Дипломная работа: Установка для переработки отходов слюдопластового производства

С учетом установки решетки задаемся отношением диаметра к длине барабана мельницы. Правильный выбор длины барабана по отношению к ее диаметру оказывает большое влияние на получение максимальной производительности и на оптимальный расход энергии, т. е. на решающие технико-экономические показатели измельчительного агрегата в целом. Для современных мельниц с разгрузкой через решетку это отношение равно 0,751,6. Принимаем это отношение, равным 1.

Применение шаров в качестве мелющих тел обусловлено тем, что стержни способны обеспечить тонину помола лишь до 0,5 мм, что неприемлемо для настоящих требований к степени измельчения слюды.

Загрузочные устройства шаровых мельниц в принципе состоят из двух элементов - питателя той или иной конструкции и загрузочного патрубка цапфы, служащего одновременно ее футеровкой. Оба эти элемента предназначены для транспортирования продукта с уровня загрузки в полость барабана мельницы. Конструкцию и размеры загрузочных устройств выбирают такими, чтобы обеспечить поступление необходимого количества продукта в барабан мельницы и тем самым обеспечивать необходимую скорость загрузки. Скорость загрузки определяется количеством материала, пропускаемого через мельницу в единицу времени. При работе мельницы в открытом цикле она равна производительности по исходному материалу. При работе в открытом цикле количество материала увеличенной крупности, выдаваемого мельницей, возрастает с увеличением скорости загрузки. Низкая скорость загрузки приводит к переизмельчению материала и, следовательно, к понижению производительности и эффективности измельчения по определенному классу. Таким образом, при неудачном выборе параметров питателя или загрузочного патрубка цапфы, может быть снижена производительнсть мельницы. Одним из основных требований, которому должны удовлетворять питатели любой конструкции, является его высокая транспортирующая сила, способная преодолеть все сопротивления движению загружаемого материала. Эти сопротивления движению материала слагаются из сопротивлений движению в спиральном проходе и загрузочном патрубке цапфы, обусловленных трением и зависанием материала, а также из сопротивлений, обусловленных давлением пульпы из внутренней полости барабана мельницы.

Барабанный питатель, конструкция которого приведена на рисунке 2.4.4, представляет собой литую из чугуна или сварную из стали цилиндро-коническую камеру, открытую с обоих концов. Отверстие 2 служит для загрузки и отверстие 3 - для разгрузки материала. Питатель крепится болтами к загрузочной цапфе мельницы. Большее распространение барабанные питатели получили для загрузки на уровне оси мельниц при питании последних крупным сухим исходным материалом. При применении этих питателей отпадает необходимость в устройстве специальной загрузочной коробки, необходимой, например, при применении улиткового питателя.

Рисунок 2.4.4. Барабанный питатель: 1 - крышка питателя; 2 - загрузочное отверстие; 3 - разгрузочное отверстие; 4 - полость

Данный тип питателей трудноприменим в условиях мокрого помола, поэтому рассмотрим другие конструкции. Улитковый питатель, конструкция которого представлена на рисунке 2.4.5, представляет собой конструкцию из одного, двух или трех спиральных черпаков.

Рисунок 2.4.5. Улитковый питатель: 1 - корпус питателя; 2 - сменный козырек

Обычно питатель делается сварным из листовой стали. Питатель имеет отверстие для выпуска зачерпнутого материала. На конце каждого черпака крепится сменный козырек из марганцовистой стали или легированного чугуна. Максимальный радиус улиткового питателя выбирается в зависимости от скорости вращения мельницы. Для предотвращения разбрасывания материала в загрузочной коробке скорость черпания не должна превышать 85% критической скорости, вычисленной по отношению к козырьку улитки. Предпочтительнее делать питатели симметричными, так как при одночерпаковых питателях, из-за неуравновешенности вращающихся частей мельницы иногда появляется неравномерный износ зубьев венцовой шестерни привода мельницы. Мельницы с улитковыми питателями применяют в тех случаях, когда необходимо производить загрузку материала с более низкого уровня, например, при работе с классификатором. Улитковый питатель снабжен загрузочной коробкой. Между стенками и днищем загрузочной коробки и улиткой должны быть предусмотрены зазоры, по размеру несколько большие, чем максимальный размер куска руды или догружаемого шара. Комбинированный питатель, конструкция которого приведена на рисунке 2.4.6, представляет собой конструкцию, объединяющую достоинства барабанных и улитковых питателей.

Рисунок 2.4.6. Комбинированный питатель: 1 - корпус питателя; 2 - спиральный черпак; 3 - козырек; 4 - крышка

При использовании барабанного питателя крупнокусковой материал попадает в мельницу, минуя загрузочную коробку. Черпаки при этом служат как элеваторы. Конструкция комбинированного питателя наиболее предпочтительна для производства молотой слюды из отходов, так как с одной стороны улитковый питатель позволяет осуществить мокрый помол, а с другой - может служить для загрузки в мельницу крупных кусков материала. [1]

Барабан мельницы изготовлен из углеродистой стали, и если его не защитить изнутри прочной облицовкой, то при измельчении абразивных материалов он быстро износится, и мельница выйдет из строя. Кроме того футеровка обеспечивает лучший подъем мелющих тел при вращении барабана. По назначению футеровки обычно делят на две основные группы - футеровки для мельниц, работающих на крупном загружаемом материале и футеровки для мельниц тонкого измельчения. Конечно, такое деление сугубо условное. Футеровки барабанов в цилиндрической части шаровых мельниц, работающих на крупном исходном материале, имеют ребра или волны. Футеровки мельниц тонкого измельчения имеют мелкие ребра или выполняются гладкими. Совсем гладкая футеровка применяется при дроблении сравнительно мягких пород или мелкого питания, когда не требуется создавать высокое давление дробящей среды, но зато требуется получить максимальное истирающее действие. В данном технологическом процессе наиболее целесообразно использовать футеровку с небольшой высотой волн, так как помол слюды - грубый, но ближе к среднему помолу, чем к мелкому дроблению. Футеровка, конструкция которой приведена на рисунке 2.4.3, пригодна больше для очень грубого помола, чем для описанного выше. На рисунке 2.4.7 изображена волнистая футеровка с распорными клиньями. Кроме того, данная футеровка барабанных мельниц является самой распространенной и выпускается отечественными заводами.

Рисунок 2.4.7. Волнистая футеровка с распорными клиньями

Крепление к барабану ступенчатых и волнистых футеровочных плит шаровых мельниц осуществляется чаще при помощи болтов с фасонными головкам. Для посадки фасонных головок болтов в тело плиты последние имеют отверстия овальной формы, идущие на конус в направлении к барабану. На рисунке 2.4.8 изображен болт для крепления футеровочных плит к барабану.

Рисунок 2.4.8. Болт для крепления футеровочных плит к барабану: 1 - упругая шайба; 2 - уплотняющая шайба; 3- корпус барабана

Также футеровочные плиты устанавливают и на торцевых частях барабана. У мельниц с решеткой роль футеровки торцевой части барабана на разгрузочном конце выполняет сама решетка, снабженная центральной футеровкой. Футеровку загрузочной и разгрузочной крышек чаще выполняют гладкой, состоящей из отдельных секторов. Футеровки загрузочной и разгрузочной цапф делают в виде вставных втулок разной конструкции. Загрузочный патрубок выполняют из чугуна в виде конуса, расширяющегося в сторону барабана. Футеровку разгрузочной цапфы выполняют в виде чугунной воронки с гладкой внутренней поверхностью.

На рисунке 2.4.9 приведена примерная конструкция барабанной мельницы мокрого помола, которую предполагается использовать при производстве молотой слюды. Для поддержания в барабане определенного уровня пульпы и вывода измельченного материала из зоны измельчения перед торцовой крышкой 15 устанавливают диафрагму. Она состоит из круглой решетки 9 с ребрами 10. Форма ребер соответствует наклону торцовой крышки. Пространство между решеткой и крышкой делится ребрами на секторы. Со стороны барабана против отверстий на решетку укладывают колосники 8 и закрепляют их с помощью кольца 11 и болтов 12. Этими же болтами притягивают к торцовой крышке и диафрагму.

Пульпа через колосники и отверстия в решетке попадает в нижние секторы между диафрагмой и крышкой. При вращении барабана секторы поднимаются вверх, а находящаяся в них пульпа стекает в выводную цапфу и удаляется из измельчителя.

Рисунок 2.4.9. Разрез барабанной мельницы мокрого помола: 1 - улитковый питатель; 2 - загрузочный вкладыш; 3 - подшипник; 4 -передняя крышка с цапфой; 5 - барабан; 6 - броневые плиты; 7 - люк; 8 - колосники; 9 - решетка диафрагмы; 10 - ребра решетки; 11- кольцо; 12 - болты; 13 - выводной вкладыш; 14 - центральная труба; 15 - задняя крышка; 16 - венцовая шестерня

Уровень пульпы в барабане, из которого она начинает переливаться в секторы, регулируется закрытием или открытием отверстий в решетке. Если в решетке открыты все отверстия, то в секторы попадает пульпа из самых нижних слоев материала в барабане. Если же в решетке все отверстия закрыты, то пульпа может выходить только через центральное отверстие в диафрагме и трубу 14. Следовательно, в этом случае уровень пульпы должен подниматься выше нижней точки центрального отверстия. Открытие и закрытие отверстий в решетке, а также очистку этих отверстий и колосников производят через люки, предусмотренные в крышке. Колосники устанавливают на решетке так, что во время вращения барабана они могут перемещаться в радикальном направлении и таким образом самоочищаться. Загрузку шаров в мельницу и их выгрузку производят через люки 7.

Исходный материал вместе с определенным объемом жидкости поступает в специальный приемный короб, устанавливаемый под улитковым питателем. Днище короба имеет цилиндрическую форму с радиусом цилиндра, несколько большим радиуса вращения крайней точки черпака питателя. При вращении барабана вместе с ним вращается и питатель, захватывая черпаком пульпу из короба. Зачерпнутая питателем пульпа по улитке проходит через загрузочный вкладыш 2 в зону измельчения, а измельченный материал также в виде пульпы, пройдя разгрузочную диафрагму и выводной вкладыш 13, выходит из мельницы. Мельницы этого типа работают в замкнутом цикле с гидравлическими классификаторами. [2]

2.5 Классификация

Измельчение слюды осуществляется в замкнутом цикле, т.е. материал неоднократно проходит через барабанную мельницу. Измельченный материал из мельницы поступает в классификатор, где из продукта выделяются частицы материала размерами больше допустимого предела, которые возвращаются в ту же мельницу. Частицы размером 315 мкм и меньше удаляются в слив и далее поступают в центрифугу, а частицы с размером больше 315 мкм возвращаются обратно на доизмельчение в мельницу.

Аппаратами для гидравлической классификации являются спиральные классификаторы и гидроциклоны. Первые применяются преимущественно в первой из двух или трех стадий измельчения при небольшой и средней производительности измельчительных переделов. Гидроциклоны могут устанавливаться как в первой, так и во второй стадиях измельчения, а также при доизмельчении продуктов. Гидроциклоны, используемые в качестве классификаторов, обеспечивают то же качество разделения, что и механические классификаторы, но имеют большую производительность. Достоинства гидроциклонов: высокая производительность, отсутствие движущихся частей, компактность, простота и легкость обслуживания, относительно небольшая стоимость. Выбираем в качестве классификатора гидроциклон.

Выбор типоразмеров классифицирующих аппаратов определяется принятой схемой измельчения и производительностью. При выборе гидроциклонов так же необходимо учитывать следующее:

·          гидроциклоны большего диаметра надежнее в эксплуатации, чем гидроциклоны малого диаметра. Гидроциклоны диаметром 710 мм и более рекомендуются для классификации материала по граничной крупности 100150 мкм;

·          давление «Р0» пульпы на входе в гидроциклон при работе последнего в открытом цикле должно быть не менее 0,04 МПа, а для гидроциклонов, работающих в замкнутом цикле - не менее 0,08 МПа. [14]

Исходная пульпа подается в гидроциклон под давлением через питающую насадку 2, установленную тангенциально непосредственно под крышкой аппарата. Пески разгружаются через песковую насадку 3, а слив - через сливной патрубок 4, расположенный в центре крышки и соединенный со сливной трубой 5 непосредственно или через сливную коробку 6 (рисунок 2.5.2).

Рисунок 2.5.2. Гидроциклон: 1 - цилиндроконический сосуд; 2 - питающая насадка; 3 - песковая насадка; 4 - сливной патрубок; 5 - сливная труба; 6 - сливная коробка

Возникающая при вращении пульпы благодаря тангенциальной подаче питания центробежная сила выводит частицы из потока к наружной стенке циклона. Поскольку скорость радиальной миграции частиц пропорциональна плотности частиц и их диаметру в квадрате, то более крупные и более тяжелые частицы успевают выйти из ядра потока, а мелкие, в основной своей массе, остаются в ядре потока. В результате крупная фракция частиц выгружается через песковую насадку, а слив - через сливной патрубок и сливную трубу.

2.6 Центрифугирование

После процессов измельчения и классификации слюдяная пульпа подлежит центрифугированию - разделению в поле центробежных сил. Слюда имеет слишком высокую влажность, поэтому перед подачей в сушилку необходимо произвести отжим и снизить влажность процентов до 30. Процесс центрифугирования проводится в аппаратах, называемых центрифугами. По принципу разделения различают осадительные О, фильтрующие Ф, комбинированные К центрифуги и разделяющие сепараторы Р; по конструктивному признаку - горизонтальные Г, вертикальные В, подвесные с верхним приводом П, маятниковые М; по способу выгрузки осадка - ручная через борт Б, ручная через днище Д, саморазгружающаяся-гравитационная С, ножевая Н, шнековая Ш, вибрационная В. Выбор типа промышленной центрифуги, если неизвестен ее аналог, работающий в промышленности на том же продукте, производится на основе анализа технологических требований, предъявляемых к процессу разделения, свойств суспензии и осадка, мощности производства. В основу такого анализа положен опыт промышленной эксплуатации центрифуг.

Влияние свойств суспензии на выбор типа центрифуги показано в таблице 2.6.1.

Таблица 2.6.1 Влияние свойств суспензии и осадка на выбор типа центрифуги

Как видно из таблицы 2.6.1, пульпу с концентрацией 50% способны разделять следующие центрифуги: ОГШ, ФГШ, ФВШ, ФГП. Но последние три модели центрифуг не подходят для данного технологического процесса. Минимальный размер частиц, которые способны отделить эти центрифуги, равен 150 мкм, что недопустимо, так как большая часть измельченной слюды имеет еще меньший размер и прямиком отправится в слив. ОГШ напротив способна разделять частицы до 5 мкм. И по всем остальным критериям, приведенным в таблице 2.6.1, центрифуга ОГШ подходит, поэтому выбираем ее для процесса отжима слюдяной пульпы.

В таблице 2.6.2 приведены основные факторы, влияющие на выбор размера центрифуги. [13]

Таблица 2.6.2 Влияние заданной производительности на выбор типоразмера центрифуги

Как уже говорилось выше, при производстве слюдопластовой бумаги образуется 2 тонны слюдяной пульпы в сутки, с учетом того, что ее влажность составляет 50%, а центрифугирование проводится до влажности 30%, производительность по осадку будет равна 1,43 т/сут. В сутки установка по переработке отходов работает 7 часов, поэтому часовая производительность равна 0,2. Слюда флогопит является среднеабразивным материалом - это также следует учитывать, центрифуга ОГШ допускает абразивные свойства твердой фазы. Таким образом, предварительно выбираем одну из центрифуг ОГШ с небольшой производительностью - ОГШ-35.

На рисунке 2.6.1 приведена конструктивная схема осадительной горизонтальной шнековой центрифуги непрерывного действия.

Рисунок 2.6.1. Осадительная горизонтальная шнековая центрифуга непрерывного действия: 1 - защитное устройство редуктора; 2 - окна выгрузки осадка; 3 - кожух; 4 - питающая труба; 5 - сливные окна; 6, 11 - опоры центрифуги; 7 - штуцер отвода фугата; 8 - шнек; 9 - ротор; 10 - штуцер выгрузки осадка; 12 - планетарный редуктор

Общим конструктивным признаком центрифуг типа ОГШ (НОГШ) является горизонтальное расположение оси неперфорированного конического или цилиндроконического ротора с соосно-расположенным внутри пего шнеком. Ротор и шнек вращаются в одном направлении, но с различными скоростями, так что образующийся осадок перемещается шнеком вдоль ротора. Ротор расположен на двух опорах и приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Шнек приводится во вращение от ротора центрифуги через планетарный редуктор. Ротор закрыт кожухом, имеющим внизу штуцер для отвода осадка и фугата.

Суспензия подается по питающей трубе во внутреннюю полость шнека, откуда через окна обечайки шнека поступает в ротор. Под действием центробежной силы происходит ее разделение, и на стенках ротора осаждаются частицы твердой фазы. Осадок транспортируется шнеком к выгрузочным окнам, расположенным в узкой части ротора. Осветленная жидкость течет в противоположную сторону к сливным окнам, переливается через сливной порог и выбрасывается из ротора в кожух. Диаметр сливного порога можно регулировать с помощью сменных заслонок или поворотных шайб. Скорость вращения изменяется путем смены приводных шкивов.

Центрифуга обычно снабжена защитным устройством, которое отключает ее при перегрузке, одновременно включая световой или звуковой сигнал. В некоторых случаях центрифуги комплектуют трубой для подачи промывных жидкостей, однако поскольку промывка осадка в центрифугах рассматриваемого типа малоэффективна, ее заменяют обычно репульпацией выгружаемого осадка.

Технологический режим в центрифугах ОГШ регулируют, изменяя скорость подачи суспензии, скорость вращения ротора, диаметр сливного порога. Степень осветления фугата можно повысить, уменьшив диаметр сливного порога (увеличив длину зоны осаждения) и увеличив скорость вращения ротора; степень просушки (степень влажности) осадка - увеличив диаметр сливного порога (увеличив длину зоны сушки) и скорость вращения ротора. [10]

2.7 Сушка

Одной из основных стадий технологического процесса по переработке отходов слюды является сушка. Процесс осуществляется в сушилке с кипящим слоем. Эти аппараты широко распространены в химической и смежных отраслях промышленности, поскольку в аппаратах такого типа можно высушивать зернистые, пастообразные и жидкие материалы. В сушилках с кипящим слоем обычно сушат продукты с размерами зерен от 0,1 до 5,0 мм. Процесс протекает с большой скоростью, съем влаги с 1 м2 газораспределительной решетки в зависимости от размера частиц материала и температурного режима сушки составляет 500-3000 кг/(м2∙ч). В установках со взвешенным слоем можно одновременно проводить несколько процессов, например сушку и обжиг, сушку и гранулирование, сушку и измельчение. Эти аппараты отличаются высокой надежностью, сокращением времени сушки за счет усиленного перемешивания материала в сушильной камере. Сушилки кипящего слоя просты как в конструктивном исполнении, так и в эксплуатации, обладают высокими эксплуатационными показателями, легко поддаются автоматизации. Корпус сушилок кипящего слоя неподвижен, что значительно упрощает требования к монтажу и эксплуатации. Эффективность сушки в кипящем слое, в значительной мере, зависит от правильного определения конструктивных и технологических параметров сушилки, правильного выбора аппаратурного оформления. Как правило, параметры сушилок кипящего слоя определяются для сушки конкретного материала и учитывают начальную и конечную влажность материала, его физико-механические свойства, требования к температурному режиму, минимизации или максимизации уноса мелких фракций и другие требования, предъявляемые к материалу и процессу сушки. [6]

Кипящим слой (КС) является, в принципе, одним из видов взвешенного слоя. Взвешенный слой образуется в бинарных гетерогенных системах газ -твердое, газ - жидкость, жидкость - твердое и жидкость - жидкость (несмешивающиеся жидкости) при пропускании с определенными скоростями потока менее плотной фазы (газа или жидкости) снизу вверх через слой более плотной фазы (дернистого материала или жидкости). Взвешенный слой получают и в трехфазных системах, например, при пропускании газа через суспензию мелких зерен в жидкости.

Во всех системах взвешенный слой характеризуется тем, что вес тяжелой фазы (сила тяжести) уравновешивается трением газа о зерна или пленку жидкости (в сочетании с архимедовой силой). Тяжелая фаза не лежит на опоре, а подвешена в потоке легкой. Зерна твердого материала или пленки и капли жидкости плавают в потоке легкой фазы, пульсируют, совершают вихревые движения, но не покидают пределов слоя при значительном увеличении линейной скорости легкой фазы вследствие одновременного увеличения порозности, т. е. доли легкой фазы в слое. Взвешенный слой неоднороден, он пронизан пузырями или струями легкой фазы.

Взвешенный слой в системе газ - твердое в зависимости от характера взвешивания (псевдоожижения) зерен и соответствующих конструкций аппаратов подразделяют на ряд видов, имеющих соответственные наименования, в том числе: кипящий (КС), фонтанирующий и т. д.

КС образуется в аппаратах, представляющих собой камеру или колонну круглого либо прямоугольного сечения, разделенную одной или несколькими ситчатыми либо колпачковыми решетками и снабженную приспособлениями (например, штуцерами) для ввода и вывода реагирующих фаз. При очень малых линейных скоростях непрерывного потока газа зернистый слой лежит на решетке. По мере возрастания скорости увеличивается сила трения газа о зерна и давление зерен на решетку уменьшается. При первой критической скорости (называемой скоростью взвешивания или скоростью псевдоожижения) вес слоя зерен уравновешивается силой трения газа в совокупности с архимедовой подъемной силой, зерна взвешиваются в потоке газа и не оказывают давления на решетку. Ввиду незначительности архимедовой силы можно приближенно считать, что сила тяжести равна силе трения газа о зерна. Следовательно, и перепад давления в слое равен его весу, отнесенному к единице поперечного сечения решетки. Решетка служит в основном для распределения потока газа по сечению аппарата и в слое зерен. Решетка также ограничивает пульсации зерен.

В дальнейшем при увеличении скорости газа количество газовых пузырей в слое и их размеры увеличиваются настолько, что суммарная порозность КС возрастает пропорционально скорости газа. При этом высота слоя увеличивается, а гидравлическое сопротивление остается неизменным во всем диапазоне скоростей газа, соответствующих существованию КС. По виду слой сходен с кипящей жидкостью; в нем возникают пузыри газа, которые увеличиваются при подъеме и выталкивают фонтанчики зерен при выходе из слоя. При значительных скоростях газа пузырьковый режим кипения переходит в агрегатный (пакетный). Газовые пустоты в виде крупных пузырей и струй уже составляют большую часть объема слоя, становятся непрерывной фазой, в которой плавают, совершают вихревые движения агрегаты зерен с порозностью, близкой к порозности неподвижного слоя. В слое большого сечения отмечается наличие зон с преимущественно восходящим и нисходящим потоком частиц.

При значительном увеличении фиктивной скорости газа, рассчитанной на полное сечение аппарата, КС разрушается и зерна уносятся из аппарата. Отношение скорости уноса твердых частиц к скорости взвешивания их может составлять для мелких зерен до 50, а для крупных (2 - 4 мм) - около 15.

Важным свойством взвешенного слоя является его текучесть, подобная текучести жидкости. Так, применение КС катализатора при крекинге обеспечивает циркуляцию катализатора между контактным аппаратом и регенератором. Вследствие текучести КС его называют также ожиженным или псевдоожиженным. Циркуляционное движение зерен и газа внутри слоя дало ему еще одно название - вихревой слой.

Значительное перемешивание зернистого материала наряду с положительным эффектом выравнивания температуры одновременно приводит к неодинаковому времени пребывания частиц в объеме КС при непрерывной их подаче и выгрузке из аппарата, следствием чего является различная степень обработки отдельных порций выгружаемого из аппарата материала. Это существенно для процессов, в которых желательна равномерная степень обработки дисперсного материала, или в тех случаях, когда излишнее время экспозиции частиц приводит к нежелательным эффектам, например к термическому разложению пересушенного и перегретого материала, переукрупнению кристаллов и т. п.

Истирание части твердого материала вызывает унос его в виде пыли, обусловливает необходимость очистной аппаратуры, габариты которой обычно превышают размеры собственно КС, приводит к потерям ценных веществ и загрязнению ими продукции, получаемой из газовой фазы. В КС истираются также конструктивные элементы аппаратов.

Для равномерного распределения газа по сечению слоя необходимы решетки с малым свободным сечением (1,5 - 2,0 %), что вызывает рост гидравлического сопротивления в многополочных аппаратах и увеличивает вероятность забивания отверстий решетки.

Отдельные недостатки аппаратов КС уменьшаются или снимаются путем применения других видов взвешенного слоя, прежде всего фонтанирующего. Аппарат фонтанирующего слоя представляет собой усеченный конус. Газ проходит в основном в центральной зоне, составляющей лишь около 10% объема всего слоя. Зерна увлекаются струей газа и выбрасываются фонтаном, а расширенную часть аппарата, где теряют скорость, а затем сравнительно медленно опускаются вниз в периферийной зоне. Пройдя до нижней узкой части аппарата зерна вновь подхватываются струей газа и поднимаются вверх. В аппаратах фонтанирующего слоя можно не устанавливать распределительную решетку, так как скорость газа в нижней узкой части конуса выше скорости начала взвешивания. Это дает возможность использовать аппараты фонтанирующего слоя для особо высокотемпературных процессов и при переработке агрессивных сред, т. е. в тех случаях, когда неприменимы металлические решетки. Фонтанирующий слой позволяет обрабатывать полидисперсные материалы с меньшим уносом, чем в аппаратах КС, однако он имеет и специфические недостатки, прежде всего малую долю активной зоны. Конусные аппараты имеют малую мощность, и поэтому аппарат большой производительности конструируют из длинных коробов с днищем треугольного сечения, в нижней части которого расположены щелевые отверстия для входа газа.

Имеются и другие виды фонтанирующего слоя, в том числе с тангенциальным вводом газа в аппарат с днищем корытообразного типа. Газ полается в днище снизу тангенциально с таким расчетом, чтобы движение зернистого материала происходило вращательно; по одной стороне аппарата - восходящим потоком, а по другой - нисходящим.

Виброкипящий слой получают в аппаратах КС с вибрирующими поверхностями в слое. Благодаря вибрации усиливается перемешивание материала и уменьшаются размеры пузырей.

Применяются также аппараты с закрученными потоками различного типа, в том числе вихревые. [8]

Наиболее простыми по конструкции являются аппараты кипящего слоя постоянного или несколько расширяющегося по высоте сечения. Они нашли широкое применение в промышленности. Недостатки кипящего слоя в таких аппаратах:

·          невозможность повышения скорости сверх значения, соответствующего верхней границе существования кипящего слоя;

·          трудность обработки полидисперсных систем;

·          недостаточно интенсивный гидродинамический режим вблизи решетки, что приводит к ее заплавлению в высокотемпературных процессах при обработке полидисперсных и термолабильных материалов и в процессах с вводом в слой жидкой фазы.

Указанные недостатки ограничивают возможности повышении производительности этих аппаратов, и в ряде отраслей в упомянутых выше случаях применяют аппараты расширяющегося по высоте сечения (коническо-цилиндрические), работающие в режиме фонтанирования.

Преимущества таких аппаратов следующие:

·          закономерное изменение скорости снизу вверх позволяет одновременно обрабатывать твердые частицы различных размеров и в режимах различной интенсивности;

·          достаточно высокие скорости в нижней части аппарата позволяют, особенно при значительных углах раствора конуса, обрабатывать вещества, длительный контакт которых с решеткой недопустим, комкающиеся и слипающиеся вещества, а также вводить в слой жидкости и пасты.

Так как в данном технологическом процессе по переработке слюдопластовых отходов производится сушка молотой слюды, которая характеризуется полидисперсностью, то применение цилиндрического аппарата неуместно ввиду большого уноса частиц. Поэтому аппарат над решеткой выполняем коническим с углом при вершине 20°. Таким образом, кипящий слой будет слегка фонтанировать, тем самым снижая скорость витания частиц и их унос.

На рисунке 2.7.1 приведена типовая конструкция сушильной установки кипящего слоя с цилиндрической сушилкой.

Рисунок 2.7.1. Схема сушильной установки с цилиндрической сушилкой: 1 - бункер; 2 - питатель; 3 - сушильная камера; 4 - топка; 5 - патрубок для выгрузки продукта; 6 - циклон; 7 - бункер циклона; 8 – фильтр

Влажный материал из бункера 1 шнековым (или другой конструкции) питателем 2 непрерывно подается в сушильную камеру 3 в слой «кипящего» материала. Топочные газы из топки 4 смешиваются с воздухом в смесительной камере и затем подаются с помощью турбогазодувки или вентилятора под опорную решетку. Разгрузка высушенного продукта производится через патрубок 5, расположенный непосредственно над решеткой, со стороны, противоположной загрузке. Отработанные запыленные газы направляются и циклон 6 с бункером 7, где выделяется основная часть унесенного газами сухого материала; окончательная очистка газов происходит в рукавном фильтре 8. [6]

Топочные газы в смеси с атмосферным воздухом широко используют при сушке различных материалов, в том числе и органических продуктов. Многие материалы, например песок, глину, топливо, неорганические соли и т. д., высушивают при довольно высоких температурах - от 300 до 800 СС и выше. Для этой цели можно использовать топочные газы, разбавляя их до нужной температуры атмосферным воздухом. Преимущества сушки топочными газами: возможность получения высоких температур; простота топочных устройств; возможность непосредственного применения отработанных газов котельных установок, печей и других агрегатов. Топочные газы получают при сжигании газообразного, жидкого (мазут, нефть) или твердого (уголь, торф) топлива в топках и смешивают их в специальных камерах (камерах смешения) с атмосферным воздухом для получения смеси определенной температуры.

Топочные (дымовые) газы состоят из кислорода, азота, окиси и двуокиси углерода, сернистого газа и водяных паров. Состав топочных газов зависит от количества воздуха, подводимого в топку для сжигания топлива (первичный воздух) и подмешиваемого к продуктам сгорания для понижения их температуры до заданной (вторичный воздух). Природный газ производит меньше СО2 на единицу энергии, чем другие виды ископаемых топлив. Поэтому подогрев сушильного агента производится за счет сгорания именно газа, а не, к примеру, мазута. Выбросы в атмосферу при сжигании ископаемого топлива зависят не только от вида топлива, но от того, насколько эффективно оно используется. Газообразное топливо обычно сжигается легче и эффективнее, чем уголь или нефть. Утилизация сбросной теплоты от отходящих газов в случае природного газа осуществляется также проще, так как топочный газ не загрязнен твердыми частицами или агрессивными соединениями серы. Благодаря химическому составу, простоте и эффективности использования природный газ может внести существенный вклад в снижение выбросов диоксида углерода путем замены им ископаемых видов топлив.

Во избежание пережога слюды для каждого вида отходов устанавливается определенная температура отжига; для слюды мусковит 400 - 500° С, для флогопита 400 - 600° С. Поэтому сушку лучше производить при температуре 300 - 400° С.

На рисунке 2.7.2 показана топка для сжигания газа с использованием эжекционной горелки внутреннего смешения. Отличительной особенностью такой топки является зазор между камерой горения и кожухом, куда тангенциально подается вторичный воздух. Воздух охлаждает наружную стенку камеры горения и затем смешивается с продуктами сгорания. При воздушном охлаждении камера может быть футерована в один кирпич, сжигание топлива можно вести при высоких температурах. Так как температура теплоносителя, используемого для сушки, обычно не превышает 700 - 800 °С, в топочных устройствах имеется специальная камера, топочные газы разбавляются воздухом до нужной температуры. Топка может работать как под давлением, так и при разрежении. Тепловое напряжение достигает 1,75∙106 Вт/м3, т. е. 1,5∙106 ккал/(м3∙ч), и зависит от температуры в камере горения и давления.

Основное требование, предъявляемое к топочным устройствам, - обеспечение полного сгорания топлива. Особенно это относится к устройствам, работающим на жидком топливе (об использовании твердого топлива здесь не говорится, поскольку в последнее время его редко применяют в сушильных установках на химических производствах). Таким образом, топливные форсунки должны обеспечивать тонкое диспергирование мазута, чтобы не происходило проскока крупных капель в сушилку и порчи продукта. В сушилке со взвешенным слоем это может привести к сгоранию капель мазута на газораспределительной решетке и забиванию отверстий. Несгоревшее топливо, осевшее на стенках газоходов и в циклонах, может стать причиной пожаров.

Если топка еще горячая, при пуске установки нужно следить за тем, чтобы мазут был подогрет, а конденсат (когда распыление топлива производится паром) спущен из линии подогрева мазута, так как холодный мазут и конденсат, попав на свод топки, вызовут его растрескивание. Смешение продуктов сгорания с воздухом должно быть полным. Для этого в камере смешения необходимо устанавливать пороги или завихрители.

Рисунок 2.7.2. Топка с охлаждением наружной стенки камеры горения: 1 - окно для ввода вторичного воздуха; 2 - гнездо для установки горелки: 3 - смотровое отверстие; 4 - камера горения; 5 - камера смешения: 6 - футеровки; 7 - взрывной клапан; 8 - опора.

Пылеотделители используют для отделения пыли от потока уходящего теплоносителя с целью более полного выделения продукта, а так же для предотвращения загрязнения окружающей среды. Методы выделения твердых частиц из газового потока разделяют на сухие и мокрые. При сухой очистке используют пылеосадительные камеры, циклоны и рукавные фильтры. Для мокрой очистки применяют мокрые скрубберы и пенные газопромыватели.

Пылеосадительные камеры в химической промышленности используют редко ввиду их низкой эффективности. Интенсивное и эффективное выделение твердых частиц из запыленного газа достигается под действием центробежной силы в циклонах, конструкция которых представлена на рисунке 2.7.3. Запыленный газ поступает в верхнюю цилиндрическую часть 1 циклона по газоходу прямоугольного сечения 2. Сверху циклон закрыт крышкой 3, на которой помещен цилиндрический патрубок 4. Нижняя коническая часть циклона заканчивается выгрузочным отверстием. Попадающий в циклон запыленный газ приобретает вращательное движение, частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к периферии и сползают по стенкам вниз, а обеспыленный газ выводится сверху. На практике все циклоны снабжаются бункером (на схеме не показан), и разгрузка пыли производится из бункера, что уменьшает вторичный унос, т. е. вынос пыли потоком уходящего из циклона воздуха.

Рисунок 2.7.3. Схема действия циклона: 1 - цилиндрическая часть; 2 - патрубок для входа газа; 3 - крышка; 4 - патрубок для выхода газа; 5 - коническая часть.

Степень очистки газов в циклонах составляет 70 - 95% и зависит от свойств пыли. Чем крупнее и тяжелее частицы, тем лучше они улавливаются. Концентрация пыли в газе влияет на степень очистки не очень существенно. Следует иметь в виду, что с увеличением скорости газа в циклоне величина центробежной силы растет, но одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата.

При необходимости обеспечения высокой производительности иногда устанавливают групповые или батарейные циклоны, так как делать один циклон большого диаметра нецелесообразно: с увеличением радиуса циклона будет уменьшаться величина центробежной силы и ухудшаться очистка (поэтому не рекомендуется ставить циклоны диаметром более 800 мм). Можно использовать батареи по два, четыре, шесть, восемь циклонов, работающих параллельно. При очистке газов от очень тонких пылей, имеющих низкую плотность (т. е. когда масса частицы очень мала), для увеличения центробежной силы необходимо уменьшить радиус циклона (скорость газа увеличивать не следует). В этом случае устанавливают батареи, состоящие из нескольких десятков, а иногда и сотен циклонов диаметром 150 - 200 мм. Запыленный газ вводится в кольцевой зазор, образуемый корпусом каждого циклона и выходным патрубком, а для закручивания потока внутренняя труба снабжается винтовой вставкой. Степень очистки в батарейных циклонах ниже, а гидравлическое сопротивление выше, чем в одиночных циклонах.

Для нормальной работы циклона необходимо своевременно удалять пыль из буккера, так как при большом уровне пыли она будет частично захватываться потоком газа и степень очистки снизится. Степень очистки резко уменьшается при наличии неплотностей в циклоне, поскольку засасываемый снаружи воздух движется навстречу ссыпающейся пыли и часть ее выбрасывается в выхлопную трубу. Вследствие этого обязательна проверка герметичности циклонов, как при приемке смонтированной установки, так и периодически при ее эксплуатации. Газоходы от сушилок до циклонов могут забиваться пылью (особенно колена и горизонтальные участки), поэтому их необходимо монтировать с наименьшим количеством поворотов и без горизонтальных участков, снабжать специальными люками для чистки. В некоторых случаях для предотвращения быстрого зарастания стенок циклона улавливаемым материалом аппарат снабжают водяной рубашкой, причем температура воды должна быть на несколько градусов выше точки росы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5