5.4.1. ТЕПЛООБМЕН И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ КАПЕЛЬ РАСПЛАВА В ПРОТИВОТОКЕ ВОЗДУХА

Механизм гранулообразования заключается в распаде исте­кающих из гранулирующего устройства струй на капли, которые, охлаждаясь во встречном потоке воздуха, превращаются в грану­лы. При падении капля (гранула) отдает тепло потоку охлаж­дающего воздуха. При этом охлаждение :и кристаллизация плава начинаются с поверхности, а при достижении температуры кри­сталлизации происходит образование твердой оболочки, толщина которой по мере движения капли (гранулы) увеличивается. Та­ким образом, фронт кристаллизации продвигается в центр грану­лы по радиусу с соответствующим выделением тепла кристалли­зации. При достижении поверхностью гранулы температуры сле­дующего модификационного перехода фронт этого перехода с соответствующим тепловыделением начинает перемещаться вслед за фронтом кристаллизации. Аналогично происходят и дальней­шие модификационные превращения в структуре гранулы, кото­рые осложняют процесс теплопередачи.

Формирование структуры гранул из капель расплава во время их полета в башне является следствием процессов нестационар­ного теплообмена, осложненного действием внутреннего источни­ка тепла в виде теплоты кристаллизации.

Задачей инженерного расчета обычно является определение высоты грануляционной башни или времени падения капли (гра­нулы), в течение которого она затвердевает настолько, что уже не деформируется при попадании на коническое днище башни или плотную фазу кипящего слоя. Поскольку прочность гранулы по

и другом случаях вероятность перегрева сухого продукта уменьшается. С дру­гой стороны, в грануляторе с псевдоожиженным слоем рекомендуется скорость теплоносителя в 1,5—2 раза большая, чем в БГС, поскольку в пос­леднем возможен снос падающего материала в сторону выгрузки, что приво­дит к его комкованию. Таким образом, и аппарат с псевдоожиженным слоем, и БГС при получении одинаковых продуктов имеют примерно равную удельную (в пересчете на поперечное сечение гранулятора) производитель­ность. Особо отметим, что рекомендуемая в работах [205, 206] эмпирическая зависимость влагонапряженности сечения барабана от перепада температур теплоносителя имеет очень ограниченное применение в строго оговоренных условиях гранулирования. Для расчета этой величины предпочтение следует отдать уравнениям материального и теплового балансов.

Протяженность слоя в грануляторе рассчитывают по площади и времени пребывания в нем продукта. Естественно, что габари­ты барабана из-за меньшего заполнения получаются больше, чем annapata КС. Кроме того, длина БГС должна проверяться на дальнобойность факела пульпы.

Глубина погружения факела в поток падающего материала («завесы») зависит от длины свободного участка струи, давления и расхода распыливающего агента, плотности и равномерности «завесы», размера частиц. Чем дальше факел проникает в глубь барабана, тем больше площадь контакта частиц с пульпой и тем больше можно подать ее при той же удельной влагонапряжеи - ности факела. Однако введение в аппарат газожидкостной струи со скоростью витания частиц приводит к сдуву большого числа влажных гранул от зоны подачи теплоносителя. В результате материал перегревается в зоне контакта теплоносителя с неоро­шаемой частью «завесы». Так, при сушке аммофоса дымовыми газами при 550 °С температура по всей длине факела пульпы рав­на температуре мокрого термометра, а в неорошаемой части «за­весы» достигает 150—170 °С. Следовательно, длина гетерогенно­го участка факела распыливаемой пульпы должна быть опти­мальной и подбираться экспериментально в зависимости от усло­вий сушки и конструктивных особенностей аппарата.

Ориентировочно длина факела L$ в слое равна расстоянию, на которое переместятся падающие гранулы за счет энергии истекающей из форсунки со скоростью о ж газожидкостной струи, массой тж

Іф=отж02ш/(2тф), (5.29)

где Щф — масса гранул в объеме факела, рассчитываемом по его длине и экспериментально определяемым углам раскрытия газожидкостной струи до «завесы» и в ней.

С учетом режима работы форсунки длину факела можно определить по эмпирической зависимости, полученной [205, 206] на основе радиометрическо­го исследования дальнобойности струи пульпы в промышленном аппарате:

іф/Об = 0,44 (Р/Рат) 0,9(Ут/^ж)0’^9 (Шф/Лїж) — 0>1, (5.30)

где Р, Рцч—давление воздуха в форсунке и атмосферное; ит, аж— скорости теплоносителя и жидкости.

Уравнение (5.30) справедливо с погрешностью не более 10% в диапазоне: изменения 0,5<Р/Рат<2,5; 5,2<ит/ож<15,6; 2,25<тф/тж<62,6.

Обычно для промышленных аппаратов іф=3—6 м, что соответствует условиям гранулирования и вписывается в длину БГС.

Высоту рабочей зоны аппарата с псевдоожиженным слоем, полученную по времени пребывания в нем материала, следует определить с учетом рас­ширения слоя, например, по уравнению [207]

tfp=5,6ffoRe°-7Ar-°*8, (5.31)

где #0 — расчетная высота неподвижного слоя.

Общая высота аппарата включает также сепарационное пространство [208]:

ffcen=u2/(2g), где п=0,09Аг°'25 lg(Opa5/n„o). (5.32)

Расчеты по приведенной методике. показывают, что при оди­наковой производительности металлоемкость БГС значительно выше, чем аппарата с псевдоожиженным слоем, который, в свою очередь, уступает аппарату БГС по энергозатратам и надежно­сти работы.