Тарельчатый гранулятор расчет

     

 

     Рисунок 3.7. Влияние линейной скорости движения чаши на механическую прочность гранулятора (а и б) 

     Накопленный опыт работы и результаты исследований процесса (частично рассмотренные выше) в грануляторах с тарелками различного диаметра показывают, что для обеспечения  оптимальных условий гранулирования важнейшее значение имеют режим; увлажнения и выбранная влажность  материала (которая зависит от свойств гранулируемой смеси, среднего размера и ситового состава ее частиц и других факторов), а также время пребывания материала на тарелке и условий работы гранулятора (конструкция тарелок, угол наклона, частота вращения и др.).  
 

     3.2Движение материала на вращающейся тарелке. 

     На  отдельное тело, помещенное в тарельчатый гранулятор, действуют те же силы, что и на тело во вращающемся барабане. До момента отрыва тела от борта тарелки все силы уравновешивают друг друга Тело отрывается от борта и начинает скатываться по поверхности тарелки в тот момент, когда сила реакции борта становится равной нулю, т. е.  

                                            (3.1) 

     Качественный  анализ работы тарелки показал, что  для комков, имеющих различные  размеры и коэффициенты трения, угол отрыва ф при прочих равных условиях будет различным .Чем крупнее комок, тем больше должен быть угол <р и тем на меньшую высоту он поднимается, а нисходящая ветвь траектории будет приближаться к борту.

     Различное положение на плоскости тарелки  падающих потоков частиц различной крупности неизбежно вызывает вполне определенное расположение гранул по высоте слоя. Ближе к борту, а следовательно, и ж днищу тарелки, будут самые мелкие фракции, а затем уже более крупные. Циклы повторяются и за время гранулирования растущая частица проходит путь в виде спирали, в которой каждый последующий виток осуществляется в плоскости, отходящей от поверхности диска, а нисходящая ветвь витка приближается к борту тарелки. Классифицирующее ' действие тарелки позволяет выгружать с нее гранулы узкого фракционного состава и повышать тем самым производительность по целевой фракции продукта.

     Поскольку скатывание происходит по днищу тарелки, очевидно, что эффективность ее работы тем выше, чем лучше используется поверхность окатывания. Показано ,что такой оптимальный режим наступает тогда, когда мелкие фракции отрываются от борта в верхней точке тарелки, т. е. при ф=0. Более крупные частицы скатываются при этом раньше. Скатываясь по наклонному днищу тарелки, частицы приобретают определенную кинетическую энергию, которая при столкновении частиц переходит в работу уплотнения гранулы. Максимальная скорость скатывания не должна превышать скорость, цри которой происходит разрушение гранулы. Эта скорость определяется свойствами гранулируемого материала и находится из опыта.

     По  скорости скатывания можно определить соответствующие друг другу значения диаметра и угла наклона тарелки: 

                                      (3.2) 

     Для получения динамических уплотняющих нагрузок одинаковой величины в тарельчатых грануляторах различного диаметра скорости в конце скатывания должны быть равны, откуда: 

                   (3.3) 

     При постоянной скорости скатывания нисходящий поток имеет различную толщину, зависящую от заполнения и скорости вращения тарелки. С увеличением количества скатывающегося материала поток становится стесненным, подвижность частиц уменьшается и, как следствие, ухудшается окатывание и классификация гранул. Следовательно, максимальный выход целевой фракции возможен только при определенном коэффициенте заполнения тарелки. Показано ,что площадь сегмента, занятого материалом, не должна превышать половины площади днища. Исходя из этого определено, что оптимальная удельная масса слоя железорудного материала, гранулируемого на тарелке, равна 0,15—0,20 т/м². Для других материалов оптимальное значение Ф при заданной величине определяют экспериментально. В свою очередь угловая скорость вращения тарелки зависит от ее диаметра и угла наклона. Эту скорость выбирают, исходя из отрыва частиц в верхней точке.

     Требуемый коэффициент заполнения, т. е. вес  слоя, обеспечивается высотой борта  и углом наклона тарелки. Слой материала в грануляторе должен обеспечить не только оптимальные условия окатывания, но и требуемое время пребывания. Зная т_ср и Ф, по заданной производительности нетрудно определить высоту борта 

                                                          (3.4) 

     При неизменной скорости скатывания производительность гранулятора будет изменяться пропорционально изменению количества элементарных потоков (гранул), находящихся одновременно в фазе скатывания, т. е. пропорционально изменению площади тарелки. Практически для определения диаметра тарелки по заданной производительности пользуются экспериментально полученными для данного продукта значениями удельной производительности. Для некоторых продуктов эти данные приведены в табл.

     Таким образом, для расчета основных параметров тарельчатого гранулятора экспериментально определяют оптимальную скорость скатывания, по которой находят угол наклона тарелки, а также коэффициент заполнения и время пребывания, рассчитывая по ним высоту борта. Задаваясь углом отрыва частиц от борта (обычно ф=0), по уравнению (III-12) определяют скорость вращения тарелки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4Расчетная  часть. 

     4.1 Расчет основных  параметров гранулятора 

     Процесс гранулирования методом окатывания состоит из четырех стадий: 1) смешение исходного порошка с частицами ретура и связующим; 2) образование гранул из мелких частиц и дробление комков; 3) окатывание и уплотнение гранул в результате их перемещения по поверхности аппарата; 4) упрочнение связей в результате перехода жидкой фазы в твердую, т.е. стабилизация структуры гранулы. На всех стадиях происходит изменение распределения частиц по размерам, т.е. идет процесс гранулообразования, интенсивность которого зависит от технологии, аппаратурного оформления процесса гранулирования и свойств продукта.

     Расчет  аппарата для гранулирования методом  окатывания заключается в определении основных конструктивных характеристик гранулятора и технологических параметров процесса:

     1. Влагосодержание шихты находят  из уравнения, кг/кг 

                               (4.1) 

     2. Расход воды с компонентами, т/ч 

                                               (4.2) 

     3. Расход рецикла, т/ч 

                                    (4.3) 

     4. Объемная производительность гранулятора, м3/с 

                                 (4.4) 

     5. Центральный угол обхвата в  тарели j  

                                   (4.5) 

     При коэффициенте заполнения тарели Ф=15 % с точностью, достаточной для инженерных расчетов, центральный угол обхвата j можно принять равным j = ± 108 0.

     6. Диаметр тарели, необходимый для обеспечения заданной производительности гранулятора вычисляется из соотношения, мм 

       
 

     D=2·r=2·595=1190 мм 

     7. Необходимая длина тарели, мм 

       

     8. Угловая скорость вращения тарели (об/мин) 

       

     9. Диаметр отверстия подпорного  кольца, м 

       

     где Н = 0,05 - 0,15 м - опытная величина, значение которой изменяется в зависимости  от производительности и от свойств гранулируемого материала. 
 

     4.2 Применение окатышей 

     Полученные  окатыши из марганцевой руды имеют  определённую фракцию позволяющую  транспортировать материал в различных  атмосферных условиях. Благодаря  их коррозионностойкости готовые оеатыши могут храниться в течение от 3 до 5 лет.

       Применение окатышей в металлургическом переделе в частности в доменном, конверторном, и сталеплавильном производстве, в качестве добавки к железной руде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     6 Экономика 

     Применение  данных окатышей экономический эффективно тем что, имеют хорошую прочность в условиях транспортировки,  более устойчивы к гидро- и атмосферным воздействиям т.к. покрыты полимерным покрытием, которое не позволяет влаге и воздуху разрушать окатыши.

     Рассмотрим  экономическую эффективность на примере 1.

     Пример 1. Допустим что, металлургическое производство закупает

     15 тонн руды по 18375kzt (125 USD) за 1 тонну,  в среднем 20-25% мелочи и пылевая  фракция, тогда допустимо, что  из них 3,0  - 3,75 тонн это пылевидная  мелочь, которая не рентабельна  для производства, в связи с  увеличением технологических потерь  при высоких температурах (выгорание  мелочи и пыли до 80%).  Исходя из приведенных данных произведем экономический расчет-прогноз рентабельности внедрения и использования предлагаемой технологии окускования пылевых фракций марганцевой руды.

     1. Расчет затрат на 15 тонн марганцевой  руды составит: 

     15*125 = 1875USD                                                 (6.1) 

       Исходя из того, что 1 тонна  составляет 125 USD,  то получим что 15 тонн составляет 1875 USD .

     2. Расчет затрат на не рентабельную фракцию. 

     1 т  125 USD                                                       (6.2) 

     3 т  375 USD                                                       (6.3) 

     Из  этого следует, что затраты  в  размере 375 USD являются не целевыми расходами, т.е. затраты на неполезный материал.

     Следует отметить что затраты на мелочь и  пыль дополняются затратами и  потерями технологического характера. Мелочь и пыль, используемые в необработанном виде несут потери  в самом  процессе в виде угара, и  потерь физического характера  уноса, что  составляет не менее 80%.

     Поэтому проведем дополнительные расчеты исходя из данных по массовому количеству в виде 3 тонн пыли и мелочи. 

     3т  100%                                                         (6.4) 

     Х  80%                                                           (6.5) 

     Х = 2,4 т                                                         (6.6) 

     Потери  от угара и уноса пыли составят 2,4 тонны, лишь 0,6 тонны пойдут в процесс  получения целевого Mn.

     Массовую  потерю 2,4 тонны переведем в финансовый эквивалент что составит:  

     1т  125 USD                                                  (6.7) 

     2.4  x                                                        (6.8) 

     Х = 300 USD                                                (6.9) 

     Потери  от угара и уноса пыли и мелочи составит 300 долларов, при затратах в размере 1875 долларов за 15 тонн, это  составит 16% нецелевых затрат.

     При содержании марганца в исходной руде в пределах 45% то в 3 тоннах пыли и  мелочи по марганцу потери составят 1,35т  Mn, что составляет в биржевых ценах на металлический марганец 6415,2 USD (при цене на 1 тонну Mn 95% - 4752 USD). 

       Произведем дополнительный расчет с учетом технологических потерь, которые составляют около 30%.  Допустим, что металлургическое производство закупает те же 15 тонн руды по 18375kzt (125 USD) за 1 тонну, в среднем 20% потерь при добыче (это мелочи и пылевая фракция) и плюс 30% технологические потери, общие потери составляют 50% (т.е. 7,5 тонн). Исходя из приведенных данных произведем экономический расчет-прогноз рентабельности внедрения и использования предлагаемой технологии окускования пылевых фракций марганцевой руды.

     1. Расчет затрат на 15 тонн марганцевой  руды составит: