УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ РАСПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК B01J2/02 

Устройство для гранулирования расплавов относится к конструкциям для превращения жидких материалов в каплеобразную форму разбрызгиванием и отверждением капель (методом приллирования), а более конкретно к устройствам для гранулирования расплавов аммиачной селитры; известково-аммиачной селитры; карбамида в технологии производства азотных удобрений.

Известны устройства, принятые за аналоги, для превращения жидких расплавов разбрызгиванием в каплеобразную форму и их отверждением в виде гранул при последующем охлаждении, включающие цилиндрическую корзину с отверстиями, укрепленную на центральном валу с возможностью вращения; крышку; опорные кронштейны; штуцер ввода расплава в корзину; шкив, укрепленный в верхней части центрального вала, для придания вращения корзине, см. книгу Иванова М.Е., Олевского В.М. и др. Технология аммиачной селитры. Под ред. Олевского В.М., М., Химия, 1978, стр.246 (рис.111-9). Корзина с неподвижной крышкой установлена в центре агрегата гранулирования - грануляционной башни. Опирание устройства гранулирования осуществлено на жесткие опорные кронштейны.

Работа конструкции аналога заключается в следующем. Плав продукта (селитры) через штуцер ввода расплава поступает в цилиндрическую корзину, которая посредством шкива, укрепленного на центральном валу, от ременной передачи вращается со скоростью 650 об/мин. Центробежные силы выбрасывают струи плава через отверстия (корзины). Двигаясь по криволинейным пространственным траекториям, охлаждаясь, непрерывные струи распадаются - дробятся на капли, которые затвердевая приобретают окончательную форму гранул. Отдельно расположенный привод вращения корзины и верхние - крышечные элементы (корзины) со штуцером ввода расплава, неподвижными опорными кронштейнами установлены на настиле гранбашни.

Недостатком конструкций-аналогов является отсутствие в конструкции дополнительного вибрационного акустического побудителя разбрызгивания - дробления струи, в результате чего снижается однородность грансостава, наблюдается большой разброс размеров получаемых гранул, что по достижении критического процентного соотношения является браковочным показателем, т.к. произвольно изменяет время растворения (усвоения) удобрения в почве. К такому же результату приводят и отклонения затвердевших гранул от правильной геометрической формы. Кроме этого, мелкая пылевидная фракция загрязняет окружающую среду при неизбежных транспортных перегрузках-пересылках продукта «по дороге к полю» (в условиях не химического предприятия).

Указанный недостаток устранен в известном решении, принятом за прототип - патент РФ №2181305. Известное устройство для гранулирования расплавов включает укрепленную на валу с возможностью вращения шкивом корзину с отверстиями для разбрызгивания расплава с крышкой; штуцер ввода расплава в корзину; источник акустических колебаний со штоком, проходящим через полый вал вращения корзины с, по меньшей мере, одной колебательной тарелкой на нижнем конце штока, а также опорную обойму полого вала и опорные кронштейны установки устройства на настиле грануляционной башни. Шкив приводится во вращение от отдельно установленного и закрепленного на настиле башни привода посредством гибкой ременной передачи.

Суть работы устройства для гранулирования расплавов - прототипа, заключается в следующем. Перед подачей плава через штуцер ввода в корзину включают привод вращения корзины и одновременно источник акустических колебаний, после чего в корзину подают жидкий расплав. Под действием центробежных и гравитационных сил через отверстия всей поверхности корзины (и боковой стенки и нижнего днища) вытекают струи расплава во внутренний объем грануляционной башни, распространяясь в нем, при падении, по сложным криволинейным траекториям. Акустические колебания, приданные жидкой фазе в корзине, побуждают многочисленные струи, выходящие из отверстий, к равномерному дроблению. Это снижает влияние фактора случайности (вероятности) процесса распада струй и тем самым способствует получению более равномерного грансостава, удовлетворяющего интервалу, установленному существующими стандартами. Не требуется последующей классификации по крупным, средним и мелким (пылевидным) фракциям.

Недостатком конструкции прототипа является периодически возникающее, особенно в начальные пусковые моменты, переполнение и перелив корзины, обусловленные наблюдающимся эффектом непроходимости отверстий, что связано в начальный период с контактными процессами - смачивания и изменениями характеристик этих процессов. В процессе «обычной» эксплуатации эффект непроходимости вызывается нарастанием в пограничных зонах - на краях отверстий нерастворенных микрочастиц, попадающих в плав аммиачной селитры, например с антислеживающей добавкой раствора Mg(NO₃)₂. При производстве известково-аммиачной селитры, это непосредственно частицы введенного известняка. Переполнение и перелив из корзины вызывают остановку производства, приводят к необходимости дополнительных очисток внутренней поверхности башни от фрагментов массы продукта, попавших во внутренний объем без регламентного разбрызгивания.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение бесперебойности процесса гранулирования и снижение количества чисток башни за счет принудительного разрушения периодически возникающего эффекта самопроизвольной непроходимости отверстий корзины.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для гранулирования расплавов, включающем укрепленную ребрами на полом валу с возможностью вращения шкивом ременной передачи корзину с отверстиями для разбрызгивания расплава и с крышкой; штуцер ввода расплава в корзину; источник акустических колебаний со штоком, проходящим через полый вал вращения корзины с, по меньшей мере, одной колебательной тарелкой на нижнем конце штока, а также опорную обойму полого вала и опорные кронштейны крепления устройства на настиле грануляционной башни, корзина снабжена механизмом ударно-встряхивающего перемещения, причем между опорными кронштейнами и настилом установлены упругие элементы, а штуцер ввода расплава в устройство снабжен гибкой вставкой. Ударно-встряхивающее перемещение придано корзине по вертикальной оси. Механизм ударно-встряхивающего перемещения скреплен с опорной обоймой полого вала. На ребрах крепления полого вала к корзине установлены постоянные магниты.

Изобретение поясняется Фиг.1-3.

На Фиг.1 изображено предложенное устройство с механизмом ударно-встряхивающего перемещения, размещенным сверху над крышкой, и плитой с продленными стойками, установленными по внешнему кругу от промежуточных стоек крепления опорной обоймы. Механизм условно помещен в штриховой прямоугольник. На Фиг.2 изображено боковое размещение механизма ударно-встряхивающего перемещения, соединенного с одним концом поворотного коромысла, установленного на шарнире. Другой конец поворотного коромысла расположен над специальным буртом на опорной обойме. Механизм условно помещен в штриховой прямоугольник. На Фиг.3 показан фрагмент корзины с креплениями постоянных магнитов на ребрах.

Предложенная конструкция состоит из перфорированной корзины 1, скрепленной ребрами 2 с полым валом 3. По оси полого вала 3 размещен шток 4 с пневматическим источником акустических колебаний 5 и тарелкой 6. Верхняя часть полого вала снабжена шкивом 7 для ременной передачи. К ребрам 2 прикреплены постоянные магниты 8. Полый вал 3 установлен в опорной обойме 9, связанной болтовыми соединениями 10 с промежуточными стойками 11. Промежуточные стойки 11 скреплены с крышкой 12. В крышку 12 введен штуцер 13 ввода расплава с гибкой вставкой 14. Крышка 12 установлена на настиле 15 грануляционной башни опорными кронштейнами 16 с упругими элементами 17. По варианту на Фиг.1, механизм 18 ударно-встряхивающего вертикального перемещения, например пневмоприводного типа, состоит из цилиндра 19 и поршня 20, причем поршень 20 расположен над наковальней 21, связанной с плитой 22, которая установлена, по меньшей мере, на двух удлиненных стойках 23, расположенных по внешнему кругу от промежуточных стоек 11. Цилиндр 19 жестко соединен с настилом 15 башни кронштейнами 24. По варианту Фиг.2 те же поршень 20 и цилиндр 19 соединены с одним концом поворотного коромысла 25. Другой конец поворотного коромысла 25 расположен над специальным буртом 26 на опорной обойме 9. Своей серединой коромысло 25 установлено на шарнирной опоре 27.

Работа предложенной конструкции состоит в следующем. Также как и в конструкции прототипа перед подачей расплава включается ременный привод вращения шкива 7 и источник акустических колебаний 5. Вращательное движение шкива 7 и полого вала 3 передается ребрами 2 корзине 1. Источник акустических колебаний подает колебательные импульсы по штоку 4 на тарелку 6. Через установленный на крышке 12 штуцер 13 с гибкой вставкой 14 в корзину вводится жидкий расплав. Под действием центробежных и гравитационных сил, плав вытекает через отверстия в корзине 1 во внутренний объем грануляционной башни распространяясь в нем при падении по сложным криволинейным траекториям. Акустические колебания, приданные жидкой фазе в корзине 1 тарелкой 6, побуждают многочисленные струи, выходящие из отверстий, к равномерному дроблению, обеспечивая высокое «размерное» качество гранул, удовлетворяющее «разбегу» грансостава, требуемого действующими стандартами. При этом в проведении последующей классификации - разделении гранул по размерным фракциям необходимости нет.

В отдельных случаях, например, в начальные пусковые моменты возникают переполнения корзины 1 (с переливом жидкой фазы через верхний край), обусловленные эффектом непроходимости отверстий корзины, что связано с низкими начальными характеристиками контактного процесса - процесса смачивания. В процессе «обычной» эксплуатации эффект непроходимости вызывается нарастанием в пограничных зонах - на краях отверстий нерастворенных микрочастиц, попадающих в плав аммиачной селитры, например, с антислеживающей добавкой раствора Mg(NO₃)₂. При производстве известково-аммиачной селитры это непосредственно частицы введенного известняка. Для принудительного разрушения этого эффекта непроходимости - несмачиваемости, по поступлению сигнала о переполнении корзины, вручную или автоматически приводится в работу введенный механизм 18 ударно-встряхивающего перемещения. То есть, подается воздух в цилиндр 19, который резко двигает поршень 20, ударяющий по наковальне 21 на плите 22, передающей удар по стойкам 23 крышки 12, опорной обойме 9 и корзине 1, по варианту Фиг.1, или коромыслу 25, ударяющему по бурту 26 опорной обоймы 9 (по варианту Фиг.2) и тем самым по корзине 1.

После чего, подача воздуха мгновенно прекращается и мгновенно открывается сброс воздуха из цилиндра в атмосферу.

Корзина 1 с крышкой 12 возвращаются в исходное положение упругими элементами 17, осуществляя затухающие вертикальные колебания. При таком ударном - встряхивании изменяются силовые контактные условия взаимодействия поверхности перфорированной корзины и расплавленной жидкой фазы, тем самым принудительно разрушается эффект возникающей самопроизвольной непроходимости отверстий корзины. Ударное встряхивание может производиться произвольно, необходимое число раз автоматически по сигналу о переливе или по результатам визуального наблюдения в ручном режиме нажатием кнопки. Ударно-встряхивающее перемещение не препятствует нормальной подаче потока расплава в штуцер 13, т.к. штуцер 13 соединен с подводящим трубопроводом посредством гибкой вставки 14. Ременный привод шкива 7 также допускает не повреждаемую работу передачи в пределах заданной амплитуды (˜3 мм) ударно-встряхивающих вертикальных перемещений. При вертикальных перемещениях корзины 1 возможные металлические обломки, попадающие в корзину 1, например, с порошком известняка при производстве известково-аммиачной селитры «входят» в зону действия постоянных магнитов и притягиваются ими. Тем самым исключаются их дальнейшие блуждающие перемещения по перфорированной корзине, способные повредить ее поверхность.

Благодаря предложенному решению обеспечена бесперебойность работы технологических линий по производству минеральных удобрений методом приллирования, уменьшено количество чисток внутренней поверхности грануляционных башен за счет исключения переполнений и переливов корзин жидким расплавом, обусловленных возникающим эффектом непроходимости - несмачиваемости отверстий корзины. Такое исключение переполнений и переливов корзин жидким расплавом достигнуто принудительным разрушением возникающего эффекта непроходимости специально введенным механизмом ударно-встряхивающего вертикального перемещения. Во введенном механизме ударно-встряхивающего перемещения, например, использован тот же энергоноситель, что и в источнике акустических колебаний, т.е. сжатый воздух, что наиболее рационально. Также устранены препятствия (существовавшие в конструкции, принятой за прототип) - к приданию корзине вертикальных ударно-встряхивающих перемещений путем устранения жестких креплений, т.е. введены упругие элементы между опорными кронштейнами и настилом башни, а также гибкая вставка в штуцер ввода расплава в устройстве гранулирования. Введением постоянных магнитов уменьшены износ и повреждения тонкостенных металлических корзин. Увеличение фактического времени работы двух технологических линий ЗАО «Куйбышевазот» по производству аммиачной селитры всего на ˜2%, созданное повышением бесперебойности работы и уменьшением числа чисток, позволяет увеличить объем произведенной селитры ˜ на 10000 тонн в год.

Изобретение относится к устройствам для гранулирования расплавов разбрызгиванием и отверждением капель и может найти применение в химической промышленности, в частности в производстве азотных удобрений. Устройство включает укрепленную ребрами на полом валу корзину с отверстиями для разбрызгивания расплава с возможностью вращения шкивом ременной передачи, штуцер ввода расплава в корзину, источник акустических колебаний со штоком, проходящим через полый вал вращения корзины с колебательной тарелкой на нижнем конце штока, а также опорную обойму полого вала и опорные кронштейны крепления устройства на настиле грануляционной башни. Корзина снабжена механизмом ударно-встряхивающего перемещения, причем между опорными кронштейнами и настилом установлены упругие элементы, а штуцер ввода расплава в корзину снабжен гибкой вставкой. Технический результат - обеспечение бесперебойного процесса гранулирования и снижение количества чисток грануляционной башни. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для гранулирования расплавов, включающее укрепленную ребрами на полом валу с возможностью вращения шкивом ременной передачи корзину с отверстиями для разбрызгивания расплава с крышкой, штуцер ввода расплава в корзину; источник акустических колебаний со штоком, проходящим через полый вал вращения корзины с, по меньшей мере, одной колебательной тарелкой на нижнем конце штока, а также опорную обойму полого вала и опорные кронштейны крепления устройства на настиле грануляционной башни, отличающееся тем, что, с целью обеспечения бесперебойности процесса гранулирования и снижения количества чисток башни за счет принудительного разрушения периодически возникающего эффекта самопроизвольной непроходимости отверстий корзины, корзина снабжена механизмом ударно-встряхивающего перемещения, причем между опорными кронштейнами и настилом установлены упругие элементы, а штуцер ввода расплава в устройство снабжен гибкой вставкой.2. Устройство для гранулирования расплавов по п.1, отличающееся тем, что ударно-встряхивающее перемещение придано корзине по вертикальной оси.3. Устройство для гранулирования расплавов по п.1, отличающееся тем, что механизм ударно-встряхивающего перемещения скреплен с опорной обоймой полого вала.4. Устройство для гранулирования расплавов по п.1, отличающееся тем, что на ребрах крепления полого вала к корзине установлены постоянные магниты.