочего участка ленты с барабаном. Прилипшие к поверхности ленты гранулы, двигаясь вместе с ней по охлаждаемой изнутри хладоносителем поверхности барабана, окончательно затвердевает, и при достижении заданной прочности (окончании процесса гранулирования) отлипают от поверхности ленты 7 за счет свойств материала, из которого она выполнена, и набегания ленты на нижний натяжной валик 14 за счет резкого изменения кривизны ленты, а также контакта с отсекателем 37. Готовые гранулы, прочность которых обеспечивает исключение их слипаемости, по лотку 31 или непосредственно с ленты 7 падают в емкости 32, 33 сбора гранул готового продукта.

Предлагаемая установка позволяет осуществлять плавный процесс гранулирования материала за счет создания двух зон захолаживания продукта, обеспеченных применяемыми одновременно двумя средствами охлаждения-транспортирования, увеличивающими постепенно коэффициент теплоотдачи посредством постепенного снижения температуры охлаждения гранул, достаточного времени контакта расплава с охлаждающей поверхностью материала ленты.

Установка обеспечивает дозированный расход хладоносителя, охлаждение и подмораживание гранул с минимальными потерями, исключает попадание в продукт нежелательных примесей.

Весь путь от устья фильеры до нижнего натяжного валика гранула пройдет за 30-60 с, что требуется для полного затвердения гранулы, в процессе которого происходит интенсивный теплообмен между каплями расплава и охлаждающими поверхностями.

Расстояние В между дозирующим устройством и источником захолаживания - контуром в барабане, а также, например, равное ему, между уровнем расплава (высотой перегородки 30) и устьем фильеры, подобрано экспериментально и, согласованное со скоростью вращения барабана транспортирования ленты, является оптимальным для обеспечения плавного входа гранул в зоны как предварительного, так и окончательного затвердевания, обеспечения достаточного времени пребывания гранул как в первой, так и во второй зонах грануляции, получения гранул требуемой плотности и качества.

В лабораторных условиях проведены испытания на опытном образце установки; перерабатывались продукты: расплав диметиламинборана и дифенилметандиизоцианата.

В результате получены гранулы с запасом показателя, по мутности в 8-10 раз превышающим аналогичный показатель у гранул, произведенных в известных установках.

Источники информации
1.Авт. свид. СССР N 1726003, кл. B 01 J 2/20, 1992 аналог.

2. Патент СССР N 1671147, кл. B 01 J 2/20, 1987 аналог.

3. Патент СССР N 1823796, кл. B 01 J 2/20, 1989 прототип.

Использование: получение гранулированного продукта, преимущественно из расплавов, например термолабильных органических материалов, и может быть использовано в химической, а также нефтехимической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: установка для получения гранул включает размещенные в корпусе дозирующее устройство, матрицу с фильерами и два средства для охлаждения - транспортирования образовавшихся из капель расплава гранул, первое из которых выполнено в виде охлаждающей ленты, а второе в виде охлаждающего барабана, 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка для получения гранул, содержащая размещенные в защитном корпусе и снабженные обогревающими средствами дозирующее устройство, установленную в нем матрицу с формирующими фильерами и расположенную под ними с зазором охлаждаемую транспортировочную ленту системы захолаживания с контуром подачи хладоносителя, отличающаяся тем, что контур подачи хладоносителя выполнен лабиринтным в виде продольных S-образных каналов, образованных поперечными перегородками, закрепленными поочередно противолежащими основаниями по образующей транспортирующего барабана, выполненного охлаждающим и на котором размещена лента, выполненная из стеклоткани с полимерным покрытием. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что охлаждающим выполнен барабан, смещенный по ходу движения ленты от дозирующего устройства по горизонтали на расстояние B, выбранное из соотношения B = πDnt/60, где D диаметр барабана, n/60 угловая скорость вращения барабана, t время предварительного захолаживания гранулы. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена устройствами корректировки положения ленты на барабане натяжным и фиксирующим ее поперечное смещение, при этом натяжное устройство снабжено отсекателем гранул, упруго смонтированным и выполненным из фторопласта. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что дозирующее устройство снабжено установленными плавающе в матрице и подключенными к приводу возвратно-поступательного перемещения толкателями, рабочий хвостовик каждого из которых выполнен коническим и размещен в фильере, выпускная часть которой снабжена наружным конусным наконечником, выполненным из фторопласта, а зазор между ним и транспортировочной лентой выбран равным высоте, выступающей из матрицы выпускной части фильеры. 5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что дозирующее устройство и защитный корпус подключены к системе подачи инертной среды, причем последний через валик натяжного устройства, выполненный полым и перфорированным.