Способ получения гранул карбамида Советский патент 1985 года по МПК C05C9/00 B01J2/04 

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

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

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

Изобретение относится к способу получения гранул карбамида, которые образуются при прохождении падающих капель расплава карбамида, прак тически не содержащего воды, противотоком потоку охлаждающего газа через охлаждающую зону, в которой распределен материал, создающий затравочные кристаллы. Известен способ получения гранул карбамида путем распыления расплава карбамида, не содержащего воду, про тивотоком потоку охлаждающего газа в охлаждающей зоне, в которой содер жатся твердые частицы карбамида или частицы другого материала, создающего затравочные кристаллы, находящегося предпочтительно в каллоидном состоянии или в виде тумана l. Однако при осуществлении этого способа капли во время охлаждения от наружной поверхности внутрь превращаются в большие кристаллы,ориентированные практически в том же направлении, в котором наружная оболочка, появившаяся первой, втягивается частично внутрь во время охлаждения и затвердевания остальной части гранулы, в результате чего в гранулах образовываются, полости. Вследствие этого гранулы имеют небольшую ударную вязкость и распыляются при транспортировке и обработке. Целью изобретения является повышение ударной прочности гранул. Поставленная цель достигается те что согласно способу получения гранул карбамида, включающего пропускание падающих капель расплава карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида, в охлаждающей зоне поддерживают содержание частиц карбамида с размерами 2-10 мкм. в количестве 8 - 25 мг ка 1 м воздуха. При этом частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчения кристаллического карбамида, подают их в охлаждающую зону в таком месте, что при всех местных атмосферных условиях давление паров поды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паров воды частиц при температуре охлаждающего воздуха. На фиг. 1 показана гранула, полученная известным способом; на фиг. 2 гранула, полученная предложенным способом; на фиг. 3 - график зависимости ударной прочности от количества центров кристаллизации на одну гранулу (количества соударений). Согласно изобретению могут быть получены гранулы с беспорядочной ориентацией кристаллов и без полостей, если в охлаждающей зоне создается рассеивание кристаллических частиц, имеющих размеры 2-10 мкм в количестве 8 - 25 мг на 1 м охлаждающего газа. Частицы с размерами меньше 2 мкм {являются неэффективными дпя испольования в качестве материала, созЬающего затравочные кристаллы, поскольку они проносятся при помощи охлаждающего газа мимо капель и, следовательно, не сталкиваются с ними. Могут быть использованы частицы с размерами больше 10 мкм, но они создают такой же эффект, как и частицы с размерами 4-8 мкм. Для того, чтобы получить образцы, состоящие из маленьких кристалликов с разупорядоченной ориентацией, необходимо, чтобы перед началом крис3таллизации в капле между падающейкаплей и затравочным материалом пр из.ошгго по крайней мере 20, предпоч тельно около 25, соударений. Для получения 25 соударений необходимо использовать около 5 кг/ч затравочного материала со средним диаме ром частич 4-5 мкм, если средний диаметр части 10 мкм, то необходимо 40 кг/ч, а при диаметре 100 мкм 4000 кг/ч затравочного материала. Таким образом, число соударений определяется размером кристаллов, ориентацией и прочностью образцЬв большей мере, чем количеством затравочного материала. Проведенные в лаборатории на экспериментальной установке испытания показали, что при использовании предлагаемого способа получаются гранулы с ударной прочность более 90% (свыше 90% гранул не раз рушаются при испытании на удар), причем в гранулах содержится 25 ил более затравочных центров, в резул тате чего гранулы имеют сетчатую структуру из мелких кристаллов со случайной ориентацией. В табл. 1 представлена прочност на удар карбамидных гранул, полученных путем распыления карбамидного расплава в потоке воздуха (600000 м/ч), в котором диспергируют 10 кг карбамида (при 16 мг/м в виде частиц различных размеров. Таблица Из табл. 1 видно,что высокую про ность на удар имеет только образец полученный с использованием затравочного материала, средний размер частиц которого составляет 4 мкм. 4 4 что является ре-эультатом догтяточной частоты столкновений каполь расплава карбамида с затравочпьми частицами. Проведенные испытания покачали что при размерах частиц менее 2 мкм большая часть затравочных частиц уносится вместе с воздушным потоком и обходит капли карбамида, ко касаясь их. Использование частиц размером более 10 мкм приводит к неэкономичному увеличению расхода затравочного материала. Число затравочных центров 25 и более может быть получено также, при использовании большего, нежели указано выше, количества затравочного материала. Однако использование более 25 мг затравочного материала на 1 м охлаждающего воздуха является неэкономичным. Количество затравочных центров от 20 до 25 может быть получено при использовании примерно 8 мг ва раБочного материала на 1 м охлаждающего воздуха, в результате обеспечивается достаточная ударная прочность карбамидньк грзнул.. При использовании затравочного материала в количестве менее 8 мг/м количество затравоч ных центров меньше 20, что приводит к резко гу понижению ударной прочности карбамидных гранул. Кроме того, требуемое количество материала для создания затравочных кристаллов зависит, хотя и в значительно меньшей степейи, от размера капель распьшяемого расплава карбамида. При получении гранул карбамида с диаметром 1 - 3 мм хорошие результаты достигаются в том случае если в 1 м охлаждающего газа находится 8 - 25 мг материала, t создающего затравочные кристаллы, с размерами частиц 2-10 мкм. Количество частиц с диаметром 10 мкм в 1 м охлаждающего газа 0,01 х 10 а с диаметром 2 мкм - 4,5 х Ю .. В качестве материала, создающего затравочные кристаллы, предпочтительно использовать частицы карбамида. Эти частицы могут быть получены путем размалывания гранул или кристаллов карбамида. Для обеспечения хорошего размалывания и надежного перемещения в трубопроводах к кристаллическому карбамиду может быть добавлено вещество, предотвращающее слипание, например соли вые-.

ших жирных кислот кальция, магния, цинка и алюьшния, глина, кальцит талька, предпочтительно стеарит кальция.

Для исследования способности затравки частиц мочевины в отношении их массы проводят ряд опытов. Во время этих опытов на метал лическую пластину подают непрерьшный поток кристаллической мочевины, с помощью электричества ее нагревают до темно-красного каления приблизительно при ЗООС, Мочевина полностью испаряется, образуя густое облако чрезвычайно мелких частиц (диаметр менее 2 мкм). Затем это облако вводят в воздух, который используют для охлаждения капель отверждаемой расплавленной мочевины в пилотной отверждающей установке, Образование пыли частиц мочевины в донной части этой колонны подавляют для того, чтобы только затравочные частицы попадали вместе с воздухом. Даже при низкой относительной влажности воздуха образованные таким образом частицы мочевины отлича ются пластинообразной кристаллической структурой. Так как такие частицы образовались в отсутствие затравочного материала, то они имеют нечеткую конфигурацию (см. фиг. 1). Частицы мочевины с такой пластинообразной структурой, обладают ударной прочностью около 5-15%. Концентрадию тумана мочевины в охлаждающем воздухе не измеряют, однако вводят все увеличивающися количества до тех пор, пока видимость внутри колонны после добавлени не ограничится менее чем 2 м (это составляет концентрацию свьше 100 мг/м). Кроме неэффективного затравливания капель мочевины применение таких туманов мочевины в качестве затравочного материала приводит, к значительному вьщелению пьши из колонны отверждения.

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

Установлено, что в случае присутствия в охлаждающем воздухе частиц кристаллической мочевины значительно повышается ударная прочность частиц

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

Эти опыты повторяют на заводской установке, где смонтированы приспособления для введения 15 мг/м мелких частиц мочевины (2-10 мкм) в охлаждающий воздух. Отбирают 93 образца полученных при этом кусочков мочевины в произвольные дни из Донн части колонны отверждения в течение 6 мес.

Определяют ударную прочность гранул, %:

Наблюдение

268-72

373-77

478-82

583-87

688-92 Средняя ударная прочность для

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

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

Расплав, .подлежащий распыпению, . может быть получен испарением карбамидных растворов или путем плавки кристаллов карбамида. Если распыляется расплав, который был получен путем плавления кристаллов карбамида предпочтение должно быть отдано расплавлению в присутствии распыляющих устройств, например, расположенных в верхней части башни для получения гранул с тем, чтобы как можно более надежно предотвратить 7 1 образование биурета. Кристаллы подаются предпочтительно пневматически в верхнюю часть башни для получения гранул, отделяются от транспортирующего газа при помощи циклона и затем расплавляются, Условия работы циклона должны быть выбра ны таким образом, чтобы транспортирующий газ содержал частицы с размерами 2-10 мкм. После выхода из циклона транспортирующий газ, в котором рассеяны мелкие частицы карбамида, может быть полностью или частично добавляем к охлаждающему газу, подаваемому в охлаждающую зону, в результате чего количество создающего затравочные кристаллы материала, который получается путем размалывания, может быть уменьшено В процессе затвердевания распыляемых капель при превращении их в гранулы образуются большие и/или меньшие кристаллы в зависимости от способа и скорости охлаждения. Ударная прочность гранул, состоящих из маленьких кристаллов с произ вольной ориентацией, значительно выше, чем ударная прочность гранул, состоящих из больших кристаллов, им1еющих по существу такую же ориентацию. Образование небольших кристаллов в грануле увеличивается, ког при температуре кристаллизации капл вступает в контакт с большим количеством мелких частиц материала, со дающего затравочные кристаллы, при (ЭТОМ мелкие частицы выполняют функцию центров кристаллизации. Зависимость между количеством центров кристаллизации и ударной проч ностью определяется эксперимеитально для гранул со средним диаметром около 2 мм (т.е. 50% гранул имеет диаметр равный или больше 2 мм) с максимальным отклонением диаметра плюс или минус 40% (см. фиг. 3). По оси ординат откладывают значения ударной прочности, а по оси абсцисс количество центров кристаллизации н одну гранулу (ударную прочность определяют списанным выше способом График (фиг. 3) показывает, что для достижения ударной вязкости 70% требуется по крайней мере 10 центров кристаллизации на гранулу, имеющую диаметр 2 мм. Для достижения ударной вязкости 80% требуется наличие по крайней мере 20 центров кристаллизации на гранулу с диаметром 2 мм. На практике это означает, что для получения гранул с хорошей ударной вязкостью из 1000 кг расплава карбамида требуется около 0,125-0,375 кг кар.бамидной пыпи с размерами частиц 2-10 мкм. Установлено, что с увеличением относительной влажности охлаждающего газа требуется большее количество материала, создающего затравочные кристаллы, для достижения соответствующей ударной прочности. В качестве охлаждающего газа может быть использован любой газ, инертный по отношению к карбамиду, например воздух, азот и двуокись углерода (на практике, как правило, используется воздух) Вьщ1еуказанные количества материала, создающего затравочные кристаллы, достаточны для получения гранул при наивысшей относительной влажности воздуха. Материал, создающий затравочные кристаллы, подается в охлаждающую зону в одном месте или в нескольких местах и как можно более равномерно распределяется в указанной зоне. Когда воздух поступает в колонну отверждения, температура его повышает вследствие теплообмена с падающими каплями и твердыми частицами. Можно определить точную температуру цоднимающегося во,здущного потока в каждой точке колонны отверждения. По результатом экспериментов, а также по литературньв данным можно построить график. Различие jB давлении водяного пара между частицами мочевины и воздуха тем выше,, чем выше температура. Хорошая затравка возможна только тогда, когда давление водяного пара частиц мочевины в месте ввода равйо или вьше давления водяного пара воздуха, так что вода вовсе не захватывается частицами. При самой высокой возможной температуре, напрш ер (303 К), давление водяного пара воздуха составляет 0,042 бар, что соответствует температуре частиц мочевины 310 К ( ). По мере того как частицы с размерами 2-10 мкм достигают комнатной температуры, хорошую затравку получают, когда частицы вводят в колонну отверлздения на уровне, где температура составляет по крайней мере . Для поддержания распределения мелких частиц карбамида в охлаждающей зоне давление паров воды охлаждающего воздуха должно быт при любом местном состоянии атмосферы меньше или равно давлению паров воды частиц карбамида при температуре охлаждающего воздуха. Если давление паров воды охлаждающего воздуха больше, частицы карбамида могут даже растворяться, так что эффект образования центров кристаллизации будет полностью потерян. Следователь но, место подачи материала, создающего затравочные кристаллы, выбирает ся таким образом, чтобы охлаждающий воздух у этого Места нагревался до такой степени, что давление паров воды воздухабыло меньше или равно давлению паров воды материала, создающего затравочные кристаллы. Поток воздуха, подающий материал, создающий затравочные кристаллы, в охлаждающую зону должен иметь низкое давление паров воды. Для этой цели воздух может быть подсушен или подогрет, например, до 50°С. Помимо мелких фракций карбамида в качестве материала, созданнцего затравочные кристаллы, могут использоваться другие вещества, например мел, гипс, хлористый калий. Однако при использовании этих веществ полу чаемые гранулы карбамида загрязняют ся ими и становятся менее пригодными для дальнейшего использования. Пример. В башне для получения гранул, имеющей высоту 52-м, распыляют 40000 кг/ч. 99,8%-ного расплава карбамида (температура рас плава ).при помощи вращающегос распылителя гранул, имеющего диамет отверстия около 1,3 мм. В четырех местах по периферии башни для получения гранул смесь воздуха и частиц карбамида, размер которых в среднем 4 мкм при диапазоне размера 2-10 мк вдувается в башню через трубы при помощи эжектора и распределяется ра номёрно. Частицы получают путем размалывания гранул карбамида, к которым добавлен стеарат кальция в количест ве 3 вес.%. Приготовление затравочного материала проводят размалыванием кристаллической мочевины в аэродинамической мельнице. Давление аэродинамической мельницы регулиг -от на определенном уровне. В результате этого более 80% полученной измельченной мочевины имеет размеры частиц 2-10 мкм, менее 10% ниже 2 и менее 10% более 10 мкм. Нет необходимости отделять фракцию 2-10 мкм. Тастицы, имеющие размеры нижнего и верхнего пределов, вместе с большей частью фракции 2-10 мкм уносятся из головной части колонны отверждения расплавленной если разбрызгиванием вместе с воздушным потоком. Частиць удаляют из воздушного потока, например, путем фильтрации и/или очистки газа, и мочевину возвращают в процесс, например, на стадии концентрирования и вьтарива-ния. Скорость перемещения в трубах 35 M/cJ относительная влажность транспортирующего воздуха 30%. Отверстия для пода.чи материала, создающего затравочные кристаллы, в баш ню для получения гранул расположены на 20 м ниже распылителя гранул. В донную часть башни подается охлаждак)щий воздух, который перемещается в противоположном направлении по отношению к направлению перемещения расплава карбамида, в количестве 600000 м/ч с входной температурой . Средняя температура гранул на выходе грануляционной башни и колеблятся от 50 до 74 °С в зависимости от температуры окружающего воздуха. Средняя температура воздуха на выходе грануляционной башни и колеблется от 48 до . Средний диаметр полученных гранул 2,OtO,1 мм. Количество материала, создающего затравочнь1е кристаллы, меняется во время экспериментов, которые проводят при различной относительной влажности охлаждающего воздуха. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

п

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

12

11А5924 Т-а блица 2

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