ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНЕИЯ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

УДК 546.05

Н.И.Боровицкая, Н.Ф. Тарчигина

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНЕИЯ

Производство минеральных удобрений составляет одну из важнейших задач химической промышленности. Рост их производства должен сопровождаться радикальными техническими и технологическими усовершенствованиями.

Ключевые слова: нитроаммофоска, азотнокислотная переработка, влажность, слеживаемость, сушка, насадки.

В мире встает одна из проблем - умело управлять способностью природы воспроизводить жизненные ресурсы, и прежде всего продовольственные, причем требуется не простое, а расширенное их воспроизводство.

Одним из направлений в химической промышленности является производство минеральных удобрений, которым отводится важная роль в удовлетворении потребностей населения в продуктах питания путем применения в сельском хозяйстве комплексных и высококонцентрированных минеральных удобрений, эффективность которых выше простых.

Из года в год растут требования к физико-химическим свойствам удобрений, определяемых коммерческим рынком. Эти требования связаны с производством рентабельным способом более качественных продуктов. Часто бывает так, что недостаточно улучшить всего лишь один параметр, необходимо принять во внимание полный производственный цикл продукта.

Самым востребованным удобрением является нитроаммофоска - высокоэффективное комплексное минеральное удобрение, содержащее такие питательные элементы как азот, фосфор и калий. Азот и калий находятся в форме легкорастворимых соединений (NH4NO3, NH4Cl, KNO3 KCl), а фосфор - частично в виде дикальцийфосфата, нерастворимого в воде, но доступного для растений, и частично в форме водорастворимого фосфата аммония и монокальцийфосфата

Получение нитроаммофоски азотнокислотной переработкой апатитового концентрата, является сложным процессом,в результате которого образуется раствор - азотнокислотная вытяжка, содержащая нитрат кальция, свободную фосфорную и избыточную азотную кислоту.

Ca5F(PO4)3+1ÖHNO3=3H3PO4+5Ca(NO3)2+HF 4HF+SiO2=SiF4+2H2O

© Боровицкая Н.И., Тарчигина Н.Ф., 2016.

CO?.

SiF4+2HF=H2SiF6

Имеющиеся карбонаты кальция и магния разлагаются с образованием нитратов и выделением

СаСОз+2Н1ЧОз=Са(даз)2+ СО2+Н2О М§ СО3+2НШ3= ]^(Ш3)2+ СО2+Н2О

Соединения полуторных окислов, а также редкоземельных элементов переходят в раствор.

к+2нда3=2щ;да3)2+зн2О

FeO+4HNO3=Fe(NO3)2+ Ш2+2Н2О

Нейтрализация: I ступень HNO3+NH3=NH4NO3

H3PO4+ NH3= NH4H2PO4

II ступень Ca(H2PO4)+ NH3= CaHPO4+ NH4 H2PO4

Доаммонизация фосфатов аммония:

H3PO4+ 2NH3= (NH4)2HPO4

KCl+ NH4NO3=KNO3+ NH4Cl

Конверсионный карбонат кальция получают осаждением кальция из водных растворов нитрата кальция карбонатом аммония:

(NH4)2CO3+ Ca(NO3)2= CaCO3+2NH4 NO3

Ориентировочный состав нитроаммофоски,%: моно - и диаммонийфосфаты NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 - 23,2%; дикальцийфосфат CaHPO4 - 4,5%; нитрат аммония NH4NO3 - 39,0%; хлорид калия KCl -27,5%; фторид кальция CaF2 - 5,3%; вода H2O - 0,5%.

Основными стадиями процесса производства нитроаммофоски являются: разложение апатитового концентрата азотной кислотой; кристаллизация нитрата кальция, аммонизация азотно-фосфорнокислых растворов, выпаривание аммонизированной пульпы, смешение с хлористым калием, гранулирование нитроаммофоски, сушка, классификация высушенного продукта, охлаждение, готовый продукт [1].

Одной из главных стадий, в производстве получения нитроаммофоски, влияющей на качество продукта, является сушка - важнейший этап получения минеральных удобрений [2]. Применение неправильно выбранных режимов или конструкций аппаратов приводит к удорожанию и выпуску конечного продукта неудовлетворительного качества. Конечная влажность продукта должна быть точно выдержана, так как она определяется условиями транспортирования и исключением слеживаемости продукта. Совмещение процессов гранулирования и сушки в одном аппарате позволяет упростить технологическую схему, снизить потери готового продукта, уменьшить энергетические и материальные затраты.

Были проведены исследования по установлению оптимальной температуры сушки нитроаммофоски марки NPK 16:16:16 в зависимости от толщины слоя (высоты) продукта и времени высушивания. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.

Для получения комплексных удобрений с хорошими потребительскими свойствами содержание влаги в гранулированном продукте, как правило, не должно превышать 1,0-1,5%, а для нитроаммофоски желательно иметь и более низкую влажность. При контакте влажных гранул с нагретым теплоносителем происходит удаление влаги из объема гранул.

Таблица 1

Результаты исследований химических составов нитроаммофоски в зависимости от температуры, _времени сушки и толщины слоя продукта_

№ п/п Наименование показателя Результаты испытаний

Исходный NPK №К, высушенный при темпе-ратуре 60°С, толщиной слоя: №К,высушен-ный при темпе-ратуре 70°С, толщиной слоя: №К, высушенный при темпе-ратуре 80°С, толщиной слоя:

h=10мм h=20мм h=30мм h=10мм h=20мм h=30мм h=10мм h=20мм h=30 мм

1 Общ. азота №>бщ. 16,3 16,7 16,8 16,8 16,7 16,8 16,8 16,3 16,3 16,3

2 Фосфатов усвояемых в пересчете P2O5 16,4 16,8 16,9 17,0 16,7 16,9 16,9 16,5 16,4 16,5

3 Фосфатов водо-рас-творимых в пересчете P2O5 12,1 12,5 12,6 12,7 12,5 12,7 12,6 12,3 12,4 12,3

4 Калия в пересчете на ^ 16,5 17,0 17,1 17,1 16,9 17,0 17,1 16,7 16,7 16,6

5 Влаги 0,7 0,22 0,19 0,18 0,22 0,20 0,19 0,24 0,24 0,23

Сушка происходит в барабанах, внутри которых устанавливаются пересыпные устройства, обеспечивающие оптимальное заполнение материалом и максимальное соприкосновение его с сушильным агентом. Сушильной камерой служит полость барабана, внутри которого по всей длине расположены различного типа лопасти или полки, которые перемешивают и поднимают материал равномерно распределяя его. Сушка происходит под действием горячего воздуха (непрямой нагрев) или смеси воздуха с топочными газами (прямой нагрев).

В целях повышения эффективности сушки, размельчения (до товарной фракции продукта) были установлены следующие виды насадок (рис. 1): спиральные поз.1 - для подачи материала, поступающего из загрузочной трубы дальше в барабан. Лопастные поз.2 - для перемешивания материала при предварительной сушке и измельчения комков материала и секторные поз.3 - для перемешивания материала при окончательной сушке. Данная реконструкция позволяет увеличить качество и скорость сушки и этим увеличить производительность.

ъ Г

Рис. 1. Сушильный баран

Полученные результаты исследований могут быть полезными в усовершенствовании процесса сушки данного минерального удобрения, а так же рекомендовать режимы, при которых показатели качества продукта будут высоки при минимизации энергозатрат.

Библиографический список

1. Немцова В.Г., Тарчигина Н.Ф. Химическая технология неорганических веществ. Технология минеральных удобрений и солей с применением диаграмм растворимости. - М.: МГОУ. - 2009. - 84 с.

2. Ефремов Г.И., Тарчигина Н. Ф., Чернова О.И., Батов В.А., Харичев О.Е. Моделирование кинетики обезвоживания гранул минеральных удобрений // Фосфатное сырье: производство и переработка: материалы Международной научно-практической конференции. - М.: НИУИФ, 2012. - С. 151-156.

ТАРЧИГИНА НЕЛЛИ ФЕДОРОВНА - кандидат технических наук, доцент, Московский политехнический университет, Россия.

БОРОВИЦКАЯ НАДЕЖДА ИГОРЕВНА - магистрант, Московский политехнический университет, Россия.