Способ получения гранул карбамида

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТЪГ

1виг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3360406/23-26 (86) Рст/NL 81/00006(24.03.8 1) (22) 27.11.81 (31) 8001876 (32) 29.03.80 (33) Нидерланды (46) 15.03.85. Бюл. N - 10 (72) Михаэль Хендрик Виллемс и Ян Виллем Клок (Нидерланды) (71) УНИ ВАН КунстместАабрикен Б.В. (Нидерланды) (53) 66.099.2(088.8) (56) 1. Патент США N 3450804, кл. 264-14, 1969.

4(51) С 05 С 9/00; В 01 1 2/04 (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ

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

1145924

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчения кристаллического карбамида.

3. Способ по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что частицы карбамиИзобретение относится к способу получения гранул карбамида, которые образуются при прохождении падающих капель расплава карбамида, практически не содержащего воды, проти- 5 вотоком 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, противотоком потоку охлаждающего газа в охлаждающей зоне, в которой содержатся твердые частицы карбамида или частицы другого материала, создающего затравочные кристаллы, .находящегося предпочтительно в каллоидном состоянии или в виде тумана t1j .

Однако.при осуществлении этого 20 способа капли во время охлаждения от наружной поверхности внутрь превращаются в большие кристаллы,ориентированные практически в том же направлении, в котором наружная обо- 25 лочка, появившаяся первой, втягивается частично внутрь во время охлаждения и затвердевания остальной части гранулы, в результате чего в гранулах образовываются полости. Зр

Вследствие этого гранулы имеют небольшую ударную вязкость и распыляются при транспортировке и обработке.

Целью изобретения является повышение ударной прочности гранул.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения гранул карбамида, включающего пропускание падающих капель расплава gg карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида, в охлаждающей да подают в охлаждающую зону в таком месте, что при всех местных атмосферных условиях давление паров воды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паров воды частиц при температуре охлаждабщего воздуха. зоне поддерживают содержание частиц карбамида с размерами 2-10 мкм. в количестве 8 — 25 мг на 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 воды 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

1являются неэффективными для исполь1зования в качестве материала, соз4ающего 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 час„тицы с размерами 4 — 8 мкм.

Для того, чтобы получить образцы, состоящие иэ маленьких кристалликов с раэупорядоченной ориентацией, необходимо, чтобы перед началом крис11459 з таллизации в капле между падающей каплей и затраночным материалом произошло по крайней мере 20, предпочтительно около 25, соударений. Для получения 25 соударений необходимо использовать около 5 кг/ч затравочного материала со средним диаметром частич 4-5 мкм, если средний диаметр части 10 мкм, то необходимо 40 кг/ч, а при диаметре 100 мкм — 1p

4000 кг/ч затравочного материала.

Таким образом, число соударений определяется размером кристаллов, ориентацией и прочностью образцов в большей мере, чем количеством затравочного материала.

Проведенные в лаборатории на экспериментальной установке испытания показали, что при использовании предлагаемого способа получаются гранулы с ударной прочностью более 90%. (свыше 90Х гранул не разрушаются при испытании на удар), причем в гранулах содержится 25 или более затравочных центров, в результате чего гранулы имеют сетчатую структуру из мелких кристаллов со случайной ориентацией.

В табл. 1 представлена прочность 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 азме ов. р р

Таблица 1

Прочность на удар,7

Средний размер частиц, мкм

Размер частиц, мкм

О, 1-2

40-60

88-90

30-40

I0-15

2-10

10-20

20-50

35

Из табл. 1 видно,что высокую прочность на удар имеет только образец, полученный с использованием затраФ вочного материала, средний размер

1 частиц которого составляет 4 мкм, что является результатом догтаточной частоты столкновений капель расплава карбамида с .затравочными частицами.

Проведенные испытания показали что при размерах частиц менее ? мкм большая часть эатравочных частиц уносится вместе с воздушным потоком и обходит капли карбамида, г касаясь их. Использование частиц размером более 1О мкм приводит к неэкокомичному увеличению расхода затравочного материала.

Число затравочных центров 25 и более может быть получено также. при использовании большего, нежели указано выше, количества эатравочного материала. Однако использование более 25 мг затравочного материала на 1 мз охлаждающего воздуха является неэкономичным. Количество затравочных центров от 20 до 25 может быть получено при использовании примерно S мг ватравочного материала на 1 мз охлаждающего воздуха, в результате обеспечивается достаточная ударная прочность карбамидных гванул.. При использовании затравочного материала в количестве менее 8 мг/м количество затравоч= ных центров меньше 20, что приводит к резкому понижению ударной прочности карбамидных гранул.

Кроме того, требуемое количество материала для создания затравочных кристаллов зависит, хотя и в значительно меньшей степени, от размера капель распыляемого 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, создающего затравочные кристаллы, с размерами частиц 2 — 10 мкм. Количество частиц с диаметром 10 мкм в

1 м охлаждающего газа .0,01 х 10

9 а с диаметром 2 мкм — 4,5 х 10

В качестве материала, создающего затравочные кристаллы, предпочтительно испольэовать частицы карбамида. Эти частицы могут быть получены путем размвлывания гранул или кристаллов карбамтща. Лля обеспечения хорошего размалывания и надежного перемещения в трубопроводах к кристаллическому карбамиду может быть добавлено вещество, предотвращающее слипание, например соли выс3 1145924 б ших жирных кислот кальция, магния, цинка и алюминия, глина, кальцит талька, предпочтительно стеарит кальция.

Для исследования способности затравки частиц мочевины в отношении их массы проводят ряд опытов.

Во время этих опытов на металлическую пластину подают непрерывный поток кристаллической мочевины, 10 с помощью электричества ее нагревают до темно-красного каления приблизительно при 500 С. Иочевина полностью испаряется, образуя густое облако черезвычайно мелких частиц 15 (диаметр менее 2 мкм). Затем это облако вводят в воздух, который ! используют для охлаждения капель отверждаемой расплавленной мочевины в пилотной отверждающей установке. 20

Образование пыли частиц мочевины в донной части этой колонны подавляют для того, чтобы только затравочные частицы попадали вместе с воздухом. Даже при низкой от- 25 носительной влажности воздуха образованные таким образом частицы мочевины отличаются пластинообразной кристаллической структурой. Так как такие частицы образовались в от- ЗО сутствие затравочного материала, то они имеют нечеткую конфигурацию (см. фиг. 1). Частицы мочевины с такой пластинообразной структурой, обладают ударной прочностью около

5-15%. Концентрацию тумана мочевины в охлаждающем воздухе не измеряют, однако вводят все увеличивающиеся количества до тех пор, пока видимость внутри колонны после добавления4О не ограничится менее чем 2 м (это составляет концентрацию свыше

100 мг/м ). Кроме неэффективного затравливания капель мочевины применение таких туманов мочевины в ка- 4 честве затравочного материала приводит к значительному выделению пыли из колонны отверждения.

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

Установлено, что в случае присут" 55 ствия 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 неповрежденHblHH в тесте на выстреливание), 25 и более затравочных точек и иглообразную кристаллическую структуру (см. фиг. 2). Кристаллическая структура таких частиц не показывает общей ориентации, а ориентация продолговатых кристаллов, по-видимому, приводит к повышенной ударной прочности.

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

6 мес.

Определяют ударную прочность гранул,%:

Наблюдение

1 67

2 68-72

3 73-77

4 78-82

5 83-87

Ь 88-92

Средняя ударная прочность для этого набора образцов 83,5% с разбросом только 4,5%.

Способ определения ударной прочности гранул включает пневматическое выстреливание гранул в стальную пластину со скоростью 20 м/с под углом

45 . Количество (%) оставшихся це-. лыми при таком испытании гранул принимается за значение ударной прочности.

Расплав, .подлежащий распылению, . 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

45924 8

1О

15 вочные кристаллы, достаточны для получения гранул при наивысшей относительной влажности воздуха.

Материал, создающий затравочные

25 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 падаюда щими каплями и твердыми частицами. я Можно определить точную температуру цоднимающегося воздушного потока э- в каждой точке колонны отверждения.

По результатом экспериментов, а также по литературным данным можно построить график. Различие,в 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 равно или выше давления водяного пара воздуха, так что вода вовсе не захватывается частицами. При самой высокой возможной температуре, например 30 С (303 К), давление водяного пара воздуха

50 составляет 0,042 бар, что соответствует температуре частиц мочевины

310 К (37 С). По мере того как частицы с размерами 2-10 мкм достигают комнатной температуры, хорошую затравку получают, когда частицы

S5 вводят в колонну отверждения на уровне, где температура составляет по крайней мере 37 С. Дпя поддержания

График (фиг. 3) показывает, что для достижения ударной вязкости

70Х требуется по крайней мере 10 центров кристаллизации на гранулу, имеющую диаметр 2 мм. Для достижения ударной вязкости 80Х требуется наличие по крайней мере 20 центров

7 11 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 выбраны таким образом, чтобы транспорти-рующий 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, имеющих 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 экспериментально для гранул со средним диаметром около 2 мм (т.е. 507 гранул имеет диаметр равный или больше 2 мм) с максимальным отклонением диаметра плюс или минус 40Х (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) кристаллизации на гранулу с диаметром 2 мм. На практике это означает, что для получения гранул с хорошей ударной вязкостью иэ 1000 кг расплава карбамида требуется около

0,125-0,375 кг карбамидной пыли с размерами частиц 2 — 10 мкм.

Установлено, что с увеличением относительной влажности охлаждающего газа требуется большее количество материала, создающего затра- вочные кристаллы, для достижения соответствующей ударной прочности.

В качестве охлаждающего газа может быть использован любой гаэ, инертный по отношению к карбамиду, например воздух, азот и двуокись углерода (на практике, как правило, используется воздух) Вышеуказанные количества материала, создающего затрараспределения мелких частиц карбамиПриготовление затравочного материала проводят размалыванием кристаллической мочевины в аэродинамической мельнице. Давление аэродинамической мельницы регулиг-от на определенном уровне. В результате этого более 80Х полученной измельченной мочевины имеет размеры частиц

2-10 мкм, менее 103 ниже 2 и менее

10Х более 10 мкм. Нет необходимости отделять фракцию 2-10 мкм. Частицы, имеющие размеры нижнего и верхнего пределов, вместе с большей частью фракции 2-10 мкм уносятся из головной части колонны отверждения расплавленной соли разбрызгиванием вместе с воздушным потоком.

Частицы удаляют из воздушного потока, например, путем фильтрации и/или очистки газа, и мочевину возвращают в процесс, например, на стадии концентрирования и выпаривания. Скорость перемещения в трубах

35 м/с относительная влажность транспортирующего воздуха ЗОХ. Отверстия для подачи материала, создающего затравочные кристаллы, в башню для получения гранул расположены на 20 м ниже распылителя гранул.

В донную часть башни подается охлаждающий воздух, который перемещается в противоположном направтура гранул на выходе грануляционной башни 62 С и колеблятся от 50 до 74 С в зависимости от температуры окружающего воздуха. Средняя температура воздуха на выходе грануляционной башни 54 С и колеблется от

48 до 60 С. Средний диаметр полученных гранул 2,0- О, 1 мм.

Количество материала, создающего затравочные кристаллы, меняется во время экспериментов, которые проводят при различной относительной влажности охлаждающего воздуха.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

9 1!459 да в охлаждающей зоне давление паров воды охлаждающего воздуха должно быть

I при любом местном состоянии атмосферы меньше или равно давлению паров воды частиц карбамида при температу5 ре охлаждающего воздуха. Если давление паров воды охлаждающего воздуха больше, частицы карбамида могут даже растворяться, так что эффект образования центров кристаллизации будет полностью потерян. Следовательно, место подачи материала, создающего затравочные кристаллы, .выбирается таким образом, чтобы охлаждающий воздух у этого Места нагревался до такой степени, что давление паров воды воздуха было меньше или равно давлению паров воды материала, создающего эатравочные 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, создающего затравочные кристаллы, могут использоваться другие вещества, например мел, гипс, хлористый калий. Однако

30 при использовании этих веществ получаемые гранулы карбамида загрязняются ими и становятся менее пригод- лении по отношению к направлению ными для дальнейшего использования. перемещения расплава карбамида, в

Hp и м е р. В башне для полу- количестве 600000 мз/ч с входной чения гранул, имеющей высоту 52.м, 35 температурой 20 С. Средняя темперараспыляют 40000 кг/ч. 99,8 -ного расплава карбамида (температура расплава 138 С).при помощи вращающегося распылителя гранул, имеющего диаметр 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 мкм, вдувается в башню через трубы при помощи эжектора и распределяется рав номерно.

Частицы получают путем равмалывания гранул карбамида, к которым добавлен стеарат кальция в количестве 3 вес.Х, 1145924

Таблица 2

Относительная влажность охлажУдарная прочность, 7

Гранулы полученКоличество

Количество затравочного матечастиц, мг/м ные по способу дающего воздуха, Х риала, кг/ч воздуха

Предлагаемому

62

8,3

5,0

7,4

12,3

93

9,7

16,2

19,8

63

3,1

5,2

5,9

9,8

59

14,7

64

13,6

22,7

> 90

Известному

10-20

«90

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

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

1I45924

U 20

Ф иГ 5

ВНИИПИ Заказ 1202/45 Тираж 419 Подписное Ю ф ° «

Филиал ШШ "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4