автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Разработка технологии высококачественного гранулированного карбамида и карбасульфата аммония

ь

СОЛДАТОВ Алексей Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО КАРБАМИДА И КАРБАСУЛЬФАТА АММОНИЯ

05.17.01 - Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2000

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

филиале Нижегородского государ-

доктор технических наук, профессор Михайлов Ю.И

доктор технических наук, профессор Ульянов В.М. кандидат технических наук Казимиров O.E.

ОАО "НИИК" (г. Дзержинск)

Защита состоится "20" 2000 г. в Щ часов на заседании

диссертационного совета К-063.85.12 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ГСП 41, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат направлять по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ГСП 41, ул. Минина, 24, ученому секретарю диссертационного совета К-063.85.12.

Автореферат разослан "1Ь" MQ9_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Бачаев A.A.

¡\Ъ2-4.5 90 л я о а г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших агротехнических приемов повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции является увеличение использования минеральных удобрений, химических средст в защиты растений, консервантов кормов и кормовых средств.

В 1990 году Россия и страны СНГ являлись ведущими производителями минеральных удобрений. На долю России приходилось 65% выпуска минеральных удобрений от ранее производимых в СССР. Доля карбамида в общем объеме производства азотных удобрений постоянно росла. Так, в 1980 году на карбамид приходилось 27,5% азота всех азотных удобрений, в 1990 году - 33,7%, а в 1995 году - 34,3%. Однако, в последние годы в связи с экономическим кризисом объем производства азотных удобрений в России резко сократился, но одновременно возросли требования к качеству удобрений. Это определяется как экономическими, так и экологическими соображениями. Однородность гранулометрического состава, высокая прочность [ранул, низкая истираемость их и одновременно шероховатость поверхности, препятствующая сегрегации тукосмесей,- все эти требования становятся решающими у потребителя при выборе поставщика из большого ряда конкурентных предложений.

Часть карбамида отечественных производств сегодня по данным показателям не удовлетворяет мировым требованиям. В связи с этим, проблемы разработки технологий получения карбамида, удовлетворяющего требованиям мировых стандартов, переработай некондиционного карбамида в продукт высшего сорта, утилизации твердых отходов производства карбамида остаются актуальными.

Одним из путей решения проблемы дефицита минеральных удобрений является увеличение концентрации питательных веществ и повышение их усвояемости растениями. В связи с высокой эффективностью усвоения растениями амидного азота, разработка технологий производства комплексных удобрений типа карбасульфата аммония весьма актуальна.

Данная работа посвящена исследованиям процессов гранулирования высококонцентрированного плава карбамида и переработки некондиционного продукта и твердых отходов в скоростном барабанном гранулято-ре, а также повышению качества карбамида, выпускаемого промышленностью.

Теоретические и прикладные исследования, результаты которых приведены в работе, выполнялись в соответствии с перспективным планом развития ОАО "Корунд", ОАО Череповец "Азот", по программе "Научные исследования высшей школы по экологии и рациональному природопользованию", раздел "Охрана атмосферного воздуха" по теме "Разработка научных основ и технологии очистки газов от оксидов азота", 1999г.

Цель работы сводилась к следующему:

- оценить качество карбамида, выпускаемого в промышленности;

- исследовать технологию получения гранулированного карбамида в барабанном грануляторе;

- исследовать технологию получения гранулированного карбасульфа-та аммония в барабанном грануляторе;

- изучить физико-химические свойства плавов карбамида и системы: карбамид - сульфат аммония в условиях их гранулирования;

-оценить физико-механические свойства полученных удобрений, определяющих качество готового продукта;

- выдать рекомендации для проектирования скоростного барабанног о гранулятора производительностью 7-9 т/час;

- предложить технологическую схему по получению карбамида в барабанном грануляторе с переработкой твердых отходов производства и схему получения гранулированного карбасульфата аммония.

Научная новизна. Впервые изучены физико-химические свойства плавов и растворов карбасульфата аммония с различным содержанием сульфата аммония в них: степень разложения, плотность, вязкость, температура плавления и кристаллизации. Предложены методы расчета плотности завесы падающих гранул и времени их пребывания в быстроходном барабане- грануляторе. Установлены оптимальные параметры работы быстроходного барабана-гранулятора: скорость вращения, угол наклона, коэффициент заполнения. Исследованы процессы переработки некондиционного карбамида и твердых отходов производства в продукт высшего сорта и получения супергранул. Изучены физико-химические и механические характеристики полученных карбамида и карбасульфата аммония. Показано влияние добавки сульфата аммония на основные физико-химические и механические свойства гранулированного карбамида.

На основе выполненного комплекса физико-химических, технологических и аппаратурных исследований разработаны принципиально новые технологии высококачественного гранулированного карбамида и карбасульфата аммония.

Практическая значимость. Разработана технология высококачественного гранулированного карбамида из плава после второй ступени выпарки, переработки некондиционного карбамида и твердых отходов производства и карбасульфата аммония.

Установлены оптимальные условия гранулирования в скоростном барабанном грануляторе. Новизна и полезность технических решений подтверждена положительными решениями о выдаче 2-х патентов РФ. Определены свойства исходных плавов и гранулированных продуктов. Предложены принципиальные технологические схемы переработки некондиционного карбамида и твердых отходов в целевой продукт взамен существующей схемы растворения - упарки - гранулирования.

На основании проведенных исследований выданы и приняты исходные данные для проектирования барабанного гранулятора для гранулирования карбамида из концентрированного плава производительностью 7-9 т/ч.

Технико-экономические расчеты указывают на целесообразность использования скоростных барабанных грануляторов в производстве карбамида.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Межрегиональной научно-технической конференции "Химическая промышленность: современные задачи техники, технологии, автоматизации, экономики" (Дзержинск 13-14 октября 1999г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 статьи и получено 2 положительных решения на выдачу патентов РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и списка литературы, включающего 92 наименования.

Работа изложена на 122 листах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 41 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу проблемы качества карбамида, различных способов его гранулирования и агрохимической эффективности, рассмотрены различные методы расчетов параметров аппаратов барабанного типа и способы получения сложных удобрений на основе карбамида . Отмечено, что в настоящее время для гранулирования удобрений применяются различные промышленные схемы; однако, проблема усовершенствования стадии гранулирования в производстве карбамида, поиска новых технологических решений и эффективных форм удобрений на основе карбамида остается актуальной.

Во второй главе приведены результаты исследований формы и параметров движущегося слоя гранул в поперечном сечении барабана, необходимые для последующего определения времени перемещения гранул по длине барабана. Также проведены исследования плотности завесы гранул в поперечном сечении барабана.

Оценка плотности завесы падающих гранул в аппаратах барабанного типа необходима для выбора весовой концентрации частиц в рабочем объеме аппарата и может быть расчитана по формуле:

Ц = вм / Ураб , кг/м3.

где: См - вес материала, участвующего в циркуляции, кг;

Ураб - рабочий обьем барабана, не занятый материалом, находящимся в завале, м3.

Экспериментально установлено влияние скорости вращения и коэффициента заполнения барабана на плотность завесы гранул карбамида в поперечном сечении. Установлено, что наиболее равномерное распределение гранул по сечению барабана (диаметр 0,8 м) происходило в границах вращения 1,68 - 1,89 м/сек. и коэффициенте заполнения 0,25. На основании полученных данных, используя теоретически полученные формулы, для всех исследуемых диаметров барабана были определены расчетные и экспериментальные рабочие и критические скорости вращения барабана.

Был проведен расчет времени нахождения гранул в скоростном барабанном грануляторе. Характерной особенностью данного расчета является то, что, в отличие от тихоходных барабанов-грануляторов, сушилок, окатывате-лей и др., в скоростном барабане после отрыва от лопасти гранула движется не по линейному закону свободного падения, а по параболической кривой.

Все движение гранулированного материала в поперечном сечении барабана можно разделить на пять составляющих:

- движение гранул с продуктом в барабане;

- движение гранулированного материала от стенки барабана вдоль лопасти насадки до момента отрыва от края лопасти;

- подъем гранул по параболической кривой;

- падение гранул по параболической кривой до уровня отрыва от лопасти;

- падение гранул от уровня отрыва до стенки барабана.

Суммарное время движения гранул в поперечном сечении барабана будет являться суммой всех перечисленных составляющих.

Перемещение гранул вдоль оси барабана возникает в результате подъема гранул на определенную высоту лопастной насадкой и полета гранул по параболической кривой в поперечном сечении барабана за счет смещения материала в зависимости от угла его наклона, так как подъем гранул, находящихся на насадке, происходит по наклонной кривой, а движение но параболе происходит в вертикальной плоскости. Поэтому время продолб-ного перемещения будет равняться произведению времени поперечного перемещения и числа подъемов и падений гранул по длине барабана.

Поскольку время пребывания материала в барабане непосредственно зависит от угла наклона и длины барабана, а как известно, наибольшее количество тепла снимается в момент полета гранул, по результатам данного расчета можно судить о конструктивной эффективности аппарата.

В третьей главе рассмотрено влияние сульфата аммония на физико-химические свойства растворов и плавов карбамида.

При нагревании карбамида до температуры выше точки его плавления (132,7°С) при атмосферном давлении образуется биурет и выделяется аммиак. Термическая деструкция карбамида в соответствии с литературными данными может быть описана следующими уравнениями:

СО(ЫН2)2 НЫСО + 1ЧНз

СО(ЫН2)2 + НЫСО <± МШСОГШСОИНг

Скорость образования биурета при нагревании плава составляет около 3% в час при 140°С и 7% при 150°С. Около половины биурета, образующегося в процессе производства, приходится на вторую ступень выпарки и трубопровод, подающий плав к грануляционной башне. Так как биурет вредно действует на растения, ГОСТ 2081-92 ограничивает его содержание в техническом карбамиде; так, в гранулированном продукте высшего сорта его содержание не должно превышать 1,4%.

Нами было установлено, что при увеличении массовой доли сульфата аммония в плаве разложение карбамида уменьшается. Так, степень разло-

жения карбамида, содержащего 12% масс, сульфата аммония, при температуре 135°С и времени проведения опыта 20 мин. более чем в два раза ниже, по сравнению с чистым карбамидом. Причем стоит отметить, что наиболее интенсивное снижение степени разложения происходит при содержании сульфата аммония в плаве до.3% масс. Дальнейшее увеличение содержания сульфата аммония оказывает незначительное влияние на степень разложения карбамида. Таким образом, анализ результатов показал, что введение сульфата аммония в карбамид оказывает некоторое ингибирующее действие на термическое разложение карбамида.

Вязкость и плотность растворов (расплавов) карбасульфата аммония по сравнению с вязкостью и плотностью растворов (расплавов) чистого карбамида увеличивается с ростом процентного содержания в них сульфата аммония. При повышении температуры наблюдается уменьшение вязкости и плотности растворов (расплавов) как карбамида, так и карбасульфата аммония.

Температура плавления и кристаллизации карбасульфата аммония снижается с ростом процентного содержания сульфата аммония в нем, причем температуры плавления и кристаллизации карбасульфата аммония не совпадают: температура кристаллизации плава несколько ниже температуры плавления.

Четвертая глава посвящена получению гранулированного карбамида из плава после второй ступени выпарки.

Кинетика роста гранул изучалась в зависимости от времени обработки при постоянном расходе плава в циклическом режиме. В работе кинетика роста гранул представлена в виде изменения эквивалентного диаметра гранул во времени при постоянном расходе плава. Представлены кривые роста эквивалентного диаметра гранул при получении гранулированного карбамида в скоростном барабане-грануляторе без классификатора, где размеры гранул лимитируются временем гранулирования и полезным объемом барабанного гранулятора, и с классификатором, когда фракция гранул менее заданного размера отделяется на классификаторе и возвращается на стадию обработки плавом, а гранулы, достигшие заданных размеров, выгружаются из барабана в виде узкой товарной фракции (рис. 1).

Вследствие того, что время пребывания гранул в зоне распыла в скоростном барабане значительно меньше, чем в аппаратах БГС, а также за счет высокой циркуляции продукта внутри барабана (10-15 раз/мин.) плав распределяется на поверхности гранул в виде тонкой пленки, которая кристаллизуется и охлаждается значительно быстрее, что позволяет снимать тепло кристаллизации и тепло плава без дополнительной подачи воздуха.

На основании проведенных исследований предложена технологическая схема получения карбамида в барабанном грануляторе, которая позволяет исключить стадию растворения и вторичной выпарки некондиционной фракции продукта (рис.2).

2.5 -

к «

ге 3 X н I

и <П

2-

1.5-

0 10 20 30 40 50 Время нанесения плава, мин.

Рис.1. Кинетика роста гранул карбамида в барабанном грануляторе

1 - без классификации продукта (<!,= -0,0007 т* + 0,0745 т +0,8192); 2-е классификацией продукта ((!»= -0,0004 тг + 0,0267 I +1,4777)

Готов мй продукт

Рис. 2. Рекомендуемая принципиальная схема получения карбамида в барабанном грануляторе

1 - выпарной аппарат второй ступени; 2 - напорный бак; 3 - грануляционная башня; 4 - ленточный транспортер; 5 - холодильник; 6 - элеватор; 7 - грохот; 8 - барабанный гранулятор; 9 - форсунка; 10 - вентилятор; 11- центробежный насос

1

По предложенной схеме после сортировки на грохоте 7 некондиционный карбамид подается в барабанный гранулятор 8. Плав карбамида отбирается с линии плава после второй ступени выпарки с концентрацией 99,5-99,8% и температурой 135-140°С и с помощью механической форсунки 9 наносится на завесу гранул в барабане. Готовый продукт выгружается из барабана, смешивается с продуктом после грохота 7 и отправляется на склад.

Данное техническое перевооружение позволит не только повысить качество получаемого продукта, но и значительно увеличить производительность действующих схем производства карбамида.

Пятая глава посвящена исследованию процесса получения гранулированного карбамида из некондиционного продукта и твердых, отходов в барабанном грануляторе.

Вопросы повышения прочности гранул карбамида и увеличения доли товарных гранул в нем обычно решают улучшением условий охлаждения капель при приллировании плава за счет увеличения высоты грануляционной башни. Однако, капитальные затраты при этом очень велики, качество карбамида недостаточно высоко и продукт не удовлетворяет требованиям потребителей по гранулометрическому составу, прочности гранул и другим параметрам.

На основании исследований, проведенных агрохимическими институтами страны, общепринято, что для сохранения требуемой прочности минеральных удобрений при хранении их в течении гарантийного срока, а также для наиболее эффективного использования средств механизации при хранении, транспортировке и внесении удобрений в почву необходимо выполнение следующих требований:

- минеральные удобрения должны поставляться сельскому хозяйству только в гранулированном или крупнокристаллическом виде;

- фракционный состав должен быть единым для всех видов минеральных удобрений, а именно: содержание частиц размером менее 1 мм не должно превышать 1 -2%, а доля частиц размером 2-4 мм должна составлять не менее 80%.

По требованиям ГОСТа 2081-92 к отечественному карбамиду высшего сорта, массовая доля гранул размером 1-4 мм должна быть в нем не менее 94%, причем массовая доля гранул размером 2-4 мм - не менее 70%, а массовая доля гранул размером менее 1 мм - не более 3%. Таким образом, при оценке качества минеральных азотосодержащих удобрений гранулометрический состав является одним из важнейших показателей, характеризующих физико-механические свойства удобрений.

Карбамид, полученный на системах с высотой гранбашни 40 метров, по общему содержанию фракции гранул 1-4 мм отвечает требованиям ГОСТа 2081-92, однако, по содержанию фракции 2-4 мм карбамид не соответствует требованиям ГОСТа из-за наличия большого количества фракции 1-1,3 мм. Это связано с невозможностью охлаждения капель размером более 2 мм за время падения в башне высотой 40 м. По содержанию влаги и

биурета карбамид из грануляционных башен удовлетворяет требованиям ГОСТа. Судя по гранулометрическому составу образцов карбамида, продукт высшего качества (и даже 1 сорта) путем отсева фракции 1 мм и менее из товарной массы продукта, гранулированного в башнях высотой 40 м, не может быть получен, т.к. доля фракции более 2 мм в нем не превышает 19%.

Следовательно, необходимо искать другие пути увеличения доли гранул размером 2-4 мм в продукте, не меняя конструкции узла приллирова-ния и показателей грануляции плава.

На основании проведенных исследований можно рекомендовать проведение процесса переработки некондиционного карбамида в промышленном масштабе по двум вариантам.

Первый вариант (рис.3) предусматривает подачу плава карбамида в барабан из линии нагнетания плава в гранбашню или плавление части некондиционного продукта и его распыливание на завесу в барабанном гра-нуляторе из предварительно отсеянных в промышленном цехе мелких нестандартных гранул. При таком подходе одновременно могут быть решены две задачи:

- переработка нестандартного продукта в продукт заданного гранулометрического состава;

- увеличение мощности цеха в зависимости от количества некондиционного продукта и количества отбираемого плава на обработку гранул.

Некондиционный карбамид

Рис. 3. Принципиальная схема пе- Рис.4. Принципиальная схема переработки некондиционного реработки некондиционного кар-карбамида в барабане-гранулято- бамида промышленного цеха в ре (1вариант) барабане-грануляторе (2 вариант)

I - бункер; 2 - расходная шайба; 3 - барабан- 1 - бункер; 2 - грохот; 3 - расходная шайба; 4 -

гранулятор; 4 - плавитель; 5 - форсунка барабан-гранулятор; 5- плавитель; 6-форсуиха

По второму варианту, согласно схеме (рис.4), предусматривается плавление некондиционного продукта (отходов карбамида из гранбашни после чистки, просыпей и других складских отходов, а также отсеянных мелких фракций), который подается в плавитель, а также через бункер, грохот и расходную шайбу дозируется в барабан-граиулятор.

Для проектирования можно рекомендовать следующий технологический режим переработки некондиционного карбамида:

- температура плава, °С - 135-140;

- температура гранулированного карбамида, °С - 30-50;

- число оборотов барабана, об./мин.- в зависимости от диаметра барабана;

- давление плава перед форсункой, МПа - 0,2-0,6;

- давление сжатого воздуха перед форсункой, МПа - 0,2-0,4;

- количество сжатого воздуха, подаваемого на форсунку, кг/кг - 0,4.

Использование разработанного барабана-гранулятора позволяет увеличить производительность существующей системы путем доработки ее по схеме (рис.4). При этом на грохоте отделяется основная часть (60-70%) наиболее крупных (2 мм и более) гранул, а остальная часть (40-30%) поступает на обработку в барабан. При этом из массы, содержащей 60-80% гранул менее 1,5 мм, получают карбамид, не содержащий частиц менее 1,5 мм.

Реализация данной схемы позволит за счет имеющегося резерва мощности всех предыдущих стадий увеличить мощность технологической системы на 16-20% без изменения конструкции башен и аппаратов приллиро-вания, обеспечить полное использование всех отходов производства.

В шестой главе рассмотрена технология получения гранулированного карбасульфата аммония в барабанном грануляторе.

Карбасульфат аммония является высокоэффективным азотным удобрением, широко используемым при выращивании риса. С учетом конъюнктуры мирового рынка, потребность в КСА сельского хозяйства России и стран СНГ составляет 700 тыс. т/год.

Наличие сульфата аммония в удобрении значительно снижает потери азота, а также улучшает совместимость карбамида с суперфосфатом, что имеет важное значение в связи с тенденцией внесения азотных и фосфорных удобрений в виде тукосмесей. При взаимодействии карбамида с суперфосфатом обычно выделяется влага и образуется липкая масса; в связи с этим, сульфат аммония добавляют к смеси для уменьшения слеживаемосги.

Добавка, содержащая серу, повышает эффективность применения карбамида как в земледелии, так и животноводстве. Поскольку сера часто гребуется для рационов животных, сульфат аммония рекомендуют использовать как единственный, доступный и дешевый (сульфат аммония являет-;я побочным продуктом многих производств) источник добавочной серы и частичный источник добавочного азота.

Добавка сульфата аммония значительно повышает некоторые физико-механические свойства гранулированного карбамида: повышается прочность, рассыпчатость, уменьшается гигроскопичность, слеживаемость при сранении и транспортировании продукта. Заметно снижается содержание

пыли в гранулированном карбамиде даже при небольших добавках сульфата аммония.

Был исследован процесс получения гранул карбасульфата аммония в скоростном барабанном грануляторе на лабораторной установке. Плав, подаваемый на грануляцию, имел следующий состав: 50% карбамида, 20% сульфата аммония и 30% воды. В барабан подавался горячий воздух для удаления влаги. Влажность и температура гранул на выходе из барабана не превышали допустимые нормы, гранулы имели правельную сферическую форму. Химический состав полученных гранул представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав карбасульфата аммония

Теоретическое содержание, о/ /о Практическое содержание, %

сульфат аммония карбамид аммиачный азот сульфат аммония амидный азот карбамид общий азот биурет вода

5,90 94,10 1,33 6,00 45,50 92,94 46,88 0,86 0,20

10,10 89,90 2,24 10,20 41,40 88,74 43,64 0,86 0,20

15,90 84,10 3,57 16,14 39,95 82,36 43,52 0,94 0,30

21,03 78,97 5,06 22,88 36,25 75,80 41,31 1,02 0,30

25,60 74,40 6,08 27,49 32,40 71,19 38,48 1,02 0,30

Из таблицы 1 видно, что содержание сульфата аммония в удобрении несколько превышало, а содержание карбамида было меньше содержания этих веществ, которое предполагалось теоретически. Это можно объяснить тем, что во время плавления в плавителе происходит частичное разложение карбамида.

Проведенные исследования позволили рекомендовать следующую принципиальную технологическую схему получения карбасульфата аммония в барабанном грануляторе (рис.5).

Карбасульфат аммония получают в скоростном барабане-грануляторе следующим образом. В барабане 5 на завесу из гранул карбамида наносят пневматической форсункой 4 раствор, содержащий карбамид, сульфат аммония и воду. В форсунку подается подогретый воздух под давлением. Раствор, содержащий сульфат аммония, карбамид и воду, готовят в реакторе-смесителе 2, куда поступают сульфат аммония в кристаллическом виде из дозатора 1 и карбамид из плавонровода карбамида. Готовый продукт проходит охладитель-транспортер 6 и идет на затарку. Запыленный воздух из барабана подается в систему аспирации 8, где очищается и выводится в атмосферу, а отделенная пыль подается в дозатор 1.

На очистку

Рис.5. Рекомендуемая принципиальеая технологическая схема получения карбасульфата аммония

1 - питатель; 2 - смеситель; 3 - насос; 4 - форсунка; 5 - барабан-гранулятор;

6 - охладитель; 7 - вентилятор; 8 - циклон

Седьмая глава посвящена определению физико-химических и механических свойств гранулированного карбамида и карбасульфата аммония.

Прочность гранул определяет сохранность гранулометрического состава при хранении, транспортировании и внесении удобрений в почву. Различают статическую прочность и динамическую прочность (истираемость). Исследовались зависимости статической прочности гранул карбамида от диаметра и от влажности. Статическая прочность полученных нами гранул значительно превышает прочность гранул из грануляционной башни; так, значение прочности гранул диаметром 3 мм, полученных в барабане-грануляторе, в 1,5 раза превышает прочность промышленных образцов; даже при 5% влажности полученный нами карбамид в 1,5 раза превышает допустимую по стандартам прочность. Динамическая прочность (истираемость) гранул карбамида, полученного в барабанном грануляторе, более чем в 3 раза выше прочности карбамида из гранбашни (рис.5).

Одним из основных свойств, определяющих возможность длительного хранения удобрений, является гигроскопичность. Результаты исследования зависимости гигроскопической точки карбамида от температуры показали, что гигроскопическая точка воздушно-сухих гранул карбамида, полученного в барабанном грануляторе, для любой температуры несколько ниже гигроскопической точки карбамида из грануляционной башни, но остается выше, чем гигроскопическая точка аммонийной селитры или сложных удобрений.

3 2

4

О 20 . 40 60

Время испытания, мин.

Рис.5. Динамическая прочность (истираемость) гранул карбамида

40

60

Карбамид из гранбашми: Карбамид из барабана-гранулятора:

1 - а барабане с лопастной насадкой;

2 - в барабане с сетчатой насадкой;

3 - в барабане с лопастной насадкой;

4 - в барабане с сетчатой насадкой.

Исследовалась зависимость насыпной массы карбамида от диаметра гранул. Анализ полученных данных показал, что с увеличением диаметра гранул насыпная масса карбамида уменьшается, одновременно наблюдается незначительное увеличение насыпной массы гранул, полученных в барабанном грануляторе, по отношению к гранулам из гранбашни, которое составляет примерно 1,5%.

Изучение угла естественного откоса карбамида проводили в зависимости от гранулометрического состава и от влажности. Полученные результаты показывают, что угол естественного откоса карбамида, полученного в барабанном грануляторе, больше, чем у карбамида из грануляционной башни для всех значений диаметров гранул и влажности, что позволит хранить его навалом на меньших площадях.

Результаты исследований по определению условной слеживаемости удобрений показали, что по шкале Пестова карбамид и из гранбашни, и из барабанного гранулятора находится на уровне первой категории слеживаемости "слегка слежался", хотя усилие разрушения в случае с карбамидом из барабанного гранулятора незначительно возросло.

Таким образом, стоит отметить, что свойства полученного нами гранулированного карбамида практически во всех случаях значительно превосходят свойства карбамида, полученного в грануляционной башне.

Добавка сульфата аммония повышает физико-химические и механические характеристики гранулированного карбамида, так, например, прочность гранул КСА диаметром 2 мм и с содержанием сульфата аммония 30,0% масс, почти в 2 раза выше прочности чистого карбамида (рис.6). Присутствие сульфата аммония увеличивает насыпную массу карбамида, угол естественного откоса, что позволяет хранить карбасульфат аммония

навалом на меньших, чем у карбамида, площадях. Слеживаемость гранул карбасульфата аммония (аналогично карбамиду) относится к первой кате-

Диаметр гранул, мм

Рис.6. Статическая прочность карбасульфата аммония

I - чистый карбамид; 2 - карбамид + 10% масс, сульфата аммония; 3 -- карбамид + 20% масс, сульфата аммония; 4 - карбамид + 30% масс, сульфата аммония;----высший сорт по ГОСТ 2081-92.

В восьмой главе представлены результаты агрохимичесих испытаний карбасульфата аммония.

Краснодарским ВНИИ риса были проведены испытания карбасульфата аммония с содержанием сульфата аммония 10% масс, в полевых условиях на культуре риса. При известных фоновых условиях (1 га почвы содержал 90 кг фосфора и 90 кг калия) вносили чистый карбамид и карбасуль-:{)ат аммония в количестве 150 кг на 1 га почвы. Внесение карбамида в чистом виде позволило получить урожайность риса на уровне 74,0 ц/га, что на ?8,8% превышает фоновые показатели. Добавка карбасульфата аммония позволила повысить урожайность риса до 76,6 ц/га, что на 40,9% превы-лает фоновые показатели и на 2,1% превышает показатели, полученные три внесении добавки чистого карбамида.

Таким образом, агрохимические испытания показали, что использо-$ание карбасульфата аммония значительно повышает урожайность риса, и данное удобрение может получить широкое использование в рисосеющих >егионах страны.

ВЫВОДЫ

. Выполненными физико-химическими и технологическими исследованиями определены условия получения высококачественного гранулированного карбамида и карбасульфата аммония в скоростном барабанном грануляторе.

Исследованием кинетики разложения карбамида показано, что присутствие сульфата аммония в нем снижает степень разложения карбамида в

равных условиях. Причем, наиболее интенсивное снижение происходит при увеличении доли сульфата аммония в плаве до 3% масс., дальнейшее увеличение содержания сульфата аммония оказывает незначительное влияние на степень разложения карбамида.

3. Изучены свойства растворов и расплавов карбасульфата аммония, включая плотность и вязкость. Показано влияние добавки сульфата аммония на температуру плавления и кристаллизации карбамида.

4. Определены оптимальные параметры работы скоростного барабанного гранулятора: частота вращения барабана - 50-60 об/мин., угол наклона барабана - 0-2 градуса и коэффициент заполнения 0,20-0,25. Показано их влияние на плотность завесы гранул в барабане.

5. Предложены и отработаны на стендовой установке технические решения и конструкция скоростного барабанного гранулятора для получения гранулированного карбамида и удобрений на его основе.

6. Предложены новые технологические схемы и технические решения по получению гранулированного карбамида из плава после второй ступени выпарки, переработке некондиционного продукта в карбамид высшего сорта и получению гранулированного карбасульфата аммония.

7. Изучением физико-химических и механических характеристик полученных карбамида и карбасульфата аммония показано, что гранулированный карбамид, полученный в скоростном барабанном грануляторе, имеет более высокую прочность и низкую истираемость гранул в сравнении с карбамидом, выпускаемым промышленностью; добавка сульфата аммония повышает физико-химические и механические характеристики гранулированного карбамида.

8. В результате выполненных исследований выданы исходные данные для разработки барабанного гранулятора производительностью 9 т/час, технико-экономические характеристики которого показывают, что увеличение чистой прибыли от эксплуатации скоростного барабанного гранулятора в производстве карбамида составляет 220 тыс. долларов в год.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1.Солдатов A.B., Михайлов Ю.И., Гришаев И.Г., Водопьянов В.Г. Исследование процессов кондиционирования промышленного карбамида // Журн. Хим. Пром-ть.-1999.-№2.-С.5-7.

2. Солдатов A.B., Михайлов Ю.И., Когтев С.Е. К технологическому расчету барабанного гранулятора // Нижегородский гос. технич. ун-т.-1999.-Юс.-Деп. в ВИНИТИ 24.02.1999.-№545-В-99.

3. Солдатов A.B., Михайлов Ю.И., Гришаев И.Г. Исследование параметров работы скоростного барабанного гранулятора // Тез. докл. Меж-дунар. научно-технической конфер. "Химическая промышленность: современные задачи техники, технологии, автоматизации, экономики".-Дзержинск.-1999.-С.56-57. .

4. Солдатов A.B., Михайлов Ю.И., Гришаев И.Г., Ермолаев Д.А. Исследование свойств карбамида, полученного в барабанном грануляторс // Тез. докл. Междунар. научно-технической конфер. "Химическая промышленность: современные задачи техники, технологии, автоматизации, экономики".- Дзержинск.-1999.-С.57-58.

Соискатель

Солдатов A.B.