SU520881A3 - Способ получени гранулированной мочевины - Google Patents

Description

1

Изобретение касаетс  способа производства гранулированной мочевины, котора  прессуетс  в листы или в другие формы.

В насто щее врем  в качестве удобрени  широко npi. .ен етс  гранулированна  мочевина , имеюща  форму гранул диаметром примерно 1-2 мм. Причиной, Вызывающей необходимость формовани  мочевины в определенную форму,  вл етс  тенденци  кристаллической мочевины к слеживанию. Это происходит в результате того, что кристаллы мочевины имеют малые размеры и, кроме того, они гигроскопичны. Слежавша с  мочевина обладает большой твердостью и крайне неудобна в дальнейшей обработке. Отсюда вытекает необходимость в уменьшении площади поверхности мочевины, чтобы таким образом воспреп тствовать абсорбции влаги. Среди разнообразных способов гранулировани  мочевины следует отметить широко примен ющийс  способ, включающий инжекцию или пропускание расплавленной, практически безводной, мочевины сквозь сопло в гранул ционную башню, в которой расплавленна  мочевина охлаж;,аетс  в результате контакта с охлаждающим газом таким, как, например, воздух .

Кроме указанного способа, известен также способ, заключающийс  в получении гранул в виде чещуек, включающий охлаждение расплавленной мочевины на холодной поверхности с последующим дроблением отвержденной мочевины и превращением ее в чешуйки, атакже опособ, включающий охлаждение при

помощи масла, по которому осуществл етс  инжекци  расплавленной мочевины в охлаждающую среду, напримео в минеральное масло . Указанным способам присуще общее отличие , заключающеес  в полном расплавлеНИИ мочевины, хот  бы один раз за врем  технологического процесса.

Существуют также способы механического гранулировани , например экструзи  и таблетирование, прессование кристаллических х.атериалов, в частности, в листы с последующим их дроблением на гранулы.

Способы, по которым используют полностью расплавленную мочевину, гранулирование с образованием чещуек и способ,

включающий масл ное охлаждение, имеют недостатки: все они требуют наличи  вод ного пара дл  превращени  твердой мочевины в практически безводный плав, а также не предотвращают образовани  биурета, что происходит в результате пребывани  мочевины в расплавленном состо нии в течение продолжительного времени. Кроме того, применение гранул ционной башни значитель ной стоимости приводит к загр знению окру жающей среды, что происходит в результате уноса измельченных в мелкий порошок частиц мочевины, попадающих в охлаждающий воздух, отвод щийс  из бащни. При использовании методов механического гранулировани  давление пор дке несколь ких килограммов на квадратный сантиметр еще недостаточно дл  того, чтобы придать соответствующую твердость гранулам, в то врем , как такое давление совершенно доста точно при использовании способов, включающих плавление мочевины. В случае применени  механических способов формовани  мочевины дл  получени  значительной твердости требуетс  дорогосто щее оборудование. Если сравнить способ гранулировани  в башн х со способом гранулировани  при помощи механического давлени , то оказываетс , что последний более выгод н с точки зрени  качества продукции, а первый с точки зрени  производительности на единицу аппаратуры. Недостатком способа механичес кого гранулировани , как уже отмечалось,  вл етс  необходимость создани  высокого давлени  дл  получени  прочных гранул. Цель изобретени  - получение гранулиро ванной мочевины, обладающей значительной твердостью. Особенностью изобретени   вл етс  добавление к кристаллической мочевине перед прессованием вещества,выбранного из р да, состо щего из расплавленной мочевины, содержащей воду в количестве менее 5 вес.%, высокомолекул рного вещества, например парафинового воска, способного плавитьс  или опекатьс  при температуре в интервале от 50 до 130 С, или альдегида, способного химически взаимодействовать с мочевиной . Добавление любого из идентифицирован ных выше веществ увеличивает твердость гранулирсжанной мочевины. В соответствии с изобретением гранулированную мочевину изготовл ют путем прессовани  предварительно нагретой до температуры 50-132°С кристаллической мочевины под давлением, равным по крайней мере 2 кг/см , в какую-либо подход щую форму например листа или сферическую. Исходное сырье (мочевину) смешивают с расплавленной мочевиной. Гранулированную мочевину получают, например, путем дроблени  мочевины , сформованной в форму листа, по указанному методу с последующим отбором гранул трч-буемого размера. Примен ема  по изобретению мочевина может быть получена любым способом. Способ изготовлени  мочевины из аммиака и двуокиси углерода хорошо известен. В общем случае эти способы включают реакцию аммиака и двуокиси углерода в мол рных соотношени х от 2 до 4 моль первого и 1 моль последнего при температуре 13О-210°С и давлении 70-ЗОО атм. При этом теоретически получают от 30 до 75% мочевины. Избыток аммиака и не вступивший в реакцию аммиак так же, как и двуокись углерода , выдел ют из полученной мочевины и затем конденсируют дл  повторного цикла. Например , промышленную мочевину получают реакцией аммиака и двуокиси углерода при высоких температуре и давлении. Така  реакци  протекает в соответствии со следующими формулами: NH COONHa NH.COONH. ,+H,0 Мочевина в кристаллической форме может быть получена путем выделени  непрореагировавшегос  карбаминовокислого аммони  из синтетического раствора мочевины с последующим концентрированием водного раствора мочевины, или в виде гранул - путем сушки распылением концентрированного раствора . Мочевина может содержать воду в количестве менее 5 вес.%. Предпочтительна мочевина с гранулами, проход шими сквозь сито с отверсти ми 20 меш и задерживаю- шимис  ситом с отверсти ми 60 меш. Расплавленна  мочевина, вводима  в твердую мочевину, может содержать менее 5 вес,% воды и.должна сохран ть температуру в диапазоне от точки плавлени  мочевины , т.е. 132 С, до 115 С. Расплавленную мочевину добавл ют в количестве 550 вес,%, преимущественно 15-35 вес.%, относительно кристаллической; если количество расплавленной мочевины превышает 50 вес,%, то способ по существу идентичен способу охлаждени  расплавленной мочевины, кроме того, продукт с трудом извлекаетс  из прессующей аппаратуры; если количество расплавленной мочевины менее 5 вес,%, необходимо увеличение давлени  формовани . Смешение кристаллической и расплавленной мочевин ведут в любой аппаратуре, позвол ющей получить однородную смесь, лучще В месильной машине, но можно также осуществл ть в черв чном питателе, который служит дл  подачи исходного сырь  в прес- совочно-формовочную аппаратуру. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить отверждение расплавленной мочевины во врем  смешени . Таким образом , представл етс  необходимым, например, предварительный нагрев кристаллической мочевины до температуры в пределах от 50 С до точки плавлени  ее, или необходимо обогревать аппаратуру дл  смешени .

Механические услови  прессовани  и формовани  выбирают такими, чтобы температура находилась в пределах 50-132°С и ниже точки плавлени  мочевины и давление по крайней мере было 2 кг/см2. Если , температура ниже 50 С, невозможно получить продукт со значительной степенью тве|эдости, даже если давление составл ет 10О кг/см л выше. Верхний температурный предел определ етс  точкой плавлени  используемой мочевины и понижаетс  по сравнению с точкой плавлени  чистой мочевины по мере увеличени  содержани  воды. В том случае, когда давление ниже 2 кг/см -, невозможно получить продукт, обладающий значительной степенью твердости, даже если температура повышаетс  почти до точки плавлени  мочевины . Верхний предел давлени  теоретически не определ етс  и зависит только от экономических факторов.

Твердость полученной мочевинытем выше чем Выше температура или давление прессовани . В случае, когда изготавливаетс  мочевина определенной степени твердости, давление прессовани  может быть понижено за счет увеличени  температуры. Предпочтительные услови  формовани  следующие: температура 70-13О С, давление 5-100кг/см. Врем  прессовани  обычно менее 6О сек. В любом случае врем  прессовани  должно быть достаточным, чтобы обеспечить при заданной температуре и давлении твердость, рав- ную по крайней мере 0,5 кг. Услови  формовани  могут.быть см гчены путем увеличени  содержани  воды в мочевине. Вода или водный раствор мочевины (которые могут иметь температуру от 30 до 140 С и содержит от 10 до 95 вес.% мочевины) могут быть введены в кристаллическую мочевину из расчета содержани  воды в мочевине 0,5-5%.

Согласно изобретению, в мочевину ввоц т высокомолекул рное соединение, например воск, способное плавитьс  или спекатьс  при температурах SO-13O С, в количестве от 1 до 50 вес.% мочевины, или альдегид, способный реагировать с мо- евиной , например формальдегид, ацетальдегид, изомасл иый альдегид, в количестве от 0,001 до 0,О5 моль на 1 моль кристаллической мочевины , При формовании мочевины могут быть о.обавлены гербициды, инсектициды, бактерицидь , ингибирующие нитрование агенты красители, пигменты и т.д. Возможно введение следующих высокомолекул рных веществ полиэтилметакрилат, атактический полипропилен , полистирол, полиэтилен, поливиниловый спирт, метилолмочевина, метилированна  метилолмочевина и метилолмеламин, а также разнообразные воски,включа  животные, например пчелиный, минеральные, например озокерит и парафин, и синтетические, например микрокристаллический воск (церезин) и окисленный микрокристаллический воск,

Дл  формовани  мочевины предпочтительны вальцы, имеющие на обеих поверхност х полукруглые вогнутые углублени . вальцами пропускают исходный материал. Поскольку цель изобретени  - формование мочевины путем ее сжати  под воздействием тепла, дл  достижени  этой цели может быт использована люба  аппаратура, выполн юща  эти функции. Таким образом, аппаратура не ограничиваетс  наличием вальцев.

Дл  получени  гранулированной мочевины в соответствии с изобретением необходимо осуществить ее механическое сжатие до формы листа толщиной предпочтительно менее 10 мм, чаще 1-5 мм, дробление с помощью дробилки, а затем отобрать гранулы, щие требуемый размер (1-4 мм). Грануль большего размера вновь дроб т, а грануль меньшего размера возвращают на повторную обработку. При необходимости раздробленные гранулы могут быть подвергнуты механической обработке или помещены в струю нагретого воздуха, чтобы получить лучший эффект плавлени , необходимый дл  закруглени  краев раздробленных гранул.

По изобретению мочевину прессуют при повыщенной температуре, причем этот способ не должен рассматриватьс  как комбинаци  механического давлени  при нормальных температурах, а также способа, в котором мочевина расплавл етс  полностью, как было указано выше. Услови  нагрева по изобретению, имеют большое значение.

В рассматриваемом случае вода, содержаща с  в кристаллах мочевины, не диспергируетс  равномерно по всему кристаллу, а распредел етс  на поверхности его. Таким образом, точка плавлени  влажной гюверхногти ниже, чем точка плавлени  в центральной части кристалла, и кристалл мочевины плавитс  в этой поверхностной зоне без нагрева до крайне высокой температуры . Кристалл мочевины имеет тонкую игольчатую форму. Поскольку пространства между отдельными кристаллами могут ; ассматриватьс  как непрерывные KanHn,:Hijbi, пла.Бление осуществл етс  путем быстрого проникновени  плава в эти капилл ры. Обработка прессованием в таком состо нии облегчает проникание пла :а и вызывает по вленне мостового эффекта, который до насто щего времени не был описан или обнаружен по другим методам, Как при начальном нагреве, так и при тепловой обработке , в процессе прессовани  некоторое количество воды испар етс , а это способствует увеличению прочности полученного после формовани  продукта. Усиливающее дейст вие плавлени  по периферии, вызванное нагревом , и пол гченный мостовой эффект, основанный на проникании плава под давлением , должны рассматриватьс  как эффектив ные услови  дл  получени  твердого продукта . Если Выполн етс  кака -либо одна из Этих операций, например одно прессование то плав проникать не будет и потребуетс  крайне высокое давление дл  получени  мостового эффекта, что происходит в результате небольшого количества воды, пере носимого кристаллами мочевины. С другой стороны, одна только теплова  обработка затрудн ет хорошее проникновение плава и сходна с полным плавлением кристаллов. Следовательно, В этом случае невозможно получить твердый продукт, кроме того, возникают затруднени , св занные с дением. Практически изобретение обеспечивает р д технических преимуществ. Во-первых, плавление или спекание только части мочевины достаточно, чтобы получить св зующий эффект дл  кристаллов мочевины и, сл довательно, количество теплоты достаточно дл  формовани  гранул. Во-вторых, посколь ку количество тепла, необходимое дл  формовани , мало, то количество тепла, подле жащее охлаждению, тоже будет небольшим Таким образом, отпадает необходимость в больших башенных холодильниках, что сниж ет стоимость оборудовани  и предотвращае возможные аварии таких бащенных холодил ников. В-третьих, врем  нагрева короче, а температура нагрева ниже по сравнению с этими параметрами способов, по которым осуществл етс  полное расплавление мочев ны. Следовательно, образование биуретапрактически предотвращаетс . Уменьшение времени нагрева и применение пониженных температур позвол ет также формовать или гранулировать мочевину, внесенную в какой-либо сельскохоз йственный агент или другой продукт, легко восприимчивый к декомпозиции при высоких температурах . Даже в том случае, когда в мочевину вводитс  какое-либо высокомолекул рное соединение, обладающее низкой температурой плавлени , например воск, который добавл ют дл  предотвращени  увлажнени  или дл  контрол  расплавлени , то и тогда не происходит образовани  двух фаз, как это имеет место в случае применени  способа полного плавлени . Это значительно упроща-ет технологический процесс. Способ механического формовани  требу ет Высоких давлений - пор дка нескольких сотен килограммов на квадратный сантиметр, тогда как дл  осуществлени  способа по изобретению требуетс  давление пор дка нескольких дес тков килограммов на квадратный сантиметр. И,-наконец, введение расплавленной мочевины в кристаллическую позвол ет преодолеть недостатки, присущие использованию прессовочно-формовочной аппаратуры с вальцами. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ. Пример 1, 40-граммовые образцы кристаллической мочевины, содержащей 0,2 вес.% воды и 0,1 вес.% биурета, загружают в металлическую пресс-форму, поддерживаемую при температуре плавлени , приведенной в табл. 1. Образцы вьщерживают в ней 3 мин, затем прессуют под давлением, приведенным также в табл. 1, в течение 15 сек до образовани  листов толщиной примерно 2 мм. Из каждого листа изготовл ют образцы в виде треугольников со сторонами 5 мм, которые испытывают на твердость. Содержание биурета было измерено дл  каждого образца. Полученные результаты прив-едены в табл. 1 Таблица 1

Да1.1ение прессоваКИЯз ,

кг/см

Определ етс  по нагрузке, необходимой дл 

Пример 2. 1 ОО-граммовые образы кристалли-1еской мочевиныг содержащей ,2% влаги и ОД% биурета, предварительно 5грезают до 130 С. Затем образцы из одэрОд ..-10Й смеси кристаллической мочевины с О вес.% расплавленной мочевины (относиэг .ьв:о кристаллической мочевины), наход ейс  гфк температуре 140 С и содержаей влаги и О,3% биурета, прессуют листы под различным давлением. Врем 

Из та т. 2 видно, что содержание биурета гае-лСд посто нным независимо от величиf дав. -ни  прессовани , что добавка расзлевуой ;дсчевкны придает образцам более i

формовани  в каладом примере составл ет 1 сек. Затем листы охлаждают до 50 С и дроб т. Образцы, имеющие средний диаметр 3-5 мм, испытывают на твердость, как в примере 1.

Результаты приведены в табл. 2. Кроме того, определ ют содержание биурета. Образцы без расплавленной мочевины содержат 0,12% биурета, образцы с расплавленной мочевиной 0,15%.

Таблица 2

высокую твердость, чем твердость образцов без расплавленной мочевины.

Claims (2)

1. Пример 3. Два вальца, расположенные лицевой поверхностью один к другому, разрушени  испытуемого образца. диаметр 12,5 см и длину 20 см, вращс..отс  в противоположных направлени х со скоростью 7 об/мин. Кристаллическую мочевину, нагретую до температуры НО С, содержащую 0,5 вес.% воды и 0,1 вес.% биурета, подают со скоростью 1650 г/мин в пространство между вальцами и прессуют под давлением 50 кг/см в виде листа. Тем пература вальцев 110°С, а врем  прессовани  0,2 сек. Полученную мочевину дроб т, затем собирают гранулы размером пор дка 5-16 меш. Более крупные куски подвергают повторному лроблению, после чего снова собирают гранулы размером 5-16 меш. Их количество 73 вес.% от веса листа мочевины . Малые гранулы подвергают рецир ,, кул ционной обработке, включающей плавление . Получают гранулы, обладающие твердостью 3,0 кг, содержащие 0,107 вес.% биурета. При гранулировании по способу, по которому гранулы получают путем расплава исходной мочевины при температуре 14О С с последующим капанием плава из сопла и ох лаждением капель воздущной струей, твердость гранул 0,5 кг, а содержание биурета 0,40 вес.%. Пример 4. Кристаллическую мочевину , содержащую 0,2% влаги и 0,1% биурета , смещивают до получени  однородной смеси в черв чном питателе с 50 вес.% расплавленной мочевиной (140 С, 0,2%влаги и 0,3% биурета), количество которой со ставл ет 5О вес.% по отнощению к кристал лической мочевине. Смесь непрерывно подают в установку, описанную в примере 3, до тех пор, пока не затвердеет расплавленна  мочевина. Давление между вальцами 10кг/см а температура равна температуре окружаю щей среды. Толщина прессованного листа 1,5 мм. Из прессованного листа отбирают п ть образцов, испытывают на твердость в соответствии с примером 1. При этом полу чают следующие результаты (в кг): 2,7; 2,7; 2,60; 2,4; 2,0 (в среднем 2,5 кг). Содержание биурета 0,17%. Пример 5. Кристаллическую мочевину смещивают с 37 вес.% формалина в количестве 0,01 моль на 1 моль мочевины Образцы изготовл ют в аппаратуре, указанной в примере 3, а также в соответствии с методикой, изложенной в примере 3. Температура прессовани  80 С. давление 7О кг/см Гранулы размером 5-16 мещ из такой мочевины составл ют 80 вес.% от веса листа, твердость их 3,2 кг. Пример 6. Кристаллическую мочевину примещивают к Ю вес.% порошкового парафина. Смесь прессуют и дроб т по при81 меру 3. Получают гранулы с поверхностью, покрытой воском. Температура формовани  7О С, давление 10О кг/см. Гранулы размером 5-16 мещ составл ют 65 вес.% к весу листа, твердость их 2,5 кг. Гранулированна  мочевина, полученна  по изобретению в виде блоков или щариков, любого пригодного размера, имеет гладкую поверхность, обладает достаточной плотностью , даже внутри транул. Это позвол ет примен ть мочевину в качестве удобрени , например, дл  морских водорослей, В примерах 2 и 4 показано значительное увеличение твердости гранул мочевины, обусловленное добавлением расплавленной мочевины . Пример 6 иллюстрирует увеличение твердости при добавлении парафинового воска . Гранулы мочевины, полученные в этом примере, имеют твердость 2,5 кг. В примере 1 прессованию - гранулированию при температуре формовани  80 С и давлении формовани  100 кг/см подвергают мочевину без добавки, причем образуютс  гранулы мочевины твердостью 1,9 кг. Чем выще температура , тем тверже получаемые гранулы мочевины , поэтому твердость гранул мочевины, полученной в соответствии с услови ми, указанными выще, в примере 1, должна быть выше твердости гранул мочевины, полученной в примере 6. Однако твердость гранул в примере 6 выще, чем твердость гранул в примере 1. Следовательно, добавление воска повышает твердость гранул мочевины. Аналогично добавка формалина к кристаллической мочевине увеличивает твердость гранулированной мочевины (примеры 1 и 5). Кроме того, когда примен ют прессующий гранул тор с валками, добавление расплавленной мочевины предотвращает так называемую утечку исходного материала в зазоры между валками. По этой причине прессование исходного материала может быть значительно облегчено. Формула изобретени  1. Способ получени  гранулированной мочевины , заключающийс  в том, что кристаллическую мочевину, предварительно нагретую до телтературы в пределах от 50 до 132 С, прессуют при температуре ниже точки плавлени  мочевины под давлением не менее 2 кг/см , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  твердости гранулированной мочевины, перед прессованием к кристаллической мочевине добавл ют вещество, выбранное из р да,состо щего из расплавленной мочевины, содержащей воду в количестве менее 5 вес.%, высокомолеку1352О8 л рного соединени , например парафинового , способног-о плавитьс  или спекатьс  при температуре в интервале от 50 до 130 С, и альдегида, способного химически взапмодействовать с мочевиной. т
2. 2. Способ поп. 1,отлича-ющ и и с   тем, что расплавленную мочевину добавл ют в количестве от 5 до 5О% по весу в расчете на кристаллическую мочевпну . . Способ по п. 1, отличающ и и с   тем, что высокомолекул рное 114 вещество, например парафиновый воск, добавл ют в количестве от 1 до 50% по весу В расчете на кристаллическую мочевину. 4. Способ по п. 1,отличающ и и с   тем, что альдегид добавл ют в количестве от 0,001 до 0,05 моль на 3 моль кристаллической мочевины, Приоритет по пунктам: 22.01.70 по п. 1 (кроме признака введени  расплавленной мочевины) и пп. 3-4. 08.О9.70 по п. 1 (признак введение расплавленной мочевины), и по п. 2.