Гранулятор¶

Гранулятор — это устройство (машина, агрегат) промышленного или лабораторного назначения, предназначенное для формования сыпучих материалов, порошков, паст, расплавов или растворов в частицы правильной геометрической формы — гранулы (окатыши, пеллеты, таблетки). Гранулирование применяется для улучшения сыпучести, дозирования, транспортировки, хранения и последующей переработки материалов, а также для придания продукту товарного вида.

¶Назначение и принцип действия

Основная цель грануляции — превращение мелкодисперсного, пылящего или неудобного в обращении материала в однородные, прочные частицы заданного размера и формы. Гранулирование позволяет:

снизить пылеобразование и потери продукта;
улучшить сыпучесть и смешиваемость компонентов;
повысить насыпную плотность и уменьшить объём для транспортировки;
обеспечить равномерное растворение или дозирование (например, в удобрениях, кормах, моющих средствах);
создать пористую структуру для катализаторов или адсорбентов.

Принцип действия гранулятора зависит от его типа, но в общем случае включает стадии: подача исходного материала, его увлажнение (при необходимости), формование (агломерация, прессование, экструзия, распыление) и сушка или охлаждение готовых гранул.

¶Классификация грануляторов

Грануляторы классифицируют по нескольким признакам: способу формования, конструкции, типу обрабатываемого материала и области применения.

¶По способу формования

Барабанные грануляторы (барабанные окомкователи). Вращающийся барабан (часто с наклоном) перекатывает увлажнённый порошок, формируя комки и окатыши. Используются в производстве минеральных удобрений, рудных окатышей, кормов.
Тарельчатые грануляторы (дисковые). Материал подаётся на вращающийся наклонный диск, где за счёт центробежной силы и трения образуются гранулы. Применяются для удобрений, химикатов, строительных смесей.
Экструзионные грануляторы (шнековые, валковые). Пластичная масса продавливается через фильеры (матрицы) с отверстиями, после чего струны разрезаются на гранулы. Используются для полимеров, комбикормов, керамики, органических удобрений.
Пресс-грануляторы (брикетировочные прессы, валковые прессы). Порошок сжимается между двумя вращающимися валками с углублениями (ячейками) или через матрицу с помощью роликов. Типичны для производства пеллет из древесины, торфа, угля, а также для таблетирования химикатов.
Распылительные грануляторы (сушилки-грануляторы). Жидкий раствор или суспензия распыляется в потоке горячего газа; капли высыхают и превращаются в сферические гранулы. Применяются в фармацевтике, пищевой промышленности, производстве моющих средств.
Псевдоожиженного слоя (грануляторы с кипящим слоем). Порошок или раствор подаётся в камеру, где частицы взвешиваются восходящим потоком воздуха; при распылении связующего или сушке образуются гранулы. Используются для гранулирования удобрений, катализаторов, лекарственных препаратов.
Виброгрануляторы. Формование происходит под действием вибрации на специальной решётке или лотке. Применяются для термопластичных материалов, шлаков, расплавов.

¶По конструктивным особенностям

Одно- и двухшнековые — для экструзии.
Плоско- и кольцевые матрицы — в пресс-грануляторах (пеллетайзерах).
Роторные — с вращающимся ножом для резки экструдата.
Центробежные — с вращающимся диском или корзиной.

¶По типу обрабатываемого материала

Для минеральных удобрений (аммиачная селитра, карбамид, нитрофоска).
Для кормов (комбикорма, травяная мука, жмых).
Для полимеров (грануляция пластиков, резины).
Для химических реагентов (катализаторы, соли, оксиды).
Для строительных материалов (цемент, гипс, известь).
Для фармацевтики (таблетирование, микрогранулы).
Для пищевых продуктов (сахар, соль, крахмал, какао-порошок).

¶Устройство и основные узлы

Конструкция гранулятора сильно варьируется, но можно выделить общие элементы:

Загрузочное устройство (бункер, шнековый питатель, ленточный конвейер) — для подачи исходного сырья.
Формующий орган — барабан, диск, матрица с роликами, шнек, фильера, распылительная форсунка.
Привод — электродвигатель, редуктор, клиноременная или цепная передача.
Узел увлажнения (опционально) — форсунки для подачи воды, пара или связующего раствора.
Режущий механизм (для экструзионных грануляторов) — вращающиеся ножи, отсекающие гранулы от выходящей массы.
Система сушки/охлаждения — сушильный барабан, охлаждающая колонна, пневмотранспорт.
Система управления — контроллеры, датчики температуры, влажности, давления, частоты вращения.

¶Применение по отраслям

¶Сельское хозяйство

Грануляторы используются для производства комбикормов, травяной муки, органических удобрений (навоз, птичий помёт, торф), а также для гранулирования минеральных удобрений (аммофос, нитроаммофоска, калийные соли). Гранулированные корма и удобрения удобнее в хранении, дозировании и внесении.

¶Химическая промышленность

Гранулирование катализаторов, адсорбентов, ионообменных смол, солей, оксидов, пигментов. Например, катализаторы для нефтепереработки (цеолиты, алюмосиликаты) часто гранулируют методом экструзии или в псевдоожиженном слое.

¶Металлургия

Производство окатышей из железорудного концентрата (барабанные грануляторы) для последующей металлургической переработки. Гранулирование шлаков, пылей, шламов для утилизации или повторного использования.

¶Энергетика

Производство топливных пеллет из древесины, торфа, угля, соломы, лузги подсолнечника. Пресс-грануляторы с кольцевой матрицей — основной тип оборудования для пеллетных заводов.

¶Строительство

Гранулирование цемента, гипса, извести, керамзита, перлита. Гранулированные строительные смеси (например, сухие строительные смеси) обладают лучшей сыпучестью и однородностью.

¶Фармацевтика и пищевая промышленность

Производство таблеток, микрогранул, драже, гранулированных экстрактов, сахара, соли, крахмала. Используются распылительные грануляторы и грануляторы псевдоожиженного слоя.

¶Ключевые параметры и характеристики

Производительность — кг/ч или т/ч.
Размер гранул — от 0,5 мм до 20 мм и более.
Форма гранул — сферическая, цилиндрическая, кубическая, игольчатая.
Прочность гранул — на раздавливание, истирание, падение.
Влажность исходного материала — для сухих, влажных или пастообразных сред.
Температура процесса — холодное, тёплое или горячее гранулирование.
Энергопотребление — кВт/т.

¶История развития

Первые примитивные грануляторы появились в XIX веке для производства удобрений и кормов. В 1930-х годах в США и Германии начали применять барабанные и тарельчатые грануляторы для минеральных удобрений. В 1950-х годах с развитием химической промышленности получили распространение экструзионные грануляторы. В 1970-х годах в связи с энергетическим кризисом началось массовое производство топливных пеллет, что привело к совершенствованию пресс-грануляторов с кольцевой матрицей. В XXI веке активно развиваются грануляторы с компьютерным управлением, позволяющие точно контролировать размер и форму гранул, а также комбинированные агрегаты (грануляторы-сушилки, грануляторы-смесители).

¶Интересные факты

Крупнейшие в мире грануляторы для железорудных окатышей имеют диаметр барабана до 7 метров и производительность до 1000 т/ч.
В производстве топливных пеллет из древесины расход электроэнергии на гранулирование составляет 30–60 кВт·ч на тонну.
Гранулирование позволяет снизить пылеобразование на 90–95% по сравнению с порошковыми формами.
В фармацевтике гранулы часто покрывают оболочкой (дражирование) для регулирования скорости высвобождения действующего вещества.

¶Источники

ГОСТ 24104-2001 «Весы лабораторные. Общие технические требования» (раздел о гранулометрии).
«Машины и аппараты химических производств» / под ред. И. И. Поникарова. — М.: Машиностроение, 1989.
«Технология гранулирования минеральных удобрений» / В. А. Классен, И. Г. Гришаев. — М.: Химия, 1976.
«Производство топливных пеллет» / А. В. Васильев, В. С. Шаповалов. — СПб.: Лань, 2015.
«Гранулирование в химической промышленности» / под ред. Н. Н. Смирнова. — М.: Химия, 1984.

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru