ОСНОВНІ ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ
Виробництво котунів у залізорудній промисловості. Простота апаратурного оформлення процесу, можливість керування (до певних меж) зміною числа оборотів апарату, можливість отримання грануляту високої міцності — все це зумовило широке поширення гранулювання обгортанням у багатьох галузях промисловості. До переваг цього процесу належать також малі втрати продукту (іноді вони взагалі відсутні).
Різноманітні процеси гранулювання все ширше застосовують у традиційній технології виробництва. У більшості випадків на практиці починають з окочування, тому що воно надійніше та простіше інших способів, а потім уже переходять до більш складних процесів. Показовою в цьому відношенні є залізорудна промисловість, де довгий час домінуючим процесом підготовки шихти для доменних печей була агломерація. Але з кінця 40-х років починається бурхливий розвиток виробництва котунів з тонких концентратів збагачення залізних руд. У за 10 років (1955—1964) виробництво котунів зросла з 1,5 до 26,5 млн. т [11]. Швидко зростає виробництво котунів і в нашій країні, що пов'язано з необхідністю гранулювання (або, як заведено говорити в залізорудній промисловості, окускування) дедалі більших кількостей тонких концентратів магнітної сепарації та флотації. При цьому відповідно до встановлених нами закономірностей те, що було недоліком концентратів при агломерації - їх малі розміри, що призводили до збільшення опору проходу газів, погіршення якості агломерату та зниження продуктивності установки, при гранулюванні стає їх перевагою, оскільки дозволяє отримувати гранули високої міцності, що потрібно для успішного здійсненнядоменного процесу.
Обкатування піддаються концентрати, 76-100% яких складається з фракції менше 50 мкм. Як сполучна речовина застосовується вода, суспензії бентоніту, вапняне молоко, розчини соди, рідке скло і т. д. [11].
Широке застосування в залізорудній промисловості знаходять гранулюючі барабани. Довжина барабана 9-10 м, діаметр 3 м. Відношення довжини барабана до діаметра приймається рівним 2,5-3. Кут нахилу барабана 2-4, що забезпечує повільне переміщення матеріалу від місця завантаження до розвантажувального гуркоту, конструктивно з'єднаного з барабаном для запобігання руйнуванню котунів при їх падінні на гуркіт. Число оборотів барабана в кожному випадку (для кожної суміші) підбирають дослідним шляхом, воно становить 6-15 об/хв., при цьому окружна швидкість барабана 30-80 м/хв. За меншої швидкості концентрат сповзає по стінці без скочування, при більшій — гранули руйнуються. Розмір гранул 20-40 мм.
Для усунення ковзання внутрішні стінки барабана роблять шорсткими, іноді їх покривають бетоном. Продуктивність барабанних грануляторів перевищує 40 т/год.
Недоліком є неоднорідність готового продукту і внаслідок цього велика кількість повернення на гуркоті, який практично перевищує кількість шихти в 3-4 рази. Цього позбавлені тарілчасті гранулятори, всі
більш витісняючі барабанні. Діаметр тарілчастих грануляторів до 5 м, швидкість обертання 5-15 об/хв. Кут нахилу осі обертання до вертикалі 30 55 °, продуктивність до 40 т/год. /
Гранулятори з кільцевим жолобом, куди потрапляють гранули, що перевалилися через борт, дозволяють одержувати двошарові гранули.
Останнім часом знайшли застосування при виготовленні котунів також конічні гранулятори, що поєднують у собіелементи барабанних та тарілчастих апаратів. Тарілчасті та конічні гранулятори мають більш високу питому продуктивність і легше піддаються регулюванню завдяки можливості зміни траєкторії гранул при окочуванні зміною нахилу осі апарату.
Виробництво добрив. Процеси гранулювання все ширше використовуються в одній з найважливіших і багатотоннажних галузей хімічної промисловості - виробництві добрив. У виробництві гранульованих добрив поєднані процес гранулювання та технологічний процес отримання продукту. У процесах отримання суперфосфату, які були розроблені в 20-і роки, використовувався надлишок сірчаної кислоти, що призводило до великого виділення тепло на стадії аммонізації. Тепло, що виділилося використовувалося для видалення вологи. З цією метою процес проводився в сушильному барабані, що обертається, який одночасно був гранулятором.
При обгортанні дуже важливу роль грає пластичність вихідного матеріалу. Як показали дослідження, змочені кристалічні добрива, у тому числі сульфат амонію, хлористий калій, карбамід і нітрат амонію, набагато менш пластичні у великокристалічному стані, ніж у тонкоподрібненому. Хороші пластичні властивості мають свіжий вологий суперфосфат, що складається в основному з дрібних частинок, об'єднаних в агрегати, що мають високу гнучкість (рис. 28) [581. Пластичність суперфосфату пояснюється здатність його до гранулювання, а також легкість гранулювання сумішей, що містять суперфосфат.
Сприятливо позначається на протіканні процесу гранулювання присутність у вихідному матеріалі дрібних фракцій, оскільки при цьому підвищується координаційне число взаємодіючих частинок. При гранульуванні відбувається перемішування, перекиданняі обгортання матеріалу. Частки багаторазово стикаються, завдяки чому відбувається агломерування. Цьому особливо сприяє сполучна, яка вводиться в добриво або перед подачею його в апарат, або відразу після завантажувального пристрою. Зазвичай як сполучна використовується вода, але при гранулюванні змішаних добрив можна застосовувати розчини, що амонізують, фосфорну або сірчану кислоту, а також пульпи добрив.
Основним типом гранулятора для добрив поки залишається горизонтальний барабан, що обертається (рис. 29) [48]. Гранулятор включений до технологічної схеми виробництва добрив. Зазвичай процес гранулювання поєднується з нейтралізацією вільної кислотності твердими добавками, головним чином, крейдою або вапняком. Після виходу з гранулятора продукт класифікується на гуркіті на три фракції: 1 - гранули розмірами більше 4 мм подаються на валко-
ву дробарку І після З' дрібніння - знову на гуркіт; 2 - готовий продукт, що має розміри від 2 до 4 мм; 3 - дрібниця з розмірами
Мал. 29. Схема отримання гранульованого суперфосфату: бункер для суперфосфату; 2 - бункер для нейтралізуючої добавки; 3 - стрічковий живильник; 4 - валкова дробарка; елеватори; 6 - транспортери; 7 - гранулятор; 8 - сушильний барабан; 9 - гуркіт; 10 - дробарка; І - бункер для готового
гранул менше 2 мм використовується у вигляді ретуру для ініціювання гранулоутворення.
У роботі 158] описаний барабанний гранулятор для добрив, що має довжину 7,5 м і діаметр 1,4 м, встановлений з кутом нахилу 2°; барабан робить 75 об/хв (окружна швидкість 0,51 м/с); при об'ємі суперфосфату в барабані 3 м3 час обгортання становить 7 хв. Продукт у грануляторі змочується до вмісту 16-18%, а потім досушується у сушильному барабані.
Барабанні гранулятори все частіше замінюють дисковими, які здатні працювати без зволоження та сушіння суперфосфату. У виробництві змішаних добрив у них одночасно з грануляцією проводять амонізацію (48).Гранулятор являє собою плоский циліндр діаметром близько 4 м, висотою 0,36 м, розташований під кутом 30-50 ° до горизонту, що обертається з частотою 14 об/хв. і у всіх дискових грануляторах, у ньому відбувається класифікація матеріалу – великі гранули перевалюються через борт, а дрібні котаються до потрібних розмірів.
Амонізатори-гранулятори TVA поєднують у собі амонізацію та грануляцію [82] і зазвичай складаються з двох частин: у першій - (Vs або 2/3 довжини барабана) йде процес аммонізації, у другій - власне грануляція. Загальна довжина - 3-5 м. При виробництві добрив з рідкої сировини відпадає необхідність у секціонуванні барабана. У цьому випадку відношення діаметра до довжини становить 1 : 2 Такі апарати забезпечують загальну продуктивність від 40 до 50 т/год і чисту продуктивність близько 15 т/год при кратності рециклу 2.
Перебіг процесів грануляції та амонізації залежить від частоти обертання барабана (об/хв), яка впливає на рух матеріалу та визначається за формулою
де D - діаметр барабана, м.
Встановлено, що для - амонизатора-гранулятора TVA оптимальна частота становить20 -30% І7кріт [82]. При грануляції без аммонізації рекомендуються вищі швидкості. Для більшості випадків у Z? Cap
2 м частота обертання дорівнює 10-14 об/хв.
Для очищення стінок застосований скребок зі зворотно-поступальним механізмом, що складається з окремих лопаток або зубів, укріплених на рамі, яка здійснює 5-10 циклів за хвилину.
У США на установках типу TVA виробляється близько 2/3гранульованих добрив.
Виробництво сажі. Сажа широко застосовується в гумовій промисловості, для виробництва фарб і т. д. В даний час основні види сажі виробляються в гранульованому вигляді, що дозволило вирішити проблему
Мал. 30. Барабан для гранулювання сажі сухим способом.
транспортування її у виробництві, усунути слежива- ність при зберіганні, покращило санітарні умови праці [24].
Сажу гранулюють обгортанням із застосуванням сполучного (мокрий спосіб) або без нього (сухий спосіб). Механізм гранулоутворення при окочуванні порошку сажі відповідає описаному вище. Деякі дослідники відзначають, що агломерація частинок при цьому викликається також хімічними силами, хімічний зв'язок при гранульуванні сажі здійснюється за механізмом вільних радикалів, що призводить до незворотних змін, виявлених у гранульованих сажах. Хімічна природа агломерування частинок сажі підтверджена експериментом: сажі, з яких видалені леткі речовини, отже, втратили більшу частину вільних радикалів, погано гранулюються [241.
За сухим методом сажу гранулюють з обов'язковою подачею деякої кількості дрібних гранул в апарат. Повернення може становити до 25% загальної подачі сажі в апарат (рис. 30) [24]. Грануляційний барабан / складається з двох секцій, розділених перегородкою із прикріпленою до неї діафрагмою. Барабан спирається на 16 автомобільних коліс з шинами 2. Сажа подається шнеком 4 поживний жолоб 5, а з нього - в першу секцію барабана. Розміром отворів у діафрагмі 9 забезпечується сталість рівня сажі у першій секції. Рівень сажі в другій секції барабана регулюється лопатями розвантажувального пристрою 8, які при обертанні барабана зачерпують готові гранули іпересипають їх у вихідне
Мал. 31. Самозатравлюючий гранулюючий барабан.
отвір 6. На нерухомому валу 3 закріплені скребки 10, службовці для видалення зі стінок барабана сажі, що прилипла. Вузли завантаження та вивантаження барабана герметизуються ущільнюючими фланцями 7. Частоту обертання барабана можна змінювати в межах 4,2-5,5 об/хв, що дозволяє впливати на якість грануляту та продуктивність барабана. Потужність електродвигуна приводу становить 14 квт. Габаритні розміри апарату марки АСА-1 4940 х Х5250 х 4100 мм, він забезпечує продуктивність 10 т/добу.
Для гранулювання сажі сухим методом розроблені барабани продуктивністю 20 та 30 т/добу. У барабані, що самозатравлюється (мал. 31) подача пилу сажі проводиться шнеком /, а повернення гранул на «затравлювання» — ківшами 2, які захоплюють гранульовану сажу і висипають її частково у вивантажувальну течку 3, а частково — у шнек 4, повертає у передню частину барабана. Переваги сухого методу полягають у високій продуктивності та простоті апаратури, хорошому
як гранулят, що володіє достатньою міцністю і не вимагає подальшої обробки. Однак цим методом можна гранулювати лише деякі види сажі, причому зазвичай потрібно попереднє ущільнення, що обмежує його застосування.
Мокрий метод дозволяє гранулювати будь-які види сажі без попереднього ущільнення. Як змочувач використовують воду або 1,5%-ний водний розчин
меляси - відходу цукрового виробництва. Процес гранулювання сажі протікає на кілька стадій: 1 — сма
чування-проникнення вологи в порожнечі між частинками сажі, змочування гідрофільних ділянок частинок і зв'язування їх рідинними містками; 2 - перемішування таагломерування, при цьому процес заповнення проміжків між частинками інтенсифікується та утворюються міцні агломерати сажевих структур; 3-окочування агломератів, набуття ними кулястої форми 124]. При гранульуванні сажі за мокрим методом волога вводиться у співвідношенні 1:1 до кількості сажі, що подається, тому потрібна інтенсивна сушіння гранул.
Змішувачі-гранулятори сажі розрізняються кількістю ступенів та розмірами. Двоступінчастий змішувач-гранулятор (рис. 32) складається з двох барабанів першого ступеня /, в яких відбувається змішування сажі з водою або розчином меляси, і розташованого під ними барабана другого ступеня 2, в якому відбувається гранулювання сажі. У верхній частині змішувальних барабанів встановлюються форсунки 3 для подачі сполучного. Корпуси барабанів нерухомі, гранулируемая маса наводиться в рух роторами 4, розташованими всередині барабанів, що являють собою вали з пальцями 5, розташованими по осьової лінії.
Основні технічні характеристики змішувачів-грануляторів сажі наведено у табл. 5.
Технічні характеристики змішувачів-грануляторів для сажі