CC BY
62
У
С It 6 $ tl в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7 (100)
4. Таран A.JI. Теория и практика процессов гранулирования расплавов и порошков: Дисс. докт. техн. наук. М.: МИТХТ, 2001.
5. Казакова Е.А., Таран А.Л., Таран A.B. Методы экспериментального и теоретического анализа процесса кристаллизации и охлаждения гранул в потоке хладоагента. // ТОХТ, 1984. Т. 18. №1. С. 13-19.
УДК 542.65+548.5
A. JI. Таран, Н. В. Конохова
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА NS-СОДЕРЖАЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ В ГРАНУЛЯЦИОННЫХ БАШНЯХ
The production of complex fertilizer (NS-or ASN) with concentration of sulfur 5-8%, on an industrial scale could be organized in the plants for the production of agricultural ammonium nitrate, in the apparatus of the large unit power with their minimal reconstruction and with possibility of rapid return to production of ammonium nitrate.
Выпуск комплексного удобрения (NS- или ASN) с содержанием серы 5-8%, в промышленном масштабе можно организовать на предприятиях по производству сельскохозяйственной селитры, в агрегатах большой единичной мощности при их минимальной переналадке с возможностью быстрого возврата к производству аммиачной селитры.
Технология производства NS - минерального удобрения заключается в смешении расплава аммиачной селитры с сульфатом аммония. Просто смешать две эти соли невозможно. Сульфат аммония почти не гигроскопичен. Нитрат умеренно гигроскопичен. Сульфат выпускается в кристаллическом виде, а нитрат виде гранул. Но при их смешении образуется двойная соль, быстро адсорбирующая влагу из воздуха. Решить эту проблему удалось лишь некоторым крупным зарубежным компаниям - мировым лидерам в производстве удобрений. На сегодняшний день запатентовано много предложений производства сульфат-нитрат аммония, NS-удобрения: кристаллизация, гранулирование (в барабанном грануляторе - сушилке), приллинг. Но при этом много претензий к качеству получаемого продукта:
- продукт пылит, вследствие сегрегации компонентов;
- не устойчив при хранении (слеживается, адсорбирует влагу);
- легко разрушается (теряет статическую прочность).
Для получения NS - удобрений высокого качества (удовлетворяющего требованиям Еврокомиссии) была проведена НИР по получению образцов удобрения методом смешения расплава аммиачной селитры (-80%) с сульфатом аммония (20%) и предложенными нами микродобавками. Определена оптимальная температура расплава, продолжительность смешения
С й в X V В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7 (100)
(15-20 мин) и найдено наиболее эффективное соотношение компонентов (ЫЩЫОз + (ЪЩ^гБСи + микродобавка), при котором статическая прочность гранул даже после нескольких десятков циклов нагрев<-»охлаждение -20^60°С остается порядка 50 - 70 Н/на гранулу.
Для описания процесса гранулирования в башне сульфат - нитрата аммония необходимо было исследовать скорости зарождения и роста центров кристаллизации образующейся суспензии и центров полиморфных превращений в кристаллической фазе. Так как кинетические параметры влияют на динамику процесса превращения, а наличие большого содержания в смеси сульфата аммония может оказать влияние на полиморфные превращения в кристаллической фазе аммиачной селитры, то это необходимо учитывать при математическом описании процесса и его расчете [1,4].
Качественное и количественное описания процесса гранулирования расплавов и суспензий диспергированием в восходящий поток воздуха в башнях, на которых базируются предлагаемые модельные представления, подробно описаны в [3, 4].
С их использованием проанализировано влияние технологических параметров (удельного расхода хладоагента, размера капель расплава, их полидисперсности, влажности расплава, температуры охлаждающей среды и наличия в расплаве модификаторов I и II рода) на температурные поля в фазах и динамику кристаллизации и полиморфных превращений капель расплава при приллировании [4].
Адекватность предложенного математического описания ходу реального процесса оценивали сравнением результатов расчётов с экспериментальными данными скоростного термического анализа (СТА) и наблюдением за процессом в капле расплава, витающей в пленочном режиме кипения на паровой «подушке» фреона-11 по методике, изложенной в [3-8].
В ходе расчетов процесса кристаллизации капель различных фракций в полидисперсной смеси стало ясно, что критерием для определения минимальной высоты башни должна стать минимально необходимая (для предотвращения разрушения гранул при ударе о дно или при входе в псевдоожи-женный слой продукта) степень кристалличности гранул самой крупной фракции. В основу решения этого вопроса положены экспериментальные данные, полученные на промышленных башнях, работающих в условиях начала комкообразования или налипания продукта на конуса башни в производствах аммиачной селитры и расчеты процесса кристаллизации гранул самой крупной фракции соответствующей полидисперсной смеси. Анализировали работу башен как с псевдоожиженным слоем гранул на ее дне, так и без него. Для предотвращения комкования продукта при ударе о псевдо-ожиженный слой на дне башни в полете необходимо отвести от продукта 60-^65%, а от гранул наиболее крупной фракции 65-^70% тепла кристаллизации. В случае же удара о дно башни - 95% тепла от продукта и до 85% от гранул наиболее крупной фракции. Причем эти цифры, для многих веществ (аммиачная селитра, карбамид, ИРК - удобрение, сера, щелочи и др.) мало зависят от природы материала и полидисперсности продукта, а определяются в первую очередь наличием или отсутствием в башне псевдоожиженного слоя гранул [3-8, 15].
С П в $ V В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7 (100)
С использованием предложенного критерия оценки минимально необходимой высоты грануляционных башен расчетным путем получены обобщенные графические зависимости, связывающие параметры гранул с условиями их получения. Они позволяют в экспресс-режиме, при решении эксплуатационных и проектных задач оценить влияние изменения технологических параметров (температуры воздуха, его удельного расхода, размера гранул) и инженерных решений (замены типа диспергатора, установки псев-доожиженного слоя гранул, замены вытяжных устройств для воздуха (искусственная или естественная тяга, установки систем пылеочистки и др.)) на минимально необходимую высоту башни.
Полученные результаты подтверждают, что разработанное математическое описание процесса и метод его решения, а также полученные экспериментально коэффициенты математического описания адекватны реальности. В ходе НИР подобраны модификаторы, позволяющие выпускать гранулированное NS- удобрение повышенного качества. Все это позволяет приступить к разработке инженерных решений и исходных данных на проектирование реконструкции крупнотоннажных агрегатов производства аммиачной селитры под производство аммиачной селитры с наполнителями, повышающими ее потребительские свойства и безопасность транспортировки, хранения, применения, а также экономическую эффективность ее экспорта в страны ЕС. Отметим, что реконструкцию предполагается проводить с минимальными затратами, без остановки действующего производства и с возможностью переналадки агрегата на выпуск аммиачной селитры с наполнителями и обратно в течение одной рабочей смены. Из-за того, что наполнители могут быть различные, расширяется спектр выпускаемых удобрений на основе аммиачной селитры. Это, несмотря на то, что за рубежом появляются агрегаты производства аммиачной селитры, превосходящие отечественные, созданные в 80-е годы прошлого столетия, позволяет поддерживать конкурентоспособность отечественной промышленности производства азотосо-держащих удобрений.
Библиографические ссылки
1. Таран A.JL, Долгалев Е.В., Таран Ю.А. Математическое описание процесса гранулирования известково-аммиачной селитры в башнях. //Хим. технология, 2007. Т. 8. №8. С. 376-381.
2. Олевский В.М. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности. М.: Химия, 1990. 285 с.
3. Таран A.JI. Исследование процессов кристаллизации однокомпонентных расплавов методом электроаналогии: Дисс. канд. техн. Наук. М.: МИТХТ, 1976.
4. Таран A.J1. Теория и практика процессов гранулирования расплавов и порошков: Дисс. докт. техн. наук. М.: МИТХТ, 2001.
5. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение в аппаратах с кипящим слоем. М.: Химия, 1973. 75 с.
6. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений / М.: Химия, 1980. 289 с.
7. Казакова Е.А., Таран A.JI., Таран A.B. Методы экспериментального и тео-
9
C fi & £ tl в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 7 (100)
ретического анализа процесса кристаллизации и охлаждения гранул в потоке хладоагента. // ТОХТ, 1984. Т. 18. №1. С. 13-19.
8. Исследование возможности гранулирования в башнях аммиачной селитры с добавками сульфата аммония./ АЛ. Таран [и др.]; // Хим. промышленность, 1991. №12. С. 743-749.
9. Олевский В.М. Технология аммиачной селитры. М.: Химия, 1978. 312 с.
10. Иванов М.Е. Теория процессов обмена в двухфазной системе при башенном гранулировании. // ТОХТ, 1983. Т. 17. №6. С. 776-783.
11. Пути повышения качества аммиачной селитры./ В.М. Олевский [и др.]; //Хим. Промышленность, 1987. №11. С. 676-682.
12. Казакова Е.А., Таран А Л., Таран A.B. Экспериментальное и теоретическое исследование кристаллизации карбамида в условиях башенного гранулирования. //ТОХТ, 1983. Т. 17. №5. С. 713-714.
13. Таран А.Л., Кабанов Ю.М.Затвердевание гранул азотсодержащих удобрений при неравномерной по их поверхности интенсивности отвода тепла. //ТОХТ, 1983. Т. 17. №6. С. 759-766.
14. Таран АЛ., Таран A.B. Гранулирование однокомпонентных расплавов диспергированием в восходящий поток хладоагента. // Инж.-физич. ж-л, 1986. Т. 51. №1.С. 60-68.
15. Таран АЛ., Таран A.B. Оценка погрешностей методов расчета процессов кристаллизации однокомпонентных расплавов в башнях. //Хим. промышленность, 1985. №9. С. 561-565.
16. Таран АЛ., Таран A.B., Кабанов Ю.М. Гранулирование азотных удобрений в башнях.// ТОХТ, 1984. Т. 28. №1. С. 13-19.
УДК 66.049.4:66.065.5
А. А. Бессонов, Г. А. Носов
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
РАЗДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФРАКЦИОННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ФРАКЦИОННОГО ПЛАВЛЕНИЯ
The combination various mass-exchange processes often allows raising efficiency of division essentially. We make the theoretical analysis of some schemes for division of binary mixes by a combination of processes of fractional crystallization and fractional fusion with recirculation manifold from a fusion stage on a crystallization stage, and as with use of contact heating of a crystal phase at a stage of fractional fusion by means of recirculation manifold and melt of high-melting a division product.
Сочетание различных массообменных процессов часто позволяет существенно повысить эффективность разделения. Нами выполнен теоретический анализ ряда схем для разделения бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и фракционного плавления с рециркуляцией маточника со стадии плавления на стадию кристаллизации, а так же с использованием контактного нагрева кристаллической фазы на ста-
