Результат интеллектуальной деятельности: ГРАНУЛЯТОР С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В НЕМ РАСПЫЛИТЕЛЬ

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.