автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Технология получения гранулированного карбамида и сложного удобрения на его основе - карбасульфата аммония

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Анализ качества карбамида.

1.2. Способы гранулирования карбамида.

1.3. Получение сложных удобрений на основе карбамида.

1.4. Методы расчетов рабочих параметров аппаратов барабанного типа.

1.5. Анализ эффективности карбамида в сельском хозяйстве.

1.6. Цель работы и постановка задач исследования.

2. Исследование параметров работы барабанного гранулятора.

2.1. Описание лабораторной установки.

2.2. Оценка плотности завесы падающих гранул карбамида в барабанном грануляторе.

2.3. Определение плотности завесы из гранул карбамида в поперечном сечении барабана при различных скоростях вращения.

2.4. Оценка времени пребывания гранул в быстроходном барабане-грануляторе.

3. Физико-химические условия получения карбасульфата аммония.

3.1. Влияние сульфата аммония на скорость накопления биурета в расплавах карбамида.

3.2. Влияние сульфата аммония на плотность и вязкость растворов и расплавов карбамида.

3.3. Влияние сульфата аммония на температуру плавления и кристаллизации карбамида.

4. Получение гранулированного карбамида из плава после второй ступени выпарки.

4.1. Описание схемы экспериментальной установки.

4.2. Экспериментальные исследования по получению гранулированного карбамида.

4.3. Кинетика роста гранул карбамида в скоростном барабане-грануляторе.

4.4. Рекомендации по использованию результатов исследований.

5. Получение гранулированного карбамида из некондиционного продукта и твердых отходов в барабанном грануляторе.

5.1. Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента.

5.2. Исследование процессов получения гранулированного продукта из некондиционного карбамида и твердых отходов.

5.3. Рекомендуемые схемы переработки некондиционного карбамида и его твердых отходов.

6. Получение гранулированного карбасульфата аммония (КСА) в барабанном грануляторе.

6.1. Технологическая схема получения карбасульфата аммония.

7. Физико-химические и механические свойства гранулированного карбамида и карбасульфата аммония.

7.1. Физико-химические и механические свойства карбамида, полученного в барабанном грануляторе.

7.2. Влияние сульфата аммония на физико-химические и механические свойства карбамида.

8. Агрохимические испытания карбасульфата аммония.

Выводы.:

Одним из важнейших агротехнических приемов повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции является увеличение использования минеральных удобрений, химических средств 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 [1]. 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% [2]. Однако, в последние годы в бвязи 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 гранул, 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, переработки 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 5 растениями амидного азота, разработка технологий производства комплексных удобрений типа карбасульфата аммония весьма актуальна.

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

Результаты исследований, технологических разработок и конструктивных решений включены в состав исходных данных на проектирование опытныхг, опытнопромышленных и промышленных производств, в подготовке которых автор принимал непосредственное участие.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

109 ВЫВОДЫ

1. Выполненными физико-химическими и технологическими исследованиями определены условия получения гранулированного карбамида и сложного удобрения на его основе - карбасульфата аммония в скоростном барабанном грануляторе.

2. Исследованием кинетики разложения карбамида показано, что присутствие сульфата аммония в нем снижает степень его разложения 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 по 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 показатели которого показывают, что увеличение чистой прибыли от эксплуатации скоростного барабанного гранулятора в производстве карбамида составляет 220 тыс. долларов в год. г

1. Дюмаев K.M. Химическая промышленность России на современном этапе//Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1992.-№12.-С.З-7.

2. Заичко Н.Д., Чернышев А.К. Перспектива развития минеральных удобрений //Журн. ВХО им. Менделеева.-1983.-№4.-С.6-10.

3. Леонова Т.М., Тихонова P.A. Основные тенденции в потреблении минеральных удобрений в капиталистических странах // Журн. Хим. пром-ть за рубежом.-М.:-НИИТЭХИМ.-1983.-Вып.7.-С.19-33.

4. Харлампович Г.Д., Залевский A.A., Новиков A.A., Пляков Ю.Д. Развитие промышленности минеральных удобрений // М.:-Химия.-1984.-С.66.

5. Развитие химической промышленности в СССР 1917-1980// М.:-Химия.-1984.-Т.2.-С.119. '

6. Кучерявый В.И., Лебедев В.В. Синтез и применение карбамида // Л.:-Химия.-1970.-С.162.

7. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение азотосодержащих удобрений // М.:-Химия.-1980.-С. 188-209.

8. Гусев А.И., Кучерявый В.И., Горловский Д.М. Прогнозирование высоты полета капель карбамида в грануляционных башнях // Журн. Хим. пром-ть.-1978.-№11 .-С.857-859.

9. A.C. №1526802 СССР МКИ С 05 В 11/06 / Вейлер В.В., Сорогин В.В., Головин В.Я., Виноградов A.C.// Заявл. 02.04.1987; Опубл. 07.12.1989.-Б.И.№45.

10. А.С. №1526801 СССР МКИ С 05 В 11/06 / Вейлер В.В., Сорогин В.В., Виноградов A.C.//Заявл. 03.03.1986; Опубл. 07.12.1989.-Б.И.№45.

11. А.С. №298361 СССР МКИ С 05 В 11/06. Способ получения гранулированных материалов из растворов суспензий и паст / Сытников В.П. и др.// Заявл. 15.04.1968; Опубл. 07.08.1971.-Б.И.№11.г

12. А.С. №298361 СССР МКИ С 05 В 11/06. Способ получения гранулированных сложных удобрений/ Блюмберг Я.Б., Суетина А.А., Винницкий Р.Л., Чернобаева М.М.// Заявл.06.06.1966; Опубл. 05.031967.-Б.И.№13.

13. Марголис Ф.Г., Унанянц Т.П. Производство комплексных удобрений // М.:-Химия.-1968.-С.66.

14. А.С. №193538 СССР МКИ С 05 В 11/06. Способ получения гранулированного продукта/ Борисов В.М., Блюмберг Я.Б., Винницкий Р.Л., Зуссер Е.Е., Суетинов А.А.// Заявл.22.02.1966; Опубл. 15.09.1967.-Б.И.№7.

15. Крестинин Н.А. О некоторых вопросах грануляции хлористого калия // Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1969.-№9.-С.690-692.

16. Мазо М.Д., Шамгунов Т.Г., Туманский Л.О., Бороздин А.С. Созданиегоборудования для получения минеральных удобрений методом прессования / Тезисы Докладов Всес. научно-техн. конф. Оборудование для производств минеральных удобрений // М.:-1969.-С.53-55.

17. Пат.№123715 ПНР МКИ С 05 9/00 В 01 j 2/00 В 01 j 2/22. Sposob wytwarzania granulatow mozzinka / Kotula Edward, Wojcieszek Jerzu, Nowak Román, Saslo Zef// Заявл. 22.04.1980; Опубл. 31.01.1984.-РЖ. Хим.-1985.-ЗЛ 122П.

18. Соколовский А.А. Технология минеральных удобрений // М.:-Химия.-1966.-С.51.

19. Клевке В.А., Поляков Н.П., Арсеньева Л.З. Технология азотных удобрений//М.:-Госхимиздаи.-1956.-С.83.

20. Кочетков В.Н. Технология комплексных удобрений // М.-.-Химия.-1971.-С.43.

21. Рабинович Г.Л. Технология мочевины и удобрений на его основе // М.:-Итоги науки.-1971.-С.74.

22. Meft granulation of urea by the falling-curtain process / Shirley A. Rey, Nunnelly Luther M., Carney Fred T.// Ind. and Eng. Chem. Prod. Res. and Develop.-1982.-V.21.- №4.-C.617-620.

23. Лыков М.В., Леончик Б.И. Распылительные сушилки // М.:-Машино-строение.-1966.-С.54.

24. Chemical Industries.- 1974.-V.26.-№40.-p.240.

25. Chemical Week.-1975.-V.l 16.-№23.-p.32.

26. Кореньков Г.Л., Романова H.H., Реутов C.B., Найшуллер Г.М. Производство и потребление минеральных удобрений в Англии // Журн. Хим. Пром-ть.-М.:-1971.-№1.-С.37-42.

27. Reynolds I.C., Reed P.M.//Chem. Eng. Progr.-1973.-V.69.-№2.-p.62.

28. Киприянов Ю.И., Картошкин А.Д., Заваров В.А., Папазов С.С. Грануляция и сушка сложных минеральных удобрений в аппаратах барабанного типа/ Тезисы докладов Всес. научно-техн. конф. Оборудование для производства минеральных удобрений // М.:-1969.-С.46-50.

29. Мочевино-формальдегидные удобрения / Будков В.А.// Бюл. ВНИИ удобрения и агропочвовед.-1990.-№97.-С.20-25.г

30. Шахова H.A., Гришаев И.Г., Кузнецов В.Н., Подкопаев В.Д., Мельников Е.Б., Петрова В.В. Новый способ получения смешанных удобрений в виде двухслойных гранул //Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1971.-№1.-С.37-42.

31. Шахова H.A., Минаев Т.А., Поляков H.H., Товстяк Л.К., Ковтун A.A. Испытание опытно-промышленной установки для получения гранулированной нитрофоски в псевдоожиженном слое // Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1968.-№6.-С.446-448.

32. A novel urea granulation process / Chavi K.S.// Chem. Age India.-1982.-V.33.-№9.-C.501-502.

33. Пат. №159988 ГДР МКИ С 05 С 13/00. Verfahren zur Herstellung granulierter Harnstoff-Dicyandiamid-Duenger / Braumann Dietvich, Theime Hermann, Jofdicke Reinhard//Заявл. 29.06.1981; Опубл. 20.04.1983.

34. Данов С.M., Грошев Г.Л., Кручинтна Н.Д., Рыбин Г.В. Обезвоживание и гранулирование растворов мочевины в псевдоожиженном слое // Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1966.-№6.-С.453-456.

35. Предложение фирмы "Каргил" США на строительство установки по производству гранулированного карбамида/ Перевод Разживина.-1986.

36. Леви Б.И. Производство сложного удобрения, состоящего из мочевины фосфатов аммония //Журн. Хим. Пром-ть.-1932.-№8.-С.29-38.

37. Рабинович Г.Л. Технология мочевины и удобрений на его основе. Часть 3. Комплексные удобрения на основе мочевины // М.>1971.-С.44-47; С.57-66.

38. А.С. № 1668349 СССР МКИ С 05 В 11/06. Способ получения сложного удобрения / Лубис Б.А., Гедвилас B.C., Свикас A.B., Дмитриевский Б.А. и др.// Заявл. 06.03.1989; Опубл. 07.08.1991.-Б.И.№29.

39. А.С. №1393830 СССР МКИ С 05 В 11/06, С 05 D 9/02. Способ получения сложных удобрений/Жилин В.А., Туев И.С., Кочемба Ю.И., Леонов В.Т. и др.//Заявл. 28.02.1986; Опубл. 07.05.1988.-Б.И.№17.

40. A.C. №962280 СССР МКИ С 05 А 1/02. Способ получения сложного удобрения/ Герберт Г.П., Полякова З.А., Сарбаев А.Н.// Заявл. 04.06.1980; Опубл. 30.09.1982.-Б.И.№36.

41. Пат. №4461913 США МКИ С 07 С 126/08 НКИ 564/063. Production of urea phosphate I Lewis Harry Т., Dillard Ewell F.// Заявл. 10.05.1982; Опубл. 24.07.1984.

42. Пат. №10828 Япония МКИ 4 D 42. Получение комплексного удобрения / Накадз&ва Митио, Хагасиходси Тосио // Заявл. 15.11.1960; Опубл. 01.07.1963.-РЖ. Хим.-1966.-21 Л120П.

43. А.С. №1685801 СССР МКИ С 05 В 11/06. Способ получения сложного удобрения/ Островский JI.K., Воробьев Н.И. и др. Белорусский технол. Ин-т:-Белорусский НИИ почвовед, и агрохимии // Заявл. 03.11.1989; Опубл. 23.10.1991 .-Б.И.№39.

44. А.С. №1691369 СССР МКИ С 05 G 1/06. Способ получения комплексного удобрения/ Шёнки Я.С., Иванов В.А., Гельдман Б.Г. и др.// Заявл. 19.12.1988; Опубл. 15.11.1991.-Б.И.№42.

45. A.C. №966087 СССР МКИ С 05 D 1/02. Способ получения гранулированных азотокалийных удобрений / Пещенко В.Н., Романенко И.И., Олонцев Л.Ф. и др.// Заявл. 27.03.1981; Опубл. 15.10.1982.-Б.И.№38.

46. A.C. №1337377 СССР МКИ С 05 С 9/10. Способ получения сложного удобрения/ Теплицкая Я.С., Мееровская В.И., Матросова В.А. и др.// Заявл. 05.02.1985; Опубл. 15.09.1987.-Б.И.№34.

47. Комплексные удобрения на основе нейтрализации газообразным аммиаком и мочевиной кислых продуктов разложения хлористого калия экстракционной фосфорной кислотой/ Намазов Ш., Амонов М.Р.// Докл. АН УзССР.-1982.-№10.-С.32-33.

48. Кувшинников И.М., Кононов A.B., Евдакимова Л.И. и др. Уравновешенные сложные удобрения на основе фосфатов аммония и карбамида // Жур. Хим. пром-ть.-1989.-№10,-С.747-748.

49. Пат. №147104 ПНР МКИ С 05 G 1/00. Sposob wytwarzania granulowanych nawozow wieloskiadnicowych typu NPK Mg/ Wojcieszek Jerzu, Nowak Roman, Turczyn Augustyn u dr.// Заявл. 30.12.1986; Опубл. 30.11.1989.-РЖ. Хим.-1990.-12JI197П.

50. A.C. №994459 СССР МКИ С 05 С 9/00. Способ получения сложных удобрений / Мирзаев Ф.М., Юнусова П.Т., Юнусов Д.Х. и др.// Заявл. 31.12.1980; Опубл. 12.01.1983.-Б.И.№5.

51. Печковский В.В., Дзюба Е.Д., Кулемова С.И., Гавршпок Н.И. Азото-фосфорное удобрение пролонгированного действия //14 Мендл. съезд погобщей и прикладной химии: Реф. докладов и сообщ.-1989.-Т.1-14.-С.356.-РЖ. Хим.-1990.-1 JI152.г

52. Гусев Ю.И. Движения материала в грануляторах барабанного типа // Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1966.-№11.-С.24-26.

53. Гусев Ю.И. К расчету грануляторов барабанного типа // Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1969.-№2.-С.3-7.

54. Трофимов A.B., Макевнин М.П., Суркова JI.B. К вопросу определения толщины скатывающегося слоя сыпучего материала во вращающемся барабане // Труды МИХМа.-М.:-1973.-№49.-С.122-124.

55. Макевнин М.П., Трофимов A.A. Анализ влияния некоторых факторов на скорость движения сыпучего материала во вращающемся барабане // Труды МИХМа.-М.:-1973.-№49.-С. 125-127.

56. Першин В.Ф. Расчет параметров движения сыпучих материалов во вращающихся гладких барабанах // Журн. Хим. и нефт. машинострое-ние.-М.:-1986.-№12.-С. 15-17.

57. Горелов В.В., Ненашев Е.И. Расчет рабочих параметров грануляторов окатывания // Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1987.-№11.-С.24.

58. Макевнин М.П., Першин В.Ф., Свиридов М.М. Расчет времени падения частиц сыпучего материала в барабанных сушилках с лопастной насадкой//Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.>1984.-№9.-С.31-33.

59. Долгунин В.Н., Борщев В.Я.,Уколов A.A., Буданцев В.И. Оценка гидромеханики движения материала в барабанном грануляторе-сушилке и совершенствование его конструкции // Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1986.-№7.-С.22.

60. Першин В.Ф., Корягин A.A. Расчет размеров лопастей барабанных сушилок // Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1987.-№11 .-С. 19-21.

61. Васянин Н.В., Вишков B.C., Михайлов Г.В. Расчет распределения частиц материала в сечении барабана при гранулировании и сушке // Журн. Теоретические основы хим. технологии.-М.:-1990.-№1.-С.84.

62. Долгунин В.И., Буданцев В.И., Жабарова Е.В. Моделирование завесы в барабанной грануляционной сушилке // Журн. Хим. и нефт. машино-строение.-М.:-1990.-М2.-С.4.

63. Шаповалов В.М., Вехтер П.Д. Расчет интегральных параметров роторных грануляторов // Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1992.-№4.-С.19. '

64. Васянин Н.В., Кузнецов A.A. Кинетические закономерности увеличения размера гранул в барабанных грануляторах-сушилках И Журн. Хим. и нефт. машиностроение.-М.:-1992.-№6.-С.36.

65. Васянин Н.В., Кузнецов A.A., Добыгин В.Н. Расчет вероятности агломерации влажных частиц в аппаратах барабанного типа // Журн. Хим. пром-ть.-М.:-1992.-№11.-С.64-65.

66. Кореньков Д.А. Агрохимия азотных удобрений // М.:-Наука.-1976.-№3.-С 228.

67. Смирнов П.М. Проблемы азота в земледелии и результаты исследований с 1SN// Журн. Агрохимия.-М.:-Наука.-1977.-№1.-С. 16-19.

68. Корейское Д.А. Минеральные удобрения и их рациональное применение // М.:-Россельхозиздат.-1973.-176 с.

69. Сулайманкулов К. Взаимодействие мочевины с минеральными солями // Тр. Молодых научн. Работа. АН Кирг.ССР.-Фрунзе.-1958.-С.81.

70. Roedemann С., Riesenfeld F., La Viola FM Ind. Eng. Chem.-V.50.-№4.-C.693.

71. Исследование влияния микроэлементов (Со и Си) на скорость накопления биурета в расплавах карбамида и карбамидоксамидных удобрений / Пархоменко В.Д., Смирнова Е.С., Стеба В.К., Пивоваров A.A., Терещенко O.A. // ЖПХ.-1987.-№10.-С.2169-2173.

72. Махмудов Д., Семенова Л.И., Абрамова Э.Л. Кинетика разложения карбамида в присутствии солей нафтеновых кислот.-Ташкент.-1973.-С.8.

73. Набиев М.Н., Таджиев С.М., Тухтаев С. Исследование кинетики термического разложения карбамида в присутствии гуминовых кислот. -Ташкент.-1976.-С.9.76.3отов А.Т. Мочевина.-М.:-Госхимиздат.-1963.-С.175.

74. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение в аппаратах с кипящим слоем.-М.:-Химия.-1973.-С.38.

75. Аналитический контроль производства в азотной промышленности / Под. ред. Щеголева В.И.// М.:-Химия.-Вып. 14.-100 с.

76. Кивацис С.С. Техника изучения плотности жидкостей и твердых тел // М.:-Стандартгис,-1959.-С. 36.

77. Рачинский Ф.Ю., Рачинская М.Ф. Техника лабораторных работ // Л.:-Химия.-1982.-С.432.81 .Харлампович Г.Д., Кудряшова Р.И. Безотходные технологические процессы в химической промышленности // М.:-Химия.-1978.-С.205.

78. Горловский Д.М., Альтшуллер Л.Н., Кучерявый В.И. Технология карбамида // Л. .-Химия.-1981 .-С. 190-198.

79. Горловский Д.М. и др. //Хим. Пром-ть.-1981.-№12.-С. 136-739.

80. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыления жидкостей // М.:-Химия.-1984.-256 с.

81. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование // М.:г1. Химия.-1991.-240 с.

82. Заявка №99109791/12 Россия МПК 7 В 01 J 2/12. Барабанный гранулятор / Михайлов Ю.И., Водопьянов В.Г., Солдатов A.B. // Заявл. 07.05.1999; Решение о выдачи пат. 09.03.2000.

83. Заявка №99110055/12 Россия МПК 7 В 01 J 2/12. Барабанный гранулятор / Михайлов Ю.И., Водопьянов В.Г., Солдатов A.B. // Заявл. 07.05.1999; Решение о выдачи пат. 28.02.2000.

84. Соколов O.A., Семенов В.М. Экономическая и экологическая эффективность азотных удобрений в интенсивном земледелии // Журн. Химия в сельском хозяйстве.-1988.-№3.-С.30-32.г119

85. ГОСТг 21560.2-82. Методы определения статической прочности гранул. Удобрения минеральные // М.:-Изд. Стандартов.-1982.-С. 10. .

86. ГОСТ 21560.3-82. Методы определения динамической прочности и истираемости. Удобрения минеральные// М.:-Изд. Стандартов.-1982.-С.17.

87. Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов // М.-Л.:-АН СССР.-1947.-238 с.

88. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов // М.:-Машиностроение.-1973.-215 с.120г