Гранулятор с псевдоожиженным слоем и используемый в нем распылитель
Группа изобретений относится к устройству для гранулирования в псевдоожиженном слое, в котором гранулы получают путем распыления способствующего росту гранул жидкого вещества на затравочные частицы, находящиеся в этом слое. Распылитель содержит трубку, на одном конце которой расположено по меньшей мере одно входное отверстие, через которое в трубку подают поток определенного способствующего росту гранул жидкого вещества, а на другом конце - выходное отверстие, через которое это вещество выходит из трубки, распределитель потока газа, соединенный с внутренней полостью трубки и расположенный вокруг нее на некотором расстоянии от выходного отверстия трубки, и эмульгирующее устройство, связанное с входным отверстием трубки и распределителем и образующее внутри трубки эмульсию потока газа в способствующем росту гранул жидком веществе. Гранулятор содержит 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 имеет один или несколько распылителей способствующего росту гранул жидкого вещества, содержащих трубку, на одном конце которой расположено по меньшей мере одно входное отверстие, через которое в трубку подается поток способствующего росту гранул жидкого вещества, а на другом конце - выходное отверстие, через которое это вещество выходит из трубки, распределитель потока газа, соединенный с внутренней полостью трубки и расположенный вокруг нее на определенном расстоянии от выходного отверстия трубки, и эмульгирующее устройство, связанное с входным отверстием трубки и распределителем и образующее внутри трубки эмульсию потока газа в способствующем росту гранул жидком веществе. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности и качества гранулирования при снижении себестоимости получения гранул за счет снижения скорости подачи вещества и воздуха. 2 н. и 2 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, или питательного, 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 распылителям 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".
Уровень техники
Известно, что качественное гранулирование в псевдоожиженном слое (получение гранул определенных размера, формы и массы) требует хорошего "увлажнения" затравочных частиц и растущих гранул находящимся в жидком виде способствующим росту гранул 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). Так, например, при гранулировании мочевины скорость струи распыленной в потоке воздуха питательной жидкости составляет от 150 до 300 м/с, а соотношение воздуха к жидкости составляет от 0,4 до 0,5 (что соответствует 400-500 кг воздуха на 1000 кг жидкости).
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 размерами гранул, лежащими в заданных пределах. По этой причине существенно возрастают затраты, связанные с классификацией и просеиванием полученных гранул, отбором слишком больших или слишком мелких гранул и их повторной обработкой в грануляторе.
Кроме того, подача в псевдоожиженный слой с указанной выше скоростью и при высоком давлении больших количеств сжатого воздуха (или иного газа) требует больших затрат энергии и сопровождается соответственно увеличением стоимости полученных гранул.
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 следующие задачи.
Во-первых, способствующее росту гранул (питательное) жидкое вещество должно находиться в таком состоянии, которое позволяет получать высококачественный гранулированный продукт при существенно меньшем, чем это возможно в настоящее время, расходе воздуха (или иного соответствующего газа). Во-вторых, такое жидкое питательное вещество необходимо подавать в псевдоожиженный слой с минимально возможной скоростью, позволяющей устранить все перечисленные выше недостатки, присущие известным в настоящее время способам гранулирования веществ в псевдоожиженном слое.
Основная идея настоящего изобретения, позволяющая решить эти задачи, состоит в том, чтобы разработать распылитель, который позволял бы диспергировать воздух (или иной соответствующий газ) в способствующем росту гранул, или питательном, жидком веществе и позволял бы получать эмульсию газообразной фазы в жидкой фазе. Важно отметить, что лежащая в основе настоящего изобретения идея полностью противоречит существующим в настоящее время рекомендациям, требующим использования распылителей, которые диспергируют жидкое питательное вещество в потоке газа.
Для решения положенной в основу настоящего изобретения задачи в нем предлагается распылитель для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем, отличающийся тем, что он содержит трубку, на одном конце которой расположено по меньшей мере одно входное отверстие, через которое в трубку подают определенное способствующее росту гранул, или питательное, жидкое вещество, а на другом - выходное отверстие, через которое это вещество выходит из трубки, распределитель потока газа, соединенный с внутренней полостью трубки и расположенный вокруг нее на определенном расстоянии от выходного отверстия трубки; и эмульгирующее устройство, связанное с входным отверстием трубки и распределителем и образующее внутри трубки эмульсию потока газа в способствующей росту гранул, или питательной, жидкости.
Эмульгирующее устройство предпочтительно выполнить в виде завихрителя, который расположен в трубке по меньшей мере между одним входным отверстием и распределителем и который преобразует в винтовой поток протекающий через трубку в осевом направлении поток питательной жидкости.
Основным существенным преимуществом настоящего изобретения является возможность образования с помощью предлагаемого в нем распылителя эмульсии газа в жидкости (эмульсии типа "газ в жидкости"), в которой мелкие пузырьки воздуха (или иного газа) покрыты очень тонкой пленкой способствующего росту гранул жидкого вещества. Мелкие пузырьки воздуха при столкновении с находящимися в псевдоожиженном слое затравочными частицами или растущими гранулами лопаются, и прилипающая к этим частицам или растущим гранулам пленка жидкого питательного вещества увеличивает их размеры и массу таким же образом, как и в грануляторах с обычными капельными распылителями. При этом, однако, рост гранул происходит при существенно меньшем, чем в известных грануляторах, (объемном) расходе газа (воздуха или иного приемлемого газа) и уменьшенном до 0,002-0,01 соотношении между газом и способствующим росту гранул жидкого вещества (т.е. при расходе 2-10 кг газа на 1000 кг жидкого вещества).
Другим существенным преимуществом настоящего изобретения является возможность значительного снижения скорости, с которой эмульсию подают в псевдоожиженный слой. Использование предлагаемого в изобретении распылителя позволяет, в частности, уменьшить скорость потока жидкости до 2-60 м/с.
Прямым следствием этого является реальная возможность подавать такую эмульсию в псевдоожиженный слой гранулятора с очень небольшой по сравнению с грануляторами с обычными распылителями скоростью. При этом не только снижается количество потребляемой гранулятором энергии, но и появляется возможность контролировать происходящий в псевдоожиженном слое процесс роста гранул и, как следствие этого, контролировать гранулометрический состав полученного продукта.
Фактически работа предлагаемого в изобретении распылителя с низкими количествами воздуха (или иного приемлемого газа) позволяет за счет незначительного по сравнению с известными грануляторами потребления энергии заметно снизить стоимость получаемых гранул.
Кроме того, низкая скорость подачи эмульсии 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 изобретении также предлагается гранулятор (устройство для гранулирования), описанного выше типа, в котором распределительное устройство содержит один или несколько описанных выше распылителей.
Другие преимущества и отличительные 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 предлагаемого в настоящем изобретении устройства для гранулирования в псевдоожиженном слое с показанным на фиг.1 распылителем.
Схематично показанный на фиг.1 распылитель, предлагаемый в настоящем изобретении, предназначен для подачи в грануляторы с псевдоожиженным слоем определенного находящегося в жидком состоянии питательного вещества, способствующего росту находящихся в псевдоожиженном слое гранул.
Предлагаемый в изобретении распылитель имеет трубку 2, предпочтительно цилиндрическую, на одном конце которой расположено входное отверстие 3, через которое в трубку попадает способствующее росту гранул, или питательное, жидкое вещество, а на другом конце 4, который выполнен в виде сужающегося конуса, расположено выходное отверстие 5, через которое жидкое питательное вещество подается в псевдоожиженный слой гранулятора.
На некотором расстоянии от выходного отверстия 5 трубки расположено надетое на трубку 2 распределительное устройство 6, из которого внутрь трубки поступает воздух или другой газ А. Распределительное устройство 6 соединено с внутренним отверстием трубки множеством выполненных в трубке, предпочтительно радиальных, отверстий 7 (например, цилиндрических или щелевидных). Распределительное устройство 6 соединено трубкой 6а с обычным и поэтому не показанным на чертежах источником, например, сжатого воздуха.
Внутри трубки между ее входным отверстием 3 и распределителем 6 расположен завихритель 8 (выполненный, например, в виде завихрителя с неподвижными винтовыми лопатками), который используется в качестве эмульгирующего устройства. Завихритель преобразует линейную скорость подаваемого в трубку 2 через входное отверстие 3 в осевом направлении потока F питательной жидкости в винтовую.
Предлагаемый в настоящем изобретении распылитель при его использовании в грануляторе с псевдоожиженным слоем работает следующим образом.
Внутрь трубки 2 непрерывно подают через входное отверстие 3 способствующую росту гранул жидкость F и одновременно через отверстия 7 распределителя 6 подают воздух А.
Как уже было отмечено выше, соотношение между расходом воздуха и расходом подаваемой в псевдоожиженный слой питательной жидкости может составлять от 0,002 до 0,01.
При прохождении через завихритель 8 на осевую скорость потока F жидкого питательного вещества накладывается окружная составляющая, и поэтому за завихрителем жидкое питательное вещество движется по спирали. Движущийся за завихрителем по спирали поток питательной жидкости имеет осевую составляющую скорости, которая определяет скорость подачи питательной жидкости в псевдоожиженный слой гранулятора, и определенную тангенциальную составляющую скорости, под действием которой внутри трубки образуется эмульсия типа "газ в жидкости", как это более подробно описано ниже.
В зависимости от вида получаемых гранул, осевая составляющая скорости, или скорость подачи, питательного жидкого вещества в псевдоожиженный слой гранулятора может составлять от 2 до 60 м/с, а тангенциальная составляющая - от 2 до 30 м/с.
В расположенной за завихрителем 8 части трубки при такой тангенциальной скорости питательной жидкости происходит ее динамическое взаимодействие с потоком воздуха, непрерывно подаваемого в трубку из распределителя 6. В результате такого взаимодействия воздух мгновенно разбивается на отдельные мелкие пузырьки, которые под действием центростремительных сил, возникающих при движении массы жидкости в тангенциальном направлении, проникают в массу питательной жидкости. В итоге в расположенной за завихрителем части трубки образуется эмульсия воздуха в питательной, т.е. способствующей росту гранул, жидкости.
При гранулировании мочевины неожиданно было установлено, что при указанных выше скоростях подачи в псевдоожиженный слой гранулятора питательного жидкого вещества в предлагаемом в изобретении распылителе образуется эмульсия (воздух в жидкости), в которой пузырьки воздуха размером от 50 до 200 мкм покрыты очень тонкой пленкой жидкости толщиной от 1 до 10 мкм.
На участке трубки 2 между местом образования эмульсии и выходным отверстием 5 поток пузырьков воздуха постепенно уплотняется, и пузырьки равномерно распределяются по всему поперечному сечению трубки и имеют на выходе из распылителя осевую скорость (скорость подачи), по существу равную, например, скорости жидкости на входе в трубку 2.
Поток мелких пузырьков воздуха, покрытых очень тонкой пленкой способствующего росту гранул жидкого вещества, полученных при очень небольшом расходе воздуха (по сравнению с расходом воздуха, необходимого для распыления того же самого вещества с помощью известных в настоящее время распылителей), подают через выходное отверстие 5 распылителя, например, в псевдоожиженный слой растущих затравочных частиц и гранул, с очень небольшой скоростью, которая существенно ниже, чем в известных в настоящее время грануляторах подобно типа.
На фиг.2 схематично показана часть предлагаемого в изобретении устройства для гранулирования в псевдоожиженном слое (или гранулятора), обозначенного общей позицией 9.
Показанные на этом чертеже детали, которые конструктивно и функционально аналогичны деталям распылителя, изображенного на фиг.1, обозначены теми же, что и на фиг.1, позициями и повторно не рассматриваются.
Гранулятор 9 имеет емкость 10 с псевдоожиженным слоем 11 затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц (труба 12), систему ожижения и поддержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии (перфорированное днище 13 и обычные и поэтому на чертеже не показанные средства наддува ожижающего воздуха или другой газообразной текучей среды FL) и по меньшей мере одно распределительное устройство 14, через которое в псевдоожиженный слой подают поток способствующего росту гранул жидкого вещества F. Гранулятор 9 имеет также устройство (труба 15) с переливной кромкой, которое предназначено для выгрузки из него готовых гранул.
Распределительное устройство 14 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.
Следует отметить, что в рассмотренные выше варианты можно вносить различные изменения и усовершенствования, не выходя при этом за объем изобретения, определяемый его формулой.
Так, например, вместо завихрителя 8 в качестве эмульгирующего устройства можно использовать отверстия 7, оси которых расположены под определенным углом к оси трубки 2 (например по касательной) и которые создают поток газа, направленный по касательной к потоку питательной жидкости. Направленный по касательной к потоку жидкости поток газа при определенной скорости газа создает в потоке жидкости тангенциальную составляющую скорости и меняет направление потока жидкости с чисто осевого на винтовое.
Еще в одном варианте в качестве эмульгирующего устройства используются показанные на фиг.1 отверстия 7, оси которых ориентированы радиально по отношению к оси трубки 2 и которые при определенной скорости проходящего через них газа обеспечивают образование в трубке эмульсии газа в жидкости.
Кроме того, при определенном объеме воздуха или газа, подаваемого в поток жидкости, для образования эмульсии можно использовать всего одно выполненное в трубке 2 отверстие 7, которое, как очевидно, должно иметь соответствующие размеры.
В заключение следует отметить, что выходной конец 4 трубки 2 можно выполнить по существу с постоянным поперечным сечением или в виде не сужающегося, а расширяющегося конуса, а в качестве завихрителя 8 использовать динамический завихритель, например небольшую турбину.
1. Распылитель для распределителей способствующего росту гранул жидкого вещества в грануляторах с псевдоожиженным слоем, отличающийся тем, что он содержит трубку (2), на одном конце которой расположено по меньшей мере одно входное отверстие (3), через которое в трубку подают поток (F) определенного способствующего росту гранул жидкого вещества, а на другом конце - выходное отверстие (5), через которое это вещество выходит из трубки, распределитель (6) потока газа, соединенный с внутренней полостью трубки (2) и расположенный вокруг нее на некотором расстоянии от выходного отверстия (5) трубки, и эмульгирующее устройство (8), связанное с входным отверстием (3) трубки и распределителем (6) и образующее внутри трубки (2) эмульсию потока газа в способствующем росту гранул жидком веществе.
2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что эмульгирующее устройство выполнено в виде завихрителя (8), который расположен в трубке (2) по меньшей мере между одним входным отверстием (3) и распределителем (6) и способен преобразовывать протекающий через трубку (2) в осевом направлении поток способствующего росту гранул жидкого вещества в винтовой поток.
3. Гранулятор с псевдоожиженным слоем, имеющий емкость (10), в которой образуется псевдоожиженный слой (11) затравочных частиц и гранул гранулируемого вещества, устройство (12) для непрерывной подачи в псевдоожиженный слой затравочных частиц, систему (13) ожижения и удержания затравочных частиц и гранул в псевдоожиженном состоянии и по меньшей мере одно распределительное устройство (14), через которое в псевдоожиженный слой подается поток способствующего росту гранул жидкого вещества, отличающийся тем, что распределительное устройство (14) имеет один или несколько распылителей способствующего росту гранул жидкого вещества, содержащих трубку (2), на одном конце которой расположено по меньшей мере одно входное отверстие (3), через которое в трубку подается поток (F) способствующего росту гранул жидкого вещества, а на другом конце - выходное отверстие (5), через которое это вещество выходит из трубки, распределитель (6) потока газа, соединенный с внутренней полостью трубки (2) и расположенный вокруг нее на определенном расстоянии от выходного отверстия (5) трубки, и эмульгирующее устройство (8), связанное с входным отверстием (3) трубки и распределителем (6) и образующее внутри трубки (2) эмульсию потока газа в способствующем росту гранул жидком веществе.
4. Гранулятор по п.3, отличающийся тем, что эмульгирующее устройство выполнено в виде завихрителя (8), который расположен в трубке (2) по меньшей мере между одним входным отверстием (3) и распределителем (6) и способен преобразовывать протекающий через трубку (2) в осевом направлении поток способствующего росту гранул жидкого вещества в винтовой поток.
