Гранулятор с псевдоожиженным слоем и используемый в нем распылитель
Группа изобретений относится к устройству для гранулирования в псевдоожиженном слое, в котором гранулы вещества получают смачиванием затравочных частиц и растущих гранул веществом, находящимся в жидком состоянии и способствующим росту гранул. Распылитель для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем снабжен первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к другу участков, первый из которых имеет форму сужающегося к оси конуса, а второй участок, который заканчивается выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена внутри первой трубки на ее оси, и образует с ней кольцевую полость, и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки. Гранулятор с псевдоожиженным слоем имеет емкость, в которой образуется псевдоожиженный слой затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему ожижения и удержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии и по меньшей мере одно распределительное устройство, через которое в псевдоожиженный слой подается поток способствующего росту гранул жидкого вещества. Распределительное устройство содержит один или несколько распылителей способствующего росту гранул жидкого вещества, снабженный первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к друг участков, первый из которых имеет форму сужающегося к оси конуса, а второй участок, который заканчивается выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена внутри первой трубки на ее оси, и образует с ней кольцевую полость, и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки. Группа изобретений обеспечивает эффективное гранулирование различных веществ. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для гранулирования в псевдоожиженном слое, в котором гранулы определенного вещества получают в процессе непрерывного роста (и по объему, и по массе) гранул и затравочных зерен или частиц этого вещества, находящихся во взвешенном состоянии в псевдоожиженном слое, при непрерывной подаче в псевдоожиженный слой находящегося в жидком состоянии соответствующего способствующего росту гранул вещества. Настоящее изобретение относится, в частности, к устройству для гранулирования, имеющему емкость с псевдоожиженным слоем затравочных частиц и гранул определенного гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему для ожижения и поддержания псевдоожиженного слоя и по меньшей мере один распределитель потока находящегося в жидком состоянии способствующего росту гранул вещества со множеством распылителей, через которые это вещество в распыленном виде подают в псевдоожиженный слой. Более конкретно, настоящее изобретение относится к распылителю для подачи способствующего росту гранул жидкого вещества, которое можно использовать в устройстве для гранулирования описанного выше типа.
В приведенном ниже описании и в формуле изобретения такое устройство называется просто гранулятором, а под "затравочными зернами гранулируемого вещества" подразумеваются частицы гранулируемого вещества, диаметр которых не превышает 1,5 мм. Кроме того, иногда для упрощения затравочные зерна, или частицы, гранулируемого вещества называются в описании просто "затравочными частицами или зернами".
Известно, что качественное гранулирование в псевдоожиженном слое (получение гранул определенных размера, формы и массы) требует хорошего "увлажнения" затравочных частиц и растущих гранул способствующим росту гранул (питательным) жидким веществом. Для этого питательное жидкое вещество необходимо подавать в псевдоожиженный слой в виде как можно более мелких капель, размеры которых не должны превышать размеров затравочных частиц и растущих гранул, которые смачиваются этими каплями. При этом, например, при гранулировании таким способом мочевины для получения конечного продукта (гранул) высокой чистоты необходимо обеспечить максимально быстрое и по возможности полное испарение воды или другого растворителя, в котором растворяют способствующее росту гранул вещество.
Размер капель способствующей росту гранул жидкости является ключевым фактором, от которого зависит эффективность всего процесса гранулирования, и поэтому предпочтительно или даже необходимо такую жидкость подавать в псевдоожиженный слой в так называемом "распыленном" виде. Фактически только распыленная питательная жидкость может обеспечить равномерное и оптимальное увлажнение всей поверхности находящихся в псевдоожиженном слое затравочных частиц (зерен) или гранул.
Для распыления способствующего росту гранул жидкого вещества в известных в настоящее время грануляторах, а точнее в имеющихся в них устройствах для подачи жидкого питательного вещества в псевдоожиженный слой, используют специальные распылители с очень большой скоростью выхода из них распыляемой струи, в которые вместе с жидким питательным веществом подают большое количество воздуха (или иного соответствующего газа). В некоторых случаях скорость струи распыленной в потоке воздуха питательной жидкости на входе в псевдоожиженный слой достигает 150-300 м/с.
Однако несмотря на широкое применение и многочисленные преимущества, такие распылители обладают и целым рядом определенных недостатков, которые в настоящее время препятствуют эффективному гранулированию различных веществ в псевдоожиженном слое. К таким недостаткам относится, в частности, необходимость работы при больших скоростях истечения с большими количествами воздуха (или иного газа) и невозможность контроля происходящего в псевдоожиженном слое процесса роста гранул и, как следствие этого, проблемы получения конечного продукта определенного гранулометрического состава, определяемого размером гранул, лежащим в заданных пределах. По этой причине существенно увеличиваются затраты, связанные с классификацией и просеиванием полученных гранул, отбором слишком больших или слишком мелких гранул и их повторной обработкой в грануляторе.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой распылитель для используемых в грануляторах с псевдоожиженным слоем распределителей (распределительных устройств) находящегося в жидком состоянии питательного вещества, способствующего росту гранул, который по своим конструктивным и функциональным особенностям позволял бы подавать в псевдоожиженный слой способствующее росту гранул жидкое вещество, во-первых, в распыленном виде, а, во-вторых, с низкими скоростями, позволяющими устранить все перечисленные выше недостатки, присущие известным в настоящее время способам гранулирования веществ в псевдоожиженном слое.
Для решения положенной в основу настоящего изобретения задачи в нем предлагается распылитель указанного в начале описания типа, отличающийся тем, что он снабжен первой трубкой, которая имеет по существу прямолинейную ось и определенный диаметр и расположенное на ее конце выходное отверстие распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к друг участков, первый из которых имеет форму сужающегося конуса, а второй, который заканчивается указанным выходным отверстием распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой, которая расположена на одной и той же оси внутри первой трубки и образует с ней кольцевую полость и имеет выходной конец, расположенный внутри первого конического участка первой трубки.
Как более подробно описано ниже, наличие на конце первой трубки расширяющегося конуса, заканчивающегося выходным отверстием, позволяет достаточно просто и эффективно существенным образом снизить скорость потока воздуха (или иного газа) с распыленным в нем способствующим росту гранул (питательным) веществом на выходе из распылителя и с низкой скоростью подавать распыленное в потоке воздуха питательное вещество в псевдоожиженный слой гранулятора через один или несколько предлагаемых в изобретении распылителей.
Низкая скорость подачи питательного вещества в псевдоожиженный слой позволяет эффективно контролировать происходящий в псевдоожиженном слое процесс роста гранул и гранулометрический состав конечного продукта.
Кроме того, низкая скорость подачи распыленного в потоке воздуха питательного вещества в псевдоожиженный слой позволяет поддерживать гранулометрический состав конечного продукта в заранее заданном и существенно более узком, чем в настоящее время, диапазоне значений. Достигается это, прежде всего, за счет регулирования в псевдоожиженном слое спирального движения затравочных частиц и растущих гранул, которое позволяет достаточно эффективно влиять на происходящий в псевдоожиженном слое процесс роста гранул.
В предпочтительных вариантах выполнения конец первой трубки состоит из трех примыкающих друг к другу участков, первый из которых выполнен в виде сужающегося к оси трубки конуса, второй участок выполнен в виде цилиндра, а третий участок выполнен в виде расширяющегося относительно оси конуса и заканчивается выходным отверстием распылителя. Конусность сужающегося к оси конического участка первой трубки больше конусности ее расширяющегося по отношению к оси конического участка, а диаметр выходного отверстия на коническом участке меньше заданного диаметра первой трубки. Вторая трубка имеет выходное отверстие, расположенное на некотором расстоянии от конца первого конического участка первой трубки, и конец этой второй трубки образует внутри кольцевой полости местное сужение, в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.
В изобретении также предлагается гранулятор (устройство для гранулирования), описанного выше типа, в котором распределительное устройство содержит один или несколько описанных выше распылителей.
Другие преимущества и особенности изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере одного из не ограничивающих объем изобретения вариантов его возможного осуществления реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный продольный разрез предлагаемого в настоящем изобретении распылителя для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем и
на фиг.2 - схематичное поперечное сечение гранулятора с псевдоожиженным слоем с предлагаемым в настоящем изобретении распылителем, показанным на фиг.1.
Показанный схематично на фиг.1 предлагаемый в изобретении распылитель 1 предназначен в первую очередь для подачи определенного способствующего расту гранул (питательного) жидкого вещества в грануляторы с псевдоожиженным слоем.
Распылитель имеет первую, предпочтительно цилиндрическую, трубку 2 с определенным диаметром и прямолинейной осью А, конец 3 которой заканчивается выходным отверстием 4 и состоит предпочтительно из трех примыкающих друг к другу участков. Первый участок 5 выполнен в виде сужающегося к оси А трубки конуса, второй участок 6 выполнен в виде цилиндра, а третий участок 7 выполнен в виде расширяющегося относительно оси А конуса и заканчивается выходным отверстием 4 распылителя (и имеет по существу форму сопла Вентури).
В предпочтительном, но не ограничивающем объем изобретения варианте диаметр цилиндрического участка 6 составляет 0,4 от определенным образом выбранного диаметра передней части трубки 2, а конусность конического участка 5 больше конусности конического участка 7. Кроме того, диаметр выходного отверстия 4 меньше диаметра передней части трубки 2, но больше диаметра цилиндрического участка 6.
В предлагаемом в настоящем изобретении распылителе имеется вторая трубка 8, которая расположена внутри первой трубки 2 на ее оси и которая вместе с этой первой трубкой образует кольцевую полость 9. В показанном на фиг.1 в качестве примера варианте вторая трубка 8 на выходном конце 10 выполнена в виде сужающегося к оси А конуса, который входит внутрь первого конического участка 5 первой трубки 2. При этом конусность конического конца второй трубки меньше конусности первого конического участка 5 первой трубки.
В одном из вариантов осуществления изобретения в нем предлагается распылитель, у которого выходное отверстие 11 второй трубки 8 расположено на некотором расстоянии от конца первого конического участка 5 первой трубки 2, который образует входное отверстие 6а цилиндрического участка 6 первой трубки. Расстояние между образующим выходное отверстие концом второй трубки и концом первого конического участка первой трубки должно быть таким, чтобы внутри кольцевой полости 9 образовалось сужение 9а, в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.
Во время гранулирования в псевдоожиженном слое предлагаемый в изобретении распылитель работает следующим образом.
Подаваемое непрерывно в псевдоожиженный слой по трубке 8 определенное способствующее росту гранул жидкое вещество F имеет относительно небольшую осевую скорость, составляющую от 2 до 10 м/с.
Через кольцевую полость 9 с осевой скоростью, составляющей от 20 до 50 м/с, в псевдоожиженный слой непрерывно подают соответствующий газ G, например воздух.
В сужении 9а скорость потока газа G существенно возрастает, например до 200-300 м/с, и воздействующий с такой скоростью на выходящий из отверстия 11 поток способствующего росту гранул жидкого вещества F газ ускоряет его и распыляет.
При воздействии газа на способствующее росту гранул жидкое вещество в массе газа непрерывно образуются мелкие капли жидкости диаметром (например) от 20 до 120 мкм. Воздействие газа на способствующее росту гранул жидкое вещество сопровождается, в частности, образованием распыленной смеси жидкости и газа (в которой жидкая фаза диспергирована в газообразной фазе).
Образующаяся смесь уплотняется в цилиндрическом участке 6 первой трубки, и содержащиеся в ней капли способствующей росту гранул жидкости равномерно распределяются по всему поперечному потоку F-G смеси жидкости и газа, скорость которой в расширяющемся коническом участке 7 первой трубки падает до 30-60 м/с.
С такой, существенно меньшей, чем в известных грануляторах, скоростью смесь газа и распыленной в нем жидкости подается в псевдоожиженный слой затравочных частиц и растущих гранул и обеспечивает оптимальное образование гранул со всеми указанными выше преимуществами.
Еще одно преимущество предлагаемой в изобретении конструкции связано с происходящим в расширяющемся конусе 7 в результате падения скорости увеличением давления и высвобождением определенного количества кинетической энергии с соответствующим снижением суммарного расхода энергии, необходимой для распыления, способствующего росту гранул жидкого вещества (энергии, затрачиваемой на сжатие газа). Такое снижение расхода энергии по сравнению с обычными распылителями может достигать 40-50%.
На фиг.2 схематично показана часть предлагаемого в изобретении устройства для гранулирования в псевдоожиженном слое (или гранулятора), обозначенного общей позицией 12.
Показанные на этом чертеже детали, которые конструктивно и функционально аналогичны деталям рассмотренного выше распылителя 1, обозначены теми же, что и на фиг.1 позициями и повторно не рассматриваются.
Гранулятор 12 имеет емкость 13 с псевдоожиженным слоем 14 затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц (труба 15), систему ожижения и поддержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии (перфорированное днище 16 и обычные и поэтому не показанные на чертеже средства наддува ожижающего воздуха или другой газообразной текучей среды FL) и по меньшей мере одно распределительное устройство 17, через которое в псевдоожиженный слой подают поток способствующего росту гранул жидкого вещества F. Гранулятор 12 имеет также устройство (труба 18) с переливной кромкой, которое предназначено для выгрузки из него готовых гранул.
Распределительное устройство 17 имеет один (в показанном на фиг.2 примере) или несколько распылителей 1 способствующей росту гранул жидкости, выполненных по типу описанного выше и показанного на фиг.1 распылителя 1.
Следует отметить, что в рассмотренные выше варианты можно вносить различные изменения и усовершенствования, не выходя при этом за объем изобретения, определяемый его формулой.
1. Распылитель для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем, отличающийся тем, что он снабжен первой трубкой (2), которая имеет по существу прямолинейную ось (А) и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце (3) выходное отверстие (4) распылителя, и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к другу участков, первый (5) из которых имеет форму сужающегося к оси (А) конуса, а второй участок (7), который заканчивается выходным отверстием (4) распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой (8), которая расположена внутри первой трубки (2) на ее оси и образует с ней кольцевую полость (9) и имеет выходной конец (10), расположенный внутри первого конического участка (5) первой трубки (2).
2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что конец (3) первой трубки состоит из трех примыкающих друг к другу участков, первый (5) из которых выполнен в виде сужающегося к оси (А) трубки конуса, второй участок (6) выполнен в виде цилиндра, а третий участок (7) выполнен в виде расширяющегося относительно оси (А) конуса и заканчивается выходным отверстием (4) распылителя.
3. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что конусность сужающегося к оси (А) конического участка (5) первой трубки (2) больше конусности ее расширяющегося по отношению к оси (А) конического участка (7).
4. Распылитель по п.3, отличающийся тем, что диаметр выходного отверстия (4) на коническом участке (7) меньше заданного диаметра первой трубки (2).
5. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие (11) второй трубки (8) расположено на некотором расстоянии от конца первого конического участка (5) первой трубки (2) и конец этой второй трубки образует внутри кольцевой полости (9) местное сужение (9а), в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.
6. Гранулятор с псевдоожиженным слоем, имеющий емкость (13), в которой образуется псевдоожиженный слой (14) затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство (15) для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему (16) ожижения и удержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии и по меньшей мере одно распределительное устройство (17), через которое в псевдоожиженный слой подается поток способствующего росту гранул жидкого вещества, отличающийся тем, что распределительное устройство (17) содержит один или несколько распылителей способствующего росту гранул жидкого вещества, снабженных первой трубкой (2), которая имеет по существу прямолинейную ось (А) и заданный диаметр, а также расположенное на ее конце (3) выходное отверстие (4) распылителя и которая состоит по меньшей мере из двух примыкающих друг к другу участков, первый (5) из которых имеет форму сужающегося к оси (А) конуса, а второй участок (7), который заканчивается выходным отверстием (4) распылителя, - форму расширяющегося конуса, и второй трубкой (8), которая расположена внутри первой трубки (2) на ее оси и образует с ней кольцевую полость (9) и имеет выходной конец (10), расположенный внутри первого конического участка (5) первой трубки (2).
7. Гранулятор по п.6, отличающийся тем, что конец (3) первой трубки состоит из трех примыкающих друг к другу участков, первый (5) из которых выполнен в виде сужающегося к оси (А) трубки конуса, второй участок (6) выполнен в виде цилиндра, а третий участок (7) выполнен в виде расширяющегося относительно оси А конуса и заканчивается выходным отверстием (4) распылителя.
8. Гранулятор по п.6, отличающийся тем, что конусность сужающегося к оси (А) конического участка (5) первой трубки (2) больше конусности ее расширяющегося по отношению к оси (А) конического участка (7).
9. Гранулятор по п.8, отличающийся тем, что диаметр выходного отверстия (4) на коническом участке (7) меньше заданного диаметра первой трубки (2).
10. Гранулятор по п.6, отличающийся тем, что выходное отверстие (11) второй трубки (8) расположено на некотором расстоянии от конца первого конического участка (5) первой трубки (2) и конец этой второй трубки образует внутри кольцевой полости (9) местное сужение (9а), в котором происходит ускорение протекающего через кольцевую полость газа.
