Грануляционные башни

Гранулирование из расплава позволяет гранулировать любые продукты, имеющие четко определенную температуру плавления и относительно низкую вязкость.

Процесс грануляции прост, экономичен, идет с небольшим выделением пыли и ретура. Потребление электроэнергии и тепла ниже, чем барабанных, капитальные затраты на 5 % ниже, чем для других процессов,(рисунок 106).

Недостатки грануляционных башен: высокая температура получаемых гранул на выходе из башни; использование объема на 50 %, большие капитальные затраты на строительство; громоздкость.

Процесс осуществляют в высоких полых башнях (грануляционных), в которых падающие капли охлаждаются встречным потоком воздуха. Для разбрызгивания плавов применяют неподвижные, вращающиеся и вибрационные диспергирующие устройства, обеспечивающие получение сферических гранул преимущественно размером 13 мм. Нижнюю часть грануляционных башен снабжают холодильниками, в которых охлаждение гранул происходит в кипящем слое, что позволяет достигнуть высокой эффективности охлаждения.

Механизм гранулообразования заключается в распаде истекающих из гранулирующего устройства струй на капли, которые, ох охлаждаясь во встречном потоке воздуха, превращаются в гранулы. При падении капля (гранула) отдает тепло потоку охлаждающего воздуха. При этом охлаждение и кристаллизация плава начинается с поверхности, а при достижении температуры кристаллизации происходит образование твердой оболочки, толщина которой по мере движения капли (гранулы) увеличивается. Таким образом, фронт кристаллизации продвигается в центр гранулы по радиусу с соответствующим выделением тепла кристаллизации. При достижении поверхностью гранулы температуры следующего модификационного перехода фронт этого перехода с соответствующим тепловыделением начинает перемещаться вслед за фронтом кристаллизации. Аналогично происходят и дальнейшие модификационные переходы в структуре гранулы, которые осложняют процесс нестационарной теплопередачи.

1 - грануляционные башни; 2 - разбрызгиватели плава; 3 - баки для плава; 4 - выпарные аппараты; 5 - желоб для плава; 6 - емкость; 7, 9 - сепараторы; 8 - напорный бак; 10 - вытяжные трубы; 11 - осевые вентиляторы; 12 - барометрические конденсаторы; 13 - барометрические ящики; 14 - транспортер.

Рисунок 106- Грануляционная башня.

Распад струй и образование капель

Истечение струй из отверстий разбрызгивающего устройства и их последующий распад на капли является сложным гидродинамическим процессом.

При выходе из отверстия под действием шероховатостей его наружной кромки струя жидкости приобретает небольшие возмущения. На характер возмущения влияет также следующие факторы: отклонение выходного отверстия от правильной цилиндрической формы, завихрения в сопле, наличие пузырьков воздуха в струе, степень сжатия струи и т.п. Под воздействием возмущений частицы жидкости, находящиеся на поверхности струи, испытывают различного рода смещения, что приводит к деформации струи. Между тем силы поверхностного натяжения стремятся сократить общую поверхность струи; и возмущенные частицы жидкости возвращаются в прежнее положение. В результате взаимодействия внешних возмущений и сил поверхностного натяжения жидкости на поверхности струи возникают колебания. По мере истечения амплитуда колебаний увеличивается, и струя распадается на отдельные частицы.

Наибольшее распространение в качестве распределителей плава получили центробежные распылители (рисунок 107).

Распылитель вращается со скоростью 400 - 450 об/мин. Нагрузка приходится в основном на небольшое кольцевое сечение, находящееся на расстоянии 4 - 6 м от оси.

Число отверстий в грануляторе зависит от нагрузки на плаву. Для поддержания заданной температуры расплава в распылительном устройстве предусмотрена паровая рубашка. В зависимости от скорости вращения максимальная нагрузка будет по периферии или по центру башни. Грансостав зависит от частоты вращения гранулятора и от размера отверстий на его боковой поверхности.

Недостатки: выбрасываются неодинаковые по размеру капли. Трудность балансировки и обслуживания. Распыливающие сопла высокого давления характеризуются получением гранул однородных по размеру.

Форсунки высокого давления Р = 50 - 200 кг/м², используются при высокой нагрузке на плаву.

0собенности движения гранул в грануляционной башне

Характер движения гранул и закономерности их распределения по сечению башни во многом определяют эффективность теплообмена и гранулообразования, в том числе и время и высоту падения гранул. Для описания особенностей и выбора уравнений движения гранул в башне необходимо, прежде всего, установить степень стесненности капель (гранул) и режим их обтекания газовым потоком.

Изменение структуры гранул во время полета. Особенности теплообмена при охлаждении гранул в псевдоожиженном слое

Формирование структуры гранул из капель рас плава во время их полета в башне является следствием процессов нестационарного теплообмена, осложненного действием внутреннего источника тепла в виде теплоты кристаллизации.

1 - разбрызгиватель плава, состоящий из трех поясов отверстий 1, 1.2, 1.4 мм; 2 сосуд для перелива; 3 - электродвигатель; 4 - змеевики для подогрева плава; 5 - воздушник.

Рисунок 107- Центробежный распылитель.

3адачей инженерного расчета обычно является определение высоты башни или времени падения гранулы, в течение которого она затвердевает на столько, что уже не деформируется при падении на коническое днище башни или в плотную фазу кипящего слоя. Поскольку прочность гранулы по мере ее охлаждения (кристаллизации) непрерывно растет, важно установить такую температуру, при которой соотношение кристаллов вещества и жидкой фазы обеспечивает необходимую твердость структуре гранулы.

Охлаждение гранул в современных грануляционных башнях завершается, как правило, в псевдоожиженном слое, расположенном в нижней части башни. Теплообмен между твердыми частицами и газом в псевдоожиженном слое характеризуется следующими особенностями: температура твердых частиц (гранул) t практически постоянна в объеме всего псевдоожиженного слоя, температура охлажденного агента (воздуха) t_в изменяется на активном участке (вблизи газораспределительной решетки) t_а и практически постоянна в остальном объеме слоя.