Тарельчатый гранулятор расчет

     2.2.  Методы гранулирования

Для гранулирования материалов в отечественной и  зарубежной практике применяют различные  методы и аппаратуру. Все процессы гранулирования можно классифицировать следующим образом:из жидкой фазы диспергированием на капли с последующей кристаллизацией при обезвоживании или охлаждении; из твердой фазы прессованием с последующим дроблением брикетов до гранул требуемого размера; из смеси жидкой и твердой фаз агломерацией порошков с последующим окатыванием агломератов и упрочнением связей между частицами при удалении жидкой фазы; из газообразной фазы конденсацией (десублимацией) с образованием твердых гранул; из смеси жидкой и газообразной фаз с осуществлением химической реакции; из смеси жидкой, твердой и газообразной фаз с осуществлением химической реакции. Образование твердых частиц необходимого размера при гранулировании происходит либо одновременно, либо постепенно. Поэтому различают процессы гранулирования, протекающие без изменения размеров частиц во времени, с изменением размера частиц во времени и с образованием новых частиц и ростом имеющихся частиц. В зависимости от требований, предъявляемых к гранулометрическому составу продукта, получаемые при гранулировании мелкие частицы либо возвращают в процесс (ретурный процесс), либо не возвращают (безретурный процесс). Эффективность процесса гранулирования зависит от механизма гранулообразования, который, в свою очередь, определяется способом гранулирования и его аппаратурным оформлением. В связи с этим методы гранулирования целесообразно классифицировать следующим образом: окатывание (формирование гранул, - достигаемое агломерацией или наслаиванием частиц); диспергирование жидкости в свободный объем или нейтральную среду (образование и кристаллизация капель жидкости при охлаждении в воздухе, масле и т.п.. прессование сухих порошков с получением брикетов, плиток и т. п., с последующим их дроблением на гранулы требуемого размера; диспергирование жидкости на поверхность частиц во взвешенном состоянии (кристаллизация тонких пленок на поверхности частиц); чешуирование (охлаждение жидкости на инородной поверхности); формование или экструзия (продавливайте пастообразной массы через отверстия).  

     2.3 Принработы тарельчатого гранулятора

     На  рисунке 2.1. изображены устройство и принцип работы тарельчатого гранулятора, продукция которого характеризуется небольшими расхождениями в размерах гранул и высоким коэффициентом сферичности. Для получения необходимого размера гранул подбирают соответствующий режим работы гранулятора. Чаще всего варьируют угол наклона тарели, места подачи шихты на нее, точки доувлажнения шихты, положения скребков на тарели. 

     1 - транспортер гранул: 2 - транспортер подачи шихты, 3- водопровод с форсунками, 4 - бортовой скребок, 5- донный скребок, 6- тарель,7 - привод вращения тарели, 8 - механизм регулирования угла наклона тарели,  
9 - опорная рама 

     Рисунок 2.1. Схема устройства и работы тарельчатого гранулятора 

     Для получения необходимого размера  гранул подбирают соответствующий  режим работы гранулятора. Чаще всего варьируют угол наклона тарели, места подачи шихты на нее, точки доувлажнения шихты, положения скребков на тарели. Получение продукта монофракционного состава важно для увеличения удельной вместимости массива, т. к. в этом случае объем пустот в слое в сравнении с полифракционным уменьшается на 10—15 %. Соответственно возрастает уровень использования площади хранилища. По нашему мнению, целесообразно получать на складирование гранулы размером 10—15 мм, т. к. в этом случае, с одной стороны, сохраняется высокой производительность процесса (рисунок 1.4), с другой — при транспортировании и утилизации без особых затруднений возможно использовать оборудование, обычно применяемое в технологии получения заполнителей для щебня и гравия, имеющих примерно те же размеры.  

     Выход гранул, т/ч 

     Рисунок 2.1. Зависимость среднего диаметра гранул от производительности гранулятора 

     Чаша  сварной конструкции выполнена  для удобства транспортировки из двух половин, соединенных между  собой болтами. Опора 3 представляет собой жесткую сварную раму со смонтированной в ней на подшипниках  качения вращающейся осью 2, на верхнем  коническом хвостовике которой неподвижно закреплена чаша. Осевые усилия воспринимают установленные в нижней части  рамы упорные подшипники.

     Привод  вращения чаши, смонтированной на опоре, состоит из электродвигателя  постоянного  тока, муфты, коническо-цилиндрического редуктора и тахогенератора, связанного с валом электродвигателя кинематической зубчатой передачей. На выходном валу редуктора расположена шестерня 6а, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом, который закреплен на чаше и вращает ее при включении электродвигателя. Опора валиками  шарнирно закреплена на раме, состоящей из двух  стоек, которые жестко соединены между собой поперечной балкой.

     Механизм  наклона чаши состоит из тяги-винта, связывающего между собой балку  и часть опоры, к которым шарнирно прикреплены тяги винтовой пары  и червячной передачи. При вращении вала червяка вручную винт, связанный  гайкой с червячным колесом, совершает  поступательное движение, изменяя угол наклона чаши.

     Внутреннюю  поверхность борта и днища  чаши очищают от налипшего материала  механизмом очистки, состоящим из бокового и шести регулируемых радиальных ножей.

     Увлажнение  поступающей в чашу шихты производят форсунками с индивидуальными трубопроводами, выполненными в виде гибких шлангов  с вентилями для регулирования  расхода воды.

     Из  чаши готовые окатыши выгружают  на конвейер при помощи лотка, прикрепленного к каркасу. Мощность двигателя вращения чаши 95 кВт. Скорость вращения чаши 24 об/мин. Производительность гранулятора 30-40 т/ч.

      3 Теоретическая часть 

     3.1 Процесс гранулирования

      Процесс гранулирования в тарельчатом грануляторе зависит от многих параметров: физико-химических свойств и влажности гранулируемого материала, угла наклона, скорости вращения и высоты борта тарелки, точности дозирования, места подачи исходного материала и влаги на тарелку, дисперсности капель увлажняющего раствора и площади смачивания гранулируемого материала на тарелке, скорости подачи исходных материалов в гранулятор и т. д. Гранулирование практически начинается с момента подачи на тарелку сыпучего материала и жидкой фазы.     Существенное влияние на процесс гранулообразования оказывает влажность смеси. Графическая зависимость среднего диаметра гранул от их влажности показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Зависимость среднегодиаметра получаемых гранул 

     Рисунок 3.2 Зависимость минимального диаметра получаемых гранул (кривая 1) и соответствующей ему влажности (кривая 2) от угла наклона чаши 

     Минимум на кривой характеризует переход  от одного механизма гранулообразования равномерного накатывания материала к другому образованию гранул путем агломерации и накатывания. Приведенная зависимость показывает, что в одних и тех же условиях гранулирования можно получать гранулы различной структуры, но одинакового размера при двух значениях влажности (W). При этом крутой подъем ветвей кривой d_cp=f(W) свидетельствует о значительном влиянии влажности гранулируемого материала на размер гранул, а точность поддержания этого параметра — на степень однородности продукта. Процесс гранулирования наименее чувствителен к изменению влажности материала лишь в области точки минимума; колебание влажности в пределах ± 1 % не нарушает стабильной работы аппарата и не изменяет однородности готового продукта. Поэтому оптимальным считают тот режим гранулирования, при котором влажность, обеспечивающая получение гранул заданного размера, соответствует точке минимума на кривой d_cp=f(W).

     Вид зависимости сохраняется и при  изменении угла наклона (а) тарельчатого гранулятора в диапазоне от 40 до 50°. Влияние угла наклона тарельчатого гранулятора на нижний предел крупности гранул при постоянной окружной скорости движения тарелки показано на рис. 6. Из рисунка видно, что увеличение угла наклона тарелки способствует смещению точки минимума, а следовательно и оптимального режима гранулирования в области получения более мелких гранул. При угле наклона тарелки более 45° изменяется в сторону уменьшения и соответствующая точка минимума влажности гранулята.

     Для обеспечения стабильности процесса в режимах, не отвечающих точке минимума на кривой d_cp=f(W), требуется очень высокая точность (±0,1%) дозирования увлажняющего раствора. В этих условиях влияние угла наклона тарелки на размер гранул характеризуется кривыми, приведенными на рисунке 3.3.

     Рисунок 3.3.Зависимость среднего диаметра

     Получаемых  гранул от угла наклона чаши различной  влажности гранул (W):1-9%, 2-10%, 3-11%, 4-12%, 5-13%. 

Рисунок 3.4. Зависимость (кривые 1 и ), (кривая 2) и влажность (кривая 3), соответствующей , от скорости движения чаши:

1-а=40˚; 1-а=47˚ 

     Вид кривых довольно сложен и определяется значением влажности сходящих с  тарелки гранул. При W ≤ 11 % кривые имеют  точку максимума, и увеличение угла наклона более 45° сопровождается уменьшением среднего диаметра гранул. При W ≥ 11% кривые проходят через минимум, и увеличение угла наклона тарелки  более 46° приводит, наоборот, к укрупнению гранул. Увеличение угла наклона тарелки  более 45° сопровождается резким снижением  влажности, необходимой для получения  гранул данного размера. Вид кривых, приведенных на рисунке 3.2, свидетельствует о том, что при достаточно высокой точности дозирования увлажняющего раствора угол наклона тарелки является фактором активного воздействия на размер получаемых гранул.

     Влияние окружной скорости движения тарелки (в  пределах W = 0,4—0,95 м/с) на гранулометрический состав продукта показано на рисунок  3.4. Из приведенных кривых видно, что с возрастанием W до определенного значения средний диаметр гранулированного продукта увеличивается. Таким образом, путем уменьшения скорости движения тарелки при постоянном угле наклона можно значительно расширить диапазон размеров гранул. Исследования влияния окружной скорости движения тарелки на характеристику точки минимума кривой d_cp=f(W) в интервале W = 0,5—0,7 м/с показали, что с возрастанием скорости движения средний минимальный диаметр получаемых гранул также несколько увеличивается при практически неизменном значении соответствующей влажности. Следовательно, изменение скорости движения тарелки в указанных пределах не нарушает работы гранулятора в оптимальном режиме. Это делает параметр W наиболее удобным для практического регулирования процесса.

     Рисунок 3.5. Влияние влажности гранулята на его пористось(кривая 2) и механическую прочность при испытании на удар (кривая 1), истирание (кривая 3), максимальную высоту падения сырых гранул (кривая 4) и на раздавливание (кривая 5).

     На  рисунке 3.5. приведена зависимость основных характеристик качества гранулированного продукта от его влажности. Как видно, из рисунка, наиболее низкой прочностью обладают гранулы, полученные в режимах гранулирования левой ветви кривой d_cp=f(W).Наиболее прочные на истирание и удар получаются гранулы при влажности, отвечающей (и несколько выше) точке минимума на кривой d_cp=f(W). При изменении № от 6 до 12% гранулы уплотняются. Несмотря на увеличение влажности гранул, их пористость уменьшается, что, по-видимому, способствует повышению механической прочности гранул. Дальнейшее увеличение W приводит к возрастанию пористости сухих гранул и, как следствие, к снижению их прочности на истирание и удар. Прочность гранул на раздавливание при этом, наоборот, резко возрастает. Очевидно, на указанную характеристику в большей степени влияет расход связующей добавки или пористость гранул. Следовательно, чтобы получить гранулы с более высокой прочностью на раздавливание, чем это соответствует оптимальному увлажнению, необходимо повысить концентрацию связующего раствора.Зависимость механических свойств гранул от угла наклона тарелки показана на рисунке 3.6.  

     Рисунок 3.6. Влияние угла наклона чаши на механическую

     прочность гранул при испытаниях на истирание (а), раздавливание (б) и удар (в) при  различной влажности получаемого гранулята W:

     1-8%, 2-9%, 3-10%, 4-11%, 5-12%, 6-13%, 7-14%. 

     Из  рисунка видно, что характер механических свойств гранул в значительной степени определяется влажностью получаемых гранул. При гранулировании в режимах правой ветви кривой d_cp=f(W) наиболее прочные гранулы получаются при малых углах наклона чаши, когда продолжительность процесса велика; при гранулировании в режимах левой ветви этой кривой наиболее прочные гранулы отвечают более высоким значениям а. Максимально прочные гранулы получаются при сочетании высокой степени увлажнения и малых углов наклона тарелки, когда расход связующей добавки на единицу исходного материала и время гранулирования наиболее велики.

     Увеличение  скорости движения тарелки гранулятора позволяет существенно повысить прочность гранул на раздавливание и в значительно меньшей степени — на истирание. При этом пористость гранул и их прочность (при испытании на удар) после сушки практически не изменяются (рисунок 3.7).