Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Смесевые энергонасыщенные материалы. Учебное пособие
.pdf
В пневматической установке нагнетательного действия материал загружают в емкость шнекового питателя, которым он подается в пневмонасос. Там материал подхватывается сжатым воздухом, непрерывно поступающим через
штуцеры, и перемещается по трубопроводу в циклон, в котором оседает его основная масса. Осажденный материал из циклона поступает через клапанное
шлюзовое устройство в транспортировочный шнек. Воздух из циклона дополнительно очищается в рукавчатом фильтре и выбрасывается в атмосферу. Продукт из фильтра удаляется также транспортировочным шнеком. Такие установки в условиях валового производства не применяются. Но испытания в опытнопроизводственных условиях показали возможность их успешного применения
для перемещения селитры, тротила и аммонитов.
7.2.4. Питание и дозирование
Питанием называют процесс равномерной подачи исходных материалов
или полуфабрикатов в аппараты для их переработки или транспортирования,
а устройства для питания называют питателями.
Дозированием называют процесс разделения материала на дозы (навески)
заданной величины, а также процесс подачи исходных материалов на переработку с заданной весовой производительностью или в заданном весовом соотношении. Вес материала, как правило, пропорционален его объему, поэтому
иногда вместо весового дозирования применяют объемное. Объемное дозирование сыпучих материалов не учитывает возможности колебаний гравиметрической плотности материала от условий засыпки, гранулометрического состава
и т.д. В связи с этим в производстве СПВВ объемным способом дозируют главным образом жидкие компоненты. Объемное дозирование сыпучих материалов
применяют лишь в отдельных случаях, когда колебания навески укладываются
в пределы допуска. Если устройство для дозирования представляет собой отдельный аппарат, то его называют дозатором, а если это комплекс аппаратов –
установкой для дозирования.
Питатель обеспечивает лишь более-менее равномерную подачу материала
к месту назначения, причем возможны значительные колебания производительности. В большинстве случаев питатели не могут обеспечить точности дозирования. Чтобы питатель мог удовлетворять этим требованиям, его снабжают
дополнительными устройствами и тогда он превращается в дозатор или становится частью дозирующей установки.
При смешивании компонентов в аппаратах периодического действия дозирование осуществляют последовательным отвешиванием заданных количеств
компонентов, рассчитанных на одну загрузку смесителя. Комплект навесок загружают в аппарат после освобождения его от готовой смеси, полученной
во время предыдущего цикла. Такое дозирование производят вручную при помощи обычных платформенных весов. Таким же способом часто дозируется и
готовое СПВВ при укупорке.
101
При смешивании компонентов в аппарате непрерывного действия дозирование осуществляется порционным или непрерывным способом, т.е. последовательным отвешиванием рассчитанных количеств всех компонентов смеси и подачей получаемых таким образом комплектов доз в смеситель или непрерывной
подачей в смеситель каждого компонента с заданной производительностью или
в заданном весовом соотношении.
Материал на то или иное устройство для питания поступает из бункера или
другой емкости. В зависимости от величины возможных запасов материала, его
сыпучести, слеживаемости применяются емкости различного устройства. Для
материалов со значительной слеживаемостью применяют бункера с горизонтальной мешалкой, вертикальной рамочной мешалкой, двухшнековые, циркуляционные шнеки.
Наиболее широкое применение для питания и дозирования сыпучих материалов в производстве СПВВ нашли шнековые, вибрационные, барабанные питатели, автоматические весы, автоматические установки для порционного или
непрерывного дозирования.
Шнековые питатели
Шнековые питатели по конструктивным особенностям можно разделить на
четыре группы.
в зависимости от свойств компонентов
применяют в сочетании с бункерами для неслеживающихся и слеживающихся
материалов. Питатель для слеживающихся материалов представляет собой консольный шнек-винт, проходящий через нижнюю часть бункера, снабженного
горизонтальной мешалкой, и через шнек-трубку. Консольные питатели также
часто применяют в сочетании с двухшнековыми бункерами-ворошителями.
, установленными на двух
подшипниках, расположенных по разные стороны от транспортирующей части
шнека, применяют в тех случаях, когда нужно подавать материал на расстояние
больше 1 м.
можно применять для подачи дозируемого материала в бункер автоматических весов при порционном дозировании. Во время
засыпки материала в бункер работают оба шнека, а во время досыпки – только
шнек меньшего диаметра, который к тому же вращается с меньшей скоростью.
представляет собой два транспортировочных шнека, расположенных в желобах, соединенных переходами. В дне
первого желоба сделан проем, закрываемый двумя шиберами. Материал загружается в первый желоб и перемещается вдоль него транспортировочным шнеком. Если проем в дне желоба частично или полностью открыт, то часть материала высыпается через течку. Избыток материала по переходу перемещается
во второй желоб и из него обводным шнеком возвращается по другому перехо-
102
ду в первый желоб. Таким образом, избыток материала циркулирует по питателю. Такие аппараты применяют в автоматических весах для отвешивания порции готового СПВВ при его укупорке в мешки. При засыпке мешка оба шибера
открыты, при досыпке один шибер закрывается, а при достижении загрузки
мешка закрывается и второй.
Для регулировки производительности применяют также питатели со ступенчатым или плавным автоматическим изменением скорости вращения шнека.
Вибрационные питатели
Вибрационные питатели обычно применяют для передачи на переработку
или укупорку материалов с высокой чувствительностью к трению. Вибрационный питатель представляет собой лоток, установленный на упругих стойках
под бункером и приводимый в состояние вибрации пневмо- или электровибратором. В лотке устанавливают сетку, при наличии которой вибролоток является
не только вибропитателем, но и виброгрохотом. Вибролоток устанавливается
с уклоном 5–10 в сторону выгрузки материала.
Барабанные питатели
Барабанные питатели применяют для равномерной подачи мягких сыпучих
материалов. Питатель состоит из трех основных узлов: корпуса, ячейкового барабана и приводного механизма. Подлежащий подаче материал заполняет находящиеся вверху ячейки барабана через верхний штуцер корпуса, а когда эти
ячейки поворачиваются вниз, материал высыпается и попадает в нижний отводной штуцер. Таким образом, осуществляется непрерывная подача материала. Производительность барабанного питателя зависит от размеров барабана
и регулируется изменением частоты вращения.
Автоматические весы
Автоматические весы предназначены для отвешивания порций СПВВ при
их укупорке в мешки.
В -40 СПВВ через горловину поступает в же-
лоб циркуляционного шнекового питателя. Перед началом отвешивания порций
на течку питателя надевают пустой мешок и закрепляют его при помощи хомута. После этого нажимают кнопку пуска. При этом пневмоцилиндры раздвигают шибера на течке, открывая проем в дне желоба, через который СПВВ сыплется в мешок. Когда вес мешка с засыпанным в него продуктом достигает заданного значения, поршень пневмоцилиндра автоматически закрывает один
шибер на течке питателя, осуществляя этим перевод подачи продукта с режима
засыпки в режим досыпки. Чтобы обеспечить достаточную точность дозирования, переключение производится, когда вес СПВВ в мешке достигнет примерно
95 % от полной навески. Когда вес материала в мешке достигнет конечной на-
103
вески, закрывается второй шибер питателя, течка перекрывается полностью и
подача продукта прекращается. После этого отстегивают замок хомута, крепящий мешок, и он падает на транспортер, проходящий под течкой и подающий
заполненные мешки на операцию зашивки. Для начала нового цикла на течку
надевают новый мешок и, закрепив его, нажимают на кнопку пуска. Производительность ВАМ-40 при укупорке порошкообразных аммонитов составляет 3–
5 т/ч, а зерногранулитов – до 8 т/ч. Погрешность взвешивания при весе мешка
40 кг не превышает 300 г.
В производстве СПВВ применяются также
Основной дозирующей частью этих
весов является шнековый питатель. Скорость вращения шнека при достижении
загрузки мешка 95–97 % автоматически уменьшается в 10 раз, в результате чего
подача СПВВ переводится с режима засыпки в режим досыпки. Когда загрузка
мешка достигнет номинальной величины, вращение шнека прекращается.
Автоматические установки для дозирования
Установки применяют для автоматического порционного и непрерывного
дозирования одного, двух или нескольких компонентов перед подачей их
на смешивание.
применяется,
например, для подачи промежуточной смеси и гексогена при изготовлении
скального аммонита непрерывным способом. Промежуточную смесь компонентов скального аммонита транспортировочным шнеком подают в бункер
шнекового питателя. Гексоген при помощи транспортирующего шнека подают
в бункер вибропитателя. Нажатием на пусковую электрокнопку приводят
в движение шнек-питатель и пневмовибратор, которыми компоненты засыпаются каждый в свой трехсекционный барабан. Когда загрузка секций барабанов
достигнет 85–90 % вибропитатель и шнек переключаются автоматически с режима засыпки в режим досыпки, а при достижении веса компонентов в барабанах заданных величин они отключаются. После отвешивания навесок обоих
компонентов автоматически срабатывает храповой механизм, барабаны под
влиянием эксцентричности загрузки поворачиваются на 120, навески из секций барабана по течкам высыпаются в вибропитатель, который подает их
в смеситель, и затем начинается новый цикл дозирования.
может применяться, например, в производстве аммонита № 6ЖВ.
В состав этой установки входят два двухшнековых бункера-ворошителя со
шнековыми питателями и ленточные транспортеры, подвешенные на коромысле. Компоненты из бункеров-ворошителей подаются шнековыми питателями на
ленточные транспортеры. Каждый бункер-ворошитель снабжен указателями
предельно верхнего и нижнего уровней для включения или выключения шнека,
104
подающего материал в бункер, и шнека-питателя. Ленточные транспортеры
имеют одинаковые устройство и вес. Скорость движения лент этих транспортеров пропорциональна требуемому содержанию дозируемых компонентов
в смеси. Пропорциональность обеспечивается подбором числа зубьев цепных
передач. Регулировка скорости вращения шнеков питателей производится вариаторами – механизмами, в которых можно плавно изменять отношение скоростей вращения ведущего и ведомого валов. Регулирование скорости вращения шнека-питателя, подающего преобладающий компонент смеси, в данном
случае аммиачную селитру, осуществляется при настройке установки вручную,
а шнека-питателя, подающего второй компонент, автоматически в ходе процесса по команде фотосопротивлений.
7.2.5. Сушка
Сушка – это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного
к материалу тепла. Целью сушки является улучшение качества материала и,
в связи с этим, увеличение возможностей его использования [10–13, 16–17].
Наиболее широко распространены в химической технологии контактный и
конвективный методы сушки. При контактной сушке тепло высушиваемому
материалу передается через обогреваемую перегородку, соприкасающуюся
с материалом. При конвективной сушке тепло передается к поверхности высушиваемого материала от теплоносителя, в качестве которого используют воздух, инертные и дымовые газы. Несколько реже применяют радиационную
сушку инфракрасными лучами и диэлектрическую сушку электрическим током
высокой или промышленной частоты.
Физическая сущность процесса сушки сводится к удалению влаги из материала за счет разности парциальных давлений паров над материалом и в окружающей среде. Сушка происходит при условии, что парциальное давление паров
над материалом больше, чем в окружающей среде. При равенстве парциальных
давлений наступает состояние равновесия, и процесс сушки прекращается. При
этом в материале устанавливается влажность, называемая равновесной.
Процесс сушки характеризуется двумя периодами: постоянной скорости и
падающей скорости. В первом периоде удаляется поверхностная влага материала
и все тепло расходуется только на испарение. Температура материала в этот период постоянна и равна температуре мокрого психометра. После достижения критической влажности начинается второй период сушки, когда удаляется влага, подошедшая к поверхности за счет диффузии из внутренних слоев. В этом периоде
скорость процесса сушки определяется скоростью перемещения влаги в твердой
фазе (скоростью массопроводности). Температура материала постепенно возрастает и в конце сушки приближается к температуре теплоносителя. Этот период
105
длится до достижения равновесной влажности. Таким образом, при сушке влага
перемещается к поверхности за счет градиента влажности, а градиент температуры несколько тормозит процесс. За счет разности температур на поверхности и
внутри материала происходит движение влаги внутрь, в направлении снижения
температуры.
В зависимости от давления различают атмосферные сушилки, работающие
при атмосферном давлении, и вакуум-сушилки.
По цикличности процесса сушки различают сушилки непрерывного и периодического действия. Наиболее часто применяются атмосферные конвективные сушилки непрерывного действия.
Температура сушильного агента определяется часто термостойкостью
и температурой плавления высушиваемого материала, которые для разных веществ весьма различны.
В непрерывно действующих конвективных сушилках сушка возможна при
прямотоке, противотоке и перекрестном токе горячего воздуха (газа) по отношению к движению высушиваемого материала.
При прямотоке в начале процесса материал с наибольшей влажностью взаимодействует с сушильным агентом, имеющим наиболее высокую температуру. Повышение температуры сушильного агента значительно увеличивает скорость сушки и снижает общий расход тепла. Однако подача газа при высокой температуре
ограничивается термостойкостью или температурой плавления материала. Например, аммиачную селитру не рекомендуется сушить в прямотоке, так как ее температура плавления резко снижается с увеличением содержания влаги, что приводит
к необходимости уменьшения начальной температуры сушильного агента.
При противотоке сушильный агент с наивысшей температурой и наименьшим влагосодержанием встречается с выходящим из сушилки материалом,
имеющим наименьшую влажность. Такая схема наиболее приемлема для процесса сушки аммиачной селитры, так как в этом случае температура взаимодействующего с ней сушильного агента возрастает по мере уменьшения ее влажности и, следовательно, увеличения температуры плавления. Чтобы исключить
подплавление и возможное частичное разложение аммиачной селитры, температура сушильного агента на входе в сушилку ограничивается в пределах 100–
120 °С. Температура воздуха на выходе при этом составляет 40–60 °С.
Конструкции сушильных аппаратов весьма разнообразны, что связано
с разнообразием высушиваемых материалов, существенно отличающихся
своими физико-механическими и теплофизическими свойствами, а также с разнообразием технологических особенностей производственных процессов.
Сушилки периодического действия
Сушилки периодического действия обычно обеспечивают сушку материалов, масштаб использования которых относительно мал.
106
являются простейшими аппаратами и представляют собой горизонтальный цилиндрический шкаф, в котором смонтированы греющие
плиты. Сверху шкафа по трубе в плиты вводится греющий пар, а снизу отводится
конденсат. Для равномерного распределения пара в плитах имеются перегородки,
одновременно обеспечивающие жесткость конструкции. От шкафа отсоединяют
крышку, и на плиты размещают высушиваемый материал в противнях слоем 20–
60 мм. После этого шкаф закрывают и подводят греющий пар. Образующиеся при
сушке водяные пары удаляются через патрубок в атмосферу. Для ускорения сушки в шкафу может создаваться небольшое разряжение. По окончании сушки материал выгружают из шкафа вместе с противнями.
материал размещают на полках, помещенных в камерах. Ниже и выше камер расположены воздушные короба: по нижнему подается горячий сушильный агент, по верхнему он отводится с парами
влаги. Равномерное распределение сушильного агента по полкам в камере
обеспечивается косыми перегородками между камерами, выравнивающими
гидравлическое сопротивление движению сушильного агента. Распределение
потока сушильного агента между камерами обеспечивается поворотными заслонками, установленными на входе в камеры.
Достоинством сушки в шкафах или полочной сушки является простота
конструкции и эксплуатации; недостатком – малая производительность и высокая трудоемкость, связанная с необходимостью загрузки и выгрузки противеней или полок. Следует также отметить неравномерность сушки. Лучше высушивается материал, непосредственно соприкасающийся с обогреваемой поверхностью, хуже – внутренние зоны твердого материала. Это заставляет увеличивать продолжительность сушки.
являются более сложными аппаратами. Они имеют
горизонтальный цилиндрический корпус, внутри которого находится гребковая
мешалка. Аппарат имеет загрузочный и разгрузочный люки, паровую рубашку
и патрубок для отвода паров удаляемой влаги. Сушилка заполняется материалом на 0,2–0,3 объема. Гребки мешалки расположены под углом к оси и могут
вращаться в различных направлениях как в момент сушки, так и во время загрузки и выгрузки.
Сушка в сушилках с мешалками благодаря перемешиванию материала
протекает с большей скоростью и выгрузка высушенного материала производится механизированным способом.
Сушилки непрерывного действия
отличаются высокой производительностью и отно-
сятся к конвективным сушилкам [19–20]. В этих аппаратах сушке подвергают
соли, топливо, пасты, их используют в производствах соды, удобрений, ядохимикатов, аммонитов. В качестве сушильного агента в них применяют горячий
107
воздух, нагреваемый в калориферах, или смесь холодного воздуха с топочными
газами, получаемыми в печи Лурье. Температура подаваемой в барабан смеси
газов регулируется их соотношением. Производительность барабанов при сушке смесью примерно в 1,5 раза выше, чем при сушке воздухом. Однако топочные газы увлекают с собой продукты неполного сгорания топлива, что загрязняет высушиваемый продукт и, например, в случае сушки аммиачной селитры,
заметно снижает её термическую стойкость. Кроме того, получение топочных
газов значительно усложняет технологию сушки, в сравнении с подогревом
воздуха в калориферах.
Сушилка представляет собой полый цилиндрический барабан, к которому
крепятся бандажи, опирающиеся на опорные и опорно-упорные ролики,
и зубчатый венец, закрытый кожухом, передающий вращение барабану
от электродвигателя через редуктор. Мощность двигателя от 1 до 40 кВт. Частота вращения барабана 1–8 об/мин. Размеры корпусов сушилок нормализованы. При их выборе можно пользоваться нормалями завода «Прогресс». Барабан
своими концами входит в неподвижные загрузочную и разгрузочную камеры.
Питание вращающегося барабана производится через течку, установленную
под углом 60–70º к вертикали. Высушиваемый материал подаётся в приёмную
камеру и поступает на приёмно-винтовую насадку, а с неё – на основную насадку. Выбор типа основной насадки в барабане зависит от высушиваемого материала. При сушке аммиачной селитры применяют лопастную насадку. Лопасти насадки поднимают и сбрасывают материал при вращении барабана. Барабан установлен под углом к горизонтали до 6º. Высушиваемый продукт передвигается к выгрузочной камере и при этом продувается сушильным агентом
в прямотоке или противотоке. Между вращающимися барабаном и неподвижными камерами установлены уплотнительные устройства. Наиболее часто используемое осевое лабиринтное уплотнение состоит из двух частей: подвижной
части, вращающейся вместе с барабаном, и неподвижной части, закреплённой
на камере. Узкий зигзагообразный зазор между ними создаёт большое сопротивление движению газов. При этом подача и отсос сушильного агента должны
быть отрегулированы таким образом, чтобы в сушильном барабане поддерживалось постоянное разряжение. Это даёт возможность при сушке аммиачной
селитры избежать пыления и ускорить сушку на 10–15 %. Сухой материал
в простейшем случае выгружается путём его высыпания из нижнего конца барабана. Если необходимо поддерживать постоянный уровень материала в барабане, делают кольцевые пороги или устраивают подпорные перегородки в разгрузочной камере. Барабан заполняют материалом обычно до 20 %. Коэффициент заполнения барабана составляет 0,050–0,235 и зависит от типа насадки и
свойств высушиваемого материала. При сушке аммиачной селитры коэффициент заполнения барабана равен 0,14. Отработанные сушильные газы, уходя из
барабана, увлекают с собой значительное количество мелких частиц материала,
108
поэтому в атмосферу они выбрасываются через различные пылеулавливающие
устройства, например, циклон, пенный фильтр.
В поверхностью нагрева служит пучок труб, вращаю-
щихся внутри цилиндрического корпуса, заполненного высушиваемым материалом. Пар, через цапфу поступает в коллекторную коробку, распределяется по трубам и через противоположную коробку уходит в конденсационное устройство.
Материал движется от зоны поступления по длине сушилки, всё время пересыпаясь по поверхности труб, и выходит через разгрузочный люк. В сушилку подаётся
подогретый в калорифере воздух (в ряде случаев без подогрева) и насыщенный
парами влаги удаляется вентилятором. Скорость вращения труб составляет
2–8 об/мин. Трубчатые сушилки по сравнению с барабанными имеют меньшие
размеры и превосходят их по производительности.
В влажный материал через загрузоч-
ный бункер поступает на верхний ленточный транспортер, которым перемещается вдоль камеры, и затем ссыпается на ленточный транспортер второго яруса
и т.д. С транспортера нижнего яруса высушенный материал поступает в разгрузочный бункер. Пересыпание материала с ленты на ленту способствует его перемешиванию и увеличению скорости сушки. Воздух в сушильную камеру нагнетается снизу вентилятором через калориферы и, проходя по ярусам, сверху
выбрасывается в атмосферу.
применяют для подсушки поваренной соли и КМЦ. Высушиваемый материал поступает в аппарат на сетку через верхний патрубок. Аппарат (или только рама с сеткой) подвешен на подвесах и приводится в возвратно-поступательное движение электромотором. Материал постепенно продвигается от загрузочного торца сушилки к разгрузочному, достигнув которого, через порог и течку покидает сушилку. Через сетку
и движущийся по ней слой материала непрерывно проходит поток горячего
воздуха, который поступает под сетку, и затем удаляется через верхний штуцер.
Распределение воздуха между участками слоя регулируется при помощи решетки или заслонок.
используют обычно для высушивания сыпучих
материалов, имеющих незначительную начальную влажность. Высушиваемый
материал питателем непрерывно подаётся в сушильную пневмотранспортную
трубу. В эту же трубу вентилятором нагнетается воздух, нагреваемый до требуемой температуры в калорифере. На основе практических данных принимают, что 1 кг воздуха перемещает по пневмотранспортной трубе 5–25 кг высушиваемого материала. Из трубы высушенный материал и воздух поступают в
сборник-амортизатор и далее в циклон, из которого воздух через рукавный
фильтр выбрасывается в атмосферу, а материал выгружается из конической
части через затвор-отводчик.
109
применяются для сушки
гранулированного тротила и алюмотола [15]. Сушилка представляет собой
прямоугольную камеру с находящейся на ней расширенной сепарационной зоной. Исходный материал из бункера подается питателем на решетку. Под решётку вентилятором нагнетается воздух, нагреваемый в калориферах, со скоростью, обеспечивающей образование кипящего слоя материала. Воздух в отдельные зоны может подаваться с различной температурой самостоятельными
вентиляторами или одним с определенной температурой через общий коллектор и поворотные заслонки, установленные на входе в каждую зону. Отработанный воздух из аппарата отводится к пылеулавливающим устройствам. Материал в псевдоожиженном состоянии перемещается к выходу зигзагообразно
через зазоры, образованные вертикальными перегородками со стенками камеры
и, «переваливаясь» через порог, установленный для поддержания определенной
толщины его слоя, отводится в приёмный бункер. Сушилки с псевдоожиженным слоем являются одними из наиболее эффективных, так как каждая частица
материала имеет непосредственный контакт с сушильным агентом.
В «ожижение» твердых частиц осуществляется за
счет комбинированного воздействия механической вибрации и продувания воздуха. Горячий воздух подаётся в сушильную камеру в количестве, недостаточном для псевдоожижения, что позволяет существенно уменьшить унос пыли.
Недостающая энергия подводится к слою за счет механических колебаний от
вибратора. Виброожижению могут быть подвержены многие твердые материалы, плохо ожижаемые классическими способами. Это относится, например, к
материалам с пластинчатой, игольчатой формой кристаллов. Механическое
воздействие на слой препятствует также комкованию твёрдых материалов. Всё
это расширяет диапазон использования вибрационных сушилок.
7.2.6. Смешивание
Под процессом смешивания (или смешения) понимают такой механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно
компоненты после равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме образуют однородную смесь [3, 16–17]. В состав смесей СПВВ может входить от двух до десятков компонентов при их массовом содержании
различающемся на несколько порядков. В любом микрообъеме любой идеально
однородной смеси должны находиться частицы всех компонентов в строго заданных количествах. Однако в действительности такое идеальное распределение частиц не наблюдается. В произвольно выбранных объемах смеси возможно большое число сочетаний различных компонентов, т.е. их распределение в
смеси случайно. Для упрощения смеси считаются двухкомпонентными, состоящими из так называемого ключевого компонента и условного, включающе-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]