Способ гранулирования мелкодисперсных материалов

 

Изобретение относится к производству гранулированных продуктов из мелкодисперсных материалов в аппаратах с псевдоожиженным слоем и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности. В способе гранулирования мелкодисперсных материалов в псевдоожиженном слое раствор связующего распыляют непосредственно в псевдоожиженном слое, причем угол раскрытия факела распыла форсунки составляет 35-55^o, а температура в псевдоожиженном слое - в пределах 25-45^oС. Кроме того, массовое отношение раствора связующего, распыливающего воздуха и мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое соответственно составлет 1 : 1,2 - 2,0 : 1,5 - 3,0; 0,65 - 0,75 массы раствора связующего распыляют в зоне подачи исходного материала и 0,35 - 0,25 - в зоне возврата уловленной пыли, а высоту псевдоожиженного слоя определяют по формуле: Н = 1,5-1,8(h_ф+3,5d_c), где Н - средняя высота псевдоожиженного слоя, мм; h_ф - высота центра сопла форсунки от воздухораспределительной решетки гранулятора, мм; d_c - диаметр воздушного сопла форсунки. Технический результат состоит в повышении равномерности распределения связующего по всему объему материала, снижении пылеуноса. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к производству гранулированных продуктов из мелкодисперсных порошкообразных материалов в аппаратах с псевдоожиженным слоем и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ получения гранул из растворов в псевдоожиженном слое путем разбрызгивания раствора сульфата аммония на слой предварительно полученных гранул того же вещества, при этом сушильный агент (дымовые газы от сгорания природного газа) предварительно завихряют. В зону разбрызгивания раствора тангенциально подают пыль, уносимую из аппарата и отделенную от парогазового потока (а.с. СССР N 1625516, кл. В 01 J 2/16, 1988 г.).

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гранулирования мелкодисперсных материалов в псевдоожиженном слое, включающий подачу мелкодисперсного материала, подачу сушильного агента через образующийся слой мелкодисперсного материала для его псевдоожижения, распыление раствора связующего, выгрузку гранулята, отделение пылеобразных частиц и возврат их в псевдоожиженный слой ( а.с. СССР N 1586765, кл. В 01 J 2/16, 1988 г. - прототип).

Однако известный способ не обеспечивает высокой равномерности распределения связующего по всему объему подаваемого мелкодисперсного материала. Кроме того, в отходящих газах остается достаточно большое количество тонкодисперсной пыли.

Целью предлагаемого изобретения является повышение равномерности распределения связующего по всему объему материала и снижение пылеуноса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе гранулирования мелкодисперсных материалов в псевдоожиженном слое, включающем подачу мелкодисперсного материала, подачу сушильного агента через образующийся слой мелкодисперсного материала для его псевдоожижения, распыления раствора связующего, выгрузку гранулята, отделение пылеобразных частиц и возврат их в пседвоожиженный слой, раствор связующего распыляют непосредственно в псевдоожиженном слое, причем угол раскрытия факела распыла форсунки составляет 35-55^o, а температура в псевдоожиженном слоем в пределах - 25-45^oC. Кроме того, массовое отношение раствора связующего, распыливающего воздуха и мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое составляет 1:1,2 - 2,0:1,5 - 3,0; 0,65 - 0,75 массы раствора распыляют в зоне подачи исходного материала и 0,25 - 0,35 - в зоне возврата уловленной пыли, а высоту псевдоожиженного слоя определяют по формуле: H = 1,5 - 1,8 (h_ф + 5,3 d_c), где H - средняя высота псевдоожиженного слоя, мм; h_ф - высота центра сопла форсунки от воздухораспределительной решетки гранулятора, мм; d_c - диаметр воздушного сопла форсунки.

Сущность предлагаемого способа гранулирования заключается в следующем. Многократная (непрерывная) подача раствора связующего непосредственно в псевдоожиженный слой мелкодисперсного материала создает в слое направленное движение материала, благодаря чему исходный мелкодисперсный порошок, многократно перемещаясь в псевдоожиженном слое от одной зоны подачи связующего раствора к другой, получает необходимую порцию орошающего раствора, что позволяет распределить связующее с высокой равномерностью и обеспечить заданный химический состав покрытия. Подача исходного мелкодисперсного материала и возврат пыли непосредственно в рабочую зону распыления связующего существенно снижают количество несгранулированной пыли.

Способ осуществляют следующим образом.

В гранулятор с псевдоожиженным слоем загружают непрерывно с заданной скоростью исходный мелкодисперсный материал, причем загрузку осуществляют непосредственно в зону всасывания факела пневматической форсунки, погруженной в псевдоожиженный слой и распыляющей раствор связующего. Возможно также предварительное смешивание исходного материала с раствором связующего в отдельном аппарате и последующее распыление полученной суспензии той же форсункой. Распыляющий воздух подогревают и подают в псевдоожиженный слой с углом раскрытия факела распыла в пределах 35-55^o. Частицы мелкодисперсного материала размером менее 50 мкм, получив порцию связующего раствора, слипаются между собой, образуя агломераты. Одновременно за счет подачи сушильного агента, например нагретого воздуха, в слое при температуре 25-45^oC происходит сушка частиц и агломератов и на их поверхности образуется пленка связующего. При этом в грануляторе образуется полидисперсная смесь, состоящая из частиц и гранул разного размера, что обеспечивает устойчивый аэродинамический режим псевдоожижения. Массовое отношение подаваемого раствора связующего к распыливающему воздуху и массе материала в псевдоожиженном слое соответственно составляет 1:1,2 - 2,0 : 1,5 - 3,0. Готовый гранулят выгружают непрерывно с производительностью, соответствующей производительности подачи исходного продукта так, чтобы единовременная загрузка гранулятора и высота псевдоожиженного слоя оставались постоянными или изменялись в пределах, определяемых для каждого вида материалов по формуле: H=1,5-1,8(h_ф+5,3 d_c), где H - средняя высота псевдоожиженного слоя, мм; h_ф - высота центра сопла форсунки от воздухораспределительной решетки гранулятора, мм; d_c - диаметр воздушного сопла форсунки, мм.

Уловленную мелкодисперсную пыль с помощью пневматических эжекторов возвращают в факел форсунок гранулятора.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. В гранулятор с псевдоожиженным слоем загружают исходный мелкодисперсный материал - порошок растительного происхождения (микроводоросли) с размерами частиц 5-60 мкм и после его прогрева распыляют через пневматические форсунки водный раствор связующего. При этом массовое отношение подаваемого раствора связующего распыливающего воздуха и массы частиц в слое составляет 1:1,2:1,5, распыляющий подогретый сжатый воздух образует факел распыла с углом раскрытия 35^o, а температура в псевдоожиженном слое 25^oC. Снижение температуры в слое ниже 25^oC приводит к образованию застойных зон и нарушению режима псевдоожижения. После выхода на режим в гранулятор непрерывно подают исходный порошок непосредственно в факел одной из пневматических форсунок, распыляющей 65% водного раствора связующего. Пыль, унесенную из гранулятора и уловленную, возвращают эжекторами в факел другой форсунки, распыляющей оставшуюся часть того же раствора (35%). Разгрузку готового гранулята ведут непрерывно так, чтобы единовременная загрузка гранулятора находилась в пределах 40±10 кг, что обеспечивает высоту псевдоожиженного слоя, равной 250-330 мм. Полученный гранулят поступает на прессование таблеток на роторных прессах.

Пример 2. Гранулирование мелкодисперсных материалов осуществляют способом, указанным в примере 1. При этом массовое отношение подаваемого раствора связующего, распыливающего воздуха и массы частиц мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое составляет 1:1,5:1,8, распыливающий сжатый воздух образует факел распыла с углом раскрытия 45^o, а температура в псевдоожиженном слое составляет 35^oC. После выхода на режим исходный мелкодисперсный материал подают в факел одной из форсунок, распыляющей 70% водного раствора связующего, а унесенную из гранулятора и уловленную пыль возвращают эжекторами в факел другой форсунки, распыляющей 30% раствора связующего.

Пример 3. Гранулирование мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое осуществляют, как указано в примере 1. При этом массовое отношение подаваемого раствора связующего, распыливающего воздуха и мелкодисперсного материала соответственно составляет 1 : 2,0 : 3,0; распыливающий воздух образует факел с углом раскрытия 55^o, а температура в псевдоожиженном слое составляет 45^oC. После выхода на режим исходный материал подают в факел форсунки, распыляющей 75% раствора связующего, а уловленную пыль - в факел другой форсунки, распыляющей 25% раствора связующего.

Пример 4. В гранулятор с псевдоожиженным слоем загружают предварительно полученную смесь гранул и частиц полидисперсного гранулометрического состава высокочистой окиси алюминия и создают заданный аэродинамический и температурный режим. Исходный порошок окиси алюминия с размерами частиц 3-7 мкм загружают в водный раствор связующего, предварительно приготовленный в реакторе с мешалкой. Полученную суспензию непрерывно распыляют пневматическими форсунками, погруженными в псевдоожиженный слой гранулятора. При этом выдерживают массовое отношение суспензии к распыляющему воздуху 1:1,2-2,0. Воздух закручен и образует факел с углом раскрытия 35-50^o. Уменьшение угла раскрытия ниже 35^o приводит к снижению расхода суспензии и образованию комков в псевдоожиженном слое с последующим нарушением аэродинамического режима. На псевдоожижение подают подогретый воздух. В грануляторе создают полидисперсный слой гранул, покрытых оболочкой связующего. Процесс ведут при температуре в псевдоожиженном слое 32-45^oC. Пыль, унесенную из гранулятора и уловленную, возвращают эжекторами в факел другой форсунки, распыляющей часть той же суспензии. Разгрузку гранулята ведут непрерывно или порциями так, чтобы форсунки были полностью погружены в псевдоожиженный слой. Выгруженную полидисперсную смесь рассеивают и отделяют фракцию 160-315 мкм. Гранулы менее 160 мкм непрерывно возвращают в гранулятор на доращивание. Отсевы более 315 мкм - в реактор для приготовления связующего и суспензии. Полученные сухие гранулы поступают на изостатическое прессование из них поликоровых трубок.

Результаты испытаний готового продукта показали, что гранулят, изготовленный при оптимальных параметрах предлагаемого способа, характеризуется повышенной равномерностью распределения связующего по всему объему материала с образованием на поверхности гранул и частиц пленки связующего для последующего прессования из них различных изделий (таблетки, трубки и др.), в том числе с использованием роторных прессов. Содержание пыли в отходящем воздухе после очистки в циклонах не превышает норму предельно допустимых выбросов. Использование же для изготовления гранулята параметров, характеризующихся величинами, находящимися за пределами указанных выше оптимальных значений, приводит к резкому снижению качества гранулята или увеличению пылеуноса, или нарушению режима псевдоожижения и остановке процесса.

Формула изобретения

1. Способ гранулирования мелкодисперсных материалов в псевдоожиженном слое, включающий подачу мелкодисперсного материала, подачу сушильного агента через образующийся слой мелкодисперсного материала для его псевдоожижения, распыление раствора связующего, выгрузку гранулята, отделение пылеобразных частиц и возврат их в псевдоожиженный слой, отличающийся тем, что раствор связующего распыляют непосредственно в псевдоожиженном слое, причем угол раскрытия факела распыла форсунки составляет 35 - 55^o, а температура в псевдоожиженном слое в пределах 25 - 45^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массовое отношение раствора связующего, распыливающего воздуха и мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое составляет 1 : 1,2 - 2,0 : 1,5 - 3,0.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что 0,65 - 0,75 массы раствора связующего распыляют в зоне подачи исходного материала и 0,35 - 0,25 - в зоне возврата уловленной пыли.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что высоту псевдоожиженного слоя определяют по формуле
H = 1,5 - 1,8(h_ф + 5,3d_с),
где H - средняя высота псевдоожиженного слоя, мм;
h_ф - высота центра сопла форсунки от воздухораспределительной решетки гранулятора, мм;
d_с - диаметр воздушного сопла форсунки.