Грануляторы с псевдоожиженным слоем

Псевдоожижение. Физические основы.

Псевдоожижение — это процесс, подобный сжижению, в котором вещество, состоящее из зернистых частиц, переводится из состояния со свойствами, подобными свойствам твёрдой статичесской массы, в состояние со свойствами, подобными свойствам динамической жидкой массы.

Как правило этот процесс происходит, когда жидкость (капельная жидкость или газ) движется вверх через зернистый материал. Данный процесс псевдоожижения основан на действии (противодействии) сил: аэродинамического лобового сопротивления игравитационных сил.

Так же создание псевдоожиженного слоя возможно в результате действия (противодействия) сил: аэродинамического лобового сопротивления и центробежных сил. Данный принцип применен в аэродинамическом диспергаторе.

Когда поток газа вводится через дно смеси зернистого материала с жидкостью или газом, этот поток будет двигаться вверх через пустоты между зёрнами материала. При низких скоростях газа, силы аэродинамического лобового сопротивления каждого из зёрен, действующие со стороны потока газа, также невелики, и поэтому слой остаётся в связанном состоянии. При увеличении скорости потока газа силы аэродинамического лобового сопротивления, действующие на зёрна, возрастают и начинают противодействовать силам гравитации, что принуждает слой к увеличению его объёма. Последнее обусловлено тем, что твёрдые зёрна стремятся двигаться друг от друга. Дальнейшее увеличение скорости потока приводит к тому, что объём достигает некоторого критического значения, при котором поднимающие зёрна вверх силы аэродинамического лобового сопротивлениястановятся равными гравитационным силам, тянущим зёрна вниз. Это приводит зёрна к тому, что они «висят» в потоке газа или жидкости. При критическом объёме слой обладает свойствами жидкости. При дальнейшем увеличении скорости потока газа, «единая плотность» («средняя плотность») слоя будет продолжать уменьшаться, и процесс псевдоожижения будет становиться более интенсивным до тех пор, пока зёрна не перестанут образовывать единый слой и частицы не начнут подниматься вверх, увлекаемые потоком газа.

Аппараты с псевдоожиженным слоем. Виды устройств и принцип действия.

Грануляторы с псевдоожиженным слоем

Для гранулирования в псевдоожиженном слое используют аппараты различных конструкций. Грануляторы с псевдоожиженным слоем различаются формой корпуса и делятся на цилиндрические, конические с малым углом раскрытия (до 20°), с большим углом раскрытая: от 30 до 60°), цилиндроконические, прямоугольные, квадратные. Форма аппарата определяет его гидродинамические особенности. Так, I в цилиндрических аппаратах с углом раскрытия до 20° происходит равномерное по всему сечению псевдоожижение, тогда как при большем угле раскрытия стенок корпуса возникает разреженное центральное ядро и образуется более плотный сползающий у стенок слой, т. е. происходит фонтанирование. Известны аппараты с несколькими зонами локального фонтанирования. В цилиндро-конических аппаратах, как правило, режим псевдоожижения таков, что в цилиндрической части слой твердых частиц отсутствует. Аппараты прямоугольной формы используют обычно для направленного перемещения твердых частиц при перекрестном токе теплоносителя. Квадратное сечение наиболее удобно для отработки процесса в полупромышленных условиях с последующим использованием полученных данных для конструирования прямоугольных аппаратов большой производительности.

Особое место занимают многокамерные грануляторы.

Гранулы по переточной трубе, обрез которой находится на поверхности слоя, попадают в нижнюю секцию, продуваемую холодным воздухом. Охлажденные гранулы выгружают из аппарата, а отработанный воздух поступает в циклон, где очищается от пыли и затем направляется в топку. Пыль возвращают в нижнюю секцию. Такая конструкция аппарата позволяет уменьшить расход воздуха, сократить теплопотери и габариты аппарата. Однако регулирование процесса более сложно, чем в двух отдельных аппаратах, а возвращаемая в слой зоны охлаждения пыль накапливается в аппарате. Форма корпуса гранулятора определяется во многом возможностью масштабного перехода от лабораторных к промышленным установкам. Как уже отмечалось, один из способов увеличения производительности — это создание прямоугольных аппаратов. Другой способ — сохранение конфигураций аппарата, но с изменением соотношения его размеров, т. е. поперечные и вертикальные размеры остаются неизменными, но аппарат значительно удлиняется и замыкается в кольцо (рис. VII-32). Влажный материал подается через тангенциально расположенные в слое пневматические форсунки, продукт выгружается через центральную трубу. Предусмотрено регулирование высоты слоя. Недостатком конструкции является трудность равномерного распределения газа по кольцевой щели значительной протяженности. Масштабный переход удобно осуществлять и для аппаратов с вихревым слоем. В них ожижающий агент, подаваемый через щель тангенциально в слой, обеспечивает продвижение материала вверх по стенке (рис. VII-ЗЗ, а). Опускается материал по противоположной пологой стенке; при этом создаются переменные по высоте аппарата скорости, что позволяет приводить во взвешенное состояние полидисперсные материалы На рис. VII-33,б приведена конструкция аппарата, представляющего собой щелевой расширяющийся желоб, в который раствор подводится снизу.