Содержание
Анализ технического задания
Введение
1. Характеристика методов гранулирования
1.1 Гранулирование окатыванием
1.2 Гранулирование распыливанием жидкости на поверхность частиц
1.3 Грануляторы с псевдоожиженным слоем
1.4 Гранулирование диспергированием расплавов во встречном потоке воздуха
1.5 Гранулирование прессованием
2. Классификация аппаратов
3. Технологическая часть
3.1 Технологическая схема
3.2 Материальный баланс барабанного гранулятора - сушилки
3.3 Расчет расхода влаги, удаляемой в процессе сушки
3.4 Тепловой баланс барабанного гранулятора - сушилки
3.5 Определение основных параметров аппарата
Заключение
Список используемой литературы
Анализ технического задания
Целью курсовой работы является изучение и раскрытие сущности гранулирования, а конкретно барабанных грануляторов. Для раскрытия поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- охарактеризовать процесс гранулирования;
- рассмотреть методы гранулирования;
- рассчитать Материальный баланс барабанного гранулятора - сушилки;
- Рассчитать расход влаги, удаляемой в процессе сушки;
- Рассчитать тепловой баланс барабанного гранулятора - сушилки;
- Определение основных параметров аппарата;
В настоящее время в химической промышленности производства известна технологическая схема, включающая в себя следующие операции: грануляцию, сушку, охлаждение, рассев готового продукта на грохотах и дробление крупных фракций на дробилках и мельницах.
Решением задач является определение основных габаритов гранулятора (диаметр, длина) на заданную производительность по готовому продукту Gпр, т/ч, имея следующие технологические характеристики процесса: средний диаметр гранул продукта, мм, dср, средний диаметр частиц рецикла, мм, dр, начальное влагосодержание рецикла, %, Wро; соотношение длины к диаметру барабана, К; время пребывания в грануляторе, t, мин; температура гранулирования, t, 0С; коэффициент заполнения барабана, Ф, %, насыпная масса шахты, т/м3; плотность материала, т/м3; растворимость материала при 70 0С, S, кг/кг; диаметр гранул, соответствующий началу гранулообразования, d0, мм; содержание жидкой фазы, соответствующее началу гранулообразования, Р, кг/кг; технологически необходимое содержание рецикла в шихте,; скорость скатывания частиц в слое, vск, м/с.
Введение
Цели и способы гранулирования, их аппаратурное оформление, свойства сырья и продуктов, требования к качеству последних настолько разнообразны, что не представляется возможным без научной систематизации использовать результаты, полученные в условиях, отличающихся от требуемых. Изучение сущности, механизма и средств реализации разнообразных процессов гранулирования входит в науку о процессах и аппаратах химической технологии и базируется на общих законах физической химии, гидродинамики дисперсных материалов и тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах. Становлению науки о процессах гранулирования предшествовала длительная стадия эмпирического развития техники и технологии гранулированных материалов.
В настоящей курсовой работе рассмотрены общие закономерности процессов гранулирования, обусловленные взаимодействием частиц в местах их контакта, предложена классификация методов гранулирования, даны теоретические представления о физической сущности этих явлений, отмечены особенности методов. Теоретические разработки и экспериментальные данные использованы при создании методик расчета режимов работы и основных размеров барабанного гранулятора сушилки.
1. Характеристика методов гранулирования
Гранулирование - направленное укрупнение частиц, то есть это процесс превращения порошкообразного материала в зерна определенной величины. Гранулирование предотвращает расслаивание смесей сыпучих материалов, а так же способствует улучшению сыпучести массы, которое происходит в результате значительного уменьшения суммарной поверхности частиц при их слипании в гранулы и, следовательно, соответствующего уменьшения трения, возникающего между частицами при движении. Образующийся гранулят, при условии равенства размеров получаемых гранул, приобретает достаточно постоянную насыпную массу, а так же обеспечивает равномерную скорость поступления в матричное гнездо строго определенного количества массы. [1]
Методы гранулирования
Гранулирование-это совокупность физико-химических и физико-механических процессов, обеспечивающих формирование частиц определенных размеров, формы, структуры и физических свойств. В общем случае гранулирование включает следующие стадии:
- подготовку исходного сырья (дозирование и распределение компонентов);
- собственно гранулирование (агрегирование, кристаллизация и др.);
- выделение товарного продукта (классификация по размерам, дробление крупных фракций).[3]
Гранулирование осуществляют из жидкой, твердой, газообразной фаз, а также из любой их комбинации. Образование частиц необходимого размера при гранулировании происходит либо мгновенно, либо постепенно. Поэтому различают процессы гранулирования, протекающие без изменения размеров частиц во времени, с изменением частиц во времени и смешанного типа. В зависимости от требований, предъявляемых к гранулометрическому составу продукта, получаемые при гранулировании мелкие частицы либо возвращают на переработку (ретурный процесс), либо не возвращают (безретурный процесс).
Для гранулирования материалов применяют различные методы, которые можно классифицировать следующим образом:
1. окатывание (формирование гранул, достигаемое агрегированием и наслаиванием частиц с уплотнением структуры);
2. диспергирование жидкости в свободный объем или нейтральную среду (образование и отвердевание капель жидкости при охлаждении в газе или жидкости);
3. диспергирование жидкости на поверхность гранул во взвешенном состоянии (кристаллизация тонких пленок в результате их обезвоживания или охлаждения на поверхности гранул);
4. диспергирование жидкости в активную среду (формирование и отвердевание частиц в результате образования нового вещества в свободном объеме или на поверхности гранул);
5. чешуирование (охлаждение жидкости на инородной поверхности с последующим дроблением полученной пленки);
6. прессование (получение плиток, брикетов, таблеток из сухих порошков с последующим дроблением и рассевом прессата);
7. формование, или экструзия (продавливание пастообразной массы через отверстия, дробление и упрочнение жгута);
8. спекание (нагрев с образованием агломератов, их охлаждение, дробление и рассев);
9. конденсация, или десублимация (образование твердых частиц из газа, их наслаивание и агрегирование).[3]
1.1 Гранулирование окатыванием
Механизм гранулообразования
Процесс состоит из ряда стадий: смешение исходного порошка с частицами ретура и связующим; образование гранул из мелких частиц; окатывание и уплотнение гранул; стабилизация структуры гранулы.
На всех стадиях происходит изменение распределения частиц по размерам, т.е. идет процесс формирования гранул, интенсивность которого зависит от технологии, аппаратурного оформления процесса гранулирования и свойств продукта.
Стадии смешения компонентов и образования гранул
При смешении порошка и ретура в качестве связующего применяют различные жидкости, способствующие сцеплению частиц. Чаще всего это дешевые доступные вещества, используемые в технологии данного продукта (вода, раствор продукта, плав одного из компонентов и т.п.). Иногда используют смолы, бентонит, гипс и другие инертные связующие или вещества, способствующие затвердеванию (кристаллизации, полимеризации и т.п.).
Характер капиллярного взаимодействия в слое сыпучего материала определяется количеством воды в точке контакта частиц и числом контактов в единице объема материала. Поскольку в слое, состоящем из реальных частиц, возможны самые различные формы контактов, теоретически можно предсказать лишь общий характер влияния влажности материала на прочность сцепления частиц. Эта зависимость должна иметь экстремальный характер. Показано, что сила капиллярного сцепления частиц в объеме увлажненного сыпучего материала тем выше, чем они мельче.[5]
Общая схема взаимодействия жидкости с частицами материала может быть представлена следующим образом. При небольшом содержании мелких фракций в сыпучем материале зазоры между крупными частицами остаются практически свободными. Поэтому сравнительно высокое среднеэффективное расстояние между частицами обусловливает пониженную прочность сцепления.
При увеличении содержания мелких фракций структура материала становится более плотной, прочность гранул возрастает. Положительная роль крупных фракций заключается в том, что они создают своеобразный скелет образца, обладающий значительным сопротивлением воздействию статических и динамических нагрузок. Определенное количество мелких частиц, заполняя промежутки между крупными частицами, уменьшает среднее расстояние между ними. Возникает сила, обеспечивающая сцепление последних и препятствующая изменению жесткой структуры гранулы. Только при определенном соотношении крупных и мелких частиц получается наиболее плотная упаковка и достигается наиболее высокая сила сцепления их в увлажненном материале.
Порошок, подаваемый на гранулирование, имеет, как правило, однородный гранулометрический состав. Крупные частицы поступают с ретуром, отсеянным от продукта, прошедшего обкатку и сушку. Имея разные структуры, частицы ретура и порошка по-разному смачиваются связующим. В общем случае скорость капиллярного всасывания определяется свойствами жидкости (вязкостью, плотностью, поверхностным натяжением) и материала (радиусом капилляров, природой вещества, состоянием его поверхности).
Процесс формирования гранулы при подаче в гранулятор жидкости можно представить следующим образом. Капля воды, попавшая в слой материала, под воздействием капиллярных сил сразу же начинает распространяться во все стороны, заполняя поры между отдельными частицами. Предельный размер образующихся комочков (зародышей гранул) прямо пропорционален величине капли и обратно пропорционален пористости слоя материала. Влага перестает распространяться в сыпучем материале, как только влажность зародыша достигнет максимальной капиллярной влагоемкости. Это время измеряется несколькими секундами.[6]
Для увлажнения частиц ретура требуется значительно больше времени.
Из сопоставления времени насыщения влагой порошка и ретура видно, что для ретура оно почти на порядок больше. Следовательно, именно время увлажнения ретура и является определяющим при расчете времени смешения.
При увлажнении одновременно происходит и уплотнение порошка под действием капиллярных сил. Чем мельче частицы и больше поверхностное натяжение жидкости, тем плотнее агрегат. Так, при увлажнении порошка двойного суперфосфата пористость зародыша, образованного вокруг капли, такая же, как и гранулы. Образовавшийся зародыш далее уплотняется при окатывании.
Стадия окатывания
Уплотнение частиц методом окатывания достигается в основном при ударах об относительно неподвижный слой материала или стенку гранулятора. В этот момент большая часть кинетической энергии, которую приобрел агрегат при скатывании вниз, расходуется на перемещение частиц и уплотнение гранулы. Очевидно, что величина кинетической энергии определяется не только скоростью скатывания, но и массой гранулы.
Поэтому должен существовать минимальный размер влажного агрегата частиц, при котором он приобретает достаточную кинетическую энергию во время осыпания. Если масса агрегата меньше критической величины, то накопленной энергии не хватит для совершения работы уплотнения, и этот агрегат не сможет стать зародышем гранулы.
С увеличением диаметра зародыша и соотношения зародыши - порошок время, необходимое для достижения определенной плотности гранул, уменьшается.[7]
Агрегаты в результате многократных осыпаний и ударов уплотняются, отдельные частицы, перемещаясь, укладываются в них более плотно. При этом избыточная влага выдавливается на поверхность гранулы, в результате чего становится возможным дальнейшее присоединение к ней сухих частиц. По мере приближения частиц друг к другу толщина пленок связанной воды становится все меньше, прочность сцепления возрастает.
Сближение частиц вследствие уменьшения толщины адсорбированных пленок возможно только в том случае, когда избыток воды поглощается, например, в результате присоединения новых частиц к поверхности или поступления влаги внутрь гранулы. При работе гранулятора внутри гранулы образуются водные пленки определенной минимальной толщины, соответствующей величине динамических нагрузок. Как только эта величина достигается, дальнейшее выделение жидкости на поверхность гранулы прекращается, и она перестает расти, а прочность становится максимальной для данного режима.
Присутствие в шихте сухих плотных частиц ретура приводит к тому, что влага не только выдавливается на поверхность, но и всасывается внутрь гранулы. При одинаковой интенсивности этих процессов гранулы не растут, а при преобладании всасывания над другими процессами может происходить измельчение гранул, поскольку ослабляются связи между ее частицами. Для дальнейшего увеличения размера гранул наслаиванием следует извне вводить на их поверхность дополнительное количество жидкости. При значительном содержании ретура в шихте и одноразовом увлажнении на его поверхности создается временный избыток жидкой фазы, в результате чего происходит рост гранул, хотя данного количества жидкости явно не хватает для устойчивого ведения процесса гранулирования. В дальнейшем частицы ретура продолжают поглощать жидкость. По истечении определенного времени на поверхности частиц ретура жидкости уже не хватает, и агломераты разрушаются.