Автор: Кочетков В.Н.
Теги: сельское хозяйство издательство химия удобрения гранулирование минеральных удобрений
Год: 1975
Текст
'В.Н.Кочетков,
Гранулирование
минеральных
удобрений
Производство
минеральных
удобрений
В. Н Кочетков
Гранулирование
минеральных
удобрений
МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ; 1975
632.82/.85 : 66.099.2
УДК------------------
Кочетков В. И.
Гранулирование минеральных удобрений. М., «Химия»,
1975.
224 стр.; 28 табл.; 87 рис.; список рекомендуемой литера-
туры.
В книге приведены основные положения теории гранули-
рования минеральных удобрений. Дана классификация спосо-
бов гранулирования. Описаны технологические схемы и мето-
ды гранулирования порошкообразных веществ, удобрений из
расплавов, а также порошкообразных смесей в присутствии
растворов и плава. Рассмотрены грануляторы различных кон-
струкций. Освещены вопросы регулирования и контроля про-
цесса.
Книга предназначена для подготовки и повышения квали-
фикации рабочих и других категорий эксплуатационного пер-
сонала предприятий минеральных удобрений. Она может быть
полезной также широкому кругу работников, занимающихся
исследованием, проектированием и практическим применением
процессов гранулирования и тукосмешения.
к. ЗИМ 059
„050 (01)-75
© Издательство «X и м и я», 1975.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.......................................................... 6
Введение............................................................. 9
Глава 1. Гранулирование порошкообразных удобрений методом прессо-
вания ............................................‘................. 13
Основы метода прессования.....................................И
Технология прессования на валковых прессах....................16
Общая схема................................................16
Валковый пресс.............................................17
Влияние условий прессования на процесс образования плитки и
качество гранул...............................................20
Производство сложных удобрений............................25
Производство одинарных удобрений..........................30
Возможные неполадки, их причины и способы устранения . . 33
Технология прессования на таблеточных прессах.................35
Общая схема................................................36
Таблеточный пресс..........................................36
Влияние условий прессования на процесс образования таблетирован-
ных удобрений и их качество......................................39
Возможные неполадки, их. причины и способы устранения . . 48
Глава 2. Гранулирование порошкообразных удобрений в присутствии
растворов и плавов...................................................50
Основы метода.................................................. 50
Гранулирование в аппаратах типа аммоиизатор-гранулятор ... 63
Производство нитроаммофоски...................................66
Производство сложно-смешанных удобрений.......................68
Производство уравновешенных удобрений на основе аммофоса . 70
Производство карбоаммофоски...................................71
Определение кратности ретура ................................ 72
Аммонизаторы-грануляторы......................................73
Возможные неполадки, их причины и способы устранения . . 84
Гранулирование в аппаратах барабанного типа .................... 84
Производство сложно-смешанных удобрений на основе суперфос-
фата и аммиачной селитры......................................85
Производство сложно-смешаниых удобрений на основе карбамида
и суперфосфата................................................87
3
Производство сложно-смешанных удобрений на основе фосфатов
аммония и карбамида...........................................87
Режимы гранулирования сложных и сложно-смешанных удобрений
в аммонизаторах-грануляторах н барабанных грануляторах . 88
Производство простого суперфосфата............................92
Производство аммонизированного суперфосфата . . . 97
Производство двойного суперфосфата камерным методом . . 99
Производство гранулированного суперфосфата без сушки . 99
Барабанные грануляторы.....................................101
Определение кратности ретура ............................... 105
Возможные неполадки, их причины и способы устранения . . 106
Гранулирование в аппаратах с внутренним ретуром...................ПО
Производство нитроаммофоски................................110
Сравнение аппаратов с внутренним ретуром с аппаратами других
типов...................................................... 112
Гранулирование в аппаратах типа сферодайзер и БГС................112
Производство нитрофоски с применением серной кислоты . . . 114
Производство нитроаммофоски..................................116
Производство аммофоса ........................................П7
Сферодайзеры и БГС...........................................118
Возможные неполадки, их причины и способы устранения . . 124
Гранулирование в шнеках-грануляторах.............................126
Производство нитроаммофоски..................................128
Производство аммофоса........................................130
Производство полифосфатов аммония............................135
Производство сложных удобрений на основе карбамида и поли-
фосфатов или фосфатов аммония................................136
Производство двойного суперфосфата поточным способом . . 137
Шнеки-грануляторы............................................140
Гранулирование в дисковых (тарельчатых) грануляторах .... 142
Производство фосфорных удобрений.............................148
Производство комплексных удобрений на основе аммиачной селит-
ры и карбамида..............................................149
Производство сложных удобрений...............................151
Дисковые (тарельчатые) грануляторы...........................151
Гранулирование методом экструзии.................................155
Гранулирование в кипящем слое . . 157
Способы подачи в слой материалов и теплоносителя (тепло- и
массообменные процессы)........................ ... 158
Элементы гидродинамики в аппаратах кипящего слоя .... 163
Газораспределительные и выгрузочные устройства аппаратов ки-
пящего слоя.................................................167
Время пребывания и скорость роста частиц в кипящем слое . 169
Гранулирование удобрений в кипящем слое . . . 170
Производство сложно-смешанных удобрений в виде двухслойных
гранул......................................................172
Производство карбамида.................................. ... 176
Производство аммиачной селитры..............................179
Гранулирование в сушильно-грануляционных агрегатах (РКСГ) . . 179
Производство нитроаммофоски..................................180
Производство аммофоса........................................181
Производство метафосфата калия . ........ 182
Аппарат РКСГ.................................................184
Возможные неполадки, их причины и способы устранения . 186
Глава 3. Гранулирование минеральных удобрений из расплава . 190
Основы гранулирования из расплава ............................. 191
Гранулирование сложных удобрений ... ..............196
Производство нитроаммофоски..................................196
Производство смеси фосфатов и полифосфатов аммония и слож-
ных удобрений на их основе..........................198
Производство тонкодисперсного моноаммонийфосфата .... 200
Грануляционные башни.........................................200
Гранулирование азотных удобрений................................204
Производство аммиачной селитры...............204
Производство карбамида.......................................206
Грануляционные башии.........................................207
Гранулирование из расплавов с охлаждением гранул в слое масла . 213
Приложения ................ 216
Литература......................................................219
Предметный указатель . . .........................221
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с решениями XXIV съезда КПСС химическая про-
мышленность нашей страна продолжает развиваться ускоренными
темпами, осуществляется огромная программа строительства
предприятий по производству минеральных удобрений. В текущем
пятилетии и последующие годы планируется значительное увели-
чение выработки гранулированных удобрений, повышение в них
концентрации питательны; веществ и расширение ассортимента
выпускаемых туков.
К концу текущего пятилетия (1971—1975 гг.) объем производ-
ства минеральных удобрений намечено увеличить до 90 млн. т
в год, причем 80% из ни< будут составлять высококонцентриро-
ванные и комплексные удобрения, в результате чего среднее со-
держание питательных веществ в минеральных удобрениях по-
высится до 35—37%.
В ближайшие годы предусматривается выпуск удобрений пре-
имущественно в гранулированном виде. Тенденция к увеличению
производства гранулированных удобрений обусловлена их бес-
спорными преимуществами по сравнению с порошкообразными
удобрениями. Минеральные удобрения в гранулированном виде
обладают лучшими физическими и агрохимическими свойствами —
они не пылят, в результата чего улучшаются условия труда в сфе-
ре их производства и применения, а также снижаются потери при
транспортировании, храневии и внесении в почву; имеют повышен-
ную сыпучесть и плотность, меньшую склонность к слеживанию
и истиранию, узкий гранулометрический состав и небольшое коли-
чество мелкодисперсной фракции с размером частиц — 1 мм, что
обеспечивает возможность их транспортирования и хранения на-
валом.
В гранулированных удобрениях достигается равномерное рас-
пределение основных питательных веществ и микроэлементов, что
в значительной степени говышает их агрохимическую эффектив-
ность.
Хорошая подвижность гранулированного материала облегчает
его пневмотранспорт, дозирование и упаковку, автоматизацию и
механизацию производственных процессов, погрузочно-разгрузоч-
ных работ, создает более благоприятные условия для сушки и про-
цесса внесения удобрений в почву.
Гранулированные удобрения не сегрегируют; легко рассеивают-
ся с помощью туковых сеялок, с большей эффективностью исполь-
зуются растениями, так как медленнее вымываются почвенными
водами и в меньшей мере деградируют в почве вследствие мень-
шей поверхности контакта с ее компонентами; требуют меньших
расходов на их транспортирование и хранение, и внесение в почву.
Производительность труда при внесении гранулированных удобре-
ний в почву повышается в 1,5—2 раза.
Процесс гранулирования является одной из важнейших опера-
ций в производстве минеральных удобрений. Этот процесс доста-
точно сложный, трудоемкий и зависит от многих факторов — кон-
струкции гранулятора, технологического режима, свойств исход-
ных компонентов, квалификации обслуживающего персонала и др.
Причем аппаратурное оформление процесса в основном определя-
ет всю технологическую схему производства минеральных удоб-
рений, его экономику и качество продукта. Поэтому в книге при-
ведены современные схемы технологических процессов и дано их
краткое описание. Это должно способствовать более глубокому
пониманию процесса гранулирования, его зависимости от условий
работы на стадиях аммонизации, сушки, дробления и классифика-
ции, что позволит обслуживающему персоналу быстро вносить
коррективы в режим гранулирования при изменении качества ис-
ходных компонентов, состава и соотношения питательных веществ
в гранулируемой смеси и отклонениях на других стадиях процес-
са. При этом основное внимание уделено вопросам гранулиро-
вания.
Осуществление процесса гранулирования в оптимальных усло-
виях, дальнейшее совершенствование технологии, аппаратуры и
оборудования узла гранулирования, успешное освоение новых про-
изводственных мощностей и их нормальная эксплуатация в значи-
тельной степени зависят от подготовки и квалификации рабочих,
занятых в производстве гранулированных удобрений. Успешное
решение этих вопросов обеспечивает наиболее эффективную экс-
плуатацию производств минеральных удобрений. Придавая боль-
шое значение подготовке и повышению квалификации рабочих, ав-
тор поставил перед собой цель в доступной и компактной форме
изложить основы процесса гранулирования минеральных удобре-
ний и его аппаратурного оформления.
В книге изложены физико-химические основы и методы грану-
лирования, описаны технологические схемы процессов и их отдель-
ные узлы. Приведены технико-экономическая характеристика и по-
казатели работы грануляторов, рассмотрены условия их эксплуа-
тации, достоинства и недостатки, причины отклонений от нормаль-
ного технологического режима и меры их устранения. Большое
внимание уделено механизму образования гранул из плавов, рас-
творов и порошкообразных веществ, влиянию различных факто-
ров на этот процесс и качество продукта (способ и условия гра-
нулирования, состав и свойства исходных и конечных продуктов,
7
конструкция и размер грануляторов и др.), контролю и регулиро-
ванию процесса. Помещенный в книге материал является резуль-
татом обобщения технических достижений отечественной и зару-
бежной туковой промышленности в данной области.
Автор надеется, что в свете задач, поставленных перед про-
мышленностью минеральных удобрений в области повышения эко-
номической эффективности производства и улучшения качества
продукции, настоящее учебное пособие будет полезным и окажет
существенную помощь в эффективной эксплуатации и рациональ-
ном управлении процессом гранулирования минеральных удобре-
ний, а также при подготовке и повышении квалификации рабо-
чих, обслуживающих этот процесс. Она может быть также полез-
на работникам проектных организаций и заводов промышленности
минеральных удобрений.
Замечания и пожелания читателей по улучшению содержания
книги будут приняты с благодарностью.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Гранулирование — это технологический процесс превращения ма-
териала в более или менее однородные по размеру гранулы.
В зависимости от метода гранулирования гранулы могут иметь
правильную или неправильную форму. Лучшей формой является
близкая к сферической, без выступающих на поверхности неров-
ностей, что сводит до минимума их истирание с образованием пы-
ли при перемещениях. Минеральные удобрения чаще всего выпу-
скаются с размером гранул 1—4 мм, но могут изготавливаться
с любым заданным гранулометрическим составом (1—3 мм, 1 —
5 мм и т. д.).
Удобрения с размером гранул более 4 мм относят к крупно-
дисперсной фракции, менее 4 мм — к мелкодисперсной (товарной)
и менее 1 мм — к мельчайшей фракции. Гранулометрический со-
став удобрений должен быть как можно уже, а содержание фрак-
ции— 1 мм — как можно меньше. Гранулированные удобрения
должны также отвечать определенным требованиям по прочности,
рассеваемости, пористости, истиранию и другим показателям.
В настоящее время изучены, разработаны и освоены в промыш-
ленности разнообразные схемы гранулирования с применением ап-
паратов различных по конструкции и по принципу действия
(рис. 1).
Процессы гранулирования минеральных удобрений разнообраз-
ны как по методам их осуществления, так и по аппаратурному
оформлению. Гранулирование проводят путем агломерирования
частиц порошкообразных материалов; отверждения капель плава
в потоке воздуха или в слое масла; измельчения крупных кусков
материала в валковых и молотковых дробилках или дезинтегра-
торах.
Агломерирование порошкообразных материалов осуществляют
следующими методами:
прессованием на валковых прессах с последующим дроблени-
ем спрессованного листа или в таблеточных прессах;
равномерным увлажнением материалов с одновременным ока-
тыванием получаемых агломератов в аммонизаторе-грануляторе
(А-Г), грануляторах барабанного и тарельчатого типов, шнековых
или лопастных смесителях (окатывание может заканчиваться в су-
шильном барабане);
напылением раствора или пульпы на поверхность твердых ча-
стиц с последующей кристаллизацией в аппаратах типа барабан-
ного гранулятора-сушилки (БГС), аммонизатора-грапулятора с
внутренним ретуром и кипящего слоя (КС) ;
экструзией увлажненной смеси или смеси нагретых порошкооб-
разных материалов с легкоплавким компонентом через матрицы
с последующей сушкой и охлаждением гранулированного про-
дукта.
Рис. 1. Схемы гранулирования:
а —в грануляторах барабанного типа; б —в грануляторах тарельчатого типа; в — в шне-
ках-грануляторах; г—в грануляционных башнях; д — в аппаратах кипящего слоя; е — в
сушнлках-грануляторах; ж — в валковых прессах с последующим дроблением.
I — раствор, суспензия или плав; II— сырье; III — ретур; IV — опудрнвающнй материал;
V — гранулированный продукт.
/ — грануляционный аппарат; 2 — сушильный барабан; 3 — барабан для охлаждения;
4 — грохот; 5 — дробилка; 6 — барабан для кондиционирования.
Гранулирование удобрений отверждением капель плава в про-
цессе его кристаллизации проводят путем разбрызгивания плава
в виде капель заданного размера в полых грануляционных баш-
нях с последующим охлаждением капель воздухом, а также раз-
брызгиванием капель плава над поверхностью жидкости с после-
дующим их охлаждением в слое этой жидкости.
Гранулирование измельчением крупнокускового материала в
производстве минеральных удобрений наименее распространено.
По количеству ретура (возврата), поступающего в грануля-
ционный аппарат со стадий дробления и рассева, методы грану-
лирования можно классифицировать на ретурные и безретурные.
10
К первым относятся методы гранулирования путем агломери-
рования. В зависимости от количества ретура условно гранулиро-
вание может быть малоретурпым с кратностью ретура до 5 (число
весовых единиц ретура на 1 вес. единицу готового продукта)
и многоретурным с кратностью более 5.
В большинстве случаев при гранулировании сложных и слож-
но-смешанных удобрений ретур вводится в грануляционный аппа-
рат для поддержания оптимальной влажности и обеспечения мак-
симального выхода товарной фракции. При этом кратность рету-
ра определяется общим количеством воды, вводимой в аппарат
с исходными компонентами, и их растворимостью. Чем больше
растворимость солей гранулируемой смеси, тем меньше требуется
влаги для ее гранулирования. Расчет кратности ретура при грану-
лировании комплексных (многосторонних) удобрений приведен на
стр. 72.
В отдельных случаях, например при гранулировании удобре-
ний методом прессования либо гранулирования суперфосфата ме-
тодом окатывания в присутствии влаги, ретур не требуется, одна-
ко он образуется в процессе гранулирования. В этих случаях
стремятся вести процесс с минимальным выходом ретура — мелкой
фракции. Расчет количества ретура, образующегося в процессе
гранулирования суперфосфата приведен на стр. 105.
К безретурным методам гранулирования относится отвержде-
ние капель плава потоком воздуха или в масле.
В зависимости от метода гранулирования различают следую-
щие типы физико-механических связей между частицами (грану-
лами) :
1. Когезионно-адгезионные, межчастичные связи (прессование,
окатывание увлажненных порошкообразных частиц и экструзия
увлажненной смеси или смеси нагретых порошкообразных мате-
риалов с легкоплавким компонентом через матрицы).
Когезия (сцепление) — притяжение между молекулами (ато-
мами, ионами) в объеме данного тела. Вещества в жидком и твер-
дом состоянии характеризуются высокой когезией.
Адгезия (прилипание) — молекулярная связь между поверх-
ностями двух соприкасающихся разнородных твердых или жидких
тел (фаз). Адгезия измеряется работой разрыва или сопротивле-
нием разрыву на единицу площади контакта при данном виде де-
формации (отрыв, скалывание). Если соприкасающиеся тела оди-
наковы, адгезия при условии полного соприкосновения тел пере-
ходит в когезию (сцепление), характеризующую прочность этих
тел, т. е. силу сцепления молекул, ионов, атомов вещества в дан-
ном теле.
2. Капиллярно-адсорбционные силы сцепления между частица-
ми, обусловленные действием гидростатического давления жидкой
фазы в порах (капиллярах) и поверхностным натяжением в пле-
ночных контактах (гранулирование окатыванием увлажненных по-
рошкообразных частиц).
11
Капиллярными явлениями называют все поверхностные явле-
ния на границах раздела соприкасающихся тел (в поверхностных
слоях). Эти явления обусловлены молекулярными силами взаи-
модействия. Они связаны с искривлением поверхности жидкости
вблизи твердой стенки вследствие смачивания или несмачивания.
На таких искривленных жидких поверхностях со средним радиу-
сом кривизны (г) поверхностное натяжение (о) создает добавоч-
ное давление (по сравнению с тем, которое испытывает жидкость,
имеющая плоскую поверхность) — капиллярное давление Ра =
=2а!г, направленное в сторону радиуса кривизны. Для выпуклой
поверхности Ро—положительно, для вогнутой — отрицательно.
Адсорбция — концентрирование вещества из объема фаз на по-
верхности раздела между ними. Она происходит вследствие воз-
действия молекулярных сил поверхности адсорбента на молекулы
вещества и приводит к уменьшению поверхностной энергии. Моле-
кулы адсорбата, приближаясь из объема газа или раствора к по-
верхности раздела фаз, испытывают притяжение со стороны этой
поверхности. При соприкосновении с нею силы притяжения урав-
новешиваются силами отталкивания. Таким образом, поверхность
адсорбента покрывается тонким (адсорбционным) слоем молекул
адсорбата. При физической адсорбции молекулы адсорбата не
претерпевают изменения, при химической адсорбции они образу-
ют химическое соединение с адсорбентом.
3. Связи в виде кристаллических мостиков и срастаний обра-
зуются при кристаллизации солей из растворов, суспензий и пла-
вов (гранулирование путем отверждения капель плава в свобод-
ном объеме и кристаллизации раствора или пульпы на поверхно-
сти твердых частиц).
ГЛАВА 1
ГРАНУЛИРОВАНИЕ ПОРОШКООБРАЗНЫХ
УДОБРЕНИЙ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ
Гранулирование порошкообразных удобрений прессованием нахо-
дит все более широкое применение, поскольку оно имеет ряд су-
щественных преимуществ по сравнению с гранулированием, на-
пример, в аппаратах барабанного и тарельчатого типов, БГС, КС.
В отличие от этих методов путем прессования можно получать
удобрения различного состава в широком диапазоне соотношений
питательных веществ. Причем, такая гибкость процесса достигает-
ся без каких-либо существенных изменений в его технологии. Опе-
ратор с пульта управления в любой момент может изменить пода-
чу исходных азот-, фосфор- и калийсодержащих компонентов
и таким образом перевести установку на выпуск удобрений дру-
гой марки или другого элементарного состава.
Этот метод прессования экономичен при переработке порош-
кообразных материалов на установках любой мощности, тогда
как методы гранулирования, связанные с сушкой или охлажде-
нием, рентабельны только для установок большой производитель-
ности, поскольку в этом случае тепловые процессы являются наи-
более экономичными. Преимущества процессов прессования дела-
ют их наиболее рациональными при организации производств гра-
нулированных сложных удобрений на базе тукосмесительных уста-
новок небольшой мощности, имеющих местное значение.
Особенно отчетливо преимущества рассматриваемого метода
проявляются при гранулировании карбамида и комплексных удоб-
рений на его основе. Обычно при получении этих удобрений из
плава или из сухих компонентов содержание биурета в них уве-
личивается на 0,3—1%, а в удобрениях, полученных методом прес-
сования,— всего на 0,05—0,1%. Кроме того, путем прессования
можно обрабатывать такие виды и марки удобрений, которые не
поддаются гранулированию другими методами.
При гранулировании тукосмесей методом прессования обеспе-
чиваются гомогенность смеси и равномерность распределения пи-
тательных веществ по отдельным гранулам, что не всегда может
быть достигнуто при гранулировании комплексных удобрений дру-
гими методами.
При производстве гранулированных удобрений стремятся обес-
печить определенную их растворимость в почве в соответствии
13
с конкретными агрохимическими требованиями. Это достигается
введением в гранулируемый продукт различных добавок, напри-
мер. промышленных сортов крахмала или небольшого количества
связующего вещества (воды, определенных растворов или суспен-
зий). При прессовании получают такие гранулированные удобре-
ния, которые обладают определенной скоростью растворения
в почве, достигаемой изменением удельного давления валков
пресс-машины или таблеточного пресса.
Регулирование прочности гранул удобрений, получаемых дру-
гими способами, затруднительно, так как при введении добавок
или небольших количеств связующих веществ неизбежны отклоне-
ния от оптимальных условий гранулирования. При этом, как пра-
вило, повышается налипаемость продукта на внутренние стенки
оборудования (гранулятор, течки, сушильный барабан, дробилки
и др.), снижаются коэффициент использования оборудования,
производительность установки и прочность гранул.
ОСНОВЫ МЕТОДА ПРЕССОВАНИЯ
При гранулировании тукосмесей методом прессования агломериро-
вание частиц осуществляется под действием сил молекулярного
притяжения (которые действуют не только внутри частиц, но и на
их поверхности). Кроме влияния этих связей агломерирование
возможно за счет сплавления твердых частиц при высоких давле-
ниях и температуре в зоне деформаций, химического взаимодейст-
вия с образованием новых соединений и гидростатического давле-
ния жидкой фазы в порах (капиллярах).
Расстояние, на котором действуют силы молекулярного притя-
жения, весьма мало и равно примерно 10~9 м (100 А). Однако
при определенном сближении поверхностей твердых частиц дости-
гается необходимая прочность агломерата. При расстоянии меж-
ду сухими твердыми частицами 10-10—10~9 м (10—-100 А) и их
размере 1—0,01 мкм прочность соединения частиц под воздействи-
ем молекулярных сил колеблется в пределах 981—4,9-104 Н/м2
(0,01—5 кгс/см2).
Экспериментальные и теоретические данные показывают, что
в процессе прессования образование прочных связей между час-
тицами смеси осуществляется в две стадии. На первой стадии
прессования под воздействием внешних сил происходит переупа-
ковка, частичное разрушение и сближение соединяемых частиц на
расстояния, достаточные для межатомного взаимодействия, и под-
готовка их поверхности к этому взаимодействию.
В начальной стадии прессование можно рассматривать как от-
верждение, достигаемое проталкиванием частиц в пустоты до тех
пор, пока они не окажутся меньше объема частиц. При этом в ча-
стице происходят в основном структурные деформации. С ростом
нагрузки доля структурных деформаций уменьшается, и начинает
преобладать сдвиг частиц, сопровождающийся дальнейшим их раз-
14
рушением, изменением формы и внутренней пористости. В резуль-
тате деформации твердых частиц и диффузионного перемещения
атомов между частицами в поверхностном слое увеличивается
число контактов и создаются благоприятные условия для межмо-
лекулярного сцепления структурных элементов. Причем на этой
стадии прессования важную роль играют процессы электростати-
ческого взаимодействия.
На второй стадии прессования процесс разрушения частиц
практически заканчивается. При дальнейшем повышении нагрузки
(давления) происходит упругое и упруго-пластическое сжатие аг-
ломерата. Кроме того, резко возрастает число контактов между
хаотически расположенными осколками частиц, что вызывает объ-
емное упрочнение материала и образование соединения с кова-
лентными связями.
При отсутствии пластических деформаций у прессуемых компо-
нентов получение прочных спрессованных плиток представляет
большие трудности. В этом случае для повышения прочности пли-
ток увеличивают давление прессования или выводят связующее
вещество.
Величина давления, необходимого для образования прочных
контактов, зависит от пластических свойств порошкообразной сме-
си. Чем ниже предел текучести смеси, тем меньше давление, при
котором формируется контакт между твердыми компонентами.
При высоких давлениях и температурах в зоне пластической
деформации возможно образование расплава в местах контакта
частиц. Образование расплава в зависимости от свойств прессуе-
мой смеси возможно в диапазоне давлений примерно от 20 до
100 кН/см (от 2 до 10 тс/см). Последующее охлаждение спрессо-
ванного продукта обеспечивает большую прочность межчастичных
контактных связей за счет образования дополнительных связей
кристаллизационного типа.
Добавление связующих и смазывающих веществ к прессуемым
удобрениям изменяет характер процесса прессования. Связующие
вещества увеличивают прочность агломератов, смазывающие ве-
щества уменьшают коэффициент трения между отдельными части-
цами в агломерате, или между поверхностью агломерата и валка-
ми (или матрицей).
В зависимости от характера влияния связующих веществ на
прессование они делятся на три группы: вяжущие, пленкообра-
зующие и химические.
К первой группе относятся смолы, глина и др. При использо-
вании этих веществ прочность образующейся связи зависит от
равномерного нанесения слоя на поверхность частиц, его плотно-
сти и налипания, а также от характера пор и капилляров в струк-
туре прессуемого удобрения.
Пленкообразующие связывающие вещества используются в ви-
де растворов и суспензий. К ним в первую очередь относится во-
да. При использовании воды в процессе прессования водораство-
15
римых веществ наблюдаются характерные эффекты. Вода раство-
ряет поверхностный слой кристаллов или частиц, после ее испаре-
ния возможна перекристаллизация на гранях частиц и образова-
ние дополнительных кристаллизационных связей. При этом наблю-
дается явление истинной и кажущейся когезии.
В случае истинной когезии между плотно сжатыми частицами
действуют межмолекулярные силы. Кажущаяся когезия возникает
тогда, когда влажные частицы спрессовываются настолько, что
начинают действовать капиллярные силы. При кажущейся коге-
зии основными факторами являются смачиваемость, плотность ка-
пилляров (число на единицу поверхности) и поверхностное натя-
жение. При этом могут существовать два типа капилляров: пер-
вый — уже существующие капилляры; второй — капилляры,
возникающие при сжатии частиц. В первом случае при прессова-
нии влага выдавливается из капилляров; во втором — капилляры
способствуют смачиванию образца. При отсутствии связывающих
веществ для эффективной агломерации частиц давление должно
превышать капиллярные силы первого типа капилляров.
Эффективность химически связующих веществ зависит от ха-
рактера взаимодействий между компонентами связывающего или
между связывающим и агломерируемым веществом. В зависимо-
сти от качества исходных материалов и требований к готовому
продукту химически связывающие вещества могут быть вяжущего
или пленкообразующего типа.
Применяют твердые и жидкие смазывающие вещества. Смазки,
смешивающиеся с агломерируемым веществом, называются внут-
ренними. Добавляемые в количестве 0,5—2% от массы вещества,
они уменьшают трение между частицами или между частицами
и граничащими поверхностями. Жидкие смазки применяются при
малом и среднем давлениях. Выбор связующего вещества или
смазки определяется свойствами прессуемых частиц, возможностью
введения необходимого количества смазки, типом оборудования,
давлением прессования и назначением прессуемого продукта.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕССОВАНИЯ
НА ВАЛКОВЫХ ПРЕССАХ
Общая схема
Технологическая схема установки гранулирования сложных удобрений ме-
тодом прессования представлена на рис. 2. Исходные азот-, фосфор- и калий-
содержащие компоненты, а также микроэлементы из бункеров 1 через соответ-
ствующие ленточные весы 2 определенными порциями подаются на ленточный
транспортер 3 и далее на магнитный сепаратор 4 для отделения металлических
примесей. Затем полученная тукосмесь поступает на грохот 5 для отделения
крупных комков, откуда она направляется на ленточный транспортер 6, где в
смесь в случае необходимости вводят вяжущие или другие добавки в виде
растворов. После добавления мелочи и пыли смесь подается в смеситель 8 и
далее в валковый пресс 9, откуда спрессованные плитки поступают в дробилку
16
10, а затем для классификации по фракциям на грохот 14. Мелкая фракция
размером частиц менее 1 мм и пыль из циклонов сухой очистки 21 направляют-
ся в бункер 7 и далее через ленточные весы 17 в общий поток тукосмеси, по-
даваемой в валковый пресс. Крупная фракция (+3 мм) поступает на дополни-
тельное измельчение в дробилку 18 и возвращается на повторный рассев на
грохот 14. Товарная фрак-
ция (1—3 мм) направляется на
дополнительную механическую
обработку — окатывание и
кондиционирование во вращаю-
щемся барабане 19. Первое
придает гранулам круглую фор-
му и повышает их прочность,
второе снижает слеживаемость.
После механической обработки
и кондиционирования смесь го-
тового продукта в виде ока-
танных гранул и мелочи, обра-
зующейся в барабане, поступа-
ет на грохот 20. Товарная фрак-
ция направляется на упаковку,
а мелкая возвращается в тех-
нологический цикл через бун-
кер 7 и циклон 21.
Описанная выше установка
позволяет получать сложно-сме-
шанные удобрения на основе
различных азот-, фосфор- и ка-
лийсодержащих компонентов с
заданным соотношением пита-
тельных веществ (возможна
добавка микроэлементов).
Дозирование материала с
помощью ленточных весов, по-
дача связующего вещества, ре-
гулирование частоты вращения
валков процесса, дробилки и
винтового шнека загрузочной
воронки осуществляется опера-
тором с центрального пульта
ручного управления всей уста-
новки.
Рис. 2. Технологическая схема процесса гра-
нулирования сложных удобрений методом
прессования:
1,7 — бункеры; 2, 17 — ленточные весы; 3, 6, 11, 13,
15 — ленточные транспортеры; 4 магнитный сепа-
ратор; 5, 14, 20 — грохоты; 8 — смеситель; 9 — валко-
вый пресс; 10, 18 — дробилки; 12, 16 — элеваторы;
19 — вращающийся барабан для окатывания н кон-
диционирования гранул; 21 — циклоны сухой очистки.
Валковый пресс
Схема валкового пресса с
коническим загрузочным
шнеком приведена на
рис. 3. Он состоит из двух
вращающихся в противо-
положком направлении
валков 3, между которыми остается регулируемый зазор 2—15 мм.
Обрабатываемый материал подается сверху, затягивается валками
в зазор и уплотняется при прохождении зазора до плиток 4 толщи-
ной, соответствующей выбранному зазору.
2—1810
7
Рис. 3. Схема валкового уплотнителя
с коническим загрузочным шнеком:
/ — загрузочная воронка; 2 — конический
загрузочный шнек; 3 — валки уплотнителя;
4 — спрессованная плитка; 5 — пружина.
статочно плотной и компактной
Обрабатываемая тукосмесь подвергается предварительному
уплотнению в коническом загрузочном шнеке 2, который подает
ее на валки.
Производительность валкового пресса регулируется изменением
соотношения числа оборотов шнека и валков уплотнителя. Для
получения более прочных плиток продукта его уплотняют при за-
грузке за счет увеличения частоты вращения шнека. Это способст-
вует также лучшему поступлению материала в зазор между вал-
ками уплотнителя. При подаче исходных компонентов с различны-
ми физико-химическими свойства-
ми постоянную толщину плиток
поддерживают установкой опре-
деленного зазора между валками
и в некоторых пределах регули-
руют с помощью автоматического
изменения частоты вращения
шнека.
Для предотвращения механи-
ческой перегрузки уплотнителя в
случае попадания в него инород-
ного предмета или большой на-
грузки по тукосмеси один из его
валков закреплен в подвижных
подшипниках и может переме-
щаться. При нормальной работе
валок удерживается в определен-
ном положении пружинами 5. Не-
обходимое давление валков обес-
печивается с помощью гидравли-
ческой системы.
Равномерная подача материа-
ла в зазор между валками и пре-
дотвращение образования недо-
плитки обеспечиваются специаль-
ными уплотнительными перегородками, расположенными в конусо-
образной воронке, которые монтируются над зазором. Благодаря
предварительному уплотнению тукосмеси в этой воронке при по-
следующем ее прессовании между валками выход продукта в виде
спрессованной плитки или листов составляет до 95 и даже дости-
гает 100%.
В зависимости от назначения и физико-химических свойств
прессуемого материала конструкция и производительность валко-
вых пресс-машин, используемых в производстве минеральных
удобрений, может быть различной. Валки пресс-машин могут
иметь гладкую, волнистую или рифленую поверхность, что позво-
ляет получать спрессованное удобрение в виде плиток, ленты, от-
дельных листов, прутков, брикетов, имеющих форму яйца, прямо-
угольников и т. д.
18
Производительность пресс-машин может быть различной — 10,
20, 40, 75 т/ч и т. д. На рис. 4 приведена валковая пресс-машина
с двойным шнековым питателем, в которой производится грубое
дробление спрессованных плиток. Ее характеристика приведена
ниже:
Приводная мощность, квт
валков.............680
шнекового питателя 27
дробилки............14
гидравлического на-
соса ..............2,5
Масса, т................40
Производительность, т/ч 75
Частота вращения вал-
ков
с-*.....................0,7
об/мин................42
Усилие валков
кН/см................46
кгс/см.............. 4600
Максимальное удельное усилие валков (на 1 см ширины по-
верхности валка, может быть значительно выше и достигает при-
Рис. 4. Общий вид валкового пресса:
/ — валки пресса; 2, 8 — электромоторы; 3 — загрузочный шнек; 4— загрузочная воронка;
5 — привод загрузочного шнека; 6 — дробилка ударного действия; 7 — привод валков.
мерно 100 кН/см (10 т/см), которое практически достаточно для
обработки любых до сих пор известных видов одинарных и комп-
лексных удобрений.
Увеличение удельного усилия валков обычно достигается со-
кращением ширины поверхности валков при одновременном сни-
жении производительности установки.
2*
19
Процесс прессования порошкообразных продуктов и дробление
спрессованных плиток осуществляются следующим образом. По-
рошкообразное удобрение из загрузочной воронки 4 с двойным
шнековым питателем 3 непрерывно подается на валки пресса 1.
Полученные спрессованные листы удобрений далее измельчаются
в дробилке 6.
Усилие валков на прессуемое удобрение создается с по-
мощью гидравлической системы и измеряется специальным уст-
ройством. Для обеспечения максимальной механической гибкости
системы прессования валки пресс-машины и шнековый питатель
снабжены регулируемыми приводами. В соответствии с частотой
вращения валков может производиться автоматическое регулиро-
вание частоты вращения шнека так, чтобы обеспечить равномер-
ную подачу материала и максимальное давление валков. Однако
в большинстве случаев для получения необходимой плотности по-
даваемой на валки тукосмеси достаточно отрегулировать только
частоту вращения винтового шнека, а частота вращения валков
устанавливается в соответствии с необходимой мощностью уста-
новки.
Влияние условий прессования на процесс образования
плитки и качество гранул
Выход гранулированного продукта обычно зависит от технической
характеристики валкового пресса и других факторов переменного
характера: толщины спрессованных плиток, удельного давления
валков пресса, диаметра и частоты вращения валков пресса,
среднего размера частиц и физико-химического состава исходных
компонентов, типа дробилки для измельчения прессованного ма-
териала и гранулометрического состава ретура, возвращаемого
в технологический цикл, способа отвода воздуха в процессе прес-
сования. При этом общий выход гранулированного продукта со-
ставляет 35—60% перерабатываемого сырья.
Влияние толщины прессуемой плитки. Обычно толщина прес-
суемой плитки регулируется величиной зазора между валками.
Уменьшение этого зазора ведет к соответствующему снижению
производительности пресс-машин. Кроме того, известно, что в про-
цессе прессования давление на поверхность прессуемой плитки
значительно больше, чем в ее середине. Эта разница давлений осо-
бенно заметна при получении плиток большой толщины, так как
в этом случае нарушается механизм связи между частицами прес-
суемых исходных компонентов. Стабильность связи в спрессован-
ных плитках достигается регулированием удельного давления вал-
ков на прессуемую тукосмесь.
Влияние удельного усилия. В зависимости от вида гранули-
руемого удобрения или соли существенно изменяется давление
прессования, необходимое для получения прочных гранул:
20
Удобрение Удельное усилие*, кН/см Удобрение Удельное усилие*, кН/см
Калийные соли (в 45 Сложные удобрения
горячем состоя- 0—12—12 72
НИИ) 19—19—19 85
Карбамид 46 0—19—19 8«
Цианамид кальция 58
* Расстояние между валками 6 мм.
Это объясняется различием физико-химических свойств мине-
ральных удобрений. В то же время изменение удельного усилия
ведет к изменению прочности гранул и их качественных показате-
лей. На практике эта зависимость используется для получения
удобрений с заданными свойствами и высокой агрохимической эф-
фективностью.
Влияние частоты вращения валков пресс-машины. При умень-
шении частоты вращения производительность пресс-машины суще-
ственно снижается и, наоборот, при увеличении — сокращается
время прохождения материала между валками, в результате че-
го производительность возрастает. Последнее справедливо при до-
статочно эффективной работе загрузочного устройства, которое
должно обеспечить предварительное уплотнение исходных компо-
нентов. В случае чрезмерно быстрого прохождения прессуемой ту-
космеси через валки происходит растяжение спрессованных ли-
стов материала, что приводит к разрушению спрессованных пли-
ток.
Влияние физико-механических свойств' тукосмеси. Наиболее
важное значение имеет пластичность материала. Пластичные —
легко деформируемые под давлением — удобрения (калийные со-
ли, карбамид, нитрат аммония, фосфаты аммония и другие соли)
хорошо прессуются на валковых пресс-машинах. При прессовании
удобрений типа молотого томасшлака необходимо введение свя-
зующего вещества. В отдельных случаях достаточная прочность
комплексных удобрений, полученных методом прессования, дости-
гается благодаря присутствию в исходной смеси одного из упомя-
нутых выше легко деформируемых компонентов, обладающих вя-
жущими свойствами. Если в состав тукосмеси не входят подобные
компоненты, нормальные условия прессования и требуемое каче-
ство гранулированного продукта обеспечиваются введением до 5%
воды или другого связующего вещества.
Влияние конструкции и типа дробилок. От типа дробилки для
измельчения спрессованных листов существенно зависят выход то-
варной фракции и прочность частиц гранулированного продукта.
Валковые дробилки с профилированными валками имеют высо-
кую производительность и обеспечивают большой выход товарной
фракции. Однако готовый продукт содержит определенное коли-
21
чество недостаточно прочных гранул, которые при хранении или
транспортировании разрушаются на более мелкие частицы.
В дробилках ударного действия прокатанные листы измельча-
ются неравномерно. При дроблении менее прочных плиток полу-
чают продукт с большим содержанием мелких фракций. И, наобо-
рот, при дроблении плиток большей прочности получают грану-
лированный продукт с повышенным содержанием крупной фрак-
ции. Несмотря на это дробилки ударного действия применяются
значительно чаще. Это объясняется тем, что получаемый в данном
случае гранулированный продукт имеет более высокую прочность.
Выбор типа дробилки должен производиться с учетом ее тех-
нических характеристик. При этом, большое значение имеют та-
кие показатели дробилок, как диапазон скоростей дробильных де-
Рис. 5. Зависимость вида спрессованной плитки от направления удаления воз-
духа (а — вверх, б — вниз) в процессе прессования:
/ — загружаемые исходные компоненты; 2 — направление н путь удаляемого воздуха;
3 — загрузочная воронка; 4 — задний валок пресса; 5 — полосы высокой прочности;
6 — полосы низкой прочности.
талей, изменения нагрузки по спрессованной плитке, которые
должны отвечать требованиям производства, выпускающего мине-
ральные удобрения определенного качества.
Влияние условий удаления воздуха. Техническое решение и ус-
ловия удаления воздуха (вводимого в зону прессования с исход-
ной смесью) в процессе прессования удобрений определяют не
только выход товарной фракции и качество продукта, но и эффек-
тивность работы пресс-машины в целом.
При удалении воздуха через верхнюю часть машины (рис. Б, а)
над валками образуется кипящий слой, который имеет более низ-
кую плотность, чем насыпной слой тукосмеси, в результате чего
на прессование поступает меньшее количество перерабатываемых
компонентов и выделяется больше воздуха. При этом образуются
спрессованные плитки, состоящие из чередующихся горизонталь-
ных полос высокой и низкой прочности; выход товарной фракции
невысокий вследствие полного разрушения полос низкой прочности
при измельчении спрессованного продукта в дробилках.
Основным преимуществом процесса прессования с удалением
воздуха через верх является образование зон повышенной и пони-
женной прочности по всей длине валка.
Обычно процесс прессования ведут с удалением воздуха через
низ (рис. 5,6), так как это позволяет при большем удельном дав-
лении иметь спокойный ход пресса, снизить механическую нагруз-
ку на подшипники и элементы привода, повысить выход товарной
фракции и снизить выход неспрессованной соли (просыпи). Уда-
ление воздуха через низ достигается путем поддержания над вал-
ками достаточно высокого слоя прессуемого удобрения или его по-
Сырье
Рис. 6. Зависимость толщины слоя исходного сырья, подаваемого в зону прес-
' сования, от размера частиц:
а — крупнодисперсное сырье; б — мелкодисперсное сырье; / — загрузочная воронка;
2 — втянутый слой (Si и S2); 3 — валки пресса.
дачи с помощью вертикальных шнеков. При этом получают спрес-
сованные плитки удобрения с чередующимися продольными поло-
сами высокой и низкой прочности.
Влияние среднего размера частиц тукосмеси. Значительное
влияние на процесс прессования оказывает насыпная плотность
материала, которая во многом зависит от среднего размера ча-
стиц перерабатываемых исходных компонентов. Поэтому их пред-
варительно измельчают до такого гранулометрического состава,
который обеспечивает достаточно высокую насыпную плотность
загрузки. Преобладание тонкодисперсных частиц в перерабаты-
ваемом сырье способствует образованию связей между частица-
ми при их прессовании на основе сил Ван-дер-Ваальса, но одно-
временно с этим затрудняет предварительное уплотнение туко-
смеси.
Подача порошкообразных удобрений в зону прессования (втя-
гивание) происходит за счет трения частиц между собой и о валки
пресса. В спокойном состоянии зона будет тем больше, чем боль-
ше размер частиц (рис. 6). При подаче в зону прессования тонко-
дисперсных частиц и удалении значительного объема воздуха сни-
зу вверх сразу образуется кипящий слой, и трение между частица-
23
ми практически становится равным нулю, в результате чего сни-
жается подача удобрения в зону прессования. Изменение скорости
движения частиц в кипящем слое (сульфата калия, содержащего
40% К2О) в зависимости от их
Рис. 7. Зависимость скорости дви-
жения от среднего размера частиц.
среднего размера показано на
рис. 7. При среднем размере час-
тиц менее 0,5 мм и скорости их
движения 0,3 м/с образуется ки-
пящий слой, что ведет к сниже-
нию производительности пресса.
С увеличением среднего размера
частиц более 0,5 мм и отводе воз-
духа через верх образуется спрес-
сованная плитка, на которой вид-
ны тончайшие горизонтальные во-
лосяные разрывы, расположенные
на расстоянии ~6 мм друг от
друга. При небольшой механиче-
ской нагрузке эти разрывы ведут
к разрушению спрессованных
плиток.
Регулирование нагрузки по ис-
ходному сырью осуществляется с
помощью шибера (рис. 8). Такая
система регулирования позволяет над одним из валков обеспечить
зазор любой ширины, благодаря чему пространство над валками
всегда заполнено порошкообразным удобрением. При этом один
Рис. 8. Загрузочное устройство вал-
ковой пресс-машины:
1 — смесь исходных компонентов; 2 — ши-
бер, 3 — валки пресса; 4 — спрессованная
плитка удобрения; в — ширина загрузоч-
ного отверстия.
Рис. 9. Зависимость выхода товарной
фракции от среднего размера частиц
сульфата калня.
валок служит в качестве разделителя твердых частиц и воздуха,
который удаляется вверх. Изменение производительности (по то-
варной фракции) пресс-машины с такой системой загрузки в зави-
симости от среднего размера частиц показано на рис. 9. При сред-
24
нем размере частиц ~0,5 мм уменьшается толщина прессуемого
слоя и, следовательно, снижается производительность. Дальнейшее
уменьшение среднего размера частиц (до 0,46 мм) ведет к резкому
скачкообразному снижению производительности в результате обра-
зования кипящего слоя.
Производство сложных удобрений
В настоящее время методом прессования получают гранулирован-
ные удобрения на основе различных азот-, фосфор- и калийсодер-
жащих компонентов, иногда с добавками микроэлементов. При
этом условия прессования зависят от физико-химических и меха-
нических свойств исходных компонентов, назначения гранулиро-
ванных удобрений, конструкции пресса и технологической схемы
процесса.
Условия получения некоторых видов гранулированных удобре-
ний методом прессования приведены в габл. 1.
Ниже даны краткие пояснения и условия прессования некото-
рых двойных и тройных удобрений.
Прессование двойных удобрений на основе простого суперфосфата и хлори-
стого калия. Прессование фосфорно-калийных удобрений на основе простого
суперфосфата (ретура) и хлористого калия осуществляют при содержании вла-
ги в прессуемой смеси 2—4%, пыли (частиц размером менее 0,4 мм) 35%, дав-
лении прессования 20—34 кН/см (2—3,4 тс/см), зазоре между валками 5—7 мм,
высоте заполнения шахты пресса 1—4 м, частоте вращения валков 0,22 с-1
(13 об/мин).
При повышении влажности в прессуемой смеси с 2 до 3 н 4% производи-
тельность пресса соответственно снижается с 14 до 11,5 и 10 т/ч на 1 м длины
валка. Существенное влияние на процесс прессования оказывает присутствие
пыли (размер частиц — менее 0,4 мм). С увеличением количества пыли в смеси
производительность установки снижается. При содержании пыли — 20, 30, 40 и
50% производительность установки соответственно будет равна 16; 14,5; 11 и
7,5 т на 1 м длины валка.
Для измельчения спрессованных плит применяют дробилки ОЦД-50, в ко-
торых зазор между билами и отбойной плитой равен 8 мм, частота вращения
ротора на первой стадии дробления равна 13 с-1 (780 об/мин), на второй
24,7 с-1 (1480 об/мин).
Рассев продукта осуществляется на электромагнитных грохотах с нормаль-
ной траекторией колебаний (амплитуда 0,1—0,15 мм).
Прессование сложных удобрений, содержащих CO(NH2)2, NH4NO3,
NH4H2PO4 и другие азот-, фосфор- и калийсодержащие компоненты. Метод
прессования применяют для получения сложных удобрений, содержащих
CO(NH2)2, NH4NO3, NH4H2PO4, в тех случаях, когда сушка продукта затрудни-
тельна и необходим мягкий температурный режим сушкн. Прессование смеси
осуществляют под давлением 14 кН/см (1,4 тс/см), при содержании влаги 0,5%,
размере частиц до 0,5 мм. Спрессованные пластины толщиною 25—50 мм выдер-
живают и течение определенного времени и далее измельчают в зубчатой вал-
ковой дробилке и дополнительно в вибрационной мельнице. Измельченный про-
дукт классифицируют на грохотах, отбирая товарную фракцию гранул размером
+ 1,5—4 мм.
По этой же технологии получают гранулированные удобрения марки 10—
20—20, в состав которых входят КС), CO(NH2)2, КН2РО4, NaHCO3, винная
кислота, соединения Mg, Мп и В. При растворении гранулированных удобрений.
25
Технологический режим прессования сложных удобрений
эо ‘иэаиэ ИОиаЛээади EdXj-Edaiiwai о СО 1 о 0 со О 04 50—60 1 1 OH
иэ/цм “#аинэ1г -seV аончггаЯ^ 1Л 04 о § 20-34 CD 1 о 04 1Л со 1 со 04 28—35 28—35
о/ /0 ‘иээиэ н HJBirg anHE>Kdatfo3 04 Ф ф ф X ю 7 LO o' 0,5—1 04 1-2,5 1-2,5 0,25
% ‘вхиЛЯ -odu foxing о 1 ш со 40—55 35—40 LO СО О 7 ю со 0 7 Ю CO 35-40
ии ‘еАн -edj dawEBj 1—3 1—3 1-3 +._3 4-1—4 + i 4-1-3
X ‘EWES HHHIftf И I EH ЧХЭОНЧ1Г9Х -нЕояеиоЛц ю 4. 00 1 со si—01 14 8,5 1 1 I
ЕИ/HW **чхэоньобц । 8,0 2,0 1 ю 04 1 1 1
ИИ ‘1ЧХ -Hair BHirtnirox 7 04 to LO 4- 00 1 ю 1Л т LD 4. 2,5—4 (Я* S 0 o'
ИИ ‘ИИВМЕВЯ AtfiKaw dOEBg 1,5-2,5 2,5 ! LO 1 со 7 LO CD 1 со 3-6 2-2,5 €-01 = Z«/H I ‘эля
I—нни ‘вин a In -Eda EXOXDBpi О со 0 со о СО 1Л 7 СО о! 1 оо 04 1 00 0 co
ИИ saaadu somites danEBd 04 LO X 04 ю О 04 Ю) X о сч Ю) 520x520 О О сч о о? 04 1Л X 04 LO 400X150 520x520 7 о «
OCM—sOEd—N ‘кинad -рсЖ EHdEW ° о т 04 13—17—17 15-15-17 15—20—17 19-19-19 16-24—16 15-22—22 LD 7 ш 7 о 10—10—10 9-9-9 7-10—10 20-45—0 —3(S) к a a ex a 0 a CQ 0
Исходные компоненты смесн 1 S S КС1 NH4H2PO4 NH4NO3 (нитроаммофоска) КС1 NH4H2PO4 CO(NH2)2 (карбоаммофоска) КС1 Са(Н2РО4)2 РК—удобрения go" TS'XO Ca(H2PO4)2 (NH4)2SO4 KC1 Оси Q-X ►C * Здесь и далее ycj
содержащих NaHCOs, выделяется СО2, который улучшает физиологию питания
растений, способствует их росту и более быстрому растворению удобрений в
почве.
Прессование сложных удобрений, содержащих плавленые фосфаты. На ос-
нове плавленых фосфатов, термофосфатов, фосфорной кислоты и различных
азот- и калийсодержащих компонентов методом прессования получают грану-
лированный продукт с гранулами размером 1—1,5 мм. При этом содержание
влаги в прессуемой смеси не превышает 3%, давление поддерживается около
97-104 Н/м2 (100 кгс/см2). Толщина прессованной ленты 3 мм.
Прессование сложных удобрений на основе простого и двойного суперфос-
фата, азот- и калийсодержащих компонентов. В промышленном масштабе освое-
но производство гранулированных удобрений методом прессования на основе
простого и двойного суперфосфата, сульфата аммония и хлористого калия; ам-
мофоса, диаммофоса, CO(NH2)2, NH4KNO3, КС1, K2SO4 и других компонентов.
Физико-химические свойства удобрений, полученных методом прессования
с последующим дроблением и классификацией, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические свойства гранулированных удобрений, полученных
методом прессования*
Компонент смеси Марка удобрений, N-P2O5-K2O Влажность, % Прочность на раз- давливание, кгс/см2 Слеживае- мость, % Гигроскопнч ность
к <ъ к t S •е •е т о гигроскопич- нисти, ммольДг-ч) гигроскопиче- ская ТПЧКЯ. °/п
Аммофос, карбамид, хлористый калий 18—18—18 16—24—16 18-18-18-0,45 (В) 18—18—18—0,5 (Мо, В, Со, Мп, Си, Zn) 0,43 0,48 0,58 0,48 16,7 29,5 18,8 38,4 0,8 0,9 0,8 0,7 13,00 10,00 7,10 5,10 49 49 50 48
Аммофос, карбамид, сульфат калия 17—17—17 15—22—22 17—17—17—0,5 (В, Со, 12) 17—17—17—0,5 (В) 0,72 0,34 0,38 0,40 13,5 20,7 17,7 23,3 Практически не слежи- вается 2,85 2,50 13,20 15,00 58 55 53 55
* Фракция +1—3 мм.
Как видно из данных табл. 2, рассмотренные выше гранулированные удоб-
рения, получаемые методом прессования, обладают высокой прочностью при ,
раздавливании, низкой влажностью и практически не слеживаются. Основной
их недостаток заключается в высокой гигроскопичности, которая значительно
выше, чем у таблетированных форм, имеющих аналогичный состав и соотноше-
ние питательных веществ. Объясняется это тем, что гранулы, полученные мето-
дом прессования, обладают шероховатой, неровной поверхностью и повышенной
влагоемкостью за счет открытых пор и капилляров. При этом гигроскопическая
точка у таблетированных и гранулированных удобрений примерно одинакова.
Максимальная разница составляет около 8%.
Прессование сложных удобрений, полученных на основе переработки эле-
ментарного фосфора. Эти удобрения удовлетворительно прессуются при удель-
27
ном давлении пресса 20—40 кН/см2 (2—4 тс/см2) и содержании 0,5—2% влаги
в прессуемой смеси. Состав и некоторые свойства удобрений на основе элемен-
тарного фосфора и различных азот- и калийсодержащих компонентов приведены
Таблица 3
Состав и некоторые физико-химические свойства гранулированных удобрений
Марка удобрений М-Р2О5-К2О Калнйсодер- жащий компонент pH ИСХОДНОГО раствора илн плава Фракция, мм Влаж- ность, % Гигроско- пическая точка, % Коэффи- циент гиг- роскопич- ности, ммольДг-ч) Рас- твори- мость, %
19-20-21 КС1 5,0 —1+0,5 2,7 — 9,9 50
19—20—21 То же 5,0 —0,5+0,25 2,7 —• 9,2 50
21—23—20 » 2,5 -2+1 1.2 30,0 5,6 50
21—23—22 в 2,5 —1+0,5 1,5 — 8,5 50
21—23—20 в 2,5 —0,5+0,25 1,2 — 8,5 50
16—16—29 в 2,7 -2+1 1,6 35,8 6,3 51
16—16—29 в 2,7 —1+0,5 2,0 — 7,9 51
16—16—29 в 2,7 —0,5+0,25 1,8 — 7,9 51
10—14—39 в 2,5 -2+1 0,1 41,0 7,2 38
.20—21—22 KNO3 5,5 -2+1 2,7 — 6,5 51
20—21—22 То же 5,5 —1+0,5 1,8 — 7,8 51
20—21—22 В 5,5 —0,5+0,25 3,3 — 8,0 51
16—12—32 в 2,3 -2+1 1,3 38,5 3,8 —
16-12-32 в 2,3 —1+0,5 1,0 — 7,2 —
16—12—32 в 2,3 —0,5+0,25 1,15 — 7,5 —
10—15—39 в 2,5 -2+1 0,35 42,5 1,9 42
20—20—20 K2SO4 1,25 -2+1 0,6 47,0 6,2 58
20—20—20 То же 1,25 —1+0.5 0,5 — 7,8 58
20—20—20 В 1,25 —0,5+0,25 0,6 — 7,6 58
25—19—20 в 1,50 -2+1 1,5 — 6,0 49
25—19—20 в 1,50 —1+0,5 1,2 — 9,7 49
25—19—20 в 1,50 —0,5+0,25 1,0 — 10,0 49
в табл. 3 и на рис. 10. Из приведенных кривых на рис. 10, а следует, что проч-
ность гранулированных удобрений, получаемых непосредственным взаимодейст-
вием паров Р2О5, NH3 и воды с последующим введением в смесь калийсодер-
жащего компонента, возрастает при сушке независимо от соотношения пита-
тельных веществ и вида калийной соли.
При уменьшении содержания влаги в удобрениях примерно до 1,5—2% проч-
ность гранул (фракция—2+2 мм) удобрений, включающих хлорид, нитрат ил»
сульфат калия, достигает соответственно 7; 5,2 и 4,5-106 Н/м2 (7; 5,2 и
4,5 кгс/см2). Дальнейшее снижение влажности ведет к более резкому повыше-
нию прочности гранул. По достижении определенного предела влажности (0,5%
Н2О) прочность гранул практически не зависит от вида и свойств калийсодер-
жащего компонента, вводимого в удобрения. Таким образом, в процессе сушки
гранулированных удобрений их прочность повышается. Причем, характер зави-
симости прочности от содержания влаги и состава различен.
Изменение прочности гранул от их влажности и состава для удобрений,
полученных при взаимодействии паров Р2ОЕ, NH3 и раствора карбамида с после-
дующим введением калийсодержащих компонентов, приведено на рис. 10, б. Из
рисунка видно, что по мере удаления влаги прочность гранул повышается, осо-
бенно сильно при остаточном содержании влаги ниже 2%. Присутствие солей
калия, особенно сульфата, как и в предыдущем случае, приводит к снижению
прочности гранул.
28
Рис. 10. Зависимость прочности гранул сложных удобрений
а — удобрения, полученные при взаимодействии паров P2Os, NH3 и
введением азот- и калийсодержащих компонентов; 1 — марка 20—21—21 с KCI; 2 —марка
15—15—30 с КС1; 3 — марка 21—21—21 с KNO3; 4 — марка 15—60—0: 5 — марка 16—12—32 с
KNO3; 6—марка 20—20—20 с K;SO(;
б — удобрения, полученные при взаимодействии паров Р2О5, NH3 и растворов карбамида
с последующим введением солей калия и аммиачной селитры: / — марка 11—11—40 с КС1;
2 —марка 36—22—0; 3 — марка 28—16—15 с КС1 и NH«NO3; 4 — марка 12—12—35 с KjSOj.
от их влажности:
воды с последующим
29
Производство одинарных удобрений
Гранулирование одинарных удобрений широко применяется в За-
падной Европе, США, Канаде и других странах. Технологическая
схема их получения аналогична схеме, приведенной на рис. 2. По
такой схеме возможно проводить прессование хлористого калия,
карбамида, сульфатов аммония и калия, нитратов аммония
и кальция, известково-аммиачной селитры, дикальцийфосфата
и т. д. В процессе прессования этих продуктов наблюдается их
пластическая деформация, которая сопровождается сплавлением
частиц. Пористость получаемых удобрений может быть вычислена
по уравнениям.
Технологический режим прессования одинарных удобрений
Удобрение Размер валков пресса, мм Частота вращения валков, с—1 (об/мин) Зазор между валками, мм Толщина леиты. мм
d 1
Хлористый калий (95% КС1) 500 300 0,37 (22) 4 3—5
Сульфат калия (60% К2О) 500 300 0,37 (22) 4 3—5
500 300 0,37 (22) 4 3—5
Сульфат аммония (21% N) 520 520 0,33 (20) 1.7 3,5—3,9
520 520 0,33 (20) 2,5 3,9—4,8
Обычно условия прессования подбирают в зависимости от фи-
зико-химических и механических свойств исходного сырья, кото-
рое, в случае необходимости, подвергается предварительной обра-
ботке: нагреванию, увлажнению, подсушиванию, измельчению,
классификации, обработке пластификаторами и связующим ве-
ществом.
Это позволяет упростить технологию прессования, улучшить ка-
чество продукта, снизить удельное давление и энергетические за-
траты.
Прессование хлористого калия протекает наиболее эффективно
в присутствии ~ 1 % влаги (табл. 4), т. е. при увлажнении. При-
сутствие влаги обеспечивает наибольший выход товарной фракции
и минимальные затраты. При низком давлении прессования на-
личие влаги приводит к образованию слоистой структуры, при вы-
соком — ограничивает уплотнение и достижение более высокой
прочности вследствие пластического течения влажной соли.
Для упрощения технологии и повышения прочности гранул
технический хлористый калий (состав в %: 95,4 КС1; 2,7 NaCl;
0,6 Н2О) нагревают до 125—150 °C и увлажняют солевым раство-
ром, содержащим 193 г/л КС1, 94 г/л NaCl, 20 г/л MgSOi, 11 г/л
MgCl2 и 879 г/л Н2О, при 80—90 °C. Затем полученную массу
прессуют на валковом прессе. Спрессованная лента далее измель-
30
чается на куски и подвергается действию воздушной струи. При
этом содержание влаги уменьшается на 0,2%, а температура по-
нижается до 40 °C. При дополнительном дроблении продукт вновь
подвергается обработке сухим воздухом.
Температурный интервал подогрева хлористого калия может
быть шире, чем отмечалось выше (90—180°C). В этом случае его
также смешивают в шнековом смесителе с насыщенным раствором
хлористого калия, взятым в количестве, необходимом для получе-
ния смеси влажностью 0,1—2%.
С целью понижения температуры нагревания хлористого калия
и уменьшения удельного давления прессования КС1 смешивают
с небольшим количеством (0,25—5%) водорастворимой соли,
Таблица 4
Производитель- ность пресса, т/м длины валка Размеры гранул, мм Выход продукции, % Влажность смеси, % Удельное давление, МН/м2 Температура прессуемой смеси, °C
15 —4+2 70—75 1—2 +20
8 —4+2 70—75 1—2 100 +20
—— -3 + 1 70—75 0,5—2 100 90
5 -4+1 45-48 1,2—1,4 400 60—70
5 -4+1 45—48 1,2—1,4 400 60—70
имеющей температуру плавления
ниже 205 °C,
например с
NH4NO3, CO(NH2)2, NH4H2PO4.
Прессование сульфата калия, содержащего 40—60% КгО, осу-
ществляют на установке с валковым прессом, производительность
которой зависит от его захватывающей способности. Для получе-
ния максимальной производительности подбирают размер частиц
перерабатываемого сырья так, чтобы избежать образования кипя-
щего слоя при отводе выходящего при прессовании воздуха.
При прессовании сульфата калия, содержащего около 1% вла-
ги, без предварительного его подогрева получают прессат в виде
отдельных кусочков ленты плотностью 1700—2000 кг/м3.
Для повышения механической прочности гранул частицы суль-
фата калия прессуют под давлением 1,6—10 кН/см (0,8—1 тс/см)
при температуре 90 °C. При этом, содержание влаги в исходном
сырье составляет 0,5—2%.
Прессование сульфата аммония производится под давлением
40 кН/см (4 тс/см) при частоте вращения валков 0,33 с-1
(20 об/мин) и зазоре между ними 1,7—2,5 мм. При диаметре и
длине валков, равной 520 мм, ширина рабочей зоны составляет
320 мм, нагрузка по шихте, поступающей на уплотнитель, 5—
8 т/ч (шихта содержит 25—35% порошковидного сульфата аммо-
ния и 65—75% ретура с размером частиц менее 1 мм). В резуль-
31
тате просыпания неспрессованной шихты по краям рабочей зоны
валков и частичного измельчения плиток в момент их падения на
вибросито продукт после прессования содержит около 10-—15%
просыпи (частицы менее 1 мм).
Эффективность работы валкового уплотнителя оценивается от-
ношением массы получаемой плитки к массе шихты, поступающей
в уплотнитель. Эффективность прессования практически не зави-
сит от зазора между валками (в интервале 1,7—2,5 мм) и колеб-
лется в пределах 0,87—0,89. При прессовании валки пресса на-
греваются до 80—100 °C. Температура поверхности плиток дости-
гает 60—70 °C, что улучшает механическую связь между тонкодис-
персными частицами шихты. В вызревателе температура их по-
верхности понижается до 35—40 °C, влажность уменьшается с 1,2—
1,4% до 0,5—0,8%, а прочность плиток возрастает.
При увеличении средней толщины плиток с 3,7 до 4,4 мм воз-
растает число частиц размером менее 4 мм, а размер плиток
в вызревателе уменьшается в 4—5 раз. Степень измельчения пли-
ток толщиной 4,4 мм повышается на 20%, что указывает на мень-
шую степень их вызревания. С увеличением толщины плиток и ча-
стоты вращения ротора дробилки возрастает степень измельчения
продукта.
При удельной нагрузке 2,4—3,2 т/(м2-ч) эффективность грохо-
чения для верхнего сита равна 0,88; для нижнего сита — 0,84 при
удельной нагрузке 1,3—2,2 т/(м2-ч).
Прессование простого суперфосфата. Предварительно высу-
шенный и нейтрализованный суперфосфат подается через пита-
тель в пресс. Спрессованный суперфосфат направляют на дробле-
ние. После дробления продукт подвергается рассеву. Гранулы раз-
мером более 4 мм возвращаются на дробление и далее на рассев;
гранулы размером менее 1 мм возвращаются в голову процесса,
где смешиваются со свежим суперфосфатом и подаются на прес-
сование, а затем на дробление и рассев; гранулы размером 1—
4 мм являются готовым продуктом. Прочность полученных гра-
нул зависит от давления пресса. Гранулы, полученные из супер-
фосфата, спрессованного под давлением 49-10%Н/м2 (500 кгс/см2),
выдерживают нагрузку около 98,1-10 Н/м2 (10 кгс/см2).
Методом прессования можно получать гранулированный супер-
фосфат. Для этого измельченный и просеянный суперфосфат по-
дается на прессование в валковый пресс, на поверхности рабочих
валков которого имеются ячейки в виде зерен. Валки сцеплены
между собой цилиндрическими зубчатыми шестернями. Спрессо-
ванные на валках зерна выходят из пресса и направляются на
грохота, где они отсеиваются от мелкой фракции, которая возвра-
щается на прессование. По этому методу гранулированный про-
дукт получается лишь в смеси с торфом или перегноем, в отсут-
ствие которых суперфосфат прилипает к валкам пресса.
Пуск и остановка цеха прессования удобрений. Перед пуском
цеха проверяют исправность аппаратуры, движущихся механизмов
и оборудования, коммуникаций, наличие пара и воды, напряжение
в электросети, исправность контрольно-измерительных приборов.
При пуске оборудование включается в определенной последова-
тельности: вначале оборудование узлов классификации (рассева),
дробления и транспортные системы для перемещения исходного
сырья, полуфабрикатов и готового продукта. После заполнения
питателя пресса исходным материалом производится пуск валко-
вого пресса.
Остановка цеха осуществляется в обратном порядке: прекра-
щается подача сырья и ретура в питатель валкового пресса, оста-
навливается пресс, затем транспортные средства, подающие спрее?
сованный материал на дробление, и, наконец, оборудование узлов
дробления и классификации.
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Увеличение «просы- Истирание валков пресса Заменить валки новыми или
ПИ» проточить старые
Увеличение зазора между валками и течкой Уменьшить зазор
Снижение гидравлического Повысить давление до нор-
давления на валках мы. Проверить герметич- ность гидравлической сис- темы
Увеличение содержания ре- Проверить работу дробилки
тура в прессуемой смеси (зазор между билами и плитами) н грохота (со- стояние сеток, грануломе- трический состав ретура) и устранить отклонения от заданного технологическо- го режима
Растяжение и разру- Очень быстрое прохождение Отрегулировать работу за-
шение спрессован- прессуемого материала че- грузочного устройства, на-
ной ленты рез валки грузку и число оборотов валков
Понижение произво- Пониженная частота враще- Отрегулировать соотноше-
дительности прес- ния валков ние числа оборотов шнека
са загрузочного устройства и валков пресса
Недостаточно эффективная Наладить работу загрузоч-
работа загрузочного устрой- ства него устройства
Уменьшение среднего разме- Поддерживать дисперсный
ра частиц прессуемого ма- состав прессуемого мате-
Увеличенная подача териала риала
Увеличение зазора между Уменьшить зазор между би-
плитки на дробление билами и отбойными плита- лами и отбойными пли-
Сильная вибрация МИ тами
дробилки Дебаланс ротора Устранить причины дебалан- са ротора
Поломка бил Перебрать била или устано- вить новые
3—1819
33
Продолжение
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Снижение производи- тельности дробилки Повышенный выход крупной фракции Повышенный выход мелкой фракции Стук в дробилке Стук в упругой муф- те Неравномерная подача ма- териала Забиты течки Износ бил или их поломка Увеличение зазора между билами и отбойными пли- тами дробилки Уменьшение зазора между билами и отбойными пли- тами Задевание бил за плиты Ослабление крепления Чрезмерное увеличение на- грузки Выход из строя механизма останова Накопление и уплотнение материала внизу элевато- Отрегулировать механизм подачи Прочистить течки и прове- рить влажность исходного материала Перевернуть била или заме- нить новыми Отрегулировать зазор Отрегулировать и увеличить зазор Проверить н отрегулировать зазор между билами и плитами Подтянуть пальцы и сни- зить нагрузку Проверить и отремонтиро- вать механизм Проводить периодическую очистку
Пробуксовывание эле- ватора Замедленное движе- ние валков Низкое качество рас- сева: 1. Повышенное содер- жание мелкой фрак- ции — 1 мм 2. Повышенное содер- жание крупной фракции в товар- ной продукции Стук грохота во вре- мя работы Увеличенное количе- ство мелкой фрак- ции (—1 мм) в про- дукте, подаваемом на рассев Повышенная темпе- ратура подшипников ра Недостаточное натяжение цепей Неполадки в подшипнике Забивка отверстий сит вслед- ствие повышенной влаж- ности материала Повышенная нагрузка на грохот Ослабленное напряжение сит Увеличение амплитуды ко- лебания Ненормальная работа дви- жущихся частей Мал зазор между билами и отбойными плитами в дро- билке Отсутствие смазкн или за- сорение пылью Отрегулировать натяжение Проверить подшипники и устранить имеющиеся де- фекты Проверить влажность исход- ных компонентов Снизить нагрузку на грохот и одновременно на пресс Проверить работу дробилок Подтянуть сита и устранить дефекты Проверить балансировку. Уменьшить подачу мате- риала Отрегулировать движущие- ся части. Смазать или про- мыть подшипники Увеличить зазор Подать смазку и промыть подшипники
34
ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕССОВАНИЯ
НА ТАБЛЕТОЧНЫХ ПРЕССАХ
При использовании в небольших количествах прессованные туко-
смеси являются удобными формами в обращении, применении и
простыми в изготовлении. Технологический процесс прессования
состоит из подготовки исходных компонентов, смешения, прессо-
вания в пресс-формах и упаковки полученных удобрений в виде
брикетов, кубиков, таблеток и др. При этом, изменяя состав, вес
Рис. 11. Схема производства таблетированных удобрений на основе переработки
элементарного фосфора, азот- и калийсодержащих компонентов:
/"Хранилище фосфора; 2—-погружной насос для подачи фосфора; 3, 11, 23 — вентилято-
ры; 4 — циклонная топка; 5 ~ реакционные колонны; 6, 8, 10, 22 — промежуточные ем-
кости; 7 — насосы; 9 — конденсатор; 12, 13 — напорные баки; 14 ~ распылительная сушил-
ка; 15 — смеситель; 16 — приемный бункер для тукосмеси; 17 — таблеточный пресс;
18" приемный бункер для таблетированных удобрений; 19 — автомат для расфасовки и
упаковки таблетированных удобрений; 20 — циклон сухой очистки; 21 — скруббер для
улавливания пыли и NH3 из отходящих газов; 24 — бункеры для исходного сырья;
25 — дозаторы; 26 — ленточный транспортер.
и соотношение компонентов, получают широкий ассортимент удоб-
рений по форме и составу питательных веществ, различных доба-
вок в виде пестицидов и биостимуляторов.
В качестве азотсодержащих компонентов применяют аммиач-
ную селитру и карбамид, так как последний содержит высокий
процент азота, физиологически почти нейтрален, менее подвержен
вымыванию из почвы, не создает очагов повышенного соматиче-
ского давления. Наличие в аммиачной селитре аммиачного и нит-
3*
35
ратного азота позволяет использовать ее под различные культуры.
В качестве калийсодержащих компонентов применяются хлорид
и сульфат калия.
Общая схема
На рис. 11 приведена схема производства таблетированных удобрений. По
этой схеме жидкий фосфор из хранилища 1, обогреваемого водой, насосом 2 по-
дается через форсунку в циклонную топку 4, куда одновременно вентилятором 3
нагнетается воздух. Из топки 4 пары РгО5 поступают в теплообменник, где
охлаждаются примерно до 1100 °C, и далее направляются в первую по ходу га-
за реакционную колонну 5. В нижнюю часть колонны подается газообразный
аммиак, который взаимодействует со стекающим сверху раствором. Из первой
колонны непоглощенные P20j и NH3 и образовавшийся фосфорнокислотный ту-
ман поступают во вторую колонну 5, где происходит их окончательная абсорб-
ция. Очищенные газы направляются в конденсатор 9 и далее вентилятором 11
отводятся в атмосферу.
Раствор (рН=3,5—5,5) из второй колонны собирается в емкости 6 (состав
раствора: 5—10% азота и 20—60% Р2О5), откуда насосом 7 направляется в обо-
греваемый напорный бак 13 и далее через распылитель [скорость газа в сопле
100—115 м/с; давление газа на входе в распылитель 24-102—29.4102 Н/м2 250—
300 мм вод. ст.); в питательную трубку подается сжатый воздух 44-104—
54-104 Н/м2 (4,5—5,5 кгс/см2)] в распылительную сушилку 14. Одновременно в
распылительную сушилку подаются топочные газы при температуре 200—550 °C.
Высушенный продукт до содержания влаги 0,5—1,5% собирается в нижней ча-
сти аппарата. Из распылительной сушилки 14 продукт направляется в смеси-
тель 15.
Одновременно из бункеров 24 через дозаторы 25 и ленточный транспортер
26 в смеситель 15 подаются азот- и калийсодержащие компоненты, а также
микроэлементы. После тщательного перемешивания и измельчения тукосмесь
через приемный бункер 16 поступает в таблеточный пресс 17 и далее на рас-
фасовку и упаковку.
Таблеточный пресс
Для таблетирования удобрений применяют таблеточные прессы
ТП-1, ТП-40 и др. На рис. 12 приведен общий вид пресса ТП-1.
Он состоит из П-образной чугунной станины 1 с закрепленным
корпусом сборки 5, на котором смонтированы все рабочие узлы
пресса. От трехскоростного электродвигателя 2 через шкив 3,
клиноременную передачу 4 движение передается на маховик 11
и далее через косозубые шестерни — на кривошипный вал 9, от
которого приводятся в движение все исполнительные механиз-
мы — давления, питания и выталкивания таблетки. Общий вид
корпуса сборки пресса (в разрезе) показан на рис. 13. Он пред-
ставляет собой конструкцию коробчатого сочетания, отлитую вме-
сте с опорным столом, на котором установлен съемный блок прес-
сования 8. К корпусу по разъему центральной оси кривошипного
вала 15 крепится крышка 17. Кривошипный вал опирается на
разъемный бронзовый подшипник 14 и роликовый конический под-
шипник 20. На валу закреплен двойной копир 16, который через
шатун 10 и систему рычагов передает движение питателю и вы-
талкивателю. На валу 15 закреплена косозубая шестерня 19, на-
36
ходящаяся в зацеплении с валом-шестерней 21. Он установлен на
роликовых конических подшипниках 22 и фиксируется крышкой 23.
На свободном конце вала закреплен ведомый шкив-маховик 24.
В направляющих корпуса перемещается ползун 11. Зазор между
Рис. 12. Таблеточный пресс-автомат
ТП-1:
/ — станина; 2 — электродвигатель; 3 —
шкив; 4 — клиноременная передача; 5 —
корпус сборки; 6 — питатель с бункером;
7 — направляющие питателя; 8 — система
рычагов, приводящих в движение пита-
тель; 9 — кривошипный вал; 10 — кожух;
11 — шкив-маховик; 12 — шестерня вороши-
теля; 13 — приемный лоток для таблеток.
Рис. 13. Корпус сборки пресса:
1 — корпус пресса; 2 — гайка дозатора;
3 — выталкиватель; 4, 9 — толкатели; 5,
7 — пуансоны; 6 — матрица; 8 — съемный
блок прессования; 10 — шатун; 11 — пол-
зун; 12 — неподвижная ось; 13 — корпус
сборки; 14, 20, 22 — подшипники; /5 — кри-
вошипный вал; 16 — двойной копир; 17,
23 — крышки; 18 — механизм давления;
19 — косозубая шестерня; 21 — вал-шестер-
ня; 24 — шкнв-маховик.
ползуном и корпусом регулируется клиньями. На кривошипный
вал насажен механизм давления. Эксцентрик этого механизма со-
единен с ползуном 11 неподвижной осью 12. Положение пуансо-
нов 5 и 7 вначале прессования регулируется поворотом маховичка
через червячную пару, соединенную с эксцентриком механизма
Давления, что дает возможность изменять эксцентриситет и, сле-
довательно, давление на прессуемую таблетку.
37
Механизм давления 18 работает следующим образом. Через
ползун 11 поступательное движение передается верхнему толка-
телю 9, несущему пуансон 7, который, входя в матрицу 6, произ-
водит одностороннее прессование таблетки. Нижний пуансон 5 за-
креплен в нижнем толкателе 21 и постоянно находится в матри-
це 19. Толкатель 4 через гайку 2 опирается на корпус 1 пресса.
Глубина заполнения матрицы регулируется положением пуансо-
на 5 посредством вращения гайки 2 дозатора.
Механизм питания приводится в движение от двойного копира
16 через систему рычагов, сообщающих возвратно-поступательное
движение питателю с закрепленным на нем бункером. Узел пита-
ния служит для дозирования, заполнения матрицы и сбрасывания
в лоток готовой таблетки.
Механизм выталкивания таблетки из матриц 6 работает от
двойного копира 16, приводя в движение шатун 10, на конце ко-
торого закреплен выталкиватель 3, введенный в паз нижнего тол-
кателя 4.
Технологическая характеристика пресса приведена ниже:
Максимально допустимое усилие прессования, кН (тс) . 17 (1,7)
Число двойных ходов толкателя в 1 мин
на первой скорости электродвигателя ............. 50
на второй » » ............ 72
на третьей » » ............ 102
Диаметр прессуемых таблеток, мм......................... 9, 10, 12
Глубина заполнения, мм............................... 15
Производительность пресса на однопуансонном пресс-ин-
струменте (число таблеток в 1 ч)
при первой скорости электродвигателя............. 300#
при второй » » ............ 4320
при третьей » » ............ 6122
Потребляемая мощность электродвигателя, кВт
при первой скорости................................... 0,6
при второй скорости.................................... 0,7
при третьей скорости................................... 1,1
Наладка, пуск и остановка таблеточного пресса. Наладка прес-
са производится с целью получения таблеток с заданными массой,
прочностью и товарным видом. Для этого тукосмесь подается
в бункер, откуда она непрерывно поступает в питатель, который
совершая возвратно-поступательное движение, досылает ее в об-
ласть матричных гнезд. По глубине заполнения матрицы устанав-
ливают заданную массу таблетки, регулирование которой осу-
ществляется с помощью гайки дозатора путем ее вращения по
часовой стрелке или в обратном направлении. В первом случае
масса таблетки будет уменьшаться, во втором — увеличиваться.
После того как масса таблетки будет отрегулирована, гайка доза-
тора фиксируется в направляющем пазу винтом. Затем с помощью
маховичка производят регулирование давления (маховичок вра-
щает червяк, связанный с червячным колесом-эксцентриком). По
38
окончании регулирования режимов дозирования и давления пресс
переключается на автоматический ход. Переключение пресса на
автоматический ход производится в следующем порядке: 1 — зона
прессования закрывается кожухом и замыкает микропереключа-
тель; 2 — включается автоматический выключатель, закрывается
зона прессования и нажимается кнопка «Пуск». Отключение прес-
са производится в обратной последовательности. Переключение
режима работы электромотора на одну из трех скоростей может
осуществляться во время эксплуатации пресса.
В момент прессования нижний пуансон находится в неподвиж-
ном состоянии, опираясь гайкой на плоскость корпуса. При вы-
талкивании таблетки он находится в верхнем положении заподли-
цо с плоскостью зеркала стола. Все операции, связанные с налад-
кой движения пуансонов, производятся проворачиванием маховика
вручную.
Влияние условий прессования на процесс образования
таблетированных удобрений и их качество
Влияние состава смеси на ее физико-химические свойства. Для
приготовления тукосмесей используются компоненты с крупностью
—1+0,5 мм, что обеспечивает достаточную пластичность смеси.
Все тукосмеси, приготовленные на основе карбамида, аммофоса
и хлористого калия, гигроскопичны. При хранении они поглощают
влагу из воздуха и слеживаются, особенно удобрения с соотноше-
нием питательных веществ 1—1—1 и несколько меньше 1—1,5—1
и 1—1,5—1,5. По-видимому, при увеличении содержания аммофоса
и хлористого калия несколько улучшаются физико-химические
свойства смеси и снижается ее слеживаемость. Повышенная сле-
живаемость тукосмесей в технологическом цикле приводит к сни-
жению степени использования оборудования, ухудшению качества
удобрений и ухудшению экономических показателей производства.
Чтобы устранить слеживаемость тукосмесей в производстве прес-
сованных удобрений, целесообразно их приготавливать в непре-
рывном цикле непосредственно перед операцией прессования.
При введении микроэлементов в виде солей цинка, меди, ко-
бальта влажность смеси повышается незначительно. Однако при
Добавлении к смеси, содержащей карбамид, бора (в виде борной
кислоты) влажность тукосмеси резко повышается в результате вы-
деления воды при взаимодействии карбамида с борной кислотой.
Тукосмеси, приготовленные на основе нитрата аммония, аммофо-
са и хлористого калия с добавкой борной кислоты, не увлажня-
ются.
Влияние влажности смеси. Состав тукосмесей, их влажность,
геометрические параметры и масса таблеток, характеристика про-
цесса прессования и результаты микроскопических наблюдений
Приведены в табл. 5.
39
Таблица 5
Характеристика тукосмесей и некоторые качественные показатели условий процесса теблетирования
Компонент смеси Марка удобрений, n-p2o6-k2o Параметры таблетки Влаж- ность смеси, % Результаты наблюдений
Диа- метр, см высота, см масса, г визуальных под микроскопом
Аммофос, карбамид, хлористый калий 18—18—18 0,90 0,40 0,42 0,31 Смесь хорошо прессуется, наблюдается незначитель- ное налипание тукосмеси на пуансоны Равномерное распределение кристаллов хлористого калия в однородном сплаве аммо- фоса с карбамидом
16—24—16 0,90 0,50 0,47 0,36 Смесь хорошо прессуется, не прилипает к пуансонам. Поверхность таблеток ров- ная, блестящая То же
14—22—22 0,90 0,30 0,48 0,37 Смесь хорошо прессуется при максимальном уси- лии (170 мН/м2 или 1700 кгс/см2) и минимальной глубине заполнения пресс- формы Все компоненты сплавляются в монолит
Аммофос, карбамид, хлористый калий, борная кислота 18—18—18—0,3 (В) 0,91 0,42 0,38 2,90 Смесь хорошо прессуется, но наблюдается незначи- тельное налипание на пу- ансоны, что сказывается на форме таблеток Таблетки состоят из Деформи- рованных спрессованных от- дельных кристаллов. Края неровные, хрупкие, толщина таблеток по периметру неод- нородная
Аммофос, карбамид, хлористый калий, микро»лементы (МЭ) 18—18—18—0,5 (МЭ) 0,92 0,45 0,40 0,70 Смесь хорошо прессуется, но налипает на пуансоны. Таблетки прочные Таблетки состоят из деформи- рованных кристаллов. Края их неровные, хрупкие. Тол- щина по периметру неравно- мерная
Аммофос, карбамид, сульфат калия 17—17—17 0,91 0,42 0,40 0,70 Смесь более Сыпучая, чем с КС1. Прессуется хорошо. Наблюдается налипание смеси на стенки матрицы. Выталкивание таблеток затруднительно Таблетки однородны по соста- ву, но не однородны по струк- туре. Поперечный срез таб- летки частично состоит из де- формированных кристаллов, частично монолитен
15—22—15 0,92 0,43 0,41 0,72 Смесь хорошо прессуется, лучше, чем смесь марки 1—1—1. С увеличением давления смесь начинает прилипать к пуансонам Давление 17 МН/м2 (1700 кгс/см2) недостаточно. Проч- ность таблеток повышается при их увлажнении с после- дующим подсушиванием
13—19—19 0,92 0,44 0,46 0,85 Смесь прессуется при мак- симальном давлении, при этом налипает на пуансо- ны Поверхность ровная, на срезе видны слои кристаллов. Таб- летки хрупкие
Аммофос, карбамид, сульфат калия, борная кислота 17—17—17—0,3 (В) 0,92 0,36 0,36 0,77 Смесь прессуется удовлет- ворительно, но прилипает к пуансонам и плохо до- зируется На поверхности таблеток вид- ны сколы. Неоднородны гра- ни и толщина таблеток. На срезе четко обозначены слои кристаллов, слабо соприкаса- ющихся между собой
Аммофос, карбамид, сульфат калия и микроэлементы 17—17—17—0,5 (МЭ) 0,91 0,26 0,30 1,79 Смесь прессуется плохо, на- липает на пуансоны Таблетки тонкие с хрупкими краями и неоднородной тол- щины по периметру
Аммофос, нитрат аммония, хлори- стый калий 17—17—17 0,96 0,51 0,47 0,30 Смесь прессуется хорошо, не налипает Таблетки получаются с круп- ными порами. Частицы NH4NO3 плохо соединены с частицами других компонен- тов
Из приведенных данных следует, что процесс прессования в зна-
чительной степени зависит от содержания влаги в исходной смеси.
Наиболее эффективно этот процесс протекает при влажности
0,30—0,35%. При повышении содержания влаги в смеси последняя
налипает на пуансон, что затрудняет процесс таблетирования.
Исключение составляют смеси, приготовленные на основе аммофо-
са, карбамида, хлористого калия и борной кислоты, где прессова-
ние протекает нормально при повышенном содержании влаги.
В последнем случае в процессе прессования влага выдавливается
на поверхность и действует как смазка при сжатии смеси и вытал-
кивании таблеток; в результате этого процесс протекает значи-
тельно легче, чем при таблетировании смесей с низкой влаж-
ностью. Очевидно, определенное количество свободной влаги спо-
собствует более легкому перемещению частиц смеси, их сближе-
нию и уплотнению, вследствие чего увеличивается прочность таб-
леток или плиток. При чрезмерном повышении влажности смеси
уменьшаются силы межмолекулярного взаимодействия и снижает-
ся прочность прессованных форм удобрений.
Влияние давления прессования. Прессуют каждую смесь при
оптимальных условиях дозирования и давления, которые подбира-
ют опытным путем. Наиболее удовлетворительно прессуются смеси
на основе аммофоса, карбамида и хлористого калия. При добавле-
нии борной кислоты или других микроэлементов неизбежно снижа-
ется давление прессования, вследствие чего ухудшается структура
таблеток. При замене в смеси хлористого калия на сульфат калия
снижается ее пластичность, в результате чего смесь прессуется
хуже.
Толщину и массу таблеток выбирают в зависимости от свойств
исходных компонентов, входящих в состав смеси, и регулируют
режимом их подачи в матрицу и давлением прессования. Структу-
ра и форма таблеток в значительной степени определяются свойст-
вами азотсодержащего компонента. Например, смеси с нитратом
аммония более устойчивы к деформации в период прессования,
чем смеси с карбамидом (табл. 6).
Для получения прессованных удобрений хорошего качества не-
обходимо, чтобы исходные компоненты были измельчены, тща-
тельно перемешаны, содержали допустимое количество влаги и от-
прессованы при оптимальном давлении и заполнении пресс-форм.
Влияние других факторов. Практически все таблетированные
удобрения имеют высокую прочность на раздавливание, низкую
влажность и хорошую растворимость в воде (табл. 6).
Небольшая прочность наблюдается у марок 1—1,5—1 и 1—
—-1,5—1,5 на основе аммофоса, карбамида и хлористого калия.
При введении борной кислоты и микроэлементов в эту смесь
прочность таблеток значительно снижается и повышается их влаж-
ность. И, наоборот, при замене в смеси КС1 на K2SO4 добавление
Н3ВО3 увеличивает прочность таблетированных удобрений вслед-
ствие повышения пластичности смеси и снижения предела те-
43
Таблица 6
Некоторые показатели физико-механических свойств таблетированных удобрений
Компоненты смеси Марка удобрений, n__p2o5_k-2o Влажность,' % Прочность таблеток, МН/м2 • цдр н ц и е н т гигроскопич- ности, ммоль/(г- °C) 1 игроскипи- ческая точка, % .гаитвирнмис 1 ь при 25 °C, %
Аммофос, карбамид, хло- ристый калий Аммофос, карбамид, хло- ристый калий, борная кислота Аммофос, карбамид, хло- ристый калий, микро- элементы (МЭ) Аммофос, карбамид, сульфат калия Аммофос, карбамид, сульфат калия, борная кислота Аммофос, карбамид, сульфат калия, микро- элементы (МЭ) Аммофос, нитрат аммо- ния, хлористый калий Аммофос, нитрат аммо- ния, хлористый калий, борная кислота Аммофос, нитрат аммо- ния, сульфат калия 18—18—18 16—24—16 15—22—15 18—18—18—0,5 (В) 18—18—18—0,5 (МЭ) 17—17—17 15—22—15 13—19—19 17—17—17—0.3(B) 17—17—17—0,5 (МЭ) 17—17—17 15—23—15 14—20—20 17—17—17—0,3 (В) 15—15—15 14—21—14 0,38 0,41 0,34 0,90 0,43 0,27 0,40 0,25 0,44 0,35 0,30 0,38 0,40 0,74 0,43 0,24 2,5 3,7 3,5 2,3 2,5 1,9 2,6 2,8 2,5 2,6 1,2 2,3 2,1 0,8 1,4 3,2 3,35 4,40 2,81 6,90 3,77 1,35 2,80 3,10 2,42 1,77 1,37 1,29 1,39 1,83 1,97 1,00 51,0 49,5 56,0 48,5 40,0 59,0 57,0 56,5 51,0 49,5 58,0 59,0 61,0 43,0 50,0 63,0 53,99 46,30 45,63 52,85 52,94 46,72 47,99 53,83 52,44 47,52 49,15 47,06 47,44 52,94 53,07 48,61
кучести. При этом увеличивается адгезионная активность смеси,
что приводит к необходимости снизить давление прессования из-
за усиления налипания материала на матрицу и пуансон.
Смеси, приготовленные на основе нитрата аммония, менее
пластичны, и таблетки из них менее прочны. Добавление к смеси
борной кислоты и микроэлементов приводит к дополнительному
снижению прочности прессованных удобрений. Микроскопические
исследования показали, что для этих смесей требуется более вы-
сокая дисперсность частиц (—0,5 мм), так как при максимально
допустимом давлении деформируются верхние слои частиц нитра-
та аммония и образующиеся контакты очень непрочны. Кроме то-
го, нитрат аммония обладает свойством изменять свой объем при
изменении температуры и влажности окружающей среды, в ре-
зультате чего происходит разрушение таблетки по всему объему
так же, как и таблетированного удобрения марки 1—1—1—0,3 (В).
Из табл. 6 видно, что все марки таблетированных удобрений
гигроскопичны. Наибольшей гигроскопичностью отличаются удоб-
44
рения, приготовленные на основе карбамида, аммофоса, хлористо-
го калия с добавкой борной кислоты и микроэлементов. Поэтому
все марки удобрений нуждаются в водоотталкивающих покрытиях
или в герметизированной упаковке.
Все таблетированные удобрения практически не слеживаются.
Однако при упаковке таблеток, приготовленных на основе нитрата
аммония, в тару сразу же после прессования возможно их слежи-
вание. Вероятно, в процессе прессования выдавливаются значи-
тельные количества насыщенного раствора, который создает
Состав и свойства таблетированных удобрений
Таблица 7
№ пп Марка удобрений, n-p2o6-k2o Кал нйсо держащий компонент pH исходного рас- твора или плава Фракция, мм Влажность, % Прочность табле- ток, МН/м2 Гигроскопическая точка, % Коэффициент ги- гроскопич ностн, ммоль/(г-ч) Растворимость, %
1 20—20—21 20—20—21 20-20—21 21—20—24 21—23—20 21—23—20 21—23—20 17—19—27 17—19—27 17—19—27 15—16—29 10—15—39 КС1 То же » » » » » » » 4,5 4,5 4,5 5,0 5,0 5,0 5,0 4,5 4,5 4,5 2,7 2,5 —2 +1 —1 +0,5 —0,5 +0,25 -2 +1 -2 +1 —1 +0,5 —0,5 +0,25 —2 +1 —1 +0,5 —0,5 +0,25 -2 +1 -2 +1 0,8 0,8 0,5 0,5 0,8 0,6 0,6 1,4 1,5 1,6 1,6 1,6 2,0 0,8 0,1 0,1 1,2 1,5 0,8 0,7 48,2 47,5 44,5 52,1 49,7 53,6 48,0 52,0 47,3 50,2 38,5 41,0 4,2 3,2 2,7 3,0 2,2 2,0 2,1 3,4 2,8 2,6 2,6 50 50 50 50 50 50 52 52 52 51 51
2 15—10—39 20—21—22 16—11—32 16—11—32 16—11—32 KNO3 То же » 2,5 5,5 2,3 2,3 2,3 -2 +1 —2 +1 -2 +1 —1 +0,5 —0,5 +0,25 2,5 0,6 0,6 0,4 0,7 1,9 2,2 0,3 42,5 44,5 52,0 51,0 53,0 3,5 1,7 1,4 1,2 51
3 20—20—20 20—20—20 20—20—20 K2SO4 То же » 1,25 1,25 1,25 -2 +1 —1 +0,5 —0,5 +0,25 0,3 0,4 0,5 0,05 0,92 0,1 54,5 54,0 53,5 1.8 1,4 1,0 58 58 58
4 25—19—20 25—19—20 » » 1,5 1,5 -2 +1 —1 +0,5 0,6 0,8 0,88 0,82 51,0 49,0 1,9 1,8 49 49
5 25—19—20 » 1,5 —0,5 +0,25 0,9 0,3 44,0 1.8 49
Примечание: /, 4—смесь прессуется, но налипает на пресс-инструмент (пуаисоны, ма-
трицы); 2—сиесь прессуется хорошо с небольшим налипанием на пресс-инструмент; 3—смесь
практически ие прессуется; 5—при выталкивании из пресса таблетки ломаются.
45
Рис. 14. Зависимость прочности
таблетированных удобрений,
полученных взаимодействием
паров NH3, Р2О5 и воды с
растворами карбамида, от их
влажности:
/ — марка 11—11—10 с КС1; 2 —
марка 36—22—0; 3 — марка 28—23—0
с добавлением NH4NO3; 4 — марка
28—23—0 с добавлением NH4NO3;
5—марка 28—16—15 с добавлени-
ем NH4NO3 и КС1; 6 — марка
13—9—35 с K2SO4; 7 — марка
16—59—0 (без карбамида); 8 — мар-
ка 12—11—35 с K2SO4; 9 — марка
16—59—0 (без карбамида); фрак-
ция — 1+0,5 мм — кривые 1—3, 6,
8. 9; фракция — 0,5+0,25 мм — кри-
вые 4, 5, 7.
дополнительные кристаллические
контакты между таблетками. Устра-
нить это можно при соответствую-
щей форме упаковки в конвалюты
или при небольшой выдержке табле-
тированных удобрений перед их рас-
фасовкой.
Состав и некоторые свойства таб-
летированных удобрений, получен-
ных на установке непрерывного дей-
ствия (см. рис. 11) при взаимодей-
ствии паров Р2О5, NH3 и воды или
раствора карбамида с последующим
введением в фосфаты и полифосфа-
ты аммония различных азот- и ка-
лийсодержащих компонентов приве-
дены в табл. 7.
Наблюдения показали, что в про-
цессе прессования удобрения нали-
пают на пресс-инструмент. Для
уменьшения налипаний прессование
ведут при различном давлении (оп-
ределяют его соотношение питатель-
ных веществ и свойства калийсодер-
жащего компонента, вводимого в со-
став удобрения), в результате чего
прочность таблетированных удобре-
ний изменяется в широком интерва-
ле от 0,3 до 2 МН/м2 (3—20кгс/см2).
Таблетки при этом имеют монолит-
ную структуру без пор и трещин, а
также неправильную форму и неров-
ную поверхность. Хуже всего прес-
суются удобрения, в которых в каче-
стве калийсодержащего компонента
используется сульфат калия. При
понижении pH этого удобрения про-
цесс прессования ухудшается и по
достижении рН = 1,2—1,5 оно прак-
тически не прессуется. Соотношение
фракций в пределах 0,25—2 мм
(—2+1, —1+0,5 и —0,5+0,25 мм)
и их влажность в пределах 0,5—
2,5% не влияют существенно на про-
цесс таблетирования. При низком
таблетированных удобрений не-
давлении прессования влажность
значительно уменьшается по сравнению с влажностью исходных.
При длительном хранении прочность их не изменяется.
46
Существенно влияет на прочность удобрений термообработка.
В процессе подсушки при температуре 75 °C в течение 1 ч проч-
ность таблеток возрастает. Это подтверждает, что в гранулиро-
ванных удобрениях преобладают кристаллизационные контакты,
при увеличении числа которых повышается прочность таблеток.
Таблетированные удобрения имеют несравнимо более высокую
прочность, чем аналогичные продукты, гранулированные другими
методами. Из рис. 14 видно, что прочность удобрений, содержащих
N, Р2О5 и К2О в значительной степени зависит от их состава,
влажности и дисперсности, хотя для приведенных составов проч-
ность не всегда прямо пропорциональна дисперсности прессуемого
продукта, так как при повышении дисперсности увеличивается на-
липание продукта на пресс-инструмент, в результате чего прихо-
дится снижать давление прессования, а это, в конечном итоге, ве-
дет к уменьшению прочности таблетированных удобрений.
Таблетированные удобрения, содержащие только фосфаты и
полифосфаты аммония, имеют наименьшую прочность, которая не
зависит от содержания влаги в прессуемом удобрении в пределе
0,5—2%.
Введение в удобрение карбамида или нитрата аммония значи-
тельно повышает прочность таблетированных азотно-фосфорных
удобрений. В этом случае прочность прессованных удобрений при
введении калийсодержащего компонента (в виде хлорида или
сульфата калия) несколько повышается. Прочность таблетирован-
ных удобрений, содержащих хлористый калий, значительно выше,
чем удобрений, в состав которых входит сульфат калия. При под-
сушивании их прочность повышается.
На рис. 14 видно, что двойные удобрения типа N—Р2О5, содер-
жащие карбамид и нитрат аммония, и тройные удобрения, содер-
жащие хлористый калий, можно таблетировать при значительном
содержании влаги и более низком давлении. При этом влажность
удобрения будет лимитироваться только налипанием прессуемого
удобрения на пресс-инструмент.
Удовлетворительная прочность таблетированных удобрений,
приготовленных на основе только фосфатов и полифосфатов ам-
мония, и удобрений, содержащих сульфат калия, достигается при
влажности прессуемого материала менее 1%.
Значительно влияет на гигроскопичность удобрений вид и со-
держание калийного компонента. Наиболее гигроскопичны марки
удобрений, содержащих хлористый калий, и в меньшей степени —
сернокислый калий. При увеличении содержания калийного ком-
понента в удобрении возрастает его гигроскопическая точка. При
этом коэффициент гигроскопичности остается без изменения.
Таблетированные удобрения имеют более низкую гигроскопич-
ность, чем исходные (до процесса прессования). При уменьшении
крупности частиц исходных компонентов от —2+1 до —0,5+
+0,25 мм гигроскопическая точка таблетированных удобрений
изменяется незначительно и в зависимости от марки и вида калий-
47
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Поверхность таблетки Налипание порошка на по- Промыть пуансоны и мат-
не отвечает товар- верхности пуансона и мат- рицы в горячей воде или
ному виду риц спирте. После промывки протереть насухо
Сколы, наплывы на поверхности таблет- Повышенная влажность ту- космеси Снизить содержание влаги
ки Чистота поверхности пресс- инструмента не соответст- вует чертежу Выкрашивание фасок на пу- ансонах Отполировать поверхность пресс-инструмента
Расслоение таблетки Повышенная влажность ту- космеси Выработка матрицы в зоне прессования Повышенные давление и скорость Снизить содержание влаги в исходных компонентах смеси Заменить матрицу Снизить давление и обороты пресса
Следы на поверхности Следы смазки на верхнем Остановить пресс, протереть
таблеток пуансоне пуансон и толкатель. Про- верить уплотнение и, в случае износа, заменить
Таблетки не спрессо- ваны Поломка пружины Заменить пружину на новую и установить необходимое давление прессования
Заметный рассев ту- космеси на поверх- ности зеркала сто- Выработка уплотнения по периметру питателя, при- легающему к столу Заменить уплотнение
ла Увеличенный зазор между зеркалом стола и питате- лем Отрегулировать прилегание питателя к зеркалу стола
Налипание тукосмеси Износ рабочей части пуан- Отполировать рабочую часть
на пуансон сонов Повышенная влажность ту- космеси в составе мате- риала Отсутствие необходимых компонентов, обеспечива- ющих сыпучесть порошка пуансонов Довести влажность туко- смеси до нормы Добавить соответствующие компоненты
Неточная дозировка Неудовлетворительный Фракционный состав туко-
массы на таблетиро- фракционный состав туко- смеси довести до нормы
ванне смеси Увеличенная скорость рабо- ты машины Залегание порошка в воро- шителе Отклонение размера нижне- го пуансона от номиналь- ного (70-80%) Снизить скорость машины Прочистить ворошитель Заменить изношенные пуан- соны
содержащего компонента составляет 40—55%. Гигроскопическая
точка таблетированных удобрений выше, чем удобрений грануло-
метрического состава —2+1, —1+0,5 и —0,5+0,25 мм, которые
являются исходными компонентами смеси для прессования (30—
47%).
При повышении дисперсности удобрений от —2+1 до —0,5 +
+0,25 мм коэффициент гигроскопичности таблетированных удоб-
рений уменьшается в 1,2—2 раза [до 1,0—4,3 ммоль/(г-ч)]. Для
гранулированных удобрений крупностью —2+0,25 мм он нахо-
дится в пределах 5,5—10 ммоль/(г-ч). Таблетированные и грану-
лированные удобрения в виде гранул —2+1 мм при влажности
до 1 % практически не слеживаются.
Растворимость сложных удобрений достигает 50%. Она не за-
висит от содержания и вида калийсодержащего компонента, вхо-
дящего в состав удобрения.
4—1810
ГРАНУЛИРОВАНИЕ ПОРОШКООБРАЗНЫХ
УДОБРЕНИЙ В ПРИСУТСТВИИ РАСТВОРОВ
И ПЛАВОВ
Гранулирование порошкообразных материалов в присутствии рас-
творов, суспензий и плавов широко применяется в наиболее много-
тоннажных производствах минеральных удобрений и позволяет
получать широкий ассортимент удобрений с заданным составом
и соотношением питательных веществ, физико-химическими и ме-
ханическими свойствами. В качестве исходного сырья применяют
разнообразные азот-, фосфор- и калийсодержащие компоненты
в виде твердых солей, растворов суспензий и плавов. Конструкцию
основного аппарата и аппаратурное оформление узла гранулиро-
вания выбирают в зависимости от состава и свойств исходного
сырья и конечных продуктов, условий гранулирования и технико-
экономических показателей процесса. Гранулирование сыпучих
компонентов в присутствии влаги осуществляют в аммонизаторах-
грануляторах, шнеках-грануляторах, дисковых и барабанных гра-
нуляторах, сушильно-распылительных агрегатах (РКСГ), в аппа-
ратах кипящего слоя (КС) и др.
ОСНОВЫ МЕТОДА
Гранулирование порошкообразных удобрений осуществляется
в присутствии жидкой фазы, которая вводится с исходными сыпу-
чими компонентами, азот- и фосфорсодержащими растворами и
кислотами. Последние вводятся для поддержания необходимой
температуры, развиваемой в результате их нейтрализации газо-
образным аммиаком или аммиакатами, и улучшения условий гра-
нулирования. Образование и рост гранул в грануляторе происхо-
дят благодаря увлажнению раствором отдельных частиц смеси при
их сближении. Большое влияние на этот процесс оказывает содер-
жание жидкой фазы, которая представляет собой раствор солей,
входящих в состав гранулируемой смеси. Частицы, покрытые рас-
твором, обладают способностью агломерироваться при соприкосно-
вении друг с другом или сухими частицами. В этом случае рост
гранул происходит благодаря слипанию мелких агломератов и ча-
стиц в более крупные гранулы. Образование гранул минеральных
удобрений и рост их в зависимости от влажности в гранулируе-
мой смеси можно представить следующим образом (рис. 15).
50
Гранулирование сыпучих компонентов начинается уже при не-
значительном содержании влаги, когда еще не возникает подвиж-
ных прослоек жидкости между частицами материала, что происхо-
дит благодаря адсорбционной влаге на поверхности этих части-
чек. По мере введения влаги происходит частичное заполнение
пор свободного объема смеси, в результате чего между частицами
образуются подвижные прослойки жидкой фазы (рис. 15, а). При
этом на поверхности раздела фаз жидкость —газ действуют ка-
пиллярные силы и силы поверхностного натяжения, благодаря ко-
торым происходит агломерирование частиц.
Рис. 15. Распределение раствора в гранулируемой смеси при различном соотно-
шении жидкой и твердой фаз:
а — при незначительном содержании влаги; б — при полном заполнении пор жидкостью;
в — при полном покрытии твердых частиц пленкой жидкости.
По мере дальнейшего увлажнения жидкость постепенно запол-
няет свободный объем между частицами, достигает края пор и там
образует вогнутую поверхность. При этом во всем жидкостном объ-
еме возникает капиллярное разрежение, которое придает опре-
деленную прочность образующимся гранулам. Достаточной влаж-
ности гранулируемой смеси соответствует заполнение всех пор.
В этом случае агломерирование частиц осуществляется под дейст-
вием капиллярных сил сцепления, действующих только на поверх-
ности гранул (рис. 15,6).
Когда твердые частицы полностью покрываются пленкой жид-
кости, вместо вогнутой поверхности в порах образуется выгнутая
поверхность жидкости, внутри которой под действием силы поверх-
ностного натяжения удерживаются твердые частицы. При этом
возникают условия для слипания частиц путем слияния близле-
жащих «капель» (рис. 15, в).
Гранулирование минеральных удобрений в большинстве случа-
ев осуществляется при температуре 75—100 °C. В этих условиях
часть вводимой влаги испаряется (до 20%), в результате чего из
пересыщенных растворов (а также из плава) на поверхности твер-
дых частиц и сформировавшихся гранул происходит кристаллиза-
ция солей. Причем по местам их соприкосновения происходит об-
разование более крупных гранул. Таким образом, при гранулиро-
вании минеральных удобрений одновременно с процессами грану-
лообразования под действием капиллярных сил сцепления и сил
51
поверхностного натяжения идут процессы образования гранул
в результате кристаллизации солей из пересыщенных растворов
и плава.
Способ гранулирования порошкообразных удобрений в грану-
ляторах барабанного типа (аммонизаторы-грануляторы, барабан-
но-грануляционные сушилки), шнеках-грануляторах, РКСГ, КС и
в других подобных аппаратах получило широкое развитие в связи
с быстрым увеличением производства и расширением ассортимен-
та удобрений.
Гранулирование в аппаратах этого типа осуществляется дву-
мя путями: из пульпы и без пульпы (полутвердое гранулирова-
ние). В первом случае реакционную массу в виде пульпы подают
в гранулятор вместе с рециркулирующей мелкой фракцией про-
дукта, а при необходимости — с калийными солями. Требуемый
размер гранул достигается соотношением ретура к продукту. Во
втором случае агломерация частиц проводится с добавлением
связующих агентов или без них.
Процесс гранулирования из пульпы имеет преимущества по
сравнению с процессом полутвердой грануляции: быстрота взаи-
модействия исходных материалов в растворе, простота регулиро-
вания производственного процесса, возможность широкого варьи-
рования состава получаемых удобрений (от низко- до высококон-
центрированных), однородность гранул по размеру и форме, хоро-
шие физические свойства конечных продуктов. При грануляции из
пульпы можно использовать более дешевое сырье, например фос-
фориты, аммиак, азотную кислоту, тогда как в процессе полутвер-
дой грануляции источником фосфора является суперфосфат и фос-
форная кислота, а источником азота — аммиачная селитра и ам-
миакаты.
Основные недостатки процесса грануляции из пульпы — по-
требность в дополнительном оборудовании для приготовления
пульпы и высокая стоимость удаления воды при грануляции
и сушке гранул. Тем не менее, нередко на заводах по производст-
ву комплексных удобрений вместо раздельной подачи аммиака
и кислот в барабанный гранулятор прибегают к предварительной
нейтрализации кислот аммиаком. При этом теплота нейтрализа-
ции используется для концентрирования раствора. Полученную
пульпу вводят в гранулятор. Таким образом, полутвердую грану-
ляцию заменяют грануляцией из пульпы.
Процессы агломерирования, протекающие в грануляторах раз-
личной конструкции, сложны, и механизм их в настоящее время
изучен недостаточно полно. Кроме состава смеси, ее влажности,
физико-химических свойств исходных компонентов, на процесс
гранулирования оказывают существенное влияние высота слоя в
аппарате, частота вращения и угол наклона гранулятора, темпе-
ратура, кратность ретура и другие факторы.
Влияние соотношения жидкой и твердой фаз. Этот фактор ока-
зывает существенное влияние на процесс образования гранул, их
52
рост, прочность, производительность гранулятора и эффективность
последующих стадий процесса — сушки, классификации и дроб-
ления.
При повышенной влажности гранулируемой смеси увеличивает-
ся пористость гранул, в результате чего снижается их прочность
и возникают технологические трудности на последующих стадиях
процесса. Еще большие трудности и дальнейшее снижение прочно-
сти наблюдаются при переувлажнении гранулируемой смеси.
В этом случае полученные гранулы легко слипаются и отличаются
низкой прочностью, вследствие утолщения пленок жидкой фазы,
окружающих гранулы, и потери ими упругих свойств. Поэтому при
гранулировании стремятся поддерживать оптимальное соотноше-
ние между жидкой и твердой фазами, которое устанавливают ис-
ходя из конкретных условий гранулирования, состава и свойств
исходных компонентов и готового продукта. Это обеспечивает нор-
мальную работу оборудования и высокие физико-механические
свойства гранулированных удобрений, что весьма важно при их
последующей обработке, транспортировании и длительном хра-
нении.
На практике поддерживают более низкое отношение жидкой
и твердой фаз, чем это требуется для заполнения всех пустот гра-
нулируемой смеси жидкой фазой. Это объясняется тем, что поверх-
ностное натяжение способствует удалению жидкости с наружной
части группы гранул по направлению к ее центру, в результате че-
го гранулы, расположенные снаружи, контактируют с жидкой фа-
зой только на их внутренней стороне (см. рис. 15). Поэтому гра-
нулы небольшого размера, т. е. с большим отношением поверхно-
сти к объему, по сравнению с крупными содержат меньше жидко-
сти. Таким образом, чем больше содержится жидкой фазы в гра-
нулируемой смеси, тем больше средний размер гранул.
Содержание жидкой фазы выбирают в зависимости от раство-
римости удобрений и температуры процесса гранулирования.
Обычно объем жидких компонентов, вводимых в гранулятор, мень-
ше или больше, чем необходимо для поддержания оптимального
соотношения жидкой и твердой фаз. В первом случае дополнитель-
но вводят влагу, во втором — увеличивают кратность ретура.
Влияние фракционного состава исходного сырья. От фракци-
онного состава исходного сырья в первую очередь зависит опти-
мальное содержание жидкой фазы. С уменьшением тонины помо-
ла максимальная молекулярная влагоемкость уменьшается, по-
этому при грубом помоле для оптимального гранулирования необ-
ходимо больше увлажнителя, чем при тонком. Экспериментально
установлено, что с увеличением удельной поверхности на 100 см2/г
(при постоянстве остальных параметров) оптимальная влажность
уменьшается на 1,45%.
Фракционный состав и форма частиц исходного материала
влияют также на прочность гранул. При уменьшении тонины по-
мола прочность гранул снижается, так как капиллярный угол меж-
53
ду частицами в этом случае увеличивается и вследствие этого ка-
пиллярные силы уменьшаются. Величина капиллярного угла за-
висит также от формы частиц: наименьший угол — у сферических
частиц.
Влияние химического состава исходных компонентов. Удобре-
ния, содержащие высокорастворимые соединения [NH4NO3,
CO(NH2)2 и др.], легко гранулируются при небольшом содержа-
нии влаги, и наоборот, удобрения, в состав которых входят мало-
растворимые соли [(NH4)2SO4,
нулированию и требуется более
Рис. 16. Зависимость растворимости
сложных удобрений от различных
факторов:
а — от добавки воды (температура раство-
рения 90 °C, содержание NH4NO3 в удоб-
рении 52%); б — от состава и температу-
ры: / — 28% Co(NHa); 2-52% NH4NO3;
3-29% NH4NO3; 4 — 40% (NH4)2SO4.
N : P2O5: K2O = 1 : 1 : 1 c 14 до 2
ДО 6%.
KC1 и др.], трудно поддаются гра-
высокое содержание жидкой фазы.
Снижение потребности во вла-
ге при повышении содержания в
смеси растворимой соли можно
объяснить увеличением концент-
рации маточного раствора и чис-
ла плотных кристаллических ча-
стичек соли, имеющих на поверх-
ности насыщенный раствор. По-
скольку эти частички образуют
ядра гранул, для успешного гра-
нулирования требуется меньше
влаги, чем при более пористых
частицах. Вследствие того, что с
ростом температуры повышается
растворимость солей, оптималь-
ное содержание влаги снижается
пропорционально температуре
гранулирования. Так, при получе-
нии сложно-смешанных удобре-
ний на основе простого и двойно-
го суперфосфата, хлористого ка-
лия и аммиака замена сульфата
аммония аммиачной селитрой
приводит к снижению оптималь-
ной влажности при гранулирова-
нии удобрений с соотношением
/о, а с соотношением 1:2:1— с 16
Обычно для улучшения гланулирования в удобрения добавля-
ют хорошо растворимые соли. При этом для каждой смеси сущест-
вует определенное значение оптимальной влажности (рис. 16).
Процесс образования гранул зависит не только от растворимо-
сти солей, но и от их состава и сырья, из которого они получены.
Например, для удобрений, содержащих фосфаты аммония, процесс
гранулообразования зависит от мольного отношения N: Р в фос-
фате аммония и качества фосфатного сырья, из которого получена
фосфорная кислота: чем больше примесей в кислоте (Ре20з, А120з
и др.), тем лучше протекает процесс гранулообразования. Отсут-
54
ствие примесей в термической кислоте снижает ее связующие свой-
ства, что вызывает определенные трудности при гранулировании
удобрений, в состав которых входят соли, полученные на основе
этой кислоты (рис. 17).
Влияние пластичности исходных компонентов. Важным свой-
ством гранулируемого материала является его пластичность —
способность изменять свою форму под действием внешних сил.
Мелкодисперсные пластичные материалы в сравнении с круп-
нодисперсными лучше поглощают жидкую фазу и легче гранулиру-
ются. Прочность гранул из пластич-
ных материалов при прочих равных
условиях также значительно выше.
Для улучшения процесса грану-
лирования непластичных материа-
лов увеличивают тонину их помола,
добавляют пластифицирующие ком-
поненты—пластификаторы или вво-
дят пар для повышения адгезион-
ных свойств материала. В качестве
Рис. 17. Зависимость связующей
способности от мольного соотно-
шения N : Р в суспензиях фосфа-
тов аммония, полученных нз раз-
личного фосфатного сырья:
1 — из термической фосфорной кисло-
ты; 2 — из израильского фосфорита;
3 — из марокканского фосфорита; 4 —
из сенегальского фосфорита.
пластификатора часто применяют
карбамид или его растворы. Напри-
мер, добавление CO(NH2)2 к смеси,
содержащей NH4NO3 и КО, позво-
ляет увеличить ее пластичность,
улучшить процесс гранулирования,
снизить оптимальное содержание
влаги и изменить кристаллическую
структуру образующегося NH4C1 из дендритовой в кубическую,
что уменьшает слеживаемость готового продукта. Для предупреж-
дения излишней пластичности гранулируемой смеси, добавление
CO(NH2)2 ограничено. В данном примере оптимальной следует
считать такую добавку карбамида, которая сообщает смеси
с NH4CI достаточную пластичность, но не приводит к резкому по-
вышению гигроскопичности продукта.
В качестве жидких пластификаторов при гранулировании хло-
ристого калия, доломита и других труднорастворимых компонен- I
тов применяют, например, азотсодержащие растворы или воду.
Расход добавок зависит от свойств гранулируемой смеси. Так,
гранулирование удобрений марки 12—12—12 протекает без за-
труднений, поскольку в процессе образования гранул 75% азота
вводится в виде раствора аммиаката (20—68—6). Удобрения марки
3—12—12 гранулируются значительно хуже вследствие небольшо-
го содержания в смеси азотсодержащих компонентов. Кроме того,
при использовании крупнокристаллического хлористого калия
(0,6—1,7 мм) в отдельных случаях аммиакат может неравномерно
распределяться в слое, что приводит к образованию крупных гра-
нул. При чрезмерной агломерации гранулируемой смеси она труд-
но поддается обработке на последующих стадиях процесса и уве-
55
личиваются потери аммиака из-за трудности его проникания
в мокрую массу.
Влияние способа увлажнения. К группе физико-химических
факторов, влияющих на гранулирование сыпучих удобрений, мож-
но условно отнести также способ увлажнения, так как этот фак-
тор, хотя он и не зависит от свойств материала и увлажнителя,
определяет механизм образования и роста гранул. От степени рас-
пыления увлажнителя зависит целый ряд параметров, характери-
зующих как свойства конечного продукта, так и ход процесса.
При тонком распыле, когда теоретически каждая частичка ок-
ружена мономолекулярной пленкой жидкости, процесс образова-
ния гранул происходит под действием капиллярных сил и сил по-
верхностного натяжения. В этом случае получаются однородные
пористые гранулы. При грубом распыле происходит наслаивание
материала на сформировавшиеся частички. Скорость гранулирова-
ния при этом выше. Во избежание получения неоднородных гра-
нул распыл должен быть равномерным по всему объему аппа-
рата.
Влияние температуры. Процесс гранулирования происходит
в присутствии жидкой фазы, в состав которой входят вода (ос-
новной компонент) и растворенные в ней соли. Состав жидкой
фазы зависит от температуры в аппарате: чем она выше, тем боль-
ше растворимость солей, используемых в производстве сложных
удобрений (см. Приложения). Повышение температуры позволяет
вести процесс гранулирования при более низкой влажности обра-
батываемой смеси.
По достижении определенной температуры и состава жидкой
фазы в грануляторе начинается образование гранул. Наилучшие
результаты гранулирования сложных удобрений в аммонизаторе-
грануляторе достигаются при 75—ПО °C и составе жидкой фазы,
обеспечивающем достаточную пластичность смеси. При температу-
ре ниже 75 °C получаются непрочные гранулы, легко поддающиеся
разрушающим нагрузкам в технологическом цикле или при хране-
нии, при температуре выше НО °C возрастают потери аммиака.
В процессе гранулирования сложных удобрений, состоящих из
обычных азот-, фосфор- и калийсодержащих компонентов
[(NH4)2SO4, NH4iNO3, КС1, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, NH3 и
£a(H2PO4)2-H2O], возможны следующие химические реакции:
2КС1 + (NHJsjSO, -> 2NH4C1 + K2SO4
KC1 + NH4NO3 ---> KNO3 + NH4C1
Ca(H2PO4)2-HaO + (NH4)2SO4 + 11.0 -> CaSO4-2H2O + 2NH4H2PO4
NH3 + Ca(H2PO4)2-H2O + H2O -> NII4H2PO4 + CaHPO4-2H2O
NH3 + NH4H2PO4 + CaHPO4 + 2CaSO4 + 7H2O ->
---*- Ca3(PO4)2-7H2O + 2(NH4)2SO4
Ca(H2PO4)2 + 2NH4NO3 -> Ca(NO3)2 + 2NH4H2PO4
56
При взаимодействии начальных и конечных продуктов могут
образовываться твердые растворы и двойные соли. При получении
качественных удобрений конечные компоненты почти всегда менее
растворимы, чем начальные. Поэтому температура гранулирова-
ния полностью прореагировавше-
го продукта обычно выше темпе-
ратуры гранулирования частично
прореагировавших смесей, зани-
мающих промежуточное положе-
ние (рис. 18).
Влияние высоты слоя гранули-
руемого материала. Высота слоя
гранулируемого материала зави-
сит от многих факторов (интен-
сивность загрузки материала, ча-
стота вращения и угол наклона
гранулятора) и оказывает значи-
тельное влияние на эффектив-
ность работы аммонизатора-гра-
нулятора и барабанных грануля-
Рис. 18. Характер влияния влажности
смеси и протекающих в ней химиче-
ских реакции на температуру грану-
лирования:
1 — для полностью прореагировавшего ма-
териала; 2 — для непрореагировавшего
материала.
торов.
Основная масса слоя в аммонизаторе-грануляторе и барабан-
ных грануляторах перемещается вверх в виде широкой полосы,
движущейся возле стенок корпуса, а затем направляется вниз в ви-
де узкой полосы, при этом частицы падают с большой скоростью
(рис. 19). Между двумя такими полосами, движущимися в проти-
воположных направлениях, образуется
пустое пространство, размеры и распо-
ложение которого изменяются в зави-
симости от глубины и пластичности
слоя и от скорости вращения цилинд-
ра. Пустое пространство увеличивается
при медленном вращении барабана,
большей толщине и пластичности слоя.
В этих условиях наблюдается тенден-
ция к интенсивной агломерации частиц
и, следовательно, к образованию более
крупных гранул. Заполнение аппарата
играет существенную роль в процессе
Рис. 19. Схема перемещения гранулирования.
материала в аммонизаторе- Сокращение размеров пустого про-
грануляторе. странства возможно путем уменьшения
толщины слоя. Однако в этом случае-
снижается интенсивность его вращения и перемешивания, и слой
скользит по поверхности барабана, в результате чего ухудшаются
условия гранулирования и получаются гранулы низкого качества.
Влияние частоты вращения барабана. Этот фактор определяет
кинетический режим работы гранулятора и подвижность частиц
57
материала в барабане. При движении слоя происходит смешение
поступающего твердого сырья с растворами и агломерация частиц,
а также обеспечивается перемещение материала от питателя
к противоположному торцу аппарата. Отсутствие или недостаточ-
ная интенсивность движения слоя приводит к образованию в нем
мокрых участков («пятен») и даже больших комков, что является
результатом неудовлетворительного перемешивания поступающих
в аппарат твердой и жидкой фаз. Кроме того, при насыщении ма-
териала аммиаком и подкислении азотсодержащего раствора ми-
неральными кислотами наблюдаются потери аммиака и образова-
ние окислов азота.
При слишком малой частоте вращения подвижность частиц не-
достаточна для обеспечения хорошего перемешивания материала
в объеме гранулятора и равномерного контакта между отдельными
частицами, что препятствует нормальному протеканию процесса
гранулирования. При слишком большой частоте вращения мате-
риал из-за воздействия центробежных сил перестает скатываться
с внутренней поверхности барабана, что вначале ухудшает, а при
дальнейшем увеличении может вообще прекратить процесс грану-
лирования. Таким образом, существует определенный диапазон
рабочих значений числа оборотов, внутри которого должны нахо-
диться рабочие значения этого параметра. Зависимость скорости
гранулирования от частоты вращения барабана имеет экстремаль-
ный характер, причем максимальное значение скорости гранули-
рования достигается при некотором оптимальном значении числа
оборотов, отклонение от которого в любом направлении приводит
к ухудшению, а при выходе из рабочего диапазона — и к прекра-
щению гранулирования.
Следует учитывать, что на процесс гранулирования влияет не
только частота вращения, но и линейная скорость на внутренней
поверхности барабана (определяемая числом оборотов и радиусом
барабана). Поэтому на промышленной установке нельзя использо-
вать частоту вращения, найденную для малой модели, так как при
этом (из-за увеличения радиуса) линейная скорость может ока-
заться неприемлемой.
Определение оптимальной частоты вращения аммонизатора-
гранулятора основано на понятии критической скорости барабана..
Критической является частота вращения (М<р, в с-1), при которой
типовой гранулируемый материал переносится через верхнюю точ-
ку открытого барабана:
76,5
кр=1 /£>/0,305-60
Для промышленных аммонизаторов-грануляторов с распреде-
лителями, установленными под слоем гранулируемой смеси, опти-
мальным рабочим пределом частоты вращения считается 0,35/VKp;
при размещении распределителей над слоем оптимум равен
(0,45—0,5) М<Р- По этим причинам на всех установках, оборудо-
58
ванных аммонизаторами-грануляторами, привод барабана обеспе-
чивает возможность изменения частоты вращения 0,17—0,23 с-1
(10—14 об/мин).
Влияние угла наклона барабана. Этот фактор на процесс гра-
нулирования оказывает косвенное влияние, так как с углом накло-
на связаны время пребывания материала в барабане и степень его
заполнения. Минимальное значение угла определяется необходи-
мостью обеспечить поступательное движение материала, а макси-
мальное ограничено минимально необходимым временем пребы-
вания материала в барабане и условиями равномерного переме-
шивания и окатывания гранул. Таким образом, для каждого
продукта существует оптимальное
значение угла наклона.
Влияние конструкции и типа гра-
нулятора. В грануляторах различ-
ной конструкции процесс перемеши-
вания смеси и качество получаемых
гранул неодинаковое. Поэтому про-
цесс гранулирования в этих аппара-
тах осуществляется при различном
количестве жидкой фазы и темпера-
туре. Обычно кривая гранулирова-
Рис. 20. Зависимость температуры
гранулирования от влажности
смеси.
ния, т. е. зависимость температуры
этого процесса от содержания влаги
в смеси, характеризует оптимальные
условия гранулирования (рис. 20).
Например, кривая гранулирования для вращающихся барабан-
ных грануляторов отличается высокими значениями температуры
гранулирования и содержания влаги в смеси. Механические сме-
сители с лопастными мешалками малой мощности, работающие на
высоких скоростях, дают кривую гранулирования, близкую к кри-
вой барабанного гранулятора. Для мощных смесителей, которые
работают при малых оборотах, характерны значительно более низ-
кие значения температуры и влажности смеси.
Максимальная эффективность гранулирования. Известно, что
гранулирование удобрений каждой марки, имеющей определенный
состав и соотношение питательных веществ, наиболее эффективно
протекает в оптимальных условиях. Основные из этих условий
(температура, содержание жидкой фазы и кратность ретура) оп-
ределяются точкой максимальной эффективности, которая нахо-
дится на пересечении линии кратности ретура (ее называют также
линией материального и теплового балансов) с кривой гранулиро-
вания (рис. 21, а).
Тепловой и материальный балансы для любых составов и тем-
ператур могут быть рассчитаны по известным значениям кратно-
сти ретура, температуры и влажности смеси в грануляторе. При
этом температура ретура и потери тепла в грануляторе принима-
ются по опытным данным. Линия материального и теплового ба-
59
Температура.,
Рис. 21. Изменение температуры гранулирования от влажности исходной смеси:
а — влияние технологических параметров на изменение положения точки максимальной эф-
фективности гранулирования: 1 — кривые гранулирования; а, б, с, d — точки максимальной
эффективности гранулирования; 7—III — линии материального и теплового балансов (крат-
ности ретура);
б — изменение положения точки гранулирования прн введении пара, воды, повы-
шении кратности ретура и его охлаждении: 1— добавление воды; 2— введение пара;
3 — увеличение кратности ретура; 4 — охлаждение ретура; 5 — точки максимальной эффек-
тивности гранулирования;
в — то же, прн одновременном увеличении подачи влаги с исходными компонентами и
кратности ретура:
А — увеличение содержания влаги в исходном сырье, подаваемом в гранулятор; В — увели-
чение кратности ретура; R — результирующая изменений;
г — расположение кривых гранулирования и сушки при значительном агломерировании
продукта в сушильном барабане: 1 — кривая гранулирования в грануляторе; 2 — кривая
гранулирования в сушильном барабане;
д — 'то же, при частичном гранулировании продукта в сушильном барабане;
е — то же, при использовании низкотемпературного сушильного агента;
м — то же, при течении химической реакции в процессе гранулирования: 1 — кривая гра-
нулирования для полностью прореагировавшего материала; 2 — кривая сушки; 3 — кривая
гранулирования для непрореагировавшего материала;
з — то же, при охлаждении продукта перед его сушкой: 1 — кривая гранулирования;
2 — точка гранулирования; 3 — линия охлаждения; 4 — кривая сушкн.
60
лансов наносится на тот же график, что и кривая гранулирования,
так как содержание влаги при этих условиях определяет темпера-
туру гранулирования. При пользовании графиком значение крат-
ности ретура для конкретных условий определяют методом интер-
поляции или по содержанию воды.
При гранулировании сложных удобрений определенного соста-
ва с заданным соотношением питательных веществ любые точки
(а, Ь, с, d) на кривых гранулирования (1—4) соответствуют оп-
тимальной температуре (/), влажности (w), кратности ретура (X)
и максимальному выходу товарной фракции (Л). Изменение одно-
го из перечисленных параметров ведет к изменению других. На-
пример, оптимальные условия гранулирования удобрений типа
нитроаммофоски определяются точкой (а), которой соответствуют
Wb tu Х=2, Ai.
При снижении кратности ретура до 1 оптимальные условия
гранулирования будут определяться точкой d(W4, t4, Х=1, Д4).
В последнем случае процесс гранулирования протекает при более
высокой температуре и влажности. Опытным путем установлено,
что наиболее успешно процесс гранулирования нитроаммофоски
протекает при влажности смеси 2,5—3,5% и температуре 70—
85 °C. Поэтому снижение кратности ретура возможно в случае,
если 3,5>U74>2,5 и 85>/4>70оС. Повышение влажности и тем-
пературы гранулируемой смеси более W4 и t4 приведет к более
интенсивной агломерации продукта, его повышенному налипанию
на внутренних стенках гранулятора, сушильного барабана точек,
снижению выхода товарной фракции и производительности уста-
новки. Поэтому оптимальные условия гранулирования для удоб-
рений устанавливаются опытным путем, исходя из соотношения
питательных веществ и состава исходных компонентов, каждому
из которых на графике будет соответствовать своя линия мате-
риального и теплового балансов (линии кратности ретура I—III).
На практике в большинстве случаев грануляторы не работают
в оптимальном режиме. Обычно рабочая точка лежит несколько
ниже кривой гранулирования (см. рис. 21, а). Это связано с не-
обходимостью внесения поправки в условия режима гранулирова-
ния в самом грануляторе с учетом последующего агломерирова-
ния материала в начальный период сушки. Для устранения чрез-
мерного агломерирования в сушильном барабане гранулирование
продукта проводят при таких условиях, которые обеспечивают по-
лучение некоторого избытка мелкой фракции. Тогда после сушки
выход товарной фракции будет максимальным (в результате агло-
мерации мелочи до гранул заданного размера).
При изменении одного из параметров — температуры, влажно-
сти или кратности ретура — происходит перемещение рабочей точ-
ки гранулирования и линии материального и теплового балансов
(рис. 21, б).
Добавление жидкой фазы смещает рабочие условия в направ-
лении, параллельном оси содержания влаги.
61
Увеличение подачи количества пара повышает температуру и
содержание влаги, в результате чего рабочие условия смещаются
почти под прямым углом к кривой гранулирования. Добавление
пара является одним из лучших методов увеличения размеров
гранул.
Увеличение кратности ретура понижает температуру гранули-
рования и содержание влаги в смеси. При этом рабочие условия
смещаются вниз под прямым углом к кривой гранулирования.
Уменьшение или увеличение кратности ретура является одним из
наиболее чувствительных методов изменения размера гранул. Ох-
лаждение ретура понижает температуру процесса. В том случае,
когда исходные компоненты содержат избыточное количество теп-
ла или влаги, лучше идти по пути охлаждения ретура, чем увели-
чения кратности его циркуляции, так как при одинаковом эффекте
первый путь ведет к значительному повышению производительно-
сти установки.
Увеличение влаги в исходных компонентах приводит к изме-
нению условий гранулирования (рис. 21, в), в результате чего точ-
ка максимального эффекта гранулирования перемещается в об-
ласть, расположенную над кривой гранулирования. Для того что-
бы вернуться в область оптимальных условий, увеличивают пода-
чу ретура.
Обычно при оценке работы гранулятора одновременно рассмат-
ривается и процесс сушки. Кривые гранулирования и сушки при-
ведены на рис. 21, а. Из графика видно, что кривая гранулирова-
ния (которая является типичной для удобрений, содержащих нит-
рат аммония) пересекается с кривой сушки, и часть кривой сушки
расположена над кривой гранулирования. В этом случае происхо-
дит агломерирование (закатывание) продукта в сушильном бара-
бане. Для устранения этого явления снижают температуру и
содержание влаги в грануляторе до тех пор, пока гранулометриче-
ский состав смеси на выходе из гранулятора не будет соответство-
вать максимальному содержанию товарной фракции в продукте
на выходе из сушильного барабана (рис. 21, с>).
Агломерирование и комкование продукта в сушильном бараба-
не можно снизить или устранить снижением температуры с соот-
ветствующим повышением расхода газа. При этом увеличиваются
габариты сушильного барабана и объем низкотемпературного су-
шильного агента, в результате чего значительно возрастают капи-
тальные затраты на единицу продукта (рис. 21, е) или же снижа-
ется производительность существующих сушилок.
В процессе гранулирования комплексных удобрений происходят
химические реакции. Кривая гранулирования полностью прореаги-
ровавшего материала находится выше, чем материала, только по-
ступившего на гранулирование (рис. 21, ж). Это используется для
интенсификации процесса сушки путем повышения температуры
сушильного агента и продукта, что, естественно, ведет к повыше-
нию производительности аппарата.
62
Существуют и другие способы обработки поступающего на
сушку материала, которые проводятся в условиях, соответствую-
щих области, расположенной ниже кривой гранулирования. Один
из этих способов предусматривает охлаждение материала в бара-
бане или на ленточном транспортере, установленном между гра-
нулятором и сушильным барабаном. В этом случае продукт, выхо-
дящий из гранулятора, соприкасается с холодным воздухом,
вследствие чего происходит испарение воды с поверхности гранул,
их охлаждение и подсушивание (рис. 21, з). Из приведенного ри-
сунка видно, что изменение влажности и температуры гранул в
процессе охлаждения соответствует отрезку 3, а процесс сушки —
линии 4.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В АППАРАТАХ ТИПА
АММОНИЗАТОР-ГРАНУЛЯТОР
Основной задачей в производстве высококачественных комплекс-
ных удобрений разнообразного ассортимента является определе-
ние состава исходных компонентов и оптимальных условий гра-
нулирования. Известно, что возможность получения широкого ас-
сортимента удобрений на одном и том же оборудовании связана
с необходимостью подбора различных технологических режимов.
Для удобрений одних марок, например, требуется дополнительный
подвод тепла и воды, для других — наоборот, удаление избыточ-
ного тепла и воды. Процесс гранулирования обычно регулируют
изменением подачи воды, пара, кислот, растворов аммиакатов,
ретура, исходных компонентов и других условий.
Степень пригодности удобрений различных марок для опти-
мального гранулирования можно оценить методом, основанным
на определении количества тепла, выделяющегося при взаимодей-
ствии безводного аммиака с кислотными компонентами. Зависи-
мость между общим содержанием азота в удобрении и общей теп-
лотой реакции аммиака с кислотными компонентами позволяет
оценить количество тепла, необходимого для гранулирования тех
или иных марок удобрений с различным соотношением питатель-
ных веществ. По мере увеличения общего содержания азота
уменьшается количество тепла, необходимого для гранулирования.
Кроме того, предложенный метод позволяет определить оптималь-
ные условия гранулирования для смеси одного и того же состава,
но приготовленной из различных исходных компонентов. Этот ме-
тод оценки успешно применяется также и при использовании в
процессе гранулирования пара. Ниже рассмотрены три типичных
случая, которые позволяют полностью охватить все вопросы ре-
гулирования процесса гранулирования в аммонизаторе-грануля-
торе.
1. Полное использование основного технологического оборудо-
вания (аммонизатор-гранулятор, сушильный барабан, холодиль-
ник, дробилки, грохота). При использовании этого оборудования
63
процесс гранулирования можно регулировать независимо от рецеп-
туры удобрений. Так, наиболее экономичная смесь может содер-
жать 60% жидкости (как, например, в удобрении марки 16—16—
16) или только твердые компоненты (например, в удобрении мар-
ки 0—20—20).
При получении удобрений с высоким содержанием азота про-
цесс гранулирования регулируют путем подбора аммиакатов с низ-
ким содержанием воды (например, состава 22—66—6) и введени-
ем концентрированных фосфорной и серной кислот. Из аммониза-
тора-гранулятора продукт самотеком поступает в сушильный
барабан, откуда направляется в холодильник или на рассев. После
рассева мелкая фракция поступает в бункер для ретура и далее
возвращается в систему (крупная фракция после дробления по-
ступает на рассев или в сушильный барабан, где дополнительно
снижается содержание влаги в материале и улучшается форма
гранул). Дозирование горячего ретура в аммонизатор-гранулятор
облегчает поддержание в нем оптимальной температуры, улучша-
ет условия гранулирования и сушки. Получаемая при рассеве ох-
лажденного продукта мелкая фракция, охлажденная до 35—
45 °C, также направляется в качестве ретура в аммонизатор-гра-
нулятор. Однако подача охлажденного ретура вызывает агломе-
рацию смеси, поскольку температура в грануляторе падает ниже
оптимальной.
Для получения, например, удобрения марки 16—16—16, на ос-
нове растворов аммиакатов состава 22—66—6 или 20—68—6,
двойного суперфосфата, фосфорной кислоты (54% Р2О5) и серной
кислоты, применяемой для нейтрализации избытка NH3, содержа-
ние ретура составляет 3 ч. на 1 ч. готового продукта. При выпуске
удобрения марки 12—12—12 кратность ретура составляет 2: 1, для
удобрения марки 10—10—10 она еще ниже— 1 : 1.
Введение в состав удобрений части азота в виде твердых солей
(вместо аммиакатов) позволяет снизить кратность ретура, вслед-
ствие чего увеличивается производительность установки. Выпуск
удобрений организуют так, чтобы большая часть туков с высоким
содержанием азота изготовлялась зимой, а туки с низким и сред-
ним содержанием азота выпускались в период наибольшего по-
требления удобрений сельским хозяйством.
При получении удобрений, не содержащих азота (или с низким
его содержанием), процесс регулируется путем добавления в ам-
монизатор-гранулятор пара и воды. Расход пара на безазотные
удобрения составляет около 80 кг/т, при низком содержании азота
54 кг/т. При получении удобрений со средним содержанием азота
процесс легко регулируется путем добавления пара или ретура.
Причем лучше вводить горячий ретур, поскольку так удобнее под-
держивать оптимальный температурный режим гранулирования
и сушки.
2. Частичное использование основного оборудования в процес-
се гранулирования. В отличие от первого случая для регулиро-
64
вания не предусматривается ввод пара и используется меньшее
количество ретура.
При получении удобрений с высоким содержанием азота про-
цесс гранулирования регулируют путем замены аммиакатов бо-
лее дорогими твердыми азотсодержащими компонентами, добавле-
ния воды и горячего ретура. Дозирование горячего ретура в удоб-
рения некоторых марок не всегда позволяет установить оптималь-
ный температурный режим.
Производство высококачественных удобрений, не содержащих
азота (или с низким содержанием его), затруднительно даже при
нормальной производительности оборудования, так как при этом
происходит слишком большая или очень малая агломерация ча-
стиц. В результате получаются недостаточно прочные гранулы.
Сушка продукта также затруднительна из-за дополнительной на-
грузки сушилки по влаге, вводимой в аммонизатор-гранулятор.
Иногда с целью уменьшения подачи воды в аппарат, гранулирова-
ние проводят в сушильном барабане, подогревая продукт до тем-
пературы, благоприятной для образования гранул. Однако в этом
случае возникает возможность потери питательных веществ в ре-
зультате разложения азотсодержащих компонентов с образова-
нием газов и осложнения работы сушильного барабана (наросты
материала на его внутренних стенках). Эти трудности при получе-
нии низкоазотных удобрений можно частично устранить путем до-
бавления серной кислоты или фосфорной кислоты, использования
безводного аммиака или аммиакатов с высоким содержанием сво-
бодного NH3. Фосфорная кислота применяется при получении
удобрений с высоким содержанием фосфора, например марок 5—
20—20 или 6—24—12.
При получении удобрений со средним содержанием азота про-
цесс гранулирования легко регулируется. Оптимальный темпера-
турный режим в аммонизаторе-грануляторе создается за счет теп-
ла химических реакций; содержание влаги в гранулируемой смеси
регулируют дозированием воды.
3. Регулирование процесса гранулирования только дозировани-
ем исходных компонентов. В этом случае в технологическую схему
включают лишь основные аппараты — аммонизатор-гранулятор
и холодильник. Она дает возможность получать удобрения с хоро-
шими физико-химическими свойствами, но ограниченного ассорти-
мента.
При получении удобрений с высоким содержанием азота доста-
точное количество тепла, необходимого для сушки продукта, выде-
ляется при взаимодействии аммиакатов типа 34—60—0 (с высо-
ким содержанием свободного NH3) и серной кислоты. Сульфат
аммония применяется здесь как дополнительный источник азота.
Из аммонизатора-гранулятора готовый продукт направляется в хо-
лодильник, затем на склад.
Получение безазотных удобрений по данной схеме невозможно,
так как тепло, выделяющееся в ходе химических реакций, являет-
5—1810
65
ся единственным источником обогрева на стадии сушки удобре-
ний. В удобрениях с низким содержанием азота безводный аммиак
может быть заменен аммиакатом и серной кислотой, используемы-
ми для повышения температуры процесса в аммонизаторе-грану-
ляторе.
Производство нитроаммофоски
Технологическая схема производства нитроаммофоски с применением аммони-
затора-гранулятора приведена на рис. 22. Азотная (47%-ная) и фосфорная
(32—54% Р2О5) кислоты из напорных баков через дозаторы подаются соответ-
ственно в нейтрализаторы 1 и 5. Газообразный аммиак поступает на нейтра-
лизацию фосфорной кислоты при 8 °C и избыточном давлении 0,25—0,28 МН/м2
Рис. 22. Схема производства нитроаммофоски:
I — нейтрализатор азотной кислоты; 2 — однокорпусный выпарной аппарат; 3 — сборник
раствора аммиачной селитры; 4 — элеваторы; 5 — нейтрализаторы фосфорной кислоты;
6 — аммонизатор-гранулятор; 7 — барабанная сушилка; 8 — грохот; 9 — дробилка; 10 — хо-
лодильник кипящего слоя; 11 — барабан для кондиционирования; 12 — абсорберы;
13 — циклоны.
(2,5—2,8 кгс/см2). Процесс нейтрализации проводят в течение 1,5—2 ч в аппа-
ратах с мешалками при температуре ПО—125 °C в первой ступени и 105—115 °C
во второй до pH раствора 5—5,5 (мольное отношение NH3: Н3РО4=1,3—1,4: 1).
При этом из раствора испаряется до 40% воды.
В зависимости от концентрации и степени подогрева азотной кислоты про-
цесс ее нейтрализации проводят при ПО—135 °C и избыточном давлении 15—
20 кН/м2 (0,15—0,2 кгс/см2). Выходящий из нейтрализатора / раствор аммиач-
ной селитры подвергают допейтрализации путем добавления NH3 или HNO3. Да-
лее раствор центробежным насосом передают на упаривание в одно- или двух-
ступенчатый выпарной аппарат 2 пленочного типа. Здесь раствор упаривается
до концентрации 90—95% NH4NO3, после чего поступает в сборник 3. Отсюда
плав аммиачной селитры при 165—175 °C центробежным насосом подается в
аммонизатор-гранулятор 6, куда вводятся также раствор моноаммонийфосфата
из нейтрализатора 5, хлористый калий, ретур и газообразный аммиак (под слой
гранулируемой смеси). Аммиак подается в количестве 105—110% от стехиомет-
рической нормы, необходимой для полной нейтрализации второго водородного
иона фосфорной кислоты. При температуре 70—85 °C и продолжительности пре-
бывания смеси в аппарате примерно 10 мин степень нейтрализации фосфорной
66
кислоты аммиаком в смеси соответствует отношению NHs: НзРО<=1,8—2.
В этих условиях процесс гранулирования протекает удовлетворительно при со-
держании в смеси 4—6% влаги и кратности ретура 3,5—5. Одновременно с ней-
трализацией и гранулированием в аммонизаторе-грануляторе происходит ча-
стичная подсушка смеси за счет тепла химических реакций, в результате чего
в аппарате А-Г удаляется 10—15% воды, вводимой с сырьем, ретуром и рас-
творами.
Из аммонизатора-гранулятора продукт, содержащий 2,5% влаги и более, на-
правляется в барабанную сушилку 7 (диаметр 5 м, длина 40 м, общий объем
785 м3). Для сушки продукта используются топочные газы, температура которых
на входе составляет 250—350 °C, на выходе ПО—130 °C. Из сушилки продукт
при влажности не более 0,5% и температуре 85—95 °C подается элеватором на
грохота 8 для рассева на три фракции: товарную (размеры гранул 2—4 мм),
крупную (более 4 мм) и мелкую (менее 2 мм). Товарная фракция далее посту-
пает на охлаждение, мелкая и крупная фракции после дробилки 9 возвращают-
ся в качестве ретура в процесс.
Товарная фракция охлаждается с 80—95 до 30—35 °C в холодильнике ба-
рабанного типа или кипящего слоя. Охлажденный продукт после повторного
рассева подается на кондиционирование в аппарат 11 барабанного типа. Для
кондиционирования применяют опудривающие и омасливающие вещества, до-
бавляемые в количестве 1,5—2% от массы продукта. В качестве опудривающих
материалов обычно используют тонкоизмельченный каолин, кизельгур, доломит,
известняк и др. Для омасливания применяют различные нефтепродукты, напри-
мер парафинистый мазут. После кондиционирования продукт направляется на
расфасовку и упаковку в полиэтиленовые или битумированные крафтцеллюлоз-
ные мешки.
Удобрения содержат не менее 95% Р2О5 в водорастворимой форме, не бо-
лее 0,5% влаги, выход товарной фракции (размеры гранул 2—4 мм) достигает
95%. Гранулы хорошо окатаны и имеют высокие показатели физико-химических
и механических свойств.
Отходящие газы производства нитроаммофоски содержат до 0,1 г/м3 фтора,
до 2 г/м3 аммиака и пыль, состав которой аналогичен составу удобрений. Для
очистки газов после нейтрализаторов, выпарных аппаратов, аммонизатора-гра-
нулятора предусматриваются абсорбционные аппараты типа полых скоростных
скрубберов, работающих в замкнутом цикле с использованием для орошения
технологической жидкости.
Процессы производства диаммонитрофоса и диаммонитрофоски практически
не отличаются от процессов получения нитроаммофоски. В первых двух случаях
аммонизацию проводят более глубоко (на 85—95%). Технологическая схема
производства диаммонитрофоски с применением аммонизатора-гранулятора по-
казана на рис. 23.
По этой схеме аммонизированная пульпа из нейтрализатора 3, содержащая
22—26% воды, распыливается в аммонизаторе-грануляторе 4 на слой поступаю-
щей в него смеси ретура, плава аммиачной селитры и хлористого калия. Га-
зообразный аммиак дозируется под слой движущегося твердого материала.
Процесс гранулирования проводится при 70—75 °C, кратности ретура 3,5—5 и
содержании влаги 3—4%. Продолжительность пребывания продукта в аппарате
составляет 3—10 мин. Из аммонизатора-гранулятора материал поступает во
вращающийся сушильный барабан 6, сюда же из топки 5 прямотоком подаются
топочные газы при температуре 180—200 °C. Влажность гранул после сушки
около 1,5%, их температура на входе 65 °C, на выходе 75 °C; влагосъем в су-
шильном барабане составляет 8—10 кг/(м3-ч).
После рассева и дробления гранул товарная фракция охлаждается в холо-
дильнике 7 до 30 °C и подается на кондиционирование в аппарат 8 барабанного
типа, имеющий два отделения. В первом по ходу продукта отделении гранулы
обрабатываются поверхностно-активным веществом (например, парафинистым
мазутом), во втором отделении они опудриваются тонкомолотым кизельгуром,
тальком, каолином, гипсом или другими веществами.
Диаммонитрофоска, полученная из фосфорной кислоты на базе апатитового
концентрата, содержит 17,5% N, 17,5% Р2О5 и 17,5% К2О. Кондиционирован-
5*
67
<1ый продукт обладает хорошей сыпучестью и рассеиваемостью, высокими по-
казателями физико-химических свойств и не слеживается при хранении в мешках
в течение длительного времени (гигроскопическая точка диаммонитрофоски 50%
Рис. 23. Схема производства диаммонитрофоски:
7 — сборник; 2 — скруббер; 3 — сатуратор (нейтрализатор); 4 — барабанный аммонизатор-
гранулятор; 5 — топка; 6 — барабанная сушилка; 7 — барабан для охлаждения; 8 — барабан
для кондиционирования; 9 — односитный вибрационный грохот; 10 — элеватор; 11 — двух-
ситный грохот; 12 — дробилка; 13 — циклоны.
относительной влажности воздуха); прочность гранул 7—12 кгс/см2. Ниже при-
ведены расходные нормы на 1 т диаммонитрофоски (в т):
Фосфорная кислота (100% Н3РО4) . . 0,241
Аммиак (100% NH3).................. . . . . 0,085
Аммиачная селитра (97% NH4NO3) - 0,310
Хлористый калий (95% КС1) . . 0,290
Кондиционирующие добавки ...........................0,025
Производство сложно-смешанных удобрений
Принципиальная схема процесса изображена на рис. 24.
Подготовленные твердые азот-, фосфор- и калийсодержащие компоненты, а
также ретур дозируются в аммонизатор-гранулятор 7. Сюда же подаются жид-
кие компоненты — фосфорная или серная кислота, аммиакат (на основе нитрата
аммония и карбамида) или плав аммиачной селитры, вода, а также газообраз-
ный аммиак и пар (в случае необходимости). Процесс аммонизации и гранули-
рования происходит в течение 8—10 мин при 70—75 °C и кратности ретура 1—2.
При этом из гранулируемой смеси испаряется 30—35% введенной воды.
Из аммонизатора-гранулятора гранулы, имеющие влажность 5—6%, элева-
тором 3 подаются в сушильный барабан 4, куда поступают топочные газы.
Температура газов на входе в сушильный барабан должна быть не выше 250 °C,
на выходе НО °C; температура материала на выходе из аппарата находится в
пределах 65—95 СС. Максимальная температура горячих газов на входе в аппарат
и температура продукта на выходе определяются составом получаемых удобре-
ний. Количество влаги, удаляемой в сушильном барабане, составляет примерно
60% от введенной в процесс
68
ni/oa анндпиим
Рис. 24. Схема производства сложно-смешаиных удобрений:
аммонизатор-гранулятор; 2 - испаритель аммиака; 3~ элеваторы; 4 - сушильный барабан; 5 — грохот; 6 — дробилка
7 — холодильник кипящего слоя; 8 — барабан для кондиционирования.
Ьода nh4no3 h3po4 h2so4
Из сушильного барабана продукт, содержащий не более 1% влаги, посту-
пает на вибрационный грохот 5 для рассева. Крупные частицы измельчаются
в дробилке 6 и вместе с мелкой фракцией возвращаются в качестве ретура в
аммонизатор-гранулятор. Товарная фракция (размеры гранул 1—3 мм) охлаж-
дается до 35—40 °C в холодильнике 7 кипящего слоя, после чего охлажденный
продукт кондиционируется в барабане 8. Для этого в барабан вводят омасли-
вающие и смачивающие добавки (парафинистый мазут, сульфитные щелока и
др.) и опудривающис материалы (каолин, бентонит, доломит и др.).
Расходные коэффициенты и некоторые технологические показатели в произ-
водстве сложно-смешанных удобрений на основе аммиакатов марки 20—68—6
[20% ЫНз, 68% NH4NO3 и 6% CO(NH2)2] и марки 22—66—6 (22% NH3, 66%
NH4NO3 и 6% CO(NH2)2] приведены в табл. 8. Кондиционированные сложно-
Таблица 8
Расходные коэффициенты (в кг/т продукта) и технологические показатели
производства сложно-смешанных удобрений
Марка удобрения
8-8—8 12—12—12 15—15—15 10—20—10 10—20—10
Исходные компоненты
Аммиакаты
20—68—6 (43% N) 186 280 325 233 —
22—66—6 (44% N) — — — — 228
Сульфат аммония (20,5% N) — — 50 — —
Суперфосфат
простой (20% Р2О5 400 412 — 350 315
двойной (46% Р2О5) — 82 233 282 296
Фосфорная кислота (54% Р2О5) —• — 79 — —
Серная кислота (96% H2SO4) 51 78 92 — 31
Хлористый калий (60% К2О) 133 200 250 164 164
Наполнитель 265 — — — —
Всего . . 1063 1052 1039 1029 1034
Показатели
Степень аммонизации, % 5 5 4,5 4,6 4,0
Содержание влаги, % 2 1 1 2 2
Кратность ретура — 2 2,5 — 2
смешанные удобрения обладают хорошими свойствами и содержат до 85—90%
водорастворимой Р2О6 от общей.
Очистка отходящих газов от пыли, аммиака и небольших количеств соеди-
нений фтора не отличается от описанной в предыдущем разделе.
Производство уравновешенных удобрений
на основе аммофоса
На рис. 25 показана технологическая схема производства сложно-смешанных
удобрений на основе аммофоса.
Порошкообразный аммофос из распылительной сушилки 2 шнеком 3 и эле-
ватором 4 подается в бункер, откуда дозируется в аммонизатор-гранулятор 5.
Сюда же из расходных бункеров 11 подаются ретур, азот- и калийсодержащие
компоненты, а также аммофосная пульпа и газообразный аммиак. Условия ам-
70
монизации, гранулирования и сушки продукта и последующих стадий такие же,
как в производстве сложно-смешанных удобрений с гранулированием в аммони-
заторе-грануляторе (стр. 69).
По этому способу можно получать удобрения с любым соотношением
N : Р2О5 : К2О и общим содержанием питательных веществ до 60% и более
(14—35—14; 10—25—25; 17—17—17 и т. д.); количество водорастворимой P2Oj
достигает 95% от общей. Продукты имеют хороший гранулометрический состав;
выход фракции с размером гранул 2—4 мм составляет 80—95%.
Рис. 25. Схема производства сложно-смешанных удобрений на основе аммофоса:
/ — реакторы; 2 — распылительная сушилка; 3 — шнек; 4 — элеваторы; 5 — аммонизатор-
гранулятор; 6 — сушильный барабан; 7 — грохот; 8 — дробилка; 5 — холодильник кипящего
слоя; 10 — барабан для кондиционирования; 11 — бункера для азот- и калийсодержащих
компонентов.
Расходные коэффициенты на 1 т удобрения марки 16—16—16 приведены
ниже (в т):
Аммофос (50% Р2О5, 12% N) ........................0,385
Аммиак (100% NH3)...................................0,010
Серная кислота (100% H2SO4) ... 0,027
Хлористый калий (95% К.С1)..........................0,270
Аммиачная селитра (99,5% NH4NO3)....................0,313
Производство карбоаммофоски
По этой схеме экстракционная фосфорная кислота, содержащая 40% Р2О5, не-
прерывно подается в сатуратор, где аммонизируется до мольного отношения
NH3: Н3РО4=1,4, на что расходуется примерно 70% общего количества аммиа-
ка. В сатураторе пульпа частично упаривается, в результате чего снижается
кратность ретура, необходимая для гранулирования продукта. При использо-
вании термической фосфорной кислоты ухудшаются условия гранулирования и
повышается слеживаемость продукта. Добавление 5% P2OS в виде фосфоритной
муки или 25% Р2О5 в виде экстракционной фосфорной кислоты оказывает по-
ложительное влияние на процесс гранулирования и качество продукта.
Отходящие из нейтрализатора газы поглощаются в скруббере фосфорной
кислотой. Из сатуратора пульпа поступает в аммонизатор-гранулятор, куда од-
71
повременно подаются ретур, карбамид (твердая соль или раствор) и остальные
30% NH3. При использовании кристаллического карбамида получают продукт
марки 29—29—0 с незначительным содержанием биурета. При этом кратность
ретура составляет 1,7, влажность продукта 0,6—1% при его температуре на вы-
ходе из сушильного барабана соответственно 102 и 88—94 °C. Такая влажность
обеспечивает хорошее качество продукта при хранении (необходима его сушка
до содержания влаги не более 1%). Во избежание гидролиза карбамида темпе-
ратура гранул на выходе из сушилки не должна превышать 95 °C. Чтобы про-
дукт в сушилке не плавился, в противоточную сушилку воздух подают при
150—170 °C, в прямоточную сушилку — при 200 °C. Поэтому необходимы круп-
ные по размерам дорогостоящие сушилки.
При использовании раствора карбамида пульпу фосфатов аммония и рас-
твор CO(NH2)2 подают в аммонизатор-гранулятор раздельными потоками, что
устраняет гидролиз карбамида и образование пены. Нейтрализация в аппарате
А-Г протекает до мольного отношения NH3:H3PO4= 1,92. При этом количество
аммиака, отходящего из гранулятора, составляет 4—13% общей массы NH3;
большая его часть поглощается в скрубберах. Процесс гранулообразования в
аппарате А-Г проводится при кратности ретура равной 3, температуре гранули-
руемой смеси 60—85 °C и ее влажности 2—3% (при концентрации раствора
карбамида 96%). Около 1% общего количества аммиака теряется в сушилке при
температуре продукта на выходе из аппарата 88—94 °C; при температуре про-
дукта 99—102 °C и его влажности 0,5% и менее потери аммиака составляют
2—3%. При полном использовании раствора карбамида и отходящего аммиака
получают удобрение марки 25—35—0; при добавлении в гранулятор хлористого
калия получают удобрения марки 16—22—22. При использовании раствора карб-
амида, содержащего 98% СО(ЫН2)2, кратность ретура составляет 3,5—4; сни-
жение концентрации CO(NH2)2 до 83% приводит к повышению кратности рету-
ра до 5,5. Раствор карбамида подают в гранулятор при 94 °C по трубопроводам
с паровыми рубашками. При хранении раствора в течение суток гидролизуется
1—3% карбамида.
Гигроскопическая точка удобрений на основе карбамида и фосфатов аммо-
ния (КФА), выраженная через относительную влажность воздуха, при 25°C
составляет 55% (для нитрата аммония она равна 59%, для карбамида — 75%).
При добавлении к КФА хлористого калия гигроскопическая точка понижается
до 45%. Скорость адсорбции влаги удобрением типа КФА значительно меньше,
чем нитратом аммония и карбамидом. Насыпная плотность КФА относительно
низка — 640—737 кг/м3, продукта, содержащего (15—20% КгО), — 769—865 кг/м3.
Испытания КФА при хранении показали, что продукт, содержащий 0,3—
0,6% влаги, хорошо хранится в течение первых 3 мес„ но слеживается в тече-
ние 6 мес. Продукт с содержанием 1,3—1,5% влаги, опудренный диатомитом,
сохраняет свои свойства в течение 6 мес.
Определение кратности ретура
При гранулировании в производстве комплексных удобрений не-
обходимая кратность ретура может быть рассчитана по уравнению:
1У/ __ ^общ-ЮО
Gc
где Гг.с — оптимальная влажность гранулируемой смеси, %; Ц7о6щ— общее
количество влаги, вводимой в гранулятор с исходными компонентами, ретуром
и паром, кг; Gc — общая масса гранулируемой смеси, кг.
Общее количество влаги, вводимой в гранулятор с исходными
компонентами, ретуром и паром на I т продукта, определяется по
уравнению:
1Гобщ = bWi 4- dJ7a + dW3 Н Wp + Wp + aX
72
где b, с, d — расходные нормы сырья на 1 т продукта, т; Гь Г2, Г3— влаж-
ность исходных компонентов, % ’> — количество влаги, вводимое с раствором,
кг; Гп— количество влаги, вводимой с паром, кг; а — влажность ретура, %;
X — количество ретура, кг.
Общая масса гранулируемой смеси определяется по уравне-
нию:
Gc — X + gc.c + Гобщ
'"Де gc. с — масса сухих солей.
Подставляя полученные значения IFogm и Gc в основное урав-
нение, получим:
ll7 (bWj + cW2 + dW3 -|- Гр + Гп + аХ) 100
^гс = (ЬУХ\ + сГ2 + dWs + Гр + Гп + аХ) + X + gc.c
Пример: а=1%; Sfel^i + cl^+dU^ + W'p+W'n^lOO кг; gcc—
= 1000 кг; Ц7Г.С=3%.
Подставляя значения в основное уравнение, получим:
„ (100+0,01Х)-100
3— 1000 + Х+ 100 + 0.01Х
Решая уравнение относительно X, получим, что Х=3350 кг, т. е.
кратность ретура равняется 3,35.
Аммонизаторы-грануляторы
Аммонизаторы-грануляторы получили широкое распространение
в производстве сложных удобрений на основе аммиака, фосфор-
ной, полифосфорной и азотной кислот и других азот- и калийсо-
держащих компонентов. Эти аппараты отличаются высокой про-
изводительностью; их конструкция позволяет вводить в удобрение
значительные количества нейтрализующего аммиака без потерь
NH3 и усвояемой Р2О5.
К преимуществам этого аммонизатора-гранулятора относятся:
компактность; возможность совмещения в одном аппарате процес-
сов аммонизации и гранулирования (что позволяет уменьшить за-
нимаемую производственную площадь, снизить энергозатраты
и исключить необходимость в средствах перемещения полуфабри-
катов со стадии аммонизации на стадию гранулирования); высокая
интенсивность процесса гранулирования, обеспечиваемая наличи-
ем в аппарате специальной насадки (что дает возможность умень-
шить кратность ретура и улучшить качество получаемого продук-
та— его прочность, гранулометрический состав и др.). Совмеще-
ние стадий аммонизации и гранулирования в одном аппарате при-
водит к упрощению процесса, исключению части оборудования и
дает возможность использовать теплоту реакции нейтрализации
для сушки продукта.
Опыт эксплуатации промышленных установок с применением
на стадии гранулирования аммонизаторов-грануляторов показал,
73
что они устойчивы в работе, просты в управлении и позволяют по-
лучать широкий ассортимент удобрений с различным соотношени-
ем и содержанием питательных веществ. Аммонизаторы-грануля-
торы различаются не только размерами, но и конструкцией внут-
ренней части аппарата. Характеристика и основные показатели
работы аммонизаторов-грануляторов, применяемых в производстве
комплексных удобрений, приведены в табл. 9.
Характеристика аммонизаторов-грануляторов
Таблица 9
Длина L, м Диаметр D, м LID Объем V, м Производительность, т/ч Марка удобрения, N— Р2О5-К2О
по пульпе по продукту
3,5 3 1,2 24,7 89 7,75 18—46—1
4 2 2 12,6 16,8 8,4 11—11—11
3 2,55 1,2 15,3 104 12,5 18—18—80
5,5 2,5 2,5 21 25 12,5 11—11—11
4,2 2 2,1 13,2 40 20 11—11—11
6 3 2 42,3 250 35,3 18—46—0
6,5 4 1,65 83 190 38 17—17—17
7 3,5 2 67,2 293 40,5 17—17—17
6,5 3,2 2 52 — 56 18—46—0
5,5 2,75 2 32,6 282 56,5 18—46—0
4,8 2,4 2 21,6 232 69,5 17—17—17
10 4 2,5 125 750 76 18—18—18
Примечание. Аппараты выполнены из сталей марок Ст. 3 или Х18Н10Т, снабжены скреб-
ковыми очистительными устройствами или ударными молотками, расположены под углом 2,5—3°.
На рис. 26 изображен аммонизатор-гранулятор. Он представ-
ляет собой полый открытый вращающийся барабан с подпорны-
ми кольцами на входе и на выходе (высота подпорного кольца
на входе 0,9 м, на выходе 0,45 м). Одно из колец служит для
устранения просыпания материала, другое — для поддержания оп-
ределенной глубины слоя. Аппарат изготовлен из углеродистой
стали толщиною 21 мм, изнутри он футерован листовой сталью
марки Х18Н10Т толщиною 3 мм. На барабане крепятся банда-
жи 11, которые установлены на несущих и опорных роликах,
и зубчатое колесо 12, соединенное с приводом.
Ножи-обдиратели 3, которые очищают внутренние стенки ап-
парата от налипающей массы, насажены на трубу. Торцы трубы
закреплены в пневмоцилиндрах, в которые подводится сжатый
воздух для придания ножам колебательных движений, параллель-
ных стенке барабана (амплитуда колебаний 150 мм, частота 20
колебаний в 1 ч). Нож-обдиратель можно поворачивать вокруг
оси, изменяя таким образом зазор между ним и стенкой.
Аммиак, растворы и плав подаются по трубопроводам. Жидкий
аммиак поступает в аппарат со стороны входа и выхода смеси под
слой гранулируемой массы. На входе имеется четыре трубки, на
74
выходе — пять. Аммиакопровод жестко закреплен относительно
оси аммонизатора-гранулятора. Угол наклона распределительных
труб можно изменять с помощью вращающихся устройств, рас-
положенных в торцах барабана.
Плав аммиачной селитры поступает с входной стороны через
трубу, имеющую восемь форсунок. Для распыления плава пода-
ется пар. Через каждые 15—20 мин работы форсунку продувают
паром, для чего предусмотрен специальный паропровод. Раствор
фосфата аммония вводится
на расстоянии 2/3 длины ба-
рабана от выхода шихты и
поступает через восемь рас-
пиливающих форсунок. Воз-
дух вдувается через ориен-
тированно размещенные рас-
пределительные трубки.
Твердые компоненты непре-
рывно подаются в процессе
гранулирования через загру-
зочную течку 2. Производи-
тельность аммонизатора-гра-
нулятора регулируется ско-
ростью ленты загрузочного
транспортера, интенсив-
ностью подачи на нее твер-
дых компонентов и расходом
жидких и газообразных ком-
понентов смеси. Барабан
имеет небольшой наклон
(1,8°).
В секции гранулирования
могут иметься несколько
продольно приваренных листов. Листы изогнуты так, что их попе-
речный разрез похож на открытую цифру шесть, которые образуют
несколько отделений. Такая конструкция внутренней насадки улуч-
шает окатывание и гранулирование материала. Аммонизатор-гра-
нулятор данной конструкции (рис. 27) представляет собой вращаю-
щийся барабан диаметром 1,83 м и длиной 3,66 м с закрепленными
на нем несущими кольцами 10, которыми он опирается на ролико-
вые опорные катки; продольный сдвиг барабана предотвращается
упорными роликами 4. Привод барабана осуществляется электро-
двигателем через цепную передачу и зубчатое колесо 15.
Аммонизатор-гранулятор смонтирован на стальной раме 1, на
входном конце аппарата к ней крепится крышка, герметично за-
крывающая передний торец барабана. Загрузочный желоб 9, тру-
бы 7 и 8 для подачи аммиака и кислот, проходящие через крыш-
ку, крепятся к ней. Внутри барабана смонтированы поперечные
опорные кольца 5, которые поддерживают требуемую глубину слоя
Рис. 26. Аммонизатор-гранулятор:
1 — корпус; 2 — течка для загрузки сыпучих
компонентов; 3 — нож для очистки внутренней
стенки; 4 — трубопроводы для подачи жидких
компонентов; 5 — аммиакопровод; 6 — распылите-
ли аммиака; 7 — привод; 8 — несущие и опорные
ролики; 9 — течка для влажных гранул; 10 — под-
порное кольцо; 11 — бандаж; 12 — зубчатое коле-
со; 13 — газоход.
75
аммонизируемого и гранулируемого материала. Одно кольцо раз-
мещено на входе в барабан, другое в его середине. Для очистки
внутренней поверхности аппарата от налипающего продукта на
Рис. 27. Аммонизатор-гранулятор с секцией гранулирования, разделенной на
несколько отделений:
/ — рама (основание); 2 — корпус; 3 — опорные катки; 4— упорные ролики; 5 — поперечные,
подпорные кольца; 6 — воздуховоды для нагретого и холодного воздуха; 7 — распредели-
тель аммиака; 8 — распределитель кислот; 9 — желоб для подачи твердых компонентов;
10 — несущие кольца; 11 — скребок для очистки внутренней поверхности барабана;
12 — опорный цилиндр; /3 — стержни для крепления скребков; 14 — поперечная перегород-
ка; 15 — колесо цепной передачи; 16 — шары; 17 — люк для чистки и ремонта; 18— отделе-
ние секции гранулирования; 19 — приваренные уголки; 20 — упоры для шаров; 21 — раз-
грузочная камера; 22 — труба для отвода газа.
опорном цилиндре 12 укреплено скребковое устройство 11, уста-
новленное в верхней точке барабана.
В загрузочном конце гранулятора находится несколько про-
дольно расположенных отдел глий 18, имеющих в разрезе форму
перемещается от загрузочно-
, воздух
Рис. 28. Аммонизатор-гранулятор
непрерывного действия:
/ — скребок; 2 — распределитель кисло-
ты или пара; 3 — слой материала, под-
вергаемого аммонизации.
открытой цифры шесть. Каждое отделение имеет плоскую и ци-
линдрическую стенки и разделено поперечными секторными пере-
городками 14. Чтобы устранить налипание продукта на внутрен-
ние стенки отделения 18, в пространство между ними помещены
довольно тяжелые металлические шары 16, которые удерживаются
от падения упорами 20. По достижении вращающимся барабаном
определенного положения шары освобождаются от упоров и уда-
ряются в уголки 19. Под действием таких ударов стенки отделе-
ний очищаются от налипающей массы.
Твердые компоненты гранулируемого материала подаются в
аппарат через загрузочный желоб 9. Благодаря уклону и враще-
нию барабана материал самотеком
го конца аппарата по отделению
аммонизации, переваливается че-
рез среднее подпорное кольцо 5 в
грануляционное отделение 18, от-
куда через разгрузочную камеру
21 передается на сушку. Влажный
материал, прилипший к стенкам
барабана, удаляется скребком 11
и снова поступает в гранулируе-
мую смесь.
Для гранулирования сложно-
смешанных удобрений широко
применяют аммонизатор-грануля-
тор, конструкция которого пока-
зана на рис. 28. Его основными
отличительными особенностями
являются трубчатые распредели-
тели с многочисленными отверстиями для подачи жидкостей, газо-
образного аммиака или пара под поверхность вращающегося слоя
твердых частиц и скребок, очищающий внутреннюю поверхность
барабана. Конструкции таких барабанов весьма разнообразны.
Некоторые включают только секцию аммонизации, в которой обра-
зуются зародышевые агломераты, в других имеется вторая секция
с гладкой внутренней поверхностью, где первичные агломераты
частиц превращаются в прочные гранулы в результате их уплотне-
ния при окатывании.
Аммонизатор-гранулятор может также представлять собой от-
крытый барабан с подпорными кольцами на концах и в середине,
разделяющими барабан на две секции — аммонизации и гранули-
рования (рис. 29). Одно из подпорных колец служит для устране-
ния просыпаний материала, другое — для поддержания определен-
ной глубины слоя.
К внутренней поверхности барабана вместо обычных подъем-
ных лопастей крепятся продольно направленные ребра 9. Высота
ребра (обычно 20—40 мм) обеспечивает необходимое перемеши-
вание и перемещение гранулируемой смеси (в нижней части бара-
77
бана остается лишь незначительный неподвижный слой) и, кроме
того, нормальную работу роторов.
В каждой секции имеются два ротора, вращающихся парал-
лельно оси барабана; один для перемешивания массы, другой для
очистки стенок. Роторы удерживаются в барабане посредством
опорных и соединительных элементов. Последние крепятся к оси
металлической трубы, которая поддерживается рамой. Роторы со-
стоят из металлических дисков и валов, прочно соединенных
с этими дисками, а также радиально расположенных планок, вхо-
Рис. 29. Аммонизатор-гранулятор с секциями аммонизации и гранулирования:
/ — корпус; 2 — металлические диски; 3— подшипниковые опоры; 4 — подпорные кольца;
5 — течка для загрузки исходных компонентов; 6 — загрузочный люк; 7 — трубопроводы
для подачн аммиака, растворов, кислот и воды; 8 — бандажи; 9 — продольно-направленные
ребра; 10 — прямозубое колесо; // — роторы для перемешивания гранулируемой смеси и
очистки стенок; 12 — редуктор; 13 — электромотор; 14 — опора; 15 — течка для выхода
влажных гранул; 16 — опорные соединительные элементы; 17 — металлическая труба для
крепления соединительных элементов; 18 — валы; 19 — газоход.
дящих в пазы дисков. Роторы находятся во вращательном дви-
жении в подшипниковых опорах. Габариты ротора для очистки
могут изменяться, но в большинстве случаев его диаметр нахо-
дится в пределах от 200 до 500 мм и имеет такую же длину, что
и грануляционная установка. Аммиак, растворы и вода подаются
по трубопроводам, которые входят в грануляционный слой.
В процессе гранулирования твердые компоненты непрерывно
подаются через загрузочный люк барабана транспортером.
Барабан имеет незначительный наклон, который зависит от
высоты порога подпорных колес, длины барабана, скорости его
вращения и других факторов. К преимуществам данной конструк-
ции относится высокая интенсивность процесса, определяемая
эффективностью работы роторов перемешивания и очистки.
78
Простейшая конструкция аммонизатора-гранулятора пред-
ставлена на рис. 30. Барабан аммонизатора-гранулятора изготав-
ливается из углеродистой
резины. Сыпучие ком-
поненты подаются по же-
лобу, плав или растворы
поступают через верхний
распределитель непосред-
ственно на слой гранули-
руемой смеси, газообраз-
ный аммиак и пар вводят
под слой материала. Для
поддержания определен-
ной высоты слоя на выхо-
де из аппарата установле-
но подпорное кольцо.
Очистка внутренней по-
верхности от налипшего
материала происходит в
результате прогибания ре-
зиновых листов под дей-
ствием собственной силы
тяжести и веса налипше-
го материала в момент
достижения ими верхнего
положения при враще-
нии аммонизатора-грану-
лятора.
Для проведения про-
цессов смешения сухих и
жидких компонентов, их
аммонизации и гранули-
рования применяют также
барабанно-лопастные ам-
монизаторы-грануляторы.
Такой аппарат состо-
ит из смесителя-аммони-
затора и окаточного бара-
бана. Первый снабжен
двумя валами с лопастя-
ми, рубашкой, штуцерами
для подвода компонентов
и приводом. Аппарат
стали и изнутри покрывается листами
Рис. 30. Аммонизатор барабанного типа:
/ — ходовые бандажи; 2 — зубчатое колесо;
3 — желоб для загрузки смеси твердых компо-
нентов; 4 — устройство для крепления распреде-
лителей; 5 — желоб для выгрузки аммонизиро-
ванной смеси; 6 — корпус; 7 — внешняя камера;
8 — самоочищающее устройство (листы гибкой
резины); 9 — привод; 10 — чугунные ролики; 11 —
распределитель аммиака; 12 — распределитель
серной кислоты; 13 — распределитель воды;
14— распределитель пульпы; 15 — газоход.
смонтирован на опорной
раме. Из смесителя-аммонизатора гранулированный продукт посту-
пает в окаточный барабан, который герметично соединен со смеси-
телем-аммонизатором с помощью ленточного уплотнения. Окаточ-
ный барабан представляет собой наклонный аппарат, внутренняя
79
поверхность которого выложена резиновыми ковриками. Грузовые
полосы, укрепленные под ковриками, обеспечивают их провисание,
вследствие чего происходит очистка поверхности барабана от нали-
паний продукта. Окаточный барабан укомплектован трехскорост-
ным приводом и вращается на опорной и опорно-упорной станци-
ях. Для отбора проб и профилактического осмотра в разгрузочной
камере имеется люк. Окатанные гранулы удобрения из разгрузоч-
ной камеры направляются в сушильный аппарат.
Технологическая характеристика барабанно-лопастного аммо-
низатора-гранулятора приведена ниже:
Производительность, т/ч
по сухому материалу............................... 34
по готовому продукту............................... 17
Температура гранулируемой смеси, °C 65—95
Влажность гранулируемой смеси, %............. 4—12
Время пребывания продукта в смесителе-аммони-
заторе, мин........................ .... 3
Кратность ретура.............................. 0,5—6
Габариты смесителя-аммонизатора:
объем, м3 .................................. 5,8
длина, м........................................... 4,0
диаметр лопастей, м............................... 0,75
Мощность привода, кВт:
смесителя-аммонизатора . 24; 37,5; 55; 75
окаточного барабана........................... 14; 18; 20
Габариты окаточного барабана, м
диаметр....................................... 2,2
длина.............................................. 3,7
Угол наклона барабана, град........... 2
Частота вращения окаточного барабана
с-1........................... . 0,14; 0,21; 0,31
об/мин............... ......................8,2; 12,5; 18,6
Масса загружаемого материала в гранулятор, т . 25
Габариты гранулятора, м:
длина......................................... 10,83
ширина.................................... 4,35
высота.................................... 3,4
Масса гранулятора в рабочем состоянии, т . . . 33
Оптимальная высота выходной перегородки аммонизаторов-
грануляторов составляет 0,25 диаметра барабана при его длине
L=D. В этом случае обеспечивается необходимое соотношение
между подвижным и неподвижным слоями массы, достигается хо-
рошее поглощение аммиака без образования окислов азота и не-
высокое сопротивление слоя, при перемещении которого в этом
случае не нарушается положение распределительного устройства.
Распределитель аммиака рекомендуется располагать на расстоя-
нии 5 см от корпуса аппарата.
Для улучшения процессов гранулирования, аммонизации и пе-
ремешивания в аммонизаторе-грануляторе при L=2D дополни-
тельно устанавливают кольца-перегородки высотой 5 см на рас-
стоянии 60 см друг от друга по длине аппарата. При этом пучки
80
распределительных устройств должны находиться на расстоянии
5—7 см над промежуточными перегородками. Система промежу-
точных перегородок позволяет устранить мертвые зоны в бараба-
не и тем самым улучшить условия гранулирования. Для этого
увеличивают также высоту выходной перегородки и используют
скребки с зубчатой кромкой, которые вырезают пазы на твердой
поверхности слоя, прилипающего к внутренним стенкам корпуса
(пазы являются миниатюрными перегородками). Для очистки пе-
регородок на стержне скребка устанавливают два зубца. Следует
отметить, что во многих случаях установка промежуточных пере-
городок приводит к перегрузке приводного электродвигателя.
Чтобы предотвратить налипание материала на внутренние
стенки барабана и другие участки, в аммонизатор-гранулятор
иногда устанавливают скребки с возвратно-поступательным дви-
жением (5—10 циклов в 1 мин), работающие от самостоятельного
привода, или применяют обстукивание молотками внешней сторо-
ны барабана. Чаще всего внутренняя поверхность аппарата об-
кладывается резиновыми листами, которые при вращении бара-
бана вибрируют, в результате чего внутренние стенки очищаются
от налипшей массы. В зависимости от принятого способа очистки
интервалы между остановками аппарата на очистку могут коле-
баться в пределах от двух недель до нескольких месяцев.
Производительность аммонизатора-гранулятора обычно прини-
мают в пределах 6—8 т/ч на 1 м его длины.
Большое значение для процессов гранулирования и аммониза-
ции имеет равномерное распределение растворов и суспензий, по-
даваемых в аппарат. Так, увеличение подачи жидкости на какой-
либо участок вызывает усиленную агломерацию материала с рез-
ким увеличением содержания крупной фракции гранул, что ухуд-
шает аммонизацию продукта. К распределителям жидкостей
предъявляются следующие требования: простота конструкции, га-
рантия равномерного распределения, возможность очистки во вре-
мя эксплуатации. В практике мировой туковой промышленности
получили распространение распределители типа «пила», а также
пневматические и механические форсунки.
Распределитель типа «пила» (рис. 31, а) представляет собой
закрытую с одного торца трубу из нержавеющей стали, снабжен-
ную рифленым или зубчатым желобом, занимающим часть ци-
линдрической поверхности трубы. Подаваемые в открытый конец
распределителя раствор, суспензия или пульпа разделяются на
ряд потоков, которые переливаются через зубцы желоба. Желоб
размещают на расстоянии 25 мм от среза стенки трубы и снабжа-
ют защитной крышкой, которая предотвращает попадание твер-
дых частиц из гранулятора в распределитель. Распределители
данного типа удовлетворяют перечисленным требованиям только
при малой длине аммонизатора-гранулятора, поскольку основным
фактором, влияющим на равномерность распределения раствора,
суспензий или пульпы, в этом случае является строгая параллель-
6—1810
81
ность распределителя оси вращения аммонизатора-гранулятора,
что не обеспечивается при большой длине аппарата.
Распределитель типа пневматической форсунки (рис. 31,6) со-
стоит из открытой трубки с ниппелем для подачи раствора, сус-
пензии или пульпы и центрального ниппеля для ввода сжатого
воздуха. Воздушный ниппель закреплен таким образом, чтобы по-
ток воздуха сталкивался с потоком жидкой фазы, вытекающей из
Топочные
Рис. 31. Распределители пульп, растворов и плава:
а — типа «пила», б — типа пневматической форсунки; в — типа механической форсунки;
г — с переточными трубами.
трубки. Короткая металлическая направляющая пластина, рас-
положенная под ниппелем, улучшает разбрызгивание суспензии
и позволяет уменьшить подачу сжатого воздуха. Единственным
фактором, ограничивающим широкое применение распределителей
такого типа, является значительный расход сжатого воздуха.
Распределение жидкостей механической форсункой получило
наибольшее распространение в мировой практике производства
сложных удобрений (рис. 31, в). При пользовании распределителя-
ми этого типа раствор, суспензию или плав подают специальными
насосами и через механическую форсунку распыливают в барабан
аммонизатора-гранулятора.
Для подачи кислот и азотсодержащих растворов в слой гра-
нулируемого материала применяют распределительные устройства,
конструктивное оформление которых может быть различным. Наи-
более эффективны распределители продольного типа, которые
представляют собой трубу с отверстиями, расположенными по спи-
82
рали. К недостаткам распределителей такого типа относятся не-
полное использование всех отверстий для распределения жидко-
стей и возможность их расширения в результате коррозии, что ве-
дет к нарушению распределения раствора или кислоты и, как
следствие, к выделению дыма, разогреву массы и ухудшению гра-
нуляции. При повреждении такого распределителя требуется его
замена, что связано с остановкой аппарата.
Для устранения указанных недостатков предложен распреде-
литель с переточными трубками (рис. 31, г). Отверстия в нем про-
к краям каждого приварена
Рис. 32. Схема подачи жидких
компонентов в аммонизаторгра-
нулятор.
сверлены с интервалом 22,5—30 см и
трубка, которая направляет поток
жидкости в определенное место.
Трубки изготовлены из стали марки
Х18Н10Т и окачиваются муфтой,
расположенной над поверхностью
подвижного слоя. Для равномерного
распределения кислоты и растворов
сумма площадей отверстий не долж-
на превышать половины площади
поперечного сечения распределите-
ля. При этом в значительной мере
компенсируется сопротивление слоя
потоку жидкости из отверстий. Рас-
пределитель такого типа позволяет
значительно улучшить перемешива-
ние слоя, имеет более продолжи-
тельный срок службы, надежен,
прост в обслуживании и ремонте.
Кислоты обычно вводят под слой гранулируемого материала
(рис. 32). Это позволяет избежать образования дыма из мелких
кристалликов хлорида аммония при взаимодействии паров соля-
ной кислоты с аммиаком. Соляная кислота образуется в результа-
те разложения хлористого калия минеральными кислотами.
В то же время слишком глубокое расположение распределите-
лей замедляет передвижение слоя, в результате чего газообразный
аммиак плохо распределяется в массе материала и нарушается
процесс аммонизации и гранулирования.
При подаче в аммонизатор-гранулятор аммиака рекомендуется
на концы распределительного устройства направлять меньше, чем
в центр. При этом следует учитывать, что при подаче избытка ам-
миака в переднюю часть аммонизатора потери его сокращаются,
но возрастает ретроградация усвояемой Р2О5. И, наоборот, при
избытке аммиака в конце аммонизатора потери аммиака возраста-
ют, но ретроградация уменьшается.
Наименьшее количество выделения дыма в барабане наблюда-
ется в том случае, когда отверстия распределителей кислоты и
растворов (или аммиака) направлены в противоположные сторо-
ны. Поток кислоты в целях снижения коррозии распределителя
6* 83
направляют по вращению слоя. Для предотвращения забивки от-
верстий, направленных против слоя, через распределитель в мо-
мент прекращения подачи раствора пропускают сжатый воздух.
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Выброс газообразного аммиака из аммо- низатора-грануля- тора Остановка аммониза- тор а -гр анул ятор а Повышение содержа- ния крупных гра- нул в продукте, вы- ходящем из су- шильного барабана Наличие свободной кислоты в готовом продукте Резкое изменение подачи сыпучего материала Прекращение подачи мате- риала Деформация или выход из строя распределителя ам- миака Нарушение герметичности аммонизатора-гранулято- ра Неисправность вытяжной вентиляции Забивка газоходов пылью Неисправность механизма привода Сработала блокировка от транспортного оборудо- вания Неудовлетворительное из- мельчение материала пе- ред аммонизацией Недостаточная температура сушки Недостаток теплоносителя Повышенная влажность гранулируемой смеси в А-Г Неравномерная дозировка газообразного аммиака Неудовлетворительная ней- трализация материала. Наличие больших комков в материале Отрегулировать подачу га- зообразного аммиака в со- ответствии с нагрузкой по материалу Остановить производство и устранить неисправности Прекратить подачу материа- ла и газообразного аммиа- ка и устранить неисправ- ность Проверить дисперсный со- став материала и устра- нить неполадки на стадии его подготовки Повысить температуру газов Увеличить расход теплоно- сителя Уменьшить подачу раство- ров или увеличить пода- чу ретура в А-Г Наладить дозирование ам- миака Наладить узел подготовки материала
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В АППАРАТАХ
БАРАБАННОГО ТИПА
В современных процессах гранулирования наиболее широко ис-
пользуются горизонтальные вращающиеся барабаны весьма раз-
нообразного конструктивного оформления. В таком барабане при
увлажнении первоначально образуются рыхлые агломераты, ко-
торые по мере окатывания уплотняются и превращаются в проч-
84
ные сферические гранулы. Прочность и плотность гранул зависят
от величины сил агломерации, связывающих частицы порошкооб-
разного материала в гранулы и имеющих различную природу в
зависимости от вида гранулирования. Для проведения процесса
необходимо обеспечить сближение частиц на такое расстояние, на
котором проявляется действие капиллярных, поверхностно-актив-
ных и адгезионных сил и сил притяжения.
Этот способ гранулирования широко применяют в производстве
сложных, сложно-смешанных удобрений, простого и двойного су-
перфосфата и др.
Характерной особенностью процесса получения сложно-смешан-
ных удобрений является раздельное аппаратурное оформление
стадии аммонизации и гранулирования смеси, что ведет к увеличе-
нию протяженности технологического цикла, числа основных аппа-
ратов и оборудования и к неполному использованию теплоты ре-
акций.
Для получения таких удобрений применяют не только твер-
дые, но и жидкие компоненты. К настоящему времени освоен ряд
технологических схем, предусматривающих на первой стадии сме-
шение полифосфорной, фосфорной, азотной и серной кислот, ам-
миака, аммиакатов, нитрата и сульфата аммония, простого и двой-
ного суперфосфатов, полифосфатов аммония, калийных и других
солей. При механическом смешении перечисленных компонентов
происходит их химическое взаимодействие, и затем реакционная
смесь подается на гранулирование.
Производство сложно-смешанных удобрений
на основе суперфосфата и аммиачной селитры
В технологической схеме, приведенной на рис. 33, смешение сухих компо-
нентов, аммонизация смеси и гранулирование проводятся в отдельных аппа-
ратах.
Аммиачная селитра и хлористый калий со склада подаются в смеситель 13.
(кроме того, предусмотрена подачи аммиачной селитры в плавитель 12 при ее
использовании в виде плава), куда поступает также простой суперфосфат. Из
смесителя смесь сухих компонентов с добавкой ретура направляется в аммони-
затор 18, где происходит нейтрализация аммиаком свободной кислоты в супер-
фосфате. Аммонизированная шихта направляется в гранулятор 19, сюда же из
аппарата 12 вводится плав аммиачной селитры и в случае необходимости пар.
Предусмотрена также подача в гранулятор воды и подскрубберной жидкости
из сборника 37 для улучшения условий гранулирования. Процесс гранулирова-
ния проводится при 70 °C. Из аппарата 19 влажный гранулированный продукт
поступает в сушильный барабан 20, обогреваемый топочными газами. Высушен-
ные гранулы подаются элеватором 22 в систему односитных грохотов 23 и 24.
Крупная фракция (более 4 мм) отсеивается на грохоте 23, поступает на дробле-
ние в дезинтегратор 25. Гранулы размером до 4 мм подаются на грохот 24,
где отбирается товарный продукт (1—4 мм), который далее охлаждается в ап-
парате 26. Мелкая фракция (менее 1 мм) из грохота 24 поступает в бункер 27,
откуда с помощью шибера дозируется на промежуточный транспортер, далее
передается на транспортер 15 и элеватором 14 вместе с шихтой направляется
в аммоиизатор 18. На транспортер 75 поступает также измельченный продукт
из дезинтегратора 25.
85
Охлажденная товарная фракция из холодильника 26 элеватором 28 подает-
ся на кондиционирование в барабан 29, куда одновременно вводится опудри-
вающий материал и впрыскивается системой насосов масло. Кондиционирован-
ный продукт поступает на расфасовку и упаковку.
Очистка отходящих газов от пыли, паров аммиака, соединений фтора осу-
ществляется в ряде систем, включающих одну или несколько ступеней.
Описанная схема производства и его оборудование дают возможность по-
лучать разнообразные марки сложно-смешанных удобрений, различных по кон-
центрации и соотношению питательных веществ и содержащих значительную
часть Р2О5 в водорастворимой форме. Так, на основе простого и двойного су-
перфосфатов, аммиачной селитры, сульфата аммония, аммонизирующего раство-
ра (21,7% NH3, 65% NH4NO3), серной кислоты и с добавлением ретура по-
лучают удобрения марок 5—10—20; 5—20—20; 8—16—16; 8—24—0; &—24—8;
8—24—16; 10—20—0; 10—20—10; 12—12—12; 5—10—10. С применением раство-
ра, содержащего 26—36% карбамида, 14—24% аммиачной селитры и 25—
35% NH3, изготовляют удобрения марок 20—10—10, 15—15—15 и др. На основе
хлористого калия и фосфатов аммония (моноаммонийфосфат и 10—80% поли-
фосфатов), содержащих менее 0,3% влаги, при введении плава аммиачной се-
литры с добавкой нитрата магния (в количестве 0,1—0,5% MgO) получены
удобрения марок 23—11—11; 15—22—22; 17—17—17; 21—14—14; 26—8—8 и др.
Для улучшения физико-механических свойств продукт кондиционируют ма-
зутом, сульфитным щелоком или полиакриламидом и опудривают каолином и
кизельгуром.
Производство сложно-смешанных удобрений
на основе карбамида и суперфосфата
Развитие производства этих удобрений стимулируется следующими факторами —
сравнительная простота процессов получения суперфосфата, возможность ис-
пользования по этой схеме серной кислоты, когда ее недостаточно для крупного
производства фосфорной кислоты. Удобрения на основе карбамида и суперфос-
фата одновременно содержат азот, серу и фосфор и пригодны для различных
культур и почв. Технологическая схема производства сложно-смешанных удоб-
рений аналогична схеме, приведенной на рис. 38.
При использовании суперфосфата со свободной кислотностью 3—6% для по-
лучения удобрений, содержащих 12—15% карбамида, наблюдается слипание
смеси, что затрудняет работу последующих стадий процесса — сушку, охлаж-
дение, дробление и др. При понижении кислотности до 1% путем введения ам-
миака или других нейтрализующих веществ удается устранить этот недостаток.
Процесс гранулообразования осуществляется с введением пара при величине
ретура 0,5—1,5, содержании влаги в гранулируемой смеси 2,5—3,5%, ее темпера-
туре 70—85 °C. При этом выход товарной фракции с размером гранул 1,5—
3,5 мм составляет 90%. Тщательный контроль за температурой сушки позволяет
снизить потери азота за счет уменьшения гидролиза карбамида и снизить поте-
ри водорастворимой Р2О5. Условия охлаждения продукта оказывают влияние на
содержание водорастворимой Р2О5. Практика эксплуатации грануляционных
установок по получению удобрений на основе карбамида и суперфосфата пока-
зали незначительное образование отходов пыли и дыма.
Производство сложно-смешанных удобрений
на основе фосфатов аммония и карбамида
Технологическая схема производства сложно-смешанных удобрений на основе
фосфатов аммония и карбамида приведена на рис. 24. По этой схеме процесс
осуществляется следующим образом. Исходное сырье — моноаммонийфосфат,
карбамид и хлористый калий предварительно измельчаются и направляются в
соответствующие бункера, откуда через весовые дозаторы — в барабанный грану-
лятор. Одновременно в гранулятор подают ретур и пар низкого давления. Про-
87
цесс гранулообразования в барабанном грануляторе протекает лучше, чем в
шнековом. Из гранулятора сгранулированный влажный продукт направляется
на сушку во вращающийся сушильный барабан и далее на рассев, охлаждение,
кондиционирование и упаковку. Условия эксплуатации установки для удобрений
состава 24—30—0 приведены ниже:
Тп(л ЛИПП 1Cl
Содержание влаги в продукте на выходе из гранулятора, % 2—3
Температура продукта на выходе из гранулятора, °C . 60
Температура газа, °C
на входе в сушилку ... ............... 200
на выходе из сушилки ... .... 95
Температура гранул на выходе из сушилки, °C ... . 80.
Кратность ретура...................................... 1—1,4
Содержание в конечном продукте, %
влаги............................................... 0,4
гранул размером 2—4 мм.............................. 80,0
Энергетические затраты в процессе гранулирования на 1 т
удобрения на основе карбамида и фосфатов аммония составляют:
Пар низкого давления, кг............................ 50
Электроэнергия, кВт-ч.......................... 20—25
Топливо, т ..... . ........... . 9—15
Физические свойства гранулированных удобрений на основе
карбамида и фосфатов аммония приведены ниже*:
Марка удобрения..............21—10—10 15—15—15
Прочность, Н(кгс) на гранулу 15 (1,5) 19 (1,9)
Насыпная плотность, кг/м3 . . 930 920
Влажность, %................ • 0,6 0,6
Гигроскопическая точка, % . 45,5 —
15—22—15
22 (2,2)
1010
0,8
43,0
19—19—19
24 (2,4)
900
0,5
Режимы гранулирования сложных и сложно-смешанных
удобрений в аммонизаторах-грануляторах
и барабанных грануляторах
При ведении процесса в грануляторе барабанного типа и А-Г
для каждого вида и марки удобрения, имеющих определенный со-
став и соотношение питательных веществ, оптимальные условия
гранулирования различны (табл. 10).
На практике они определяются опытным путем на модельной
или промышленной установке, исходя из конкретных условий (дис-
персность исходных компонентов, кратность ретура, температура
и влажность гранулируемой смеси, конструкция гранулятора и
распределителей жидкой фазы, аппаратурное оформление узла ох-
лаждения и сушки и т. д.) и выражаются в виде кривых гранули-
рования. По этим кривым определяют (см. стр. 60) оптимальные
условия гранулообразования в широком диапазоне составов смеси
и технологических параметров. Это дает возможность оперативно
осуществлять регулирование процесса и способствует ускорению
освоения производства новых марок удобрений.
* Содержание биурета <1 %; угол естественного откоса 32 ± 1 град.
88
Режимы гранулирования сложных и сложно-смешанных удобрений
в аммонизаторе-грануляторе (А-Г) и барабанных грануляторах (БГ)
Грануломет- рический состав, мм ~ « сч —< + + + + Я" ср со со III 1
Выход товар- ной фрак- ции, % 50—75 АЛ—ЯЛ 50—75 50—75
гранул и и с о с< 0 1Г <Г о Г с* И э |Г ’ е
к я 03 СО смеси 3-6 Я—Ч А > II с* э э с
(*OdEH ;CHN) J-y е ИИПвЕИН -OWWE чнэиэхэ СЧ 1 оо — 1,3
Эо ‘иээиэ иои -эЛ(1и1гЛне(1л BdAxedauwaj, 11 о 2 1Г о ос > ' Цб —aL 001—06
BdAxad sxoonxEd}! Lf о 1-2 1-1,5 О 0 К 7
к & X Исходные компоненты о. о Плав А-Г (90—95% NH4NO3) + +пульпа (-80% NH4H2PO4) + + КС1 (60% К2О) + +ретур + МНз (85—90% NH4NO3+ + суперфосфат (20% Р2О5)+NH4NO3 (34—35% N) + +KCI (60% КгО) + +МНз+ретур Полифосфорная кисло- А-Г та+суперфосфат (20% Р2О5) + -(-суперфосфат (46-50% Р2О5) + KCI (60% K2O)+NH3-I- + H2SO4 (96% H2SO4) + +ретур Аммиакат 20—68—6 А-Г (43% N) + супер фосф ат (20% Р2О5)+суперфос-
Марка D са X 1 ю э X 1 Z 17—17—17 11—11—11 О ОЛ ои 12-12—12
Наименование продукта Нитроаммо- фоска Сложно-™?- шанные
Продолжение табл. 10
Наименование Марка Исходные компоненты К а Кратность ретура О св , ° Q.O) « ь аммо- I в А-Г Н3РО4) Влажность, % Выход товар- ной Грануломет- рический
продукта N—Р2О5—К2Р Тип гр; тора a S.O Н u S Степей! низацш (NH3; смеси гранул фрак- ции, % состав, мм
Сложно-сме- шанные фат (46% Р2О6) + + H2SO4 (96% H2SO4) + + КС1 (60% К2О)
17—17—17 Аммофос (50% Р2О5, 12% N)+NH3+NH4NO3 (99,5% NH4NO3)+KC1 (95% KC1)+H2SO4 + +ретур+ пульпа (55—60% NH4H2PO4) А-Г 3—5 85—95 1,8—2 3,5—6 3—5,5 50 —4+2
18,3—18,3— 18,3 Аммофос (50% P2Os, 12% N)+NH3+ +CO(NH2)2 (99,3% CO(NH2)2)+KC1 (95% KC1)+ретур+ +пульпа (~80% NH4H2PO4) А-Г 3—6 60—85 1,7 3,5—6 3—5,5 —3+2
11—11—11 Плав (85—90% NH4NO3) + +суперфосфат (20% P2O5)+NH4NO3 (99,5% NH4NO3)+KC1 (95% KC1)+NH3+peTyp БГ 3—4 75—85 1,3 3—4 3—4 50—75 -3+1
11—11—11 18—9—9 7—14—7 Простой суперфосфат+ +СО(Ь1Н2)2+нейтрали- зующая добавка+ пар БГ 0,5—1,5 70—85 — 2—3 2—3 50—75 —3,5+1,5
14—14—0 Пар+простой суперфос- фат+СО (П'Н2)2+ней- трализующая добавка БГ 0,5—1,5 70—85 3,5—5 3-4,5 50—75 —3,5 + 1,5
16—16—16 24—12—12 12—24—12 Двойной суперфосфат+ +CO(NH2)2+KC1+ +вейтрализующая до- бавка+пар БГ 0,5—1,5 70—85 — 3,5—5 3—4,5 50—75 —3,5+1,5
Аммофос 51—12—0 Пульпа (55—60% NH4H2PO4) + +МН3+аммофос+ре- тур +пар А-Г 0,2—0,3 85—110 1,3—1,6 5—9 4,5—8 50—75 -3+1
Диаммофос 16—48—0 Пульпа (75-80% NH4H2PO4+ +NH3) + ретур А-Г 3—4 70—85 1,8—2 4—4,5 3—3,5 50—85 -3+1
Диаммонит- рофоска 17—17—17 Пульпа (75—80% NH4H2PO4) + +Ь!Н3+плав (85—90% NH4NO3)+KC1 (95% КС1) +ретур А-Г 2,5—3,5 70—85 1,8—2 6—8 4,5—6,5 50—85 -3+1
Диаммоуреа- фоска 18—18—18 Пульпа (75—80% NH4H2PO4) + +Ь!Н3+плав [99,3% CO(NH2)2]+KC1 (95% КС1) +ретур А-Г 4—7 70—85 1,8—2 3,5—4 3—3,5 50—85 -3+1
Производство простого суперфосфата
Особенности процесса гранулирования. В процессе гранулирова-
ния порошковидного суперфосфата его смешивают с ретуром и из-
вестняком в определенном соотношении, при котором готовый про-
дукт отвечал бы стандарту. При неправильном дозировании про-
цесс гранулирования нарушается. Процесс стараются вести таким
образом, чтобы свести до минимума добавку ретура и обеспечить
максимальный выход товарной фракции. В настоящее время в
этом отношении достигнуты значительные успехи — содержание
ретура в шихте, поступающей на гранулирование, составляет все-
го примерно 15—30%.
При перемешивании порошковидного суперфосфата, в резуль-
тате механического воздействия жидкая фаза из частиц суперфос-
фата выступает наружу — происходит принудительный синерезис
геля. При этом мельчайшие кусочки суперфосфата склеиваются
на поверхности выступившей жидкой фазой, вследствие чего об-
разуются более крупные гранулы. Так, постепенно, происходит
окатка или гранулирование суперфосфата до тех пор, пока эти ко-
мочки не приобретут форму шарика. В ходе процесса из пор ко-
мочков удаляется воздух и выжимается связующая жидкость.
Образующаяся оболочка увлекает сухие частички и гранула уве-
личивается до тех пор, пока ее поверхность остается влажной.
Изучение механизма и кинетики гранулирования показывает, что
процесс редко относится только к сухому или влажному типу. Ча-
сто этот процесс включает различные стадии, начиная от образо-
вания зародыша в капле связующей жидкости до последней ста-
дии окатывания, когда содержание влаги становится оптимальным
и дальнейшее наслоение порошка на поверхность гранулы проис-
ходит за счет Ван-дер-Ваальсовых сил. Поэтому наилучшим спо-
собом гранулирования является гранулирование при повышенной
влажности материала в начале процесса и с добавкой порошка
при его продолжении. Обычно для нормального ведения процесса
гранулирования суперфосфат из апатитового концентрата допол-
нительно увлажняют до 16—18%; суперфосфат из фосфоритов
Каратау — до 12—13%. При такой влажности суперфосфат приоб-
ретает пластические свойства, т. е. способность окатываться в ша-
рики различных размеров. С повышением содержания ретура
в шихте оптимальная ее влажность снижается.
Степень увлажнения шихты в грануляторе и способ распыле-
ния подаваемой воды оказывает большое влияние на размер гра-
нул. При недостаточной подаче воды получаются мелкие гранулы,
при попадании крупных капель воды гранулы получаются круп-
нее, чем требуется. При слишком быстрой подаче воды и при пло-
хом ее распылении образуются очень крупные гранулы.
Частицы возврата, так же как и распыленная вода, являются
центрами гранулирования порошковидного суперфосфата. При вы-
соком содержании возврата (ретура) в шихте и недостатке порош-
92
ковндного продукта частицы не достигают требуемой величины,
и материал выходит из гранулятора неокатанным, а при увели-
ченной подаче воды становится тестообразным.
Чтобы выход гранул требуемых размеров был возможно боль-
ше, необходимо точно дозировать воду, добавляемую при гранули-
ровании, и обеспечить ее тонкодисперсное распыление.
Только для свежего суперфосфата или содержащего большой
процент жидкой фазы (а следовательно, и влаги) не требуется до-
полнительного введения воды. К вызревшему суперфосфату с от-
носительно низким содержанием жидкой фазы добавляют 2—4%
воды от массы суперфосфата, в противном случае гранулирование
происходит очень медленно или гранулы совсем не образуются.
Из рис. 34 видно, насколько резко уменьшается время, требуемое
Рис. 34. Зависимость времени окатывания (а) и прочности
гранул (б) суперфосфата от его влажности.
для получения гранул заданной крупности, с повышением влажно-
сти суперфосфата.
В процессе окатки происходит постепенное укрупнение гранул.
Вначале мелкие частицы образуют не вполне сцементированные
конгломераты, слипающиеся в плотные, более крупные зерна, из
которых получаются конгломераты еще большего размера. Такой
многостадийный процесс укрупнения частиц суперфосфата в про-
цессе гранулирования приводит к образованию смеси октанных
гранул самого различного диаметра. Следовательно, процесс гра-
нулирования можно охарактеризовать лишь по среднему размеру
полученных гранул или путем построения кривой распределения
частиц по крупности, аналогично характеристике работы размоль-
ных установок.
Большое значение имеет также продолжительность гранулиро-
вания и коэффициент заполнения гранулятора материалом. Для
того чтобы успело произойти окатывание частиц и образовались
нормальные гранулы, требуется 10—12 мин. Заполнение грануля-
тора не должно превышать 25% его объема. В случае налипания
значительного слоя шихты на стенки рабочий объем гранулятора
снижается, и поэтому необходимо уменьшить его загрузку. Ско-
93
рость гранулятора подбирается в зависимости от угла наклона ба-,
рабана и от производительности гранулятора.
Гранулы на выходе из гранулятора содержат 14—18% влаги
и обычно обладают настолько низкой механической прочностью,
что рассыпаются при надавливании пальцем. Поэтому они подвер-
гаются сушке. По мере удаления влаги происходит дополнитель-
ная кристаллизация солей и цементация гранул. Изменение проч-
ности гранул в зависимости от влажности показано на рис. 34, б.
Достаточной механической прочностью обладают гранулы, содер-
жащие не более 5% влаги.
Качество гранулированного суперфосфата и производитель-
ность оборудования в значительной степени зависят от соблюде-
ния режима процесса гранулирования.
Суперфосфат, поступающий на гранулирование, не должен со-
держать комков, так как это препятствует полной нейтрализации
свободной кислоты мелом или известняком.
Необходимо строго следить за правильностью составления
шихты и ее дозированием в гранулятор. При недостаточной подаче
нейтрализующей добавки получается продукт с повышенной сво-
бодной фосфорной кислотой. При излишнем количестве известняка
или мела затрудняется гранулирование и снижается содержание
Р2О5 в гранулированном суперфосфате. Существенное влияние на
прочность гранул оказывают степень нейтрализации суперфосфата,
интенсивность и продолжительность окатывания, температурный
режим сушки. Продолжительность окатывания суперфосфата из-
меняется в зависимости от влажности шихты; при высокой влаж-
ности шихты на окатывание требуется меньше времени, чем при
низкой влажности. Увеличение продолжительности окатывания
против нормы вызывает чрезмерный рост гранул.
При повышенном содержании влаги в гранулированном супер-
фосфате после сушки затрудняется его просев (замазываются си-
та) . И, наоборот, излишнее удаление влаги ведет к пересушиванию
материала, в результате чего возрастает унос суперфосфатной пы-
ли с отходящими топочными газами.
При правильной подготовке шихты, нормальном ведении про-
цессов гранулирования и сушки продукт, выходящий из сушильно-
го барабана, содержит 80—84% гранул размером от 1 до 4 мм.
Отклонение от норм технологического режима ведет к снижению
выхода товарной фракции и увеличению ретура. Увеличение со-
держания крупных гранул вызывает повышенную нагрузку на гро-
хота и дробилки. При дроблении крупных гранул часть из них
чрезмерно измельчается, что ведет к еще большему увеличению
ретура в технологический цикл. При повышенном выходе мелочи
также происходит перегрузка грохота и снижается выход товар-
ной фракции. Только при точной дозировке сырья, ретура и нейт-
рализующей добавке, правильном ведении процессов гранулирова-
ния и сушки достигаются хорошие выходы гранулированного су-
перфосфата. Это возможно при достаточно четком обслуживании
94
гранулятора, которое заключается в непрерывном и равномерном
питании гранулятора шихтой заданного состава, регулировании
подачи воды и степени ее распыления. Подачу воды регулируют
с помощью вентилей на водопроводной линии. О влажности ма-
териала и необходимости увеличения или уменьшения ее подачи
судят по внешнему виду суперфосфата, окатываемого в грануля-
торе, для чего требуется определенный опыт. Для лучшего наблю-
дения за процессом гранулирования суперфосфата внутреннее про-
странство гранулятора освещается со стороны выхода материала
сильной лампой с рефлектором.
Нельзя допускать зависания шихты в бункерах перед ленточ-
ными дозаторами. Время от времени следует прочищать течку, по
которой окатанный материал из гранулятора должен свободно
поступать в сушильный барабан.
Схема производства гранулированного суперфосфата показана
на рис. 35. По этой схеме созревший порошковидный суперфос-
фат смешивают с нейтрализующей добавкой, мелом или молотым
известняком.
Суперфосфат грейферным краном 1 подают в бункер 2, из которого он по-
ступает на ленточный питатель 5. Известняк из бункера 3 шнековым дозирую-
щим питателем 4 подается также на ленточный питатель 5. При ссыпании с пи-
тателя на грохот бив процессе грохочения происходит смешение суперфосфа-
та с известняком. Комки, не прошедшие через грохот, измельчаются в валковой
дробилке 7.
Нейтрализованный суперфосфат поступает в бункер 9 и далее ленточным
питателем 10 подается в гранулятор барабанного типа 11, куда через форсунки
12 вбрызгивается вода. Смоченный в грануляторе суперфосфат окатывается в
гранулы различной величины. Из гранулятора продукт поступает в сушильный
барабан 13, обогреваемый топочными газами. Высушенный продукт элевато-
ром 18 подается на грохот 19 для рассева на двух последовательно установлен-
ных ситах. Гранулы размером более 4 мм задерживаются на первом сите и на-
правляются в дробилку 20, откуда дробленый материал снова возвращается на
рассев. Материал, прошедший первое сито, но задержанный вторым, состоит из
гранул размером от 1 до 4 мм, который направляется на расфасовку и упаков-
ку. Мелкий продукт, прошедший через второе сито грохота 19 и состоящий в
основном из частиц размером менее 1 мм, шнеком 21 возвращется в грану-
лятор 11.
При желании ретур может быть использован в качестве товарного продук-
та — высушенного порошковидного суперфосфата.
Контроль процесса гранулирования суперфосфата заключается
в периодической проверке интенсивности и равномерности питания
грануляторов шихтой, состава шихты, качества компонентов ших-
ты и готового продукта.
Во время работы грануляторов аппаратчик непрерывно наблю-
дает за поступлением шихты и распылением воды, регулируя ее
подачу. В поступающем на гранулирование суперфосфате проверя-
ют каждый час содержание свободной Р2О5 и раз в смену из сред-
ней пробы определяют содержание влаги, общей и усвояемой
Р2О5. Анализ поступающего на нейтрализацию известняка или ме-
ла производят из сменных и суточных средних проб. Один раз
95
Молотый,
известняк
в два часа проверяют соотношение возврата и свежего суперфос-
фата.
Не реже одного раза в два часа проверяют в лаборатории
влажность и кислотность гранулированного суперфосфата, выхо-
дящего из каждого гранулятора. Через такие же промежутки вре-
мени определяют гранулометрический состав продукта, выходяще-
го из сушильных барабанов. Кроме того, проверяют влажность
и кислотность готового продукта и его температуру при выходе из
сушилок и при затаривании. Каждый час производят замер темпе-
ратуры на входе в сушилку и на выходе из нее, производят про-
верку дутья под колосниковую решетку и разрежения перед хво-
стовым вентилятором. Раз в смену проверяют запыленность газа
на выходе из сушилок и после очистки в циклонах; определяют
количество пыли, выгружаемой за смену из циклонов.
При затаривании готового продукта отбирается от каждых
20 мешков средняя проба гранулированного суперфосфата на пол-
ный анализ.
Производство аммонизированного суперфосфата
После двукратного измельчения на разбрасывателях и рассева
на виброгрохотах суперфосфат с размером частиц менее 15 мм
поступает на аммонизацию. Подготовленный суперфосфат грей-
ферным краном подается в промежуточный бункер и далее лен-
точным питателем в аммонизатор (d= 1,6 м, 1=8 м, п=0,07 с-1 =
=4,5 об/мин), где происходят процессы аммонизации и частично-
го гранулирования.
Для улучшения процесса гранулирования суперфосфат в теч-
ках увлажняется до 12—13% влаги распылением воды с помощью
пневматических форсунок.
Нейтрализация свободной Р2О5 осуществляется газообразным
NH3, который подается в головную часть аммонизатора через
распределительную гребенку под слой увлажненного суперфосфа-
та. При этом происходит нейтрализация свободной кислоты, ока-
тывание и частичное удаление влаги. Из аммонизатора продукт
поступает в гранулятор (d=2 м, 1=8 м, п=0,12 с-1=7 об/мин,
угол наклона 3°) и далее в сушильный барабан. Из сушильного
барабана высушенный гранулированный суперфосфат подается на
грохота, где происходит рассев продукта на фракции. Крупная
фракция (размер гранул +4 мм, выход 20—30%) поступает в мо-
лотковую дробилку и возвращается обратно на рассев. Готовый
продукт (—4+1 мм), выход которого составляет 50—55%, направ-
ляется потребителю. Мелкая фракция — ретур (—1 мм, 20—25%)
поступает на склад для отгрузки потребителям или возвращается
на стадию гранулирования.
Отходящие газы из аммонизатора, содержащие NH3 и пыль
суперфосфата, проходят очистку в скруббере и далее дымососом
выбрасываются в атмосферу.
7—1810
97
Состав получаемого продукта* приведен ниже (в %):
Состав
I еорт И сорт
Содержание усвояемой P2Os, не менее.............15,5 14
Содержание N, не менее.......................... 1,5 1,5
Содержание воды, не более . .... 3 3
Гранулометрический состав
фракции (1—4 мм), не менее.................. 90 90
фракции (+4 мм), не более............. . 5 5
фракции (—1 мм), не более................. 5 5
Содержание свободной P2Os, не более . . . 0,5 0,5
Для получения 1 т аммонизированного гранулированного су-
перфосфата расходуется 1,07 т кислого суперфосфата, 0,18 т ам-
миака, 150 кВт-ч электроэнергии, 13 м3 воды, 0,16 т мазута, 37 м3
сжатого воздуха.
Рис. 36. Схема производства
суперфосфат^
аммонизированного гранулированного
без сушки:
1 — абсорбционная башня; 2 — вентилятор; 3 — аммонизатор-гранулятор; 4 — транспортер;
5 — разбрызгиватель: 6 — грейферный кран; 7 — бункер; 8 — железнодорожный вагон;!
<7 — мешкозашивочная машина; 10 — автоматические весы; 11 — молотковая дробилка;
12 — грохот; 13 — элеватор.
На рис. 36 приведена технологическая схема получения аммо-
низированного гранулированного суперфосфата без сушки.
Вызревший и подготовленный кислый суперфосфат подается в аммониза-
тор 1, куда одновременно под слой суперфосфата поступает газообразный!
аммиак.
* Прочность гранул на истирание для обоих сортов составляет 97%.
98
Нейтрализованный продукт из аммонизатора системой транспортеров по-
дается на склад через разбрасыватель. На складе суперфосфат в течение
3—4 сут перелопачивается 3—4 раза мостовым грейферным краном. При этом он
охлаждается до 28—32 °C, что благоприятно сказывается на его физических
свойствах (не слеживается и сохраняет полную сыпучесть в течение 4—5 мес.).
Охлажденный материал краном подается в бункер, затем с помощью системы
транспортеров — на классификацию и упаковку. Крупная фракция (+4 мм —
15%) после дробилки возвращается на рассев.
Примерный состав получаемого продукта (в %): 16,0—16,8% общей Р2О5,
15,0—15,5% усвояемой Р2О5, 11,5—12% водорастворимой Р2О5, 1,7—1,8 азота,
7—8,5% влаги. Степень разложения фосфорита в готовом продукте 91—93%.
Гигроскопическая точка аммонизированного суперфосфата при 25 °C состав-
ляет 75—80%.
Степень использования аммиака составляет 93—96%. Выхлопные газы из
аммонизатора содержат 5—8 г/м3 NH3 и направляются на водную абсорбцию.
Образующаяся при промывке аммиачная вода концентрации 2—2,5% NH3 по-
дается для сиропки 75%-ной серной кислоты, используемой для получения су-
перфосфата
Нейтрализация суперфосфата, получаемого из фосфоритов Каратау, аммиа-
ком до pH=4—4,5 не приводит к снижению усвояемой РгО5. Содержание во-
дорастворимой Р2О6 снижается лишь на 12—18% и составляет 73—82% от
усвояемой Р2О5. За счет теплоты нейтрализации, выделяющейся при аммониза-
ции, влажность продукта снижается на 4—5%. Применение аммиака для ней-
трализации кислого суперфосфата позволяет исключить расход известняка на
предварительную нейтрализацию суперфосфата.
Производство двойного суперфосфата камерным методом
Вылежавшийся двойной суперфосфат подвергается измельчению в замкнутом
цикле на молотковой дробилке, затем рассеву на вибрационном грохоте и далее
нейтрализации молотым известняком до 2—2,5% свободной Р2О5. Затем нейтра-
лизованный суперфосфат и ретур подаются в гранулятор (d=l,8—2,2 м, /=8—
10 м, п=0,12 с_|=7 об/мин). В грануляторе смесь увлажняется до 18—20% и
гранулируется в течение 15 мин. Барабан-гранулятор вращается с окружной ско-
ростью 1 м/с, которая обеспечивает однородность образующихся гранул. При-
чем механизм и условия образования гранул аналогичны механизму и условиям
процесса гранулирования простого суперфосфата.
Сушка влажного гранулированного суперфосфата производится топочными
газами, температура которых на входе в сушильный барабан равна 600—700 ®С,
на выходе 100—130 °C. При этом съем влаги в аппарате составляет 35—
40 кг/(м’-ч).
Высушенный продукт до остаточной влажности 3—4% подается на рассев
на вибрационные грохота. В зависимости от требуемого гранулометрического
состава применяют сетки с различными отверстиями, например при выпуске гра-
нул размером 1—4 мм верхняя сетка имеет ячейки 4,5X4,5 или 4X4 мм; ниж-
няя— 1,4X1,4 мм. После рассева мелкая фракция (—1 мм) возвращается на гра-
нулирование, крупная (+4 мм) подается в дробилку и далее возвращается на
рассев, товарная (1—4 мм) поступает на охлаждение в холодильник кипящего
слоя (КС), где она охлаждается до 40°C. Далее товарный продукт направляет-
ся на расфасовку и затарку.
Очистку выхлопных газов от пыли осуществляют в циклонах сухой очист-
ки, от фтористых соединений — в мокром скруббере и абсорбционной башне.
Производство гранулированного суперфосфата без сушки
Гранулированный суперфосфат без сушки может быть получен
путем пластификации исходного суперфосфата, его окатывания
и нейтрализации окатанных гранул обесфторенных фосфатом.
7*
99
Причем, если содержание влаги в исходном суперфосфате ниже
10—11%, то ои увлажняется.
Процесс ведется следующим образом (рис. 37). Нейтрализованный вызрев-
ший суперфосфат, содержащий 5—6% свободной Р2О5 и примерно 10—11% вла-
ги, пластифицируется без увлажнения в горизонтальном смесителе 2. Для уско-
рения этого процесса в качестве затравки к исходному суперфосфату прибав-
ляется около 15% пластифицированного продукта. Обработка такой смеси
длится около 2 мин, затем продукт поступает в грануляционный барабан 3, где
без увлажнения окатывается в гранулы в течение 6—8 мин. Окатанные гранулы
опудриваются обесфторенным фосфатом и поступают на рассев. Частицы разме-
ром 1—4 мм являются товарным продуктом, частицы крупнее 4 мм после дроб-
Рис. 37. Схема производства гранулированного суперфосфата без сушки:
1, 4, 9 — бункеры; 2 — смеситель; 3 — барабанный гранулятор; 5, 8 — ленточные транспор-
теры; 6 — барабан для кондиционирования; 7 — элеватор; 10 — грохот; 11 — дробилка.
ления возвращаются вместе с отсевом, состоящим из частиц размером меньше
1 мм, в голову процесса, где смешиваются со свежим суперфосфатом и служат
затравкой при пластификации свежего суперфосфата.
Регулирование размера гранул осуществляется путем их опудривания в
различных точках гранулятора по его длине. Опудренные гранулы при дальней-
шем окатывании не укрупняются. Такой метод позволяет получить продукт
стандартный как по содержанию усвояемой Р2О5, так и по прочности гранул
и гранулометрическому составу.
Гранулированный суперфосфат без сушки может быть также получен на
существующем оборудовании производства гранулированного суперфосфата при
его незначительной реконструкции (рис. 38). По этой схеме нейтрализованный
суперфосфат поступает в гранулятор 1, где смачивается водой до содержания
15% влаги и гранулируется. Из гранулятора влажный продукт направляется
во второй грануляционный барабан 2, куда подается равное количество свежего
суперфосфата, и смесь окатывается без дополнительного увлажнения в течение
25—30 мин. Полученные гранулы опудриваются нейтрализующим веществом и
поступают на рассев. Крупные гранулы (+4 мм) дробятся и вместе с отсевом
мелких частиц возвращаются в технологический цикл, где смешиваются со све-
жим суперфосфатом, увлажняются водой и гранулируются, а далее процесс про-
текает, как описано выше. Крупные частицы дробятся на дезинтеграторе без
кожуха. Дробленный продукт направляется в первый гранулятор, куда одно-
100
временно из бункера 3 поступает нейтрализованный суперфосфат. Опудренные
гранулы становятся достаточно прочными и при рассеве не замазывают сетки
грохота. Выход гранул размером 1—4 мм из второго гранулятора равен 75—80%.
Получение гранулированного суперфосфата без сушки позволяет удешевить
продукт, значительно сэкономить топливо, сохранить бумажную тару и улуч-
шить санитарное состояние в цехах и на заводах.
Исходный
Рис. 38. Схема производства гранулированного суперфосфата без сушки:
1, 2 — грануляторы барабанного типа; 3 — бункера; 4 — элеватор; 5 — грохот; 6 — дробилка.
Барабанные грануляторы
Процесс гранулирования в аппаратах барабанного типа любой
конструкции имеет одну общую черту — образование гранул идет
при смачивании исходного сырья через разбрызгивающие приспо-
собления.
Существенным недостатком грануляторов этого типа является
скольжение материала по стенкам барабана (налипание массы на
стенки барабана уменьшает скольжение, но поддерживать посто-
янную толщину налипшего слоя трудно), вследствие чего ухудша-
ется перемешивание, снижается эффективность работы аппарата
и уменьшается его производительность. Кроме того, процесс гра-
нулирования осложняется налипанием материала на стенки бара-
бана, для устранения которого применяются скребки, цепи, укреп-
ленные внутри барабана вдоль оси или под углом к ней; штанги,
совершающие свободное поступательное движение в радиальном
направлении. Однако применение этих устройств незначительно
увеличивает эффективность работы аппаратов.
К основным недостаткам этого способа следует отнести также
сложность регулирования процесса ввиду затруднения визуально-
го контроля за ходом гранулирования. Так же трудно организо-
101
вать автоматизированный контроль и управление процессом, что
объясняется необходимостью учитывать множество технологиче-
ских, конструктивных и других факторов на процесс гранулиро-
вания. Кроме того, при большой нагрузке снижается эффектив-
ность работы гранулятора, вследствие уменьшения живого сече-
ния аппарата, а поэтому и длины пути, проходимого гранулами.
Грануляторы барабанного типа для непосредственного грану-;
лирования азот-, фосфор- и калийсодержащих удобрений из их
растворов или плава в присутствии пара и воды.
Барабан гранулятора изготавливается из стали, изнутри он
покрыт листами резины. Сыпучие материалы подаются по жело-
бу, плав или раствор азотсодержащих компонентов поступает че-
рез верхний распределитель непосредственно на слой гранулируе-
мой смеси, пар вводится под слой материала. Для поддержания
определенной высоты слоя гранул на выходе из барабана установ-
лено подпорное кольцо. Привод гранулятора осуществляется от
электродвигателя через редуктор (модуль 25:1), прямозубую ше-
стерню и прямозубое кольцо, насаженное на барабан.
В производстве сложно-смешанных удобрений мощностью
100 тыс. т/год (в натуре) применяют грануляторы длиной 5,5 м
и диаметром 2 м. Их производительность 40—60 т/ч, частота вра-
щения 0,17 с-1 (10 об/мин), мощность электродвигателя И кВт.
При поддержании оптимальных условий гранулирования этот аг-
регат работает достаточно стабильно и надежно.
Барабанный гранулятор может представлять собой горизон-
тальный цилиндрический барабан, вращающийся на бандажных
опорах, который с одной стороны имеет входное отверстие, снаб-
женное системой подачи смеси исходных компонентов, с другой —•
выходное отверстие. Внутрь барабана введен коллектор для рас-
пределения жидких компонентов, воды и связующих веществ. От-
личительной особенностью одного из барабанных грануляторов
является заполнение части его объема мелющими телами (шара-
ми). Под действием шаров гранулируемая смесь измельчается^
тщательно перемешивается с жидкой фазой и в виде готовой смеси
наносится плотным слоем на внутреннюю стенку барабана. Слой
срезается со стенки барабана в верхнем положении, и образую-!
щиеся при этом чешуйки подают обратно на мелющие тела, ока-
тываются, наращиваются новые слои и уплотняются.
Описанная конструкция гранулятора обладает рядом преиму-
ществ; появляется возможность перерабатывать материалы труд-
но поддающиеся гранулированию, значительно улучшается одно
родность гранул по химическому составу и крупности, повышаете!
их плотность и прочность.
Для гранулирования сложно-смешанных удобрений широко ис-
пользуют горизонтальные вращающиеся барабаны с гладкой внут-;
ренней поверхностью. При вращении барабана происходит разми-
нание, окатывание или перебрасывание материала, что обеспечи-
вает многократно повторяющееся соприкосновение частиц;)
102
благодаря этом} возникает естественная когезия. Если удобрение
содержит жидкую фазу в количестве, оптимальном для агломери-
рования твердых частиц, то происходит гранулирование материа-
ла. Жидкие компоненты вводят, как правило, непосредственно
в барабан на поверхность и под слой гранулируемого материала.
Обычно, в качестве смачивающего вещества или пластификата при
гранулировании суперфосфата вводят воду, при гранулировании
сложно-смешанных удобрений аммонизирующие растворы, фосфор-
ную или серную кислоту, а также растворы и пульпы различных
удобрений. Теплый свежий камерный суперфосфат можно грану-
лировать без добавления воды.
Рис. 39. Барабанный гранулятор.
/ — полый вращающийся барабан; 2 — бандажи; 3 — электродвигатель; 4 — венцовая шес-
терня; 5 — опорные ролики; 6 — нож для очистки стенок; 7 — форсунки.
При исследовании условий работы таких барабанов было уста-
новлено, что гранулирование материалов, обладающих оптималь-
ными для агломерирования свойствами, наиболее эффективно при
частоте вращения барабана, составляющей 50% критической. При
критической частоте вращения, значение которой равно
или 76,5}/^ об/мин (где D — диаметр барабана, м), материал
прижимается к поверхности барабана под действием центробеж-
ной силы. Если скорость вращения барабана составляет 50% его
критической скорости, то облегчается равномерное смешение жид-
кости с твердыми частицами материала и предотвращается обра-
зование крупных комков.
Барабанные грануляторы для гранулирования суперфосфата.
Представляет собой полый вращающийся барабан (рис. 39), опи-
рающийся бандажами 2 на опорные ролики 4. На барабан наса-
жена венцовая шестерня 3, которая соединена с электродвигате-
лем 7 через редуктор и текстропную (клиновую) передачу. Внут-
ри барабана по его окружности (на расстоянии 1 м от входа)
Расположены направляющие лопасти. На входе в барабан установ-
лены подпорные кольца, обеспечивающие определенную загрузку
103
суперфосфатом. Внутрь барабана подведена труба с тремя фор
сунками 5 для распределения воды. Для очистки стенок от налип
шего на них суперфосфата установлен нож 6 из диабазовой плит
ки так, чтобы толщина налипшего слоя не превышала 20—50 мм
Вода в форсунки подается насосом, который создает давление
0,4—0,5 МН/м2 (4—5 кгс/см2), достаточное для образования тон-
кой водяной пыли. Первая форсунка, через которую вводится 70%
воды, установлена на расстоянии 6,5 м от выходного отверстия
гранулятора, вторая — на расстоянии 5 м и третья — на расстоя!
нии 1 м от выхода. Характеристика типовых грануляторов приве,
дена ниже:
Производительность*, т/ч .... Длина Дм. . . 15 7,0 19 7,5 20 7,5 23 8,0 26 7,5 38 11,5
Диаметр D, м 2,4 1,4 1,4 1,8 1,4 1,6
Частота вращения п с~* ....... 0,1—0,17 1,22 1,25 0,05 0,12 0,1
об/мин . .... 6—10 7 7,5 6,3 7,25 6,0
Окружная скорость w, м/с 0,5 0,5 0,6 0,6 0,53 0,5
Угол наклона а, град ..... 0,5—1 1 2 1 1 1
Коэффициент заполнения А, % • 0,25 0,16 0,25 0,3 0,29 0,25
Продолжительность гранулирова- ния т, мин 10—12 8—10 7 8 6 8—12
Число форсунок Ф 2 3 3 3 2 3
Расход воды, g, л/т — — — —- 72 37
Мощность электродвигателя, кВт . 20 16 16 20 20 20
* Кратность ретура—20%.
К основным недостаткам этих грануляторов относятся:
недостаточная эффективность существующей системы очист!
внутренних стенок барабана и его течек от налипшего продукт
что снижает степень использования оборудования в результате ч„
стых остановок аппарата и с необходимостью применения ручного
труда;
несовершенство системы привода барабана, которая имее!
большие пусковые моменты на приводном валу при отсутстви!
плавного регулирования числа оборотов гранулятора и муфты со-
вершенной конструкции, что ведет к частым поломкам в системе
привода и остановкам аппарата;
несовершенство конструкции распылительных форсунок, кото-
рые часто забиваются материалом, в результате чего наблюдается
неравномерное увлажнение гранулируемой массы и ухудшается
регулирование режима работы гранулятора;
отсутствие эффективных средств распределения и дозирования
исходных компонентов (ретура, мела, шихты, воды) ведет к нерав-
номерному их соотношению в процессе гранулирования и наруше-
нию режима работы барабанного гранулятора;
отсутствие устройств герметизации барабана и течек грануля-
тора повышает запыленность в цехе;
высокий процент возврата — до 50%.
104
Для устранения некоторых имеющихся конструкционных недо-
статков проводятся следующие мероприятия:
на бункер шихты и течки устанавливаются вибраторы (для
устранения возможности налипания продукта);
в выгрузочных и загрузочных течках устанавливаются резино-
вые шейки (для ускорения и удобства очистки);
стенки барабана внутри обкладываются листами резины тол-
щиною 4—3 мм для предотвращения налипания продукта;
с помощью лабиринтового или торцевого уплотнения течки гер-
метизируют подачу исходных компонентов в гранулятор для
уменьшения просыпки;
усовершенствуется система привода (увеличен модуль, улучше-
на обработка и т. д.).
Определение кратности ретура
При отсутствии возможности определения выхода ретура, циркули-
рующего в процессе гранулирования, прямым взвешиванием, он
может быть определен расчетным путем на основе фракционного
состава готового продукта и полупродуктов на различных стадиях
производства (метод расчета предложен Д. Л. Цырлиным).
Расчет выхода ретура производится по уравнению (при разме-
ре гранул готового продукта 1—4 мм):
МЮО-Х) ] , |7 К(100-Х)\ А П
~ 100 ] + 100 / 100 ]/1UU
п
Значение А в свою очередь определяется из уравнения:
е-100
у5= с—d
где X— выход ретура, %; (100—X)—выход готового продукта, %; а — содер-
жание фракции -J-4 мм в продукте после сушильного барабана, %; Ь— содер-
жание фракции —1 мм в продукте после сушильного барабана, %; с — содер-
жание фракции +4 мм в продукте, поступающем на дробление, %; d — содер-
жание фракции -j-4 мм в продукте после дробления, %; е — содержание фрак-
ции —1 мм в продукте после дробления, %; К — содержание фракции +4 мм
в готовом продукте, %; т— содержание фракции —1 мм в готовом продук-
те, %; п— содержание фракции —1 мм в ретуре, %; А — выход фракции
—1 мм при дроблении, %
В случае если продукт выпускается в виде гранул другого раз-
мера, например 1—3 мм, в продукте и полупродуктах определяет-
ся содержание фракции +3 мм (вместо +4 мм) и полученные
значения подставляются в то же уравнение:
Пример: а=20; £>=10; с=90; d=50; е=10; К=3; т=1; /г=60.
Выход фракции —1 мм составляет (выход ретура см. стр. ПО)
105
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки
Причина неполадок
Способы устранения
Производство сложных удобрений
Залипание течки на
выходе из грануля-
тора и сушильного
барабана
Из гранулятора выхо-
дят крупные грану-
лы или (частично)
пластичная масса
Из гранулятора вы-
ходят мелкие сухие
гранулы
Из гранулятора вы-
ходит тестообраз-
ная масса
Неравномерная пода-
ча и дозирование
плава и растворов
в гранулятор
Нарушение соотноше-
ния NH3:H3PO« при
нейтрализации кис-
лоты в фосфатном
сырье газообразным
аммиаком
Накопление ретура в
системе
Повышенная влажность гра-
нулируемой смеси
Высокая температура грану-
лирования
Повышенное содержание
влаги в растворах или пла-
ве
Недостаточная подача ших-
ты в гранулятор
Чрезмерная нагрузка по
растворам
Повышенная температура
гранулирования
Избыточное питание шихтой
Недостаточная нагрузка по
растворам
Неудовлетворительное рас-
пределение растворов
Низкая температура грану-
лирования
Прекращение подачи ретура
или исходных порошкооб-
разных компонентов или
резкое снижение нагруз-
ки по сыпучим материа-
лам. Чрезмерная нагруз-
ка по растворам
Загрязнение и смешение ис-
ходных компонентов при
приготовлении плавов и
растворов
Неисправности в системе по-
дачи плава или растворов
Неравномерная подача ам-
миака, шихты и пульпы
в гранулятор
Непостоянное содержание
свободной Р3О5 в фосфат-
ном сырье
Повышенный выход мелкой
фракции из гранулятора
Увеличить содержание рету
ра в шихте
Сократить подачу раствори
и плава
Привести в соответствие тем
пературу и другие пара
метры процесса гранули-
рования
Увеличить нагрузку по ших
те
Снизить нагрузку по рас-
творам
Привести температуру в со-
ответствие с кривой гра-
нулирования
Сократить подачу шихты
Увеличить подачу раствори
Отрегулировать распределен
ние растворов или плава
Повысить температуру гра-
нулирования
Отрегулировать нагрузку по
исходным компонентам
Устранить возможность за-
грязнения исходных ком
понентов, используемы!
для приготовления плавов
и растворов
Проверить и устранить не-
исправности в системе по-
дачи плавов и растворов
Отрегулировать подачу ис-
ходных компонентов
Обеспечить постоянный кон
троль за качеством исход
ного сырья
Проверить и отрегулиро
вать подачу шихты и рас
творов. Привести процес
в соответствие с криво,
гранулирования (темпера
тура и влажность)
106
П родолжение
Возможные неполадки Причина неполадок Способы устранения
Накопление ретура в системе Повышенная темпера- тура гранулирова- ния Снижение температу- ры гранулирования Повышенный выход мелкой фракции из гранулятора Повышение температуры сы- пучих компонентов и пла- ва Увеличение нагрузки по ис- ходному сырью Чрезмерная подача аммиака и пара в гранулятор Недостаточная подача охла- жденного ретура Чрезмерная подача ретура Недостаточная нагрузка по исходным компонентам Снижение температуры пульпы и сыпучих компо- нентов Недостаточная подача ам- миака и пара в грануля- Прекратить подачу исходно- го сырья и обеспечить ра- боту установки «на себя» до полного удаления на- копившегося избытка мел- кой фракции Проверить режим гранули- рования и устранить име- ющиеся неполадки Проверить режим грануло- образования и устранить имеющиеся недостатки
Зависание и налипа- ние исходных ком- понентов в бунке- рах, течках, элева- торах, транспорте- Повышенное содержание влаги в исходных компо- нентах (хлористый калий, суперфосфат, аммиачная селитра и др.) Проверить качество исход- ного сырья и обеспечить постоянный контроль за ним
Неравномерное рас- пределение жидкой фазы в смеси [пла- ва NH4NO3, CO(NH2)2, пульпы NH4H2PO4 и других растворов] Нарушение соотноше- ния питательных элементов в удоб- рении Неудовлетворительная рабо- та распределителей в ре- зультате их порчи или за- бивки Неудовлетворительная рабо- та дозаторов и нарушение соотношения исходных компонентов, подаваемых в технологический цикл Пропарить распределители паром и устранить неис- правности Проверить дозирование ис- ходных компонентов и от- регулировать их подачу
Производство суперфо с ф а т а
Из гранулятора вы- ходят мелкие сухие гранулы Недостаточное увлажнение шихты Избыточное питание шихтой Отрегулировать работу фор- сунок Увеличить подачу воды че- рез форсунки или умень- шить подачу шихты
1 07
Продолжение
Возможные неполадки Причина неполадок Способы устранения
Из гранулятора вы- Недостаточное питание ших- Увеличить подачу шихты
ходят очень круп- ные гранулы или ТОЙ или уменьшить подачу во- ды
(частично) плас- тичная масса Избыточная подача воды Уменьшить продолжитель- ность гранулирования
Из гранулятора вы- Избыточное количество воз- Проверить дозирование, уве-
ходят мелкие слип- шиеся гранулы, влажные снаружи, но сухие внутри врата в шихте личить количество супер- 1 фосфата в шихте
При нормальном пи- Избыточное количество ней- Проверить кислотность су-
тании шихтой и хо- трализующих добавок и перфосфата до добавле-
рошем распылении поступление горячего не- ния костяной муки (на
воды гранулы мель- че обычных дозревшего суперфосфата Чрезмерное заполнение гра- нулятора вследствие нали- пания слоя суперфосфата на стенках. Сокращение времени гранулирования складе суперфосфатного цеха). Проверить темпера- туру поступающего супер- фосфата. Доложить на- чальнику смены Проверить установку ножа для очистки стенок грану- лятора. При остановке очистить гранулятор
Из гранулятора вы- ходит тестообраз- Недостаточное содержание ретура в шихте Проверить состав шихты
пая масса Повышенная влажность шихты или увеличенное время грануляции из-за недостаточного питания Проверить питание шихтой, и подачу воды
Плохое и ненормаль- Засорение или повреждение Остановить гранулятор, про-
ное распыление во- ды в грануляторе форсунок чистить форсунки и заме- нить негодные
Пониженная темпера- Недостаточная загрузка топ- Очистить и прошуровать
тура на входе в су- лива в топку топку, добавить топлива
шилку Недостаточное дутье, подсо- сы воздуха в камеру сме- шения Ликвидировать подсосы, проверить дутье
Повышенная темпера- Недостаточная загрузка су- Проверить загрузку и дове-
тура газов на выхо- шилок материалом сти до нормальной
де из сушилки Повышенная температура газов на входе в сушил- ку Снизить температуру на вхо- де в сушилку путем умень- 1 шения дутья
Продукт из сушилок выходит нагретым Недостаточная загрузка су- шилок Увеличить нагрузку
выше нормы Высокая температура на входе в сушилку Снизить температуру газа , путем подачи вторичного воздуха Проверить режим гранули-
Повышенное содержа- Неудовлетворительное гра-
ние мелочи в про- дукте, выходящем нулирование рования и устранить непо- ладки
из сушилки. Про- дукт сырой Недостаточная температура сушки Повысить температуру газа
П родолжение
Возможные неполадки Причина неполадок Способы устранения
Недостаточное разре- жение в системе Увеличенная сила то- ка во время работы сушилок Повышенная запы- ленность газов, вы- ходящих из суши- лок При нормальном дутье и хорошем горении пламя выбивает в дверку топки и про- дукт выходит с по- вышенной влажно- стью Повышенное содержа- ние мелочи в гото- вом продукте Повышенное содержа- ние крупных гра- нул в готовом про- дукте Повышенное содержа- ние свободной кис- лоты в готовом про- дукте При нормальном пи- тании движение грохота замедляет- ся Ухудшение качества грохочения Необычный стук во время работы гро- хота Усиленный нагрев подшипников Подсосы в выгрузочной ка- мере или в газоочисти- тельной аппаратуре Перегрузка сушилки Барабан ушел «вверх» или «вниз» Пересушенный продукт, вы- сокая температура сушки Малая нагрузка сушилок Камера смешения заполне- на золой Перегрузка грохотов Разрыв сит на одном из гро- хотов Провисание нижнего сита Разрыв верхнего сита в гро- хоте Неравномерная дозировка нейтрализующей добавки, неудовлетворительное сме- шение шихты Заедание в подшипниках Ослабление приводных рем- ней Поступление влажного ма- териала Неравномерное питание гро- хота Засорение отверстий сит Ослабление натяжения Увеличенная толщина слоя материала на сите Износ подшипников короба Отсутствие или недостаток смазки Попадание пыли в подшип- ники Устранить подсосы Проверить питание Проверить положение бара- бана и отрегулировать его Снизить температуру газа путем подачи вторичного воздуха Увеличить подачу материа- ла в сушилки Очистить камеру смешения от золы. Проверить состо- яние сводов в камере сме- шения Проверить загрузку и рас- пределение материала на грохоте Проверить и, если требует- ся, заменить или натянуть сетку Отремонтировать сито или заменить его Наладить дозировку, прове- рить качество исходного суперфосфата Проверить состояние под- шипников и поступление в них смазки Натянуть ремни Сообщить сушильщику и на- чальнику смены Отрегулировать питание Очистить сита, не останав- ливая грохот Натянуть сита на раме Уменьшить питание Заменить подшипники коро- ба Провести смазку Промыть подшипники и за- менить их сальниковые уплотнения
109
П родолжение
Возмо кные неполадки
Причина неполадок
Способы устранения
Усиленный нагрев
подшипников
Короб совершает по-
перечные колебания
Электродвигатель гу-
дит и не вращается
Вытекание смазки
Неравномерные эксцентри-
ситеты
Включение фазы или ослаб-
ление контакта
Проверить качество смазоч-
ного материала
Отрегулировать эксцентри-
ковые подшипники короба
Вызвать электромонтера
Выход ретура будет равен (см. стр. 105)
1 (100-Х)] , 3(100-X) \ 25]
100 I 1 100 >' 100 J
60
=.22,75%
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В АППАРАТАХ
С ВНУТРЕННИМ РЕТУРОМ
Производство нитроаммофоски
На рис. 40 показана схема производства нитроаммофоски, по ко-
торой взаимодействие кислот и аммиака, гранулирование и сушка
проводятся в одном аппарате диаметром 4,6 м и длиной 11 м, со-
Рис. 40. Схема производства нитроаммофоски в аппарате с внутренним ретуром:
1 — гранулятор; 2 — элеваторы; 3 — барабан для охлаждения; 4 — грохот; 5 — дробилка.
стоящем из двух концентрических барабанов, вращающихся с ча-
стотой 0,23 с-1 (14 об/мин).
Фосфорная кислота подается насосом через распиливающее устройство во
внутренний барабан гранулятора 1 и равномерно распределяется по поверхно-
сти быстродвижущегося слоя гранул. Одновременно под слой гранул вводится
газообразный или жидкий аммиак. Азотная кислота распределяется с одной из
сторон наружного барабана таким же образом и нейтрализуется на поверхности
слоя. По мере передвижения гранулируемого материала из внутреннего бара-
110
бана в наружный и далее к элеватору происходит образование гранул путем
послойного наращивания на частицы моно- и диаммонийфосфата во внутреннем
барабане и нитрата аммония в наружном.
Твердый материал, пройдя наружный барабан, поднимается ковшами внут-
реннего элеватора в бункер и по спускному желобу возвращается во внутрен-
ний барабан, откуда, постепенно перемещаясь, опять попадает в наружный ба-
рабан. Избыток твердого материала удаляется из аппарата с элеваторной сто-
роны наружного барабана, где продукт имеет минимальную влажность (0,2—
0,3%).
Рециркуляция частиц внутри аппарата позволяет дозировать кислоты не-
посредственно в гранулятор, благодаря чему исключается стадия предваритель-
ной нейтрализации фосфорной и азотной кислот и образование шлама, а также
предотвращается возможность взаимодействия хлористого калия с азотной
кислотой. Кратность циркуляции материала внутри аппарата составляет 30—60 т
на 1 т готового продукта. При такой большой кратности внутреннего ретура
гранулирование можно осуществлять методом последовательного (послойного)
наращивания гранул, которые получаются плотными, сферическими и однород-
ными по составу. Концентрация вводимых кислот зависит от заданного соотно-
шения питательных веществ в удобрении. Так, для нитроаммофоски марки
16—16—21 используется фосфорная кислота, содержащая 42—44% РгО5, для
марки 23—11,5, 5—11,5 применяется кислота, содержащая 46—49% Р2О5. Рабочая
температура в грануляторе находится в пределах 80—95 °C и также зависит от
марки вырабатываемого удобрения.
Из гранулятора продукт направляется на охлаждение в барабан 3, где
температура гранул снижается до 30—35 °C, после чего подается на грохот 4
для рассева. Продукт рассеивается на три фракции: товарную (размер гранул
1—4 мм), мелкую (—1 мм) и крупную (более 4 мм), которая после дробления
смешивается с мелкой фракцией и хлористым калием, а затем поступает через
шнековый питатель во внутренний барабан гранулятора. Далее рабочий цикл
повторяется.
Очистка отходящих газов от аммиака и пыли осуществляется в полых ско-
ростных скрубберах, скрубберах Вентури, Дойля, механических камерах, рото-
клонах и других абсорбционных аппаратах, орошаемых фосфорной кислотой
в замкнутом цикле.
К достоинствам аппарата с внутренним ретуром относится отсутствие усло-
вий для образования слишком крупных гранул и для перегрева материала. Не-
достатками данного способа являются:
необходимость применения концентрированных кислот (фосфорной — 42%
Р2О5 и более и азотной — не менее 70% HNO3);
потребность в организации производства 70%-ной азотной кислоты:
трудность пуска установки и перехода в процессе ее эксплуатации с одной
марки удобрения на другую. Для пуска установки требуется огромное количе-
ство ретура и его предварительный нагрев;
значительная слеживаемость продукта, так как большая часть гранул по-
крыта слоем аммиачной селитры;
необходимость поддержания в течение года постоянной температуры (15—
20 °C) во всех производственных помещениях и создания системы кондициониро-
вания воздуха в помещениях для хранения продукта навалом;
большая кратность внутреннего ретура (30—60). При получении 10 т/ч го-
тового продукта в барабане должно находиться до 600 т/ч внутреннего ретура,
кроме внешнего ретура, расход которого достигает 30% выхода продукта из
аппарата. Высокая кратность рециркуляции, в свою очередь, приводит к боль-
шому расходу электроэнергии (до 65 кВт-ч на 1 т продукта);
ограниченность ассортимента продукции и трудность контроля его качества
в процессе производства;
сложность и громоздкость конструкции основного аппарата. При диаметре
4,6 м и длине 11 м его производительность равна 75 тыс. т/год (в натуре), что
значительно меньше, чем в существующих производствах нитроаммофоски, нит-
рофоски и других удобрений с применением аппаратов БГС, аммонизаторов-
грануляторов и грануляционных башен.
111
Сравнение аппаратов с внутренним ретуром
с аппаратами других типов
Некоторые показатели процессов производства сложных удобре-
ний с применением на стадии гранулирования аппаратов различ-
ных типов приведены в табл. 11.
Таблица 11
Сравнительные данные работы грануляторов
Показатели Сферодайзер Аммониз атор-гранул ятор
фирмы ПЭК типа БГС с внутрен- ним ретуром с сушильным барабаном*
Мощность технологической линии, тыс. т/год Число аппаратов в одной технологи- ческой линии Производительность аппарата, т/ч Размеры аппарата DXL, м объем, м3 Производительность на единицу объ- ема аппарата (G:V), кг/(м3-ч) . . Влагосъем, кг/(м3-ч) Число оборотов аппарата в 1 мин . . Мощность электродвигателя, кВт . . Кратность ретура 250 3 10,5 4,25X12 170 62 15—20 3 48 2 220 2 14 3,25X16 130 108 20 5 48 2 150 2 9,45 4,6X11 183 51 15—20 14 550 60 300 1/1 38/38 4X6,5/5X40 81,5/785 466/48,5 25—30/8—10 10/1,8 50/220 3—5
* В числителе данные для аммонизатора-гранулятора, в знаменателе—для сушильного бара-
бана.
Таким образом, по аппаратурному и конструктивному оформле-
нию и длительности рассматриваемый процесс не имеет преиму-
ществ перед процессами, в которых на стадии гранулирования ис-
пользуются аппараты типа БГС, АГ и башни.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В АППАРАТАХ
ТИПА СФЕРОДАЙЗЕР И БГС
В настоящее время в СССР и за рубежом широко применяют ап-
параты типа сферодайзер и барабанной грануляционной сушилки
(БГС) для одновременного гранулирования и сушки сложных
удобрений — нитрофоски, нитроаммофоски, аммофоса и др.
К основным достоинствам этого аппарата относятся:
возможность осуществления процесса гранулирования при не-
большой кратности ретура (1—2 т на 1 т продукта);
простота технологической схемы и управления процессом;
возможность переработки пульп с различным содержанием во-
ды и получения гранулированного продукта с заданным размером
гранул и в узком интервале;
112
высокое качество гранулированного продукта;
возможность высокой степени автоматизации процесса;
высокая эффективность и экономичность процесса.
К недостаткам относятся:
значительное налипание продукта на внутренние стенки бараба-
на, что является основной причиной частых остановок на чистку;
возможность образования взрывоопасных смесей при высокой
степени аммонизации перерабатываемых пульп;
серьезные трудности при гранулировании продукта, разлагаю-
щегося и плавящегося при температурах более 300 °C, а также
удобрений с повышенным содержанием азота.
Процесс гранулообразования в этих аппаратах протекает сле-
дующим образом. Пульпа, содержащая до 40% воды, пневмати-
ческой форсункой распиливается на плотную завесу гранулируемо-
го материала, который поступает в виде «внешнего» ретура в ап-
парат типа сферодайзер или «внутреннего» с небольшим количест-
вом «внешнего» в аппарат БГС. Капли пульпы и покрытые ею
гранулы омываются со всех сторон топочными газами и в течение
короткого времени теряют влагу с поверхности, что препятствует
слипанию отдельных частиц. При этом гранулы укрупняются, при-
обретают сферическую форму, затем происходит дальнейшее уда-
ление влаги из внутренних слоев частиц с одновременным их ока-
тыванием и уплотнением.
Благодаря развитой поверхности контакта гранул и топочных
газов, а также при достаточном значении движущей силы процес-
са (разность давления паров воды у поверхности материала и пар-
циального давления пара в воздухе), создаются благоприятные
условия для тепло- и массообмена, поэтому влага удаляется из
материала более интенсивно, чем в других ретурных процессах
производства комплексных удобрений.
Существенное влияние на процесс гранулирования в аппаратах
сферодайзер и БГС оказывают физико-химические свойства грану-
лируемой пульпы (вязкость, содержание влаги и др.), геометрия
факела распыла, дисперсность, плотность орошения и равномер-
ности распределения пульпы по сечению факела, кратности ретура
и качество завесы гранулируемого материала, температура топоч-
ных газов.
В последние годы процесс производства сложных удобрений
с применением аппарата типа БГС для одновременного гранулиро-
вания и сушки получил широкое распространение. Описанный спо-
соб относится к малоретурным и более эффективен и экономичен
по сравнению с аналогичными способами, по которым гранулиро-
вание проводится в шнеке-смесителе или в аммонизаторе-грануля-
торе. Количество ретура в первом случае (при совмещении сушки
и гранулирования) составляет 1,5—2 т, в двух последних случаях
достигает 6 т на 1 т продукта.
Переход производства с выпуска одной марки удобрения на
Другую не вызывает затруднений и осуществляется путем измене-
8—1810
113
ния соотношений количества сырья, дополнительного введения его
или замены. В каждом отдельном случае устанавливают соответ-
ствующий режим гранулирования, определяющий производитель-
ность агрегата и расходные коэффициенты.
Производство нитрофоски с применением серной кислоты
Технологическая схема производства нитрофоски со связыванием избытка каль-
ция серной кислотой приведена на рис. 41.
Апатитовый концентрат из бункера через дозатор поступает в первый ре-
актор /, куда одновременно подастся диатомит и 47—49%-ная азотная кислота
Рис. 41. Схема производства нитрофоски с применением серной кислоты:
1 — реакторы; 2 — сборник; 3 — топка; 4 — сушилка-гранулятор; 5 — элеватор; 6 — грохот;
7 — дробилка; 8 — охлаждающий барабан; 9 — барабан для опудривания; 10 — бункер;
И — батарейный циклон; 12 — абсорбер; 13 — подогреватель раствора; 14 — напорный бак;
15 — распределительный бак; 16 — брызгоуловитель.
в количестве 70% от стехиометрического. Во второй реактор 1 вводится каусти-
ческий магнезит, в третий и четвертый реакторы вводится 93%-ная серная кисло-
та (для доразложения апатита) в количестве 50—60% общей нормы кислоты.
Процесс разложения природных фосфатов в четырех последовательно уста-
новленных реакторах проводится при 45—50 °C и непрерывном перемешивании.
Температурный режим в реакторах регулируется путем подачи воды в рубашки
аппаратов или подогрева поступающей в них азотной кислоты.
Продолжительность разложения 2—2,5 ч, при этом степень разложения
апатита достигает 85—98%. Из четвертого по ходу пульпы реактора азотнокис-
лотная вытяжка самотеком поступает в пятый реактор на доразложение и далее
в последующие 6—15-й реакторы (на рисунке условно показано 8 реакторов)
для аммонизации и связывания избытка кальция серной кислотой. Отсасывае-
мые из реакторов разложения газы направляются в абсорбер 12 Очищенные
от вредных примесей газы из второй абсорбционной башни через брызгоулови-
тель 16 выбрасываются вентилятором в атмосферу.
114
Аммонизация раствора непрерывно проводится в последовательно соединен-
ных реакторах 1 в присутствии серной кислоты, подаваемой в аппараты одно-
временно с аммиаком. В последние два реактора и в сборник 2 обычно подают
только аммиак.
Вследствие испарения и связывания части воды в виде CaSO4-2H2O пуль-
па, выходящая из последнего реактора, содержит лишь около 20% свободной
воды и имеет вид густой сметанообразной массы. Благодаря этому уменьшается
требуемое количество ретура (стр. 72), объем аппаратов, нагрузка транспорт-
ных механизмов и сокращается расход энергии на технологический процесс.
После смешения с хлористым калием пульпа из последнего реактора поступает
в сборник 2.
Пульпа, содержащая 14—17% влаги, из сборника 2 непрерывно подается
в барабанную грануляционную сушилку 4 (БГС), где распиливается на плот-
ную завесу гранулируемого материала, поступающего в сушилку в качестве ре-
тура, и образующегося в этом аппарате продукта.
Сушка гранул производится топочными газами (получаются при сжигании
природного газа или мазута в топке 3), которые движутся прямотоком с мате-
риалом. Температура топочных газов на входе в БГС не превышает 250—300 °C,
на выходе 110 °C, температура выходящего продукта находится в пределах
70—90 °C. При более высокой температуре сушильного агента (топочных газов)
возможен частичный перегрев продукта, что вызывает разложение присутст-
вующей в нем аммиачной селитры. Отходящие газы отсасываются вентилятором
и после очистки в циклонах 11 отводятся в атмосферу. Уловленная пыль через
клапан направляется в сборник 2 для смешения с пульпой.
Из аппарата БГС высушенные гранулы (влажность 1—2%) элеватором 5
подаются на классификацию грохота 6. Мелкая фракция (—1 мм) и крупная
фракция (после ее измельчения в дробилке 7) возвращается в качестве ретура
в БГС. Товарная фракция (размеры гранул 1—4 мм) направляется в холодиль-
ник 8 барабанного типа, где охлаждается до 30—45 °C воздухом, забираемым из
атмосферы.
Из холодильника продукт при 30—45 °C поступает во вращающийся бара-
бан 9 на опудривание (кондиционирование) тонкомолотым известняком, кизель-
гуром, доломитом или другими материалами.
После кондиционирования готовый продукт поступает на склад напольного
типа, где хранится навалом, или непосредственно на упаковку.
Получаемые продукты имеют следующий гранулометрический состав: 93% —
фракция 2—4 мм, 2%—фракция >4 мм и 5%—фракция <2 мм или 95% —
фракция 1—4 мм и 5%—фракция более 4 и менее 1 мм. Расходные коэффици-
енты на 1 т удобрений приведены в табл. 12.
Таблица 12
Расходные коэффициенты на 1 т сложных удобрений, получаемых
по азотно-сернокислотной схеме____________
Показатели Нитрофос Нитрофоска
n-p2o5—к2о 1—1—0 1—1,5—0 1—1—1 1—1—1 1—1,5—1,5 1—2—1
Апатитовый концентрат, т — — — 0,3 0,34 0,41
Фосфориты Каратау, т 0,44 0,49 0,5 .— — —
Азотная кислота (100% 0,23 0,15 0,09 0,2 0,15 0,08
HNO3), т Серная кислота (100% 0,28 0,31 0,36 0,17 0,21 0,3
H2SO4), т Хлористый калий (95% — — — 0,20 0,22 0,20
КС1)), т Аммиак (100% NH3), кг 78 60,5 60,5 80 70 75
Электроэнергия, кВт-ч 60 55 50 90 85 60
Вода, м3 10 10 25 10 10 25
Топливо (7000 ккал/кг), кг 60 55 50 60 55 50
8*
115
Производство нитроаммофоски
Этот способ производства сложных удобрений отличается от опи-
санных тем, что удобрение получают путем нейтрализации фос-
форной кислоты аммиаком с последующим введением азотсодер-
жащего компонента — растворов аммиачной селитры или других
веществ, например, карбамида, или смеси аммиачной селитры
и карбамида.
Схема производства сложных удобрений по данному способу показана на
рис. 42.
Рнс. 42. Схема производства нитроаммофоски:
1 — аммонизаторы {7-образного типа; 2— смеситель; 3 — насос; 4 — топка; 5 — сферодайзер;
6 — барабан для охлаждения; 7 — элеватор; 8 — грохот; 9 — дробилка; 10 — барабан для
кондиционирования.
Данная схема производства сложных удобрений позволяет получать широ-
кий ассортимент удобрений с общей суммой питательных веществ до 55% и
содержанием водорастворимой P2Os до 100% (от общего ее количества); улуч-
шить качество удобрений по сравнению с туками, получаемыми на основе пере-
работки твердых азотсодержащих компонентов. Кроме того, описанная схема
дает возможность на одном и том же оборудовании получать сложные удобре-
ния на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья и переработки
фосфорной кислоты аммиака, азотсодержащих растворов и калийных солей, а
также снизить себестоимость удобрений путем использования растворов, являю-
щихся полупродуктами в производстве аммиачной селитры и карбамида (без
превращения последних в твердые вещества).
Фосфорная кислота непрерывно подается в первые три (7-образных аппа-
рата 1, куда одновременно поступает газообразный аммиак (в аммонизаторы
с первого по шестой). Кислота, последовательно проходя {7-образные аппараты,
нейтрализуется при НО—120°C газообразным аммиаком до pH среды 5—5,5.
По достижении pH более 5 в аппараты вводится раствор аммиачной селитры.
116
Обычно концентрация используемого раствора равна 80—85% NH4NO3, что со-
ответствует концентрации раствора после первой ступени его выпарки в произ-
водстве аммиачной селитры. При использовании карбамида в качестве азотсо-
держащего компонента концентрация его раствора составляет 65—85%.
Из последнего {7-образного аппарата уравновешенная по содержанию N и
Р2О5 пульпа поступает в обогреваемый сборник-смеситель 2, куда одновремен-
но подается хлористый калий или другой калийсодержащий компонент. Темпе-
ратура плава в этом аппарате поддерживается на уровне 160 °C. Из смесителя 2
плав направляется в сферодайзер 5 на гранулирование и сушку, сюда же вво-
дится ретур, кратность которого равна 1 (и более). Максимальное содержание
воды в пульпе достигает 40%
Сушка продукта производится топочными газами при 180—300 °C. Из сферо-
дайзера высушенный продукт при температуре до 95 °C поступает в холодиль-
ник 6 барабанного типа, где температура гранул снижается до 30 °C. Для ох-
лаждения применяется воздух, имеющий температуру 15 °C. Затем продукт
элеватором 7 подается на грохот 8. После рассева мелкая фракция (размер
частиц менее 1 мм) направляется в сферодайзер в качестве ретура, крупная
фракция (размер гранул более 4 мм) — на дробление и далее снова на рассев,
товарная фракция (1—4 мм) поступает на кондиционирование в барабан 10.
На кондиционирование продукта подают известняк или кизельгур в количестве
до 20 кг на 1 т готового продукта, которое после кондиционирования поступает
на расфасовку и упаковку.
Расход основного сырья на 1 т удобрений приведен в табл. 13.
Таблица 13
Расходные коэффициенты на 1 т нитроаммофоски (в т)
Сырье Состав сырья, % Марки удобрения
17—17—17 13—26—13 23—23—0 15—45—0
Экстракционная фосфорная кислота Аммиак Раствор аммиачной селитры Хлористый калий 44—54 Р2О5 99,8 NH3 85 NH4NO3 60 к2о 0,24 0,048 0,385 0,287 0,266 0,069 0,219 0,219 0,24 0,057 0,563 0,24 0,111 0,158
Примечание. Расход сырья приведен в пересчете на 100% содержания основных компо-
нентов (Н3РО4, NH3, NH4NO3) и 95% КС1.
Производство аммофоса
По этой схеме (рис. 43) экстракционная фосфорная кислота (Р2О5—21,3%;
SO3 — 3,5%; R2O3 — 2,75%; СаО — 0,2%; MgO — 2,19%; F — 2,15%) нейтрали-
зуется газообразный NH3 в двух последовательно установленных аппаратах до
pH=4,5—5 при температуре 80—90 °C. Затем нейтрализованная фосфорная ки-
слота, содержащая 55—60% воды, подается на упаривание в выпарной аппарат
с принудительной циркуляцией, который изготавливается из стали Х18Н10Т.
Упаривание пульпы производится до остаточной влажности 18—20%, при кото-
рой пульпа остается достаточно текучей. Дальнейшее снижение влажности в
пульпе затруднительно, вследствие значительного повышения ее вязкости. По-
лученная пульпа поступает в приемную емкость, снабженную паровой рубашкой
и мешалкой, откуда она с температурой 100 °C насосом подается в пневматиче-
скую форсунку для распыления в объем БГС. Основные показатели распыла
приведены ниже:
117
Производительность форсунки по пульпе, м3/ч 12—15
Давление (избыточное) перед форсункой,
мН/м2 (кгс/см2)
пульпы...................................0,15—0,2 (1,5—2)
сжатого воздуха........................0,15—0,3 (1,5—3)
Расход воздуха на распыливание 1 м3 пуль-
пы, м3/ч......................................... 60—70
Угол раскрытия факела распыла, град .... 25
Длина факела распыла, м.............................. 10—12
Сушка пульпы и последующие стадии процесса аналогичны описываемым
процессам получения сложных удобрений с гранулированием и сушкой в аппа-
рате Б ГС.
Рис. 43. Схема производства аммофоса:
1 —» аммоиизаторы; 2 — промежуточная емкость; 3 — барометрический конденсатор; 4 ~~ ва-
куумный насос; 5 — емкость для конденсата и воды; 6 — выпарные аппараты; 7, 23 — цен-
тробежные насосы; 8 — бак упаренной пульпы; 9, 18, 20 — вентиляторы; 10 — топка; 11 — ба-
рабанный гранулятор-сушилка; 12, 14 — элеваторы; 13 — молотковая дробилка; 15— грохот;
16 — валковая дробилка; /7 — ви б рот р экспортер; 19— холодильник «КС»; ^ — турбулент-
ный промыватель; 22 — центробежный брызгоуловитель; 24 — рециркуляционный бак.
Сферодайзеры и БГС
Гранулирование и сушка в сферодайзерах (рис. 44). Процессы
гранулирования и сушки продукта в этом случае проводятся в од-
ном аппарате. Аммонизированная пульпа, предварительно смешан-
ная с хлористым калием, подается насосом и распыляется пнев-
мофорсунками непосредственно в переднюю часть аппарата. Внут-
ри барабана в процессе его работы образуется плотная завеса
гранулируемого продукта, поступающего в качестве ретура через
питатель, и материала, находящегося в сферодайзере.
118
При вращении барабана материал захватывается лопатками,
прикрепленными к внутренним стенкам аппарата, и поднимается
вверх. По достижении определенной высоты частицы постепенно
начинают ссыпаться вниз, образуя плотную завесу. При этом не-
которая часть обрабатываемого материала возвращается в перед-
нюю часть аппарата, благодаря чему удается поддерживать опти-
мальные условия образования гранул и уменьшить кратность
внешнего ретура. Такой режим движения частиц обусловлен ра-
циональной конструкцией лопаток и правильным их расположе-
нием.
Аппараты типа сферодайзера широко применяются для грану-
лирования и сушки минеральных удобрений. Конструкция сферо-
дайзера, его размеры, внутренняя насадка барабана, узлы подачи
пульпы и ретура могут быть различными. Характеристика сферо-
дайзеров и условия гранулирования в них азото-сернокислотных
нитрофосок приведены ниже:
Размер сферодайзера, м
диаметр............................................. 3,25 4,25
длина............................................ 19 12
Производительность, т/ч............................. 12 21
Расход пульпы, т/ч............................... 14 До 30
Влажность пульпы, %..............................13—20 До 40
Кратность ретура.................................1,5—2 1,5—2
Расход тепла
ГДж/ч.............................................. 8,4—16,8
Гкал/ч........................................ 2—4
Расход топочных газов*, тыс. м3/ч................ 60
Частота вращения барабана
с-1 ................................................ 0,08 0,05
об/мин .......................................... 5 3
Угол наклона барабана, град......................... 3 —
Мощность электродвигателя, кВт.................... 160 120
Число пневматических форсунок....................... 2 4
* Объем газов приведен к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0 °C).
119
Сферодайзер может представлять собой вращающийся барабан
(.0=1,8 мм, £ = 7,6 м), снабженный подпорными кольцами на
концах, одной или несколькими загрузочными воронками для ре-
тура, устройством для распыления пульпы с помощью воздуха под
избыточным давлением (2,8—7) • 105 Н/м2 (2,8—7 кгс/см2), рас-
пределительными лопастями (длиной 1,2—1,9 м) для загружаемо-
го материала, наклоненными относительно продольной оси грану-
лятора и продольными подъемными лопастями, приваренными
к корпусу барабана. Концы барабана входят в неподвижные ко-
робки: загрузочный — в коробку для горячего газа или воздуха, по-
ступающего при 150—325 °C; разгрузочный — в коробку для газа,
отходящего при 100—120 °C, который вентилятором подается в цик-
лон. Гранулятор устанавливается с уклоном 5°.
Аппарат БГС — барабанно-грануляционная сушилка (рис. 45),
Рис. 45. Барабанно-грануляционная сушилка (БГС):
1 — камера подачи топочных газов; 2 — лопатки передней части аппарата; 3 — бандажи;
А — корпус; 5 — зубчатый венец; 6— выгрузочная камера; 7 — роликовые станины; 8 — ре-
дуктор; 9 — электродвигатель; 10 — обратный шнек.
представляет собой вращающийся барабан, передняя часть кото-
рого на длину 0,5 м снабжена лопатками, установленными парал-
лельно образующей барабана, для перемещения гранул и ретура
из нижней части аппарата вверх. Благодаря такой конструкции
создается плотная завеса частиц перед форсунками. Для сохране-
ния необходимой высоты слоя гранул в зоне распыления пульпы
форсунками, обеспечения требуемой длительности пребывания
продукта в грануляторе (35—40 мин) и улучшения процесса ока-
тывания гранул внутри барабана имеется обратный шнек (шаг
2,2 м). На барабане закреплены бандажи, которыми он опирается
на две роликовые станины. Для предотвращения осевых сдвигов
барабана на передней станине установлены опорные ролики. При-
вод барабана осуществляется от электродвигателя через редуктор,
зубчатую подвенечную шестерню и зубчатый венец, укрепленный
на барабане. На загрузочной камере для распыления пульпы уста-
новлены две форсунки типа ФН-10, одна из которых резервная.
Сушка влажных гранул производится топочными газами, кото-
рые протягиваются через барабан дымососом и после очистки в ба-
120
тарее циклонов отводятся в атмосферу. Выгрузка готового продук-
та происходит непрерывно через нижний люк выгрузочной каме-
ры, из диаметрально противоположного штуцера отсасываются
греющие газы. На наружной поверхности барабана установлены
молотки, которые при его вращении ударяют по поверхности, бла-
годаря чему разрушается слой материала, налипающего на внут-
реннюю сторону барабана.
Процесс гранулирования регулируется по нескольким парамет-
рам: по гранулометрическому составу удобрений (изменением по-
дачи ретура или пульпы), по содержанию влаги в готовом продук-
те (повышением или снижением температуры входящих топочных
газов или изменением нагрузки по пульпе путем изменения ее дав-
ления перед форсункой), по производительности (увеличением или
уменьшением температуры и объема топочных газов, нагрузки по
пульпе, концентрации пульпы и кратности ретура).
К основным неполадкам работы этого аппарата относятся: уве-
личение выхода крупной фракции из-за уменьшения подачи ретура
или давления сжатого воздуха перед форсункой; повышенный
выход мелкой фракции вследствие увеличения кратности ретура
или давления воздуха перед форсункой.
В конструктивном оформлении аппарат может представлять
собой вращающийся горизонтальный барабан, который имеет двух-
стенный корпус, состоящий из внутренней и наружной цилиндри-
ческих обечаек. Поступательное перемещение материала внутри
барабана осуществляется с помощью шнека, находящегося на
внутренней поверхности обечайки корпуса. Внутри барабана уста-
новлена подъемная насадка из стержней, расположенных вдоль
поверхности внутренней обечайки. Эти стержни размещены по ок-
ружности с постоянным интервалом. Материал поднимается этой
насадкой, затем падает вниз в виде завесы, на которую напыляет-
ся жидкость пневматической форсункой, расположенной внутри
барабана параллельно его оси. На разгрузочном конце барабана
в его внутренней обечайке сделаны отверстия, через которые ме-
лочь просеивается в кольцевое пространство между двумя обечай-
ками, где установлен обратный шнек. Этот шнек перемещает ме-
лочь к загрузочной части барабана, где внутренняя обечайка так-
же имеет отверстие. Через эти отверстия мелочь возвращается об-
ратно внутрь барабана.
Благодаря этому гранулирование материала, рассев продукта
и подача мелочи обратно в барабан осуществляются в одном ап-
парате, в результате чего отпадает необходимость в грохотах
и транспортных устройствах для отделения и подачи ретура обрат-
но в гранулятор.
В табл. 14 представлены основные параметры работы барабан-
но-грануляционных сушилок в производстве сложных удобрений.
Разработан аппарат — барабанный гранулятор — сушилка —
холодильник БГСх4-22, в котором одновременно протекают процес-
сы сушки, гранулирования, предварительной классификации и ох-
1 21
Технологический режим получения сложных
удобрений в барабанно-грануляционных сушилках
Таблица 14
Аммофос из ЭФК
Наименование параметров 28% Р2О8 21—23% Р2О5 Сульфоаммофос Нитрофос Нитроаммофоска Нитрофоска
Частота вращения барабана с-1 об/мин 0,067 4 0,067 4 0,067 4 0,083 5 0,067 4 0,083 5 0,067 4 0,05—0,083 3—5 0,05—0,083 3—5 0,083 5 0,067 4
Температура теплоносителя, °C на входе в аппарат на выходе из аппарата 350—400 80—100 400—450 90—110 400—500 90—110 500—550 100—110 500—550 90—110 225—250 85—90 225—250 85—90 200—300 90—110 200—300 90—110 300—320 80—110 300—320 95—110
Температура пульпы, °C 85—95 110—115 110 90—110 90—110 90—110 90—110 90—110 90—110 90—110 90—110
Влажность пульпы, % Н2О 35—50 20 25 22—25 20—22 10—15 10—15 15—25 15—25 20—25 20—25
Давление воздуха на входе в форсунку 105 Н/м2(кгс/см2) 0,8—1,5 2—2,5 2—2,5 1,5—2 1,5—2 2—2,5 1,5—2 2—2,5 2—2,5 1,5—2 3—6
Давление пульпы 10s Н/м2 (кгс/см2) 0,3—0,5 — 1—2,0 0,5—2 0,5—2 1—2 1—2 0,5—2 0,5—2 1—1,5 3,5—6
Разрежение в аппарате БГС, 133 Н/м2 (мм вод. ст.) на входе на выходе 1,0—5 40—80 40—80 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80 1—5 40—80
Производительность, т/ч 3 15 15 10—12 13—15 13—14 14—17 5—10 5—10 10—11 12,5—13,5
Кратность ретура 0,5—1 0,5—1 0,5—1 1 1,2 1,5—2 1,5—2 1—2 2—2 2—2,5 2—2,5
Влагосъем, кг/(м3-ч) 15 15—20 15—20 13—17 21—24 9—11 10—13 10 10 11—15 13—18
Угол наклона барабана, град 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1
Число пневматических форсу- нок 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 4
Размеры аппарата, м диаметр длина 3,5 16 3,5 16 4 16 3,2 22 3,5 16 3,2 22 3,5 16 3,6 9 3,6 9 3,2 22 4,25 12,5
Запыленность отходящих газов, г/м3 3—4 3—4 1; 5—4 3—4 1—2 2,5—5 6 4—8 4—8 3—5 2—3
Продолжительность пребывания материала в барабане, мин 40 40 40 60 40 60 40 30—40 30—40 30—40 30—40
Коэффициент заполнения бара- бана, % 13—15 13—15 13—15 11—13 13—15 17—19 13—15 13—15 13—15 12—15 15—18
Температура продукта на выхо- де, °C из БГС из холодильника 85—90 35—45 85—90 35—45 85—90 35—45 85—95 30—40 80—85 30—40 80—85 30—40 80—85 30—40 65—95 30—40 65—95 30—40 80—90 30—45 90—100 30—45
Температура охлаждающего воздуха, °C на входе на выходе 20—25 70 20—25 70 20—25 70 20—25 70 20—25 70 20—25 70 20—25 70 15 70 15 70 20—25 70 20—25 70
Гранулометрический состав го- тового продукта, мм —3+1 —3+1 —3+1 3+1 —3+1 -3+1 -3+1 —3,5 + 1,5 —3,5 + 1 + 1,5 4-4-9 —4+2
—4+2 <2
Влажность продукта, % <1 <1 0,8—1,0 <1,5 <1,5 <1,5 <1,5 <ч <^1 <2 <2
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Повышенный выход Высокое давление распыли- Снизить давление распыли-
мелкой фракции вающего воздуха вающего воздуха
(—1 мм) Повышенное содержание влаги в пульпе Недостаточное количество ретура Неудовлетворительная за- веса сыпучих материалов в аппарате Неудовлетворительный рас- пыл пульпы Неисправна форсунка для распыливания пульпы Высокая температура топоч- ных газов Устранить нарушения техно- логического режима на стадии упаривания Увеличить подачу ретура, в случае необходимости, ос- тановить аппарат и сде- лать чистку внутреннего шнека Проверить подачу ретура и устранить нарушения в его системе подачи Проверить и привести в со- ответствие температуру и состав пульпы, давление пульпы и воздуха Сменить форсунку или про- дуть ее паром Снизить температуру тепло- носителя
Большое количество Весьма тонкий распыл пуль- Уменьшить давление распы-
ПЫЛИ в отходящих пы в объеме аппарата ливающего воздуха
газах Высокая температура и из- быток топочных газов Низкая влажность пульпы Недостаточная кратность ретура Установить необходимый температурный режим и отрегулировать подачу топочных газов Устранить нарушения на стадии упаривания Увеличить подачу внешнего ретура. При остановке ап- парата сделать чистку внутреннего шнека
Повышенный выход Неудовлетворительный рас- Привести в соответствие
крупной фракции (+3 мм) пыл и подача пульпы Повышенная подача ретура Низкая температура тепло- носителя и недостаточный его объем Увеличенная нагрузка по пульпе Повышенное содержание влаги в пульпе температуру и состав пульпы. При необходимо- сти сменить форсунку Снизить подачу ретура и привести в соответствие с заданным режимом Повысить температуру и увеличить объем теплоно- сителя до нормы Снизить нагрузку по пульпе в установленных пределах Устранить нарушения на ста- дии упаривания
Повышенное содержа- Нарушение температурного Привести в соответствие
ние влаги в гото- вом продукте режима сушки температурный режим сушки и нагрузку по теп- лоносителю
Продолжение
Возможные неполадки
Причины неполадок
Способы устранения
Повышенное содер- жание влаги в го- Повышенная нагрузка по пульпе и неравномерная
товом продукте Налипание продукта на внутренние стен- ки аппарата ее подача. Высокое содер- жание крупной фракции Неудовлетворительный рас- пыл пульпы. Чрезмерная нагрузка по пульпе и не- равномерная ее подача
Низкая температура и недо- статочная подача теплоно- сителя Высокое содержание влаги в пульпе
Неудовлетворитель- ный распыл пульпы Высокая вязкость пульпы — низкое содержание влаги
Низкое давление распыли- вающего воздуха
Засорение форсунки
Повышенная темпера- тура отходящих га- зов Высокая температура газов на входе в аппарат и из- быток теплоносителя Низкая нагрузка по пульпе
Высокая температура продукта на выхо- де из аппарата Высокая температура тепло- носителя на входе в аппа- рат и его избыток Низкая нагрузка по пульпе
Отходящие газы из аппарата содержат значительное коли- чество NH3 Высокий pH пульпы, пода- ваемой на гранулирование Высокая температура тепло- носителя и его избыток
Отрегулировать подачу и
нагрузку по пульпе
Отрегулировать факел рас-
пыла
Снизить нагрузку по пуль-
пе и отрегулировать ее по-
дачу
Повысить температуру теп-
лоносителя и увеличить
его подачу
Устранить отклонения в тем-
пературном режиме и на-
грузке по пульпе на ста-
дии упаривания
Увеличить нагрузку по пуль-
пе на стадии ее упарива-
ния из расчета увеличе-
ния содержания влаги до
заданных пределов
Установить необходимое
давление распиливающего
воздуха
Пропарить и в случае необ-
ходимости заменить
Снизить температуру газов
и уменьшить их подачу в
аппарат
Увеличить нагрузку по пуль-
пе
Снизить температуру тепло-
носителя и его подачу в
аппарат
Увеличить нагрузку по пуль-
пе
Снизить pH пульпы до 4—
4,5
Установить температурный
режим в соответствии с
техническим регламентом
лаждения аммофоса. Аппарат представляет собой вращающийся
барабан, установленный наклонно в сторону движения продукта
(угол наклона 3°). На корпус барабана насажены два бандажа
и зубчатый венец привода. Бандажами барабан опирается на две
опорные станции, одна из которых опорно-упорная. Барабан вра-
щается от электродвигателя через редуктор и открытую зубчатую
передачу.
По длине барабана имеются три зоны: первая — для сушки и
гранулирования, вторая — для предварительной классификации,
125
третья — для охлаждения продукта. В головной части барабана
расположены винтовые лопасти, первая зона снабжена обратным
закрытым шнеком и лопастной насадкой, третья — секторной на-
садкой и центральной трубой с обратным закрытым шнеком. Тру-
ба предназначена для отвода отработанных газов, шнек — для по-
дачи ретура в зону сушки. Зона охлаждения заканчивается ре-
шеткой, на которой отсевается крупная фракция. В местах соеди-
нения их с барабаном смонтированы ленточные уплотнения.
Пульпа с содержанием влаги до 20% подается в форсунки
и распыляется в среду сушильного агента, поступающего при
400—450 °C. При вращении барабана мелкий продукт — ретур, на-
ходящийся на лопатках, ссыпается, образуя завесу. Распыленная
пульпа оседает на частицы завесы, укрупняет их, затем они сушат-
ся и окатываются, приобретая форму гранул. Далее гранулирован-
ный продукт классифицируется: мелкие частицы отделяются от
гранул, которые поступают на охлаждение и обратным шнеком
подаются в головную часть барабана для образования завесы.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В ШНЕКАХ-ГРАНУЛЯТОРАХ
Шнеки-грануляторы широко применяются для гранулирования ми-
неральных удобрений — нитрофоски, нитроаммофоски, аммофоса,
сложно-смешанных, полифосфатов аммония, карбамида, супер-
фосфата и др. В зависимости от состава и марки удобрения усло-
вия смешения и гранулирования изменяются в значительных пре-
делах (табл. 15). Эти процессы могут осуществляться в присутст-
вии азот-, фосфор- и калийсодержащих солей, их растворов
и плавов, газообразного аммиака при различных кратности рету-
ра (0,2—15), температуре (70—110°С) и влажности (2—40%).
При этом пластичность гранулируемой смеси регулируется путем
подачи пара, воды, раствора, пульпы или плава. Оптимальная кри-
вая гранулирования этих аппаратов при определенных условиях
близка к кривой грануляторов барабанного типа. Грануляторы на-
дежны в эксплуатации, просты в изготовлении и управлении.
Гранулирование в шнеке-грануляторе протекает путем наслое-
ния или агломерирования. Первый метод — наслоение предпочи-
тают в тех случаях, когда нет ограничений по ретуру и объему
сушильного агрегата. В этом случае гранулы получаются круглые,
гладкие и одинаковые по размеру. Сущность первого метода за-
ключается в том, что мелкие гранулы и добавляемые кристаллы
смеси солей покрываются пульпой до тех пор, пока они не достиг-
нут желаемого размера и не примут слоистую форму. Применяя
такой метод постепенного наращивания, получают более плотные,
гладкие и однородные круглые гранулы. Этот метод требует боль-
шой кратности ретура относительно жидкой фазы (пульпы), так
как гранулы высокого качества получаются только при неодно-
кратной рециркуляции частиц через гранулятор, причем в каждом
цикле на них наносится тонкая пленка.
126
Технологический режим гранулирования удобрений в шнеке-грануляторе
В этом оптимальном случае кратность ретура равна 8—12,
а содержание в пульпе растворимых компонентов составляет 68—
70%. Увеличение дисперсности вводимой в гранулятор смеси свя-
зано с необходимостью ее разбавления. В случае применения гу-
стой пульпы при каждом прохождении через аппарат на гранулы
наносится толстый слой материала, они слипаются и теряют пра-
вильную форму, гладкую поверхность и прочность.
Второй метод -— агломерирование (в данном случае — смина-
ние) применяют в производстве некоторых марок удобрений, когда
имеется ограничение по ретуру, объему сушильного аппарата,
дисперсности исходных компонентов. При правильном выборе раз-
бавления пульпы и кратности ретура по этому методу возможно
получение круглых гранул с гладкой поверхностью, хотя и не та-
кого качества, как при использовании метода наслоения. Однако
следует иметь в виду, что наслоение и агломерация представляют
только крайние варианты, а на практике обычно идут на сочета-
ние обоих методов в зависимости от выбранных условий гранули-
рования. Метод агломерирования требует относительно небольшую
кратность ретура и относительно густую пульпу. Кратность ретура
на единицу продукта составляет 5—8, а содержание растворимых
веществ в пульпе — более 70%.
Одним из совершенных способов гранулирования является спо-
соб образования гранул в противоточном скоростном смесителе за
счет сил поверхностного натяжения жидкости. По этому способу
в гранулируемый материал добавляется такое количество жидко-
сти, которого достаточно лишь для образования очень тонких обо-
лочек вокруг каждой частицы материала. При столкновении таких
частиц их оболочки сливаются в одну.
Оптимальные условия гранулирования в шнеке-грануляторе
определяются составом и свойствами исходных компонентов.
Гранулирование удобрений со значительным содержанием рас-
творимых солей удовлетворительно протекает непосредственно
в шнеке-грануляторе при низких температурах (70—80 °C) и не-
большом содержании влаги (4—6%). При низком содержании
растворимых солей гранулирование идет при более высоком содер-
жании влаги (10—12%) и высокой температуре (85—110°С).
В последнем случае процесс образования гранул происходит при
одновременном удалении влаги и заканчивается в грануляторе,
сушилке или холодильнике в зависимости от состава удобрений
и типа оборудования.
Удобрения, содержащие 8—10% азота, можно гранулировать
при начальном содержании влаги ~6%, а удобрения, содержащие
5—6% азота, — при влажности 12%.
Производство нитроаммофоски
Производство сложных удобрений типа нитроаммофоски с гранулированием в
шнеке-грануляторе представлено на рис. 46. Упаренная фосфорная кислота по-
дается из емкости 1 через расходомер 3 в первый нейтрализатор 4. Часть
кислоты поступает в нейтрализатор через абсорбер 6 при температуре 65—70 °C,
128
pH циркулирующего раствора находится в пределах 3—4. Одновременно в пер-
вый и второй нейтрализаторы 4 под давлением 2,5—2,8 ат при 8 °C подается
газообразный аммиак. Во второй нейтрализатор подается также 84—90%-ный
раствор аммиачной селитры при 130—120 °C. Процесс нейтрализации проводят
при температуре 110—125 °C в первой ступени и 105—115 °C в последней. Из
последнего нейтрализатора пульпа при 95—100 °C поступает в шнековый грану-
лятор 10, куда одновременно подаются ретур (мелкая фракция после рассева,
пыль от циклонов, материал после дробления) и хлористый калий. Состав пуль-
пы, поступающей на гранулирование, определяется маркой выпускаемых удоб-
рений.
В грануляторе масса тщательно перемешивается, в результате чего твердые
частицы покрываются равномерным слоем пульпы. Из гранулятора смесь в виде
влажных частиц по желобу, снабженному охлаждающей рубашкой, поступает
Рис. 46. Схема производства нитроаммофоски:
/ — емкость; 2 — иасос; 3 — расходомеры; 4 — нейтрализаторы; 5 — сборник; 6 — абсорберы
Дойля; 7. 8, 24 — вентиляторы; 9, 21 — циклоны; 10— шнековый гранулятор; 11 — сушильный
барабан; 12, 28 — элеваторы; 13, 29 —грохота; 14, 17, 27, 30 — бункера; 15, 18, /9 — питатели;
16, 31 — дробилки; 20 — барабан для охлаждения; 22 — скруббер; 23 — теплообменник;
25 — барабан для кондиционирования; 26 — автопогрузчик.
в сушильный барабан 11. Влажность гранул на выходе из шнека-гранулятора
поддерживается в заданных пределах путем равномерной подачи пульпы, рету-
ра и хлористого калия в необходимом соотношении, что является одним из
важнейших условий стабильной и эффективной работы производства.
Процесс сушки проводится при температуре газов на входе в сушильный
барабан порядка 250 °C, на выходе 120 °C.
После сушильного барабана продукт при 75—95 °C и влажности до 2% эле*
ватором подается на рассев. Частицы размером менее 2 мм проходят через этб
сито и в дальнейшем используются в качестве ретура. Фракция -|-4 мм после
дробления также подается в шнек-гранулятор. Товарный продукт направляется
на охлаждение в барабан 20. При охлаждении температура продукта снижается
с 75—95 до 30 °C.
Кондиционирование проводят в горизонтальных ротационных барабанах 25,
подавая в них инертный мелкодисперсный диатомит в количестве до 2% от веса
продукта. Далее удобрение ленточным транспортером подается на склад для
расфасовки и упаковки.
Удобрения полностью растворимы в воде и в растворе цитрата аммония,
имеют бело-желтый цвет, который может изменяться до грязно-серого. Гранулы
обладают высокой прочностью, хорошо рассеиваются, слабо гигроскопичны.
9—1810 ion
Степень их гигроскопичности определяется количеством нитрата аммония, входя-
щего в состав удобрений, поэтому кондиционирование продукта обязательно.
Содержание влаги в удобрении не превышает 0,5%.
Гранулометрический состав продукта: до 5% фракции 4 мм (и более), не
менее 90% фракции 2—4 мм н до 5% фракции 1 мм (и менее).
Расходные коэффициенты на 1 т нитроаммофоски и других
сложных удобрений, полученных из экстракционной фосфорной
кислоты и аммиака, приведены в табл. 16.
Таблица 16
Расходные коэффициенты на 1 т нитроаммофоски (в т)
Статьи расхода Состав сырья, % Марка удобрения
13—26—13 23-23-0 26—48—0
Экстракционная фосфорная кислота, т 44—54 Р2О5 0,367 0,324 0,675
Аммиак, т 99,8 NH3 0,069 0,061 0,21
Аммиачная селитра, т 84 NH4NC)3 0,219 0,532 —
Хлористый калий, т 60 к2о 0,219 — —
Диатомит, т — 0,05 0,05 —
Электроэнергия, кВт-ч — 61 61 61
Вода, м3 — 1.8 1.8 1,8
Примечание. Расход сырья приведен в пересчете на 100% содержания основных компо-
нентов (НзРОа, NH4NO3) и 95% КС1.
Отходящие газы очищаются от пыли и аммиака в две стадии (сухая очист-
ка в циклонах и промывка в скрубберах).
Производство аммофоса
Схема производства аммофоса приведена на рис. 47. Упаренная фосфорная
кислота (36—40% Р2О5) дозируется в первый реактор-сатуратор 1. Отсюда ча-
стично нейтрализованная кислота последовательно перетекает во второй и тре-
тий реакторы, снабженные мешалками и установленные каскадно, что обеспе-
чивает свободное переливание аммофосной пульпы из одного аппарата в дру-
гой. В первый и второй реакторы аммиак вводится в таком количестве, которое
позволяет нейтрализовать фосфорную кислоту на 80%; количество аммиака, по-
даваемого в последний реактор, обеспечивает образование 10—20% диаммоний-
фосфата, лучше растворимого, чем моноаммонийфосфат. Величина pH в послед-
нем реакторе поддерживается в пределах 4—5,5, благодаря чему не происходит
чрезмерное загустевание пульпы. В процессе нейтрализации выделяется тепло,
вследствие чего пульпа нагревается до 115—120 °C и испаряется значительное
количество воды. Часть воды связывается в виде осаждающихся кристаллогид-
ратов (сульфата кальция CaSO4-2H2O, фосфатов железа FePO4-2H2O и др.).
Из последнего реактора пульпа поступает в промежуточную емкость 2,
откуда насосом подается в горизонтальный двухвальный смеситель-гранулятор 3.
Здесь пульпа смешивается с ретуром, количество которого более чем в 4 раза
превышает количество готового продукта. Одновременно со смешением проис-
ходит гранулирование продукта. При этом содержание влаги в смеси поддержи-
вается в пределах 9—11%. Из гранулятора влажный материал поступает во
вращающуюся барабанную сушилку 4, откуда элеватором 5 подается на двух-
ситный грохот 6 для рассева на фракции. Крупная фракция (размер частиц бо-
лее 4 мм) направляется в дробилку 7, откуда в качестве ретура возвращается
130
на смешение с аммофосной пульпой. Мелкая фракция (частицы менее 1 мм)
также используются как ретур. Средняя фракция (1—4 мм) после охлаждения
в барабане 8 направляется на склад для расфасовки и упаковки.
Рис. 47. Схема производства аммофоса:
1— реакторы-сатураторы;; 2 — промежуточная емкость; 3 — смеситель-гранулятор; 4 — ба-
рабанная сушилка; 5 — элеватор; 6 — двухситиый грохот; 7 — дробилка; 8 — барабан для
охлаждения; 9 — циклоны.
Для улавливания из отходящих газов вредных примесей предусмотрена
очистка газов после сатураторов — от фтора и аммиака, а после барабанной су-
шилки и другого оборудования — от фтора, аммиака, пыли.
Рис. 48. Схема производства аммофоса с распылительной сушилкой:
/ — реакторы-сепараторы; 2 — распылительная сушилка; 3 — шиек; 4—элеваторы; 5 — шиек-
гранулятор; 6 — барабанная сушилка; 7 — двухситиый грохот; 8 — циклон; 5 — бункер;
10 — промежуточные емкости; 11 — дробилка: 12 — конвейеры.
Другая технологическая схема производства аммофоса изображена на
рис. 48. Нейтрализация экстракционной фосфорной кислоты (25—30% PsOe)
аммиаком производится в двух или трех каскадно расположенных аппаратах.
9*
131
Жидкий аммиак подается во все сатураторы и распределяется с помощью бар-
ботеров. В первом аппарате нейтрализация проводится до pH = 3,5, в последнем
до pH не выше 5,5. Снижение pH пульпы в первом сатураторе и повышение pH
в последнем реакторе нежелательно, так как в первом случае увеличивается со-
держание неусвояемой P20s в аммофосе, а во втором — возрастают потери
аммиака прн сушке пульпы в распылительной сушилке. Возможны и другие
варианты схемы сатурации. Количество сатураторов может быть сокращено до
одного при соответствующем объеме аппарата. В этом случае pH пульпы сразу
доводится до требуемого предела. Наиболее распространена схема с двумя по-
следовательно работающими сатураторами, позволяющая точнее поддерживать
заданный технологический режим.
Процесс нейтрализации проводится при 105—ПО °C в течение 2 ч, заданный
pH пульпы поддерживается автоматически. Полученная пульпа состоит в основ-
ном из моноаммонийфосфата с примесью сульфата аммония, фосфатов железа
и алюминия, кремнефторида аммония и др. Содержание влаги составляет 40—
42%. Из последнего сатуратора пульпа поступает в промежуточный сборник 10,
снабженный мешалкой, откуда перекачивается в напорную емкость и далее че-
рез щелевой расходомер подается на распыливающий диск сушилки 2. В рас-
пылительную сушилку подается примерно 90% общего количества пульпы,
остальные 10% используются в шнеке-грануляторе 5 при гранулировании по-
рошкообразного аммофоса. Попадая на диск, вращающийся со скоростью
8000—9000 оборотов в минуту, пульпа распыливается на мельчайшие капельки,
которые высушиваются топочными газами, имеющими температуру 600—700 °C.
При соприкосновении с горячими топочными газами частицы пульпы мгновенно
высыхают и падают на днище сушилки, откуда скребковым механизмом через
«мигалку* направляются в шнек 3 или на ленту конвейера.
Расходные коэффициенты на 1 т аммофоса из фосфорной кис-
лоты, полученной разложением апатитового концентрата:
Фосфорная кислота (100% Н3РО4), т.................0,697
Аммиак (100% NH3), т ........ ....................0,152
Электроэнергия, кВт-ч . . .......................106
Топливо (7000 ккал/кг), кг...................... 185
Вода, м3 . ........... . 2
Аммофос обладает хорошими физико-химическими и механическими свойст-
вами, его гигроскопическая точка составляет 70% относительной влажности воз-
духа. Гранулированный аммофос не нуждается в кондиционировании и по
сравнению с диаммонийфосфатом отличается несколько лучшим качеством.
Пути интенсификации процесса гранулирования. Одним из уз-
ких мест производства аммофоса является стадия гранулирова-
ния, которая в значительной степени определяет не только эффек-
тивность работы последующих стадий процесса, но и его технико-
экономические показатели. Как правило, на большинстве заводов
гранулирование порошковидного аммофоса осуществляется в шне-
ке-грануляторе при низких температурах 45—65 °C, вместо 85—
95 °C или редко — выше 60 °C. Это объясняется недостаточным ко-
личеством тепла, вводимого с пульпой, ретуром и порошковидным
аммофосом, а также отсутствием стабильных условий на стадии
аммонизации и гранулирования. Поэтому процесс гранулообразо-
вания приходится вести при повышенном содержании влаги в гра-
нулируемой смеси (до 12—14%), что ведет к ухудшению работы
последующих стадий процесса в результате залипания сушильного
барабана и течек, повышенного выхода крупной фракции, замазы-
132
вания дробилок и другого оборудования. Одновременно для улуч-
шения процесса гранулирования приходится повышать pH пульпы
до 5,5—6. что ухудшает работу абсорбционных систем и процесса
в целом вследствие увеличения содержания аммиака в отходящих
газах из распылительной и барабанной сушилок.
Температура в шнеке-грануляторе может быть повышена путем
поддержания максимально возможной температуры подаваемой
пульпы (100°C), порошковидного аммофоса из распылительной
сушилки (90°C), снижения кратности ретура и введения неболь-
шого количества кислоты и аммиака. Однако в промышленных
условиях при отсутствии стабильного режима поддерживать такие
условия трудно, поэтому температуру можно повысить до 85—
95 °C введением под слой гранулируемого аммофоса пара в ко-
личестве, необходимом для создания в этом аппарате оптимальных
условий гранулообразования. Для этого используется насыщен-
ный пар давлением 3,7—4,9 ат, который подается в шнек-грануля-
тор через конденсационный горшок. Расход пара контролируется
с помощью диафрагмы и регистрирующих приборов.
Из приведенных изотерм (рис. 49, а) выхода товарной фракции (—3+1 мм)
из шнека-гранулятора, окаточного и сушильного барабанов в зависимости от
влажности гранулируемой смеси видно, что оптимальным содержанием влаги
в смеси при гранулировании порошкообразного аммофоса в присутствии пара
является ~4,5%. Такая влажность обеспечивает наибольший выход товарной
фракции из шнека-гранулятора (~50%).
Однако при дальнейшей обработке продукта в окаточном барабане выход
товарной фракции снижается до 47,5%. Изотерма выхода товарной фракции из
барабана расположена ниже аналогичной кривой для шнека-гранулятора. Это
свидетельствует о том, что в окаточном барабане, как правило, одновременно
происходят процессы частичного разрушения гранул и их агломерирования,
вследствие чего выход товарного продукта несколько уменьшается. Аналогичная
картина наблюдалась при гранулировании аммофоса в присутствии пульпы.
Изотерма выхода товарной фракции из сушильного барабана находится
выше соответствующей изотермы для окаточного барабана, что указывает на
продолжение процесса образования гранул в первоначальный период сушки (с
одновременным разрушением крупных гранул), в результате чего наблюдается
увеличение выхода товарной и мелкой фракций и снижение фракции 3 мм.
Соотношение фракций (1—2 мм и 2—3 мм) в продукте на выходе из ока-
точного и сушильного барабанов примерно равно 1. В готовом продукте это
соотношение увеличивается в сторону мелкой фракции (1—2 мм) и составляет
70—80% в готовом продукте (1—3 мм) Это объясняется разрушением гранул
на стадиях грохочения и транспортирования. При влажности продукта 1%
прочность гранул соответствует 3—3,5 МН/м2 (30—35 кгс/см2).
С повышением температуры смеси в шнеке-грануляторе с 90 до 95 °C и со-
держании влаги в гранулируемой смеси 4,5% максимальный выход товарной
фракции из шнека-гранулятора составляет 55%, сушильного барабана 48%
(рис. 49,6) Приведенные цифровые показатели несколько выше, чем результа-
ты, полученные при гранулировании порошкообразного аммофоса в присутствии
пара при 90 °C (рис. 49, а). Таким образом, повышение температуры в шнеке-
грануляторе способствует гранулообразованию и несколько повышает выход то-
варной фракции. Однако ее выход из окаточного барабана при этом снижается
и притом в большей степени. По-видимому, при более высоких температурах со-
здаются условия для образования большого количества менее прочных гранул
и агломерирования образовавшейся мелочи в окаточном барабане.
Соотношение фракций (—2+1 м) и (—3+2 мм) в продукте примерно равно
1 на всех технологических стадиях вне зависимости от температуры.
133
Результаты исследований по гранулированию порошкообразного аммофоса с
применением пара и при небольшом расходе конденсата (5——10 кг/ч) показаны
на рис. 49, в. Из рисунка видно, что максимальный выход фракции —3+1 мм
Влажность аммофоса В шнеке-грануляторе, %
Рис. 49. Зависимость выхода товарной фракции (—3+1 мм) от влажности
аммофоса в шнеке-грануляторе:
а — температура в шнеке-грануляторе — 90 °C (вводится пар); б — то же, 95 °C (вводится
пар); в — то же, 95 °C (вводится конденсат); / — шнек-гранулятор; 2—сушильный барабан;
3 — окаточный барабан.
наблюдается при содержании влаги в гранулируемой смеси 5,5%. Характер ко-
личественного изменения товарной фракции аналогичен процессам, где грану-
лирование аммофоса осуществлялось в присутствии только пара (рис. 49, о).
На выходе из шнека-гранулятора содержание товарной фракции в продукте со-ч
ставляет 52,5%, в окаточном барабане проис-
Рис. 50. Зависимость опти-
мальной влажности аммо-
фоса в шнеке-грануляторе
от его температуры:
ходит частичное разрушение гранул и агломе-
рирование образовавшейся мелочи, в результа-
те чего выход товарной фракции снижается
до 46%, а в сушильном барабане — возрастает
до 47,5 %-
На рис. 50 показана зависимость оптималь-
ной влажности гранулируемого аммофоса от
его температуры в шнеке-грануляторе. Из при-
веденных данных видно, что независимо от
источника тепла и влаги, вводимых в грану-
лируемый аммофос с паром, конденсатом или
пульпой, выход товарной фракции для любой
точки, расположенной на этой прямой, будет
одинаковый.
Установленный температурный режим в
грануляторе определяет влажность сме-
си, необходимую для создания оптимальных
условий гранулообразования. Процесс грануло-
образования аммофоса может протекать в ши-
роком диапазоне температур (55—95 °C), но
□ — гранулирование с паром;
О — гранулирование с пульпой;
А — гранулирование с паром и
конденсатом.
соответственно с различным содержанием вла-
ги (4—12%). При этом выход товарной фрак-
ции во всех случаях будет одинаковый. Одна-
ко при влажности гранулируемого продукта
12% неизбежно увеличивается содержание
крупной фракции и наблюдается налипание продукта в течках, сушильном ба;
рабане и на другом оборудовании, что в значительной степени затрудняет ве-
дение процесса. Следует иметь в виду, что в этом случае значительная часть
товарной фракции будет получена не на грануляционном оборудовании, а в ре-
зультате дробления крупных агломератов и последующей классификации.
134
При влажности гранулируемого продукта 4,5—5% содержание крупной
фракции достигает порядка 20% и значительно снижается его налипание на по-
следующих стадиях процесса. Температура продукта на выходе из окаточного
барабана снижается на 30—50 °C по сравнению с температурой на выходе из
шнека-гранулятора. Это объясняется тем, что в окаточном барабане при сопри-
косновении продукта с холодным воздухом с поверхности частиц происходит
испарение, в результате чего они охлаждаются и подсушиваются.
Производство полифосфатов аммония
Производство полифосфатов аммония, которое в настоящее время
осуществляется только в опытно-промышленном масштабе, осно-
вано на нейтрализации полифосфорной кислоты газообразным ам-
миаком под атмосферным или повышенным давлением в присутст-
вии ретура. Взаимодействие полифосфорных кислот с газообраз-
ным аммиаком при обычных температуре и давлении происходит
с образованием полифосфатов аммония, представляющих собой
смесь орто-, пиро- и триполифосфатов и содержащих 13—15% NH3
и 60—65% Р2О5. Повышение давления позволяет увеличить сте-
пень аммонизации и получать продукты, содержащие до 30% NH3
и более 60% Р2О5.
Принципиальная схема производства полифосфатов аммония при атмосфер-
ном давлении приведена на рис. 51. Полифосфорная кислота и газообразный
Рис. 51. Схема производства полифосфатов аммония:
1 — реактор-сатуратор; 2 — шнек-гранулятор; 3 — холодильник; 4 — элеватор;
5 — грохот; 6 — дробилка; 7 — абсорбер; 8 — сборник раствора; 9 — насос.
аммиак непрерывно подаются в реактор 1, изготовленный из стали марки
1Х18Н9Т (D:H=l: 2). Реактор снабжен мешалкой и внутренним холодильни-
ком, в котором циркулирует горячая вода (— 80°C), чтобы плав не налипал на
стенки. Процесс сатурации полифосфорной кислоты проводится при 180—210 °C
До рН=6,6—6,7; в реакторе образуется легкоподвижный плав. Пары воды и
непоглощенный аммиак непрерывно отводятся в абсорбер 7, орошаемый амми-
ачной водой и работающий в замкнутом цикле при непрерывном отборе раство-
ра (до 5% от количества кислоты, подаваемой в реактор), который направляет-
ся в реактор 1.
135
Из реактора плав поступает на охлаждение и кристаллизацию в горизон-
тальный двухвальпый шнек-гранулятор 2, куда для улучшения физических
свойств продукта одновременно подается 3 т ретура на 1 т продукта. По выхо-
де из шнека-гранулятора продукт охлаждается в аппарате 3, откуда элевато-
ром 4 подается на классификацию на грохота 5. Крупная фракция после дроб-
ления в валковой дробилке 6 возвращается на рассев; мелкая фракция направ-
ляется в качестве ретура в гранулятор 2. Фракция гранул в размере 1—3 мм
отбирается на склад.
При использовании полифосфорной кислоты, имеющей концентрацию 76%
Р2О5, продукт содержит 14% Ь1Нз, 61—64% Р2О5 и до 1% влаги. На 1 т поли-
фосфатов аммония, полученных при атмосферном давлении, расходуется 0,860 т
полифосфорной кислоты (76% Р2О5) и 0,148 т аммиака (100% NH3).
Схема получения полифосфатов аммония под давлением не отличается от
приведенной на рис. 51. С повышением давления снижаются потери аммиака и
увеличивается степень аммонизации. Условия образования полифосфатов могут
изменяться в широких пределах, при этом получаются продукты, имеющие раз-
личные состав, концентрацию питательных веществ и разные физические свой-
ства. Так, температура сатурации может быть от 150 до 400 °C, давление до
20 ат и выше, время пребывания плава в реакторе достигает 3 ч.
В качестве удобрений представляют интерес полифосфаты аммония, полу-
чаемые при 1 МН/м2 (10 кгс/см2) из полифосфорной кислоты (76% P2Os). Про-
дукты содержат 27—28% NH3 и 55—57% Р2О6, они устойчивы к нагреванию и
негигроскопичны. При 265—415 °C, давлении 0,15—2 МН/м2 (1,5—20 кгс/см2) и
времени пребывания плава в реакторе 0,5—1,5 ч получают продукт, полностью
растворимый в воде и содержащий 16—18% азота и 59—61% Р2О5. Его гранулы
состоят из кристаллов NH4H2PO4, (NH4)2P2O2, (NH4)2HPO4-H2O и фосфатов
неизвестного состава, сцементированных аморфным стекловидным веществом.
Около 50% общего количества Р2О6 в полифосфатах находится в ортоформе.
При 175—195 °C, давлении 0,17—0,76 Н/м2 (1,7—7 кгс/см2) и времени пребыва-
ния плава в реакторе 1—1,5 ч образуется продукт, содержащий в сумме 73—82%
азота и Р2О5 и представляющий собой смесь водорастворимых солей [50—60%
NH4H2PO4, 38—46% (NH4)4P20t, 2—3% высших полифосфатов].
На основании твердых полифосфатов аммония можно приготовить высоко-
концентрированные механические смеси с различным содержанием и соотноше-
нием питательных веществ, а также получать стабильные жидкие комплексные
удобрения, содержащие микроэлементы. Применение полифосфатов аммония в
качестве удобрений позволяет снизить расходы по их перевозке, хранению и
внесению в почву.
Производство сложных удобрений на основе карбамида
и полифосфатов или фосфатов аммония
Расплавленные исходные карбамид и полифосфаты аммония по-
дают в гранулятор раздельно. Гранулирование проводят при тем-
пературе ~85°С, которую поддерживают рециркуляцией охлаж-
денного продукта. При этих условиях процесс протекает удовлет-
ворительно, а получаемый продукт обладает хорошими физичес-
кими свойствами. Основной недостаток процесса — трудность
гранулирования смесей с высоким содержанием полифосфата из-
за его медленной кристаллизации и высокой пластичности, особен-
но, когда фосфат получают из экстракционной фосфорной кисло-
ты. При гранулировании расплава полифосфата (полученного на
основе упаренной экстракционной фосфорной кислоты, содержа-
щей 52—54% Р2О5) с низким содержанием полиформ (до 25%)
в смеси с карбамидом получают удобрения составов 28—28—0,
36—18—0 и 21—42—0. Возможно получение удобрений, содержа-
136
щнх калийные соли. Однако, по-видимому, в больших масштабах
их производить не будут.
Удобрения на основе полифосфатов отличаются высоким содер-
жанием водорастворимой P2Os—98—100% (ортофосфаты аммония
из экстракционной фосфорной кислоты — не более 90%).
Гранулированный продукт—карбамид+фосфат аммония в
промышленном масштабе производят в ряде стран. Для получения
удобрений этого вида используют различные комбинации фосфата
аммония (твердого или в виде пульпы) с карбамидом (твердым
или в виде растворов). Удобрения на основе карбамида и фосфа-
тов аммония имеют самую высокую концентрацию питательных
веществ среди сложных удобрений. Состав этих удобрений опреде-
ляется чистотой фосфата аммония и его формой и зависит от со-
держания кондиционирующих добавок. Комбинации чистых карб-
амида и диаммонийфосфата дают удобрения состава 30—30—0
или 20—20—20 (с добавлением КС1). При использовании фосфата
аммония, полученного из стандартной экстракционной фосфорной
кислоты, образуются удобрения составов 28—28—0 и 18—18—18.
Процесс гранулирования удобрений, получаемых на основе по-
рошкообразного моноаммонийфосфата (марки «Минифос») и гра-
нулированного или кристаллического карбамида в шнековом грану-
ляторе протекает несколько хуже, чем в барабанном грануляторе.
Оптимальными считаются такие условия работы установок, при
которых процесс гранулирования заканчивается в сушильном ба-
рабане. Небольшая добавка фосфоритной муки (к исходным про-
дуктам) или аммиака (в гранулятор) уменьшает остаточную кис-
лотность и улучшает процесс гранулообразования. Обычно перед
подачей в гранулятор исходные компоненты — карбамид, моноам-
монийфосфат, калийные соли и необходимые добавки поступают
в отделение подготовки сырья (где измельчаются крупные части-
цы). Частично перемешанное сырье попадает на ленточный транс-
портер и далее в гранулятор. В грануляторе исходные компонен-
ты смешиваются с ретуром и гранулируются в присутствии не-
большого количества пара низкого давления. Процесс гранулиро-
вания весьма чувствителен к малейшим изменениям в жидкой фа-
зе и требует стабильного и жесткого режимов производства.
Кратность ретура составляет 0,8—1,5; содержание влаги в продук-
те на выходе из гранулятора 2—3%; температура гранулируемой
смеси ~60°С; выход товарной фракции ( + 2—4 мм) 80%; влаж-
ность продукта 0,4%.
Производство двойного суперфосфата поточным способом
К характерным особенностям поточного способа получения двой-
ного суперфосфата относятся: непрерывность производства, воз-
можность проведения процесса без складской дообработки про-
межуточных продуктов, что позволяет исключить загрязнение ат-
мосферы фтором; исключение необходимости упарки экстракцион-
137
ной фосфорной кислоты; возможность улавливания фтористых со-
единений в абсорбционной аппаратуре, что сводит до минимума их
выбросы в атмосферу; проведение поверхностной нейтрализации
продукта мелом, что позволяет получать готовый продукт с хоро-
шими физико-химическими свойствами и достаточно высоким от-
ношением водорастворимой P2Os к усвояемой (не ниже 90%); воз-
можность использования фосфоритов различных месторождений
СССР (на второй фазе процесса).
В качестве исходного сырья для получения двойного суперфос-
фата используется неупаренная экстракционная фосфорная кисло-
та из апатитового концентрата (29—32% Р2О5) и — во второй фа-
зе— фосфориты, содержащие не ниже 28% Р2О5 и 3,5—4% полу-
торных окислов. При этом двойной суперфосфат содержит 42—
50% Р2О5 в усвояемой форме, 5% свободной Р2О5, не более 3%
влаги. При использовании фосфатного сырья с большим содержа-
нием полуторных окислов (5—6%) отношение Р2О5 водной
к усвояемой снижается до 80—85%.
Технологическая схема производства двойного суперфосфата приведена на
рис. 52. Разложение фосфорита неупаренной фосфорной кислотой производят в.
двух последовательно установленных реакторах. При этом норма фосфорной
кислоты равна 85—90 частей Р2О5 на 100 частей фосфорита, которая непрерыв-
но поступает в первый реактор из отделения экстракции через ковшевой доза-
тор 4. При этом температура в реакторе поддерживается в пределах 80 °C,
продолжительность разложения составляет не более 60 мин, степень разложения
фосфорита достигает 50—60%. Пульпа из первого реактора поступает во второй,
откуда примерно в равной пропорции она подается на сушку и гранулирование.
Из второго реактора пульпа насосом 5 подается на центробежный диск 6 рас-
пылительной сушилки 7. Процесс сушки пульпы осуществляется во взвешенном
состоянии топочными газами, которые поступают в объем камеры из топки через
газораспределительное устройство 8. В распылительной сушилке одновременно
протекают процессы сушки и дальнейшего разложения фосфорита до 80—90%.
В результате чего получается мелкодисперсный продукт с содержанием влаги
не более 3%, который осаждается на верхнее днище 9 и далее скребками 10
выгружается в шнек 11 под сушилкой, откуда элеватором 12 через промежу-
точный бункер подается в двухвальный горизонтальный смеситель 13 на гра-
нуляцию.
Производительность распылительной сушилки составляет 10—12 т пульпы
в 1 ч. Температура топочных газов на входе в распылительную сушилку под-
держивается 550 °C, на выходе 120—130 °C. Кроме того, сушильная камера обо-
рудована газораспределительным устройством, двумя днищами для сбора сухого
продукта, механическими вращающимися скребками для удаления мелкого сухого
продукта и контрольно-измерительными приборами для поддержания стабиль-
ного режима. Отходящие газы из распылительной сушилки отсасываются вен-
тилятором на очистку.
Гранулирование продукта проводится в горизонтальном двухвальном смеси-
теле, куда непрерывно поступают мелкодисперсный продукт (—I мм) из рас-
пылительной сушилки, мелкая фракция после отсева на грохотах и пульпа из
второго реактора. Из смесителя частично сгранулированная масса через течку
поступает в сушильный барабан 14, откуда высушенный материал элеватором 15
подается на грохота 16 для рассева. Сушка гранул производится при темпера-
туре газов на входе в сушильный барабан порядка 550 °C, на выходе
120—130 °C. После сушки отходящие газы направляются на очистку от пыли
и фтористых соединений. Температура продукта на выходе из сушильного ба-
рабана 100—105 °C, содержание влаги в нем до 3%.
138
В атмосферу
На грохотах продукт рассевается на фракции. Фракция +1—3,2 мм направ-
ляется на охлаждение, +3,2 мм — на измельчение в дробилки 17 и вновь воз-
вращается на повторный рассев, —1 мм поступает в двухвальный смеситель
для смешения с пульпой.
После рассева товарная фракция 1—3,2 мм поступает на охлаждение в
холодильник кипящего слоя (КС) 18, где температура продукта снижается до
40 °C. Далее охлажденный продукт нейтрализуют с поверхности мелом в количе-
стве 5% от веса продукта. Этот процесс осуществляют в барабане-нейтрализа-
торе 19. Нейтрализованный продукт, содержащий 42—46% Р2О5 в усвояемой
форме, не более 5% Р2О5 свободной, менее 3% влаги, при отношении Р2О5 вод-
ной к усвояемой 0,9 и более транспортером подают в бункер на склад для
расфасовки и упаковки.
На действующих заводах отходящие газы от распылительной сушилки и
сушильного барабана хвостовым вентилятором просасываются через систему
пылеочистки, состоящей из двух последовательно установленных циклонов
(Д=3,2 м, £=12,12 м), и систему очистки от фторсоединений, в которую вхо-
дят турбулентные скруббера Дойля, последовательно установленные две ме-
ханические абсорбционные камеры и аэромикс. Очищенные газы через выхлоп-
ную трубу выбрасываются в атмосферу.
Шнеки-грануляторы
Шнековые грануляторы (рис. 53) широко применяются в производ-
стве комплексных удобрений. Одно- или двухвальный шнековый
гранулятор состоит из горизонтального корыта 1, в котором вра-
Рис. 53. Шнек-гранулятор:
1 — корыто; 2 — вал; 3 — перемешивающие лопатки; 4— транспортирующие лопатки; 5—за-
грузочная воронка; 6 — течка.
вдаются один или два параллельных вала 2. На валах укреплены
перемещающие лопатки 3 и транспортирующие лопатки 4. Ретур
(мелкая фракция после рассева, пыль из циклонов, материал по-
сле дробления крупной фракции) и хлористый калий из воронки 5
непрерывно подаются в гранулятор, одновременно по течке сюда
же поступает пульпа из последнего аммонизатора или из выпарно-
го аппарата. В шнеке масса тщательно перемешивается и грану-
лируется, одновременно перемещаясь вдоль корыта в направлении,
противоположном месту ввода исходных компонентов.
Обычно шнековые грануляторы выполняются из углеродистой
стали марки Ст.З, реже из стали Х18Н10Т. Конструкция и произ-
140
водительность грануляторов могут быть различны, их выбирают
в соответствии с заданной мощностью технологической линии и ви-
дом получаемого удобрения.
Характеристика одновальных (I) и двухвальных (II) шнеков-
грануляторов, применяемых в производстве сложных удобрений,
приведена ниже:
Удобрение Нитрофоска Нитр аммо- ф°к ос а Нитрофос Аммофос
Мощность технологической
нитки, ТЫС Т Р2О5 . . . 8,5 17 23 28
Тип гранулятора . . . . . 1 II II I
Длина L, м ... . . . 4,32 2,5 3,5—3,6 3,0
Ширина В, м . . . . . . 0,8 1,6 1,6 0,85
Высота Н, м . . . . . . 1,15 1,53 1,2—1,3 0,65
Объем V, м* . . . . . . 3,7 4,3 4,8-5,1 1,3
Частота вращения
с-1' . . 0,67 0,67 0,52 0,50
об/мин . . 40 40 31 30
Шнек-грапулятор может представлять собой удлиненное U-об-
разное корыто, установленное под углом 15°, в котором параллель-
но оси аппарата вращаются один или два вала. Валы снабжены
лопатками или радиальными плечами, на концы которых наса-
жены лопатки. Валы вращаются в противоположном направлении
с частотой 0,5—1,67 с-1 (30—100 об/мин). Лопатки, установленные
под углом 10—45°, смешивают и гранулируют исходные компонен-
ты и продвигают их к отверстию для выгрузки.
В двухвальпых смесителях-грануляторах валы могут иметь ук-
лон. На валах под соответствующим углом устанавливаются са-
моочищающиеся лопатки. Производительность аппарата пропор-
циональна частоте вращения валов, которые в этих аппаратах вра-
щаются в противоположных направлениях так, что лопатки опу-
скаются по периферии и поднимаются, касаясь друг друга и очи-
щаясь при этом в центре. Сухие компоненты подаются в верхнюю
часть аппарата между валами. Лопасти, быстро поднимаясь через
эту массу, заставляют ее частицы находиться в хорошо суспенди-
рованном виде, и, таким образом, слой гранул, содержащий жид-
кую фазу, движется вниз к центру шнека-гранулятора. В то же
время гранулы обтекают валы сбоку и лопасти сбрасывают их на
дно аппарата. Перемешивание и ожижение гранулируемой смеси
осуществляется лопатками, расположенными на валу шнека. Для
стабилизации частоты вращения вала устанавливают редуктор
с цепным вариатором.
Аппарат для гранулирования может состоять из трех удли-
ненных камер, соединенных последовательно горловинами и снаб-
женных двумя вращающимися в противоположные стороны вала-
ми. Для передвижения, смешивания и гранулирования смеси на
141
валы насажены лопатки. Камеры расположены в виде каскада:
первая ниже второй, а вторая ниже третьей камеры. В последней
камере, ввиду отсутствия подпора в выходном конце, слой имеет
меньшую высоту, чем в первой и второй. Над этим слоем с по-
мощью вентилятора просасывается газ для сушки продукта.
В первую камеру подают кислоту, воду и фосфорные удобрения,
во вторую по всей длине распределяют аммонизирующий раствор,
в третью подают калийсодержащий компонент. Газы, выделяю-
щиеся в первой камере, выбрасываются через трубу в атмосферу.
Вторая камера не вентилируется, вследствие чего снижаются по-
тери азота.
В аппарате для гранулирования сульфата аммония, известко-
во-аммиачной и аммиачной селитры валы имеют коническую фор-
му. В этих аппаратах с одного конца подают расплав, а противо-
током к нему воздух в количестве, достаточном для удаления об-
разующейся при гранулировании мелочи, которая отделяется в
точке подачи расплава и возвращается в цикл. С воздухом можно
подавать тонкоизмельченные твердые материалы или распылен-
ные жидкости.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В ДИСКОВЫХ (ТАРЕЛЬЧАТЫХ)
ГРАНУЛЯТОРАХ
В настоящее время дисковые грануляторы находят все более ши-
рокое применение для гранулирования сложных, сложно-смешан-
ных и простых минеральных удобрений. Возросший интерес к ди-
сковым грануляторам объясняется рядом их преимуществ, к ко-
торым относятся:
значительная однородность гранулометрического состава на вы-
ходе из аппарата и снижение подачи ретура благодаря сегрегации
гранул по размерам на поверхности диска. При этом гранулы по-
лучаются большой прочности и близкие по форме к сферическим;
удобство наблюдения и управления процессом гранулирования,
что позволяет оперативно устранять возможные отклонения от за-
данного режима;
относительно невысокая стоимость аппаратуры, простота и на-
дежность ее в работе;
возможность гранулирования трудно и хорошо растворимых
удобрений при небольшом содержании жидкой фазы, а также пол-
ное гранулирование дозируемой смеси;
совмещение процессов гранулирования и сеп&рации частиц.
Дисковые грануляторы обладают также некоторыми недостат-
ками. Важнейшие из них:
большая чувствительность к содержанию жидкой фазы в гра-
нулируемой смеси и, как следствие этого, узкие пределы рабочих
режимов;
значительные колебания технологического режима и выхода
продукта заданного размера в связи с узким диапазоном устой-
142
чивых рабочих режимов в сочетании с воздействием на процесс
большого числа случайных возмущений;
зависимость производительности гранулятора от диаметра та-
релки (поскольку с увеличением диаметра гранулятора значи-
тельно усложняется его конструкция).
Небольшое время пребывания материала в аппарате, а также
конструктивные особенности дискового гранулятора затрудняют
использование последнего в качестве химического реактора.
Образование гранул на дисковых грануляторах, как и в бара-
банных, происходит при увлажнении исходного сырья и одновре-
менной обкатке его на днище гранулятора. Под действием сил
трения, тяжести и центробежной силы материал плотно прилегает
к днищу и борту гранулятора, что предотвращает его скольжение.
Образовавшиеся агломераты поднимаются на некоторую высо-
ту вместе с вращающейся тарелкой, а затем (когда сила тяжести
преодолевает силу трения) скатываются вниз по поверхности слоя
мелкодисперсного вещества под углом естественного откоса. При
этом сырье в процессе движения послойно накатывается на грану-
лы и уплотняется (как бы втирается в поверхность гранулы). От-
сюда следует, что производительность гранулятора зависит от
длины траектории движения гранулы по поверхности порошкооб-
разного материала в тарелке гранулятора. Длина траектории про-
порциональна диаметру тарелки. Однако увеличение диаметра та-
релки приводит к значительному увеличению габаритов и услож-
нению конструкции гранулятора и поэтому не является наиболее
удачным решением проблемы. Более целесообразным решением
является увеличение полезной поверхности диска. Увеличивая ско-
рость вращения диска и уменьшая угол его наклона, можно под-
нимать гранулируемый материал на большую высоту, в результате
чего сокращается мертвое пространство в верхнем секторе диска.
Для увеличения используемой площади тарелки предложены
грануляторы, имеющие несколько коаксиальных бортиков равной
высоты. Исходные компоненты в виде порошка подаются на по-
верхность зоны, ограниченной первым бортиком и окатываются
там, постепенно пересыпаясь в смежную зону. Так, пересыпаясь из
одной кольцевой зоны в другую и окатываясь в них, гранулы до-
стигают своих конечных размеров.
Процесс гранулирования в тарельчатом грануляторе зависит
от многих параметров*: физико-химических свойств и влажности
гранулируемого материала, угла наклона, скорости вращения и вы-
соты борта тарелки, точности дозирования, места подачи исход-
ного материала и влаги на тарелку, дисперсности капель увлаж-
няющего раствора и площади смачивания гранулируемого мате-
риала на тарелке, скорости подачи исходных материалов в грану-
лятор и т. д. Гранулирование практически начинается с момента
* Исследования проводились на известняке, содержащем 36,4% СаО и
14,1% MgO.
143
подачи на тарелку сыпучего материала и жидкой фазы. Сущест-
венное влияние на процесс гранулообразования оказывает влаж-
ность смеси. Графическая зависимость среднего диаметра гранул
от их влажности показана на рис. 54.
Минимум на кривой dcp=f(W) характеризует переход от одно-
го механизма гранулообразования — равномерного накатывания
материала — к другому — образованию гранул путем агломерации
и накатывания. Приведенная зависимость показывает, что в одних
Рис. 54. Зависимость среднего диа-
метра получаемых гранул от их
влажности.
Рис. 55. Зависимость минимального
диаметра получаемых гранул (кри-
вая /) и соответствующей ему
влажности (кривая 2) от угла на-
клона чаши.
и тех же условиях гранулирования можно получать гранулы раз-
личной структуры, но одинакового размера при двух значениях
влажности (№). При этом крутой подъем ветвей кривой dcp=
=f(W) свидетельствует о значительном влиянии влажности гра-
нулируемого материала на размер гранул, а точность поддержа-
ния этого параметра — на степень однородности продукта.
Процесс гранулирования наименее чувствителен к изменению
влажности материала лишь в области точки минимума; колебание
влажности в пределах ± 1 % не нарушает стабильной работы ап-
парата и не изменяет однородности готового продукта. Поэтому
оптимальным считают тот режим гранулирования, при котором
влажность, обеспечивающая получение гранул заданного размера,
соответствует точке минимума на кривой dCp=f(W).
Вид зависимости сохраняется и при изменении угла наклона
(а) тарельчатого гранулятора в диапазоне от 40 до 50°. Влияние
144
угла наклона тарельчатого гранулятора на нижнии предел круп-
ности гранул при постоянной окружной скорости движения тарел-
ки показано на рис, 55. Из рисунка видно, что увеличение угла
наклона тарелки способствует смещению точки минимума, а сле-
довательно и оптимального режима гранулирования в области по-
лучения более мелких гранул. При угле наклона тарелки более
45° изменяется в сторону уменьшения и соответствующая точка
минимума влажности гранулята.
Ср'еЗниа диаметр гранул, мм
Рис. 66. Зависимость среднего диа-
метра получаемых гранул от угла
наклона чаши при различной влаж-
ности гранул (IP):
/-9%; 2-10%; 3-11%; 4—12%;
5 - 13%.
Рис. 57. Зависимость Дер (кривые 1
и Г), Дер. мин (кривая 2) и влаж-
ности (кривая 3), соответствующей
Дер- мии, от скорости движения чаши:
1 — а=40°; 1' — а=47°.
Влажность гранул,"/•
Для обеспечения стабильности процесса в режимах, не отве-
чающих точке минимума на кривой dcp=f(W), требуется очень
высокая точность (±0,1%) дозирования увлажняющего раствора.
В этих условиях влияние угла наклона тарелки на размер гранул
характеризуется кривыми, приведенными на рис. 56. Вид кривых
довольно сложен и определяется значением влажности сходящих
с тарелки гранул. При W11 % кривые имеют точку максимума,
и увеличение угла наклона более 45° сопровождается уменьшени-
ем среднего диаметра гранул. При W 11 % кривые проходят че-
рез минимум, и увеличение угла наклона тарелки более 46° приво-
дит, наоборот, к укрупнению гранул.
Увеличение угла наклона тарелки более 45° сопровождается
резким снижением влажности, необходимой для получения гранул
данного размера. Вид кривых, приведенных на рис. 57, свидетель-
ствует о том, что при достаточно высокой точности дозирования
увлажняющего раствора угол наклона тарелки является фактором
активного воздействия на размер получаемых гранул.
10-1810
145
Влияние окружной скорости движения тарелки (в пределах
W7=0,4—0,95 м/с) на гранулометрический состав продукта пока-
зано на рис. 57. Из приведенных кривых видно, что с возрастани-
ем W до определенного значения средний диаметр гранулирован-
ного продукта увеличивается. Таким образом, путем уменьшения
скорости движения тарелки при постоянном угле наклона можно
значительно расширить диапазон размеров гранул.
Исследования влияния окружной скорости движения тарелки
на характеристику точки минимума кривой dCp=f(W) в интервале
IF=O,5—0,7 м/с показали, что с возрастанием скорости движения
средний минимальный диаметр получаемых гранул также несколь-
Рис. 58. Влияние влажности гранулята на его пористость (кривая 2) и меха-
ническую прочность при испытаниях на удар (кривая /), истирание (кривая 3),
максимальную высоту падения сырых гранул (кривая 4) и на раздавливание
(кривая 5).
ко увеличивается при практически неизменном значении соответст-
вующей влажности. Следовательно, изменение скорости движения
тарелки в указанных пределах не нарушает работы гранулятора
в оптимальном режиме. Это делает параметр W наиболее удоб-
ным для практического регулирования процесса.
На рис. 58 приведена зависимость основных характеристик ка-
чества гранулированного продукта от его влажности. Как видно
из рисунка, наиболее низкой прочностью обладают гранулы, полу-*
ченные в режимах гранулирования левой ветви кривой dcp=f (U7).
Наиболее прочные на истирание и удар получаются гранулы при
влажности, отвечающей (и несколько выше) точке минимума на
146
кривой dcp=f(W). При изменении W от 6 до 12% гранулы уплот-
няются. Несмотря на увеличение влажности гранул, их пористость
уменьшается, что, по-видимому, способствует повышению механи-
ческой прочности гранул. Дальнейшее увеличение W приводит
к возрастанию пористости сухих гранул и, как следствие, к сни-
жению их прочности на истирание и удар. Прочность гранул на
раздавливание при этом, наоборот, резко возрастает. Очевидно, на
указанную характеристику в большей степени влияет расход свя-
зующей добавки или пористость гранул. Следовательно, чтобы по-
Рис. 59. Влияние угла наклона чаши на механическую прочность гранул при
испытаниях на истирание (а), раздавливание (б) и удар (е) при различной
влажности получаемого гранулята W:
1—8%; 2—9%; 3—10%; 4 — 11%; 5—12%; 6—13%; 7—14%.
лучить гранулы с более высокой прочностью на раздавливание,
чем это соответствует оптимальному увлажнению, необходимо по-
высить концентрацию связующего раствора.
Зависимость механических свойств гранул от угла наклона
тарелки показана на рис. 59. Из рисунка видно, что характер ме-
ханических свойств гранул в значительной степени определяется
влажностью получаемых гранул. При гранулировании в режимах
правой ветви кривой dcp=f(W) наиболее прочные гранулы по-
лучаются при малых углах наклона чаши, когда продолжитель-
ность процесса велика; при гранулировании в режимах левой вет-
ви этой кривой наиболее прочные гранулы отвечают более высо-
ким значениям а. Максимально прочные гранулы получаются при
сочетании высокой степени увлажнения и малых углов наклона
тарелки, когда расход связующей добавки на единицу исходного
Материала и время гранулирования наиболее велики.
10*
147
Увеличение скорости движения тарелки гранулятора позволяет
существенно повысить прочность гранул на раздавливание и в зна-
чительно меньшей степени — на истирание. При этом пористость
гранул и их прочность (при испытании на удар) после сушки
практически не изменяются (рис. 60).
Накопленный опыт работы и результаты исследований процес-
са (частично рассмотренные выше) в грануляторах с тарелками
различного диаметра показывают, что для обеспечения оптималь-
ных условий гранулирования важнейшее значение имеют режим
увлажнения и выбранная влажность материала (которая зависит
от свойств гранулируемой сме-
си, среднего размера и ситово-
го состава ее частиц и других
факторов), а также время пре-
бывания материала на тарелке
и условий работы гранулятора
(конструкция тарелок, угол на-
клона, частота вращения и др.).
Рис. 60.
движения
Производство
фосфорных удобрений
Влияние линейной скорости
чаши на механическую проч-
ность гранулятора (а и б):
1 — а=40°; 2 — а=50°.
В производстве гранулированного су-
перфосфата без сушки вызревший су-
перфосфат, содержащий 5—6% своб.
Р2О5 и 11—12% влаги, рассеивается.
Полученные при рассеве частицы
крупнее 4 мм измельчаются на вал-
ковой дробилке и вместе с отсевом,
состоящим из частиц менее 5 мм, по-
даются в бункеры грануляторов. От-
туда суперфосфат поступает в ниж-
нюю часть гранулятора с таким расчетом, чтобы он попадал на гладкую по-
верхность тарелки, а не на слой гранулированного продукта. Грануляторы уста-
навливаются под углом 45° и делают 11 оборотов в 1 мин. Окружная скорость
вращения тарельчатого гранулятора около 2 м/с; диаметр гранулятора равен!
3,25 м. Он имеет борт с регулируемой высотой 400—600 мм. Поверхность гра-,
нуляторов (дно тарелки) выложено армированным стеклом, чтобы исключить
налипание суперфосфата на дно тарелки. Производительность такого грануля-|
тора 5 т/ч; длительность процесса гранулирования 12 мин. При гранулировании
суперфосфат не увлажняется. Регулирование процесса осуществляется путем
изменения подачи суперфосфата, подаваемого в гранулятор, что в свою очереди
влияет на длительность гранулирования. При этом выход товарной фракции соч
ставляет 80—85%. Из тарельчатого гранулятора образовавшиеся гранулы на-
правляются на нейтрализацию молотым известняком. После нейтрализации проч
дукт рассеивается. Крупная фракция возвращается на склад простого суперфос-'
фата, так как дробление этого продукта затруднительно. Валковая дробилка
и дезинтегратор оказались непригодными для этой цели в связи с налипанием
суперфосфата.
Гранулированный суперфосфат содержит около 18,3% усв. Р2О5; 17,5% вод»
P2Os; 2% своб. Р20з и 10,6% влаги. Примерный состав готового продукта:
Фракция, мм.................
Выход, %....................
—0,5 —1 + 0,5 —2+1 —3+2 —5+3 +-
3 8,8 29,0 46,5 9,2 3,1
148
К недостаткам этого процесса следует отнести то, что процесс осущест-
вляется в незамкнутом цикле, так как крупные гранулы выводятся из цикла.
Гранулированный аммонизированный суперфосфат получают из простого
суперфосфата в присутствии раствора, содержащего 67% нитрата аммония, 16%
свободного NH3 и 17% воды, получают продукт с соотношением N:P2O5=1:3,
который содержит ~4,5% N и 15,5% усвояемой Р2О5. При этом значительно
улучшаются физико-химические свойства удобрений по сравнению с гранулиро-
ванным простым суперфосфатом.
При одновременном гранулировании и аммонизации суперфосфата аммиаком
в тарельчатом грануляторе лучшие результаты получаются при подаче NH3 под
слой гранулируемой смеси на тарелке и при обрызгивании слоя серной кисло-
той. В результате использования тепла реакции снижается содержание влаги
в продукте, возрастает прочность гранул, отпадает необходимость в стадии суш-
ки, снижаются капитальные и эксплуатационные расходы. При степени аммо-
низации, отвечающей содержанию азота в продукте 2,2—3,2%, сохраняется со-
держание водорастворимой и усвояемой форм соответственно 72 и 92% от
общего количества Р2О5.
«Пелофос» — фосфорное удобрение, получаемое из металлургических шла-
ков и природных фосфатов. "Гранулирование осуществляется в” тарельчатом
грануляторе при добавлении воды и отработанной кислоты.
Гранулирование томасшлака с карбамидом, хлористым калием, солями, со-
держащими микроэлементы, пестицидами осуществляют в две стадии. В тарель-
чатом грануляторе с добавлением разбавленных кислот (~до 15%) и во вра-
щающемся барабане при нагревании. При этом получают продукт влажностью
7%, который далее направляется на сушку.
При гранулировании фосфорных удобрений (содержащих главным образом
водонерастворимую Р2О5), быстро распадающихся при действии влаги почвы,
добавляют природный фосфат (содержащий гидроксилапатит) с размером ча-
стиц 60—100 мкм и обрабатывают насыщенным паром при 100 °C или перегре-
тым (130—250°) под избыточным давлением 0,1—0,3 МН/м2 (1-—3 кгс/см2) до
содержания влаги в смеси 8—10%. При этом получают продукт с размером
гранул 0,5—5 мм прочностью 4,5—10 кН (0,45—1,0 кгс) на гранулу.
Производство комплексных удобрений на основе
аммиачной селитры и карбамида
Гранулирование и классификация аммиачной селитры и ее смеСи с аммонизи-
рованным суперфосфатом эффективно протекает в тарельчатых грануляторах.
Продукт состава 30—4,4—0, 30—10—0 и 25—25—0 состоит из прочных сфери-
ческих гранул. Кратность ретура меньше, чем при гранулировании того же про-
дукта во вращающемся барабане и шнековом грануляторе. Производительность
гранулятора диаметром 4,2 м составляет 15—18 т/ч. Наиболее удовлетворительно
образование гранул идет при отношении N : Р2О3 в продукте более 1. В целом
процесс гранулирования протекает хуже, чем в грануляторах барабанного типа.
В течение последних лет TVA проводила испытания процесса гранулирова-
ния удобрений с высоким содержанием азота в тарельчатом грануляторе. Испы-
тания показали, что для гранулирования продуктов, не требующих аммонизации,
таких как нитрат аммония или карбамид, удобнее использовать тарельчатый
гранулятор вместо барабанного или глиномялки, поскольку в нем достигается
лучшая классификация и снижается процент ретура.
Оптимальные условия работы гранулятора при получении фосфат-нитратов
и нитрат-сульфатов аммония приведены в табл. 17.
Основным недостатком тарельчатого гранулятора является то, что он в
обычном использовании непригоден для одновременного ведения процессов
аммонизации и гранулирования. Поэтому обычно процесс аммонизации осущест-
вляют предварительно в соответствующей аппаратуре. При этом за счет тепла
реакции испаряется значительное количество влаги.
При определенном конструктивном оформлении (наличие ‘ колокола) воз-
можно проведение процесса гранулирования двойных (NP) удобрений в тарель-
149
Таблица 17
Характеристика работы тарельчатого гранулятора*
Показатели Фосфат-иитрат аммония Нитрат-сульфат аммония (30-0-0-5S)
30-4-0 при pH 5,1 30-10-0 при pH 5,0 чри pH 5,9 при pH 5,5
Продолжительность работы, ч . . 302 251 123 268
Производительность, т/ч .... 17,6 21,3 17,5 18,2
Скорость вращения тарелки, с-1 . . ..... 0,22 0,32 0,22 0,32
об/мин 13 19 13 19
Наклон тарелки, град 65 70 65 70
Отношение ретура 3:1 4,5:1 3:1 4,5:1
Рабочая температура гранулиро- ванного продукта, °C ... . 87 92 84 86
Химический состав товарной про- дукции, % N 30,4 30,6 30,7 30,9
Р2О5 10,3 10,0 — —
S . — — 5,1 5,2
Н2О 0,27 0,34 0,17 0,15
кондиционирующий агент . . 2,6 1,9 2,8 2,2
♦ Диаметр тарелки гранулятора 4,27 м. высота борта 50 см. В качестве разбрызгивателя
использован полый конус.
чатом грануляторе с одновременным осуществлением процессов смешения ис-
ходных компонентов, их аммонизации, гранулирования и сушки за счет теплоты
нейтрализации. При гранулировании простого или двойного суперфосфата с
добавлением раствора нитрата аммония (80—85% NH4NO3) или азотной кисло-
ты (23—45%), или концентрированной серной кислоты и аммонизацией кислот
газообразным аммиаком получают сложные удобрения марки 13—13—0,
20—20—0.
Производство сложно-смешанных медленнорастворимых удобрений без суш-
ки. По этой технологии исходные компоненты — двойной суперфосфат (нейтра-
лизованный, высушенный и содержащий 43% усв. Р2О5), сульфат калия и смесь
мочевиноформальдегидной смолы с водой в соотношении 1:1 и вода непрерывно
подаются на тарелку гранулятора. Из гранулятора выходит материал, содержа-
щий продукт конденсации карбамида с кротоновым альдегидом, который на-
правляется без сушки на расфасовку и затарку. Он содержит 12,7% N; 12,6%
Р2О5 (общ.); 10,2% Р2О5 (усв.); 9,8% Р2О5 (водораств.); 17,7% К2О; 3,4% влаги.
Аналогичные удобрения могут быть получены по несколько иной техноло-
гии. Карбамид, сульфат калия, двойной суперфосфат, А1 — фосфат непрерывно
подаются в смеситель. Полученная смесь обрызгивается 0,5%-ным водным рас-
твором полиакриловой кислоты (5% от массы смеси). В зависимости от марки
и состава удобрения норма раствора может быть увеличена до 15%. Затем
смесь через дозатор подается в тарельчатый гранулятор, имеющий кольцевые
каналы; одновременно со смесью вводится 3% раствора жидкого стекла (плот-
ность 1,038). Образовавшиеся гранулы размером 2—4 мм после выхода из внут-
ренней зоны гранулятора обрабатываются в первом канале 93%-ной серной
кислотой, расход которой составляет ~3% от массы смеси. Во втором канале
гранулы нейтрализуются тонкоизмсльченным обожженным доломитом. На ocHOq
ве вышеприведенных исходных компонентов получают гранулированные удобре-
ния марки 12—12—18.
150
Производство сложно-смешанных удобрений, содержащих азот в медленно-
усвояемой форме. Простой или двойной суперфосфат, сульфат калия и аммония,
карбамид непрерывно подаются в тарельчатый гранулятор. Гранулируемая смесь
опрыскивается ~24%-ным раствором муравьиного альдегида — НСНО, подкис-
ленным до рН=1, в результате чего происходит конденсация карбамида с
НСНО. Процесс конденсации регулируется путем изменения pH добавлением
кислот к одному или нескольким компонентам или использования кислых ком-
понентов.
Производство удобрений на основе смеси карбамида и сульфата аммония.
По этому методу в расплав карбамида вводится не более 20% кристаллического
сульфата аммония с размером частиц менее 0,5 мм. Расплав карбамида приго-
товляется плавлением его гранул, содержащих примерно 1% воды, в обогре-
ваемом паром плавильном аппарате. Кристаллический сульфат аммония полу-
чается как побочный продукт металлургического производства (из коксового
газа). При гранулировании смеси, состоящей из 20% (NH^jSOi и 80%
CO(NH2)2, получается продукт с содержанием 40% N и 4,5% S. При этом раз-
мер гранул равен 2,4—3,4 мм; гранулы после кондиционирования опудриваю-
щими добавками сохраняют хорошие физико-химические свойства во время
хранения. Описанный метод гранулирования дает лучшие результаты, чем ме-
тод с введением кристаллического (NH4)2SO4 в ретур.
Производство сложных удобрений
По этой технологии смесь разбавленной азотной, серной и термической фос-
форной кислот непрерывно поступает в нейтрализатор, куда одновременно по-
дается газообразный аммиак. Процесс нейтрализации проводится при темпера-
туре ~165 °C до рН=1,6 и мольного отношения NH3: Н3РО4=0,65. Из первого
нейтрализатора раствор (70—85%) направляется на вторую ступень нейтрали-
зации, откуда с рН=5—5,3, температурой 185—190 °C и остаточным содержа-
нием влаги ~5% подается в тарельчатый гранулятор диаметром — 4,44 м.
Дисковый гранулятор Пт=4,44 м и высотой борта 0,45 м изготавливается
из мягкой стали. Они оборудованы приводами, позволяющими изменять ско-
рость вращения диска; возвратно-поступательными скреперами и приспособле-
ниями для изменения угла наклона. Подаваемый плав разбрызгивается на слой
ретура в тарелке гранулятора. Из гранулятора полученные гранулы с темпера-
турой 105—110 °C направляются на предварительную сушку, откуда они с тем-
пературой 105 °C поступают на грохота. Крупная фракция и мелкая охлаждают-
ся в холодильнике (причем крупная фракция предварительно проходит дробле-
ние) и далее направляются в гранулятор. Товарная фракция 1—4 мм направ-
ляется в холодильник для предварительного охлаждения, где ее температура
снижается до 40 °C. Из холодильника продукт поступает в сушильный барабан
для окончательной сушки. Часть продукта из холодильника можно отводить
в качестве дополнительного ретура. Из сушильного барабана продукт направ-
ляется в холодильник, где он охлаждается до 60 'С. Охлажденный продукт
обрабатывается опудривающей добавкой в кондиционирующем барабане и да-
лее подается на расфасовку и упаковку.
Мощность установки 25 т/ч. Марки получаемых удобрений 30—10—10,
25—11—0, 25—25—0 на основе нитрата и фосфата аммония и 30—0—0—5 на
основе сульфата и нитрата аммония.
Процесс гранулирования улучшается, если продукт получается из расплавов
или высококонцентрированных растворов.
Дисковые (терельчатые) грануляторы
Дисковые грануляторы выпускаются различного диаметра (1—
6 м), высоты борта (0,27—0,61 м) и производительности (до
50 т/ч). Большинство грануляторов имеют наклон оси вращения
45—65° к горизонтали.
151
Промышленные дисковые грануляторы различаются конструк-
цией тарелки, борта, механизмов подачи сыпучих материалов и ув-
лажнителей, а также очистительных приспособлений и приводных
устройств.
У грануляторов ступенчатой конструкции значительно улучшен
эффект классификации. Для улучшения этого эффекта в тарель-
чатом грануляторе с высокими бортами применяют захватывающее
устройство, с помощью которого гранулы соответствующих раз-
меров непрерывно выпускаются за борт тарелки.
Установлено, что площадь поверхности тарелки, необходимая
для получения 1 т продукта в 1 ч, должна быть равной 1,1—
1,3 м2.
Тарелки цилиндрической формы имеют серьезные недостатки.
В них участки стыковки днища с бортом создают нерабочее про-
странство, где гранулирование не происходит, т. е. создается допол-
нительная непроизводительная нагрузка на привод тарелки, мощ-
ность которого приходится завышать. Кроме того, находящиеся
в этих участках несформировавшиеся гранулы разрушаются под
тяжестью расположенного над ними сырья. Толщина слоя сырья
в нерабочей зоне должна быть такой, чтобы не происходило разру-
шения гранул, а это ограничивает размеры и производительность
гранулятора.
В настоящее время разрабатываются более эффективные сфе-
рические тарелки. Благодаря использованию тарелки со сфериче-
ской поверхностью нерабочее пространство исключается, потреб!
ляемая мощность привода снижается, и рабочая полезная площадь
тарелки увеличивается.
Тарельчатый гранулятор (рис. 61) состоит из наклонно распо-
ложенной вращающейся тарелки 1, которая своим основанием
устанавливается на опорную стойку 6, представляющую собой
жесткую коробку, сварной конструкции. Привод тарелки осущест-
вляется от электродвигателя 3, расположенного на передвижной
плите, через клиноременную передачу, редуктор 4 и конической
колесо. К центральной стойке гранулятора крепятся кронштейны
с прикрепленными к ним ножами 7 для очистки дна и бортов та-
релки. Угол тарелки изменяется с помощью регулятора угла на-
клона 5.
Принцип действия гранулятора показан на рис. 62. Предва»
рительно смешанные компоненты или тонкоизмельченный супер-
фосфат подают в гранулятор в точке X, пластифицирующий аген1
разбрызгивают над материалом или вводят под его слой в коли-
честве, необходимом для агломерирования мелких частиц, которые
направляются скребком 6 в зону орошения. Крупные агломериро-
ванные частицы движутся к поверхности глубокого слоя 4 в ниж-
ней части тарелки и выгружаются из нее через борт, а мелкМ
остаются в слое 5 для дальнейшего агломерирования. Таким об-
разом, в грануляторе одновременно происходит и классификаций
гранул.
152
При удовлетворительной пластичности тонкоизмельченного
увлажненного материала окатывание его в неглубоком слое мел-
ких частиц дает такие же хорошие сферические гранулы, как при
аналогичных условиях во вращающемся горизонтальном барабане.
Конструкция и производительность тарельчатых грануляторов
могут быть различны, их выбирают в соответствии с заданной
мощностью технологической линии и видом получаемого удобрения
или другого продукта.
Рис. 61. Тарельчатый гранулятор:
1 — вращающаяся тарелка; 2 — течка для
подачи сыпучих компонентов; 3 — электро-
двигатель; 4 — редуктор; 5 — регулятор уг-
ла наклона тарелки; 6 — опорная стойка;
7 — ножи для очистки дна и бортов та-
релки; 8 — труба для удаления пыли;
5 — распределитель жидких компонентов.
Рис. 62. Принцип работы тарельча-
того гранулятора:
1 — подача твердых компонентов; 2 — по-
дача растворов; 3 — скребок; 4 — место
выгрузки продукта через борт; 5 — глубо-
кий слой материала; 6 — неглубокий слой
мелких частиц.
Характеристика применяемых дисковых грануляторов для гра-
нулирования различных продуктов приведена в табл. 18.
Для улучшения гранулометрического состава и повышения про-
изводительности гранулятора наклонные тарелки снабжаются
кольцевой перегородкой, вращающейся вместе с диском грануля-
тора. Между перегородкой и бортом устанавливается скребок.
Для обработки трудногранулируемых химических удобрений
применяют усовершенствованную (многоступенчатую) конструк-
цию наклонного гранулятора. Гранулятор имеет внутреннюю и на-
ружную чаши, которые установлены на общем вращающемся дни-
ще, наклоненным под углом 45—50° к вертикали. Внутренняя
чаша выполнена со ступенчатыми стенками. Смесь порошкообраз-
ного материала и связующего вещества, подаваемая на дно этой
чаши, при ее вращении пересыпается с одной ступени на другую,
перемещаясь к краю чаши. При этом происходит образование и
первичное окатывание гранул. С верхней ступени внутренней чаши
материал через край пересыпается в наружную чашу, где грану-
153
оо
Технологический режим гранулирования и характеристика тарельчатых
грануляторов
лирование заканчивается и гранулы удаляются через отверстие
в стенке наружной чаши. Время гранулирования составляет 16—
22 мин.
Другая конструкция гранулятора представляет собой вращаю-
щуюся тарелку £>>2 м, на которой вместо выступа на периферии
выполнены жестко связанные с тарелкой концентрические желоба
шириной 2^0,3 м и высотой 0,2 м, имеющие общее основание. Сы-
пучий материал непрерывно подается в центральную часть вра-
щающейся тарелки и смешивается с раствором, распыляемым с по-
мощью форсунок. Образующиеся мелкие гранулы по мере вращения
аппарата пересыпаются через стенки в первый желоб, где в течение
короткого времени они укрупняются до 1—2 мм, затем пересыпа-
ются во второй желоб, где укрупняются до 2—2,5 м, и наконец,
попадают в третий (наружный) желоб, откуда выходит готовый
продукт с размером гранул 3—4 мм. Через специальные форсунки
в отдельные желоба гранулятора добавляют различные жидкие
компоненты (например, водный раствор аммиака при гранулирова-
нии суперфосфата) или связующие вещества, повышающие проч-
ность гранул.
Такая конструкция тарелки позволяет получать многослойные
гранулы. Для этого на тарелку в соответствующие каналы пода-
ют определенные материалы, из которых образуются ядро и соот-
ветствующие оболочки. Глубина тарелки и каналов определяется
соотношением толщины ядра и слоев. Образование первого слоя
происходит в первом канале, второго — во втором и т. д.
Для уменьшения потерь NH3 и получения продукта, не тре-
бующего сушки, газообразный аммиак, кислоты и воду подают
через сопла под колокол, расположенный над верхней частью та-
релки гранулятора. Открытый конец колокола погружен в слой
гранулируемой смеси, находящейся на тарелке. Под колокол мож-
но вводить растворы карбамида, солей аммония.
Гранулятор такого типа может иметь несколько иное конст-
руктивное оформление. В этом случае смесь твердых компонентов
дозируется на вершину конического или полусферического зонта,
в центре которого установлено двойное сопло для подачи газооб-
разного аммиака и серной кислоты. Смесь падает с зонта в виде
завесы, опрыскиваемой жидкостью, на днище гранулятора.
Регулирование влажности гранулируемой смеси можно осу-
ществлять по мощности, потребляемой электродвигателем, вра-
щающим гранулятор, так как эта мощность зависит от нагрузки
на скребок.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ
Метод экструзии не получил широкого промышленного примене-
ния в производстве гранулированных минеральных удобрений.
Гранулирование методом экструзии осуществляется следующим
образом. Материал предварительно обрабатывается в смесителе,
где при интенсивном перемешивании ему придаются пластические
155
свойства путем добавления жидкой фазы, нагрева до температуры
размягчения и т. д. Затем пластифицированная масса под давле-|
пнем продавливается через специальные матрицы (рис. 63).
Качество гранул зависит от влажности материала, содержания
и типа связующего, размера и числа отверстий, формы ножа для
среза.
Рис. 63. Грануляторы экструзионного типа:
а — с, одним гладким н одним перфорированным барабаном; б — с двумя перфорированны-
ми барабанами; в — с вращающейся матрицей: 1 — валок; 2 — сырье; <5 — нож-скребок;
г—с неподвижной матрицей: / — матрица; 2— вращающиеся валки.
Устройство для гранулирования методом выдавливания пред-
ставляет собой два полых цилиндра, вращающихся в противопо-
ложном направлении. Между цилиндрами подается влажная смесь
(рис. 63, а). Один из цилиндров перфорирован. В его прорези вы-'
Рис. 64. Схематическое устройство экструдера:
/ — корпус экструдера; 2 — винт; 3 — сетка с калиброванными отверстиями; 4 — окаточный
барабан; 5 — иож; 6 — электрообогрев.
давливается материал в виде стержней, которые срезаются но*
жом. Для материалов, которые легко прессуются, оба цилиндра
выполняются перфорированными (рис. 63,6). На рис. 63 в, г при-
ведены другие варианты исполнения грануляторов экструзионного
типа (с вращающейся и неподвижной матрицами). Недостатками
этих грануляторов являются возможность забивки отверстий
и большой износ. Гранулятор экструзионного типа с одним перфо-
рированным и одним гладким цилиндром в зависимости от разме-
ров барабанов (0,6X0,6x0,9, 0,6x0,9X1,2) имеет производитель-1
ность до 4,0 т/ч.
156
Для получения сферических гранул цилиндрические частицы из
.экструдера направляются в машину для окатывания (горизон-
тальная вращающаяся тарелка с вертикальной ограничивающей
стенкой), которое осуществляется в слое порошкообразного мате-
риала с соответствующей добавкой связующего вещества. Полу-
чаемые частицы отличаются однородностью формы и размера,
имеют высокую прочность. Размер гранул легко регулируется. Од-
на из конструкций экструдера с окаточным барабаном представ-
лена на рис. 64.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
В последнее время все более широко проводятся научно-исследо-
вательские и проектные работы по гранулированию минеральных
удобрений в кипящем слое (КС). Сущность процесса заключает-
ся в том, что гранулирование с одновременной сушкой протекает
в рабочем объеме аппарата в потоке сушильного или охлаждаю-
щего агента, который проходит через газораспределительную ре-
шетку и образует кипящий слой частиц.
Раствор, пульпа или плав впрыскивается внутрь кипящего
слоя или распределяется над поверхностью слоя с предваритель-
ной упаркой в факеле распыления или без нее. Кипящий слой мо-
жет состоять из частиц гранулируемого продукта или предвари-
тельно полученных гранул (при получении многослойных сложных
удобрений). В последнем случае сущность процесса заключается
в том, что на непрерывно подаваемые в псевдоожиженный слой
гранулы небольшого размера (карбамид, нитрат аммония, аммо-
фос и др.) наносится слой впрыскиваемого раствора или плава,
которые кристаллизуясь на поверхности гранул, способствуют их
росту. Если кристаллизация прошла в объеме, образуются за-
родыши новых гранул. Гранулы, достигшие определенного разме-
ра, выводятся из аппарата.
К основным преимуществам данного способа относятся: не-
большие габариты высокая производительность установки; пра-
вильная сферическая форма получаемых гранул; возможность по-
лучения продукта необходимого гранулометрического состава;
максимальная степень контакта между твердыми частицами псев-
доожиженного слоя и теплоносителем и др.
Процесс осложняется необходимостью тщательной пылсочист-
ки газового потока, выходящего из аппарата; к его недостаткам
относится также различное время пребывания частиц в аппа-
рате.
Существенное влияние на процесс образования гранул и сушки
в кипящем слое оказывают свойства применяемых растворов
и пульп.
Для растворов, не содержащих твердых и коллоидных частиц,
вязкость которых близка к вязкости воды, не требуется предва-
рительной подготовки перед их вводом в слой (при повышенной
157
вязкости требуется подогрев). Хорошая дисперсность распыла та-
ких растворов достигается при сравнительно небольшом избыточ
ном давлении распыляющего агента (до 0,1—0,2 МН/м2, или 1 —
2 кгс/см2).
Пульпы и плавы, обладающие большой вязкостью и содержа
щие кристаллические или коллоидные составляющие, перед пода-
чей их в слой должны быть нагреты до полного растворения имею
щихся осадков и понижения вязкости или разбавлены (например,
пульпы нитрофосфатов); перемешаны для предотвращения оседа-
ния нерастворимых веществ; в них добавляются диспергаторы.
Вязкотекучие пульпы и плавы плохо поддаются распылению
распыливающими устройствами с небольшими отверстиями (1,5—
2 мм). Для достижения необходимой дисперсности частиц повы
шают давление (до 0,7 МН/м2, или 7 кгс/см2) распыляющего аген-
та и применяют распылители специальных конструкций.
При распылении раствора или плава образующиеся капли
прежде чем достигнуть объема кипящего слоя, соприкасаясь
теплоносителем, повышают свою концентрацию. При этом в ре
зультате постоянного испарения капля не перегревается, ее тем-
пература повышается, следуя за температурой кипения раствора
в капле при повышении ее концентрации.
Обычно в объеме кипящего слоя присутствуют мелкие частицы
(до 100 мкм) и крупные, образующиеся при соединении мелких
кристаллов гранями. Образование мелких кристаллов и их агло-
мерирование в гранулы зависят от физико-химических свойств
гранулируемого вещества, условий гранулирования и сушки, гид-
родинамического режима в аппарате.
По физико-химическим свойствам соединения, вводимые в про-
цесс в виде растворов, пульп и плавов, условно можно разделить
на следующие группы:
термически стойкие соединения (до 400—600°C): ZnSO4,
Na3PO4, NaCl и др.;
легкоплавкие и термически неустойчивые соединения (до 200 -j
250°C): (NH4)2, Na2HPO4, CO(NH2)2, NH4NO3, нитрофоска, нит-
роаммофоска и др.;
гигроскопичные продукты: NaOH, КОН, NH4NO3, СО(ЬШг)*
СаС12 и др.;
гидролизующие вещества: CO(NH2)2, MgCl2 и др.
Условность такой классификации заключается в том, что не
которые вещества могут быть отнесены одновременно к двум
классам.
Способы подачи в слой материалов и теплоносителя
(тепло- и массообменные процессы)
При сушке и гранулировании растворов и
одновременно протекают процессы массо-
скорость процесса определяется скоростью
пульп в кипящем слое
и теплообмена. Общая
движения тепла от гвв
158
за к каплям раствора или пульпы и от газа к зернам твердой фа-
зы, а также от зерен твердой фазы к каплям раствора и пульпы;
скоростью движения испаряемой влаги от поверхности капель к по-
току газа и от поверхности гранул к потоку газа. При этом темпе-
ратура гранул практически одинакова в любой точке кипящего
слоя, а температура подаваемого на псевдоожижение теплоноси-
теля после прохождения решетки становится равной температуре
гранул. Существенное влияние на массо- и теплообмен в кипящем
слое оказывают способ и место подачи раствора (или пульпы)
и теплоносителя в слой. По способу и месту подачи в псевдоожи-
женный слой распыленного раствора и теплоносителя существую-
щие установки для гранулирования и сушки растворов и пульп
можно разделить на следующие схемы.
1. Механическое или пневматическое распыление раствора или
пульпы над слоем с подачей всего теплоносителя под решетку ап-
парата. При этом теплоноситель подается под решетку аппарата
при высокой или умеренной температуре, а раствор или пульпа
распыляется форсункой центробежного типа. Вероятность среднего
времени пребывания в аппарате для всех гранул одинакова, что
позволяет ожидать равномерной сушки гранул. Во всех подобных
схемах процесс протекает в ограниченной зоне кипящего слоя, не-
посредственно над решеткой аппарата, в так называемой актив-
ной зоне кипящего слоя, высота которой колеблется от 6 до 50 мм
в зависимости от температуры, гидродинамики и дисперсности
слоя.
К недостаткам схемы относятся: повышенный удельный рас-
ход тепла на единицу испаренной влаги и невозможность интен-
сивного проведения процесса сушки и гранулирования растворов
и плавов термонестойких, легкоплавких и гигроскопичных • ве-
ществ.
2. Пневматическое распыление раствора или пульпы внутрь
слоя (сбоку) с подачей всего теплоносителя под решетку аппарата.
По этой схеме раствор или пульпа распыляется обычно пневмати-
ческой форсункой эжекционного действия, а теплоноситель подает-
ся под решетку при умеренной или высокой температуре. Вероят-
ность среднего времени пребывания в слое для всех гранул оди-
накова, и возможно достижение равномерной сушки гранул.
Недостатки этой схемы аналогичны недостаткам первой. Од-
нако для интенсификации упарки растворов термостойких и ту-
гоплавких веществ предпочтительнее первая схема, так как в ней
лучше гидродинамические условия, распределение раствора или
пульпы по объему слоя и, как следствие этого, больше перепад
температур при тех же затратах тепла.
3. Пневматическое распыление раствора над слоем с одновре-
менной подачей высокотемпературного теплоносителя в факел
распыления раствора или пульпы и теплоносителя на псевдоожи-
жение с умеренной температурой. Основной поток теплоносителя,
имеющего высокую температуру, подается в распылитель раство-
159
ра или плава. При этом факелы распыления раствора и теплоноси-
теля совмещены в пространстве. Прямоток основного теплоносите-
ля с раствором в факеле позволяет создать условия для наиболее
интенсивного испарения влаги. В этом случае влага удаляется
в основном в факеле распыла, а в кипящем слое происходит лишь
досушка гранул до требуемой остаточной влажности. При такой
схеме подачи раствора и теплоносителя образуются три зоны ак-
тивного тепло- и массообмена.
Первая зона — над решеткой аппарата — «активная зона ки-
пящего слоя», в которой происходят процессы тепло- и массооб-
мена между теплоносителем, подаваемым на псевдоожижение, и
гранулами слоя.
Вторая зона — зеркало кипения слоя, где происходит обмен
влагой и теплом между упаренными каплями распыленного рас-
твора и гранулами слоя. В зависимости от режима работы факела
и подачи раствора возможны следующие варианты тепло- и мас-
сообмена, происходящие в этой зоне:
капля упаренного раствора из факела, температура которой
выше температуры гранул, попадая на гранулу, отдает ей избы-
ток тепла. Происходит перераспределение влаги на поверхности
гранулы и частичное ее испарение;
капля упаренного раствора из факела распыления, температу-
ра которой ниже температуры гранул, попадая на гранулу, полу-
чает избыток тепла. Происходит перераспределение влаги на по-
верхности гранулы и частичное ее испарение;
на зеркало кипения попадают полностью высохшие частицы из
факела распыления, которые обмениваются теплом со слоем.
Третья зона — факел распыления раствора и совмещенный
с ним факел подачи высокотемпературного теплоносителя. При
совмещении в прямотоке факелов распыления раствора и высоко-
температурного теплоносителя происходит непрерывный и интен-
сивный процесс теплообмена теплоносителя с каплями распылен-
ного раствора или плава, в результате чего происходит интенсив-
ное испарение влаги из капель. При этом концентрация раствора
в капле непрерывно растет и постоянно соответствует насыщениЮ<
при температуре капли. Температура же капли также постоянно
растет, следуя за температурой кипения раствора в капле при по-
вышении его концентрации. Интенсивность испарения влаги из ка-
пель раствора зависит от теплового напряжения факела распыле-
ния. Причем температура капли не может подняться выше темпе-
ратуры кипения раствора, так как весь избыток тепла расходуется
на испарение влаги. После того, как концентрация в капле дости-
гает первичного насыщения, в ней начинают выпадать кристаллй
твердого вещества, а температура кипения оставшегося раствори
повышается.
Упарка продолжается до тех пор, пока капля находится в зоне
факела. Причем испарение почти всегда происходит с поверхности
капли. При этом может иметь место испарение всей влаги из кап-4
160
ли, и тогда в слой попадают маленькие частицы, состоящие из
кристаллов твердого вещества, которые затем достигают равно-
весной температуры и влажности в слое. Для того, чтобы равно-
весная влажность не превышала требуемой остаточной влажности
в готовом продукте, температура слоя должна быть достаточно
высокой. Таким образом, процесс сушки и гранулирования в псев-
доожиженном слое представляет собой кристаллизацию раствора
путем его перенасыщения при обработке теплоносителем, или крис-
таллизацию плава при его охлаждении воздухом.
Для повышения экономичности процесса сушки и гранулирова-
ния раствора по этой схеме тепловое напряжение факела уравно-
вешивается отводом тепла, в частности при испарении поступаю-
щей с раствором влаги, интенсивность которого зависит от степени
контакта капель с теплоносителем и его температуры. Обычно, на
практике начальную температуру факела принимают как можно
выше, чтобы иметь более высокую интенсивность сушки. Если в
кипящем слое всегда достигается равновесие по температуре
и влажности между теплоносителем и твердыми частицами, то
в факеле такое равновесие (между теплоносителем и распыленны-
ми каплями раствора) отсутствует, так как время пребывания
крупных капель в факеле меньше времени испарения их влаги.
Для осуществления интенсивного процесса выпаривания необ-
ходим температурный перепад между теплоносителем и каплями
распыленного раствора на всем протяжении факела. При распыле-
нии раствора и теплоносителя сверху, в надслоевом пространстве,
теплоноситель смешивается в конце факела с отходящими из слоя
газами и удаляется из сушилки. Поэтому для интенсивной и эко-
номичной выпарки раствора в факеле необходимо, чтобы темпера-
тура теплоносителя в конце факела, где капли уже достигают не-
обходимой концентрации, принятой для ввода их в слой, была бы
равна температуре кипения раствора при этой концентрации или
незначительно превышала бы ее. В этом случае испарение в факе-
ле будет интенсивным, а теплопотери оптимальными.
Для получения раствора более высокой концентрации в каплях
в конце факела необходимо иметь более высокую температуру,
соответствующую точке кипения раствора при заданной более вы-
сокой концентрации. Поэтому температура капель в конце факела
всегда выше температуры слоя; температура отходящих газов
также всегда несколько выше температуры слоя, так как в резуль-
тате слияния потоков теплоносителей факела и слоя она соответ-
ствует среднему значению температуры для этих потоков. Следо-
вательно, общей характеристикой схемы является неполное погло-
щение тепла в аппарате и отсюда — повышенный удельный расход
тепла на единицу испаренной влаги. Однако интенсивность ис-
парения в объеме факела настолько велика, что всегда наблюдает-
ся падение температур за счет испарения. Поэтому температуры
слоя, конца факела и отходящих газов отличаются друг от друга
незначительно.
11—1810
161
4. Пневматическое распыление раствора внутрь слоя (снизу
вертикально вверх от решетки) с подачей высокотемпературного
теплоносителя в факел распыления раствора и теплоносителя при
умеренной температуре на псевдоожижение. В этом случае основ-
ной поток теплоносителя (высокотемпературный) подается в рас-
пылитель раствора таким образом, что факелы распыления раство-
ра и подачи теплоносителя совмещены в пространстве и находят-
ся внутри кипящего слоя, в результате чего внутри него образу-
ются зоны локального фонтанирования, способствующие интенси-
фикации гидродинамического режима псевдоожижения. При такой
схеме подачи раствора и теплоносителя образуются две зоны ак-
тивного тепло- и массообмена.
Первая зона — над решеткой аппарата — «активная зона кипя-
щего слоя», в которой происходят процессы тепло- и массообмена
между теплоносителем, подаваемым на псевдоожижение, и части-
цами слоя. В этой зоне разность температур теплоносителя и слоя
невелика. Для снижения влажности готового продукта повышают
температуру теплоносителя, а поэтому и слоя. Но с увеличением
температуры слоя возрастает температура отходящих газов и тем
самым уменьшается к.п.д. использования тепла.
Вторая зона — факел распыления раствора и совмещенный
с ним факел подачи высокотемпературного теплоносителя. В этой
зоне выпаривается основная масса влаги, поступающей в факел
распыления с исходной смесью.
Факел распыления, помещенный внутри слоя, имеет значитель-
но меньшие размеры, чем свободный факел предыдущей схемы.
Диаметр и высота факела зависят от скорости истечения и объема
воздуха, подаваемого на распыление раствора, и теплоносителя,
подаваемого в факел. Высота факела не должна превышать вы-
соты кипящего слоя. При этом тепловое напряжение факела урав-
новешивается интенсивностью испарения поступающей с раство-
ром влаги.
•При большой скорости газов в факеле или недостаточной высо-
те кипящего слоя факел может выйти за его пределы. О наличии
такого нарушения свидетельствует повышение температуры отхо-
дящих газов по сравнению с температурой слоя при постоянном
расходе раствора и постоянной начальной температуре теплоноси-
теля. Это ведет к увеличению потерь тепла и неполному использо-
ванию возможностей псевдоожиженного слоя и факела.
Часть влаги испаряется в слое, поэтому температура слоя
всегда ниже, чем начальная температура теплоносителя, подавае-
мого на псевдоожижение.
При большом избытке тепла происходит полное испарение вла-
ги из капель факела. Процесс испарения заканчивается раньше,
чем капли достигнут слоя. В этом случае наблюдаются перегрев
сухих частиц, повышение температуры слоя и уменьшение разно-
сти между начальной температурой теплоносителя, подаваемого
на псевдоожижение, и температурой слоя. Это приводит к ухуп-
162
шению экономических показателей процесса и возможному оплав-
лению гранул. В таких случаях увеличивают подачу раствора
в аппарат.
При нормальном режиме факела распыления оплавление гра-
нул слоя на решетке не происходит, так как начальная температур
ра теплоносителя всегда несколько меньше или равна температуре
начала плавления или разложения продукта, а температура слоя
может быть значительно ниже.
Элементы гидродинамики в аппаратах кипящего слоя
Механизм псевдоожижения в аппаратах с подачей газа через не-
большие круглые отверстия в решетке упрощенно можно предста-
вить следующим образом. При подаче газа через отверстия над
ними образуются газовые каналы — фонтанчики, площадь попе-
речного сечения и высота которых несколько возрастают с уве-
личением высоты слоя и скорости газа. При определенной частоте
отверстий решетки каналы могут сливаться в более заметные оча-
ги фонтанирования. Частицы движутся вверх со струями газа, вы-
ходящими из отверстий решетки, а в межструйных пространствах
движутся вниз, благодаря чему достигается хорошее перемешива-
ние слоя. Зона псевдоожиженного слоя от решетки до уровня, где
перестают действовать эти каналы, называется зоной гидродина-
мической стабилизации.
Скорость начала образования взвешенного слоя (wKpi) для ша-
рообразных частиц рассчитывается с помощью уравнения:
Аг______
екр= 1400+ 5,22/Аг
отсюда
ус Аг
U’K₽I“ d ’ 1400.5>22/Аг
Уравнение выведено с помощью методов теории подобия и со-
держит безразмерные комплексы, характеризующие соотношений
различных сил, действующих на частицу в потоке газа. Безраз-
мерные комплексы такого типа называют критериями и обознача-
ются первыми двумя буквами имени ученого. Здесь оба критерий
определяют гидродинамическое подобие системы газ (жидкость) —
твердый материал, причем
wKpId Л d3(P —РсН
Re*p=-4^- Аг=~~у?к—
где wKPi — критическая скорость потока, соответствующая началу образования
взвешенного слоя, м/с; d — диаметр частиц, м; vc — коэффициент кинематиче-
ской вязкости среды, м2/с; р, рс — плотность частиц и среды, кг/м3; g — уско-
рение свободного падения, м/с2.
11
163
Приведенное уравнение можно применять для полидисперсного
слоя с учетом отличия формы частиц от шарообразной с помощью
уравнения
___________ d = tpdin
где <р=У0,207-/?/К2/8—коэффициент формы; F—поверхность частиц, м2; V —
объем частиц, м3; </ш — диаметр шара, объем которого равен объему частицы, м.
Рис. 65. Номограмма для определения скорости потока газа или диаметра твер-
дых частиц в зависимости от порозности слоя.
Для полидисперсного слоя, состоящего из п фракций частиц
различного диаметра
г=1
164
Уравнение применимо для беспорядочной засыпки слоя, когда
можно считать начальную порознь ео равной 0,4, и дает погреш-
ность ±20%.
Критическую скорость начала образования взвешенного слоя
аУкрг рассчитывается также по формулам или по номограмме
(рис. 65). Такая номограмма позволяет определять: 1 — скорость
газового потока w, необходимую для достижения заданной пороз-
ности взвешенного слоя, состоящего из шарообразных частиц
диаметром d, или 2 — диаметр частиц d, приводимых во взвешен-
ное состояние с помощью газового потока заданной скорости. Но-
мограмма удобна для пользова-
ния, но дает погрешность более
±20%.
Порознь взвешенного слоя ха-
рактеризуется отношением объ-
ема пустот Кел—Утв к объему
всего слоя Усл
Тел Ттв ( VTB
е= Тел Ул
Для неподвижного моноди-
сперсного слоя сферических ча-
стиц е=0,47; для неподвижного
полидисперсного слоя при узком
диапазоне диаметра частиц
е«0,4; равномернокипящий слой
Рис. 66. Зависимость между гидрав-
лическим сопротивлением слоя и
скоростью ожижающего агента:
АВ — неподвижный слой; ВС — взвешен-
ный слой.
без пузырей и фонтанов характе-
ризуется порозностью е=О,бб—0,75.
Перемешивание слоя увеличивается с повышением скорости
псевдоожижающего агента w и, следовательно, с увеличением е.
Максимум перемешивания псевдоожижающего слоя достигается
при е=0,7. При дальнейшем увеличении w и в перемешивание
слоя ухудшается.
Скорость газа, при которой происходят разрушение взвешен-
ного слоя и унос из него частиц шКрп (рис. 66) рассчитывают по
уравнениям или определяют с помощью номограммы (рис. 65).
Максимальный унос [в кг/(м2-ч] из слоя материала находят
из уравнения: ________
__ У
max — р
где k — константа скорости уноса, определяемая опытным путем; GB — началь-
ная производительность аппарата по твердой фазе, кг/ч; Со — массовая доля
мелких частиц в поступающем в аппарат материале; тСп—масса материала в
слое, кг; Fo — площадь поперечного сечения аппарата.
При недостаточно равномерном распределении газового потока
во взвешенном слое унос возрастает.
Гидравлическое сопротивление взвешенного слоя примерно рав-
но весу слоя, приходящемуся на единицу площади решетки. При
165
неизменном содержании твердой фазы в слое (в отсутствие уно-
са) гидравлическое сопротивление взвешенного слоя можно счи-
тать постоянным.
ДРсл = Осл/^сл = const
Гидравлическое сопротивление слоя, взвешенного в аппарате
большого диаметра с постоянным поперечным сечением, распреде-
ляют по уравнению:
Д^сл = (Р — Pc) gH (1 — е) = (р — рс) g#о (1 — ео)
Если ожижающий агент — газ (р^>рс), то уравнение упрос-
тится:
Д^сл = (>gH 0 — е) = pgHo (1 — е0)
При небольшой высоте слоя особенно сильно сказывается влия-
ние конструкции газораспределительного устройства.
Обычно площадь свободного сечения газораспределительных
решеток составляет 2—8% их общей поверхности, в то время как
живое сечение слоя частиц перед псевдоожижением составляет
~40%. В результате такой разницы в живых сечениях слоя и ре-
шетки газ выходит из отверстий решетки в виде струй с осевой
скоростью почти на порядок, превышающий скорость в основной
зоне слоя. При использовании слоев малой высоты расчетная зона
гидродинамической стабилизации может оказаться больше высоты
слоя. Поэтому высоту слоя приходится увеличивать в 2—4 раза
по сравнению с высотой действия струй, тем более, что высота зо-
ны гидродинамической стабилизации Нс приблизительно соответ-
ствует высоте тепловой стабилизации, т. е. минимально необходи-
мой для завершения теплообмена. На основании эксперименталь-
ных данных можно принять, что при незначительном расширении
слоя (е—0,55) для частиц размером около 1 мм профиль скоро-
стей выравнивается на высоте Нс, примерно в 20 раз превышаю-
щей диаметр отверстия решетки.
Для больших скоростей псевдоожижения, когда в = 0,6—0,8,
и частиц большего диаметра (3—4 мм) зона Нс значительно уве-
личивается, но не оказывает большого влияния на гидродинамику
всего слоя, если высота последнего больше зоны Нс в три раза
и более.
Обычно высота кипящего слоя значительно больше высоты ак-
тивной зоны. Это устраняет резкое нарушение теплового равно-
весия.
При сушке и гранулировании растворов и плавов на практике
оказывается (с точки зрения теплообмена и поведения слоя) це-
лесообразнее не однородное псевдоожижение, а режим интенсив-
ного кипения с локальным центробежным фонтанированием, не вы-
ходящим за пределы кипящего слоя. Такой режим хорошо предо-
храняет кипящий слой от агрегирования и комкования частиц
и образования застойных зон на решетке.
166
При очаговом кипении псевдоожиженного слоя, поднимающие-
ся в центре очага частицы отбрасываются к стенке аппарата.
Обычно очаги кипения характеризуются большой скоростью газа.
В центре решетки очаг часто гасится опускающимися частицами.
С увеличением высоты слоя растут диаметры очагов.
Картина равномерного очагового кипения изменяется при числе
псевдоожижения 3,5—4 (число псевдоожижения — это отношение
скоростей ожижающего агента w и начала псевдоожижения wKp.i).
В этом случае все очаги стремятся слиться в один центральный.
Частицы поднимаются в центре аппарата и опускаются по краям,
ближе к стенкам.
При введении раствора в промышленный аппарат в одной или
нескольких точках его распределение по объему слоя будет нерав-
номерное, в результате чего локальные (местные) коэффициенты
тепло- и массообмена в нем существенно отличаются. Это ведет
к созданию в отдельных местах повышенной влажности частиц
слоя и затуханию кипения, а в других местах, наоборот, — очагов
проскока газовых пузырей. Чем больше диаметр аппарата, тем
сильнее сказываются эти эффекты.
Газораспределительные и выгрузочные устройства
аппаратов кипящего слоя
Гидродинамика (сопротивления, распределение и характер пото-
ков и пр.) в аппаратах КС зависит от его формы и в большей сте-
пени от конструкции газораспределительного устройства. При кон-
струировании аппаратов для одновременной сушки и гранулиро-
вания растворов и пульп учитывают большую склонность слоя
к слипанию при неравномерном распределении теплоносителя, осо-
бенно при большой производительности аппарата. Обычно в аппа-
ратах КС в качестве газораспределительного устройства применя-
ют провальные (перфорированные и щелевые наборные) и бес-
провальные решетки.
Провальные решетки первого типа представляют собой оди-
нарный металлический перфорированный лист, на котором во вре-
мя работы удерживается слой материала. В зависимости от диа-
метра аппарата толщина решетки может быть в пределах 2—
15 мм, живое сечение 2—8%. Во время прекращения подачи теп-
лоносителя возможен провал частиц в нижнюю часть аппарата,
где происходит его оплавление. Щелевые или колосниковые ре-
шетки применяются в крупных аппаратах. Они обычно набира-
ются из отдельных пластин или секций колосников.
К решеткам беспровального типа относятся: пористые керами-
ческие плиты; перфорированные листы, покрытые сверху сеткой;
сдвоенные параллельно перфорированные листы, скрепленные
между собой таким образом, что отверстия одного листа смещены
относительно отверстий другого; колпачковые беспровальные та-
релки.
167
Для сушки и гранулирования растворов и пульп наибольшее
применение в аппаратах КС нашли провальные решетки в виде
перфорированного листа и беспровальные перфорированные ли-
сты, покрытые сверху сеткой.
В газораспределительных устройствах провального типа (ко-
лосниковые решетки) часто наблюдается провал наиболее круп-
ных частиц сквозь решетку при скоростях газового потока, мень-
ших скорости витания (wEIIT« &уКр.п) этих частиц. Для предотвра-
щения этого явления принимают скорость газа в отверстиях
решетки
--- 5 — 6швит
Гидродинамика псевдоожижения и время пребывания частиц
материала в слое в значительной степени определяются устройст-
вом для непрерывного отбора гранул.
Выгрузка гранул из аппарата КС может быть осуществлена
как сверху, так и снизу. В первом случае выгрузное отверстие
представляет собой переточный барьер и течку, ведущую в бун-
кер. Регулирование процесса отбора гранул не требуется, так как
уровень слоя поддерживается самопроизвольно, а избыток гранул
перетекает через барьер в течку и далее в бункер. Верхняя вы-
грузка гранул позволяет избежать применение запорных и дози-
рующих механических элементов. Такая выгрузка возможна при
условии, когда диаметр камеры КС не слишком мал по отношению
к его высоте и исключает непосредственное попадание сырых
и увлажненных частиц в течку.
Если в слое возможно комкообразование или появление очень
крупных частиц, которые, как правило, не могут подняться на
поверхность слоя и оседают на решетке, то для обеспечения их
выгрузки и предотвращения покрытия всей решетки фильтрую-
щим слоем комков и крупных частиц применяется нижняя выг-
рузка. Нижнее выгрузное устройство представляет собой простую
течку с обязательной установкой дозирующего шнека, с помощью
которого осуществляют отбор гранул. Конструктивно выполнить
отбор гранул на уровне решетки затруднительно, поэтому его ве-
дут несколько выше, что затрудняет выгрузку крупных частиц.
Иногда предусматривают одновременно верхнюю и нижнюю]
выгрузки. В этом случае на нижней течке обязательно устанавли-
вается дозирующий затвор.
Рассмотренные выгрузочные устройства не позволяют осуществ-
лять отбор частиц заданного размера. Ситовой анализ гранули-
рованного продукта, отбираемого из нижней течки, показывает,
что крупность частиц колеблется в широких пределах (от 0,01 до
4 мм). Даже в цилиндрическом аппарате с отношением высоты
слоя к диаметру решетки Нсл : £>= 1,5—2, независимо от располо-
жения выгрузного отверстия по высоте слоя, гранулометрический
состав отбираемого продукта колеблется также в широких предел
лах.
168
При подаче в выгрузочное отверстие встречного потока возду-
ха возможно регулирование гранулометрического состава продук-
та. Расход воздуха подбирается таким образом, чтобы его ско-
рость в течке была не выше скорости витания частиц товарной
фракции. Мелкие частицы будут уноситься потоком воздуха об-
ратно в слой. Однако это выгрузочное устройство не обеспечивает
вывода крупных комков с решетки аппарата.
Если в выгрузном отверстии, расположенном в центре решетки,
обеспечить скорость воздуха, несколько превышающую скорость
витания средних и малых частиц и несколько меньшую скорости
витания больших частиц, то удается обеспечить стабильный отбор
сравнительно узкой фракции частиц. Диапазон разброса товарной
фракции по диаметрам составляет примерно 2,5—3,5 мм при сред-
нем диаметре гранул 3 мм. Причем самых мелких гранул (2,5 мм)
и самых крупных (3,5 мм) содержится от 10 до 20% к основной
фракции.
Время, пребывания и скорость роста частиц в кипящем слое
При непрерывной подаче и выгрузке продукта и интенсивном его
перемешивании в кипящем слое время пребывания отдельных ча-
стиц в аппарате будет различное. Среднее время пребывания ча-
стиц в псевдоожиженном слое оценивается по уравнению
тср = Л4СЛ/Ь
где А1Сл—масса твердого материала в слое; L — расход твердой фазы, кг/с
или кг/ч.
Время пребывания любой частицы, попадающей в кипящий слой,
может изменяться от нуля до бесконечности. Естественно, вероят-
ность крайних случаев бесконечно мала.
Среднее время пребывания частиц в кипящем слое может ока-
заться недостаточным для их роста до среднего размера. Поэто-
му пребывание всех частиц в слое ограничивают временем, необ-
ходимым для образования гранул заданного размера. Выше гово-
рилось, что применение сепарационного выгрузного устройства
с отдувкой мелких и средних гранул, не достигших заданного раз-
мера, позволяет снизить выход мелкой фракции. Добавим, что при
этом уменьшается слеживаемость продукта, улучшаются условия
гранулообразования в кипящем слое и несколько упрощается тех-
нологическая схема.
Вероятность попадания в товарный продукт более мелких и
крупных гранул невелика. Установлено, что при заданном среднем
диаметре гранул готового продукта — 3 мм, в товарный продукт
попадают также гранулы с размером 2—2,5 мм до 2,5—3% и гра-
нулы с размером 3,5—4 мм до 2,5—3,5% по весу, которые нахо-
дятся в аппарате несколько меньше или больше времени, чем
среднее (тср). Средняя скорость роста wp гранул размера сГср оп-
ределяется по уравнению:
Шр = 4ср/тр
169
Гранулирование удобрений в кипящем слое
Гранулообразование в кипящем слое с распылением растворов или
пульп форсунками происходит следующим образом.
Уже отмечалось, что если кристаллизация из растворов про-
текает в объеме, то идет зарождение новых мелких гранул.
В этом случае рост существующих гранул не происходит, или поч-
ти не происходит; а увеличивается лишь число мелких частиц
в слое. Преобладание этого процесса указывает на чрезмерный
распыл раствора или повышенный теплообмен в факеле. Для сдви-
га процесса в сторону роста гранул увеличивают подачу раствора,
уменьшают температуру факела распыления, или производят сме-
ну сопла форсунки для более крупного распыла.
Если кристаллизация протекает на поверхности существующих
гранул с непрерывным увеличением их размера, образование но-
вых центров происходит очень медленно или они не образуются
вообще. При непрерывной выгрузке гранул это ведет к обеднению
слоя; число гранул в слое уменьшается, хотя общий вес его мо-
жет оставаться постоянным за счет роста размера гранул. В этом
случае необходим рецикл мелких гранул, служащих центрами гра-
нулообразования, повышение температуры факела распыления и
удаление факела из слоя.
Гранулообразование происходит и за счет слипания двух или
нескольких мелких гранул в следующих случаях: когда в факеле
распыла и в слое плохо организован теплообмен, что приводит
к образованию комочков или залипанию слоя; когда при опреде-
ленных физических свойствах продукта образуются гладкие, не
пористые гранулы, и не происходит быстрого перераспределения
влаги, попавшей на их поверхность. В целях нормализации про-
цесса повышают температуру в слое и в факеле распыла раствора
или устанавливают форсунки для более тонкого распыла.
Чаще всего на практике преобладающее значение имеет один
из первых двух механизмов гранулообразования в зависимости от
условий проведения процесса и свойств самого материала. Про-
цесс грануляции при сушке растворов в кипящем слое может хо-
рошо протекать только при интенсивном перемешивании и много-
кратном орошении всех частиц слоя раствором при условии высы-
хания раствора после каждого орошения. Это означает, что по-
верхностный слой напыленного на гранулу раствора должен успеть
высохнуть за время движения гранулы от одного цикла наслоения
до другого, или до выгрузки после последнего цикла наслоения.
При обволакивании центра гранулообразования (гладкого
кристаллика или пористой частицы) каплей упаренного раствора
в основном удаляется поверхностная влага и влага, легко диффун-
дирующая на поверхность. Для быстрого удаления этой влаги под-
держивают необходимые условия интенсивного теплообмена (по-
дача высокотемпературного теплоносителя).
170
В технике сушки и гранулирования растворов и пульп в ки-
пящем слое представляет интерес максимальный размер гранул,
который зависит от плотности сухого продукта и скорости псевдо-
ожижения. Для материалов плотностью I—1,2 г/см3 размер гра-
нул можно увеличивать до 8—10 мм. С ростом плотности верх-
ний предел гранул снижается, так как с увеличением массы зерна
растет критическая скорость псевдоожижения, что ведет к повы-
шенному расходу воздуха. Кроме того, наблюдаются некоторые
нарушения псевдоожижения, препятствующие равномерному про-
теканию процесса при тяжелых гранулах. С точки зрения гидроди-
намики максимальный размер гранул плотностью более 1,2 г/см3
снижается до 4—6 мм. При этом наблюдаются осаждение наибо-
лее крупных гранул на дне аппарата и повышенный унос мелкой
фракции с отходящими газами.
Существенное влияние на процесс гранулообразования в кипя-
щем слое имеет диапазон размера гранул. Если этот диапазон
велик — наступает некоторая сегрегация зерен даже при обычном
псевдоожижении. Максимальный диапазон размера гранул, при
котором отсутствует сегрегация, определяется отношением макси-
мального размера гранул к минимальному. Для сушки и гранули-
рования эта граница была практически определена равной 6—10.
При расширении этого диапазона в зависимости от установленного
расхода газа наступает либо унос мелкой фракции из аппарата,
либо накопление более крупных гранул в кипящем слое.
Характер гранулообразования зависит от ряда факторов, ос-
новными из которых являются: физико-химические свойства обез-
воживаемого продукта, способ подачи раствора в псевдоожижен-
ный слой, удельная производительность по раствору и сухому про-
дукту, температура слоя и теплоносителя, степень распыления
раствора, интенсивность орошения слоя раствором, особенности
конструкции аппаратов, и т. д.
Большое влияние на гранулирование оказывает расстояние
между осью форсунки и зеркалом кипения слоя при горизонталь-
ном факеле, или от сопла форсунки до зеркала кипения слоя.
Существенное влияние на кинетику гранулообразования ока-
зывает удельное орошение слоя жидкости q, равное отношению
расхода жидкости Gp к площади сечения аппарата Fo.
Уменьшение значения q приводит к лучшему распределению
жидкости по поверхности частиц слоя. Влияние удельного ороше-
ния на кинетику гранулообразования может рассматриваться
только во взаимной связи с интенсивностью переноса влажных
гранул от поверхности орошения в глубь слоя. Важен правильный
выбор типа распылителя и места его установки.
В большинстве случаев средний размер частиц возрастает при
понижении температуры слоя. Для некоторых веществ наблюда-
ется рост гранул с увеличением скорости ожижающего агента.
Управление процессом гранулирования в кипящем слое произ-
водится с учетом этих параметров.
171
Производство сложно-смешанных удобрений в виде
двухслойных гранул
Процесс производства многослойных комплексных удобрений
в псевдоожиженном слое отличается хорошей маневренностью и
позволяет получать широкий ассортимент удобрений с различным
соотношением питательных веществ, снизить гигроскопичность и
улучшить их качество, а также уменьшить потери основного
сырья, которые особенно ощутимы в результате разложения и не-
желательных химических реакций в процессе сушки и гранулиро-
вания удобрений.
Производство карбоаммофоски и карбоаммофоса
Технологическая схема процесса приведена на рис. 67. По этой схеме экстрак-
ционная фосфорная кислота (25—27% Р2О5) нейтрализуется газообразным ам-
миаком в аммонизаторе 12 до рН=4—4,5. Затем полученный раствор моноам-
Рис. 67. Производство карбоаммофоски н карбоаммофоса:
1 — воздуходувка; 2 — газовая топка; 3 — сушилка-гранулятор с псевдоожиженным слоем;
4 — дозатор продукта; 5 — тарельчатый выгружатель; 6 — воздушный сепаратор; 7 — циклон;
3 — мокрый скруббер; 5 — хвостовой вентилятор; 10 — дозатор карбамида; 11 — узел загруз-
ки; 12 — реактор; 13 — центробежный насос.
монийфосфата центробежным насосом 13 через форсунку 4 вводится в псевдо-
ожиженный слой аппарата 3 — сушилки гранулятора с кипящим слоем, куда
одновременно через дозатор 11 и форсунку 4 вводится гранулированный карб-
амид с размером частиц 1—2 мм.
Диспергирование пульпы осуществляется механической форсункой центро-
бежного типа (см. рис. 31, в) при давлении до 0,4 МН/м2 (4 кгс/см2). Свободное
пространство в слое, необходимое для распада струи образуется в результате
истечения части сушильного агента, подаваемого воздуходувкой через кольце-
вой зазор между форсункой и штуцером. Для создания устойчивого газового
факела достаточна скорость нстечення 20—60 м/с. Обдувающий форсунку газ
может одновременно транспортировать гранулы карбамида в псевдоожиженный
слон, благодаря чему обеспечивается компактность узла загрузки.
Показатели процесса получения двухслойных гранул сложно-
смешанных удобрений приведены ниже (стр. 173):
172
Сушилка-гранулятор в зоне расположения псевдоожиженного
слоя выполняется в виде усеченной пирамиды, в нижней части ко-
торой устанавливается газораспределительная решетка с пло-
щадью живого сечения 8%. В нижнюю часть аппарата подается
топочный газ, получаемый от сжигания природного газа.
Гранулированный продукт из кипящего слоя непрерывно отво-
дится через дозатор 10 в воздушный сепаратор с псевдоожижен-
ным слоем. Мелкие гранулы из сепаратора возвращаются в аппа-
рат, а товарный продукт через тарельчатый выгружатель 7 далее
поступает на охлаждение и упаковку. Отработанный сушильный
агент из верхней части аппарата направляется на двухступенча-
тую очистку в аппараты 5, 8.
Соотношение питательных веществ в продукте зависит от его
гранулометрического состава:
Содержание общее, %
Фракция, мм N Р2О6 N: Р2О6
>3 29,77 44,38 0,67
2—3 33,91 32,48 1,04
1—2 34,25 25,70 1,33
0,5—1 36,36 26,17 1,38
Средняя проба 34,12 31,47 1,08
При установившемся режиме сушки получается продукт посто-
янного химического и гранулометрического (рис. 68) состава.
В случае необходимости соотношение питательных веществ и гра-
Рис. 68. Интегральные кривые
распределения по размерам
для карбамида (кривая 1) и
для двухслойных гранул карб-
амид—аммофос—КС1 (кривая
2) при соотношении N:P2Os:
: К2О=1 -.1:1.
нулометрический состав продукта можно регулировать изменени-
ем расхода гранулированного карбамида.
Установлено, что прочность гранул, покрытых слоем аммофоса,
значительно выше по сравнению с прочностью гранул чистого
карбамида. Нагрузка, при которой происходит разрушение двух-
174
слойных гранул, возрастает с увеличением диаметра частиц и сни-
жением их влажности:
Размер гранул, мм...........................
Прочность гранул, гс
при влажности 0,6% • -
» * 1,23%....................
3,0 2,5 1,5 1,0
3980 2110 886 314
3095 1305 580 266
Слеживаемость двухслойных гранул зависит от их влажности
и от наличия в продукте гранул карбамида, не обработанных ам-
мофосом (проскок). При влажности менее 1% двухслойные гра-
нулы не слеживаются при хранении в бумажных мешках в тече-
ние 6 месяцев. Слеживаемость продукта становится значительной
при содержании в нем гранул карбамида более 10%. Поэтому ре-
жим сушки двухслойных гранул в аппарате с псевдоожиженным
слоем весьма важно регулировать таким образом, чтобы обеспе-
чить небольшое содержание необработанных гранул карбамида
и достаточно низкую влажность продукта.
Влажность продукта зависит от температуры слоя, относитель-
ной влажности отработанного сушильного агента и времени пре-
бывания частиц в сушилке. С увеличением температуры слоя
влажность гранул уменьшается, однако при 80 °C резко возраста-
ет скорость разложения карбамида, что ухудшает качество гото-
вого продукта.
Процесс роста двухслойных гранул идет устойчиво, без образо-
вания из пульпы мелких частиц и агломератов, примерно при 78 °C.
С увеличением относительной влажности сушильного агента (ср)
для данной температуры слоя влажность гранул возрастает. При
ср >22 % слой увлажняется настолько, что режим псевдоожижения
нарушается.
Вероятность попадания гранул в зону орошения до того, как
они выйдут из слоя, увеличивается при удалении друг от друга
мест загрузки карбамида и выгрузки продукта. Для обеспечения
непрерывной работы аппарата наиболее целесообразно осуществ-
лять нижнюю выгрузку продукта, а карбамид подводить сверху,
вблизи форсунки распыления пульпы. Чтобы поддерживать наибо-
лее благоприятный режим истечения газовой струи, форсунку раз-
мещают в зоне псевдоожиженного слоя на глубине не менее 0,8
от длины факела. Для увеличения поверхности орошения в слое
создают факелы большого объема и заглубляют форсунки в слой
на 400—500 мм. В этом случае, унос составляет не более 3—4%,
что значительно меньше уноса при верхнем расположении форсун-
ки. Поэтому, пульпу следует подавать в нижнюю часть слоя,
а карбамид целесообразно загружать снизу, максимально прибли-
жая место его загрузки к факелу пульпы.
Для уменьшения проскока применяют также многосекционный
аппарат, что позволяет выравнивать время пребывания отдельных
частиц в слое. Уже двухстадийное проведение процесса обеспечи-
вает практически полную обработку гранул карбамида аммофо-
сом. На первой стадии в аппарат загружают карбамид и форсун-
175
кой подают пульпу из расчета соотношения компонентов в продук-
те N:P2O5=2:1. На второй стадии этот продукт обрабатывают
пульпой аммофоса до соотношения N:P2Og=l:l. Выгрузку на
обеих стадиях осуществляют непрерывно. Проскок карбамида по-
*сле первой стадии составляет 14%, после второй — 0,8%.
Двухслойные гранулы высокого качества получают путем суш-
ки пульпы влажностью 20—25% при температуре слоя 78°C, тем-
пературе ожижающего и распыливающего агента 120—125 °C, их
удельном расходе 10 кг на 1 кг продукта. Аппарат устойчиво ра-
ботает при удельной производительности 800—1000 кг/(м2-ч). До-
пустимый проскок карбамида в односекционном аппарате обеспе-
чивается пневматической подачей гранул в псевдоожиженный
слой.
Карбоаммофос может быть получен и по другой технологии:
50%-ная фосфорная кислота разбрызгивается пневматической фор-
сункой до размера капель порядка 50 мкм и осаждается на грану-
лах псевдоожиженного слоя. В качестве первоначальной подсушки
используется гранулированный карбамид. Псевдоожижающий
агент — аммиачно-воздушная смесь, содержащая 1—1,5% NH3 —
при 70—90 °C подается в нижнюю часть аппарата. Нейтрализация
и сушка происходят не только на поверхности крупных частиц по-
сле осаждения капель раствора фосфорной кислоты, но и в период
свободного пробега их до встречи с крупными гранулами. За это
время капля раствора фосфорной кислоты может полностью или
частично нейтрализоваться аммиаком, высохнуть и потерять силы
сцепления с гранулой. Такие частицы не будут укрупнять гранулы,
а сами станут центрами гранулообразования (или будут вынесе-
ны из аппарата в циклон).
Производство карбамида
Гранулирование растворов карбамида концентрацией ~70%
в аппаратах КС при высокой удельной производительности сопро-
вождается значительным образованием порошкообразного карб-
амида и его уносом. При гранулировании карбамида охлаждением
плавов пылеунос резко снижается.
Процесс ведут в аппарате с газораспределительной решеткой
в виде плоско-перфорированной пластины свободным сечением 4%
при диаметре отверстий 2 мм. Охлаждение плава, впрыскиваемого
в кипящий слой пневматической форсункой, осуществляется воз-
духом. Нормальная работа форсунки достигается при избыточном
давлении воздуха не менее 50 кН/м2 (0,5 кгс/см2) и удельном его
расходе 0,7 кг/кг плава.
Существенное влияние на процесс гранулирования оказывает
расположение форсунки по высоте аппарата. Форсунка должна
устанавливаться таким образом, чтобы ее факел не касался газо-
распределительной решетки, и было обеспечено истечение распы-
ливающего агента в режиме локального фонтанирования ( рис. 69).
176
Производительность гранулятора зависит от температуры псев-
доожиженного слоя, скорости и температуры охлаждающего воз-
духа и концентрации плава. Поскольку в процесс гранулирования
охлаждением плавов интенсивный отвод тепла частично произво-
дится в результате испарения влаги, проявляется возможность ис-
пользовать плавы более низкой концентрации, чем в полых грану-
ляционных башнях.
Исследования показали возможность проведения процесса при
использовании плавов концентрацией 80—92%. Минимально допу-
стимая концентрация понижается с ростом температуры охлаж-
дающего воздуха. В летних условиях при температуре воздуха
Рис. 69. Схемы грануляторов для получения простых и сложных гранулирован-
ных удобрений:
а — схема гранулятора для производства гранулированного карбамида; б — схема грану-
лятора для производства гранулированной аммиачной селитры; в — схема гранулятора для
производства гранулированных сложно-смешанных удобрений; 1 — корпус; 2 — узлы за-
грузки; 3 — газораспределительные решетки; 4, 7 -- газоходы для подачи топочных газов и
воздуха; 5 — течки для выгрузки продукта; 6 — воздушный сепаратор; 8 — тарельчатый
выгружатель; 9 — газоход для удаления сушильного агента.
+ 35°C оптимальная концентрация плава составляет 85% при
удельной производительности 1066 кг/(м2-ч) или 133 кг/(м3-ч), что
в 10 раз выше удельной производительности с единицы объема,
достигаемой в грануляционных башнях. При этом получаемый про-
дукт отличается более высоким качеством, которое оценивается,
в частности, по влажности (табл. 19) и прочности гранул:
Размер гранул, мм............................ 2,5 2,0 1,5 1,0 0,6
Нагрузка, необходимая для разрушения гра-
нулы, Н
на опытной заводской установке МИХМ . 9,8 7,3 5,2 3,3 2,6
на опытной укороченной башне ГИАП* — — 2,9 1 —
(0,29) (0,1)
па промышленной гранбашне...................— — 3,1 1,8 1,4
(0,31) (0,18) (0,14)
♦ Хим. пром., № 6, 1968.
12—1810
177
Опытные режимы гранулирования охлаждением плавов, сушкой плава
и растворов
Особо следует отметить, что содержание биурета в продукте
такое же, как в исходном плаве и примерно в два раза ниже, чем
в гранулах, полученных в полых грануляционных башнях:
Концентрация плава, %.......... 81 83 85 89 92
Температура слоя, °C........... 55 60 65 55 55
Содержание биурета, %
в плаве.................... 0,67 0,62 0,57 0,62 0,48
в гранулах................. 0,67 0,62 0,57 0,62 0,48
Качество гранулированного карбамида, получаемого способом
охлаждения плавов, находится на уровне мировых стандартов.
Процесс гранулообразования карбамида протекает с отклоне-
нием от нормального роста при коэффициентах гранулообразова-
ния (степень использования пульпы) К = 0,9—0,95 и сопровожда-
ется возникновением новых частиц (d=0,4—0,6 мм) — центров
гранулообразования (внутренний ретур). Это позволяет при невы-
сокой производительности [до 400 кг/(м2-ч)] вести непрерывный
процесс без подачи извне новых центров гранулообразования
(внешний ретур). При более высокой производительности необхо-
дима сепарация и возвращение мелких гранул в слой или подача
«внешнего» ретура в виде кристаллического карбамида. Гранули-
рование с сепарацией и возвратом мелких гранул (15—20%) поз-
воляет вести непрерывный процесс с получением до 95% гранул
размером 1—4 мм. При введении 8—10% кристаллического карб-
амида выход товарной фракции составляет 70% и возрастает при
возвращении мелких гранул (после сепарации) в слой.
Производство аммиачной селитры
Гранулирование нитрата аммония осуществляется в аппарате КС
с газораспределительной решеткой сотового типа, имеющей пло-
щадь свободного сечения 5%. Процесс гранулирования проводят
с подачей в КС внешнего ретура — мелких фракций (0,4—0,9 мм)
и без внешнего ретура. В первом случае наиболее устойчивый про-
цесс гранулирования наблюдается при подаче в гранулятор 10—-
14% внешнего рстура; во втором — содержание вновь образую-
щихся мелких частиц достигает 15—20%. Большое влияние на ста-
бильность процесса оказывают тип форсунок и характер распыла.
Например, пневматические форсунки (до 1200 кг/ч) работают ме-
нее эффективно, чем пневмомеханические, применение которых
улучшает дисперсность распыла и позйоляет вести стабильный про-
цесс гранулирования без образования комков и агломератов.
Оптимальные условия гранулирования: температура сушильно-
го агента 130—140 °C, концентрация плава 80—83%, температура
слоя 80—90 °C, скорость сушильного агента 1,8—2 м/с.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ
В СУШИЛЬНО-ГРАНУЛЯЦИОННЫХ АГРЕГАТАХ (РКСГ)
Процесс сушки и гранулирования в комбинированной установке
начинается в зоне распыла, где капли диспергированной пульпы
12*
179
подсушиваются и попадают в зону встречных струй ожижающего
агента, а затем в кипящий слой. Мелкие капли, высушиваемые
в большей степени, могут в дальнейшем служить зародышами —
центрами гранулообразования. Изменяя число центров гранулиро-
вания, подаваемых в единицу времени в объем гранулятора, мож-
но изменять соотношение процессов гранулирования обволакива-
нием на готовых гранулах (с ростом их диаметра) и гранулирова-
ния агломерацией и обволакиванием новых центров. Естественно,
как чрезмерное увеличение, так и чрезмерное уменьшение подачи
ретура приводит к снижению удельного выхода товарной фракции
(1—4 мм): в первом случае — в результате увеличения общего
числа гранул продукта и уменьшения ожидаемого диаметра гра-
нул, т. е. повышения доли мелких фракций в продукте; во втором
случае — вследствие укрупнения гранул и повышения доли круп-
ных фракций в продукте.
Интенсивность тепло- и массообмена и гранулообразования
в аппарате РКСГ в значительной степени определяется интенсив-
ностью взаимопроникновения встречных потоков теплоносителя,
которое обусловливает изменение поверхности контакта (орошае-
мой поверхности) и относительной скорости между частицами ма-
териала и теплоносителя. Повышение интенсивности указанных
процессов приводит к увеличению числа и удельного выхода мел-
ких гранул, а ее снижение — к возрастанию роли гранулирования
на готовых гранулах в кипящем слое, налипанию продукта.
С ростом среднего времени пребывания частиц материала в ки-
пящем слое, благодаря нарастанию очередных слоев вновь посту-
пающего материала на готовые гранулы и их агломерации, уве-
личивается диаметр гранул. Разумеется, как чрезмерный рост, так
и чрезмерное снижение среднего времени пребывания частиц при-
водит к уменьшению выхода товарных фракций.
С уменьшением температуры кипящего слоя происходит агло-
мерация частиц в слое и укрупнение продукта, чрезмерное увели-
чение температуры слоя ухудшает гранулирование и увеличива-
ет долю мелких фракций в продукте.
Для различных видов удобрений оптимальные значения пара-
метров различны. По-видимому, это обусловлено прежде всего не-
одинаковыми физико-химическими свойствами пульп.
Производство нитроаммофоски
На рис. 70 приведена технологическая схема производства нитроаммофоски
с использованием аппарата типа РКСГ на стадии гранулирования и сушки.
Азотная и фосфорная кислоты из напорных баков 1 подаются в смеситель 2,
откуда смесь кислот поступает в аппарат 3 на нейтрализацию газообразным
аммиаком. Процесс нейтрализации проводится при 115—125 °C до рН=4—4,5.
Одновременно с нейтрализацией происходит упаривание аммонизируемого рас-
твора, при этом в нейтрализаторах выпаривается 35—40% воды. Из нейтра-
лизатора пульпа направляется в промежуточный резервуар 4 и далее в выпар-
ной аппарат 5. Упаренная пульпа смешивается с хлористым калием в резервуа-
ре 6. Пульпа, содержащая 20—50% воды, при 90—100 °C перекачивается через
напорную емкость 7 в распылитель аппарата РКСГ 8 на сушку и гранулирова-
180
чие. Одновременно в распылитель и под решетку в зоне кипящего слоя пода-
ются топочные газы при температуре соответственно 600—800 и 120—180 °C.
В результате тонкого распыления пульпы в аппарате РКСГ создаются благо-
приятные условия тепло- и массообмена. При этом высокая температура в верх-
ней зоне аппарата 8 не вызывает термического разложения нитроаммофоски
благодаря небольшому времени пребывания ее частиц в этой зоне и неполному
удалению из них влаги. Частично высушенная пульпа из верхней зоны попадает
в нижнюю зону кипящего слоя, где происходит окончательное гранулирование
и досушка продукта. Температура в зоне кипящего слоя должна точно поддер-
живаться в указанных пределах во избежание плавления и разложения грану-
лируемого материала. Механизм образования гранул заключается в послойном
наращивании материала на мелкие частицы.
Рис. 70. Схема производства нитроаммофоски:
1, 7 — напорные баки; 2 — смеситель кислот; 3 — нейтрализатор; 4 — резервуар для хране-
ния раствора; 5 — выпарной аппарат; 6 — резервуар для хранения пульпы; 8 — аппарат
РКСГ; 9 — элеватор; 10 — грохот; 11 — дробилка; 12 — холодильник; 13 — барабан для кон-
диционирования.
Из зоны кипящего слоя продукт подается на рассев, охлаждение, конди-
ционирование (аппараты 10—13) и далее на расфасовку и упаковку. Гранулы,
полученные в аппарате РКСГ, обладают повышенной прочностью и хорошо ока-
таны. Выход товарной фракции (1—4 мм) составляет 80—90%. Размеры гранул
легко регулируются в сравнительно широких пределах, что позволяет получать
продукты заданного гранулометрического состава.
Улавливание вредных примесей из отходящих газов осуществляется в после-
довательно установленных циклоне типа «Ниро Атомайзер» и полом скруббере.
В циклоне улавливается до 80% пылевидного продукта, который далее вдувает-
ся инжектором в верхнюю часть зоны кипящего слоя в аппарате РКСГ для
создания пылевой завесы и улучшения процесса гранулообразования.
Производство аммофоса
По этой схеме аммонизация экстракционной фосфорной кислоты производится в
нейтрализаторах, откуда пульпа влажностью 50% самотеком поступает в сбор-
ник и далее через ловушку насосом подается в щелевой дозатор. Из дозатора
пульпа направляется в аппарат РКСГ, где происходит подсушка пульпы во
взвешенном состоянии (в распылительной зоне), гранулирование и досушка гра-
нул в кипящем слое. Объем распылительной зоны составляет НО м3, влагона-
пряжение — 0,316 т/(м3-ч), диаметр камеры в распылительной зоне 4,5 м, высо-
та — 7 м. Распыление пульпы осуществляется топочными газами (750 °C) с
помощью форсунок конструкции НИУИФ и ДСЗ, снабженных охлаждающими
рубашками. Производительность распылителей — 2—10 т/ч. Объем зоны кипя-
181
щего слоя равен 7,8 м3, влагонапряжение 0,19 т/(м3-ч). Диаметр решетки 2,8 м,
ее влагонапряжение — 0,243 т/(м2-ч), высота зоны кипящего слоя—1,1 м.
Рабочая решетка выполнена в виде тарелки провального типа с отверстия-
ми 0=3 мм и живым сечением 5%. Нижняя решетка (распределительная)
имеет диаметр отверстий 30 мм и живое сечение 40%. Выгрузка продукта пре-
дусмотрена в двух точках по периферии аппарата с уровня решетки. Для устра-
нения залипаний с внутренних поверхностей ннжней конической части аппарата
установлено четыре вибратора ударного действия. Досушка гранул в кипящем
слое производится газами, получаемыми от сжигания природного газа в топке.
Воздух для сжигания природного газа и разбавления топочных газов до необхо-
димой температуры подается вентиляторами. Температура газов на входе в рас-
пылительную зону равна 750 °C, на входе в зону кипящего слоя 160 °C, на вы-
ходе из аппарата 100 °C. Температура гранулированного продукта на выходе из
аппарата равна 100°C, влажность 1%.
Дымовые газы удаляются из аппарата РКСГ вытяжным вентилятором и по-
сле сухой пылеочистки в циклонах и скруббере, орошаемом аммофосной пуль-
пой, выбрасываются в атмосферу. При получении гранулированного продукта
в этом аппарате основными параметрами являются: влагосодержание и грану-
лометрический состав готового продукта. Для поддержания этих параметров
стабилизируются температурный и гидродинамический режимы сушкн и грану-
лирования: температура пульпы перед распылителем; температура теплоносите-
ля; температура в кипящем слое; гидродинамика распыла, определяемая соот-
ношением расходов теплоносителя и пульпы; аэродинамика факела, на которую,
кроме соотношения расходов теплоносителя и пульпы, воздействует поток воз-
вращаемых газов; вес материала в кипящем слое.
Высушенный продукт с температурой 100 °C выводится из аппарата РКСГ
через шлюзовые затворы Далее продукт подается на грохот. Фракция с диа-
метром частиц более 4 мм с верхнего сита подается па дробилку, откуда воз-
вращается на грохот. Фракция менее 1 мм подается в сборник исходной пульпы
на растворение. Товарная фракция с диаметром частиц 1—3,2 мм с грохота при
температуре ~ 100 °C через весоизмеритель и течку поступает на охлаждение
до 40 °C. Охлаждение продуктов производится в аппарате КС прямоугольного
сечения с двумя решетками, который работает по принципу направленного дви-
жения продукта, обеспечивающего равномерное охлаждение гранул и надежное
транспортирование случайных комков большого размера. Верхняя провальная
решетка (<1отв=2,5 мм и площадью живого сечения /=4%) устанавливается под
углом 2°. Нижняя решетка — распределительная, разъемная с диаметром отвер-
стий (dOTB=30 мм, /=40%). Давление под решеткой аппарата поддерживает-
ся 3 кН/м2 (300 мм вод. ст.), разряжение над решеткой 30—40 Н/м2 (3—
5 мм вод. ст.). Охлаждение продукта производится воздухом, предварительно
охлажденным артезианской водой в теплообменнике.
Процесс разработан и освоен под руководством М. В. Лыкова.
Производство метафосфата калия
Для приготовления исходного раствора хлористого калия в экстракционной
фосфорной кислоте используются реакторы с паровым обогревом и лопастными
мешалками. Полученный раствор насосом подается в расходный бак и далее в
сушилку с кипящим слоем (рис. 71).
Сушилка с кипящим слоем состоит из топки, камеры смешения, рабочей
камеры, в верхней части которой установлена пневматическая форсунка для
подачи раствора в сушилку. Распыление осуществляется воздухом под давле-
нием 0,2—0,4 МН/м2 (2—4 кгс/см2). Распыленный раствор, нагреваясь в верхней
части камеры по пути к поверхности кипящего слоя, теряет во взвешенном со-
стоянии часть влаги. Отдельные частицы в момент достижения поверхности ки-
пящего слоя представляют собой: 1 — ортофосфат калия с малым содержанием
свободной влаги; 2—ортофосфат калия без свободной влаги; 3 — расплав орто-
фосфата калия; 4 — безводный метафосфат калия. Частицы 1 и 3 и отчасти 2
при столкновении с гранулами кипящего слоя прилипают к ним и увеличивают
их размер. Аккумулированное гранулой тепло достаточно для быстрого обезво-
182
живания прилипшей порции материала без агломерации с соседними гранулами.
Центрами возникновения новых гранул служит пыль, возникающая за счет
истирания гранул в кипящем слое, и частицы типа 4. Они выносятся из кипя-
щего слоя, попадают в облако распыленного раствора, обволакиваются им и
возвращаются в слой.
Наибольшее влияние на процесс гранулирования оказывают тепловой режим
работы, уровень расположения форсунки над слоем, конструкция газораспреде-
лительного устройства, рабочая скорость псевдоожижения, влажность исходного
Н3РО4 + КС1
Рис. 71. Схема производства метафосфата калия:
1 — реактор; 2 — скруббер; 3 — вентилятор; 4 — бак; 5 — пневматическая форсунка; 6 — ап-
парат КС; 7 — рабочая камера; 8 — газораспределительное устройство; 9 — циклон; 10 —
течка; 11 — камера смешения.
раствора и сво'йства продукта (твердость, истираемость, адгезионные свойства).
При температуре ниже 400 °C тепла, запасенного гранулой, не хватает для
быстрого обезвоживания новой порции приставшего материала, происходит сли-
пание находящихся рядом частиц, что ведет к появлению отдельных крупных
агломератов в слое. Темп процесса агломерации при низких температурах па-
дает с увеличением рабочей скорости псевдоожижения.
Близкое расположение форсунки над слоем нежелательно, так как факел
распыленного материала бьет в кипящий слой, препятствует нормальному псев-
доожижению, сбивая кипение. В качестве критерия при выборе оптимального
местоположения форсунки может служить количество уносимого порошкообраз-
ного продукта. Наиболее рациональное положение распыливающего устройства
обеспечивает попадание капель раствора в слой без нарушения его гидродина-
мического режима. Таким образом, оптимальное расстояние форсунки от слоя
обусловливается дальнобойностью струи двухфазной системы и скоростью газов
через слой материала.
Интенсивность возникновения и роста гранул в значительной степени опре-
деляется начальной концентрацией раствора. Чем концентрированнее раствор,
тем быстрее растут гранулы и меньше возникает новых гранул (рис. 72). При
183
работе с растворами, содержащими относительно много влаги, число возникаю-
щих вновь центров грануляции практически соответствует количеству отводи-
мых гранул, что обеспечивает непрерывную выдачу продукта требуемого грану-
лометрического состава. При работе с пульпой, которая содержит значительно
меньше влаги, чем раствор, наблюдается непрерывный чрезмерный рост гранул
(выше 4 мм). В этом случае для образования новых центров гранулирования
в слой необходимо дополнительно вво
Рис. 72. Рост гранул во времени:
/ — содержание воды в растворе 41%;
2 — содержание воды в растворе 63%.
дить пыль.
Гранулированный метафосфат калия
содержал 56—60% Р2О5, 38—40% К2О
и не более 0,5% хлора.
Аппарат РКСГ
По конструкции сушильно-грану-
ляционный агрегат (РКСГ) отно-
сится к аппаратам, обеспечиваю-
щим безретурный процесс произ-
водства комплексных удобрений
(рис. 73). Он выполнен в виде
полого цилиндра 4, разделенного
на две зоны: верхнюю (зона рас-
пыления) и нижнюю (зона кипящего слоя). Сопряжение зон
осуществлено при помощи конической рубашки, одновременно яв-
ляющейся коллектором отработанных газов, обеспечивающим рав-
номерность их ввода по периферии цилиндрической части аппара-
та. Такое конструктивное решение позволяет свести к минимуму
унос мелких частиц из аппарата и возврат их в зону кипящего
слоя.
Для сушки применяются топочные газы, получаемые при сжи-
гании природного газа или мазута. Избыточное давление в топ-
ках поддерживается в пределах 4,0—6,7 кН/м2 (30—50 мм рт. ст.).
Топочные газы при температуре 600—800 °C поступают в распыли-
тель, куда одновременно по внутренней трубке, охлаждаемой во-
дой, насос 3 подает пульпу, содержащую 20—40% влаги при тем-
пературе 75—85 °C. Ввиду высокой скорости газа и пульпы на вы-
ходе из распылителя (120—150 м/с) создаются благоприятные
условия для тепло- и массообмена, в результате чего в верхней
части аппарата удаляется до 70% влаги. Частично высушенный
продукт поступает в нижнюю зону — кипящего слоя, где происхо-
дят досушка и гранулирование.
Устойчивый режим «кипения» гранул в слое поддерживается
благодаря наличию газораспределительной решетки провального
типа с живым сечением 4,5% и диаметром отверстий 3 мм, через
которые проходят топочные газы. Температура гранул перед ре-
шеткой 120—125 °C, в слое — 100 °C. При этом влагосъем с решет-
ки равен 150 кг/(м2-ч). Из зоны кипящего слоя готовый продукт
при содержании 0,5—0,8% влаги отводится в холодильник 11.
Отходящие из аппарата РКСГ газы направляются в циклон 7
сухой очистки и далее в скруббер 9 мокрой очистки. Улавливаемые
184
в циклоне твердые пылсообразные частицы возвращаются в зону
кипящего слоя.
Рис. 73. Конструкция РКСГ и ее описание:
1 — нейтрализатор; 2 — смеситель; 3 — насос; 4 — РКСГ; 5 — топки; 6 — вентиляторы; 7 —
циклоны; 8 — дымосос; 9 — скруббер; 10 — емкость; 11 — холодильник кипящего слоя;
12 — грохот.
Технологический режим гранулирования минеральных удобре-
ний в аппарате РКСГ приведен ниже:
Показатели Ннтрофос Нитрофоска Нитроаммо- фоска Аммофос Диаммофос Аммиачная селитра Кальциевая селитра
Влажность, % пульпы 23—27 25—30 25—30 50—53 30—50 50 50
продукта 0,4— 0,5— 0,5— 1 0,5— 0,4— 0,4—
Производительность по пульпе, кг/ч . . 0,6 450 0,7 500 0,8 400 450 1,5 300— 0,6 400 0,6 400
Температура газов, °C в 1-й зоне .... 650 650 700 700 450 700 5000 700
во 2-й зоне .... 140 150 125 160 95— 80 130
Влагосъем с общего объ- ема аппарата, кг/(м3-ч) 35 40 35 50 120 50 50 50
Выход фракции 1—4 мм, % 85 85—90 99 90 95 85—90 85—95
185
Возможные неполадки, их причины и способы устранения
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Повышение pH в ней- Избыточная загрузка по Проверить расходы аммиака и
тралнзаторе и в аммиаку, подаваемому кислот и, в случае отклоне-
сборнике пульпы в нейтрализатор Недостаточная нагрузка по кислоте ния, отрегулировать их пода- чу в нейтрализаторы
Понижение pH в пей- Недостаточная нагрузка Проверить расходы кислот и, в
тралнзаторе и в сборнике по аммиаку Повышенная подача кис- лот случае отклонения, отрегули- ровать их нагрузку
Отсутствие перелива Забивка переливов крис- Прекратить подачу сырья и
между сатураторами таллами аммофоса промыть трубопроводы
Снижение содержания влаги в пульпе, пода- ваемой в РКСГ Повышенная подача ре- тура Высокая концентрация исходной кислоты Отрегулировать подачу ретура
Увеличение содержа- Низкая концентрация Обеспечить подачу экстракци-
ния влаги в пульпе, Р2О5 в экстракцией- онной фосфорной кислоты, содержащей не менее 25% р2о5 Проверить подачу ретура и ее отрегулировать
подаваемой в РКСГ ной фосфорной кисло- те (менее 25% Р2О5) Недостаточная подача ретура
Прекращение подачи Остановка питателя или Устранить неисправности и
ретура в сборник конвейера из-за неис- правности электродви- гателя. Зависание ре- тура в бункере обеспечить подачу ретура
Резкое падение уров- Забивка коммуникаций Очистить и промыть коммуни-
ня в сборнике при от скруббера или оста- нации и скруббер от нарос-
нормальной подаче фосфорной кислоты и аммиака новка одного из насо- сов тов пульды
Повышение уровня в сборнике пульпы Избыточная подача ре- тура Неисправен насос у сбор- ника пульпы Отрегулировать расход ретура Наладить работу насоса
Остановка мешалок в Отключение электроэнер- Прекратить подачу аммиака и
сатураторах или в гии или неисправность фосфорной кислоты в сату-
сборнике пульпы привода мешалок раторы. Подать пар в рубаш- ку сборника. Изредка повора- чивать мешалки вручную. Устранить неисправности при- вода
Ухудшение работы Забивка теплообменника Прекратить подачу газа в теп-
теплообменника пылью, поступающей с отходящими газами из РКСГ лообменник, для чего от- крыть задвижку на впуске газа в теплообменник и за- крыть па выходе из него. Прекратить подачу воды на теплообменник. Разобрать ап- парат, очистить от пыли и промыть
П родолжение
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Остановка вытяжного Отключение электроэнер- Прекратить подачу кислот и
вентилятора на ста- гии или неисправности аммиака в нейтрализаторы и
дии нейтрализации в электродвигателе устранить неисправности
Прекращение подачн Забивка коммуникаций Промыть коммуникации водой
пульпы в РКСГ Неисправность электро- двигателя Включить запасной насос и от- ремонтировать электродвига- тель
Повышение содержа- Недостаточная плотность Проверить работу форсунок,
ния аммиака в от- орошения скруббера орошающих скруббер
ходящих из скруб- Высокий pH пульпы, по- Проверить н привести в соот-
бера газах даваемой на РКСГ ветствие с заданным режи- мом
Увеличение перепада Засорение газоходов Очистить газоходы и брызго-
давления перед пульпой уловители от наростов пульпы
скруббером и после него
Низкое содержание Повышение температуры Снизить температуру дымо-
аммиака в готовом продукте готового продукта вых газов, подаваемых под решетку КС аппарата РКСГ
Пониженное содержа- Повышение температур- Проверить и привести в соот-
ние растворимой ного режима в аппара- ветствие температурный ре-
Р2О5 в готовом про- те РКСГ жим РКСГ
дукте
Снижение выхода то- Испорчена нижняя сетка Проверить работу грохотов и
Варной фракции на на грохоте устранить неисправности
стадии рассева Нарушение режима ра- боты РКСГ Наладить режим работы РКС1
Попадание крупной Испорчена верхняя сетка Проверить работу грохота и за-
фракции в готовый на грохоте менить сетку
продукт
Повышенное содержа- Тонкий распыл пульпы Увеличить подачу пульпы
ние мелкой фракции Высокая температура Уменьшить температуру факе-
в продукте на вы- ходе из РКСГ теплоносителя, пода- ваемого в зону распы- ления ла распыления Проверить сопла форсунки и при необходимости заменить на сопла более крупного рас- пыла
Повышенное содержа- ние крупной фрак- ции на выходе из РКСГ Отсутствует или недоста- точное образование центров гранулообра- зования мелкой фракции Низкая температура фа- кела распыления Чрезмерная подача пуль- пы или грубое распы- ление Увеличить подачу ретура Повысить температуру факела распыления Уменьшить подачу пульпы. Сменить сопла форсунки
Залипание валков Повышенное содержание Наладить режим сушки
дробилки продуктом влаги в продукте
Отрыв пламени у го- Скорость газовоздушной Уменьшить подачу газа и пер-
редки топки аппа- рата РКСГ смеси на выходе из го- релки больше скорости распространения пла- мени вичного воздуха
Продолжение
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
Наблюдается проскок Скорость газовоздушной Увеличить подачу газа и пер-
пламени в горелку топки аппарата РКСГ смеси на выходе из го- релки меньше скорости распространения пла- мени вичного воздуха
Повышение темпера- Недостаток первичного и Отрегулировать подачу первич-
туры дымовых га- зов па выходе из вторичного воздуха, по- даваемого в топку кого и вторичного воздуха
топок аппарата РКСГ
Повышение темпера- Избыточная подача при- Отрегулировать расходы при-
туры дымовых га- родного газа в топку родного газа и первичного
зов в распылитель- распылительной зоны воздуха в топку
ной зоне РКСГ
Повышение темпера- Избыточная подача газа Отрегулировать расходы при-
туры дымовых га- в топку зоны кипяще- родного газа и первичного
зов в кипящем слое го слоя воздуха в топку
Повышение влажно- сти продукта на выходе из аппарата РКСГ Избыточное питание пульпой Высокое содержание вла- ги в пульпе Недостаточная подача теплоносителя, пода- ваемого в зоны аппа- рата Уменьшить нагрузку по пульпе Проверить температуру газов на входе и на выходе из РКСГ и увеличить подачу теплоносителя
Остановка вытяжного Неисправности в элект- Прекратить подачу топлива, ос-
вентилятора родвигателе тановить дутьевые вентиля- торы, прекратить подачу пульпы в РКСГ и устранить неисправности
Остановка дутьевого Неисправности в элект- Прекратить подачу топлива и
вентилятора родвигателе воздуха в топки, прекратить подачу пульпы в аппарат и устранить неисправности
Увеличение сопротив- ления циклона Значительные подсосы в системе Замазывание циклона пылью Выход из строя механиз- ма очищающего циклон Устранить подсосы воздуха Устранить неисправность меха- низма очистки циклона
Повышенная темпера- Повышенная температу- Отрегулировать температурный
тура воздуха и про- дукта на выходе из ра продукта на входе в аппарат режим в аппарате РКСГ
холодильника КС Недостаточное количест- во охлаждающего воз- Проверить расход воздуха и увеличить его подачу
Увеличение перепада давления в холо- Засорение решетки Проверить и прочистить решет- ку
дильнике КС
Механические непо- Износ отдельных деталей Своевременно проводить заме-
ладки оборудова- Несвоевременный плане- ну использованных частей и
НИЯ во-предупредительный ремонт Нудовлетворительное об- служивание соблюдать график планово- предупредительного ремонта, а также строго выполнять ин- струкцию по обслуживанию
Продолжение
Возможные неполадки Причины неполадок Способы устранения
У меньшение расхода пульпы Повышение гидравли- ческого сопротивле- ния слоя в аппара- те РКСГ Засорение форсунки Увеличение высоты кипя- щего слоя Образование крупных гранул и агломератов Прочистить форсунки. До окон- чания очистки форсунок сни- зить температуру газов, по- даваемых под решетку КС аппарата РКСГ Проверить режим работы РКСГ и наладить работу разгрузоч- ного устройства
Пуск сушильно-грануляционного агрегата. Перед пуском агре-
гата проверяют герметичность аппаратуры и коммуникаций, нали-
чие пара и воды соответственно в паровой и водопроводной сетях,
напряжение в электросети, исправность контрольно-измерительных
приборов, насосов и другого оборудования.
В начале пуска подают воду для охлаждения форсунок аппара-
та РКСГ и затравку из сухого гранулированного продукта на ре-
шетку «кипящего слоя». Производят продувку газопроводов при-
родного газа для удаления из них газовоздушной смеси. Оконча-
ние продувки определяют анализом пробы из запальника, которую
отбирают при открытом кране на нем. Во взятой пробе природно-
го газа содержание кислорода не должно превышать 1%. После
этого разжигают горелки верхней и нижней топок и взводят авто-
матический предохранительный клапан.
При достижении температуры дымовых газов на выходе из
РКСГ ~100°С в форсунки распылителя подают горячую воду
и увеличивают нагрузку на горелку нижней топки, добиваясь при
этом устойчивого кипения слоя затравки. Затем постепенно повы-
шают нагрузку на горелку топки и выводят на устойчивый режим
верхнюю зону. После достижения устойчивого кипения слоя за-
травки и стабильного режима в верхней зоне подается пульпа. На
новый технологический режим переходят в той же последователь-
ности.
Пуск стадии охлаждения производится в следующем порядке:
включают вытяжной и дутьевой вентиляторы и подают материал,
поддерживая необходимое разряжение над слоем путем воздейст-
вия на заслонку перед вентилятором. При увеличении сопротивле-
ния кипящего слоя необходимо включить шлюзовый затвор на
выгрузку продукта и подключить воздухоохладитель.
Остановка РКСГ начинается с переключения автоматического
управления на ручное дистанционное. Затем останавливают насос
па линии подачи пульпы в щелевой дозатор, прекращают подачу
исходного сырья в нейтрализатор, топлива, останавливают дутье-
вые вентиляторы; освобождают аппарат от продукта; прекращают
подачу пульпы в скруббер; после полного остывания топок и ап-
парата останавливают вытяжной вентилятор.
ГЛАВА 3
ГРАНУЛИРОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
ИЗ РАСПЛАВА
Гранулирование из расплава в башнях относится к наиболее рас-
пространенным способам производства гранулированных удобре-
ний. В настоящее время этот способ применяют для гранулиро-
вания аммиачной, известково-аммиачной и кальциевой селитры,
карбамида и сложных удобрений.
Аммиачную селитру гранулируют в высоких (30—60 м) или
низких (~21 м) башнях. Для гранулирования карбамида приме-
няют башни высотой ~50 м. Фосфаты аммония и сложные удоб-
рения, получаемые на основе нитрофосфатов и фосфатов аммо-
ния, гранулируют в башнях, высота которых достигает 50—66 м.
Все эти башни снабжены центробежными распылителями.
Практически этот способ позволяет гранулировать любые удоб-
рения, имеющие четко определяемую температуру плавления и от-
носительно низкую вязкость. Причем, гранулирование удобрений
из расплава возможно в широком интервале их температур плав-
Таблица 20
Энергетические затраты и капиталовложении иа 1 т удобрений
различных марок, полученных грануляцией в башне и барабане
Статьи расходов Грануляция в башне удоб- рений состава Грануляция в барабане удобрений состава
22-22-0 16—16—16 20—11—11 22—22—0 16—16-16 20-11—11
Пар, т давлением 1,5 МН/м2 (3 кгс/см2) 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025
давлением 1,5 МН/м2 (15 кгс/см2) 1,8 1,32 1,48 1,67 1,23 1,38
Электроэнергия, кВт-ч . . . 26 30 29 43 47 46
Топливный газ (8500 ккал/м3), м3 . . . . — 2,4 1,7 19 21,4 20,7
Вода для охлаждения (/=28 °C; Д/=12°С), м3 . . 75 54 62 71 51 58
Удельные капиталовложения в производственное оборудова- ние установки мощностью 600 т/сут, долл. 2,56 2,44 2,53 2,67 2,36 2,47
190
ления при условии, что свойства удобрений в расплавленном со-
стоянии не изменяются в течение нескольких минут. В противном
случае возможно некоторое отклонение от правильной (сфериче-
ской) формы гранул.
При обеспечении оптимальных условий гранулирования получа-
ют круглые гранулы примерно одинакового размера. Причем, про-
цесс гранулирования и отверждения происходит одновременно
в течение нескольких секунд.
Сравнение некоторых экономических показателей производства
комплексных удобрений в грануляционных аппаратах разного ти-
па свидетельствует о том, что процесс в грануляционной башне
с воздушным охлаждением более прост, экономичен, идет с не-
большим выделением пыли и ретура. Потребление электроэнер-
гии и тепла ниже, чем в процессах с гранулированием в аммони-
заторе-грануляторе; капитальные затраты на 5% ниже, чем для
других процессов (табл. 20).
ОСНОВЫ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ИЗ РАСПЛАВА
Гранулированные удобрения из расплавов получают методом раз-
деления плава на отдельные капли и их последующего затвердения
в токе воздуха или в слое масла. Величина гранул примерно рав-
на величине капли или определяется ею в случае удаления жидко-
сти при сушке. Размер капли зависит от поверхностного натяже-
ния, вязкости плава и условий протекания разбрызгивания плава.
При истечении струи с высокой скоростью образуются большие
сферические капли. С повышением скорости дробление струи уве-
личивается. Применение для распыления плава грануляторов
различной конструкции позволяет подобрать оптимальные условия
распыления для любых расплавов.
Капли плава, падая сверху вниз, охлаждаются потоком воз-
духа или в слое масла, в результате чего плав кристаллизуется.
В местах соприкосновения кристаллов образуются так называе-
мые кристаллические мостики, которые и определяют прочность
гранул. Образование кристаллов, как правило, начинается у по-
верхности охлаждаемой капли и распространяется от нее в глубь
капли. Схемы затвердевания вращающейся и невращающейся гра-
нул аммиачной селитры при свободном падении в восходящем по-
токе воздуха изображены на рис. 74.
Неравномерность толщины твердой оболочки невращающейся
гранулы можно объяснить различиями в скорости теплопередачи.
Физическое тепло и тепло кристаллизации от центра жидкой кап-
ли плава к ее периферии передается за счет теплопроводности,
а с периферии отводится в окружающую среду за счет конвекции
и лучеиспускания. При этом в периферийной области капли тем-
пература понижается ниже температуры насыщения, образуется
пересыщенный раствор и начинается затвердение с направлением
фронта кристаллизации от периферии к центру.
191
В начальный период охлаждения и кристаллизации, когда
создается наивысшая скорость охлаждения и, следовательно, наи-
большая степень пересыщения раствора, на поверхности капли
должна образоваться тонкая твердая оболочка из наиболее мел-
ких кристаллов. Вследствие менее интенсивного охлаждения и,
Рис. 74. Схема затвердения гранул при падении в токе восходящего воздуха:
а — вращающаяся гранула; б — невращающаяся гранула; в — с внутренней пустотой;
г — нормальной структуры.
г
следовательно, меньшего пересыщения раствора внутренние обла-
сти гранулы должны заполняться более крупными кристаллами.
Объем тонкой оболочки гранулы близок к объему капли или в пре-
деле равен ему (при начальной температуре кристаллизации).
Дальнейший процесс кристаллизации, при котором появляются
твердые фазы значительно большей плотности, чем плотность пла-
ва, должен приводить к образованию в объеме, ограниченном тон-
кой оболочкой гранулы, межкристалльных пустотных пространств,
заполненных маточным раствором и воздухом.
Теплообмен между гранулами и потоком воздуха как и харак-
тер движения гранул играет важную роль при расчете грануля-
192
Дальность Вылета гранул, ы
Рис. 75. Зависимость дальности
вылета Хмакс гранулы с/=1,8 мм
от горизонтальной составляющей
начальной ее скорости 1Г0 гор (вы-
сота падения 30 м).
ционной башни. Уравнения, характеризующие теплообмен, выве-
дены на основании следующих допущений:
капля расплава имеет сферическую форму, которая не изменя-
ется под действием потока воздуха; температура и давление рав-
номерно распределяются в поверхностном слое по окружности гра-
нулы; температурный градиент внутри гранулы отсутствует (диа-
метр гранул 300—1500 мкм); тепловой поток между гранулой-
и воздухом однороден в радиальном направлении; выделяющийся
при охлаждении гранул пар диффундирует равномерно; на стадии
кристаллизации гранул устанавливается равновесная температу-
ра; при наличии изменений физических констант (вследствие из-
менений температуры и состава га-
за) берут средние значения.
Существенное влияние на меха-
низм гранулирования оказывает
конструкция башни и распылитель-
ного механизма, аэродинамические
тепло- и массообменные процессы,
происходящие в грануляционной
башне.
Влияние конструкции гранулято-
ра. Выбор оптимальной конструкции
гранулятора позволяет обеспечить
более равномерное орошение плавом
грануляционной башни, в значитель-
ной степени устранить неравномер-
ное распределение восходящего по-
тока воздуха по ее сечению, наиболее эффективно использовать
оборудование, обеспечить высокое качество продукта и улучшить
технико-экономические показатели процесса.
Влияние траектории движения гранул в башне. Траектория
движения гранул в башне зависит от конструкции и распределе-
ния потоков воздуха по сечению аппарата. Знание траектории дви-
жения гранул в башне позволяет определить ее габариты и усло-
вия гранулирования. Максимальная горизонтальная дальность
вылета гранул (ХмаКс) в зависимости от угла и горизонтальной
составляющей начальной скорости истечения струи плава, вычис-
ленная Б. Г. Холиным, показана на рис. 75. Из приведенного гра-
фика видно, что для скоростей, применяемых при разбрызгива-
нии плава, характерна прямолинейная зависимость.
Распределение скоростей потока воздуха в башне в значитель-
ной степени зависит от условий введения потока. Для предупреж-
дения завихрений в нижней части башни устанавливают распреде-
лительное устройство, которое обеспечивает близкое к равномер-
ному распределению скоростей воздуха в башне в тангенциаль-
ном направлении (в осевом направлении остается беспорядочным)
и неравномерном. Такое распределение скоростей потока воздуха
позволяет предупредить налипание материала на стенки башни.
13—1810
193.
При этом распределение подающих гранул относительно попереч-
ного сечения башни остается нестационарным, что в значительной
степени осложняет характер движения гранул в башне, В обыч-
ных рабочих условиях для предупреждения налипания и уменьше-
ния потребной поверхности башни обеспечивают стационарное
Рис. 76. Зависимость скорости и вы-
соты падения гранул от времени
(117о=4 м/с; сплошные линии — паде-
ние в неподвижном воздухе, т. е.
при 117=0; пунктирные линии — при
№=2 м/с):
а — изменение скорости отвесного падения
гранул по высоте башни; б — зависимость
скорости гранул от времени падения;
в — зависимость высоты падения гранул
от времени.
падение гранул путем поддержания средней скорости восходящего
потока воздуха, которая несколько меньше критической скорости,
обеспечивающей витание гранул.
Влияние скорости падения гранул. Зависимость скорости паде-
ния гранул аммиачной селитры от высоты падения приведена на
рис. 76, а. Из графиков видно, что быстрый набор скорости проис-
ходит на первоначальном участке пути порядка 2—4 м. Дальней-
шее приближение к скорости установившегося движения происхо-
194
дит сравнительно монотонно, причем с увеличением диаметра гра-
нул этот процесс затягивается.
Изменение скорости падения гранул во времени в тех же ус-
ловиях показано на рис. 76, б, из которого следует, что для гра-
нул диаметром 1 мм (W—2 м/с) установившееся движение на-
ступает практически сразу после дробления струи, а для гранул
диаметром Змм — через 4 с, когда потребная высота падения пре-
восходит высоту современных грануляционных башен. Зависимость
высоты башен от времени падения гранул различного размера при-
ведена на рис. 76, в.
Рис. 77. Зависимость эффективного коэффициента теплоотдачи от относительной
скорости движения гранул и воздуха (а), высоты падения гранул (б) при
1^нач=4 м/с, Н7б=0 (сплошные кривые) и IFB=2 м/с (пунктирные кривые):
1 — d=l мм; 2 — </=1,7 мм; 3 — d—З мм.
Отклонение аЭф от относительной скорости гранул представлено
на рис. 77, а, а по высоте падения — на рис. 77, б.
Влияние производительности башни. Увеличение производи-
тельности башен обычно сопровождается значительным повыше-
нием температуры гранул на выходе из аппарата и налипанием
продукта в нижней части башен (особенно летом). Очистка кону-
сов — это тяжелая и вредная работа. Вторичная переработка из-
влекаемого при этом продукта, простои башни в период очистки
также сопряжены со значительными затратами. Зависимость тем-
пературы гранул на выходе из аппарата от нагрузки, например
для аммиачной селитры, имеет прямолинейный характер (рис. 78).
Уменьшение содержания крупной фракции в продукте позволя-
ет незначительно увеличить производительность грануляционных
башен.
Распределение нагрузки по сечению башни. Формирование
и охлаждение гранул зависят от их температуры по высоте башни,
которая, в свою очередь, зависит от распределения нагрузки по
сечению аппарата. Сравнение результатов распределения нагрузки
по сечению башни на различных высотах показывает, что более
высокая температура гранул соответствует участкам с максималь-
13*
195
ной нагрузкой. При равномерном распределении потока гранул по
сечению башни достигается наибольшая производительность.
Влияние распределения воздуха по сечению башни. При пода-
че воздуха в башню через псевдоожиженный слой гранул (распо-
ложенный по всему дну башни) обеспечивается более равномер-
ное распределение по сечению аппарата. Охлаждение гранул
в псевдоожиженном слое и равномерное распределение воздуха
позволяют уменьшить охлаждение гранул в полете, в частности,
карбамида — до температуры
НО—115 °C и аммиачной селит-
ры — до 120—125 °C вместо 70—
80 °C. В таких башнях благодаря
увеличению линейной скорости
воздуха удается в 6—8 раз повы-
сить плотность орошения и соот-
ветственно сократить их сечение.
При этом уменьшается необходи-
мая высота падения гранул из-за
тормозящего эффекта встречного
потока воздуха и более высокой
допустимой температуры гранул
в конце их полета. Тормозящий
Рис. 78. Зависимость температуры
гранул на выходе из башни от
нагрузки.
эффект встречного потока воздуха по-разному отражается на вре-
мени падения гранул, так как последние имеют неодинаковый раз-
мер и падают в башне с различной скоростью. ,
ГРАНУЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ УДОБРЕНИИ
Производство нитроаммофоски
Технологическая схема такого процесса приведена на рис. 79.
Азотная кислота (47%-ная) и фосфорная кислота (32—54% Р2О5) из напор-
ных баков 1 через дозаторы непрерывно подаются в смеситель 2. Процесс ней-
трализации проводят в аммонизаторах 4 при 115—120 °C и 0,1 МН/м2
(1 кгс/см2) до pH раствора 2,8—3,2. При этом испаряется 35—40% воды.
Аммонизированная пульпа поступает на упаривание в аппарат 5. Рабочее
давление в трубчатке выпарного аппарата поддерживается в пределах 1,2—
1,5 МН/м2 (12—15 кгс/см2), температура составляет примерно 200°C; в межтруб-
ном пространстве создается вакуум, температура достигает 170 °C. В этих усло-
виях производительность аппарата с поверхностью нагрева 150 м2 составляет
11 т/ч плава, или 7 т/ч выпариваемой воды; количество воды, выпариваемой с
одного квадратного метра греющей поверхности, достигает 47 кг/ч. Упаривание
ведут до содержания влаги в плаве не более 2,5% воды. Ниже приведен со-
став раствора (в %) до и после упаривания при работе на термической фосфор-
ной кислоте:
Соединения NH4NO3 NH4H2PO4 Вода
Раствор до упаривания ... 44,4 31,4 Плав после упаривания . . . 57,5 40,7 24,2 1,8
196
Из выпарного аппарата плав поступает в обогреваемый разервуар 6 с ме-
шалкой, откуда перекачивается в промежуточную емкость 8 (напорный бак),
расположенную в верхней части грануляционной башни. Плав из напорного ба-
ка подается в обогреваемый смеситель, куда одновременно вводится молотый,
высушенный и подогретый до 170 °C хлористый калий, который должен иметь
следующий гранулометрический состав:
Фракция, мкм . . +500 —500+350 —350+250 —250+175 —175 + 125 —125
Выход фракции, % 5 10 21 31 16 17
Насыпная плотность хлористого калия 1 т/м3; влажность 0,1%.
Рис. 79. Схема производства нитроаммофоски:
I, 8 —напорные баки; 2, 8 — смесители; 3, 6— резервуары; 4 — нейтрализатор (аммониза-
тор); 5 — выпарной аппарат; 7 — насосы; 9 — грануляционная башня; 10 — охлаждающий
барабан; 11 — элеватор; 12 — грохот; 13 — дробилка; 14 — барабан для кондиционирования.
Продолжительность пребывания плава в смесителе при интенсивном пере-
мешивании и 165—170 °C не должна превышать 1 мин, иначе возможно протека-
ние обменной реакции между NH4NO3 и КС1, сопровождающееся загустеванием
пульпы.
Из смесителя 2 плав самотеком направляется в корзину-разбрызгиватель,
частота вращения которого равна 4,2—5,0 с-1 (250—300 об/мин). При враще-
нии корзины гранулятора плав разбрызгивается по сечению грануляционной
башни 9. Капли плава, падая сверху вниз, застывают благодаря охлаждению
их воздухом, подаваемым вентиляторами противотоком падающим гранулам, ко-
торые собираются в нижней части башнн. Отсюда гранулы, имеющие темпера-
туру 90 °C, подаются вращающимся скребковым, а затем ленточным транспор-
терами в холодильник 10 барабанного типа, где охлаждаются до 40—45 °C воз-
духом, движущимся противотоком продукту; при этом унос пыли незначителен.
Охлажденный продукт элеватором 11 направляется на грохота 12 для рассева.
В качестве товарной фракции отбирают гранулы размером 1,5—4 мм. Круп-
ная фракция (более 4 мм) после дробления возвращается на повторный рассев.
Мелкая фракция (менее 1,5 мм) направляется на растворение в резервуар 6,
откуда плав подается на гранулирование. Со стадии рассева товарная фракции
поступает во вращающийся барабан 14 на кондиционирование инфузорной зем-
лей, добавляемой в количестве 3,5% от массы продукта. Кондиционированный
продукт направляется на расфасовку и упаковку в бумажные или полиэтиле-
новые мешки.
197
К достоинствам описанного процесса следует отнести его компактность и
сравнительную простоту аппаратурного оформления, практическое отсутствие ре-
тура, что позволяет значительно сократить количество операций, связанных с
применением последнего (гранулирование и сушка), а также уменьшить рас-
ходы на внутрицеховый транспорт.
Рассмотренная схема дает возможность получать нитраммофоску с высоким
содержанием питательных веществ, в том числе водорастворимой Р2О5, хороше-
го гранулометрического состава; значительно упростить схему производства,
особенно стадию гранулирования и последующие операции. В результате этого
создаются благоприятные условия для полной автоматизации процесса и веде-
ния его в оптимальных условиях.
Расходные коэффициенты на 1 т нитроаммофоски (с 1% влаги), полученной
из термической фосфорной кислоты и с применением хлористого калия, приве-
дены ниже:
Марка удобрения .
17—17—17
17,7—14,2—17,7 14,8—14,8—22.2
N:P2O5:K2O 1:1:1 1:0,8:1 1:1:1,5
Фосфорная кислота (100% Н3РО4), т 0,235 0,198 0,204
Азотная кислота (100% HNO3), т . . 0,308 0,335 0,273
Аммиак (100% NH3), т Калий хлористый (60% К2О), т . . 0,125 0,125 0,108
0,228 0,298 0,370
Кизельгур, кг 34 34 35
Пар, т давлением 0,3 МН/м2 3 кгс/см2 . 0,017 0,018 0,017
» 1,5 МН/м2 (15 кгс/см2) 0,34 0,38 0,30
Охлаждающая вода (28°C), м3 . . . 36 39 35
Электроэнергия, кВт-ч Топливо (7000 ккал/м3), м3 . . . . 22 25 25
23,5 25,9 29,5
Небольшое количество транспортных средств и отсутствие стадий хранения
и переработки фосфатного сырья обеспечивают хорошие санитарно-гигиениче-
ские условия труда и эксплуатации оборудованя в производстве нитроаммофо
ски. Благодаря минимальным расходам сырья и энергии безретурный способ ее
получения с гранулированием плава в башне следует считать наиболее эконо-
мичным. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в безретурной схе-
ме производства сложных удобрений можно применять аппараты, используемые
в цехах аммиачной селитры. При этом следует предусмотреть оборудование для
хранения, дозирования, транспортирования фосфорной кислоты и хлористого ка-
лия, а также периодическую промывку выпарных аппаратов и коммуникаций
разбавленной азотной кислотой (10% HN3O) в течение 3—5 ч при 30 °C. Затем
промывная кислота используется в производстве удобрений.
К основным недостаткам описанного метода относятся ограниченность ма-
рок выпускаемых удобрений, узкий интервал pH среды (2,8—3,2), при котором
протекает нейтрализация смеси кислот, а также необходимость глубокой выпар-
ки аммонизированной смеси (до состояния плава) при переменном давлении
пара (1,2—1,5 МН/м2, или 12—15 кгс/см2). Следует отметить, что введение КС1
в смеситель при низком pH и высокой температуре ухудшает термическую ста-
бильность компонентов смеси, поэтому возможно их разложение (вплоть до)
взрыва) с выделением окислов азота и хлористого водорода.
Производство смеси фосфатов и полифосфатов аммония
и сложных удобрений на их основе
Технологическая схема процесса приведена иа рис. 80. По этой схеме упач
репную экстракционную фосфорную кислоту с содержанием 52—54% P2Os,
предварительно подогретую в теплообменнике 1 до температуры 100—150 °C,'
198
В атмосферу
Рис. 80. Схема производства смеси фосфатов и полифосфатов аммония:
I — теплообменник; 2 — скруббер; 3, 5 — реакторы; 4 — конденсатор смешения; 6 — реактор для приготовления ЖКУ; 7 — насосы; 8, 9 — обо-
греваемые емкости; 10 — граиуляцнониая башия; 11 — вращающиеся скребки; 12 — ленточный транспортер; 13 — воздуходувка; 14 — элева-
тор; 15 — грохот; 16 — холодильник кипящего слоя; 17— барабан для кондиционирования плава комплексных удобрений; 18 — дозатор;
19 — бункер.
199
подают в скруббер 2 для улавливания аммиака из отходящих газов, поступаю-
щих из реактора 3. В скруббере кислота концентрируется, а выпаренная вода
конденсируется в конденсаторе смешения 4. Из скруббера кислота направляется
в реактор 5, куда одновременно подается газообразный аммиак. Процесс обра-
зования плава фосфатов и полифосфатов аммония протекает при 200—250 °C,
мольном отношении NH3: Р2О6 3—4 в течение 15—30 мин. Из реактора 5 плав
поступает во второй реактор 3 и далее в смеситель 8, куда одновременно вво-
дятся плав аммиачной селитры (98,5—99,5%) и ретур. Затем полученный плав
направляется в напорную емкость 9, куда одновременно дозируется хлористый
калий. Из напорной емкости смесителя 9 плав самотеком поступает в разбрыз-
гивающий механизм 8 грануляционной башни 10. Капли плава, падая сверху
вниз, застывают и собираются в нижней части башни, откуда скребковым меха-
низмом 11 подаются на ленточный транспортер 12 и далее элеватором 14 на
грохота 13. После классификации товарная фракция (+1—3 мм) поступает на
охлаждение в холодильник кипящего слоя 16 и далее в барабан 17 на конди-
ционирование. Мелкая фракция — ретур (частицы менее 1 мм) возвращается
в смеситель 8.
Расходные коэффициенты на 1 т Р2О5 в удобрениях, содержащих конденси-
рованные формы Р2О3, приведены ниже:
Марка удобрения
12—60—0 [17,8—17,8—17,8
Экстракционная фосфорная кислота (100%
Н3РО4), т................................ 0,96 0,96
Аммиак (100% NH3), т...................... 0,25 0,25
Охлаждающая вода, м3....................... 8 8
Электроэнергия, кВт-ч...................... 20 95
Затраты тепла ГДж/(Гкал).................... 8,4 (2,0)
Нитрат аммония, т.......................... — 2,3
Хлористый калий (60% К2О), т............... — 1,7
Кондиционирующая добавка, т................ — 0,06
Пар (1,3 МН/м2, или 13 кгс/см2)............ — 0,85
Производство тонкодисперсного моноаммонийфосфата
По этой технологии в реактор, снабженный мешалкой, непрерывно подают
экстракционную фосфорную кислоту (52—54% Р2О5) и газообразный аммиак.
Процесс протекает при температуре 165—170 °C и поддерживании избыточного
давления —0,2 МН/м2 (2,1 кгс/см2). Получаемый в реакторе моноаммонийфосфат
дросселируют и разбрызгивают в башне, в результате чего получают порошко-
видный продукт, который удобно хранить и транспортировать. Выделяющиеся
при дросселировании пары воды отводятся из грануляционной башни.
Грануляционные башни
Технологические процессы гранулирования сложных удобрений из расплава от-
личаются аппаратурным оформлением, которое определяется свойствами грану-
лируемого материала. Однако, как правило, для проведения процесса гранули-
рования необходимо оборудование — насосы для подачи плава и верхнюю часть
башни, распыливающее устройство — гранулятор, регуляторы давления и тем-
пературы, грануляционная башня, воздуходувки для охлаждающего воздуха,
механизм для выгрузки гранулированного продукта.
Распылительное устройство. Плав в распыливающее устройст-
во — гранулятор поступает из обогреваемой емкости, расположен-
200
ной в верхней части башни. Конструктивное оформление грану-
лятора может быть различно: в виде форсунки, сопла, центробеж-
ного распылителя, разбрызгивателя со сверхзвуковой частотой
колебаний, кольцеобразного разбрызгивателя и т. д. По поверх-
ности грануляторов располагаются отверстия, через которые рас-
плав равномерно впрыскивается в грануляционную башню. Число
отверстий в грануляторе зависит от нагрузки по плаву. Для под-
держания заданной температуры расплава в распылительном уст-
ройстве предусмотрена паровая рубашка.
Центробежные грануляторы изготовляются из нержавеющей
стали марки Х18Н10Т. Общим недостатком грануляторов такого
типа — конических, цилиндрических, ступенчатых и других — яв-
ляется неравномерность распределения нагрузки по сечению
башни.
С увеличением частоты вращения гранулятора площадь кольца
максимальной нагрузки башни возрастает. При повышении произ-
водительности значение максимальных нагрузок сдвигается к пе-
риферии башни; с уменьшением нагрузка распределяется в основ-
ном к центральной части башни. Распределение нагрузки по се-
чению башни оказывает существенное влияние на температуру
гранул на выходе из башни. Чем неравномернее распределение
нагрузки по сечению башни, тем выше температура гранул.
Характер распределения потока гранул в различных сечениях
по высоте башни остается одинаковой и зависит главным образом
от производительности башни, скорости вращения гранулятора
и почти не зависит от угла наклона образующей конуса (при
толщине стенки гранулятора 1 мм) и от расположения отверстий
по боковой поверхности гранулятора. Гранулометрический состав
удобрения зависит от частоты вращения гранулятора и от разме-
ра отверстий на его боковой поверхности.
Распиливающие сопла в зависимости от назначения различа-
ются конструктивно и по условиям проведения процесса распыли-
вания. Различные виды сопел в значительной степени отличаются
по своим характеристикам, среднему диаметру образующихся ка-
пель плава, распределению капель по размеру, траектории их дви-
жения. Для гранулирования применяют сопла высокого давления,
в которых для распыления используется непосредственно энергия
сжатия. Обычно сопло высокого давления дробит поток плава на
множество распыленных струек. Поскольку максимальный угол
распыления составляет около 3°, то для проведения процесса не
требуется грануляционная башня большого диаметра. При нор-
мальных условиях гранулирования с помощью такого сопла полу-
чают однородные по размеру сферические гранулы.
Форсунки высокого давления, по существу, представляют со-
бой цилиндрическую трубу, через которую осуществляется распы-
ление плава. При высоких нагрузках по плаву применяют форсун-
ки с большим числом отверстий, не изменяя геометрию сопла. Как
правило, давление распыления составляет 50—200 кН/м2 (0,5—
201
2 кгс/см2). Состояние капель распыляемой жидкости оказывает
большое влияние на гранулометрический состав получаемых удоб-
рений. Обычно различают семь состояний распыляемой жидкости:
1 — капание; 2 — плавное течение; 3 — переходное течение; 4—
волновое течение; 5 — шнурообразный распыленный поток; 6—-
пленкообразный распыленный поток; 7 — полностью распыленный
поток. Переход из одного состояния в другое осуществляется по
мере увеличения скорости распыления.
Для вязкого плава с учетом сопротивления воздуха состояние
капель выражают с помощью безразмерного струйного числа (<р)
^2РЛ/ Рг \0-45
ф= а \р )
где W — скорость потока в расчете на полное сечение аппарата, м/с; р и рг —
плотность плава и газа, кг/м3; dc—диаметр отверстия распылителя, м; о — по-
верхностное натяжение плава, кгс/с2; <р<0,1—капание; <рг»О,1—10 — плавное
течение; (р=10—400 — волновое течение; ф>400— распыление.
Распыление плава в состоянии капания неприемлемо для гра-
нулирования. С точки зрения производительности гранулятора, а
также скорости отверждения и охлаждения желательно работать
в диапазоне значений струйного числа 0,l<ip<150. Для получе-
ния однородного по размеру гранулированного продукта необхо-
димо, чтобы <р было более 150.
Диаметр капли рассчитывают по диаметру твердой гранулы
и плотности твердого вещества.
Конструкция башни. В производстве удобрений используют
круглые бетонные или прямоугольные алюминиевые грануляцион-
ные башни, смонтированные на стальном остове. Высота башен
может достигать 60 м и более. В этом аппарате распыливаемые
сверху капли расплава контактируют по принципу противотока
с подаваемым снизу через распределительное устройство возду-
хом, в результате чего происходит их охлаждение и отверждение.
Неравномерное распределение воздуха по сечению башни являет-
ся причиной налипания расплава на стенки башни. В связи с этим
большое значение имеют расчет отверстий для ввода воздуха
и определение зависимости между формой этих отверстий и харак-
тером воздушного потока.
Процесс гранулирования плава комплексных удобрений
(NPK) может осуществляться в грануляционной башне из желе-
зобетона, высота которой достигает 50 м. В верхней части башни
установлено оборудование, необходимое для приема плава и хло-
ристого калия, их смешения и разбрызгивания, а также аппарату-
ра для улавливания пыли и вредных примесей из отходящих га-
зов (рис. 81).
Насосы. Транспортирование плава из сборника в верхнюю часть
башни осуществляется насосами. Выбор конструкции насоса произ-
водится с учетом температуры и вязкости расплава таким обра-
зом, чтобы обеспечить стабильную и равномерную подачу.
202
Напорная емкость. Для поддержания постоянного давления
и температуры плава в верхней части грануляционной башни уста-
навливается обогреваемый напорный бак. С той же целью грану-
лятор и трубопроводы изолируются и обеспечиваются паровыми
Рис. 81. Схема компоновки и устройства грануляционных башен:
1 — сборники плава; 2 — смесители; 3 — циклоны; 4, 9 — ячейковые барабаны; 5 бункера;
6, й— вентиляторы; 7 — фильтры горячего газа; 10, 12 — шиеки для подачи хлористого ка-
лия; 11 — вибропадающие шнеки; 13 — разбрызгивающие устройства; 14 — сборники воды;
15 — вращающиеся скребки; 16 — решетчатое днище башня; П — ленточные транспортеры;
18 — лифт.
203
рубашками. При этом температура расплава должна быть на 5—
10 °C выше температуры плавления, что необходимо учитывать
при работе с удобрениями, поддающимися термическому разло-
жению.
Воздуходувка. В большинстве случаев охлаждающей средой
в башнях является воздух. Для подачи воздуха в верхнюю или
нижнюю часть грануляционной башни устанавливается воздухо-
дувка. Необходимый объем воздуха рассчитывается по количеству
тепла, которое должно быть отведено от капель расплава к воз-
духу. Регуляторы расхода воздуха требуются лишь при обработ-
ке некоторых материалов и обычно не применяются.
Механизм для выгрузки гранулированного продукта. Посколь-
ку накапливающиеся в нижней части башни гранулы легко сле-
живаются, они должны быстро удаляться из башни. Удаление
продукта осуществляется вращающимися скребками и ленточны-
ми или гравитационными транспортерами, которые направляют
гранулированный продукт на следующую стадию обработки.
Гранулирование сложных удобрений в башне осуществляется следующим
образом. Из обогреваемого сборника / плав поступает в смеситель 2, где сме-
шивается с КС1. Отсюда плав NPK свободно стекает к разбрызгивающему уст-
ройству 13, из которого выходят небольшие капли плава, падающие на дно 16
грануляционной башни. Противотоком падающим гранулам вентиляторы подают
в башню воздух. Падая сверху вниз, гранулы твердеют и охлаждаются до 75—
95 °C. Из нижней части башни гранулы вращающимися скребками 15 непрерыв-
но подаются на ленточный транспортер 17 и далее поступают на охлаждение.
К основным преимуществам данного способа гранулирования относятся про-
стота и надежность, отсутствие рстура, незначительное количество образующей-
ся пыли и высокое качество продукта. Получаемые гранулы имеют правильную
форму и хорошие физико-химические свойства. Однако этот способ имеет ряд
недостатков: возможность сепарации плава NPK, в результате различия в
удельном весе плава NP и порошкообразного КС1, что приводит к разделению су-
спензии и забиванию гранулятора; ограниченность конверсии КС) в плаве NP и
их перемешивания, что приводит к изменению физических свойств плава — по-
вышению вязкости и ухудшает работу разбрызгивающих устройств.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
Производство аммиачной селитры
Технологическая схема процесса приведена на рис. 82. По этой схеме концен-
трированный плав аммиачной селитры из аппаратов второй (или третьей) ступе-
ни выпарки направляется в напорный бак 18, куда подается небольшое коли-
чество газообразного аммиака (0,05 кг/т NH4NO3) для нейтрализации кислотно-
сти плава. Из бака 18 плав поступает в гранулятор, имеющий разбрызгива-
тель — корзину конической формы, на боковой поверхности которой находится
несколько тысяч отверстий разного размера (см. рис. 84).
Капли плава, вылетающие из отверстий гранулятора, при падении вниз
омываются потоком холодного воздуха и застывают, формируясь в гранулы,
при этом они легко подсушиваются. В зависимости от количества и температуры
воздуха, подаваемого в башню, и от ее нагрузки по плаву гранулы, выходящие
из башни, имеют температуру 70—90 °C и поступают в холодильник кипящего
слоя, где они охлаждаются до температуры 50—60 °C и затем направляются в
упаковочное отделение.
204
Качество гранулированной аммиачной селитры. Гранулометрический состав
аммиачной селитры, получаемой при применении центробежных грануляторов,
примерно следующий:
Фракция, мм...........—7+3 —3+2,5 —2,5+2 —2+1,5 —1,5+1 —0,6
Выход фракции, % . . . 1,3 5,3 30 42 20 1,4
Количество получаемых гранул зависит от концентрации плава и интенсив-
ности охлаждения его капель. Чем выше концентрация плава и интенсивнее
Соковый пар
Плав
^Вентилятору
Амнион (газ)
15
16
17
Селевый пар
из аппарата
ИТН
Раствор фоссрагп
пых добавок
Раствор селитры
Пар ______________
Раствор селитры
Конвенсшг,
вода
21
Вода
Гранулы
селитры
Рис. 82. Схема производства аммиачной селитры:
1 — выпарной аппарат первой ступени; 2 — гидрозатвор-донейтралиратор; 3, 4 — сборники
раствора аммиачной селитры; 5—центробежный иасос; 6 — конденсатор с ловушкой; 7 —
барометрический ящик; 8 — вакуум-насосы; 9 — расширитель парового конденсата; 10 — па-
роувлажнитель; 11 — поверхностный конденсатор с ловушкой; 12 — напорный бак для рас-
твора селитры; 13 — выпарные аппараты второй ступени; 14 — сепараторы к отдельным
выпарным аппаратам второй ступени; 15 — общий сепаратор; 16 — гидравлические затворы;
/7 — желоб для плава селитры; 18 — буферный бак для плава; 19 — грануляционная баш-
ня; 20 — разбрызгиватель плава; 21 — транспортер.
Серели
Воздух
Воздух
охлаждение, тем меньше пор и трещин образуется в гранулах и тем выше ста-
новится их прочность. Это объясняется тем, что при данных условиях в каждой
грануле «упаковано» максимальное количество отдельных кристаллов, между
которыми почти не происходит миграция маточного раствора.
Для нормального формирования и охлаждения гранул, получаемых из пла-
ва, содержащего 98,4—98,8% NH4NO3, требуются башни высотой 26—28 м. Толь-
ко гранулы размером до 1 мм успевают полностью сформироваться и затвер-
деть на расстоянии примерно 10 м от гранулятора. Гранулы же больших раз-
меров, хотя и успевают сформироваться и затвердеть на расстоянии 20 м о?
гранулятора, но имеют высокую температуру (75—80°C).
При увеличении количества воздуха, подаваемого в грануляционную башню,
несколько снижается температура в ее нижней части, однако при этом значи-
тельно возрастают потери селитры, уносимой воздухом из башни.
205
Производство карбамида
Технологическая схема получения гранулированного карбамида показана на
рис. 83. По этой схеме исходный раствор 74% CO(NH2)2 из сборника 1 насо-
сом 2 подается в рамный фильтрпресс 3 и далее на первую ступень упарки в
вакуум-аппарат (4, 5). В греющей камере 4 (поверхность теплообмена 80 м2)
раствор нагревается паром при давлении [3,4-105 Н/м2 (3,5 кгс/см2)]. В аппара-
те 5 отделяется соковый пар, который конденсируется в конденсаторе 6. Упа-
ренный раствор из сепаратора через гидрозатвор 9 направляется на вторую
Рис. 83. Схема производства гранулированного карбамида:
1 — сборник; 2 — центробежные насосы; 3— фильтрпресс; 4— греющая камера выпарного
аппарата первой ступени: 5 — сепаратор; 6 — поверхностные конденсаторы; 7 — брызгоуло-
внтели; 8 — вакуум-насос; 9 — гидравлические затворы; 10 — выпариой аппарат второй сту-
пени роторного типа; // — барометрический конденсатор; 12 — пароструйный эжектор;
13 — грануляционная башня; 14 — распылитель; 15 — напорный бак; 16 — вентилятор;
17 — транспортер.
ступень упарки — в выпарной аппарат 10, где упаривается под вакуумом до
концентрации 99,8% CO(NH2)2. Полученный плав карбамида насосом подается
в обогреваемый напорный бак 15, а затем поступает в распиливающий меха-
низм грануляционной башни 13. Из нижней части башни гранулированный карб-
амид поступает на транспортер 17 и далее на склад для расфасовки и упаковки.
Основными условиями успешного осуществления процесса гранулирования
и получения гранул карбамида высокого качества являются:
выпаривание раствора карбамида перед его подачей в грануляционную баш-
ню до состояния плава, концентрация которого должна быть возможно бли-
же к 100%;
время соприкосновения раствора и плава карбамида с горячими поверхно-
стями в процессе выпаривания и время транспортирования плава от выпарного
аппарата до гранулятора в башне должно измеряться несколькими секундами;
конструкция гранулятора должна обеспечивать однородность размеров и
формы гранул, а также равномерное распределение капель плава по сечению
башни.
206
Грануляционные башни
Грануляционная башня производства аммиачной селитры пред-
ставляет собой сооружение цилиндрической формы диаметром
12 м и высотой 39 м или диаметром 16 м и высотой 40,5 м
(рис. 84).
Рис. 84. Схема компановки грануляционных башен и выпарной станции:
1 — грануляционные башни; 2 — разбрызгиватели плава; 3 — баки для плава; 4 — выпарные
аппараты; 5 — желоб для плава; 6 — гидрозатворы; 7, 9 — сепараторы; 8 — напорный бак;
10 — вытяжные трубы; 11 — осевые вентиляторы; 12 — барометрические конденсаторы;
13 — барометрические ящики; 14 — транспортер.
Грануляционные башни выполняются из монолитного железо-
бетона (толщина стен 400 мм). Изнутри башни футерованы кис-
лотоупорным кирпичом, уложенным на диабазовой замазке. Ниж-
няя часть башни — днище выполняется из бетона углеродистой
стали в виде усеченных конусов. Обычно на наружной поверхно-
207
сти последних устанавливаются электровибраторы. Для обеспе-
чения прохода воздуха и удобства очистки конусов от налипшей
селитры между ними имеются зазоры (щели). Башня имеет пло-
скую крышу и потолочное перекрытие. Плоский потолок башни,
вал гранулятора, защищен листовой не-
через который проходит
Рис. 85. Гранулятор центро-
бежного типа:
1 — разбрызгиватель плава, состоя-
щий из трех • поясов отверстий
(нижний — диаметр отверстий I мм,
средний — диаметр отверстий 1,2 мм,
верхний — диаметр отверстий
1,4 мм); 2 — сосуд для перелива
плава, 3 — электродвигатель; 4 —
змеевики для подогрева плава;
5 — воздушник.
ржавеющей сталью.
На потолочном перекрытии башни
в вытяжных трубах установлены три-
четыре вентилятора осевого типа про-
изводительностью 100 тыс. м3/ч каж-
дый, создающий тягу порядка 0,4—
0,6 кН/м2 (40—60 мм вод. ст.) для от-
сасывания воздуха из башен. Воздух
поступает через 28 окон, расположен-
ных внизу по всему периметру цилинд-
рической части башни, а также через
зазоры конусов. В каждую башню по-
дается 200—300 тыс. м3/ч воздуха, ко-
торый па выходе из башни содержит
мелкодисперсные частицы селитры в
количестве ~0,8 г на 1 м3 воздуха.
К основным недостаткам грануля-
ционных башен относятся: сравнитель-
но высокая температура гранул на вы-
ходе из башни (для охлаждения); воз-
можность использования их объема
примерно только на 50%; большие ка-
питальные затраты на строительство
башен; их громоздкость и др. Эти не-
достатки частично обусловлены несо-
вершенством центробежных грануля-
торов, применяемых для разбрызгива-
ния плава селитры.
Гранулятор центробежного типа
(рис. 85) выполняется из нержавею-
щей стали и вращается с частотой
6,7—7,5 с-1 (400—450 об/мин). При
работе таких грануляторов основная
нагрузка по селитре приходится на от-
носительно небольшое кольцевое про-
странство, находящееся на расстоянии
4—6 м от оси грануляционной башни,
а ее центральный и боковой объемы практически не работают.
Вследствие различной угловой скорости, даже в случае использо-
вания лучших центробежных грануляторов, в башню выбрасыва-
ются неодинаковые по размерам капли плава, на остывание и фор-
мирование которых требуются различное время и разная высота
башни. В настоящее время испытываются новые конструкции гра-
208
нуляционных устройств (статические грануляторы), позволяющие
получать большее количество гранул на единицу объема башни и
снизить их температуру.
Разработана схема автоматического контроля забиваемости
фильтров и отверстий распылителя статического гранулятора, ко-
торая предусматривает выдачу непрерывного светового сигнала
при нормальном течении процесса, а также выдачу непрерывного
светового и звукового сигналов при отклонении режима на 15—
25% от нормального с указанием конкретной причины нарушения
(забит фильтр, решетка распылителя). Нарушения технологиче-
ского режима в любом случае сопровождаются падением расхода
плава и, в зависимости от причины нарушения, падением и повы-
шением уровня плава непосредственно перед распылителем. Раз-
работанная и освоенная в промышленности схема автоматическо-
го контроля работоспособна и надежна в эксплуатации.
В литературе подробно описана схема конического гранулято-
ра и его расчет с учетом различных скоростей истечения плава ам-
миачной селитры из отверстий по высоте гранулятора. Для расчета
количества отверстий заданного диаметра (1,5 мм) по поясам гра-
нулятора выведено уравнение.
Предложена усовершенствованная конструкция гранулятора
расплавленных веществ, который состоит из вращающегося кону-
са с перфорированными стенками и патрубком для ввода плава
сверху. Для равномерного распределения гранул по сечению баш-
ни при изменении производительности корпус в поперечном сече-
нии выполнен в виде эллипса.
Для гранулирования плава аммиачной селитры применяют гра-
нуляторы в виде батареи труб, снабженных паровыми рубашками
и имеющих отверстия для выхода расплава. Коллекторы батареи
соединены с вибраторами, создающими в трубах 300—1000 вибра-
ций в секунду, что обеспечивает получение однородных гранул.
Для этого расплав аммиачной селитры насосом подается через по-
догреватель в две расположенных в верхней части башни батареи
труб.
Из трубчатых коллекторов, подвергаемых вибрации, плав вы-
текает со скоростью 1,5—6 м/с через патрубки, направленные вниз
и снабженные перфорированными пластинками с отверстиями диа-
метром 0,25—2,5 мм. Образующиеся капли подают через «спокой-
ную» зону башни, а затем через зону с противотоком воздуха.
Для гранулирования аммиачной селитры применяют каплеоб-
разователи, из которых под действием периодически изменяющего-
ся давления плав инжектируется через капиллярные сопла
в башню.
Гранулирование плава осуществляют с помощью сопел. Распы-
ление плава аммиачной селитры, содержащей ~0,5% влаги, осу-
ществляют при 180 °C под небольшим давлением — до 7 кН/м2
(0,07 кгс/см2) через сопла с отверстиями 0,9 мм. При этом диа-
метр отверстий и давление подбираются так, чтобы получались
14—1810
209
гранулы размером 1,6—0,85 мм, удельного веса 1,5—1,65. Скорость-
воздуха в башне поддерживается —3,25 м/с.
Разбрызгивание плава в башне осуществляется через сопла
под избыточным давлением до 0,3 мН/м2 (3,2 кгс/см2): карб-
амид — 26 кН/м2 (0,26 кгс/см2), нитрат аммония — 0,25 мН/м2
(2,5 кгс/см2). Разбрызгиватели имеют длинную трубку (150—
200 мм) с отверстиями диаметром 0,8—1,6 мм, направленную
вверх под углом 15—60°. Расплав выходит из сопел со скоростью
3—10 м/с. При этой скорости поток плава до выхода из сопел яв-
ляется непрерывным. Затем под действием сил поверхностного на-
тяжения и соответственной тяжести поток распадается на капли,
падающие в противотоке поступающего вниз башни холодного
воздуха (10—38°).
В настоящее время исследованы ультразвуковые распылители,
в результате чего установлены основные факторы, влияющие на
процесс диспергирования. Установлена связь между акустически-
ми параметрами, толщиной диспергированной пленки и физиче-
скими свойствами жидкостей и расплавов. Виброразбрызгиватели
различных конструкций приведены на рис. 86.
Вибрационные конуса. В процессе гранулирования расплава
аммиачной селитры при повышении температуры гранул наблюда-
ется налипание продукта в нижней части башен:
Влажность, %................... . . . .
Прочность прилипания, г/см2
Ст 3
Х18Н10Т . .
0,7 1,5 2,3 3,0
41 61 90 228
21 45 59 138
Для устранения этого явления коническую часть башен стали
выполнять из стали и применять вибрационные устройства. При
этом в ее нижней части устанавливается специальный металличе-
ский каркас, не соединенный с корпусом башни. На таком карка-
се смонтирован стальной конус, состоящий из четырех поясов,
каждый из которых закреплен на каркасе подвесками. На трех
верхних поясах конуса имеются 24 вибратора: 10 на верхнем, 8 на
среднем и 6 на нижнем. Вибраторы, приводимые в движение с по-
мощью передаточных устройств электродвигателем, периодически
включаются, и конус начинает трястись. При этом налипшая на
конус аммиачная селитра отделяется от него, скатывается вниз
к течкам и далее со всей массой селитры транспортируется в от-
деление упаковки. На участках наибольшего сцепления селитры
с конусом на его внутреннюю поверхность укладывают металли-
ческий прут, отбивающий селитру при включении вибраторов.
Применение вибрационных конусов в грануляционных башнях
устранило многие недостатки, присущие неподвижным конусам:
резко сократились простои башен для очистки, отпала необходи-
мость в тяжелых физических работах внутри башен при очистке
конусов, значительно уменьшились затраты труда при эксплуата-
ции башен.
210
Рис. 86. Виброразбрызгиватели различных конструкций:
«а: 1 — отверстия для истечения жидкости; 2 — паровая рубашка; 3 — эксцентрик; 4 — мем-
брана; 5 — ввод плава;
6: 1 — трубки для истечения жидкости; 2 — вибратор; 3 — сосуд с жидкостью;
в: / — трубный распределитель; 2 — вибратор; 3 — душевой элемент; 4 — плита душевого
элемента с отверстиями для истечения;
г: / — трубные разбрызгиватели; 2—бак для стабилизации уровня плава; 3 — вибратор;
4, 5 — сопло и отверстие (варианты) для истечения;
д: 1 — отверстие для истечения жидкости: 2 — обогревающий змеевик; 3 — подвешенный
стержень; 4 — вибратор;
е: ] — плита с отверстиями для истечения жидкости; 2 — сильфон; 3 — патрубки для вы-
хода жидкости; 4 — обогревающий змеевик; 5 — вибратор;
ж: 1 — питающий коллектор; 2 — душевой разбрызгиватель; 3 — ввод колебаний, наклады-
ваемых на среду; 4 — два варианта отверстий для истечения.
14*
211
Сочетание вибрационных конусов с охлаждением селитры в ки-
пящем слое позволило повысить производительность грануляцион-
ных башен (/7=40,5 м и d=16 м) до 700 т/сут и более.
Охлаждение гранул аммиачной селитры в аппаратах кипяще-
го слоя. Аппараты кипящего слоя располагаются внутри или вне
грануляционной башни. Характеристика конструкции и условий
работы устройства, располагаемого в нижней части конуса грану-
ляционной башни, приведена ниже:
Диаметр, мм
охлаждающей решетки................................. 4520
переточной трубы..................................... 1100
отверстий решетки.................................... 2,5
Высота кипящего слоя, мм................................ 100
Полезная площадь решетки, м2............................. 15
Шаг между отверстиями, мм............................ 10—11
Скорость воздуха, м/с................................ 2—3
Количество воздуха, м3/ч............................. 60 000
В аппаратах кипящего слоя происходит интенсивное охлажде-
ние гранул. Например, гранулы размером 2 мм, попадая в кипя-
щий слой при температуре 80 °C, охлаждаются в нем до 45 °C все-
го за 15—20 с.
Гидравлическое сопротивление кипящего слоя гранул высотой
100 мм не превышает 0,4—0,5 кН/м2 (40—50 мм вод. ст.). Поэто-
му для образования кипящего слоя достаточно установить венти-
лятор, создающий напор в пределах 150—200 мм вод. ст.
За рубежом для гранулирования аммиачной селитры применя-
ются цилиндрические, прямоугольные и другие башни диаметром
9—13 м и высотою 60 м. Такие грануляционные башни выполня-
ют из алюминия и железобетона, футерованного тонкой алюми-
ниевой фольгой. Разбрызгивание плава селитры часто производит-
ся из ряда стационарно закрепленных, обогреваемых труб
с отверстиями определенных размеров, что позволяет получать
гранулы заданного гранулометрического состава. Как правило, на
современных зарубежных заводах аммиачной селитры гранулиро-
ванию подвергают высококонцентрированный плав, содержащий
не более 0,4% влаги.
Для гранулирования карбамида широко применяют грануля-
ционные башни, представляющие собой высокие цилиндрические
или прямоугольные аппараты.
Размеры площади поперечного сечения этих аппаратов зависят
от максимальной производительности и определяются скоростью
потока охлаждающего воздуха. Обычно линейная скорость возду-
ха в грануляционных башнях принимается в пределах 0,2—0,5 м/с.
Повышение скорости воздуха нецелесообразно, так как это ведет
к усиленному уносу пылевидного карбамида с отходящим возду-
хом.
Высота башен зависит от таких факторов, как концентрация
плава, величина и форма гранул, температура воздуха, его влаж-
212
ность и т. д. В промышленной практике используют башни высотой
16—40 м и более.
Принцип работы грануляционных башен для гранулирования
карбамида аналогичен работе башен, применяемых для гранули-
рования аммиачной селитры и сложных удобрений. Грануломет-
рический состав продукта колеблется в пределах 1—2,5 мм, форма
гранул — в большинстве случаев сферическая, конечная влажность
составляет не более 1%.
Недостатком гранулирования карбамида в башне является
значительный выход мелкой фракции —1,74-1 мм. Небольшой раз-
мер гранул карбамида способствует увеличению слеживаемости
карбамида, поэтому значительное внимание уделяется разработке
мероприятий по устранению этого недостатка. К ним относятся,
например, получение гранул с более крупными размерами гранул.
ГРАНУЛИРОВАНИЕ ИЗ РАСПЛАВОВ
С ОХЛАЖДЕНИЕМ ГРАНУЛ
В СЛОЕ МАСЛА
Гранулирование из расплавов с одновременным охлаждением об-
разующихся гранул в масле позволяет значительно улучшить фи-
зико-химические и механические свойства удобрений и исключить
трудности, возникающие при гранулировании другими способами
и сушке удобрений, содержащих карбамид, полифосфаты и фосфа-
ты аммония (налипание и возможное разложение продукта, обра-
зование пыли и мелочи, необходимость применения ретура и т. д.).
Развитию этих процессов уделяется большое внимание. Кроме то-
го, достоинством этого способа является то, что операции грану-
лирования, охлаждения и омасливания гранул совмещены в одном
аппарате. Однако наряду с достоинствами этого метода (получе-
ние гранул равного размера, возможность регулирования процес-
са охлаждения и др.) он имеет ряд существенных недостатков:
процесс гранулообразования происходит в жидкой инертной
среде, поэтому необходима стадия отделения гранул от дисперс-
ной среды, что ведет к появлению сточных вод и необходимости их
очистки; громоздкое оборудование; большие энергозатраты; зна-
чительный расход масла и др.
Процесс гранулирования в масле зависит от содержания влаги
в плаве, температуры плава и масла, высоты падения, скорости
жидкой фазы и других факторов. Способ гранулирования в масле
или других инертных жидкостях пока не нашел широкого приме-
нения в промышленности.
В настоящее время в опытно-промышленном масштабе приве-
дены многочисленные исследования по гранулированию сложных
удобрений из расплавов с последующим охлаждением гранул
в масле.
На основе горячего плава карбамида и суспендированных в нем
фосфатов и калийных солей путем диспергирования и последую-
213
щего охлаждения в масле получают однородные по размеру грану-
лы сложного удобрения. Отсутствие сушки и отдельной стадии
охлаждения позволяет снизить капитальные вложения в аппара-
туру и оборудование примерно на 20—30% по сравнению с обыч-
ным процессом. Метод характеризуется низким соотношением ре-
тура к продукту (0,18: 1) и дает возможность получить прочность
0,5 мН/м2 (5 кгс/мм2) с содержанием 0,5—0,8% воды и 0,6% мас-
ла, что предотвращает их слеживаемость. Этим методом получа-
ют удобрения состава 18—18—18; 17—21—17; 28—28—0; 25—30—
—0; 25—25—0.
Использование расплавов карбамида и фосфата аммония по-
зволяет приготавливать смеси, не требующие сушки. Расплав фос-
фатов аммония получают при аммонизации фосфорной кислоты
с использованием теплоты нейтрализации для испарения воды и
частичного превращения ортофосфата в полифосфат. Для обеспе-
чения достаточной текучести расплава фосфата аммония он дол-
жен содержать определенное минимальное количество полифосфа-
та (~20%). Расплав карбамида получают концентрированием
раствора карбамида до содержания воды менее 1%. Расплавлен-
ный при 200 °C полифосфат аммония (ПФА) смешивают с рас-
плавленным при 150 °C карбамидом и небольшим количеством хо-
лодного ретура. Полученную смесь подают при 135 °C во вращаю-
щуюся разбрызгивающую головку, установленную над гранулято-
ром с коническим днищем, заполненным холодным маслом.
Масляное охлаждение вместо воздушного ускоряет процесс
кристаллизации плава с высоким содержанием полифосфата. С ис-
пользованием термической суперфосфорной кислоты получены
удобрения составов 30—30—0; 36—18—0 и 39—13—0. При осу-
ществлении процесса на установке производительностью 400 т/сут
наблюдаются трудности, в частности, при смешении ПФА, полу-
ченного из экстракционной фосфорной кислоты с расплавленным
карбамидом, так как происходит их быстрое взаимодействие с об-
разованием пенистой массы, плохо поддающейся гранулированию.
Проведены исследования по гранулированию удобрений на ос-
нове карбамида и сульфата аммония (М. СА.). Гранулирование
и масле осуществлялось на опытной установке. Смесь содержала
18—60% (NH4)2SO4 (30—40% N, 4—13% S). Гранулирование
проводилось при 135°C, что на 13,5°С выше температуры плав-
ления эвтектики состава 9% (NH4)2SO4+91 % CO(NH2)2.
Смеси, содержащие более 10% (NH4)2SO4, представляли рас-
плав карбамида с суспендированными в нем кристаллами
(NH4)2SO4. Эти смеси обладали достаточной текучестью для гра-
нулирования в башне, снабженной разбрызгивающей головкой
диаметром 7,5 см и имеющей 24 отверстия диаметром 2 мм. По-
лученные гранулы были несколько крупнее и тверже, чем грану-
лы карбамида из башен с воздушным охлаждением.
Процесс гранулирования и охлаждения гранул нитроаммофо-
ски в масле проводят следующим образом. Смесь разбавленной
214
плава, полученный плав на-
Рис. 87. Схема гранулирования
кальциевой селитры в масле:
1 — напорный бак для плава; 2 — мас-
ляный гранулятор; 3 — секторный пи-
татель; 4 — ковшовый дозатор; 5 —
центрифуга; 6 — ленточный конвейер;
7 — холодильник масла; 8 — промежу-
точный сборник; 9 — центробежный
насос.
азотной кислоты (48,4% HNO3) и экстракционной фосфорной кис-
лоты (54% Р2О5) нейтрализуется газообразным аммиаком до
pH=3,5. Затем нейтрализованная пульпа подается в выпарной ап-
парат, где упаривается до состояния ”
правляеТся в обогреваемый смеси-
тель, куда одновременно подается
хлористый калий, предварительно
нагретый до 160—170 °C. Из смеси-
теля расплав поступает на быстро-
вращающийся валок, на 1/3 своего
диаметра погруженный в минераль-
ное масло при температуре 5—10 °C.
Образующиеся сферические гранулы
заданного размера опускаются на
дно аппарата. При этом они охлаж-
даются и обволакиваются маслом.
В настоящее время способ грану-
лирования в масле в промышленном
масштабе применяется только в
производстве кальциевой селитры с
целью улучшения ее физических
свойств. Технологическая схема при-
ведена на рис. 87. По этой схеме
плав кальциевой селитры из напор-
ного обогреваемого бака непрерыв-
но поступает в разбрызгиватель
(корзину) специальной конструкции,
установленный над слоем масла в
верхней части грануляционного ап-
парата, представляющего собой ци-
линдрическую емкость высотой 7 м
и диаметром 2,5 м. Разбрызгиваемый плав в виде сферических ка-
пель попадает в емкость, заполненную маслом, кристаллизуется,
охлаждается, и образующиеся гранулы омасливаются. Из нижней
конусной части аппарата гранулы поступают на центрифугу, где
отделяются от масла (остаточное содержание масла до 1%) и на-
правляются на упаковку.
Масло из центрифуги вновь подается в грануляционный аппа-
рат через холодильник, при этом температура его снижается с 60—
65 до 30 °C.
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Растворимость Ca(NO3)2 в воде
Темпера- тура, °C Растворимость, масс. % Твердая фаза Температура, °C Растворимость, масс. % Твердая фаза
—4,7 —9,0 —16,1 —28 0 20 25 12,5 22,9 33,2 43,9 Ь0,5 56,0 58,0 Лед > Ca(NO3)2-4H2O То же » 40 42,7* 42,6 51,1* 50,6 51,6 151 66,3 69,7 70,6 75,2 77,0 78,0 79,0 Ca(NO3)2-4H2O То же Ca(NO3)2 • ЗН2О То же Ca(NO3)2-2H2O Ca(NO3)2 То же
* Температура плавления.
2. Растворимость NH4NO3 в воде
Температура, °C Растворимость Твердая фаза
г в Юо г воды масс. %
—6,9 20 16,7 Лед
—13,6 49,9 ! 33,3 »
—16,9 —10 43,7 89,5 42,3 47,24 Ромбическая форма IV То же
0 118,5 54,94 » »
10 150,3 60,05 » »
20 187,7 65,24 » »
25 209 67,63
30 232 69,9
32,3 40,0 243 283 70,88 73,9 Моноклинная форма III То же
50 344 77,5 » »
60 415 80,6 » »
70 499 83,3 » »
80 614 86,0 » »
84,2 694 87,4 Тетрагональная форма II
90 777 88,6 То же
100 1023 91,1 » »
120 1900 95,0 » »
125,2 2464 96,1 » »
146 4875 97,99 Правильная форма I
169,6 оо 100 То же Плав
216
3. Растворимость KNO3 в воде
Температура, °C Растворимость, г в 100 г БОДЫ Твердая фаза Температура, °C Растворимость, г в 100 Г БОДЫ Твердая фаза
—1 3,34 Лед 40 63,9 KNO3
—2,85 12,2 Эвтектика 50 85,7 То же
0 13,25 KNO3 60 109,9 »
10 21,0 То же 80 169,0 »
20 31,5 > 100 245,2 »
25 38,2 » 114 312 >
30 45,6 »
4. Растворимость (NH4)2SO4 в воде
Температура, °C Растворимость, г в 100 г воды Твердая фаза Температура, °C Растворимость, Г В 100 Г БОДЫ Твердая фаза
—5,45 20,0 Лед 30 78,1 (NH4)2SO4
—И 40,0 > 40 81,2 То же
—18,5 66,0 Эвтектика 50 84,3 »
—10 68,1 (NH,)2SO4 60 87,4 >
0 70,4 То же 1 70 90,5 »
10 72,7 » 80 94,1 »
20 75,4 > ' 100 102,0 »
25 76,9 > * 108,5* 106,0 »
• Температура кипения.
5. Растворимость (NH4)2SO4 в водных растворах аммиака при 20 °C
Концентрация NH3, масс. % Растворимость (NHihSOj, масс, % Концентрация NH3, г в 100 г воды Растворимость (NH^aSOfl, г в 100 г водного аммиака
0,00 42,95 0,00 75,4
4,05 38,90 7,10 68,2
4,20 38,30 7,30 66,6
6,82 34,78 11,69 59,5
7,00 34,51 11,95 58,95
8,54 32,55 14,50 55,3
8,86 31,25 14,80 52,2
8,87 31,63 14,90 53,2
10,40 29,29 17,25 48,55
17,33 19,58 27,45 31,00
18,05 18,62 28,55 29,4
18,45 18,24 29,20 28,85
19,90 15,60 30,85 24,15
25,10 10,44 38,90 16,2
217
6. Растворимость CO(NH2)2 в воде
Температура, °C Растворимость, вес. % Температура, °C Растворимость, вес. %
0 40 70 76,28
7 44 84,4 81,42
20 51,83 95 87
30 57,18 107 90
40 62,25 109 91,78
50 67,23 115,3 93,78
£0 71,88 120 95
7. Совместная растворимость системы NH4NO3—CO(NH2)2—NH3—Н2О
Равновесный состав раство- ра, масс. % Твердая фаза Равновесный состав раство- ра, масс. % Твердая фаза
nh4no3 С4 К Z б о nh4no3 <м К Z с о
0 DC; NH 2:(NH34-H2O) =0,2 0 °C; NH2: (NH3 + Н2О) = 0,4
6,0 34,5 CO(NH2)2 3,98 32,50 CO(NH2)2
9,97 35,5 То же 7,97 33,1 То же
20,4 36,5 » 18,00 34,0 »
35,25 35,3 » 40,20 33,0 »
42,0 33,85 » 45,54 27,40 CO(NH2)2-0,11NH3 и nh4nos
47,8 34,0 CO(NH2)2 + NH4NO3 52,27 26,14 То же
53,0 6,75 nh4no3 58,05 4,75 NH4NO3
52,05 16,75 То же 56,15 12,35 То же
51,0 22,9 » 55,0 17,4 »
0 °C, NH 2: (NH3 + Н2О) = 0,3 0 °C; NH2:(NH3 + H2O) =0,5
5,0 33,7 CO(NH2)2 2,97 35,52 CO(NH2)2
8,97 33,8 То же 6,98 36,37 То же
19,2 34,8 » 16,98 35,43 »
33,8 34,3 » 29,34 32,88 »
41,6 33,6 » 37,30 32,50 »
50,2 32,5 CO(NH2)2 + NH4NO3 47,59 24,05 CO(NH2)2-0,25 NH3
55,5 5,75 nh4no3 55,40 23,25 То же
53,97 14,55 То же 61,50 3,75 NH4NO3
52,85 20,15 » 59,43 10,10 То же
58,0 14,85 »
8. Растворимость NH4C1 в воде
Температура, °C Растворимость, г в 100 г воды Температура, °C Растворимость, г в 100 г воды
—6,65 10,0 25 39,8
—12,2 18,1 40 46,0
—16 23,9 60 55,3
0 29,7 80 65,6
10 33,5 100 77,3
20 37,4 116 87,3
218
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Борисов В. М., Классен П. В. и др. Опытные и промышленные исследования
процесса гранулирования порошкообразного аммофоса. Хим. пром., 1974
№ 7, с. 32—34.
Борисов В. М., Дохолова А. Н. и др. Промышленный способ получения грану-
лированного аммофоса, Хим. пром., 1973, № 6, с. 29—30.
Вольфкович С. И., Лыков М. В. и др. Получение гранулированного метафосфа-
та калия в аппаратах с кипящим слоем, Ж. прикл. хим., 1966, № 1, с. 1—7.
Демин В. С. Производство фосфоритной муки, суперфосфата и кремнефто-
ристого натрия. М., Госхимиздат, 1955. 192 с.
Зуссер Е. Е. Способы производства гранулированного суперфосфата без сушки.
Журн. ВХО им. Д. И. Менделеева, 1962, т. VII, № 5, с. 530—534.
Казакова Е. А. К методике расчета грануляционных башен с псевдоожиженным
слоем для азотных удобрений. Хим. пром., 1968, № 6, с. 37—43.
Казакова Е. А. Гранулирование и охлаждение в аппаратах с кипящим слоем.
М., «Химия», 1973. 152 с.
Кармышев В. Ф., Буряк К. А. и др. Гранулирование аммофоса методом прессо-
вания. Хим. пром., 1972, № 6, с. 34—36.
Кочетков В. Н. Технология комплексных удобрений. М., «Химия», 1971, 200 с.
Кочетков В. Н. Аммонизаторы-грануляторы и их применение в производстве
сложных и сложно-смешанных удобрений. Труды НИУИФ, 1970, вып. 212,
с. 3—10.
Кочетков В. Н., Борисов В. М. Сравнительная оценка сложных и сложно-сме-
шанных удобрений. Техническая и экономическая информация. Сер. «Эконо-
мика химической промышленности». Вып. 9. М., «НИИЭТЭхим, 1967,
с. 37—61.
Кочетков В. Н., Бурова М. С., Юдин А. М. Исследование прессованных форм
удобрений. Сер. «Промышленность минеральных удобрений и серной кисло-
ты». Вып. 1—2. М„ НИИЭТХим, 1971, с. 3—15.
Кочетков В. ТЕ, Бурова М. С. Влияние влажности и состава гранулированных
и таблетированных удобрений на их прочность. Сер. «Промышленность ми-
неральных удобрений и серной кислоты». Вып. 11. М., НИИТЭхим, 1972,
с. 6—10.
Классен П. В., Трусов Б. К. и др. Исследование пропесса гранулирования слож-
ных РК-удобрений методом прессования. Хим. пром., 1973, № 9, с. 29—31.
Курин Н. П. Процесс слеживания гранулированной аммиачной селитры и воз-
можные пути борьбы со слеживаемостью. Хим. пром., 1953, № 5, с. 1—5;
1953, № 7, с. 1—7.
Курочкина М. И. Взвешенный слой в химической промышленности. М., «Химия»,
1972. 88 с.
Лыков М. В. Сушка в химической промышленности. М., «Химия», 1970. 432 с.
Лыков М. В., Коротков М. А. и др. Новый способ и аппарат для получения
гранулированных продуктов. Труды НИУИФ, 1973, вып. 221, с. 196—212.
Майзель Ю. А., Лыков М. В. Исследование процесса грануляции комплексных
удобрений в комбинированной установке статистическими методами. Хим.
пром., 1969, № 2, с. 38—42.
219
Майзель 10. А., Коган А. М. Основные факторы, влияющие на процесс грану-
ляции и определяющие выбор схем регулирования грануляторов. Труды
НИУИФ, 1970, вып. 212, с. 11—27.
Марголис Ф. Г., Унанянц Т. П. Производство комплексных удоберний. М., «Хи-
мия», 1968. 204 с.
Мещеряков Н. В., Артемьев Н. А. Грануляция аммиачной селитры. Труды ГИАП,
1957, вып. 8, с. 194—212.
Позин М. Е. Технология минеральных удобрений. М., «Химия», 1974. 376 с.
Соколовский А. А., Яшке Е. В. Технология минеральных удобрений и кислот.
М., «Химия», 1971. 456 с.
Справочник азотчика. Т. 2. М.» «Химия», 1969. 121 с.
Трусов Б. К., Мурадов Г. С. и др. Гранулирование сульфата аммония методом
прессования. Хим. пром., 1972, № 11, с. 35—36.
Филиппова К. И., Бочкарев В. М., Синегрибов В. А. Некоторые закономерности
непрерывного процесса окатывания на чашевом грануляторе. Хим. пром.,
1972, № 2, с. 52—55.
Шахова Н. А., Гришаев И. Г. и др. Получение гранулированных комплексных
удобрений на базе аммиачной селитры. Хим. пром., 1973, № 9, с. 50—53.
Шахова Н. А., Классен П. В. и др. Исследование тепло- и массообмена в про-
мышленных барабанных грануляторах-сушилках. Хим. пром., 1974, № 2,
с. 57—60.
Шахова Н. А., Рычков А. И. Кристаллизация плава мочевины в псевдоожижен-
ном слое с получением гранулированного продукта. Хим. пром., 1963, № 11,
с. 56—59.
Шахова Н. А., Гришаев И. Г. и др. Новый способ получения смешанных удоб-
рений в виде двухслойных гранул. Хим. пром., 1971, № 1, с. 37—42.
Шахова Н. А., Рогозина Н. М. и др. Грануляция мочевины в псевдоожиженном
слое. Хим. пром., 1968, № 6, с. 44—46.
Широков С. Г., Белоусов И. П. и др. Получение гранулированных карбамид-
фосфорных удобрений в псевдоожиженном слое. Хим. пром., 1973, № 8,
с. 37—39.
Патрикеева Н. И. Состояние техники гранулирования в зарубежной химической
промышленности. Сер. «Химическая промышленность за рубежом». Вып. 7.
М., НИИТЭХИМ, с. 48—61.
ПРЕДМЕТНЫЙ
Аммонизатор(ы)-гранулятор (ы) 9, 173
барабанно-лопастной 79 сл.
с внутренним ретуром 112
непрерывного действия 77
с отделениями в секции гранули-
рования 75, 76
перемещение материала, схема 57
полый 74, 75
режим работы 89 сл.
с секциями аммонизации и грану-
лирования 77, 78
— сушильным барабаном 112
техническая характеристика 74
частота вращения 58
Варабанный(е) гранулятор(ы) 9, 101
сл.
для комплексных удобрений 102,
103
режим работы 89 сл.
для суперфосфата 103
техническая характеристика 104
Барабанный гранулятор-сушилка БГС
112, 120 сл.
Валковый пресс 17 сл.
Гранулирование в присутствии рас-
творов и плавов
влияние влажности смеси 57 сл.,
144 сл.
— высоты слоя 57
— конструкции аппарата 59
— пластичности исходных компо-
нентов 54 сл.
— распределения раствора в гра-
нулируемой смеси 51
— соотношения жидкой и твердой
фаз в смеси 52, 53
— способа увлажнения смеси 56
— температуры процесса 56 сл.
— угла наклона аппарата 59, 147
— фракционного состава смеси 53,
54
— химического состава исходных
компонентов смеси 54
УКАЗАТЕЛЬ
Гранулирование в присутствии рас-
творов и плавов
влияние частоты вращения аппа-
рата 57
сл., 145, 148
добавки 14
максимальная эффективность 59 сл.
методы, классификация 9 сл.
связующие и смазывающие веще-
ства 15, 16, 55
схемы производства см. Производ-
ство гранулированных удоб-
рений
Гранулированные удобрения
влажность 27, 28, 44, 45, 57, 93,
134, 144 сл.
гигроскопичность 27, 28, 44 сл.
прочность 27, 29, 44 сл., 93
размер частиц 9, 24, 27, 144 сл.
растворимость 28, 44 сл., 55, 216
слеживаемость 27
форма частиц 9
Гранулятор(ы) с кипящим слоем 157
сл.
время пребывания частиц 169, 170
выгрузочные устройства 167 сл.
газораспределительные устройст-
ва 167 сл.
гидродинамика 163 сл.
загрузка, способы 158 сл.
подача теплоносителя 158 сл.
скорость роста частиц 169, 170
Грануляционная (ые) башня (и) 200
сл., 207 сл.
вибрационные конуса 210, 212
виброразбрызгиватели 210, 211
воздуходувка 204
грануляционные устройства 193,
200 сл., 208, 209
компоновка оборудования 203, 207
конструкция 202
механизм выгрузки гранул 204
напорная емкость 203, 204
охладители 212
производительность 195
221
Грануляционная(ые) башня(и)
распределение воздуха по сече-
нию 196
— нагрузки по сечению 195, 196
скорость падения гранул 194, 195
теплообмен 192, 193
траектории движения гранул 193,
194
Дисковый (е) гранулятор (ы) 9, 142,
151 сл.
принцип работы 153
схема 153
характеристика 154
Кратность ретура, расчет 72 сл., 105
сл.
Прессование 9, 13 сл.
на валковых прессах 16 сл.
влияние давления 15, 20, 21
— конструкции и типа дроби-
лок 21, 22
— нагрузки по сырью 24, 25
— направления удаления воз-
духа 22, 23
— среднего размера частиц сме-
си 23, 24
— толщины прессуемой плитки
20
— физико-химических свойств
тукосмеси 21
— частоты вращения валков 21
схема 16, 17
технический режим 26, 30, 31
основы метода 14 сл.
на таблеточных прессах 35 сл.
влияние влажности смеси 39
— давления прессования 15, 43
— микропримесей 43
— состава и свойств смеси 39
пластичность таблеток 44
слеживаемость таблеток 45
толщина и масса таблеток 43
Производство гранулированных удо-
брений
на основе аммиакатов в аммониза-
торах-грануляторах 70, 71
аммиачной селитры
в аппаратах КС 178, 179
----РКСГ 185
— грануляционных башнях из
расплава 204 сл.
аммофоса
в аппаратах БГС 117, 118, 122
----РКСГ 181, 182, 185
— шнеках-грануляторах 127,
130 сл., 141
Производство гранулированных удоб-
рений
двойного суперфосфата
в барабанных грануляторах 99
— дисковых грануляторах 154
— шнеках-грануляторах 137 сл.
диаммонитрофоса в аммоннзато-
рах-грануляторах 67, 68
диаммофоса в аппаратах РКСГ
185
кальциевой селитры
в аппаратах РКСГ 185
из расплава с охлаждением в
масле 215
карбамида
в аппаратах КС 174, 176 сл.
— грануляционных башнях из
расплава 206
— дисковых грануляторах 154
на основе карбамида, нитратов и
фосфатов аммония на . вал-
ковых прессах 25, 27
и сульфата аммония в
дисковых грануляторах 151
и сульфата аммония из
расплава с охлаждением в
масле 214, 215
-------и суперфосфата в бара-
банных грануляторах 87
-------и фосфатов аммония из
расплава с охлаждением в
масле 214
карбоаммофоса в аппаратах КС
в виде двухслойных гранул
172 сл.
карбоаммофоски
в аммонизаторах-грануляторах
71, 72
— в аппаратах КС в виде двух-
слойных гранул 172 сл.
медленнодействующих, в дисковых
грануляторах 150, 151
метафосфата калия в аппаратах
РКСГ 182 сл.
моноаммонийфосфата из расплава
200
нитрат-фосфата аммония в диско-
вых грануляторах 149, 150
на основе нитрата аммония и карб-
амида в дисковых грануля-
торах 149, 150
нитроаммофоса в дисковом грану-
ляторе 154
нитроаммофоски
в аммонизаторах-грануляторах
66 сл.
— аппаратах с внутренним ре-
туром 110 сл.
-----БГС 123
222
Производство гранулированных удоб-
рений
в аппаратах РКСГ 180, 181, 185
— башнях из расплава 196 сл.
— шнеках грануляторах 127 сл.,
141
пнтрофоса
в аппаратах БГС 123
----РКСГ 185
— шнеках-грануляторах 127,
141
нитрофоски
в аппаратах БГС 116, 117, 123
----РКСГ 185
«пелофос» в дисковых гранулято-
рах 149
на основе плавленых фосфатов
методом прессования 27
полифосфатов аммония
из расплава с охлаждением в
масле 214
в шнеках-грануляторах 127, 135,
136
сложно-смешанных
в аммонизаторах-грануляторах
66 сл., 88 сл.
— аппаратах КС 172 сл, 177
сл.
— барабанных грануляторах 85
сл., 88 сл.
— дисковых грануляторах 150
сл.
•сульфата калия методом прессова-
ния 30 сл.
сульфоаммофоса в аппарате БГС
122
•суперфосфата в барабанных гра-
нуляторах 92 сл.
аммонизированного 97 сл.
без сушки 99 сл.
— в дисковых грануляторах
аммонизированного 149
без сушки 148, 149, 154
с сушкой 154
— методом прессования 32, 33
на основе суперфосфата и нитра-
та аммония в барабанных
грануляторах 85 сл.
------и хлористого калия ме-
тодом прессования 25, 27
Производство гранулированных удоб-
рений
тукосмесей таблетированием 39 сл.
фосфат-нитрата аммония в диско-
вом грануляторе 149, 150
фосфатов карбамида н аммония
в шнеке-грануляторе 127
на основе фосфатов и полифосфа-
тов аммония из расплава
198 сл.
хлористого калия методом прессо-
вания 30, 31
на основе элементарного фосфата
методом прессования 27
— таблетирования 35, 36
Распределители пульп, растворов и
плавов 82
Расходные коэффициенты 115, 117,
130
Сушильно-грануляционный агрегат
РКСГ 179, 184, 185, 189
Сферодайзер 112 сл.
Схема (ы)
валкового пресса 19
— уплотнителя 18
гранулирования, принципиальные
10
грануляторов КС 177
дискового гранулятора 153
загрузочного устройства валково-
го пресса 24
компоновки оборудования грану-
ляционной башни 203, 207
перемещения материала в аммони-
заторе-грануляторе 57
подачи жидких компонентов 83
прессования 16, 17
производства см. Производство
гранулированных удобрений
Таблеточный пресс 36 сл.
Тарельчатый гранулятор см. Диско-
вый гранулятор
Шнек-гранулятор 126, 140 сл.
Экструдеры 155 сл.
Виктор Николаевич Кочетков
ГРАНУЛИРОВАНИЕ
МИНЕРАЛЬНЫХ
УДОБРЕНИЙ
Редактор М, В. Миникс
Техн, редакторы В. М. Скитина, Р. М. Вознесенская
Художник А Я. Михайлов
Корректоры О. И. Голубева, Л. В. Гаврилина
Т 06870. Сдано в иаб. Г8/П 1975 г. Подп. к печ. 25/IV 1975 г. Формат
бумаги 60X90716. Бумага тип. № 2. Усл. печ. л. 14. Уч.-изд. л. 16,33.
Тираж 3300 экз. Зак. 1810. Изд. № 1032. Цена 73 к.
Издательство «Химия». 107076. Москва, ул. Стромынка, 13.
Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли. Москва, 113105, Нагатинская ул., д. I.