УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПРОДУКТА В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ Российский патент 2023 года по МПК B01J8/24 B01J2/16 

Изобретение относится к установкам и способам для получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое и может быть использовано в промышленном производстве минеральных удобрений, например, карбамида и аммиачной селитры.

В промышленности при переработке растворов, плавов и пульп применяют процессы обезвоживания и сушки. Совмещение процессов сушки и гранулирования в одном аппарате упрощает аппаратурное оформление и снижает капитальные затраты. Значительная интенсификация процессов гранулирования и сушки достигается в аппаратах с псевдоожиженным слоем.

Известна установка для сушки влажного материала в псевдоожиженном слое, содержащая диск с наклоненными к периферии каналами для ввода в сушильную камеру псевдоожижающего газового потока, при этом диск на радиусе, равном 0,2-0,3 радиуса его окружности условно разделен на центральный круг, в котором каналы расположены по радиусам, и на периферийный участок, в котором каналы расположены на эвольвентах центрального круга (SU 1210027, F26B 17/10, B01J 8/44, 1986).

Известна и является наиболее близкой к предложенной установка для получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, содержащая корпус, газораспределительную решетку с каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, имеющими входное и выходное отверстия, и размещенные на поверхности газораспределительной решетки распылительные форсунки, содержащие, по меньшей мере, центральный транспортирующий канал для подачи гранулируемой жидкости и концентричный ему канал для подачи распыляющего газового потока, средства для подвода ретура, средства для подвода псевдоожижающего газового потока, средства для подвода гранулируемой жидкости, средства для подвода распыляющего газового потока, средства для выгрузки гранул из установки (SU 1351511, В01J 2/16, 1987).

Известен и является наиболее близким к предложенному способ получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, включающий подачу через каналы газораспределительной решетки псевдоожижающего газового потока снизу вверх через слой частиц для создания псевдоожиженного слоя, подачу гранулируемой жидкости в виде замкнутой конической пленки в псевдоожиженный слой частиц снизу вверх через центральные каналы распылительных форсунок, подачу через концентричные центральным каналы каждой распылительной форсунки распыляющего газового потока для создания разреженной зоны с линейной скоростью, превышающей скорость псевдоожижающего газового потока, отверждение гранулируемой жидкости на частицах и удаление образующихся гранул из слоя (SU 1351511, B01J 2/16, 1987).

Недостатком данной установки и реализуемого в ней способа является отсутствие эффективного механизма отведения частиц из зоны нанесения гранулируемой жидкости вследствие преобладания в псевдоожиженном слое вертикального перемешивания над горизонтальным, что приводит к избыточному нанесению гранулируемой жидкости на отдельные частицы, увеличению времени кристаллизации гранулируемой жидкости на поверхности частиц и увеличению вероятности слипания частиц за счет кристаллизации гранулируемой жидкости в момент касания, а, следовательно, увеличению доли агломератов и налипанию продукта в зоне размещения распылительных форсунок, что приводит к необходимости производить остановку работы установки и выполнять очистку. С другой стороны, при столкновение частиц, покрытых избыточным количеством гранулируемой жидкости, до момента ее кристаллизации, происходит отрыв мелких капель гранулируемой жидкости, которые превращаются в пылевые частицы, что в результате приводит к повышенному пылеобразованию.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании существующих установки и способа для получения гранулируемого продукта в псевдоожиженном слое и повышении их эффективности.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в улучшении гранулометрического состава получаемого продукта, уменьшении пылеобразования, минимизации налипания незатвердевшего материала на поверхности распылительных форсунок и сокращении вследствие этого капитальных затрат на очистку установки псевдоожиженного слоя.

Для достижения указанного технического результата предложена установка для получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, содержащая корпус, газораспределительную решетку с каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, имеющими входное и выходное отверстия, и размещенные на поверхности газораспределительной решетки распылительные форсунки, содержащие, по меньшей мере, центральный транспортирующий канал для подачи гранулируемой жидкости и концентричный ему канал для подачи распыляющего газового потока, средства для подвода ретура, средства для подвода псевдоожижающего газового потока, средства для подвода гранулируемой жидкости, средства для подвода распыляющего газового потока, средства для выгрузки гранул из установки, отличающаяся тем, что каждая распылительная форсунка размещена в центре диска, перфорированного наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, имеющими входное и выходное отверстия, наклонные каналы расположены под углом к поверхности диска таким образом, что выходное отверстие каждого наклонного канала расположено на радиальных лучах, выходящих из центра диска, а проекция центральной оси каждого наклонного канала на поверхность диска образует угол от 0 до 90° к его радиальному лучу таким образом, что проекции центральных осей наклонных каналов, расположенных ближе к центральной оси диска, образуют больший или равный угол к их радиальным лучам, чем проекции центральных осей наклонных каналов, расположенных ближе к периферии диска, при этом диск расположен в плоскости газораспределительной решетки, а области расположения каждых двух соседних дисков не имеют точек пересечения.

Предпочтительным является такое выполнение перфорации диска наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, чтобы наклонные каналы для подачи псевдоожижающего газового потока имели наклон не более 25° к поверхности диска.

Одним из вариантов может быть такое выполнение перфорации диска наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, чтобы проекция центральной оси каждого наклонного канала на поверхность диска была перпендикулярна его радиальному лучу.

Также предложен реализуемый на этой установке способ получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, включающий подачу через каналы газораспределительной решетки псевдоожижающего газового потока снизу вверх через слой частиц для создания псевдоожиженного слоя, подачу гранулируемой жидкости в виде замкнутой конической пленки в псевдоожиженный слой частиц снизу вверх через центральные каналы распылительных форсунок, подачу через концентричные центральным каналы каждой распылительной форсунки распыляющего газового потока для создания разреженной зоны с линейной скоростью, превышающей скорость псевдоожижающего газового потока, отверждение гранулируемой жидкости на частицах и удаление образующихся гранул из псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что в кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, псевдоожижающий газовый поток подают через наклонные каналы газораспределительной решетки таким образом, что проекция оси газового потока, выходящего из каждого наклонного канала, на поверхность кольцевой зоны образует угол от 0 до 90° к радиальному лучу, выходящему из центра кольцевой зоны и проходящему через выходное отверстие этого наклонного канала, при этом проекции осей газовых потоков, выходящих из наклонных каналов, расположенных ближе к центру кольцевой зоны, образуют больший или равный угол к их радиальным лучам, чем проекции осей газовых потоков, выходящих из наклонных каналов, расположенных ближе к периферии кольцевой зоны, при этом кольцевые зоны газораспределительной решетки каждых двух соседних распылительных форсунок не имеют точек пересечения.

В кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, предпочтительным является такая реализация способа, чтобы ось псевдоожижающего газового потока, выходящего из каждого наклонного канала, имела наклон не более 25° к поверхности газораспределительной решетки.

Одним из вариантов может быть такая реализация способа, чтобы в кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, проекция оси псевдоожижающего газового потока, выходящего из каждого наклонного канала газораспределительной решетки, на поверхность кольцевой зоны была перпендикулярна его радиальному лучу.

Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемыми фиг. 1-4. На фиг. 1 схематически изображена часть газораспределительной решетки 1 с размещенным в ее плоскости диском 2 и распылительной форсункой 3 расположенной в центре диска 2. На фиг. 2 на разрезе диска 2 показано расположение наклонного канала 4. На фиг. 3 схематически изображен вид сверху диска 2 с распылительной форсункой 3 и выходными отверстиями 5 наклонных каналов 4, расположенными на одном из радиальных лучей, выходящих из центра диска 2. На фиг. 4 изображен вид А, показывающий взаимное расположение радиального луча и проекции центральной оси наклонного канала 4 на поверхность диска 2.

В соответствии с фигурами 1-4 установка для получения гранулированного продукта содержит газораспределительную решетку 1, на которой в кольцевых зонах газораспределительной решетки 1, прилегающих к распылительным форсункам 3 размещены диски 2. В дисках 2 имеются наклонные каналы 4. Выходные отверстия 5 наклонных каналов 4 находятся на пересечении радиальных лучей, проведенных из центра диска 2, с эквидистанционными окружностями, при этом центральные оси наклонных каналов 4, расположенных ближе к центральной оси диска 2, образуют большие или равные углы к их радиальным лучам, чем центральные оси наклонных каналов 4, расположенных ближе к периферии диска 2, угол В больше угла С, а угол С больше угла D (фиг. 3).

Предложенная схема расположения каналов газораспределительной решетки в кольцевой зоне, прилегающей к каждой распылительной форсунке и ограниченной размерами перфорированного диска, когда каналы расположены под углом к поверхности диска, позволяет организовать такое направление псевдоожижающего газового потока, что к преобладающему в псевдоожиженном слое вертикальному перемешиванию гранулируемого продукта добавляется горизонтальное перемешивание, а размещение направления выхода псевдоожижающего газового потока на эквидистанционных окружностях диска под углом от 0 до 90° к радиальным лучам, выходящим из центра кольцевой зоны, приводит к формированию спиралевидного режима движения частиц в псевдоожиженном слое в зоне напыления гранулируемой жидкости вокруг распылительной форсунки.

В результате движущиеся в кольцевой зоне частицы гранулируемого продукта постепенно удаляются от оси распылительной форсунки и в итоге переходят на часть газораспределительной решетки вне зоны нанесения гранулируемой жидкости на частицы псевдоожиженного слоя.

Благодаря более эффективному отведению продукта из зоны расположения форсунок, сокращается время пребывания образующихся гранул в зоне нанесения гранулируемой жидкости, что снижает вероятность нанесения на отдельную частицу избыточного количества гранулируемой жидкости, а, следовательно, уменьшается количество образующихся агломератов, что в результате приводит к улучшению гранулометрического состава получаемого продукта.

Также интенсификация отведения продукта из зоны нанесения гранулируемой жидкости снижает вероятность столкновения с распылительными форсунками незатвердевших гранул, что позволяет снизить степень налипания незатвердевшего материала на распылительных форсунках.

За счет уменьшения количества покрытых избыточной гранулируемой жидкостью незатвердевших гранул, снижается количество пылевых частиц, которые появляются в результате процессов соединения и разъединения покрытых гранулируемой жидкостью частиц продукта, что позволяет снизить нагрузку на систему пылеочистки и выбросы пыли в атмосферу.

В приведенном ниже примере представлен один из возможных вариантов осуществления способа с использованием установки.

ПРИМЕР. В прямоугольный гранулятор псевдоожиженного слоя (длина 2 м, ширина 1 м) через каналы газораспределительной решетки 1 снизу вверх через слой частиц карбамида (высота слоя 60 см, температура 110°С) непрерывно подается псевдоожижающий воздушный поток с температурой 100°С со скоростью на выходе из каналов 3 м/с. На поверхности газораспределительной решетки 1 размещено 18 распылительных форсунок 3, каждая из которых расположена в центре перфорированного наклонными каналами 4 диска 2. Раствор карбамида с концентрацией 98% масс, подается через центральный транспортирующий канал каждой распылительной форсунки 3 с температурой 140°С при давлении 3 бар и со скоростью на выходе из распылительной форсунки 20 м/с, одновременно через концентричный ему канал подается распыляющий воздушный поток с температурой 140°С при давлении 4 бар и скоростью на выходе из распылительной форсунки 190 м/с. В прилегающих к распылительным форсункам 3 кольцевых зонах подача псевдоожижающего воздушного потока ведется через наклонные каналы 4 размещенные на дисках 2. Полученные гранулы выгружают из устройства и направляют на охлаждение и классификацию. После классификации фракцию крупнее 4 мм измельчают и вместе с фракцией менее 2 мм возвращают в слой частиц в качестве ретура.

В приведенной ниже таблице представлены параметры полученных гранул и данные о содержании пыли карбамида в воздухе после системы пылеочистки в сравнении с реализацией способа в установке по прототипу, проведенного в тех же условиях, за исключением подачи псевдоожижающего воздушного потока в прилегающих к распылительным форсункам кольцевых зонах через наклонные каналы 4 размещенные на дисках 2 по предлагаемому изобретению.

Группа изобретений относится к получению гранулированного продукта в псевдоожиженном слое и может быть применена в промышленном производстве минеральных удобрений, например карбамида и аммиачной селитры. Отличительной особенностью установки является то, что каждая форсунка размещена в центре расположенного в плоскости газораспределительной решетки диска, перфорированного наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, расположенными под углом к поверхности диска таким образом, что выходное отверстие каждого канала расположено на радиальных лучах, выходящих из центра диска, а проекция центральной оси каждого канала на поверхность диска образует угол от 0 до 90° к его радиальному лучу таким образом, что центральные оси каналов, расположенных ближе к центральной оси диска, образуют больший или равный угол к их радиальным лучам, чем центральные оси каналов, расположенных ближе к периферии диска. Области расположения каждых двух соседних дисков не имеют точек пересечения. Также описан способ получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое. Технический результат заключается в улучшении гранулометрического состава получаемого продукта, уменьшении пылеобразования, минимизации налипания незатвердевшего материала на поверхности форсунок. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Установка для получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, содержащая корпус, газораспределительную решетку с каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, имеющими входное и выходное отверстия, и размещенные на поверхности газораспределительной решетки распылительные форсунки, содержащие, по меньшей мере, центральный транспортирующий канал для подачи гранулируемой жидкости и концентричный ему канал для подачи распыляющего газового потока, средства для подвода ретура, средства для подвода псевдоожижающего газового потока, средства для подвода гранулируемой жидкости, средства для подвода распыляющего газового потока, средства для выгрузки гранул из установки, отличающаяся тем, что каждая распылительная форсунка размещена в центре диска, перфорированного наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, имеющими входное и выходное отверстия, наклонные каналы расположены под углом к поверхности диска таким образом, что выходное отверстие каждого наклонного канала расположено на радиальных лучах, выходящих из центра диска, а проекция центральной оси каждого наклонного канала на поверхность диска образует угол от 0 до 90° к его радиальному лучу таким образом, что проекции центральных осей наклонных каналов, расположенных ближе к центральной оси диска, образуют больший или равный угол к их радиальным лучам, чем проекции центральных осей наклонных каналов, расположенных ближе к периферии диска, при этом диск расположен в плоскости газораспределительной решетки, а области расположения каждых двух соседних дисков не имеют точек пересечения.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диск перфорирован наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока, которые имеют наклон не более 25° к поверхности диска.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диск перфорирован наклонными каналами для подачи псевдоожижающего газового потока таким образом, что проекция центральной оси каждого наклонного канала на поверхность диска перпендикулярна его радиальному лучу.

4. Способ получения гранулированного продукта в псевдоожиженном слое, включающий подачу через каналы газораспределительной решетки псевдоожижающего газового потока снизу вверх через слой частиц для создания псевдоожиженного слоя, подачу гранулируемой жидкости в виде замкнутой конической пленки в псевдоожиженный слой частиц снизу вверх через центральные каналы распылительных форсунок, подачу через концентричные центральным каналы каждой распылительной форсунки распыляющего газового потока для создания разреженной зоны с линейной скоростью, превышающей скорость псевдоожижающего газового потока, отверждение гранулируемой жидкости на частицах и удаление образующихся гранул из псевдоожиженного слоя, отличающийся тем, что в кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, псевдоожижающий газовый поток подают через наклонные каналы газораспределительной решетки таким образом, что проекция оси газового потока, выходящего из каждого наклонного канала, на поверхность кольцевой зоны образует угол от 0 до 90° к радиальному лучу, выходящему из центра кольцевой зоны и проходящему через выходное отверстие этого наклонного канала, при этом проекции осей газовых потоков, выходящих из наклонных каналов, расположенных ближе к центру кольцевой зоны, образуют больший или равный угол к их радиальным лучам, чем проекции осей газовых потоков, выходящих из наклонных каналов, расположенных ближе к периферии кольцевой зоны, при этом кольцевые зоны газораспределительной решетки каждых двух соседних распылительных форсунок не имеют точек пересечения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, псевдоожижающий газовый поток подают через наклонные каналы газораспределительной решетки таким образом, что ось псевдоожижающего газового потока, выходящего из каждого наклонного канала, имеет наклон не более 25° к поверхности газораспределительной решетки.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в кольцевых зонах газораспределительной решетки, прилегающих к распылительным форсункам, проекция оси псевдоожижающего газового потока, выходящего из каждого наклонного канала газораспределительной решетки, на поверхность кольцевой зоны перпендикулярна его радиальному лучу.