Мгновенная аммонизация, даже если она была бы возмож­ной, нежелательна из-за большого выделения тепла, что вызы­вает перегрев материала с потерей сыпучести или его химиче­ское разложение, а также нарушение оптимального температур­ного) режима. Поэтому одновременно с проведением реакции необходимо отводить выделяющееся тепло.

Аммонизацию твердых частиц осуществляют в аппаратах с псевдоожиженным слоем и во вращающихся барабанах. Аммиак в псевдоожиженном слое интенсивно разбавляется охлаждаю­щим агентом, что снижает его концентрацию и движущую силу процесса аммонизации. Время контакта гранул и аммиака неве­лико, отсюда большие потери последнего [98], что делает такой способ одновременной аммонизации и охлаждения неэффектив­ным.

Для осуществления реакции в системе газ — твердое приме­няют механический способ перемешивания слоя материала, в который вводят газообразный или жидкий аммиак. Наиболее широко для этой цели используют гладкостенные вращающиеся барабаны, обеспечивающие требуемое перемешивание материа­ла. Однако отвод тепла в таком аппарате малоэффективен из-за плохого контакта гранул с хладагентом.

Эффективность аммонизации и теплообмена значительно вы­ше в барабанном аммонизаторе-холодильнике (БАХ) с чередую­щимися зонами аммонизации и охлаждения. Первые — гладко­стенные, вторые — снабжены подъемно-лопастной насадкой (рис. 2-35). Частота вращения барабана обеспечивает движение материала в режиме окатывания в зоне аммонизации, а в зоне охлаждения — в режиме равномерного распределения гранул ш> сечению барабана (см. разд. 5.2.3 и 5.3.3). Барабан имеет не­сколько секций, включающих по одной зоне аммонизации и охлаждения и ограниченных подпорными кольцами для созда­ния требуемой высоты слоя. Во избежание уноса материала ло­патки подъемной насадки зон охлаждения к подпорному кольцу вплотную не ставят. Патрубки для ввода аммиака также ото­двинуты от них для предотвращения переаммонизации скапли­вающегося у подпорного кольца материала, в особенности мел­кой его фракции.

Введение сопла в движущийся слой через открытую по­верхность приводит к образованию возмущений в движении зернистого материала. Поток поднимающегося и скатывающего-

РИС. 2-36. Зависимость пропускной способности гладкого барабана Q от его заполнения Ф при различных размерах Об и частотах вращения ©

вдоль вибрирующего вследствие движения слоя патрубка. Эти явления устраняются при использовании сопел специальной конструкции для подачи аммиака (см. рис. 5-22).

Расчет БАХ состоит в его секционировании по пропускной •способности и необходимому времени пребывания в зонах.

Пропускную способность вращающегося гладкостенного бара­бана определяют из следующих соображений. Под действием сил трения о гладкую стенку материал во вращающемся барабане поднимается на опреде­ленную высоту, а затем ссыпается вниз. Количество скатывающегося материа­ла, исходя из условия неразрывности потока, равно количеству поднимающе­гося материала:

(2.53)

•где Чех, «под — скорости скатывания и подъема частиц; SCK> Sn0д — пути ска­тывания и подъема; FCK, Люд — площади поперечного сечения скатывающе­гося и поднимающегося материала.

Обозначая Лод/Лб=ф (где F0б — площадь поперечного сечения материа­ла в барабане) и принимая, что максимальный путь скатывания равен хор­де, проведенной между крайними точками засыпки, центральный угол охва­та которой равен ф, получим

ЦскМюд= [-ф/(1 — -ф)]2^б зїп(ф/2)/і? бф=2г() sin(qj/2)/(l — *ф)ф. (2.54)

Скорость подъема материала определяется параметрами вращения бара­бана и в среднем равна

Опод=а>Л>/2. (2.55)

Средняя скорость скатывания в поперечном сечении

і>ск = ЯбСйф8Іп(ф/2)/(1-- Ф)ф,

где w — частота вращения барабана, Ro — его радиус.

По этому уравнению, задаваясь оптимальной скоростью скатывания и ■коэффициентом заполнения, определяют линейную скорость вращения обечай­ки барабана.

При подаче материала во вращающийся барабан происходит повышение •его уровня в загрузочной части. Наклонная поверхность образуется не толь­ко в поперечном, но и в продольном сечении, за счет чего и происходит его перемещение вдоль оси. На разгрузочном конце материал расположен в по­перечном сечении под углом естественного откоса в движении (1. а в про­дольном сечении — под углом р—ос (а — угол наклона барабана). Скорости ска­тывания в продольном и поперечном направлениях пропорциональны пути скатывания. Из геометрических соотношений

Скорость перемещения вдоль оси барабана

Оос= Оск прод COS — ОС)

ИЛИ

Оос=^бйи|)(1 — cos<p/2)/2tp(l — ip)tg(p —а). (2.59)

Пропускная способность вращающегося барабана определяется осевой скоростью и сечением материала, обрушивающегося на разгрузочном конце:

<2=Яб3апК1 — cos ф/2) (ср — sin ф)/4ф(1 — "Ф)tgО — а). (2.60)

Зависимость Q от коэффициента заполнения для барабанов различного диаметра при разной частоте их вращения приведена на рис. 2-36, из кото­рого видна удовлетворительная сходимость расчетных и промышленных данных.

Зная производительность аппарата по гранулированному продукту и не­обходимое время пребывания его в контакте с газом, рассчитывают суммар­ный объем факелов газа, складывающийся из объема отдельных струй. Раз­мер газового факела определяли, исходя из предположения, что поглощение газа твердыми частицами равномерно по высоте, а следователь­но, и объем факела в слое убывает по высоте равномерно. Тогда объем эле­ментарного сечения факела равен

йУфы={1—у/Н?)кхЧу, (2.61)

где Рфак — объем факела; х, у — текущие координаты по ширине и длине факела; Нр — высота слоя над соплом.

После интегрирования получим объем факела

Кфак=яЯр2/6а, (2.62)

где а — коэффициент пропорциональности.

Анализ уравнения (2.62) показывает, что факел газа—это тело враще­ния кривой, описываемой уравнением

Ьу= ~VyJa(l — ~/у1Нр), (2.63)-

где by — полуширина газовой зоны.

Максимальная полуширина факела, равная 6макс=г/4, где г — радиус параболоида на высоте Яр, достигается при высоте слоя над соплом, рав­ной Яр/4.

Образование факела такой формы происходит при соответствии расходов - истекающего Qo и поглощаемого Q„ газа, т. е. при одновременном расшире­нии струи за счет понижения давления на ее границах и свертывания струи - за счет поглощения газа.

Материальный баланс по газу в элементарном сечении факела:

Qo=-Q„+Qv, (2.64)

где Qo — расход газа из сопла; Qn — количество поглощаемого газа; Qy — расход газа в поперечном сеченин факела,

В случае полного поглощения газа в слое высотой Яр справедливы соот­ношения: при у=0 Qy=Qo, при у=Нр Qy=0.

Рассмотрим элементарный объем зоны толщиной dу. Через него вдоль оси X проходит твердый материал в количестве dQTB, определяемом шириной зоны. в этом сечении 2Ьу, плотностью потока движущегося материала рп и ско­ростью движения твердой фазы vy. Для сопла, размещаемого вблизи нейт­ральной линии слоя, Vy=vCK - Тогда

dQ ТВ —25 у pnOcKd//.

Интегрируя (2.65) в пределах от 0 до Нр, получим

Qtb— (//рГ/3) Оскрп. (2.66)

Количество газа, поглощенного в элементарном объеме зоны, за­висит от свойств реагирующих веществ:

Рп=(<ЗтвМг/Мтв)(Ск0-Ск), (2.67)

Принимая во внимание, что время пребывания материала в газовой зоне при одноразовом ее прохождении Ті = Уфакрп/Отв, имеем

Как видно из (2.64) и граничных условий, зная параметры истечения га­за из сопла, по уравнению (2.69) можно рассчитать его расход. При про­хождении потока материала QTB через зону действия одного сопла с учетом коэффициента циркуляции во вращающемся барабане k4=QiJQnp (где •Qtb и Qnp — потоки твердой фазы в поперечном и продольном сечениях ба­рабана) расход газа рассчитывают по уравнению

Qo = k4Qnv (2.70)

Для достижения заданной производительности зерна твердого материа­ла должны пройти через N газовых зон, причем

ЯХЗг/Qo, (2.71)

где Or — стехиометрическое количество поглощаемого газа.

Таким образом, по (2.69) и (2.71) рассчитывают расход газа и число сопел для реального процесса, используя данные разд. 5.2 для выбора ко­эффициента циркуляции и скорости скатывания материала в барабане.

Минимальный шаг между соплами равен 2Ьмакс и выбирается с учетом необходимости нормального перемешивания твердого материала и проведе­ния сопутствующего процесса, например гранулирования. Приняв величину шага между соплами и степень аммонизации в данной зоне (из расчета до­пустимого нагрева продукта), определяют ее длину. Размеры зоны охлажде­ния и конструкцию насадки, обеспечивающую равномерное ссыпание мате­риала по сечению барабана при принятом режиме его вращения, рассчиты­вают по данным разд. 5.3.3. Коэффициент теплоотдачи при охлаждении гра­нул воздухом в таком аппарате принимают равным 800—850 кДж/(м3-ч - •град).