Влияние различных параметров на процесс охлаждения и кри­сталлизации в башне видно из анализа его математической мо­дели. В отличие от других методов гранулирования формирова­ние гранул по размерам в башне происходит не в течение всего времени пребывания в аппарате, а лишь в первый момент — на стадии диспергирования плава. Размер и однородность капель определяются условиями истечения, подробно рассмотренными в работах [212, 213]. Практически для расчета грануляционной башни задаются размером капель и по ним определяют осталь­ные параметры процесса.

От размера капель зависит прежде всего высота падения частиц, необ­ходимая для их затвердевания. Время отвода заданного количества тепла т определяется коэффициентом теплоотдачи и поверхностью частиц. Для пре­дотвращения комкования продукта при ударе о псевдоожиженный охлаж­дающий слой, расположенный в нижней части башни, в полете необходимо отвести от продукта 75—85% теплоты кристаллизации. В случае удара о дно башни эта величина возрастает до 95—96% [214].

Для гранул различного размера удельная поверхность единицы массы пропорциональна d~l, а ак0нв ~ о0,5отн^-0,5.Следовательно, т~гі1’5овит~0,5» т. е. время кристаллизации, например, для гранул d=3 мм по сравнению с d= 1 мм, возрастает приблизительно в 4 раза. Еще больше возрастаеГ высота падения, поскольку крупные гранулы падают быстрее. Капли с d> >3 мм гидродинамически неустойчивы и либо распадаются на более мелкие, либо перерождаются в чашеобразные пустотелые оболочки. В расчетах сле­дует исходить из размера гранул 3 мм,

На. ход охлаждения плава влияет удельный расход воздуха, с увеличени­ем которого в 2 раза теплоотвод, например, от капель плава аммиачной, селитры с rf=l,7 мм возрастает на 20%. Однако для более крупных гранул эффект заметно меньше (для d=3 мм — 5%). Увеличение удельного расхода воздуха сверх обычно принимаемого (8—12 кг/кг) практически нецелесооб­разно.

При выборе расхода воздуха следует учитывать неравномерность ороше­ния по сечению башни, в особенности при разбрызгивании центробежными грануляторами. В зоне максимального орошения фактический удельный рас­ход воздуха примерно в 2 раза ниже среднего, что должно быть учтено в тепловых расчетах.

Превышение плотности орошения при тех же удельных расходах воздуха приводит к возрастанию его скорости. При скоростях 1,5—2 м/с заметен тормозящий эффект на падающие гранулы без изменения коэффициента теплоотдачи, что обеспечивает ту же степень охлаждения при меньшей высоте падения. Увеличение скорости свыше 2 м/с практически возможно при усло­вии вывода воздуха из башни ниже расположения диспергатора, что исклю­чает торможение струй и слияние капель. С возрастанием скорости увели­чивается вынос продукта из башни, поэтому величину скорости надо оптими­зировать. В действующих промышленных башнях она составляет 0,4—2,0 м/с,

Полнота кристаллизации, а следовательно, время и высота падения гра­нул зависят от химического состава и концентрации плава. Так, при оста­точном влагосодержании плава аммиачной селитры 1,5% для протекания кристаллизации на 90% необходимо охлаждать гранулы до 80 °С, а при влагосодержании 0,2% такой же эффект достигается при 140 °С. Практически такое изменение влагосодержания приводит к возможности увеличения тем­пературы продукта в нижней части башни летом с 80—90 до 120—130 °С.

Введение добавок также изменяет условия кристаллизации, в частности для аммиачной селитры и карбамида уменьшается коэффициент объемного расширения. Виды добавок и их эффективность описаны в ряде работ [211, 215].

Для ускорения кристаллизации в расплав вводят мелкодисперсные' твердые частицы. Образование мелких кристаллов способствует более плотной упаковке кристаллов в застывших гранулах.

Наличие твердых включений не всегда положительно сказы­вается на гранулообразовании. Примером тому плавы NP - и NPK-удобрений, которые из-за повышенной вязкости распылива - ют центробежными грануляторами, имеющими увеличенные раз­меры отверстий истечения. Отсюда необходимость снижения плот­ности и равномерности орошения, увеличение времени кристал­лизации и высоты падения. Дополнительные трудности возника­ют с NPK-плавом из-за ограниченной растворимости в нем хло­рида калия и возможности нежелательной конверсии. Поэтому следует ограничивать время пребывания плава в смесителе ч строго соблюдать температурный режим. Процесс упрощается при использовании сульфата калия.

NP - и NPK-плавы склонны к значительному переохлаждению. Кристаллизация как бы не успевает за отводом тепла. Так, если процесс расплавления обоих веществ идет в интервале 165— 175 °С, то кристаллизация в условиях быстрого охлаждения на­чинается у NP-іплавов при 130—120°С, а у NPK — при ПО— 100 °С. Достаточное отверждение гранул наступает лишь при тем­пературе 100 °С для NP - и 80—70 °С — для NPK-плава. Дальней­шее охлаждение ведут в специальных холодильниках.

Равномерное смешение плава с добавками непосредственно перед кристаллизацией значительно упрощает гранулирование и улучшает свойства продукта. Особенно перспективно это в спосо­бе, включающем падение разбрызгиваемых капель через облако пылевидных частиц на поверхность псевдоожиженного слоя, ге­нерирующего это облако [216]. При прохождении капли через пылевидные частицы последние прилипают к ее поверхности, об­разуя тонкую, но достаточно отвердевшую оболочку, предохра­няющую гранулу от деформации при попадании в псевдоожижен­ный слой. Различные вещества в разной степени прилипают к поверхности капель. Высота облака частиц и скорость потока воздуха не сказываются на количестве захваченной каплями пыли.

Этот же способ применен [211] для введения в плав NP хлорида калия, который охлаждает плав, что резко тормозит развитие реакции конверсии и интенсифицирует образование твердой оболочки. Псевдоожиженный слой хлорида калия с частицами размером 5—100 мкм размещался по всему сечению башни и служил как для генерации пылевого потока концентрацией 400—500 г/м3, так и для охлаждения гранул. На выходе из башни воздух очищали от пыли в тканевых фильтрах. Гранулы содержали 32—42% КС1, причем 90—95% его в наружном слое толщиной 0,50—0,55 мм.

Дальнейшая перспектива использования псевдоожиженного слоя пылевидных частиц в нижней части грануляционной башни прежде всего зависит от того, удастся ли распыливать плав слож­ных удобрений с плотностью орошения большей, чем обеспечива­ет центробежный гранулятор, поскольку этот способ рационален лишь при высокой плотности орошения.

Применение псевдоожиженного слоя продукта для его до - охлаждения дает ряд важных преимуществ: увеличение удельно­го расхода воздуха и, как следствие, плотности орошения, т. е. позволяет сократить площадь башни; возрастание скорости воз­духа в башне усиливает торможение полета гранул и увеличи­вает время падения, что дает возможность уменьшить высоту башни; смягчение удара гранул о псевдоожиженный слой, что поз­воляет уменьшить степень отверждения в башне, т. е. уменьшить ее высоту; равномерное распределение по сечению башни и более полное использование охлаждающего воздуха; упрощение экс­плуатации башни за счет устранения налипания продукта. Так, размещение псевдоожиженного слоя на дне башни в производ­стве карбамида позволяет в 5—7 раз увеличить среднюю плот­ность орошения и в 1,5—2 раза снизить высоту падения гранул размером 2—3 мм [211].