Отсутствие в продукте новых центров гранулообразования и агрегатов гранул является необходимым, но недостаточным условием получения качественного продукта. Ядра, вводимые в кондиционер, вследствие различного времени пребывания в слое покрываются оболочкой разной толщины. Как показали исследования [284], оболочка, полностью покрывающая ядро и обеспечивающая требуемые физические свойства комплекс­ных удобрений, должна иметь толщину не менее 0,05—0,1 мм.

Гранулы, имеющие оболочку меньшей толщины, называют проскоком [і, который характеризуют отношением массы ядер, имеющих оболочку менее 0,05—0,1 мм (в зависимости от требуемого качества покрытия, свойств ядра

и оболочки), к общем массе образца.

Для расчета толщины оболочки на гранулах необходимо знать закономер­ности их роста, относительно которых, например для процесса в псевдоожи­женном слое, существуют различные мнения. В работах [175, 176, 287, 288] принято, что скорость роста частиц пропорциональна поверхности слоя и не зависит от размера частиц, т. е. соответствует уравнению

d=do+kt (7.3)

или для скорости роста К:

7, = dd/dt= GK/(Fp?) =const, (7.4)

где d, dо — размер покрытых и непокрытых гранул; т — время покрытия; GH

и F — массовый расход покрытия и поверхность гранул; рт — плотность веще­ства покрытия.

В работе [174] теоретически выводится зависимость скорости роста от диаметра частиц

dd/dx=d0GJ(3Gc„). (7.5)

Уравнение (7.5) подтверждено экспериментально на лабораторной уста­новке в узком интервале изменения размеров частиц. Авторы работы [289], проведя исследования при периодическом гранулировании, также пришли к выводу о том, что средний размер гранул в слое изменяется по экспоненциаль­ному закону. Уравнение, предложенное ими, соответствует уравнению (7.5).

В работе [290] распределение сухого вещества, вводимого с жидкостью, принято пропорциональным поверхности частиц в слое, и получено выражение, аналогичное (7.4). Однако несоответствие с экспериментальными данными вызвало необходимость введения дополнительного множителя, учитывающего неравномерность пребывания гранул в зоне орошения в зависимости от их раз­меров. В результате получено уравнение

ddldx=[2GJ(pTF)](A+Bd), (7.6)

где А я В — эмпирические константы.

Расчеты, проведенные в работе [174], показывают, что экспериментальные данные, на основе которых получены коэффициенты А я В, хорошо описыва­ются уравнением (7.5).

Некоторые авторы [171], исходя из анализа экспериментальных данных, считают, что закон роста гранул может быть линейным в отсутствие сепара­ции в слое и нелинейным в случае сепарации частиц по размерам в зоне оро­шения слоя жидкостью. Получено аналитическое выражение скорости роста:

16—1155

где а и т — эмпирические константы.

Экспериментальные исследования кинетики роста частиц в псевдоожижен­ном слое подтверждают степенной характер зависимости скорости роста от размера гранул. Однако мнения о степени этого влияния противоречивы. Кро­ме того, в работах [174, 290, 291] указывается на монотонную зависимость скорости роста от диаметра (рис. 7-2, а), а в работе [171] обнаружен экстре­мальный характер этой зависимости (рис. 7-2,6), объясняемый различной ве­роятностью выхода гранул разного размера в зоны орошения и выгрузки.

На полузаводской установке исследован процесс гранулообразования в широком диапазоне изменения параметров с использованием методики, позво­ляющей определять размеры единичных гранул [181]. В процессе получения гранул карбамида, покрытых оболочкой аммофоса, в псевдоожиженный слой подавали навеску окрашенных гранул карбамида. Через определенные интер­валы времени из непрерывно выгружаемого продукта отбирали пробы и изго­товляли диаметральные шлифы гранул. Меченые ядра и образовавшиеся на них оболочки измеряли под микроскопом. Обнаружено, что математическое ожидание распределений по размерам гранул, отобранных в каждый момент времени, изменяется по экспоненциальному закону (рис. 7-3), независимо от производительности процесса, массы слоя и других параметров. Однако этот закон нарушается при увеличении размера гранул свыше 4 мм и содержании их в слое менее 10%, так как эти гранулы практически не растут.

Базируясь на этом законе роста, определяют минимальное время пребывания в псевдоожиженном слое, необходимое для получения пленки заданной толщины. Доля гранул, у которых средняя толщина пленки меньше требуемой, для аппарата идеального смешения рассчитывается по уравнению

[1=1 — ехр ( Тмин/тср). (7.8)

Проскок непокрытых гранул зависит от структуры потоков в аппарате, а следовательно, от его конструкции, способа по­дачи ядер и выгрузки продукта. При загрузке шнеком, в ниж­нюю часть слоя вероятность выхода гранул к месту выгрузки и в зону орошения одинакова. Отсюда близкое совпадение экс­периментальных и полученных по уравнению (7.8) данных. Значительное уменьшение проскока достигается в случае при­нудительного прохождения гранул через зону орошения (вду­вания их непосредственно в факел пульпы). В этом случае гранулы-ядра, получив первоначально некоторую порцию пуль­пы, распределяются в псевдоожиженном слое. Дальнейшее уве-

РИС. 7-2. Зависимость скорости роста v гранул от диаметра частиц d: а — для различных удобрений:

1 — карбамид; 2 — аммиачная селитра; 3 — нитроаммофоска; б — для сульфата цинка при различном размере частиц рецикла: / — 1,25—1,60 мм; 2— 1,0—2,0 мм;

3 — 0,8—3,0 мм

РИС. 7-3. Зависимость математического ожидания распределения гранул по размерам dld0 от времени пребывания гранул в слое т (производительность 2ft по сухому продукту 180 кг/ч, расход 22 рецикла 160 кг/ч, масса слоя 160 кг, коэффициент гранулообразования k=)

1,8

личение оболочки происходит 1'6 так же, как и при загрузке шне - ^ ком.

Вероятность попадания гра - 1,2 нул в зону орошения до того, как они выйдут из слоя, увели - 1<° чивается при удалении друг от друга мест загрузки ядер и выгрузки продукта. Так, при пневмоподаче ядер в нижнюю часть слоя и выгрузке продукта сверху проскок составлял 3%. Однако верхняя выгрузка не обеспечивает удаления из аппарата крупных частиц, что при­водит к необходимости периодической полной разгрузки таких аппаратов.

Следовательно, для обеспечения непрерывной работы аппа­рата целесообразны нижняя выгрузка и подача гранул-ядер сверху, вблизи форсунки жидкости. При расположении послед­ней сбоку аппарата вблизи газораспределительной решетки за­грузку гранул также предпочтительнее максимально прибли­зить к факелу пульпы.

Выравнивание времени пребывания отдельных гранул в слое обеспечивает практически полное устранение проскока. При непрерывном ведении процесса это достигалось организацией пульсационной выгрузки. Пульпу и ядра подавали в псевдо­ожиженный слой непрерывно, а отбор продукта производили периодически. Все ядра (гранулы карбамида) имели оболочку из аммофоса, причем у 10% из них толщина поверхност­ного слоя была не более 0,01 мм.

Другим способом выравнивания времени пребывания частиц в слое является применение многосекционного аппарата [292— 294]. Как показали исследования, уже двухстадийное проведе­ние процесса обеспечивает практически полное опыление кар­бамида аммофосом, взятым из расчета соотношения N : РгС>5= = 1 : 1 в продукте. На первую стадию подавали половину рас­четного количества аммофоса, проскок составлял 14%. При непрерывной выгрузке в обеих стадиях проскок в продукте был всего 1 %.

Таким образом, наиболее рационально совмещенное распо­ложение загрузки пульпы и ядер при их пневмоподаче в ниж­нюю часть слоя. Выгрузку следует производить снизу, на наи­большем удалении от места загрузки.

Наибольшее удаление мест загрузки и выгрузки достигает­ся в аппарате с псевдоожиженным слоем прямоугольной фор­мы. В нем материал перемещается вдоль длинной стенки. По­перек движения материала на него в нескольких точках на­правлены факелы форсунок жидкости, чем достигаются много­стадийное орошение и выравнивание распределения жидкости по поверхности гранул.

Равномерность покрытия во вращающемся барабане, струк­тура потока в котором приближается к идеальному вытесне­нию, почти не зависит от времени пребывания материала. Оп­ределяющим здесь будет соотношение размеров ядер и частиц, а также их относительное содержание в слое, норма, состав и равномерность распределения связующего.

Размер гранул, покрытых оболочкой, может быть рассчитан на основании следующих соображений. Точечное налипание частиц на гранулу обеспечивает ей приращение диаметра 2d, за nd/d, оборотов гранулы на пути (лd)2/d,. Путь скатывания во вращающемся с частотой со барабане, имеющем угол охвата засыпки материала ф, за время 1/ш составит [4я/?бЗІп(ф/2)]/ф, а при­ращение гранул

{[4я% sin (ф/2) ] /ф} [d,/(nd)2] 2d,,

откуда скорость роста

dd/dT— [8/?6d,2 sin (ф/2)] со/(фягі2). (7.9)

Разделяя переменные и интегрируя в пределах изменения d от do до d т от 0 до т, получим кинетическое уравнение окатывания гранул частица­ми порошка:

d®=d0*+ (24/я){ [sin (ф/2) ] Ap}tfed,2wT. (7.10)

Уравнение (7.10) связывает размеры исходных и получаемых частиц с ре­жимом работы окаточного барабана и позволяет определить время, необходи­мое для получения оболочки заданной толщины.

Существуют и другие, более точные методики расчета размеров двухслой­ных гранул [142, 295]. Однако они включают такие трудно определяемые эм­пирические величины, как пористость, степень насыщения пор ядра и оболочки связующим и др.

Для оценки режима кондиционирования целесообразно экспериментально сразу определять потребное количество связующего выбранного вида и для этих условий рассчитывать толщину оболочки.