Конструирование и режимная оптимизация оборудования для гранулирования минеральных удобрений из расплавов

Гранулирование - это совокупность физических и физико-химических процессов, обеспечивающих формирование частиц определенного спектра размеров, формы, необходимой структуры и физических свойств. Цель грануляции - получить вещество в виде рассыпчатого не слёживающегося продукта, состоящего из равномерных прочных гранул. В общем случае гранулирование позволяет существенно уменьшить склонность продукта к слеживанию, повысить производительность, снизить потери сырья и готовой продукции, упростить хранение, транспортирование и дозирование, повысить сыпучесть при одновременном устранении пылимости и тем самым улучшить условия труда в сферах производства, обращения и использования. Качество гранул, получаемых при гранулировании высококонцентрированных плавящихся веществ, капитальные и эксплуатационные затраты при грануляции в основном определяют два процесса: каплеобразование и термическая обработка. В качестве каплеобразова- теля выступает гранулятор, за термическую обработку грануляционная башня.

Процессы грануляции осуществляют в центробежных, акустических, вибрационных, барабанных, шнековых, валковых, и экструзионных грануляторах, а также в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Формирование и охлаждение гранул происходит в грануляционных башнях представляющих собой полые цилиндрические камеры высотой до 30 и даже 100 м и диаметром до 30 м.

Согласно полуэмпирической теории турбулентности, при движении расплавленного раствора через отверстия, и обтеканием расплавом элементов конструкции, в растворе возникают волновые колебания. Мной были получены уравнения для определения амплитудно-частотных характеристик волн, кинетической и потенциальной энергии волн и энергии поверхностного натяжения. С использованием этих данных были рассчитаны диаметры гранул, длинны струй расплава, траектории движения капель расплава в грануляционной башне, с учетом воздействия охлаждающего потока воздуха. Полученные данные необходимы для определения размеров грануляционных устройств. Диаметр грануляционной башни определяем по величине струи плава разбрызгиваемой гранулятором и по распылу гранул. Для предотвращения налипания гранул на стенки грануляционной башни ее диаметр берется с запасом в 0,5 метра. Исходя из производительности единичного отверстия, и общей производительности определяем количество отверстий в корзине вращающегося гранулятора, или число отверстий в сферическом днище акустического гранулятора.

Полученные конструктивные данные помогают определить производительность грану ляторов, выделить основные параметры, влияющие на диаметр гранул, являющийся одним из важнейших показателей готового продукта. На основе полученных данных были составлены математические модели процесса грануляции. В основу математической модели работы гранулятора была положена расчетная формула для определения диаметра гранул. В качестве целевой функции была выбрана производительность гранулятора, а на основные конструктивные размеры (диаметр отверстий, высота напора плава), и технологические параметры (вязкость, частота вращения или пульсации для центробежного и акустического гранулятора соответственно, расход воздуха, высота грануляционной башни) были наложены ограничения. При изменении основных параметров модели можно тонко настроить процесс грануляции тем самым изменить грансостав получаемого продукта.

Золотарев А.С.