ГРАНУЛЯТОР

Даний винахід стосується гранулятора для гранулювання певної речовини, яка знаходиться в рідкому, напіврідкому або іншому схожому стані, наприклад, у розплавленому. Винахід стосується, зокрема, гранулятора, який виконаний у вигляді башти (що називається також баштою прилірування), усередині якої в її верхній частині розташований пристрій, який розділяє речовину, яка гранулюється, на окремі краплі та розподіляє краплі, які тільки що утворилися, усередині башти. Краплі, які утворилися, речовини, яка гранулюється, падають униз назустріч висхідному потоку газу, у якому вони твердіють і перетворюються по суті в сферичні гранули (так звані "дробинки").

Відомо, що при гранулюванні різних речовин речовину, яка гранулюється, що знаходиться в "рідкому" (плинному) стані, наприклад, у вигляді рідкої дисперсії або розчину або в розплавленому вигляді, розділяють на окремі краплі, які потім охолоджують і перетворюють у тверді максимально монодисперсні (або, іншими словами, такі, які мають максимально можливі однорідні розміри і форму) гранули.

Відомо також, що найчастіше для гранулювання в даний час використовують по суті циліндричну башту, усередині якої в її верхній частині розташована відкрита зверху ємність (яка у наступному описі й у формулі винаходу називається також диспергуючою ємністю), що призначена для утворення з плинної речовини, що гранулюється та яка подається в неї, окремих крапель і їх розподілу усередині башти. У нижній частині башти розташована система нагнітання висхідного потоку газу, у якому падаючі вниз краплі твердіють і перетворюються в гранули.

Відомо також, що для оптимального виходу гранул у грануляторах описаного вище типу необхідно забезпечувати рівномірний розподіл крапель, які утворюються, у всьому об'ємі башти. Крім того, для одержання гранул однакового розміру (тобто монодисперсних гранул) краплі, що утворюються, речовини, яка гранулюється, повинні мати однакові (якщо не повністю ідентичні) форму і розміри.

Відомо також, що рівномірність розподілу крапель у башті крім іншого прямо пропорційно залежить від швидкості обертання диспергуючої ємності, яка дробить речовину, що гранулюється, на окремі краплі і розподіляє їх усередині башти. Відомо також, що при збільшенні діаметра диспергуючої ємності для оптимального розподілу усередині башти крапель, які тільки що утворилися, доводиться відповідним чином збільшувати і швидкість обертання диспергуючої ємності. Так, наприклад, у баштах великого діаметра (і відповідно високої продуктивності) швидкість обертання диспергуючої ємності досягає 250об/хв.

У відомих грануляторах диспергуючу ємність, яка обертається з такою порівняно високою швидкістю усередині корпуса башти в її верхній частині, кріплять на внутрішньому кінці привідного вала, інший кінець якого, що виходить з корпуса башти назовні, кінематично з'єднують з двигуном відповідної потужності.

Для утворення однорідних за розміром і формою крапель або, іншими словами, для одержання по можливості монодисперсних гранул у відомих у даний час грануляторах звичайно використовують диспергуючі ємності, які під час роботи здійснюють, наскільки це можливо, регулярні, переважно вертикальні, вібрації.

Для цієї мети в даний час використовують електричні або пневматичні вібратори, які зв'язані з привідним валом диспергуючої ємності, зокрема з його кінцем, який виходить з башти назовні, через який вібрації передаються на закріплену на валу диспергуючу ємність.

Як приклад гранулятора подібного типу можна назвати гранулятор, що описаний у патенті [US 4585167].

Вібрації диспергуючої ємності в грануляторах подібного типу сприяють, як очевидно, утворенню однорідних за розмірами і формою крапель, однак, з іншого боку, передача вібрацій на диспергуючу ємність через вал, який приводить її в обертання, вимагає, щоб уникнути можливих поломок і появи інших небажаних наслідків, зниження швидкості обертання диспергуючої ємності до швидкості, що є меншою за необхідну для оптимального рівномірного розподілу крапель, які утворилися, речовини, що гранулюється, за усім об'ємом башти.

Рішення, відомі в даний час, є, як очевидно, компромісними і не дозволяють повністю задовольнити усі вимоги, яким повинні відповідати гранулятори щодо їх продуктивності й утворення з речовини, яка гранулюється, монодисперсних гранул.

Іншими словами, всі відомі в даний час гранулятори подібного типу не забезпечують ефективного одержання монодисперсних гранул або не задовольняють постійно зростаючим у промисловості потребам у грануляторах, які мають високу продуктивність.

В основу даного винаходу була покладена задача розробити гранулятор для гранулювання певної речовини, конструктивні і функціональні особливості якого забезпечували б оптимальний розподіл крапель речовини усередині башти в її верхній частині і можливість одержання по суті повністю монодисперсних гранул, а також усунення недоліків, що властиві відомим грануляторам подібного типу.

Ця задача вирішується за допомогою пропонованого у винаході гранулятора для гранулювання речовини, яка знаходиться в рідкому, напіврідкому або іншому аналогічному стані, який містить башту, диспергуючу ємність, яка обертається, що розташована усередині башти в її верхній частині, привідний вал, що обертається та розташований на осі башти в її верхній частині, на одному з кінців якого розташована диспергуюча ємність, яка обертається разом з ним, і пристрій для приведення диспергуючої ємності в вібрації, і який відрізняється тим, що диспергуюча ємність, яка встановлена на привідному валу та обертається разом з ним виконана з можливістю переміщення відносно вала в осьовому напрямку, а призначений для приведення диспергуючої ємності у вібрації пристрій безпосередньо зв'язаний з нею для її приведення у вібрації в зазначеному осьовому напрямку.

Пристрій для приведення диспергуючої ємності у вібрації краще встановлювати всередині башти.

З'єднання привідного вала з диспергуючою ємністю, що безпосередньо зв'язана з пристроєм для її приведення у вібрації, можна виконати у вигляді звичайної муфти кулачкового типу, яка допускає взаємне переміщення вала і диспергуючої ємності в осьовому напрямку і яка не передає вертикальні вібрації диспергуючої ємності на привідний вал, який обертається разом з нею, але не вібрує. Іншими словами, у пропонованому у винаході грануляторі рівень вібрацій диспергуючої ємності і швидкість її обертання безпосередньо ніяк не пов'язані між собою.

Пропонований у винаході гранулятор може, таким чином, працювати при будь-якій оптимальній швидкості обертання диспергуючої ємності, що забезпечує рівномірний розподіл утворених диспергуючою ємністю крапель за усім об'ємом башти, і при будь-якому оптимальному рівні вібрацій, необхідному для утворення крапель, однакових за розмірами і формою.

Слід зазначити, що пропонований у винаході гранулятор забезпечує можливість одержання монодисперсних гранул певної речовини, а також забезпечує вихід продукту, що істотно перевищує вихід продукту у всіх відомих у даний час грануляторах подібного типу.

Інші відмітні риси і переваги даного винаходу більш докладно розглянуті нижче на прикладі, який не обмежує, а тільки ілюструє винахід, кращого варіанта його здійснення з посиланням на прикладені до опису креслення.

На прикладених до опису кресленнях, зокрема, показано:

на Фіг.1 - схема пропонованого у винаході гранулятора.

на Фіг.2 - збільшене зображення одного з вузлів гранулятора, показаного на Фіг.1, і

на Фіг.3 та 4 - збільшені зображення в двох взаємно перпендикулярних площинах вузла сполучної муфти гранулятора, показаного на Фіг.2.

Показаний схематично на Фіг.1 гранулятор, пропонований у даному винаході, містить башту 1 з вертикальною віссю А-А, циліндричний корпус 2 якої закритий із протилежних кінців днищем 3 і кришкою 4.

Позиціями 5 та 6 на кресленні позначені розташовані поруч із днищем З патрубки для безперервної подачі у башту 1 певного газу (наприклад, повітря), який рухається в ній висхідним потоком, витрату і температуру якого вибирають відповідно до процесу гранулювання, який відбувається всередині башти. У верхній частині башти 1 на кришці її корпуса розташовані патрубки 7 та 8 для відбору з башти відпрацьованого газу, окремі компоненти якого можуть залишатися в речовині, яка гранулюється.

У центрі верхньої кришки 4 розташований завантажувальний циліндричний патрубок 9, через який у башту 1 подають рідку (плинну) речовину, яка гранулюється. Завантажувальний патрубок 9, який розташований на осі корпуса 2 і звичайними засобами кріпиться до його кришки 4, має виступаючий з корпуса назовні кінець 9а і розташований усередині корпуса кінець 9b. Зовнішній кінець 9а завантажувального патрубка 9 з'єднаний із трубою 10, по якій у башту подають речовину, яка гранулюється.

Необхідно відзначити, що зовнішній і внутрішній кінці завантажувального патрубка 9 закриті листами 11, 12. Крім того, на нижньому кінці 9b завантажувального патрубка виконані рівномірно розташовані у відповідних площинах щілиноподібні отвори 13 певного розміру, через які речовина, що завантажується в патрубок, потрапляє в диспергуючу ємність 15 (більш докладно розглянуту нижче).

Через завантажувальний патрубок 9 та отвори 11а і 12а в листах 11 і 12, якими закриті кінці патрубка, проходить привідний вал 14, який обертається навколо своєї вертикальної осі в розташованих у цих отворах ущільненнях (не показані).

Верхній кінець 14а привідного вала 14, що виходить із завантажувального патрубка 9 назовні, кінематично з'єднаний із привідним двигуном 31 відповідної потужності, що обертає його з необхідною швидкістю. Інший (нижній) кінець 14b вала 14, що розташований під завантажувальним патрубком 9, має менший діаметр і відділений від середньої частини вала кільцевим буртиком 16.

У корпусі 2 башти поруч з її верхньою кришкою 4 розташована диспергуюча ємність 15, яка має форму зрізаного конуса, з верхньою стінкою 15b, нижньою стінкою 15с і з'єднуючою їх перфорованою бічною стінкою 15а з отворами, причому речовина, яка гранулюється, що витікає з них при обертанні диспергуючої ємності навколо центральної осі башти, розділяється усередині башти 1 на велику кількість однакових струменів.

Ззовні до нижньої стінки 15с диспергуючої ємності кріпиться маточина 17 певної товщини. У центрі маточини 17 передбачений наскрізний отвір 18. У пропонованому у винаході грануляторі в цей отвір входить нижній, що має менший діаметр, кінець 14b привідного вала 14 диспергуючої ємності, відносно якого вона може переміщатися в осьовому напрямку. З'єднання привідного вала 14 і диспергуючої ємності 15 можна виконати у вигляді звичайної муфти кулачкового типу.

У кращому варіанті здійснення винаходу (Фіг.3, 4) для з'єднання привідного вала з диспергуючою ємністю пропонується використовувати закріплену на нижньому кінці 14b привідного вала 14 шайбу 19, яка розташована на деякій відстані від торця 14с привідного вала і входить у торцеве зачеплення з його нижнім кінцем 14b.

У цьому варіанті для з'єднання привідного вала з диспергуючою ємністю використовують, зокрема, привідний вал, на торці 14с якого виконаний перший паз 21. Крім привідного вала з першим пазом на торці для з'єднання вала з диспергуючою ємністю використовують саму цю ємність, у нижньому вільному кінці маточини 17 якої в отворі 18 виконаний другий паз 22 певної глибини. На внутрішньому торці шайби 19, що механічно з'єднує привідний вал з диспергуючою ємністю, виконаний відповідний кулачковий виступ 23, який на зразок шпонки входить усередину сполучених пазів 21 та 22 привідного вала і маточини диспергуючої ємності. Можливість переміщення диспергуючої ємності 15 в осьовому напрямку відносно привідного вала 14 забезпечується меншою, ніж глибина паза 21, висотою кулачкового виступу 23.

Як вже було відзначено вище, шайба 19 кріпиться до вала 14 розташованим на осі вала болтом 25 таким чином, що між нею і маточиною 17 диспергуючої ємності залишається певний зазор, у який вставляється виготовлене з пружно деформівного матеріалу кільце 26, яке притискається і до шайби, і до торця маточини.

Аналогічне, також виготовлене з пружно деформівного матеріалу кільце 20 розташоване між кільцевим буртиком 16 привідного вала і нижньою стінкою 15с диспергуючої ємності 15.

Кільця 20, 26 можна виготовити з еластичного матеріалу (зокрема, з гуми). Замість кілець 20, 26 із пружно деформівного матеріалу можна використовувати відповідні пружини (не показані), наприклад, циліндричні (гвинтові) або тарілчасті пружини (пружини Бельвіля).

Кільця 20 і 26, про що докладніше сказано нижче, обмежують передачу вібрацій від диспергуючої ємності 15 до привідного вала.

У пропонованому у винаході грануляторі диспергуюча ємність 15 під час роботи здійснює вібрації на певній частоті і з певною амплітудою в напрямку вертикальної осі А-А башти 1. Для приведення диспергуючої ємності у вібрації в пропонованому у винаході грануляторі призначений спеціальний схематично показаний на кресленнях пристрій 27, який розташований усередині башти 1 і встановлений безпосередньо на диспергуючій ємності 15.

У кращому варіанті пристрій 27 для приведення диспергуючої ємності у вібрації (вібратор) розташовано в картері 28, що нерухомо закріплений на маточині 17 диспергуючої ємності 15. Як такий пристрій 27 краще використовувати пневматичний вібратор. Повітря, необхідне для роботи пневматичного пристрою 27 для приведення диспергуючої ємності у вібрації, потрапляє в картер 28 з отвору 29, що з'єднаний з картером отвором 30, виконаним у маточині 17 диспергуючої ємності. Отвір 29 проходить від диспергуючої ємності 15 до верхнього кінця 14а привідного вала і з'єднується зі звичайним і тому не показаним на кресленнях джерелом стисненого повітря.

Стиснене повітря з відповідного джерела подають по трубопроводу 40 у закріплену на верхній стінці 11 циліндричного патрубка 9 звичайним шляхом, наприклад, на підставках 44, сполучну коробку 41, з якої він потрапляє в отвір 29.

У показаному на Фіг.2 варіанті отвір 29 для подачі повітря в пристрій для приведення диспергуючої ємності у вібрації виконано в привідному валу 14, який проходить через відповідні ущільнення, зокрема, манжети 42 сполучної коробки 41. У цьому варіанті повітря зі сполучної коробки 41 потрапляє в центральний отвір 29 привідного вала 14 принаймні через один радіальний отвір 43 (у даному випадку через два таких отвори).

У пропонованому у винаході грануляторі привідний вал 14, який виконує функції опори для диспергуючої ємності 15 і одночасно приводить її в обертання, з'єднаний з диспергуючою ємністю, на якій установлений пристрій 27 для її приведення у вібрації, спеціальною сполучною муфтою (у даному випадку кулачковою муфтою), що допускає взаємні переміщення вала і диспергуючої ємності в осьовому напрямку і не передає на вал вібрації диспергуючої ємності. У пропонованому у винаході грануляторі диспергуюча ємність може обертатися з високою швидкістю, необхідною для оптимального розподілу речовини, яка гранулюється, усередині башти, і може працювати в режимі інтенсивних високочастотних вібрацій, необхідних для одержання монодисперсних гранул. Наявність у пропонованому у винаході грануляторі виконаної відповідним чином муфти, яка з'єднує привідний вал з диспергуючою ємністю, істотно знижує ймовірність можливих поломок привідного вала і забезпечує можливість оптимального поєднання швидкості його обертання і рівня вібрацій диспергуючої ємності.