Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
Гранулирование из расплава в воздушной среде
Процесс гранулирования веществ из расплавов в башнях включает разбрызгивание расплава, затвердевание и охлаждение капель при их падении в воздушной среде, окончательное
2,0 2,5 3,0 3,5 Диаметр гранулы, ш
охлаждение гранул (преимущественно в кипящем слое, расположенном в нижней части башни или вне ее). Гранулированию обычно подвергают расплавы, содержащие 0,3—1% (масс.) воды, хотя есть сведения о башенном гранулировании растворов, \ содержащих 85—90% карбамида [45].
В последнее десятилетие были созданы математические описания процессов движения жидкости во вращающихся перфорированных оболочках и истечения из этих оболочек, распада струй на капли при естественном и регулируемом истечении, полета капель в движущейся воздушной среде, теплопередачи внутри затвердевающей капли, тепло- и массооб-мена между гранулами и воздухом [46— 49]. Найденные закономерности носят характер, общий для процессов гранулирования любых веществ из расплавов. Поэтому мы остановимся несколько подробнее лишь на работах, специально рассматривающих процессы гранулирования карбамида.
В результате анализа фактических показателей действующих грануляционных башен с применением сравнительного метода расчета [50 ] была найдена зависимость необходимой высоты полета частиц от их средних размеров (табл. V.2) при следующих условиях: температура атмосферного воздуха 296 К; удельный расход воздуха 9,74 кг/кг карбамида (63% воздуха подается в охлаждающий псевдоожиженный слой).
В работе [51] было экспериментально измерено изменение температуры внутри затвердевающей капли расплава карбамида; результаты измерений в сочетании с ранее разработанной математической моделью процесса теплопередачи внутри капли были использованы для расчета температуры гранул в зависимости от их размера и высоты полета. На рис. V.3 представлена зависи-
Рнс. V.3. Зависимость адиабатической температуры гранул карбамида от их диаметра при различной высоте полета [51 ]: /—33 м; 2—40 м; 3—50 м.
Таблица V.2. Зависимость высоты полета частиц, необходимой для и% затвердевания, от размеров частиц [50]
Средний диаметр,
mm
Содержание фракции 2 — 3 мм, % (масс.)
Высота полета,
m
Средний диаметр,
mm
Содержание фра кцин 2 — 3 мм, % (масс.)
Высота полета,
M
1,70
27,5
52
Я 2,15
72,5
75
1,85
42,5
59
"г 2,30
87,5
82
2,00
57,5
66
а б в г д е ж
з и к л M н о
Рис. V.4. Конструкции центробежных разбрызгивателей расплава [46]:
а — полый конический; б — полый с обратными конусами; в — конический с радиальными лопастями; г — конический с горизонтальными перегородками; д — конический с независимо вращающимися лопастями; е — конический с винтовыми лопастями; ж — полый цилиндрический; з, и — цилиндрические с радиальными лопастями; к — цилиндрический с внутренним перфорированным цилиндрическим распределителем; л — цилиндрический с горизонтальными перегородками; м — полый ступенчатый; к — полый параболоидный; о — полый чашеобразный.
мость адиабатической температуры 1 гранул карбамида от их диаметра при различной высоте полета, начальной температуре воздуха 303 К и удельном его расходе 12,5 кг/кг карбамида по данным [51 ]. Известно, что для предотвращения слипания гранул в охлаждающем кипящем слое необходимо, чтобы их температура на входе в слой была не выше 395—400 К- Из рис. V.3 видно, что при высоте полета 50 м это условие выполняется для гранул размером до 2,8—3 мм. Это находится в удовлетворительном соответствии с результатами [50].
Разбрызгиватели расплава. По характеру действия разбрызгиватели, применяющиеся в грануляционных башнях, разделяются на центробежные и статические.
На рис. V.4 схематически изображены некоторые конструкции центробежных разбрызгивателей (пунктирными линиями обозначены перфорированные поверхности). Применяемые разбрызгиватели имеют преимущественно цилиндрическую (рис. V.4, ж—л) или коническую форму (рис. V.4, а—е). Цилиндрические разбрызгиватели более просты в изготовлений и обеспечивают получение продукта, имеющего более равномерный гранулометрический состав, благодаря одинаковой окружной скорости всех отверстий истечения и меньшим, чем у конических, различиям напора расплава перед отверстиями по высоте разбрызгивателя. С другой стороны, конические разбрызгиватели и разбрызгиватели с криволинейным профилем уменьшают неравномерность распределения
1 Адиабатической называют температуру, которая установилась бы в грануле в результате ее адиабатического термостатирования в конце полета [49].
нагрузки по сечению башни, хотя для любого полого центробежного разбрызгивателя эта неравномерность весьма значительна (рис. V.5).
Секционирование полости разбрызгивателя радиальными перегородками (рис. V.4, в, з, и) обеспечивает вращение расплава с угловой скоростью, соответствующей скорости вращения оболочки, что приводит к выравниванию коэффициента сжатия струи по высоте оболочки, увеличению скорости истечения струй в верхней ее части и снижению неравномерности орошения башни: площадь слабо орошаемого центра снижается с <~30 до 5—7%, а максимальная нагрузка превышает среднюю лишь на 15—20%, тогда как у полых разбрызгивателей — почти в 2 раза [48].