CC BY
53
УДК 631.842.2 М. А. Куликов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИЛЛИРОВАНИЯ НИТРАТА КАЛИЯ
Ключевые слова: нитрат калия, слеживаемость, приллирование.
Проведено исследование процесса гранулирования плава нитрата калия, полученного из промышленных образцов. Определены условия получения гранул правильной формы. Установлено, что влажность исходной соли практически не сказывается на влажности гранулированного продукта. Гранулы характеризуются высокой прочностью, показатели качества соответствуют требованиям стандарта.
Keywords: potassium nitrate, caking, prilling.
The investigation of the granulation process the melt ofpotassium nitrate produced from industrial samples. The conditions for the production of granules of regular shape. It is found that the humidity of the original salt has virtually no effect on the humidity of the granular product. Granules are characterized by high strength, quality indicators meet the requirements of the standard.
Обеспечение продовольственной безопасности страны неразрывно связано с такой отраслью химической промышленности, как производство минеральных удобрений. Введение экономических санкций стимулирует российских производителей удобрений переориентироваться на отечественного потребителя. Так, один из крупнейших производителей удобрений «Акрон» в первом квартале 2016 года уже значительно увеличил поставки своей продукции на внутренний рынок [1]. Но кроме увеличения поставок, потребителям, как отечественным, так и зарубежным важны и физико-химические свойства, и в первую очередь отсутствие слеживае-мости.
Слеживаемость - это свойство минеральных удобрений утрачивать сыпучесть при длительном хранении в стационарных условиях. Причинами слеживания могут быть гигроскопичность материала, присутствие физической и кристаллизационной влаги. Первые признаки слеживаемости проявляются в виде агрегации отдельных гранул или кристаллов. Для устранения слеживаемости чаще всего используют введение различных добавок [2-5] и гранулирование [6-8].
Целью данной работы является исследование процесса гранулирования плава калиевой селитры для придания ей новой товарной формы и снижения слеживаемости.
Калиевая селитра находит широкое применение в промышленности и в сельском хозяйстве в качестве ценного азотно-калийного удобрения [9]. Среди отечественных предприятий по производству минеральных удобрений калиевую селитру выпускает только Березниковский филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» [10]. Производство основано на конверсии хлорида калия нитратом натрия с последующей перекристаллизацией чернового нитрата калия. Продукт выпускается в кристаллическом виде.
Кристаллы нитрата калия в процессе транспортировки и хранения сильно слеживаются. Для сохранения полной рассыпчатости предложено несколько методов. Авторы [11] предлагают обрабатывать кристаллы нитрата калия сульфонолом, относящимся к классу поверхностно-активных веществ, что позволяет сохранить 100 %-ную рассып-
чатость. Отрицательной стороной метода является то, что при растворении такого продукта в воде происходит значительное вспенивание раствора, это делает его непригодным для некоторых отраслей промышленности.
Чтобы избежать вспенивания растворов предложено выпускать нитрат калия с поташем в качестве неорганической антислеживающей добавки [12]. Расход поташа устанавливается в диапазоне 0,21,2% от массы нитрата калия. Как показали опытно-промышленные испытания [13], такой продукт сохраняет рассыпчатость, но по показателю «Массовая доля нитрата калия» не удовлетворяет требованию ГОСТ [14].
Представляет интерес выпуск калиевой селитры в гранулированном виде. Авторы [15] предлагают вести гранулирование разбрызгиванием плава нитрата калия в восходящем потоке воздуха. Получающийся этим методом продукт будет обладать наилучшими потребительскими свойствами.
Для исследования процесса гранулирования использованы промышленные образцы калиевой селитры со средней влажностью 2,83 %, отобранные после центрифуг и образцы со средней влажностью 0,12 %, отобранные после сушилок кипящего слоя.
Лабораторная грануляционная установка, представленная на рисунке, состоит из кварцевого гра-нулятора 2 объемом 100 см3, помещенного в трубчатую электропечь 3. Электропечь закреплена на штативе 4. Температура в печи поддерживается при помощи регулятора 1. Масса исходной соли во всех опытах была одинаковой и составляла 50 г без учета влажности. Образцы соли расплавляли в фарфоровых стаканах в муфельной печи при температуре 345 + 5°С, плав переносили в предварительно нагретый гранулятор, представляющий собой кварцевую трубку диаметром 20 мм сужающуюся внизу до диаметра 2 мм. Грануляция осуществлялась вытеканием плава из гранулятора под действием силы тяжести.
Прочность гранул определяли с помощью прибора ИПГ-1. Влажность исходной соли и гранул определяли методом высушивания. Содержание нитрата калия в гранулах определяли согласно ГОСТ [14].
В первой серии опытов гранулирование нитрата калия проводили в инертную жидкую фазу, в качестве которой использован гексан.
Рис. 1 - Схема лабораторной установки: 1 -ЛАТР; 2 - кварцевый гранулятор; 3 - трубчатая электропечь; 4 - штатив
Капли плава падали с высоты два метра и попадали в стакан с гексаном, высота слоя которого составляла 30-35 см. Результаты опытов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты экспериментов по гранулированию нитрата калия в различных условиях
№ Влаж- Тем- Качество гранул
ность пера- Влаж- Содер- Проч-
исход- тура ность, жание ность
ной плава, % нитра- гра-
соли, % °С та калия, % нул, г/гран улу
Гранулирование в гексан
1 2,86 350 0,08 99,90 963
2 2,86 345 0,09 99,92 975
3 2,80 350 0,08 99,93 978
4 2,80 345 0,08 99,91 960
5 2,83 340 0,09 99,91 968
6 0,11 345 0,07 99,95 980
7 0,11 345 0,08 99,93 985
8 0,12 350 0,08 99,93 990
9 0,13 350 0,09 99,96 985
10 0,13 340 0,09 99,91 996
Гранулирование на бельтинг
1 2,86 345 0,07 99,92 1960
2 2,86 345 0,07 99,92 1956
3 2,80 350 0,09 99,90 1930
4 2,80 350 0,09 99,91 1947
5 2,83 340 0,08 99,95 1950
6 0,11 345 0,08 99,95 1870
7 0,11 345 0,08 99,95 1899
8 0,12 350 0,09 99,90 1922
9 0,13 350 0,07 99,93 1925
10 0,13 340 0,07 99,90 1906
Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод, что для получения продукта, отвечающего требованиям ГОСТ, можно использовать нитрат калия непосредственно после центрифугирования. Однако следует заметить, что гранулы, полученные этим способом, имеют неправильную форму. Причина этого заключается в недостаточности высоты падения капель, и плав, имеющий высокую температуру, не успевает закристаллизоваться до контакта с гек-саном.
Во второй серии опытов гранулирование нитрата калия проводили разбрызгиванием плава с высоты семь метров на бельтинг. Полученные гранулы имеют правильную сферическую форму, деформированные гранулы отсутствуют. Результаты этой серии опытов также представлены в таблице. Данные показывают, что гранулы характеризуются значительно большей прочностью (средние значения по всем опытам составляют 978 и 1927 г/гранулу соответственно). Объясняется это тем, что время охлаждения напрямую зависит от высоты падения капель и кристаллизация идет более равномерно по всему их объему.
Нитрат калия имеет достаточно высокую температуру плавления - 337°С и его плавление сопровождается частичным разложением [16]. Но как показали исследования [17], при температуре 350 °С нитрат калия практически не разлагается. Косвенным подтверждением этому являются и результаты анализа полученных гранул на содержание нитрата калия.
Таким образом, проведенные исследования показали перспективность выпуска калиевой селитры в гранулированном виде. Однако внедрение этого способа в производственный процесс сдерживается высокой энергоемкостью. Основными путями снижения энергозатрат можно назвать исключение стадии сушки и использование для плавления влажной соли тепловых печей с высоким КПД.
Литература
1. Российская ассоциация производителей удобрений. Новости компаний [Электронный ресурс]. - Режим доступа: М1р://гари-£ег1;Ш7ег.ги/пе%г8/сотрапу_пе%г8?111=157, свободный.
2. Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли. Свойства и способы их улучшения. Химия, Москва, 1987. 256 с.
3. Потебенко В.Ю., Янков А.В., Харлампиди Х.Э. Физико-механические исследования свойств аммонийной селитры, обработанной различными ПАВ // Вестник Казанск. технол. ун-тета, 2011. № 13.
4. Пат. РФ 2471756 (2013).
5. Щерба В.Я. Применение композиционных материалов на основе продуктов переработки нефтяных углеводородов для кондиционирования калийных удобрений. // Вестник Полоцкого гос. ун-тета. Сер. В: Промышленность. Прикладные науки, 2013. № 11.
6. Кочетков В.Н. Гранулирование минеральных удобрений. Химия, Москва, 1975. 224 с.
7. Кочергин С.А. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Ивановский гос. хим.-технол. ун-т, Иваново, 2008. 20 с.
8. Овчинников Л.Н. Грануляция минеральных удобрений во взвешенном слое. ГОУВПО ИГХТУ, Иваново, 2010. 168 с.
9. Нитрат калия и его применение [Электронный ресурс] -Режим доступа http://fb.ru/article/17402/nitrat-kaliya-i-ego-primeneme, свободный.
10. АО «ОХК «УРАЛХИМ» [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.uralchem.ru/rus/asset/azot/about, свободный.
11. Авт. свид. СССР 1721016А1 (1992).
12. Пат РФ 2324652 (2008).
13. Куликов М.А. Опытно-промышленные испытания антислеживателя для нитрата калия. // Международный научно-исследовательский журнал, 2016. № 5 (47). Ч. 3.
14. ГОСТ Р 53949-2010. Селитра калиевая техническая. Технические условия.
15. Пат. РФ 2317255 (2008).
16. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Химия, Ленинград, 1989. 352 с.
17. Куликов М.А. Исследование термической устойчивости расплавов технического нитрата калия. // Международный научно-исследовательский журнал, 2015. № 9 (40). Ч. 2.
© М. А. Куликов - канд. хим. наук, доцент, зав. кафедрой «Химическая технология и экология» Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета, [email protected].
© M. A. Kulikov - Associate Professor, Head of the «Chemical technology and ecology» department of Berezniki branch of the Perm National Research Polytechnic University, [email protected].
