главная > справочник > химическая энциклопедия:

Гранулирование

Гранулирование (грануляция) (от лат. granulum-зернышко), формирование твердых частиц (гранул) определенных размеров и формы с заданными свойствами. Размер гранул зависит от вида материала, способа его дальнейшей переработки или применения и составляет обычно (мм): для минеральных удобрений 1-4, термопластов 2-5, реактопластов 0,2-1,0, каучуков и резиновых смесей 15-25 и более, лекарственных препаратов (таблеток) 3-25. Формирование гранул размером менее 1 мм иногда называют микрогранулированием.

Гранулирование может быть основано на уплотнении порошкообразных материалов (с использованием связующих или без них), диспергировании и последующей кристаллизации расплавов или растворов либо на измельчении крупных кусков в дробилках.

Основные показатели эффективности гранулирования - выход товарной (кондиционной) фракции, качество получаемых гранул (форма, прочность. насыпная масса), однородность гранулометрического состава (см. Ситовой анализ). Процесс можно осуществлять с возвратом мелких частиц на стадию гранулообразования (ретурное гранулирование) либо без него (безретурное). По первой схеме гранулируют удобрения, по второй - полимеры и лекарственные препараты. Отношение количества ретура к выходу товарной фракции называют ретурностью. Этот показатель, например, для гранулирование удобрений методом скатывания (см. ниже), может изменяться от 0,3 до 10-15.

Придание веществам формы гранул улучшает условия их хранения и транспортировки, позволяет механизировать и автоматизировать процессы последующего использования продуктов, повышает производительность и улучшает условия труда, снижает потери сырья и готовой продукции. Ниже рассмотрены важнейшие методы гранулирования.

Окатывание включает следующие стадии: смачивание частиц материала связующим (водой, сульфит-спиртовой бардой, смесями с водой извести. глин, шлаков и других вяжущих материалов), в результате чего образуются отдельные комочки - агломераты частиц и (или) происходит наслаивание мелких частиц на более крупные; уплотнение агломератов в слое материала. Процесс осуществляют в барабанных, тарельчатых, скоростных и вибрационных грануляторах.

Принцип действия барабанного (рис. 1) и тарельчатого (рис. 2) грануляторов основан на вращении соответсвенно барабана, установленного горизонтально или под углом 1-3њ (частота вращения 5-20 мин ^-1), и специальные тарели, размещенной под углом 45-55њ (частота вращения 5-50 мин^-1), внутри которых перемещается слой материала. Степень заполнения им аппаратов может изменяться от 10 до 15%. Окатывание в барабанном грануляторе происходит на боковой цилиндрической поверхности, в тарельчатом - в основном на поверхности днища тарели.

Рис. 1. Барабанный гранулятор.

Рис. 2. Тарельчатый гранулятор (слева показана траектория движения частицы материала при вращении тарели).

Рис. 3. Скоростной гранулятор.

Рис. 4. Гранулятор с псевдо-ожиженным слоем.

Для интенсификации окатывания применяют скоростные и вибрационные грануляторы, в которых получают более плотные и однородные по размерам гранулы. В скоростном грануляторе (рис. 3) слой материала сильно перемешивается посредством шнека (частота вращения 1000-2500 мин^-1)и вала с насаженными на него штырями или пластинами. Корпус вибрационного гранулятора - горизонтальный прямоугольный или трапециевидный короб - крепится спец. пружинами к опорной плите и с помощью вибратора подвергается механическим колебаниям (частота 5-50 Гц, амплитуда 2-5 мм), благодаря которым материал хорошо перемешивается и уплотняется.

Метод скатывания используют для гранулирования удобрений, железорудных концентратов и др. продуктов массового производства.

Диспергирование жидкостей осуществляется в свободный объем или на поверхность твердых частиц с последующим охлаждением капель расплава воздухом, водой, маслом и т.д. или кристаллизацией тонких пленок жидкости на поверхности твердых частиц при сушке. Метод применяют для гранулирования расплавов удобрений в полых башнях, а также для гранулирование с использованием растворов, суспензий и пульп в барабанных грануляторах - сушилках (аппаратах БГС) и аппаратах с псевдоожиженным слоем. При гранулирование распыливанием жидкости на поверхности частиц, например в аппарате с псевдоожиженным слоем (рис. 4), тонкие пленки жидкости наслаиваются на центры гранулообразования в зоне взаимодействия факела распыла с частицами взвешенного слоя. Гранулы растут вследствие кристаллизации пленок. Диспергирование используют также для покрытия таблеток и гранул различными оболочками.

Прессование - получение гранул в форме брикетов, плиток, таблеток путем уплотнения сухих порошков, иногда с последующим дроблением спрессованного материала. Для гранулирование фосфатных шлаков и некоторых видов удобрений применяют валковые и вальцевые прессы (рис. 5), лекарственных препаратов и витаминов - таблеточные машины (см. Таблетирование), реактопластов - зубчатые роторные грануляторы, вальцы и специальные экструдеры. Для непрерывной подачи порошка и его предварительного уплотнения используют подпрессовыватель (спиралевидный шнек). Особенность гранулирование на валках и вальцах - выдавливание из порошка в зоне деформации воздуха и его фильтрация сквозь слой поступающего в эту зону материала. В данном случае скорость процесса, определяющая производительность пресса, лимитируется той величиной, при которой порошок переходит в зоне деформации во взвешенное состояние.

Рис. 5. Валковый (слева) и вальцевый (справа) прессы для уплотнения порошков.

Экструзия - образование гранул путем продавливания пластично-вязкой массы с помощью шнека через головку экструдера с последующим разрезанием или дроблением материала. Метод используют в основном для гранулирования термопластов. каучуков и резиновых смесей, а также концентрированных кормов. Наибольшее распространение получили червячные экструдеры. Порошкообразный материал плавится и выдавливается в виде жгутов или лент, которые режутся непосредственно после выхода из головки или дробятся после охлаждения в специальной ванне. При гранулировании мучнистых кормов их обрабатывают паром или смешивают с водой или биомассой, подают на вращающуюся перфорированную матрицу, выдавливают через ее отверстия и разрезают на гранулы ножами.

Лит.. Колпашников А. И., Ефремов А. В., Гранулированные материалы, М., 1977; Классен П. В., Гриша ев И. гранулирование, Основы техники гранулирования, М., 1982. ©П. В. Классен.