RU2325956C2 - Spraying device and method of air-fluidized bed granulation - Google Patents
Spraying device and method of air-fluidized bed granulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2325956C2 RU2325956C2 RU2006126652/12A RU2006126652A RU2325956C2 RU 2325956 C2 RU2325956 C2 RU 2325956C2 RU 2006126652/12 A RU2006126652/12 A RU 2006126652/12A RU 2006126652 A RU2006126652 A RU 2006126652A RU 2325956 C2 RU2325956 C2 RU 2325956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- nozzle
- mixing chamber
- spraying
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fertilizers (AREA)
- Glanulating (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к распылительному устройству для использования при высокопроизводительной грануляции псевдоожиженного слоя и к способу приготовления твердых гранул из жидкого материала в псевдоожиженном слое.The invention relates to a spray device for use in high-performance granulation of a fluidized bed and to a method for preparing solid granules from a liquid material in a fluidized bed.
В частности, это изобретение относится к распылительным форсункам, используемым для подачи жидкости для выращивания гранул, путем разбрызгивания жидкости в псевдоожиженный слой твердых частиц, после чего распыляются микроскопические капли жидкости.In particular, this invention relates to spray nozzles used to supply liquid for growing granules by spraying liquid into a fluidized bed of solid particles, after which microscopic drops of liquid are sprayed.
Процесс грануляции псевдоожиженного слоя, первоначально разработанный фирмой Nederlandse Stikstof Maatschappiji, далее именуемой NSM, осуществляется гранулятором HFT (Hydro Fertilizer Technology), имеющим большие преимущества над другими процессами для гранулирования удобряющих веществ, таких как мочевина и нитрат аммония, см., например, патент США № 5653781. Процесс грануляции HFT объединяет в себе очень высокую производительность с хорошими свойствами продукта и низким энергопотреблением. Для этого, очень важен способ распыления жидкости, подлежащей грануляции, в псевдоожиженный слой. Конструкция форсунок, распыляющих жидкость, влияет на пропускную способность жидкости и, таким образом, на пропускную способность гранулятора, а также давление и объемный расход газа распыления, необходимый для поддержания струй с непрерывными и однородными аэрозолями без агломерации и нежелательным нарушением псевдоожиженного слоя. Наконец, конструкция форсунки также влияет на энергопотребление гранулятора посредством ее характеристик расхода и давления.The fluid bed granulation process, originally developed by Nederlandse Stikstof Maatschappij i , hereinafter referred to as NSM, is carried out by an HFT granulator (Hydro Fertilizer Technology), which has great advantages over other processes for granulating fertilizer substances such as urea and ammonium nitrate, see, for example, patent US No. 5653781. The HFT granulation process combines very high productivity with good product properties and low energy consumption. For this, a method of spraying the liquid to be granulated into a fluidized bed is very important. The design of liquid atomizing nozzles affects the liquid throughput and thus the granulator throughput, as well as the pressure and volumetric flow rate of the spray gas, necessary to maintain jets with continuous and uniform aerosols without agglomeration and undesired fluidized bed disturbance. Finally, the nozzle design also affects the energy consumption of the granulator through its flow and pressure characteristics.
Распылительные устройства (форсунки), отвечающие уровню техники, в общем случае, являются распылительными форсунками сдвоенного типа, где газ, например воздух, используется для распыления жидкости, подлежащей грануляции. В принципе, газ и жидкость могут поступать через форсунку в одну единственную трубку или газ и жидкость могут поступать отдельно через, например, концентрические трубки, так что смешивание происходит только в или после отверстия форсунки. Принципиальными целями являются эффективное смешивание жидкости и газа; однородный и малый размер частиц жидкости и подходящая геометрия результирующего аэрозоля или струи, так что распыленная жидкость (микроскопические капли) непрерывно и однородно оседает на гранулах, сформированных в псевдоожиженном слое.Spraying devices (nozzles) according to the state of the art are generally double type spray nozzles, where a gas, such as air, is used to spray a liquid to be granulated. In principle, gas and liquid can flow through a nozzle into a single tube or gas and liquid can flow separately through, for example, concentric tubes, so that mixing takes place only at or after the nozzle opening. The principal objectives are the effective mixing of liquid and gas; homogeneous and small particle size of the liquid and suitable geometry of the resulting aerosol or jet, so that the sprayed liquid (microscopic droplets) continuously and uniformly settles on the granules formed in the fluidized bed.
Большинство имеющихся конструкций форсунки не предназначены для использования в высокопроизводительной грануляции. Форсунки для грануляции должны работать с концентрированными растворами (до 99%) или расплавами без засорения или других проблем, нарушающих процесс производства. В то же время, имеются заметные различия между разными конструкциями в отношении энергопотребления процесса, производительности (выхода продукта) и качества сформированных гранул. Существующие и более ранние типы форсунок должны работать при сравнительно высоких уровнях газа распыления, при повышенных давлениях, что опять же приводит к высокому энергопотреблению.Most existing nozzle designs are not intended for use in high-performance granulation. Granulation nozzles should work with concentrated solutions (up to 99%) or melts without clogging or other problems that disrupt the production process. At the same time, there are noticeable differences between different designs in terms of process energy consumption, productivity (product yield) and the quality of the formed granules. Existing and earlier types of nozzles should work at relatively high levels of atomization gas, at elevated pressures, which again leads to high energy consumption.
Форсунки, используемые в процессе грануляции, описаны, например, в патенте США № 4701353. Они имеют центральный канал, по которому подается жидкий материал, и канал, концентричный с ним, обеспечивающий мощный поток газа. Жидкость проходит через камеру вращения, перед смешиванием с потоком газа. Форсунка также может иметь концентрический внешний канал для обеспечения менее энергетически насыщенного потока газа. Однако эта конструкция форсунки имеет ограничения в пропускной способности жидкости и в энергии, необходимой для распыления или разбрызгивания жидкости на подходящие капли и, в то же время, ожижения капель в струю надлежащей формы, где осуществляется рост частиц. Камера вращения, описанная в US 4701353, служит только для придания жидкости вихревого движения, тогда как смесительная камера настоящего устройства, описанная ниже, обеспечивает тщательное смешивание газа распыления и жидкости, пока аэрозоль не выйдет из выходного отверстия форсунки. Таким образом, кинетическая энергия газа и жидкости используется оптимальным образом. Устройство и способ, описанные здесь, имеют высокую производительность грануляции и низкое энергопотребление; в несколько раз лучшие, чем значения, упомянутые в патенте США № 4701353. В случаях, когда на форсунке установлена вторая концентрическая газовая трубка, наподобие описанной в п.5 US 4701353, такая конструкция без необходимости усложняет устройство по сравнению с устройством, описанным ниже, поскольку заявленное устройство и способ предусматривают использование части подаваемого газа ожижения для дополнительной струи газа, формируемой вокруг форсунки.The nozzles used in the granulation process are described, for example, in US Pat. No. 4,701,353. They have a central channel through which liquid material is supplied, and a channel concentric with it, providing a powerful gas flow. The fluid passes through the rotation chamber before mixing with the gas stream. The nozzle may also have a concentric external channel to provide a less energetically saturated gas stream. However, this nozzle design has limitations in the fluid throughput and in the energy needed to spray or spray the liquid into suitable droplets and, at the same time, liquefy the droplets into a stream of proper shape where the particles grow. The rotation chamber described in US 4,701,353 serves only to impart a swirling liquid, while the mixing chamber of the present device, described below, provides for thorough mixing of the spray gas and liquid until the aerosol leaves the nozzle outlet. Thus, the kinetic energy of gas and liquid is used in an optimal way. The device and method described herein have high granulation performance and low power consumption; several times better than the values mentioned in US patent No. 4701353. In cases where a second concentric gas tube is installed on the nozzle, such as described in
В международной патентной заявке WO 02083320 также описана форсунка для использования в грануляторах псевдоожиженного слоя. Она имеет центральный подвод для жидкости, после которого жидкость проходит через вихревое устройство во внутреннюю смесительную камеру. Газ поступает в смесительную камеру через множество отверстий в стенке в нижней части смесительной камеры. Однако в описании не приведены примеры и нет фигур, относящихся к практическому применению описанной конструкции, тогда как заявленные устройство и способ, описанные ниже, имеют такие преимущества, как высокая производительность, высокое качество продукции и низкое энергопотребление, по сравнению с любыми другими ранее описанными техническими решениями.International patent application WO 02083320 also describes a nozzle for use in fluid bed granulators. It has a central fluid inlet, after which the fluid passes through the vortex device into the internal mixing chamber. Gas enters the mixing chamber through many openings in the wall at the bottom of the mixing chamber. However, the description does not provide examples and there are no figures related to the practical application of the described design, while the claimed device and method described below have such advantages as high performance, high quality products and low power consumption, compared to any other technical previously described decisions.
Задачей изобретения является обеспечение способа грануляции со сниженным энергопотреблением и повышенной производительностью грануляции, оба фактора снижают переменные издержки на единицу продукции на этапе грануляции. Другой задачей является получение гранул более высокого качества.The objective of the invention is to provide a granulation method with reduced energy consumption and increased granulation productivity, both factors reduce the variable costs per unit of production at the granulation stage. Another task is to obtain granules of higher quality.
Для решения этих задач предусмотрены устройство и способ, описанные ниже, определяемые и характеризуемые прилагаемой формулой изобретения.To solve these problems, a device and method are provided, described below, defined and characterized by the attached claims.
Таким образом, изобретение относится к распылительному устройству для грануляции расплава в псевдоожиженном слое, содержащему форсунку с каналом подачи для жидкости, подлежащей распылению, где жидкость проходит через средство эмульгирования и во внутреннюю смесительную камеру для газа и жидкости до подачи в псевдоожиженный слой. Форсунка имеет отдельный канал для газа распыления, установленный концентрически вокруг центрального канала подачи жидкости для жидкости, подлежащей распылению или разбрызгиванию. Смесительная камера окружает зону выпуска распыленной жидкости из средства эмульгирования и газа, обеспечивая эффективное смешивание высокоскоростного газа распыления и жидкости, и имеет внешний газовый колпак, где газ ожижения канализируется в струю над распылительным устройством. Смесительная камера может быть цилиндрической с верхней конической частью или конической. Отношение длина/диаметр L/D смесительной камеры должно быть в пределах от 0,5 до 5 и отношения l/d - в пределах от 0,1 до 2. Предпочтительно, отношение L/D смесительной камеры находится в пределах от 1 до 4 и отношения l/d - в пределах от 0,25 до 1.Thus, the invention relates to a spray device for granulating a melt in a fluidized bed containing a nozzle with a supply channel for a liquid to be sprayed, where the liquid passes through emulsifying means and into an internal mixing chamber for gas and liquid before being supplied to the fluidized bed. The nozzle has a separate channel for atomization gas mounted concentrically around the central channel for supplying liquid for the liquid to be sprayed or sprayed. A mixing chamber surrounds the zone of discharge of the atomized liquid from the emulsifying means and the gas, providing efficient mixing of the high-speed atomizing gas and the liquid, and has an external gas cap where the liquefied gas is drained into the stream above the atomizing device. The mixing chamber may be cylindrical with an upper conical part or conical. The L / D ratio of the mixing chamber should be in the range of 0.5 to 5 and the l / d ratio in the range of 0.1 to 2. Preferably, the L / D ratio of the mixing chamber is in the range of 1 to 4 and l / d ratios ranging from 0.25 to 1.
Газовый колпак имеет коническую форму и подогнан к перфорированной нижней пластине концентрически вокруг форсунки. Газовый колпак имеет высоту от 10 до 200 мм над нижней пластиной (3), предпочтительно от 20 до 100 мм. Диаметр верхнего отверстия газового колпака равен от 20 до 150 мм и диаметр нижнего отверстия равен от 30 до 300 мм, предпочтительно от 35 до 100 мм и от 40 до 200 мм соответственно.The gas cap has a conical shape and is fitted concentrically around the nozzle to the perforated bottom plate. The gas cap has a height of from 10 to 200 mm above the bottom plate (3), preferably from 20 to 100 mm. The diameter of the upper opening of the gas cap is 20 to 150 mm and the diameter of the lower opening is 30 to 300 mm, preferably 35 to 100 mm and 40 to 200 mm, respectively.
Изобретение также относится к способу приготовления твердых гранул в псевдоожиженном слое, при котором жидкий материал распыляется путем подачи газа распыления и разбрызгивается в псевдоожиженный слой через распылительные форсунки, установленные вертикально, и псевдоожиженный слой поддерживается газом ожижения, продуваемым вверх через перфорированную пластину под слоем. Часть газа ожижения должна подаваться в виде струи через газовый колпак, окружающий форсунку для создания струи газа над распылительным устройством.The invention also relates to a method for preparing solid granules in a fluidized bed, in which a liquid material is atomized by spraying gas and sprayed into a fluidized bed through spray nozzles mounted vertically, and the fluidized bed is supported by a fluidized gas blown upward through a perforated plate below the bed. Part of the liquefied gas must be supplied in a jet through a gas cap surrounding the nozzle to create a gas jet above the spray device.
Изобретение также относится к способу приготовления твердых гранул из жидкого материала в псевдоожиженном слое с использованием форсунки с каналом подачи для жидкости, подлежащей распылению. Жидкость проходит через средство эмульгирования во внутреннюю смесительную камеру для газа и жидкости до разбрызгивания распыленной жидкости вверх в псевдоожиженный слой. Газ распыления проходит через канал, концентрический каналу подачи жидкости в смесительную камеру, окружающую выпускные отверстия для жидкости и газа, обеспечивая эффективное смешивание высокоскоростного газа распыления и жидкости. Часть газа ожижения подается в виде струи через газовый колпак, окружающий форсунку, для создания струи газа над распылительным устройством.The invention also relates to a method for preparing solid granules from a liquid material in a fluidized bed using a nozzle with a feed channel for a liquid to be sprayed. The liquid passes through the emulsification means into the internal mixing chamber for gas and liquid until the sprayed liquid is sprayed up into the fluidized bed. Spray gas passes through a channel concentric to the liquid feed channel into the mixing chamber surrounding the liquid and gas outlets, providing efficient mixing of the high-speed atomization gas and liquid. A portion of the liquefied gas is supplied in a jet through a gas cap surrounding the nozzle to create a gas jet above the spray device.
Распылительное устройство можно использовать для создания гранул мочевины и других продуктов удобрения, например нитрата аммония-кальция, нитрата аммония, сульфата аммония и их смесей.The spraying device can be used to create urea granules and other fertilizer products, for example, ammonium calcium nitrate, ammonium nitrate, ammonium sulfate, and mixtures thereof.
Изобретение далее будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, фиг.1-4, на которых:The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, figures 1-4, in which:
на фиг.1 показано принципиальное различие между конструкцией согласно уровню техники и заявленной конструкцией форсунки,figure 1 shows the fundamental difference between the design according to the prior art and the claimed design of the nozzle,
на фиг.2 изображена конструкция газового колпака и концентрическое положение газового колпака снаружи форсунки,figure 2 shows the design of the gas cap and the concentric position of the gas cap outside the nozzle,
на фиг.3 изображена конструкция форсунки с цилиндрической смесительной камерой,figure 3 shows the design of the nozzle with a cylindrical mixing chamber,
на фиг.4 изображена конструкция форсунки с конической смесительной камерой.figure 4 shows the design of the nozzle with a conical mixing chamber.
В процессе грануляции, жидкость разбрызгивается в псевдоожиженный слой через распылительные форсунки, установленные вертикально и разбрызгивающие распыленную жидкость вверх в псевдоожиженный слой. Псевдоожиженный слой поддерживается газом ожижения, продуваемого вверх через перфорированную пластину под слоем. Форсунки размещены в отверстиях этой пластины, причем их отверстия находятся на определенном расстоянии, например 5-100 мм, над пластиной.During the granulation process, the liquid is sprayed into the fluidized bed through spray nozzles mounted vertically and spraying the sprayed liquid up into the fluidized bed. The fluidized bed is supported by a liquefied gas, blown up through the perforated plate under the bed. The nozzles are placed in the holes of this plate, and their holes are at a certain distance, for example 5-100 mm, above the plate.
Конструкция форсунок, в которых распыляется жидкость, влияет на пропускную способность жидкости и, таким образом, пропускную способность гранулятора. Она также влияет на давление и объемный расход газа распыления, необходимый для поддержания струй с непрерывными и однородными аэрозолями без агломерации и нежелательным нарушением псевдоожиженного слоя. Наконец, конструкция форсунки также влияет на энергопотребление гранулятора посредством ее характеристик расхода и давления. Это непосредственно влияет на переменные издержки на единицу продукции для операции. Форсунка должна распылять жидкость на капли нужного размера, приблизительно 50-100 микрон для однофазного расплава. В то же время, форсунка должна обеспечивать испарение некоторого количества воды, без создания преждевременного отвердевания. Она также должна обеспечивать распределение и подачу капли в слой и одновременно внесение вклада в перемещение вокруг форсунки и массообмен в слое.The design of the nozzles in which the liquid is sprayed affects the throughput of the fluid and, thus, the throughput of the granulator. It also affects the pressure and volumetric flow rate of the atomization gas necessary to maintain jets with continuous and uniform aerosols without agglomeration and undesired fluid bed disturbance. Finally, the nozzle design also affects the energy consumption of the granulator through its flow and pressure characteristics. This directly affects the variable costs per unit of output for the operation. The nozzle should spray liquid into droplets of the desired size, approximately 50-100 microns for a single-phase melt. At the same time, the nozzle must ensure the evaporation of a certain amount of water, without creating premature hardening. It should also ensure the distribution and supply of droplets to the layer and at the same time contribute to the movement around the nozzle and mass transfer in the layer.
Новизна изобретения состоит в использовании низкоэнергетичного газа ожижения для замены большой части необходимого газа распыления высокого давления. Это достигается за счет проведения по каналу газа ожижения через газовый колпак особой конструкции, окружающий форсунку, и, таким образом, создания струи газа. Смесительная камера, установленная выше по течению относительно отверстия форсунки, улучшает внутреннее смешивание газа и жидкости в процессе распыления в форсунке.The novelty of the invention is the use of low energy liquefaction gas to replace a large part of the required high pressure atomization gas. This is achieved by conducting liquefaction through the gas channel through the gas cap of a special design surrounding the nozzle, and thus creating a gas stream. A mixing chamber mounted upstream of the nozzle opening improves the internal mixing of gas and liquid during atomization in the nozzle.
Разделение газа на две специализированные функции позволяет свободно разделять четыре основные функции при распылении и перемещении.The separation of gas into two specialized functions allows you to freely separate the four main functions during spraying and moving.
РаспылениеSpraying
1) Распыление производится с минимальным энергопотреблением, достаточным для создания капель и подачи их в слой.1) Spraying is carried out with a minimum power consumption, sufficient to create droplets and feed them into the layer.
2) Нужную скорость испарения можно регулировать в соответствии со свойствами расплава, а именно содержанием воды, теплоты кристаллизации, свойств переохлажденного состояния и кривой кристаллизации.2) The desired evaporation rate can be adjusted in accordance with the properties of the melt, namely the water content, heat of crystallization, properties of the supercooled state and the crystallization curve.
УдарHit
3) Транспортировка капель и форма струи подгоняется к геометрическим размерам слоя, причем основную роль играет глубина слоя.3) The transport of droplets and the shape of the jet is adjusted to the geometric dimensions of the layer, and the depth of the layer plays the main role.
4) Удар также регулируется для обеспечения массопередачи затравочных частиц в область струи.4) The impact is also adjustable to ensure mass transfer of seed particles to the jet region.
Настоящее изобретение позволяет поддерживать и даже улучшать характеристики качества гранул и производительность грануляции, и одновременно значительно снижать энергопотребление по сравнению с форсунками, которые до сих пор использовались для грануляции. Снижение энергопотребления достигается за счет того, что газ распыления можно использовать при более низком давлении, без увеличения общего количества газа ожижения. Эта конструкция также обеспечивает высокую пропускную способность расплава и хорошие физические характеристики гранул.The present invention allows to maintain and even improve the characteristics of the quality of the granules and the performance of the granulation, and at the same time significantly reduce energy consumption compared to the nozzles that are still used for granulation. Reducing energy consumption is achieved due to the fact that the atomization gas can be used at a lower pressure, without increasing the total amount of liquefied gas. This design also provides high melt throughput and good physical properties of the granules.
На фиг.1 показано принципиальное различие между конструкцией согласно уровню техники, и конструкции согласно изобретению. В конструкции согласно уровню техники, (случай I) смешивание жидкости (L) и газа распыления (G1) происходит в псевдоожиженном слое посредством внешнего удара газа (G1) по жидкости (L). В заявленной конструкции форсунки (случай II) внешнее смешивание газа (G2) и жидкости (L) происходит в смесительной камере. В то же время, часть газа распыления заменяется газом ожижения (G3), подаваемым в струю в псевдоожиженном слое посредством газового колпака, установленного концентрически снаружи форсунки. Таким образом, часть газа распыления заменяется газом ожижения (G3), подаваемым через газовый колпак. Необходимое количество газа распыления значительно снижено по сравнению с известной конструкцией форсунки, что будет проиллюстрировано на примерах (от 80-250 кг/ч до 32 кг/ч).Figure 1 shows the fundamental difference between the design according to the prior art, and the design according to the invention. In the construction according to the prior art (case I), the mixing of the fluid (L) and the spray gas (G1) occurs in the fluidized bed by an external impact of the gas (G1) on the fluid (L). In the inventive nozzle design (case II), external mixing of gas (G2) and liquid (L) occurs in the mixing chamber. At the same time, part of the atomization gas is replaced by a fluidization gas (G3) supplied to the stream in a fluidized bed by means of a gas cap mounted concentrically outside the nozzle. Thus, part of the atomization gas is replaced by a fluidization gas (G3) supplied through the gas cap. The required amount of atomization gas is significantly reduced in comparison with the known nozzle design, which will be illustrated by examples (from 80-250 kg / h to 32 kg / h).
На фиг.2A показана конструкция газового колпака и положение газового колпака концентрически снаружи форсунки. На фиг.2B показано горизонтальное сечение по A-A. Газовый колпак 1 конической формы установлен концентрически вокруг форсунки 2 перфорированной сетчатой пластине 3 и открыт для газа ожижения. Верхний диаметр устройства газового колпака меньше нижнего диаметра, и имеется зазор для прохода газа между наружной стенкой форсунки и газовым колпаком. Количество газа, проходящего через газовый колпак, должно быть достаточным для создания устойчивой струи в слой гранулятора. Скорость газа, проходящего через газовый колпак, определяется горизонтальной площадью между форсункой и газовым колпаком, верхним диаметром отверстия газового колпака и диаметром нижнего впускного отверстия газового колпака. Массовый расход газа ожижения на квадратный метр горизонтальной площади слоя почти не зависит от известных конструкций.On figa shows the design of the gas cap and the position of the gas cap concentrically outside the nozzle. 2B shows a horizontal section along A-A. The
На фиг.3 показана новая конструкция форсунки с цилиндрической смесительной камерой. Отношение длина/диаметр (L/D) смесительной камеры может варьироваться, как указано на чертеже. На фигуре не показаны линии подачи, перфорированная нижняя пластина гранулятора и конический колпак, установленный концентрично с форсункой на нижней пластине. Форсунка 2 состоит из центрального канала 4, который одним концом A соединен с линией подачи жидкости, не показанной на чертеже, и другим концом B присоединен к смесительной камере 5. В положении между отверстиями A и B вихревое устройство 6 установлено внутри для приведения питания через A в спиральное движение в точке B. Кроме того, распылительное устройство снабжено каналом 7, размещенным концентрично вокруг центрального канала 4 подачи жидкости. Канал 7 одним своим концом присоединен к линии подачи газа, не показанной на чертеже, а на другом своем конце снабжен 5-15 круглыми отверстиями 8, проходящими в смесительную камеру 5. В смесительную камеру одновременно поступают два непрерывных потока: жидкость для выращивания гранул через отверстия B и поток газа 8. В этой смесительной камере может генерироваться газ в жидкой эмульсии. Расширение через отверстие 9 форсунки превращает эмульсию в капли диаметром 50-100 мкм, которые пригодны для выращивания гранул в псевдоожиженном слое.Figure 3 shows the new design of the nozzle with a cylindrical mixing chamber. The length / diameter ratio (L / D) of the mixing chamber may vary as indicated in the drawing. The figure does not show the supply line, the perforated bottom plate of the granulator and the conical cap mounted concentrically with the nozzle on the bottom plate. The
На фиг.4 показана форсунка с конической смесительной камерой 5. Другие элементы форсунки такие же, как показано на фиг.3.Figure 4 shows the nozzle with a
Из литературы (Lefebvre A.H.: Atomization and sprays, Taylor & Francis, 1989, p-214-215 an p-232, (ISBN:0-89116-603-3), следует, что l/d (длина/ диаметр) форсунки и отношение L/D (длина/ диаметр) смесительной камеры являются важными факторами для формирования капель жидкости. На основании этих предположений и наших собственных исследований, отношение L/D должно находиться в пределах от 0,5 до 5, отношение l/d - в пределах от 0,1 до 2, чтобы эффективно получать капли со средним диаметром менее 100 мкм. Предпочтительно, L/D должно находиться в пределах от 1 до 4 и l/d - от 0,25 до 1.From the literature (Lefebvre AH: Atomization and sprays, Taylor & Francis, 1989, p-214-215 an p-232, (ISBN: 0-89116-603-3), it follows that l / d (length / diameter) of the nozzle and the L / D ratio (length / diameter) of the mixing chamber are important factors for the formation of liquid droplets.Based on these assumptions and our own research, the L / D ratio should be between 0.5 and 5, the l / d ratio should be between 0.1 and 2 in order to efficiently obtain droplets with an average diameter of less than 100 μm , preferably L / D should be in the range of 1 to 4 and l / d should be in the range of 0.25 to 1.
Для форсунок настоящей конструкции также можно вычислить энергетический КПД Для этого используются стандартные и общеизвестные уравнения, см. Perry: Chemical Engineers' Handbook (глава «Термодинамика»).Energy efficiency can also be calculated for the nozzles of this design. For this, standard and well-known equations are used, see Perry: Chemical Engineers' Handbook (chapter “Thermodynamics”).
W = ΦM · Cp · ΔT [кДж/с],W = Φ M · Cp · ΔT [kJ / s],
где ΔT = T2 - T1 и T2 = T1 · (P2/P1)(k-1/k) [K];where ΔT = T 2 - T 1 and T 2 = T 1 · (P 2 / P 1 ) (k-1 / k) [K];
ΦM - массовый расход расплава;Φ M is the mass flow rate of the melt;
Cp - удельная теплоемкость газа [kJ/K.kg];Cp - specific heat of gas [kJ / K. kg];
T1 - внешняя температура;T 1 - external temperature;
T2 - температура после вентилятора;T 2 - temperature after the fan;
P1 - давление газа до вентилятора;P 1 - gas pressure to the fan;
P2 - давление газа после вентилятора;P 2 - gas pressure after the fan;
k - газовая постоянная.k is the gas constant.
Для расчетов, делаем следующие предположения:For calculations, we make the following assumptions:
Адиабатические условия.Adiabatic conditions.
Температура внешнего воздуха: 25°C.Outside temperature: 25 ° C.
Потеря давления: 5000 Па.Pressure loss: 5000 Pa.
КПД вентилятора: 0,80.Fan efficiency: 0.80.
Согласно расчетам можно снизить энергопотребление подачи воздуха ожижения и распыления примерно на 50%. Снижение энергии, фактически достигаемое с использованием заявленного распылительного устройства, показано ниже в примере 1.According to the calculations, the energy consumption of the liquefaction and atomization air supply can be reduced by about 50%. The energy reduction actually achieved using the inventive spray device is shown below in Example 1.
Параметры влагосодержания, плотности и прочности на раздавливание гранул мочевины, производимых с помощью форсунки этой конструкции, имеют сравнимые или лучшие значения по сравнению с гранулами, создаваемыми с помощью известных конструкций. Это проиллюстрировано в нижеприведенных примерах.The parameters of moisture content, density and crushing strength of the urea granules produced using the nozzle of this design have comparable or better values compared to granules created using known designs. This is illustrated in the examples below.
Было экспериментально обнаружено, что при использовании форсунки с внутренней смесительной камерой газа/жидкости вместо форсунки с внешним смешиванием газа/жидкости, можно производить гранулы с более высокими химическими и физическими свойствами, при меньшем энергопотреблении.It has been experimentally found that when using a nozzle with an internal gas / liquid mixing chamber instead of a nozzle with an external gas / liquid mixing, granules with higher chemical and physical properties can be produced with lower energy consumption.
В блоках грануляции, особенно для мочевины и нитрата аммония, также было важно добиться высокой производительности, во избежание необходимости иметь более одного блока грануляции на блок синтеза, в то же время поддерживая переменные издержки на единицу продукции.In granulation units, especially for urea and ammonium nitrate, it was also important to achieve high performance, in order to avoid the need to have more than one granulation unit per synthesis unit, while at the same time maintaining variable costs per unit of output.
Изобретение будет далее проиллюстрировано на следующих примерах, описывающих грануляцию мочевины. Примеры демонстрируют значения, полученные для параметров качества продукта, а также энергопотребление для ряда форсунок на основании заявленной конструкции.The invention will be further illustrated by the following examples describing urea granulation. The examples demonstrate the values obtained for the product quality parameters, as well as the energy consumption for a number of nozzles based on the claimed design.
Примеры выполнялись при указанных ниже условиях.Examples were performed under the following conditions.
Гранулятор был снабжен экспериментальной форсункой в центре. Конический газовый колпак имел нижний диаметр 105 мм и верхний диаметр 50 мм. Он был смонтирован на перфорированной сетчатой пластине с отверстиями, занимающими 4,5% ее площади, содержащей отверстия 2 мм в диаметре. Количество воздуха, проходящего через этот газовый колпак, составляло 248 N м3/ч при давлении подачи, равной давлению газа (воздуха) ожижения около 800 мм вод. ст. и температуре 40°C. Грануляцию производили при нормальных стандартных условиях грануляции мочевины с расплавом 96%-ной мочевины, содержащим 0,55 вес.% формальдегида, при температуре около 132°C. установка снабжалась газом ожижения, необходимым для поддержания слоя в движении, а также для создания струи через «отверстие струи» газового колпака. Газ распыления с расходом 32 кг/ч и температурой 142°C подавали совместно с расплавом в смесительную камеру форсунки.The granulator was equipped with an experimental nozzle in the center. The conical gas hood had a lower diameter of 105 mm and an upper diameter of 50 mm. It was mounted on a perforated mesh plate with holes occupying 4.5% of its area, containing
Параметры качества продукта, например влагосодержание, плотность, прочность на раздавливание гранул диаметром 2,5-4,5 мм проанализировали для каждого испытания форсунки. В ходе испытания использовали разные расходы жидкости; l/h, равные 250, 350 и 450. Каждое испытание грануляции производили, по меньшей мере, дважды.Product quality parameters, such as moisture content, density, crush strength of granules with a diameter of 2.5-4.5 mm, were analyzed for each nozzle test. During the test, different fluid flow rates were used; l / h, equal to 250, 350 and 450. Each granulation test was performed at least twice.
Можно также создавать нитратные продукты с 33,5% N и 27% N с помощью такого рода форсунки.You can also create nitrate products with 33.5% N and 27% N using this kind of nozzle.
Пример 1. Форсунка с цилиндрической смесительной камерой L/D=2,75Example 1. Nozzle with a cylindrical mixing chamber L / D = 2.75
В этом примере было использовано распылительное устройство типа H5, показанное на фиг.3, с отношением L/D 2,75 смесительной камеры. Результаты сравнили с экспериментами, произведенными в форсунках конструкции согласно уровню техники.In this example, a spray device of type H5, shown in FIG. 3, with a L / D ratio of 2.75 mixing chamber was used. The results were compared with experiments performed in nozzles of a structure according to the prior art.
Рабочие параметры Table 1
Operating parameters
Полученные свойства продукта, мочевина table 2
Obtained product properties, urea
Потребляемая мощность Table 3
Power consumption
Потребляемая мощность вычислялась, как описано в описании. Воздух использовался в качестве газа ожижения и распыления, поэтому k=1,40 и Cp=1,04 с поправкой на влажность воздуха.Power consumption was calculated as described in the description. Air was used as a liquefaction and spray gas, so k = 1.40 and Cp = 1.04 adjusted for air humidity.
Пример 2. Форсунка с цилиндрической смесительной камерой L/D=1Example 2. Nozzle with a cylindrical mixing chamber L / D = 1
Принцип работы и конструкция, за исключением длины смесительной камеры, такие же, как описаны в примере 1. В этой конструкции, длина смесительной камеры равна 20 мм вместо 55 мм, так что отношение L/D изменилось с 2,75 до 1. Результаты сравнивались с экспериментами, проводимыми в форсунках конструкции, отвечающей уровню техники.The principle of operation and design, with the exception of the length of the mixing chamber, are the same as described in Example 1. In this design, the length of the mixing chamber is 20 mm instead of 55 mm, so the L / D ratio changed from 2.75 to 1. The results were compared with experiments carried out in nozzles of a design that meets the prior art.
Рабочие параметры Table 4
Operating parameters
Полученные свойства продукта, мочевина Table 5
Obtained product properties, urea
Пример 3. Форсунка с конической смесительной камеройExample 3. Nozzle with a conical mixing chamber
В этом примере было использовано распылительное устройство с конической смесительной камерой, показанное на фиг.4. Отношение L/D форсунки составляло 2,75. Результаты сравнивались с экспериментами, проводимыми в форсунках конструкции, отвечающей уровню техники.In this example, a spray device with a conical mixing chamber, shown in FIG. 4, was used. The L / D ratio of the nozzle was 2.75. The results were compared with experiments conducted in nozzles of a design that meets the prior art.
Эта форсунка со смесительной камерой конической формы также имела 12 отверстий для впуска газа (D), которые размещаются под углом к направлению вращения вихря жидкости. Ее конструкция обеспечивает вращение газа распыления в противоположном направлении по отношению к жидкости, чтобы обеспечивать максимальный удар газа в поток жидкости.This nozzle with a conical mixing chamber also had 12 gas inlet openings (D), which are placed at an angle to the direction of rotation of the fluid vortex. Its design ensures that the atomization gas rotates in the opposite direction with respect to the liquid in order to ensure maximum gas impact into the liquid stream.
Рабочие параметры Table 6
Operating parameters
Полученные свойства продукта, мочевина Table 7
Obtained product properties, urea
Благодаря использованию форсунки конструкции в процессе грануляции, можно создавать гранулы при более низком энергопотреблении, с лучшим качеством и с более высокой производительностью.Thanks to the use of the nozzle design in the granulation process, it is possible to create granules with lower energy consumption, with better quality and higher productivity.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006126652/12A RU2325956C2 (en) | 2003-12-23 | 2003-12-23 | Spraying device and method of air-fluidized bed granulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006126652/12A RU2325956C2 (en) | 2003-12-23 | 2003-12-23 | Spraying device and method of air-fluidized bed granulation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006126652A RU2006126652A (en) | 2008-01-27 |
| RU2325956C2 true RU2325956C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39109687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006126652/12A RU2325956C2 (en) | 2003-12-23 | 2003-12-23 | Spraying device and method of air-fluidized bed granulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2325956C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701353A (en) * | 1983-08-27 | 1987-10-20 | Unie Van Kunstmestfabrieken B.V. | Process for the preparation of granules |
| US5653781A (en) * | 1992-08-07 | 1997-08-05 | Hydro Agri Sluiskil B.V. | Process for the production of urea granules |
| RU2156663C2 (en) * | 1995-01-06 | 2000-09-27 | Бп Кемикэлз Лимитед | Two-component injector for liquid spraying |
-
2003
- 2003-12-23 RU RU2006126652/12A patent/RU2325956C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701353A (en) * | 1983-08-27 | 1987-10-20 | Unie Van Kunstmestfabrieken B.V. | Process for the preparation of granules |
| US5653781A (en) * | 1992-08-07 | 1997-08-05 | Hydro Agri Sluiskil B.V. | Process for the production of urea granules |
| RU2156663C2 (en) * | 1995-01-06 | 2000-09-27 | Бп Кемикэлз Лимитед | Two-component injector for liquid spraying |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006126652A (en) | 2008-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7704420B2 (en) | Spraying device and method for fluidised bed granulation | |
| US20240042480A1 (en) | Fluid Bed Granulation Process and Apparatus | |
| US7182282B2 (en) | Fluid bed granulation apparatus | |
| EP2349583B1 (en) | Spraying method and nozzle for atomization of a liquid | |
| CA2217193A1 (en) | Process and device for producing granulates by fluidised bed spray granulation | |
| AU2002338492A1 (en) | Fluid bed granulation apparatus | |
| AU2002338301A1 (en) | Fluid bed granulation apparatus | |
| MXPA03008576A (en) | Fluid bed granulation process. | |
| RU2325956C2 (en) | Spraying device and method of air-fluidized bed granulation | |
| CA1136497A (en) | Granule producing machine | |
| PL208979B1 (en) | Spray equipment for granulation of molten material within a fluidized bed, method for making solid pellets in the |