автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гранулирование азотных удобрений в высокотемпературном режиме с использованием тарельчатого гранулятора

■'і 6 од

! “ ЛІОН 1993

ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ------------ ------^~—І-------------- -------------------- --

ї’я правах рукопису Ба кал Сергій Васильович

ГРАНУЛЮВАННЯ АЗОТНИХ ДОБРИВ У ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОМУ РЕЙИМІ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ТлРІЛЧАСГОГО ГРАНУЛЯТОРА

05.17.08 - процеси і апарати хімічної технології

ячтотзеферат дисертації на здобуття крукового ступеня-кявдидата технічних наук

Харків - 1993

Робота виконана на кафедрі -"Хімічна техніка та промислова екологія” Сумського фізикп-технояогхчног- інституту.

Науковий керівник: доктор технічних наук,

, професор Стрельцов Володимир

Васильович

Провідна установа: Сєвєродонецький державний нг -ково-досдідник і проектний інститут .хімічних т.:нологій "Хімтехнологія"

Офіційні опоненти: дг--«ор технічних наук, професор Пономаренко Віктоп Германович, каі.дк.дат технічних наук, доцент Схренко Віктор Федорович

Захист відбудеться 1993 г. о УЗ год,

на зас.данні спеціалізованої вченої ради К 068.39.03 в Харківському політехнічному інституту /310002, м. Харків, МСП, вул. Фрунзе, 21/. •

. Ъ. дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського політехнічного інституту.

Автореферат розісланий " . 1993 р.

Вчений секретар спеціалізованої вданої рада

. ЗАГАЛЬНА ХАРАКГЕЙїСгаКА РОБОТИ

Актуальність теми. В зв’-зку з загрозливим станом навколиш-іього середовища та здоров'я людини сільському господзрсі„у кс:.че іеобхідні екологічно безпечні добрива, які- дозволяють вирішувати іитання підвищення їх агрономічної та економічної ефективності при ідночасному ьменшенні негативних наслідків іх використання. Одним

i варіантів розв’язання цієї проблеми з розробка нової форми азот-мх добрив у вигляді гранул збільшене о діаметра. Попередні агро-:імічні "апробування показали ефективність запропонованої форми ;обрив при Бг 'льшенні діаметра гранул до І2хІ0-3м.

Найбільш доцільним способом одержань'*.достатньо крупних гра-іул буде їх гранулювання на тарілчастому грануляторі. Ці апарати гають ряд переваг в порівняні з іншими грануляторами: -

1. Забезпечують одержання макрогранул ас ;тних добрив в одно-іу апараті. .

2. Дозволяють регулювати процес гранулоутворення та потувс-іість гранулятора, що розширює діапазон застосування "аких апара-

'ІВ.

3. Дають змогу отримати гранульований продткт в широкому

ііапазоні діаметрів г-ацул. .

Суттєве поліпшення фізико-механічних та спояивчкх властивос-'ей макрогранул досягнеться проведенням процессу гранулювання на •арілчастому грануляторі, при температурах на Ь-25 градусів нитче 'емператури кристалізації речовини. Проте і;і недостатньо вивчені 'ідродинаміка, тепломчеообмін у шарі гранулятора і відсутній на-;ійний метод розрахунку процесу гранулювання та тарільчастого ■ранулятора.

Дан-' робота спрямована на дослідже и та рог, лобну іг.^оцесу ранулювання у високотемпературному режимі, а також його апара-’урне оформленні, і виконувалась згідно науково-технічної прог-іами ВАСГНІЛ на І99І-І995 рр., завдання 5.2.

Піль роботи: Розробка основі теоретичних та експеримен-альних досліджень високотемпературного процесу гранулювання, нон-.■рукції тарілчастого гранулятора, фізичної та математичної моде-ей гранулювання на базі одержаних даних методу розрахунку таріл-. :астог гранулятора.

Наукова у тит. озроблена математична мо■,іль процесу грану-лвання у високотемпературному режимі на тарільчастому гр?нуляа~-

ii з урахуванням гранулометричного складу ..гранул ша г- , запропс-

ьані залежності по визначенню структури шару та ?]. -актовій руху грак/я б саріекспериментально досліджено тепломасообмін.гранул та отримані залежності для розрахуй-;’ кінетичних характеристик процесу, поставлене та вирішене завдання оптиюзації гідродинамічних параметрів дару гранулята, що рухається. .

Розроблена методика розрахунку процесу гранулювання у ви-сскотемпеоатурному режимі та тарілчастого гранулятора.

Практична цінність. За результатами роботи визначені оптимальні гідродинамічні та масообмінні параметри шару гранулята та тарелі в процесі гранулювання; розроблено метод розрахунку процесу гранулювання у Еисокотемпера'г-'оному реж’мі на таріл ас-тому грануляторі; запропоновано спосіб одержання макрогранул сечовини та конструкції тарілчастого гранулятора, виконаних н?. рівні винаходів.

Розроблені та передані проектному інституту вихідні дані «а проектування дослідно-промислової установки безбаитового одержаная аміачної селі.три для і'орлівського АК "Стирол". Ьудічництво установки планується закінчити у 1923 юці. Отримані дослідні парті! мякр:трачул -аміачної селітри'та сечовини пройдли 3-5 пічні агрохімічні випробування в польових умовах та показали приріст Ерожаю сільськогосподарських культур до 20 %, зниження доз вдоєних добрив на 16-30 /о, зниження витрат азоту ■' 10 % та зменшення складу нітратів в продуктах харчування на іси %, а додатковий трибуток при застосуванні макрогранул сечовини під культуру рис складає більше 90 крб/га в цінах 1988 року.

Автоп роботи викосить до захисту:

- фізичну та математичну моделі процесу гранулювання азотних добрив у високотемпературному режимі на тарілчастому грануляторі;

- результати теоретичних та експериментальних досліджень впливу

конструкційних та режимних параметрів на процес одержання макрогранул; '

- конструкцію та інженерний метод розрахунку тарілчастого гранулятора. ' ' ■

Аппоьапія роботи. Питання, які розглянуто в дисертації, доповідалися на Всесоюзних і республіканских семінарах і нарадах, е тому числі: 7 Республіканській конференції "Повьшение зффектив-ноети, с0Еершен”тгі0в-згае процессов и аппаратов химических пр^из-водстб* /и.Дніпропетровськ, 1991 р./, Ь Всесоюзній конференції

'Мехзника сипучих матеряалоз" /м.О'-.есз, 1991 р./, ^ й&ОШОРОЬ$~ КІЕ $УМР02рМ. ЗШГиС^ '/.ЗШ ТЕСНЖІ І РЕНВРЬШШ яотор РЙОСЕМ і АРА9АТШУ1 (ри/АШ,- іШа).

Публікпиг?. За темою дисертації опубліковано *.0 праць. Зпо-:іб отриманню макрогранул орчовито та кснсїрукці' гранулятора за-ищент трьома авторськими овідоцгпаш.

Об’єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу,

■.•кти гл^із, закінчення та додатків. Викладена на 136 гтор. м?ззї-юписного тексту, який містять 24 малюнки. З таблиці. Зібліогра-;ія містить І<12 гтсаці вітчизняних та зарубіжних авторів.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність тгаи та викладені осноз-

іі положення, які виносяться на захист.

У першому розділу на основі виконаного літературного аналізу озглянуті тенденції поліпшення фізиісо-механічних та споживчих ластивостей розроблюваних гранул,-а тзксж технологічні схеми їх тримання та основне грануляційне обладнання. На основі аналізу учасник способів гранулювання та конструкцій грануляторів запро-онована методика попереднього вибору методу гранулювання, згідно якою на першому етапі з деяких фізичних констант , уі

нзначазться за критерієм

- Ср ІІІ г~ 1 Уі ' * і'/

айбільш доцільний метод гранулювання, враховуючи, що ~ > ІСО зід-

овідаз рідкій формі доорив; X. - 10 + 100 відповідає приливанню; X = І ;• 10 - обкатуванню, а<^<1 - фоумоутворенгоо. На другому талі по розробленій опитуваньній блок-схемі уточниться спосіб ранулювання, а на третьому етапі вибраний спосіб оцінезться з рахуванням термодинамічних характеристик метод^у гранулоутвор я-я або’фізико-хімічних властивостей гранульованих речовин. З і-ра-уванням виконаного аналізу розроблена також класифікація грану-.іторів за видом впливу та гранульований матеріал, а взедеши по-їття апаратурно-процесної од~-ниці /АПО/ стосозно грануляторів оззол. ло виконати їх структурний аналіз та визначити» зо аагяль-' ини АПО, що г-требул'ь вивчення, з об’єкт фср"уванкгт гранул ?з нутріані пристрої гранулятора. Обгрунтовані та сформульовані і..-

- о -

щевикладені цілі тє завдання даної роботи.

. У другому розділу розглядається механізм гранулоутворення та математична модель процесу гранул ання у ви'окотемпературно-му режимі. Проведення таких аналітичних досліджень пояснюється відсутні сто в наш час залежностей, які адекватно описують структуру та гідродинаміку шару гранулята на тарелі. .

В даній роботі розвинутий єнєпі'єтичн’-’і підхід до опису динаміки тару, що рухається,в грануляторах обкатування стосовно до-тарілчастого гранулятора. Враховуючи.класифікуючу дію тарелі, гранули в ній рухаються за замкненими траєкторіями, кожна з'яких може бути умовно розділена на дві зони. В першій зон; частки рухаються разом з тареллю, а у другій, після досягнення гранулами верхньої критичної точки, коряться по диску тарелі, яка обертається /кал.І/

Мал. І. Схема до визначення межі ризподілу зон: а/положення частин в момент початку руху; б/ .фактичний мінімум потенційної енергії шару тс полаяв--чш вільної поверхні шару і межі розподілу зон і А -експеримент,— - розрахунок/.

Саме в цій зоні відбувається вирощування гранул при нанесені на них плаву. Раніше була висловлена гіпотеза про рівність потенційної енергії матеріалу, що знаходиться в шар.., який піднімається, першої зони та матеріалу в зупиненому грануляторі. Розв'язуючи це рівняння, одержимо залежність, що поєднує основні технологічні параметри роботи тарілчастого гранулятора і те. алогічні показник: цієї роботи в оптимальному режимі

Ме:ка розподілу зон прн цьому до центру циркуляції кр.С має вигляд прямо; ліні;, ,і нижче - параболи /мал.І/.

Зизначення траєкторії руху одиізї гранули в другій зоні виконуємо, розглядаючі рух гранули на встансаіеному під кути/ до г:/лі-зонту диску тарелі, ще обертається, як її переміщення в неінериііі-ній системі відліку . У відповідності з принципом найменшої дії длл випадку рівномірного обертання з кутсвсю швидкістю сс>т сиеі^ми координат, що на має поступового прискореная, запишемо та визначимо функцію Лангранжа,. яка включає складові частини, що визначають кії:етичну ти ПОТЯгЩІйііу енергії системи, дім відцентрової та Корі-слісової СИЛ. Розв'язуючії ї” рівняння, одержимо систему лілійних неоднорідних рівнянь 2-го порядку Г> постійними коефіцієнтами.

> (3)

----І-^-ііпєАсоіТ

сСТа cv77 cLX з & d'c CO* J

яча може бути обчислена за допомогою ЕОЙчпри зведенні цієї системи до системи 4-хдиференційнях рівнянь 1-го порядку. Аналіз систем на сталість показав,, що ти виникненні збурювчих зусиль на

гранулюючу частку* лка рухається за- свозю траєкторією, характер нестяліст.і буде-мата вигляд логарифмічно? спіралі. ■

Механізм зростання гранули та процеси, які відбуваються в шарі- ігри цьому, опишемо приймаючи такі допущення: І. Частки мають сферичну форму-. 2.. Потрапивши на грггнулу, краплі плаву, утворюють на ній рівномірну плівку. З Діюче- в плі яці джерело тепла в рівномірно розподіленим. При співставлених витратах се туру -та, плаву- і температурах більш, нік 100 °С плав на гранулі розтікається тонкого п~івкою повністю з наступною кристалізацією, що. дозволяв ' завдання визначення максимальної товщини плаву, що кристалі зветься, вирішувати за аналогією з завданням кристалізації плаву на за-нуремс!.,/ в розплав тілі. Рішення знаходило шдяхон складання тепло-гого балансу для однієї грак.літ та кристалізуючого на ній шару розплаву.

В загальному випадку на одиниця поверхні гранули подається та рівномірно розтікається плав масоп dm

Кількгсіо тепла, ще відводиться від фронту кристалізації д? схо-лодкг.ної поверхні за елементарний відрізок часу сі'Г , мас е;ігл"д

еЩ »сІгпт-іїсітгст(-Ьп ~ікр)+с^т^б(іп -^кр)-сіт& у 0-)

Ентагьпхл вихідних граиум зиінввгься за рахунок тепла, 14с підво-

дктьог. з сені при кшеталізацтї та за рахунок тепла , одаткового охолоджування шару закристалізованого пл^ву

°^^Вих ~ * ^Цохол. ^ ■

Де: сі 0,^ - <±тТсТ (Ікр~ -ір) ■ (~)

^ Ц,охол. с^'гг1гст('І-кр~ І-пр) ' (3)

•Приймаючи до уваги гіперболічний вид розподілу т°мпераїу(.и в кулі та незначний вплив тепла охолоджування шару зчкрисгалізо-;анного плаву, внаслідок невисокого градієнту температур, хапак-терного для Еисокотпмп®ратурного процесу гранулювання, розв’яжемо це рівняння з визначенням максимальної товщини закристалізованого. на гранулі плаву

£«•=і ‘'і / (і)

/. V Сррр(і-г, -/

а також часу кристалізації

*-2ь І** ~І№ де г--г^^д/ (ю)

±кр ~±р 3(г + о) Л

та температури гранул на виході із апарг-”

' (іі>

Розглядаючи рух гранули по егсіралевиднї*. траєкторії, засто-іувм2 аналітичний кетод розрахунку діаметру часток, маючи на уЕа"і, що за один цикл підйом-скочування на частці діаметром на^зрОЕі'стьск та кристалізується шар плаву товщиною §" , а супутні процеси при цьоу несуттєві. Збільшення діаметру гранули на величину Д с£ на слііху мокна записати через число обертів гранулі! ішвколс се'зї осі: .

ч рух точну.™ вздовж осі тарелі відносно борту визначиться

л І _ / ' % ' с^~г п пг> \

~ \/ АМ

V ос

1"»

д^; і- - ■‘нт, який враховує прссдизання дарів грянуллта

на тарелі. .

Лгдстззлявчк це рівняння в попереду та пр: диференцювавдм його, о?гкм*?ємс:

УЩлСр'Ш 4 -*х'т* )/(*)<& <’-*>

де: ~ масозп густчна розподілу ч-стск за розмірами;

Р $)- густина розподілу за розміряли плівок, ао налсровують-

СЯ.

Зупиняючись на одному з окремих випадні цього рівняння, при якому приймається б’- СОПбі . Це рі зняиия для і -сЯ фракції

матиме вигляд

8 третьому розділу приведе»:' опис лабораторної та модельної установок та методики проведення експерименті з, подані результати досліджень, аналізу, розрахунків та їх обговорення.

Дослідження проводили на ’ плаві сечовини та аміачної селітри з кснцентрацізо плаву 92-99,5 з одержанням махрогракул -зведених речовин з широко;./ діапазоні гранулометричного складу /ІтІ5/:с

ТА-3.. м *

Дослідження проводились на установчі, схяма якої пг^ведена на мал. І. Установка складається з тарілчастого гранулятора І, стрічкового дозатора 2, форсунки для подачі плаву 3, класифікатора 4, інфрачервоного нагрізачі 5, пгдігрізачя б, блока управління 7 та блока контролю 3. Лабораторні Я та модельний грану._ітс-ри являють собою тарілку ді іетром 0,4 та 0,5 мг і зпсотсз борту 0,С65 та 0,08 ;• відповідно, яка встановлюється під кутом до горизонту і маз регульсзану швидкість обертання тарелі. Подача та розподілення плаву на таріль зд • Існювалась з лабораторних умовах гідравлічною форсункою, а в виробничих - лневиатичнсіс.

Мал. 2. Принципова схема експериментальної установки

Установку заповнювали ретуром вагою 2-3 кг, а потім послідовно вмикали привід тарелі І, дозатор 2 та подавали на шар матеріалу, цо рухається, плав форсункою 3. Температуру шару гранулята підтримували на тарелі 'співвідношення*витрат ретур/плав або за допомогою інфрачервоного нагрівача 5. Зфошовані гранули з гранулятора І поступали на класифікатор 4, де відбуваг^я їх розподіл на фракції. Некондиційна дрібна фракція спрямовувалась в дозатор

2. Частини установок, які мають контакт з плавом та 'Гранулами, ви готовлені зі сталі І2ХІВНЮТ.

В перзі й частині експериментальних досліджень визначились фізкко-механічні властивості гранул сечовини та аміачної селітри, одерканих на експериментальній установці з плаву різної концентрації. Проведені мікроскопічні доедід&еніїя макрогранул сечовини, одєраанкх' з плавів різкої концентрації та іншими способами гранулювання, показали справедливість запропонованої методики вибору

М'ггзду і'гянулювакін І обгрунтування застосування тарілчастого гранулятора.

Введення рідхл фззк в шар частсг:, що рухаються, та підвищення температури їх змешуо рухливість гранул, змінює кут природного нахилу матеріалу, що впливає на дикшігу граігул, які рухаються; цей вплив температури процесу на кут природного нахилу вивчали з різними фракцітда сечовини’ /мал.З/.

Мал.З. Залежність кута природнього нахилу зід температури: І-сечовина СІ= /2-3/хІ0'3м; 2-сечовина СІ = /5*7/хІ0-3; 3-пміачна селітрад£= /2-3/хІ0-3м

Мінімум на кривій відповідає аномально низькому значенню кута природного нахилу і дорівнює 0,3 , при якій відбуваєть-

ся рекристалізація цих гранул. Обробка експериментальних даних на ЕОМ дозволила апроксимувати цю криву залежніста

■ т де: А і В - постійні коефіцієнти, що залежать від матеріалу гранул.

Вивчення гідродинаміки руху шару гранулята на тарелі вказує на зміну маси шару гранул при підвищенні числа обертів тарелі, яка мас при СОу = 0,2 * 0,42 с"А мінімальне значення. Пояснюється це тим, що в початковий момент обертаачя вільна поверхня шару, що характеризується кутом природного нахилу, переходить у ^тан, де визначальним фактором взаємодії часток мія собою став коефіцієнт внутрішнього тертя.

Експериментальні дослідження траєкторій руху гранул в зоні скочування по нахиленому диску тарелі вивчались для різних значень кутової швидкості. Сптвставленнн розрахункових траєкторій

гранул та експериментальних вказус на адекватність математичного огису динаміки руху грак;- ':нта з тарідчао.с-му грануляторі /маг.І/. За мє одом статистичних гіпотез було виявлено, що розрахунковий критерій $ішзрл не ьиходить 35 межі критичного.

З ході досліджень був виявлений особливий режим руху- грану-лята на-тарелі, при кому критерій пейнояьдса для гранул, ідо рухаються, дорівнював /1*5/ х 10°. В цьому діапазоні критерію відбувається аномальне зниження спору руху часток е?ру, и;о спри-чкяяе до подолання частиною гранул енергетичного бг;’ лру у вигляд? * борту тарелі, а також до ке^таленого характеру їх руху. Вказані значення критерію Кедосягають і для порізності шару 2, "іі

0,гс4, швидкост1 гранул 0,25-5-0,9 м/с, густині середовища ггану-лята 665,6 кг/м, коефіцієнту динамічної в’язкості 47,7.ІС“^Па.с та д: -метру гранул від 0,іл)І до 0,01 м, мас практичне значення при конструюванні внутрішніх пристроїв інулятера.

Процеси охолодження та затвердіння плівок розчинів та пла-вів на поверхні гранул лроходять з двома фазовими переходами /випарововування. та кристалізація/ з наступним охолодженням твердої фази до температури процесу. Зкспериментальні дослідження по

тура п казали, що цей час невеликий і при підході гранули в зону розпилення главу температура її швидко збільшується, а потім стабілізується. Виконані дослідження вивчан'-’о зміни температури

шару гранул в період їх прогріву за --ас Т подані на мал.4.

->-°Г __________________Л

Ж

що

ш

60-

ш-

20-

/ и

и

п і

f

3

ри шару гранул сечовини від часу та параметріs процесу:

І- Га-90 витсата

пла§у 0,321 кг/хг’ 2 - І. р €6 иС, зитрата плаву 0,5с.о кг/хв; 3 - сдо -25 ос, витрата плаву 1,0 кг/хв; 4 - -Ьдо -24 V'C, витрата плаву 0.S27 кг/хв; 5 - ідо - 28 °С, витрата плаву 0,94 кг/хв; 6 -розрахунок.

£v JSn (SO ЗіШ 300 Тс .

і.ригі і-о отримані експериментально -ри різних початкових

температурах зару, а к[ за 6 отримана розрахунком із застосуванням рівапння (II) , д= прийнято, що температура ретура 25 °С, а

вивченню тривалості нестаціонарного режиму прогрівання гранул ре

~г-»гюр?.гурз гору 125 '-'С, діаметр грянули 1.2 х ІО*3м.

"кгпсгиментальні дані вказать на шь.-іачальне значенії; пла-&у та тг:.ї!?рз:;!7їі л-е де су гранул»- --ання, а не гг -атковсї температури шару.

Англію тс ара ті', чн». та гкспериментальгаг' досліджень вказус ия вв.г/-2іі;гь такого параметру для високотемпературних режимів грзнулювяніі'і як спіззтднош’! -Ч витрат ретуру та плазу, порів-і-нни ^ іншими параметрами процесу, а тякоу зміст вологи в плаві. ірпло, пркйк-.те р«туром, дорівнзс теплоті, необхідній дл;. нагріваній ретуру та вологи до температури процесу.

Зикоііуючи розрахунки кч сто кілограмів плаву є рівняння від-н 'сно потрібне^ кількості ретуру матиме вигляд

р ЛіОО-к)Сп(іп-І«р) + ХС& (Іп - Ь*р)+(ІОО-х) і* , р (1-ї)с!г(-іт-Ір)+ЇСй(Ьг—Ьр) (17)

Розрахункові та експериментальні дані ведення процесу в ав-тотермічному режимі подані на мал.о і відображають достатньо точну їх відповідність. Вид граничних залежностей показує, що ведення процесу гранулюванні із застосуванням висококонцентроизного плаву /більш 93 %/ потребуг знзчни: витрат pe r ny.

^ V /

огідно о виконаними дослідженнями іовщпнй пліпки О в період зросту гранул при високій температурі шзру чо*е бути аьрокси-мована рівшнням виду О -const » Е прийнятій аналітичній моделі збільшення діаметра часток проходить бес^рервно. Ллє в умовах, що розглядаються, зростання гранул відбувається дискретно біля форсунки. Спостерігаються також прослизаний д:«іргв грануллта відносно поверхні тарелі. Цим обгрунтовується звс-дек.іи узаі блінпо-чого коефіцієнту J в формулі (ІЗ) , який ур»ховуо всі ці фактори і дорівньо ІхІО-3. Результати теоретичних то ркслгрименталь- ’ них робіт по кінетиці зросту часток р туру відображено ка i's.1.6 Виходячи з характеру кривих, найбільш суттєво впливає на кінетику зросту шлях, що проходить гранула, який вислозлюатьси через ’ радіус тарелі. Оцінка супутніх процесів /остирання, лодрібнюзан-ня тощо/ при гранулюванні у високотемпературному режимі дозволяє

зрПкі!» висновок про їх нее^Чізкй вплиь пп процес гролулоутво-роння,

Мал.5. Залежність співвідношень витрати рєтуру і плаву сечовини від вологості рету-

38 3^ і,° - io®C; h

експеримент.

Мал.6. Криві зросту гранул сечо виш: І. - А - 0,25 и.сВг.гс4- . в£=2хЮ":?м; 2-Я-0,25 м;оі-2с/ йі=5хі0 ®м;- 3-Я=І міоор- 2С Z=I'xIC:3M; 4-^=і,75м;0^=і,8 с£ =1x10 °м; 5- експеримент.

У четвертому -розділу викладений інженерний метод розрахунку процесу гранулювання, азотних добрив у високотемпературному режимі і тарілчастого гранулятора, розроблений на основі математичної моделі та одержаних експериментальних даних.

Для кращого урахування зміни параметрів роботи тарілчастого гранулятора при масштабному переході, використовуємо теорему про зміну кінетичної енергії системи, де за критерій масштабування пропонується приймати величини динамічних навантажень, діючих грацули, При цьому зміна кінетичної енергії системи дорівнює, роботі зовніених сил. Оскільки макрогрануяи мають достатьо великий діаметр, то більш коректно кінетичну енергію їх розглядати як складову з кінетичної енергії поступального руху зі швидкістю центру мас та з кінетичною енергіє» обертання навкруги центру ма-'"і гранули. Таким чином зв’язок значень основних технологічних параметрів для двох граї^уляторів запишеться -

де)

Перевірка адекватності математичної моделі розробленого процесу од*р®акж макрогранул азотних добрив у високотемпературному режимі здійснена в ході експериментів на модельній установці в це-

хах аміачної селітри та сечовини І'родненського ВО "Азот" та в цеху водотривкої аміачної селітри 1’орлівськог АК "Стирол".

Виконані Д1А11 /м.’’осква/ розрахунки очікуваного економічного ефекту для макроі’ранул сечовини, добрив із полімерним покриттям, та сечовини з інгібітором нітріфікації виявили, що макрогрануди при однаковій агрономічній ефективнірті мають найменні експлуатаційні ьитрати та розрахункову вартість.

У п’ятому розділу розглядаються вимоги з позицій зиробницт-ва і сфери споживання, які зумовили вітчизняні агрохімічні апробування, що проводились протягом 3-5 років В сер ■-.■ДНІЙ смузі Росії, Білорусі, на Україні, в Краснодарському краю, Середній Азії. За результатами випробувань були виявлені типи грунтів, сільськсгос-по; рські культури та найбільш доцільний розмір гранул, що дсрів-' нте /8-ГІ2/ х Ю ~3м. Паралельно вивчались агротехніка та агрохімія застосування макрогранул. Агрохімічні випробування показали, що макрогрануди підвищують врожаї еільгоспкультур на 10-20 % та коефіцієнт' використання азоту ча 10-15 % і зменшують д~зи д 5рив на 16-30'% та вміст нітратів в .овочах майже на 20 %.

ОСНОВНІ ШСНОВКГ ПО РОБОТІ ■

1. Базуючись на системному аналізі,, запропонована методика

попереднього вибору методу гранулювання, виходячи з властивостей матеріалу сировини та вимог до товарного продукту. Виконаний сь’рук-турний аналіз сукупності конструктивних рішень грануляторів на основі апаратурно-процесних одиниць. .

2. Розроблена математична модель високотемпературного процесу гранулювання на тарілчастому грануляторі. Одержані залежності, які описують динаміку руху гранул по робочій поверхні гранулятора, визначені тепло-фізичні та кінетичні характеристики процесу гранулоутворення.

3. В результаті виконаних експериментальних досліджень гранулювання азотних добрив у висок•температурному регимі на тарілчастому грануляторі визначені структури пару в апараті, динаміка руху гранул, оптимальні співвідношення витрат ретуру та плаву, вивчена залежність зміни куга природного нгиллу продукта ртд його темг ратури та виявлено аномально низьке значення кута при температурі, яка дорівнює 0,3 Т„„.

4. Розроблена ка рівні винаходів конструкція тарілчастого гранулятора та спосіб одержання макрогранул сечовини.

Ь. Запропонована методика та алгоритм інженерного методу розрахунку процесу гранулювання азотних добрив на тарілчастому грануляторі.

6. Результати досліджень викс.истакі при проектуванні установки безбгатового гранулювання аміачної селітри потужністю 40 тис.т/рік на Горяівському АК '’Стирол”.

7. Показана економічна ефективність екологічно доцільних азо.лих добрив збільшеного до /Ь—12/ х ІСГ3м гранулометричного складу, що дозволяє вирішувати проблеми, пов'язані з підвищенням зрожайност* та якості сільгоспрг уктів і захисту навколишнь го середовища. Прибуток пгч застосуванні макрогранул сечовини під р»іс в агрохімічних дослідах становить більше 90 крб/га в ці нах І98В року.

ОСНОВНІ ПОЗНАЧЕНИЙ

С - питома теплоємкість, Дж/кг.к;

коефіцієнт динамічної в'язкості, Ііа.с;

Л - коефіцієнт тешіопроводності, Вт/м.к;

С\- кутова швидкість, с-";

Ц - радіус тарелі, м;

- прискорення вільного падіння, м/с^;

</- - кут нахилу тарелі до горизонту, град;

_/9 - кут відриву гранули від борту тарелі, град;

зефіцієнт тертя;

Т ~ час, с; ■

Я7 - маса9і кг;

У - вологкість р туру в долях одиниць; і - температура, к;

товщина плівки плаву, м; питома теплота кристалізації, в^з/кг;

5і-

/. -

О - питома теплота пароутворення, к$х/кг; і- - радіус гранули, м;

К - зи л води в шгаві, кг/100 кг пяава; СІ - діаметр гранули, м;

О. - коефіцієнт гіперболи;

И - висота борту, м;

V - швидкість руху центра масі? гранул, м/с;

V* - кут прилодног.. нахилу, грач.

/?е= ./^с - критерій Рейнольдса,

ухс

Індекси: Т - таріль; с - середовше; р - ті „рдий рег-р; пр - і.^оцес; л'д- кристалізація; л - плав; Ь - вода; тау- максимальне; СС - вздоеж осі тарелі;М - матеріал.

і]о темі дисертації опубліковані такі роботи:

і. Андрющенко В.Ю., Закал ".В., Звягинцев ГЛ., Стрельцов

B.В. О возможности получен!' гранул нитрата аммония пролонгированного действ: : // Всесоюзное научно-техн"ческое совещание "Пути совершенствования, интенсификация и позьшешл надежности аппаратов в основной химии": Тез.докл., Часть 3, - Сумы, - 1980,-

п от

£.Х .

2. Звягинцев Г.Л., Стрельцов В.’3.., Вакал С.В.. Пльшевгкий

C.В. Не-ссторые направления оовершенотвсгания техники произведет *-ва минерал! их удобрений // 3 Всесоюзная научная конференция "Современные мааины и аппараты химических производств", Хккїех-

.ника-33", Тез.докл., г сть I, - Кавии, - 1ЭЗЗ, - С.71-73.

3. Кононенко П.П., Вакал С.В., Зачгинцев Г.Л., Стрельцов Е.З. Расчет фракционного состава минеральных удобрений, формируемых ка тарельчатых грануляторах // Извести- высеих уч^бь^ заведений, "Химия и химическая технология", - 1935, - т.28, -бып.П,

- С.ІІ9-І2І.

4. Вакал С.В., Кононенко Н.П., Звятгинпев Г.Л.» Стрельцов В.і. Конструктивний анализ элементов тарелызмж гр^нулктсров с упорядоченной гидродинамикой потока материалов // Р-;есовзняя научная конференция "Повышение эффективности, осгерленствогрння процессов и аппаратов химических производстс. ПАХТ-8э":Тез.докл., -Часть 7, - Харьков, - 1985, - С.54-55.

5. Кононенко Н.П., Вакал П.В., Хохлов Л.А., Стрельцов 2.В. Алгоритм предварительного выбора гранулирующих уотройси // Вс«-сокзное совещание "Повышение эффективности и надежно''ти майип и аппаратов в основной химии": Тез.докл., С* д.7, - Сумы,

С..°27-228. . . '

6. Вакал С.В., Кононенко К.П., Звягинцев Г.Л., Стрельцов

В.В- Расчет технологических параметров тарельчатого гранулятора

при масштабном переходе // Всесоюзное совещание "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов " основной химии 1: Тез.докл. - Секц.7 - Сумы, - 1966,- С.234-235.

7. Кононенко Н.П., Вакал С.В., Холин Б.Г., Стрельцов В.В. Конструктивный и технологический расчет тарельчатого грануля-'"•ора // Известия высших учебных заЕедекий, "Химия и химическая технология ”, - 1986, - т.29, - вы: .1, - С.123-126.

8. Карпович Э.А., Кононенко К.П., Вакал С.З. Гранулирова-

ние кормовых фосфатов // Химическая технология - й I, - 1987,-С.70-72. ,

9. А..с. СССР I? 1362494 Тарельчатый гранулятор / Вакал С.В., Кононенко Н.П., Карпович Э.А., Стрельцов В.В., Звягинцев Г.«и/

Б.И. № 48,“198.. '

10. Вакал С.В., Коногенко H.IL, Стрельцов В.В. Исследование у*’ла естественного откоса гранул в зависимости от температуры процесса // ? Республ! яанскгя конференция "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производсг Тез.докл., Часть I. - Львов, - 1988, - С.27.

11. Карпович Э.А. ,■ Холин Б.Г , Кононенко Н.^. Вакал С.В. Получение макрогранул карбамида с покрытием и без покрытия // Химическая технология, - 1988, - № б, - С.20-22.

I-, Стрельцов В.В., Хохлов Л.А., Вакал С.З., Кононенко Н.П. Анализ конструкций грануляторов на основе системно-структурного подхода // Всесоюзная конференция’" Современные машины и аппараты ипческих производств, Химтехнш.j-Sci": Тез.докл., Часть 3,-Чимкянт,- 1988, - C.I2b-I26.

13. Вакал С.В., Кононенко Н.П., Хохлов I.А. Анализ струк-

туры движущегося слоя в тарельчатом грануляторе // Всесоюзное сове!цание,,Повышениё эффективности и надежности машин-и аппаратов в основной хзмии": Тез докл., - Секц.З, - Суш,- 1989,-

С.3-4. • .. . .

14. Кононе}- о Н.П., Вакал С,В., Карпович Э.А., Стрельцов

B.В. Определение высоты борта- тарельчатого гранулятора // Всесоюзное еоы.щание 'Повышение эффективности и надежности машин

и аппаратов в основной-химии я:. Тез.докл.-Секц.З, -Суда,-1989,-

C.б-7.

т5. стрельцов В.В., Кононенко Н.П., Вакал С.В., Звягинцев Г .л. УасЕифровка кинетика параллельно идущих процессов при ~ра-нуяяции мелкозернистых материалов // Всесоюзное совещание "Повышение эффективности и нг~еяности К:лин и аппаратов в основной химии ": Тез:док..., Секц.З, - Сумы,- 1989,- С.8-9.

16. А.с. СССР № I5I7995 Тарельчатый гранулятор /' Зирченко

В.М., Вакал С.В., Кононенко Н.Н./ 40, 1989.

17. Вакал С.В., Кононешг- Н.П. Тарельчатый способ получения супергранул карбамида // Инф.листок о передовом проиэ^одст -венно-техническс” опыте: - Харьков, МТЦНТИ-, № 167-90, - 1990.

18. Карпович Э.А., Вакал С.З., Кононенко Н.П. Экологичес-

кие аспекты разработки удобрений,третьего поколе'-'ия // Тез.докл. Научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов: - Сумы, OSTH, - 1991 - С. 104. .

19. Хохлов Л.А., Шавдыба А.Б., Вакал С.В., Кононенко Н.П. Динамика ока тятя гранул на тарельчатом грануляторе // 5 Всесоюзная научная конференция "Механика сыпучих материалоы": Тез. докл., - Одесса, - 1991, - С.226.

20. Холин Б.Г., Ща.чдыб-i А.В., Закал С.З., Кононенко К.П.

О связи между технологическими характеристиками тарельчатых гра-нуяятсров // 5 Всесоюзная научная конференция "Механика сыпучих материалов": Тез.докл., - Одесса, - 1991, - С.227. •

21. Карпович Э.А., Вакал С.В., Кононе' ’’о Н.П. Мг-елирование процесса теплообмена в аппаратах окатывания // 7 Республиканская конференция "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химиг ских произвс-ств? Тез.докл.,-Днепропетровск,

- 1991, - С.175-176.

22. СМОШ&в, PARPOVic £.А.} CHOCHLOV LA., VAKAL S. V, KONO-

MENMO N.P. OTRTYMYWANiE /ZASTOSOWAUiE N0WCH FORM CRANULQ WAJJYCP A/A WDIOiV №NERALNYCH/i 'V OGDLNOPOL ZH>E SYMPOZJUH„ GRANULACjA. STAN TECHiKi L PERSPEKTYWY ROZWDJL/ PROCESOW L APARATURY, ^JjAWY’9i-p.{0A/{ ~{QA/{5.

23. A.c. СССР :f° 1728232 Способ пол. чения гр- г/’лиро.. .иного карбамида / Холин Б.Г., Карпович Э.А., Хохлоз Л.А., Еакал С.З., Кононенко Н.П., Олевсяий В.М., Иванов 'I.E., Диэдин В.М., Короткий И.П., Путято А.З., Капцинель Ю.М., Казанц»'. 0.3. / Б.И.

» 15, 1992.

Сумы, тши ПО. "Элеирои* з. 329, т» 100