CC BY
284
УДК 631.812.12
В. И. Петров, Р. Р.Мадьяров, Р. Р. Хайруллин, И. М. Аюпов
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА
Ключевые слова: карбамид, гранулирование, приллирование, Ротоформ.
В работе представлен анализ существующих схем производства карбамида. Описаны механизмы гранулирования на установках различного типа. Показано, что установки производства карбамида имеют ряд недостатков, поэтому предлагается прогрессивный способ гранулирования карбамида с использованием Ротоформов.
Keywords: carbamid, granulation, prillation, Rotoform.
In work the analysis of the existing schemes of production of a carbamide is submitted. Granulation mechanisms on installations of various type are described. It is shown that installations of production of a carbamide have a number of shortcomings therefore the progressive way of a granulation of a carbamide with use Rotoformov is offered.
В настоящее время карбамид во всем мире получают взаимодействием аммиака с диоксидом углерода, поэтому зачастую производство мочевины совмещают с аммиачными производствами. В России выпускают 2 марки карбамида. Марка А используется в качестве исходного сырья при производстве клея, смолы, пластмассы; марка Б - высокоэффективное азотное удобрение и пищевая добавка в животноводстве [1].
В связи с наличием «узких мест» в существующих технологиях производства карбамида нахождение перспективных направлений производства, в которых устранены эти недостатки, является актуальной задачей.
Конечной стадией технологических процессов производства карбамида является гранулирование концентрированного плава карбамида в грану-ляторах различного типа. Для образования гранул азотных удобрений, в том числе и карбамида, широкое распространение получили способы приллирова-ния и грануляции в «кипящем слое». Способ получения гранул из высококонцентрированных плавов карбамида осуществляют путем разбрызгивания плава в свободный объем. Процесс осуществляют в башнях приллирования (рис. 1), в которых падающие капли охлаждаются встречным потоком воздуха.
Рис. 1 - Схема башни приллирования: 1 - ввод плава карбамида, 2 - очищенный воздух в атмосферу, 3 - раствор карбамида, 4 - вывод готового продукта, 5 - подача воздуха
Современная башня приллирования представляет собой инженерно-техническое сооружение высотой до 114 м и диаметром до 16 м и более, простое и надежное в эксплуатации.
Механизм гранулообразования при прилли-ровании заключается в диспергировании плава на капли в распылительном устройстве, которые, находясь во взвешенном состоянии охлаждаются с образованием гранул. При падении происходит теплообмен между каплей (гранулой) и потоком охлаждающего воздуха. Кристаллизация капель начинается с поверхности, происходит образование твердой оболочки, толщина которой увеличивается по мере движения капли по высоте башни. Причем фронт кристаллизации из периферии продвигается в центр гранулы по радиусу с соответствующим выделением тепла кристаллизации [2]. С периферии тепло отводится в окружающую среду за счет конвекции и лучеиспускания, а физическое тепло и тепло кристаллизации от центра жидкой капли плава к периферии передается за счет теплопроводности. Таким образом, неравномерность толщины твердой оболочки можно объяснить различиями в скорости теплопередачи. Температура капли в периферийной области понижается ниже температуры насыщения, образуется пересыщенный раствор и начинается затвердение с направлением фронта кристаллизации от периферии к центру. Способ приллирования имеет ряд недостатков. Неравномерность распределения восходящего потока воздуха по сечению приводит к образованию гранул с неоднородным гранулометрическим составом. Увеличение производительности башен обычно сопровождается значительным повышением температуры гранул на выходе из аппарата, и готовый продукт налипает на стенки башни в нижней части.
Поэтому все большее распространение на рынке карбамида получает продукт, полученный способом гранулирования в «кипящем» слое и отличающийся по своим свойствам от приллированного. Механизм образования гранул в псевдоожиженном слое можно представить в следующем виде. Диспергированная жидкая фаза через форсунки напыляется, на псевдоожиженный слой, состоящий из твердых частиц. Содержащаяся в каплях твердая
фаза откладывается на частицах, а жидкость испаряется за счет физического тепла ожижающего газа. Объем слоя поддерживается постоянным за счет непрерывной выгрузки готовых гранул [3]. Схема гранулятора псевдоожиженного слоя представлена на рис. 2 [4].
Рис. 2 слоя
Схема гранулятора псевдоожиженного
Сегодня технологию гранулирования карбамида в «кипящем» слое предлагают зарубежные фирмы «Stamicarbon», ТЕС, Jara и ряд других. Одним из главных преимуществ карбамида, изготовленного по этой технологии, является меньшая сле-живаемость при транспортировке, которая достигается за счет высокой прочности гранул. Однако капитальные затраты на строительство установки гранулирования продукта в среднем в 1,5-1,8 раз выше, чем приллирования. Кроме того, установка гранулирования карбамида характеризуется также большей занимаемой площадью, наличием большого количества ретура (до 50% от выработки), сравнительно высокими энерго- и эксплуатационными затратами. Тем не менее, на сегодняшний день темпы роста мощностей гранулированного продукта превышают темпы роста приллированного.
Общим недостатком вышеупомянутых процессов является то, что при разбрызгивании содержащего мочевину раствора образуется мелкая пыль, которая попадает в охлаждающий воздух. Основную часть пыли следует удалить из большого количества охлаждающего воздуха, используемого в процессе приллирования и гранулирования, прежде чем станет допустимым выброс воздуха в окружающую среду [2]. Для этого можно использовать циклонные пылеуловители, вихревые аппараты мокрой пылео-чистки [5,6].
В последнее годы в химической промышленности широкое распространение получила установка для гранулирования на базе гранулятора Ро-
тоформ. Со времени введения в эксплуатацию первой системы Ротоформ области применения технологии постоянно расширяются и охватывают различные сферы, начиная с крупнотоннажных производств, таких как сера или удобрения и заканчивая продуктами тонкого органического синтеза, используемыми в косметической и фармацевтической промышленности, а также полимерными и пищевыми продуктами. Уже в течение многих лет принцип действия гранулятора Ротоформ задает стандарты в производстве гранулированной серы высочайшего качества. К его ключевым преимуществам относятся: высокая прочность гранул и их отличная устойчивость к истиранию под внешним воздействием, что обеспечивает низкое пылеобразование, хорошая сыпучесть, простота повторного плавления (отсутствие спекания), низкое содержание влаги в гранулах [1].
На ОАО «Акрон» г. Великий Новгород впервые в России отрабатывается технология получения карбамида с использованием гранулятора Ро-тоформ. Установка, включает питающее устройство, транспортер, устройство для удаления полученных гранул с транспортера и устройство для улова аммиака (рис. 3). Это компактные высокопроизводительные установки получения карбамида. Питающее устройство представляет собой перфорированный цилиндрический барабан, который вращается и подает капли на транспортер, находящийся у дна цилиндрического барабана. Располагающуюся за питающим устройством часть транспортера охлаждают водой. На транспортере капли затвердевают и после удаляются с транспортера. Полученные частицы, содержащие мочевину, не являются сферическими, как частицы получаемые путем приллирова-ния и гранулирования в «кипящем» слое, частицы плоские с той стороны, которая контактирует с транспортером [7].
Рис. 3 - Схема установки Ротоформ: 1 - Ротоформ, 2 - зонт для улова отходящих газов, 3 -конвейер-охладитель, 4 - выгрузка продукта, 5 -подача охлаждающей воды, 6-возврат охлаждающей воды, 7 - бункер
Преимущество использования установки Ротоформ состоит в том, что можно получить гранулы из суспензии с большим количеством твердого вещества. Такие суспензии трудно разбрызгивать в башне приллирования или грануляторе c «кипящим» слоем. В установке Ротоформ частицы, содержащие мочевину, получают без необходимости создания мелких капель и без использования охлаж-
дающего воздуха, вступающего в непосредственный контакт с частицами. Таким образом, не образуется потока воздуха, содержащего пыль карбамида. Ключевые достоинства установки Ротоформ по сравнению с башнями приллирования и гранулято-рами «кипящего слоя»: малая материалоемкость, стабильность режима работы и высокая производительность, которая определяется количеством установленных линий Ротоформа, поэтому дополнительные исследования по оптимизации этих установок, а также применения их для гранулирования минеральных удобрений, типа карбамида, являются перспективным направлением.
Литература
1. Карбамид: технологии производства // NEWCHEMISTRY.ru.2006. URL: http://newchemistry.ru/letter.php?n_id=773 (дата обращения 11.03.2015 ).
2. Классен П.В., Основы техники гранулирования (Процессы и аппараты химической и нефтехимической тех-
нологии) / П.В. Классен, И.Г. Гришаев. - М.: Химия, 1982. - 272с.
3. Процессы гранулирования в промышленности / Н.Г. Вилесов [и др.]. - М.: Техника, 1976. - 192с.
4. Пат. 2410153 RU, МПК B01J2/16. Аппарат для получения гранулированных продуктов / А.А. Шатов и др.; заявитель и патентообладатель ОАО «Сода». - № 2009123433/12; заявл. 04.02.2009; опубл. 27.01.2011.
5. Петров В.И., Фатихов И.Ф., Сизов А.Г., Никитин А.С. Разработка, внедрение и промышленные испытания вихревого аппарата мокрой пылеочистки / В.И. Петров, И.Ф. Фатихов, А.Г. Сизов, А.С. Никитин // Вестник Казанского технол. ун-та. 2013. - №22. - С. 258 - 260.
6. Петров В.И., Фатихов И.Ф., Сизов А.Г., Никитин А.С. Анализ эффективности работы циклонных пылеуловителей / В.И. Петров, И.Ф. Фатихов, А.Г. Сизов, А.С. Никитин // Вестник Казанского технол. ун-та. 2013. - №23. - С. 173 - 175
7. Пат. 011329 EP, МПК С05С9/00, С0503/00, B01J2/20. Способ получения частиц, содержащих мочевину / Верф Ван Дер Ян Вибе и др.; заявитель и патентообладатель ДСМ АйПи АССЕТС Б.В.(Ж). - № 200702262; заявл. 03.04.2006; опубл. 27.02.2009.
© В. И. Петров - д-р техн. наук, проф. каф. оборудование химических заводов КНИТУ, oxzkstu@rambler.ru; Р. Р. Мадьяров -студ. той же кафедры; Р. Р. Хайруллин - студ. той же кафедры, И, М. Аюпов- асп. той же кафедры.
© V. I. Petrov - doctor of technical sciences, professor of department equipment chemical plants KNRTU, ohz1@rambler.ru; R. R. Madyarov - student of department equipment chemical plants KNRTU; R. R. Khayrullin - student of department equipment chemical plants KNRTU; I. M. Ayupov - graduate student of department equipment chemical plants KNRTU.
