SU1145924A3 - Способ получени гранул карбамида - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ КАРБАМИДА, включаюршй пропускание, падающих капель расплава карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида , отличающийс  тем, что, с целью повышени  ударной прочности гранул, в охлаждающей лоне поддерживают содержание частиц карбамида с размерами 2-10 мкм в количестве 8 - 25 мг на 1 м воздуха . i СП с

Description

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчени  кристаллического карбамида.

3.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что частицы карбамида подают в охлаждающую зону в таком месте, что при всех местных атмосферных услови х давление паров воды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паров воды частиц при температуре охлаждьбщего воздуха .

Изобретение относитс  к способу получени  гранул карбамида, которые образуютс  при прохождении падающих капель расплава карбамида, прак тически не содержащего воды, противотоком потоку охлаждающего газа через охлаждающую зону, в которой распределен материал, создающий затравочные кристаллы. Известен способ получени  гранул карбамида путем распылени  расплава карбамида, не содержащего воду, про тивотоком потоку охлаждающего газа в охлаждающей зоне, в которой содер жатс  твердые частицы карбамида или частицы другого материала, создающего затравочные кристаллы, наход щегос  предпочтительно в каллоидном состо нии или в виде тумана l. Однако при осуществлении этого способа капли во врем  охлаждени  от наружной поверхности внутрь превращаютс  в большие кристаллы,ориентированные практически в том же направлении , в котором наружна  оболочка , по вивша с  первой, вт гиваетс  частично внутрь во врем  охлаждени  и затвердевани  остальной части гранулы, в результате чего в гранулах образовываютс , полости. Вследствие этого гранулы имеют небольшую ударную в зкость и распыл ютс  при транспортировке и обработке . Целью изобретени   вл етс  повышение ударной прочности гранул. Поставленна  цель достигаетс  те что согласно способу получени  гранул карбамида, включающего пропускание падающих капель расплава карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида, в охлаждающей зоне поддерживают содержание частиц карбамида с размерами 2-10 мкм. в количестве 8 - 25 мг ка 1 м воздуха . При этом частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчени  кристаллического карбамида, подают их в охлаждающую зону в таком месте, что при всех местных атмосферных услови х давление паров поды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паров воды частиц при температуре охлаждающего воздуха. На фиг. 1 показана гранула, полученна  известным способом; на фиг. 2 гранула, полученна  предложенным способом; на фиг. 3 - график зависимости ударной прочности от количества центров кристаллизации на одну гранулу (количества соударений). Согласно изобретению могут быть получены гранулы с беспор дочной ориентацией кристаллов и без полостей , если в охлаждающей зоне создаетс  рассеивание кристаллических частиц, имеющих размеры 2-10 мкм в количестве 8 - 25 мг на 1 м охлаждающего газа. Частицы с размерами меньше 2 мкм { вл ютс  неэффективными дп  испольовани  в качестве материала, созЬающего затравочные кристаллы, поскольку они пронос тс  при помощи охлаждающего газа мимо капель и, следовательно, не сталкиваютс  с ними . Могут быть использованы частицы с размерами больше 10 мкм, но они создают такой же эффект, как и частицы с размерами 4-8 мкм. Дл  того, чтобы получить образцы , состо щие из маленьких кристалликов с разупор доченной ориентацией, необходимо, чтобы перед началом крис3 таллизации в капле между падающейкаплей и затравочным материалом пр из.ошгго по крайней мере 20, предпоч тельно около 25, соударений. Дл  получени  25 соударений необходимо использовать около 5 кг/ч затравочного материала со средним диаме ром частич 4-5 мкм, если средний диаметр части 10 мкм, то необходимо 40 кг/ч, а при диаметре 100 мкм 4000 кг/ч затравочного материала. Таким образом, число соударений определ етс  размером кристаллов, ориентацией и прочностью образцЬв большей мере, чем количеством затравочного материала. Проведенные в лаборатории на экспериментальной установке испытани  показали, что при использовании предлагаемого способа получаютс  гранулы с ударной прочность более 90% (свыше 90% гранул не раз рушаютс  при испытании на удар), причем в гранулах содержитс  25 ил более затравочных центров, в резул тате чего гранулы имеют сетчатую структуру из мелких кристаллов со случайной ориентацией. В табл. 1 представлена прочност на удар карбамидных гранул, полученных путем распылени  карбамидного расплава в потоке воздуха (600000 м/ч), в котором диспергируют 10 кг карбамида (при 16 мг/м в виде частиц различных размеров. Таблица Из табл. 1 видно,что высокую про ность на удар имеет только образец полученный с использованием затравочного материала, средний размер частиц которого составл ет 4 мкм. 4 4 что  вл етс  ре-эультатом догт точной частоты столкновений каполь расплава карбамида с затравочпьми частицами. Проведенные испытани  покачали что при размерах частиц менее 2 мкм больша  часть затравочных частиц уноситс  вместе с воздушным потоком и обходит капли карбамида, ко каса сь их. Использование частиц размером более 10 мкм приводит к неэкономичному увеличению расхода затравочного материала. Число затравочных центров 25 и более может быть получено также, при использовании большего, нежели указано выше, количества затравочного материала. Однако использование более 25 мг затравочного материала на 1 м охлаждающего воздуха  вл етс  неэкономичным. Количество затравочных центров от 20 до 25 может быть получено при использовании примерно 8 мг ва раБочного материала на 1 м охлаждающего воздуха , в результате обеспечиваетс  достаточна  ударна  прочность карбамидньк грзнул.. При использовании затравочного материала в количестве менее 8 мг/м количество затравоч ных центров меньше 20, что приводит к резко гу понижению ударной прочности карбамидных гранул. Кроме того, требуемое количество материала дл  создани  затравочных кристаллов зависит, хот  и в значительно меньшей степейи, от размера капель распьш емого расплава карбамида. При получении гранул карбамида с диаметром 1 - 3 мм хорошие результаты достигаютс  в том случае если в 1 м охлаждающего газа находитс  8 - 25 мг материала, t создающего затравочные кристаллы, с размерами частиц 2-10 мкм. Количество частиц с диаметром 10 мкм в 1 м охлаждающего газа 0,01 х 10 а с диаметром 2 мкм - 4,5 х Ю .. В качестве материала, создающего затравочные кристаллы, предпочтительно использовать частицы карбамида . Эти частицы могут быть получены путем размалывани  гранул или кристаллов карбамида. Дл  обеспечени  хорошего размалывани  и надежного перемещени  в трубопроводах к кристаллическому карбамиду может быть добавлено вещество, предотвращающее слипание, например соли вые-.

ших жирных кислот кальци , магни , цинка и алюьшни , глина, кальцит талька, предпочтительно стеарит кальци .

Дл  исследовани  способности затравки частиц мочевины в отношении их массы провод т р д опытов. Во врем  этих опытов на метал лическую пластину подают непрерьшный поток кристаллической мочевины, с помощью электричества ее нагревают до темно-красного калени  приблизительно при ЗООС, Мочевина полностью испар етс , образу  густое облако чрезвычайно мелких частиц (диаметр менее 2 мкм). Затем это облако ввод т в воздух, который используют дл  охлаждени  капель отверждаемой расплавленной мочевины в пилотной отверждающей установке, Образование пыли частиц мочевины в донной части этой колонны подавл ют дл  того, чтобы только затравочные частицы попадали вместе с воздухом. Даже при низкой относительной влажности воздуха образованные таким образом частицы мочевины отлича ютс  пластинообразной кристаллической структурой. Так как такие частицы образовались в отсутствие затравочного материала, то они имеют нечеткую конфигурацию (см. фиг. 1). Частицы мочевины с такой пластинообразной структурой, обладают ударной прочностью около 5-15%. Концентрадию тумана мочевины в охлаждающем воздухе не измер ют , однако ввод т все увеличивающис  количества до тех пор, пока видимость внутри колонны после добавлени не ограничитс  менее чем 2 м (это составл ет концентрацию свьше 100 мг/м). Кроме неэффективного затравливани  капель мочевины применение таких туманов мочевины в качестве затравочного материала приводит , к значительному вьщелению пьши из колонны отверждени .

Кроме того в опытах на пилотной установке изучают вли ние размера и концентрации этавочных частиц, вводимых в охлаждающий воздух, на ударную прочность полученных частиц мочевины.

Установлено, что в случае присутстви  в охлаждающем воздухе частиц кристаллической мочевины значительно повышаетс  ударна  прочность частиц

причем кристаллические частицы мочевины имеют эффективный диаметр 2-10 мкм, их количество приблизительно- 8-25 мг/м охлаждающего воздуха . Полученные таким -разом частицы мочевины имеют ударную прочность до 90% (около 90% частиц остаютс  неразрушенными или неповрежденными в тесте на выстреливание), 25 и более затравочных точек и иглообразную кристаллическую структуру (см. фиг. 2). Кристаллическа  структура таких частиц не показывае общей ориентации, а ориентаци  продолговатых кристаллов, по-видимому, приводит к повышенной ударной прочности .

Эти опыты повтор ют на заводской установке, где смонтированы приспособлени  дл  введени  15 мг/м мелких частиц мочевины (2-10 мкм) в охлаждающий воздух. Отбирают 93 образца полученных при этом кусочков мочевины в произвольные дни из Донн части колонны отверждени  в течение 6 мес.

Определ ют ударную прочность гранул , %:

Наблюдение

268-72

373-77

478-82

583-87

688-92 Средн   ударна  прочность дл 

этого набора образцов 83,5% с разбросом только 4,5%.

Способ определени  ударной прочности Гранул включает пневматическо выстреливание гранул в стальную платину со скоростью 20 м/с под углом 45° , Количество (%) оставшихс  це-. львии при таком испытании гранул принимаетс  за значение ударной прочности.

Расплав, .подлежащий распыпению, . может быть получен испарением карбамидных растворов или путем плавки кристаллов карбамида. Если распыл етс  расплав, который был получен путем плавлени  кристаллов карбамида предпочтение должно быть отдано расплавлению в присутствии распыл ющих устройств, например, расположенных в верхней части башни дл  получени  гранул с тем, чтобы как можно более надежно предотвратить 7 1 образование биурета. Кристаллы подаютс  предпочтительно пневматически в верхнюю часть башни дл  получени  гранул, отдел ютс  от транспортирующего газа при помощи циклона и затем расплавл ютс , Услови  работы циклона должны быть выбра ны таким образом, чтобы транспортирующий газ содержал частицы с размерами 2-10 мкм. После выхода из циклона транспортирующий газ, в котором рассе ны мелкие частицы карбамида , может быть полностью или частично добавл ем к охлаждающему газу, подаваемому в охлаждающую зону , в результате чего количество создающего затравочные кристаллы материала, который получаетс  путем размалывани , может быть уменьшено В процессе затвердевани  распыл емых капель при превращении их в гранулы образуютс  большие и/или меньшие кристаллы в зависимости от способа и скорости охлаждени . Ударна  прочность гранул, состо щих из маленьких кристаллов с произ вольной ориентацией, значительно выше, чем ударна  прочность гранул, состо щих из больших кристаллов, им1еющих по существу такую же ориентацию . Образование небольших кристаллов в грануле увеличиваетс , ког при температуре кристаллизации капл вступает в контакт с большим количеством мелких частиц материала, со дающего затравочные кристаллы, при (ЭТОМ мелкие частицы выполн ют функцию центров кристаллизации. Зависимость между количеством центров кристаллизации и ударной проч ностью определ етс  эксперимеитально дл  гранул со средним диаметром около 2 мм (т.е. 50% гранул имеет диаметр равный или больше 2 мм) с максимальным отклонением диаметра плюс или минус 40% (см. фиг. 3). По оси ординат откладывают значени  ударной прочности, а по оси абсцисс количество центров кристаллизации н одну гранулу (ударную прочность определ ют списанным выше способом График (фиг. 3) показывает, что дл  достижени  ударной в зкости 70% требуетс  по крайней мере 10 центров кристаллизации на гранулу, имеющую диаметр 2 мм. Дл  достижени  ударной в зкости 80% требуетс  наличие по крайней мере 20 центров кристаллизации на гранулу с диаметром 2 мм. На практике это означает , что дл  получени  гранул с хорошей ударной в зкостью из 1000 кг расплава карбамида требуетс  около 0,125-0,375 кг кар.бамидной пыпи с размерами частиц 2-10 мкм. Установлено, что с увеличением относительной влажности охлаждающего газа требуетс  большее количество материала, создающего затравочные кристаллы, дл  достижени  соответствующей ударной прочности. В качестве охлаждающего газа может быть использован любой газ, инертный по отношению к карбамиду, например воздух, азот и двуокись углерода (на практике, как правило, используетс  воздух) Вьщ1еуказанные количества материала, создающего затравочные кристаллы, достаточны дл  получени  гранул при наивысшей относительной влажности воздуха. Материал, создающий затравочные кристаллы, подаетс  в охлаждающую зону в одном месте или в нескольких местах и как можно более равномерно распредел етс  в указанной зоне. Когда воздух поступает в колонну отверждени , температура его повышает вследствие теплообмена с падающими капл ми и твердыми частицами. Можно определить точную температуру цоднимающегос  во,здущного потока в каждой точке колонны отверждени . По результатом экспериментов, а также по литературньв данным можно построить график. Различие jB давлении вод ного пара между частицами мочевины и воздуха тем выше,, чем выше температура. Хороша  затравка возможна только тогда, когда давление вод ного пара частиц мочевины в месте ввода равйо или вьше давлени  вод ного пара воздуха, так что вода вовсе не захватываетс  частицами . При самой высокой возможной температуре, напрш ер (303 К), давление вод ного пара воздуха составл ет 0,042 бар, что соответствует температуре частиц мочевины 310 К ( ). По мере того как частицы с размерами 2-10 мкм достигают комнатной температуры, хорошую затравку получают, когда частицы ввод т в колонну отверлздени  на уровне , где температура составл ет по крайней мере . Дл  поддержани  распределени  мелких частиц карбамида в охлаждающей зоне давление паров воды охлаждающего воздуха должно быт при любом местном состо нии атмосферы меньше или равно давлению паров воды частиц карбамида при температуре охлаждающего воздуха. Если давление паров воды охлаждающего воздуха больше, частицы карбамида могут даже раствор тьс , так что эффект образовани  центров кристаллизации будет полностью потер н. Следователь но, место подачи материала, создающего затравочные кристаллы, выбирает с  таким образом, чтобы охлаждающий воздух у этого Места нагревалс  до такой степени, что давление паров воды воздухабыло меньше или равно давлению паров воды материала, создающего затравочные кристаллы. Поток воздуха, подающий материал, создающий затравочные кристаллы, в охлаждающую зону должен иметь низкое давление паров воды. Дл  этой цели воздух может быть подсушен или подогрет, например, до 50°С. Помимо мелких фракций карбамида в качестве материала, созданнцего затравочные кристаллы, могут использоватьс  другие вещества, например мел, гипс, хлористый калий. Однако при использовании этих веществ полу чаемые гранулы карбамида загр зн ют с  ими и станов тс  менее пригодными дл  дальнейшего использовани . Пример. В башне дл  получени  гранул, имеющей высоту 52-м, распыл ют 40000 кг/ч. 99,8%-ного расплава карбамида (температура рас плава ).при помощи вращающегос распылител  гранул, имеющего диамет отверсти  около 1,3 мм. В четырех местах по периферии башни дл  получени  гранул смесь воздуха и частиц карбамида, размер которых в среднем 4 мкм при диапазоне размера 2-10 мк вдуваетс  в башню через трубы при помощи эжектора и распредел етс  ра номёрно. Частицы получают путем размалывани  гранул карбамида, к которым добавлен стеарат кальци  в количест ве 3 вес.%. Приготовление затравочного материала провод т размалыванием кристаллической мочевины в аэродинамической мельнице. Давление аэродинамической мельницы регулиг -от на определенном уровне. В результате этого более 80% полученной измельченной мочевины имеет размеры частиц 2-10 мкм, менее 10% ниже 2 и менее 10% более 10 мкм. Нет необходимости отдел ть фракцию 2-10 мкм. Тастицы , имеющие размеры нижнего и верхнего пределов, вместе с большей частью фракции 2-10 мкм унос тс  из головной части колонны отверждени  расплавленной если разбрызгиванием вместе с воздушным потоком. Частиць удал ют из воздушного потока , например, путем фильтрации и/или очистки газа, и мочевину возвращают в процесс, например, на стадии концентрировани  и вьтарива-ни . Скорость перемещени  в трубах 35 M/cJ относительна  влажность транспортирующего воздуха 30%. Отверсти  дл  пода.чи материала, создающего затравочные кристаллы, в баш ню дл  получени  гранул расположены на 20 м ниже распылител  гранул. В донную часть башни подаетс  охлаждак )щий воздух, который перемещаетс  в противоположном направлении по отношению к направлению перемещени  расплава карбамида, в количестве 600000 м/ч с входной температурой . Средн   температура гранул на выходе гранул ционной башни и колебл тс  от 50 до 74 °С в зависимости от температуры окружающего воздуха. Средн   температура воздуха на выходе гранул ционной башни и колеблетс  от 48 до . Средний диаметр полученных гранул 2,OtO,1 мм. Количество материала, создающего затравочнь1е кристаллы, мен етс  во врем  экспериментов, которые провод т при различной относительной влажности охлаждающего воздуха. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

п

Как видно из табл. 2, дл  достижени  одинаковой ударной прочности требуетс  большее количество материа-95 ла, создающего затравочные кристаллы, при высокой относительной влажности, чем при низкой относительной влажности.

12

11А5924 Т-а блица 2

Ударна  прочность гранул, полученных предлагаемьм способом, выше ударной прочности гранул, полученных известным способом, т.е. без применени  материала, создающего затравочные кристаллы.

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ КАРБАМИДА, включающий пропускание падающих капель расплава карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной прочности гранул, в охлаждающей зоне поддерживают содержание частиц карбамида с размерами 2-10 мкм в количестве 8 - 25 мг на 1 м³ воздуха .

Фиг. 1

2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчения кристаллического карбамида.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что частицы карбами да подают в охлаждающую зону в таком месте, что при всех местных атмосферных условиях давление паров воды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паров воды частиц при температуре охлаждабщего воздуха.