Способ получения кормового фосфата кальция и линия для его производства
Изобретение относится к производству кормовых фосфатов кальция, а именно трикальцийфосфата, предназначенного для использования в качестве кормовой добавки, вводимой в рацион животных и птиц. Способ предусматривает измельчение кальцийсодержащего сырья, в качестве которого используют известковый камень Хаджохского месторождения республики Адыгея, смешивание его с нагретой до 80-85°С очищенной фосфорной кислотой с получением полупродукта, выдержку продукта до получения готового продукта и последующее его измельчение. Линия производства включает размещенные в технологической последовательности приемный бункер, измельчитель известкового камня, бункер-накопитель известковой пыли, горизонтальный лопастной смеситель, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, бункер-накопитель для выдерживания полученного полупродукта и измельчитель готового продукта. Использование изобретения позволит снизить энергозатраты на производство трикальцийфосфата и увеличить его содержание в готовом кормовом продукте. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к производству кормовых фосфатов кальция, а именно трикальцийфосфата, предназначенного для использования в качестве кормовой добавки, вводимой в рацион животных и птиц.
В полноценном питании животных и птиц немаловажную роль играют фосфор и кальций, недостаток которых приводит к снижению резистентности животных и птиц, к заболеваниям, снижению прироста живой массы, продуктивности животных и яйценоскости кур-несушек. Для обогащения основных кормов неорганическими источниками этих элементов используют, как правило, фосфаты кальция (в основном моно- и дикальций фосфаты).
Современная промышленность получает растворимые в воде фосфаты кальция из природных фосфатов (главным образом апатитов) ортофосфорной (далее - фосфорной) кислоты или путем взаимодействия фосфорной кислоты и карбоната кальция.
Например, известен способ производства кормового фосфата кальция, предусматривающий обработку апатита водным раствором фосфорной кислоты, гранулирование смеси, предварительную термообработку гранул при температуре 200-500°С с последующим их обжигом при высоких температурах, достигающих 500-1000°С (А.С. №1564153, МКИ 5 С05В 13/02, 1990).
Известен также способ получения кормового фосфата путем взаимодействия кальцийсодержащего компонента и фосфорной кислоты в присутствии ретура с последующей сушкой готового продукта (Пат. RU №2256607, МПК 7 С01В 25/32, 2005).
Существенным недостатком вышеописанных способов является то, что соотношение кальция и фосфора в полученных кормовых добавках может в достаточной мере удовлетворить потребность организма лишь в фосфоре и только лишь у животных, которые, в отличие от птиц, чаще испытывают дефицит фосфора, чем кальция. При этом известно, что эффективность усвоения фосфора организмом зависит непосредственно от уровня кальция в рационе. При его недостатке усвояемость фосфора снижается, поэтому, чтобы восполнить организм животных одновременным и достаточным для усвоения фосфора количеством кальция, необходимо или завышать расход корма, в результате чего происходит передозировка фосфора, снижающая воспроизводимую функцию и делающая навозную жижу экологически опасной, или вводить в рацион дополнительный источник кальция. Для сельскохозяйственных птиц потребность в кальции значительно выше, чем в фосфоре, поэтому, чтобы удовлетворить суточную потребность кальция у птиц, необходимо также либо увеличить количество вводимой добавки, при этом в организм поступает избыток фосфора, который, как известно, приводит не только к снижению усвояемости кальция, но и к выносу его из организма, либо восполнять недостаток кальция другим источником.
Для сбалансированного восполнения кальция и фосфора в организме животных и птиц, позволяющего рационально использовать добавки и избегать передозировки или дефицита элементов, использование ортофосфата кальция трехзамещенного - трикальцийфосфата (далее - ТКФ), который при определенных условиях может стать идеальным источником одновременно 2-х элементов, имеет преимущество перед другими фосфатами. Он хорошо совместим со всеми кормами, добавками и с организмом животных и птиц, т.к. именно в виде ТКФ входит в состав костной ткани.
Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату является способ производства кормового фосфата кальция, а именно трикальцийфосфата, предусматривающий термическое разложение минерального кальцийсодержащего сырья, в качестве которого используют суперфосфат, при температуре 100-1200°С в горизонтально вращающейся печи («Животноводство», №9, 2005, с. 62).
Недостатками данного способа являются низкая экономичность, обусловленная значительными энергозатратами, низкое содержание основного компонента в конечном продукте и недостаточно высокое качество, показателем которого является усвояемость элементов и химический состав продукта, непосредственно влияющих на эффективность его использования. Недостаточная усвояемость фосфата кальция объясняется влиянием высокой температуры в процессе термической обработки продукта, которая повышает содержание пиро- и метафосфатов, а при температуре свыше 400°С приводит к образованию бета-метафосфатов и бета-пирофосфатов, которые животными не усваиваются.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на производство ТКФ и увеличение его содержания в конечном продукте, повышение качественных показателей, выражающихся в повышении усвояемости элементов и улучшении химического состава готового продукта, оказывающих влияние на продуктивность животных и яйценоскость кур-несушек, на повышение прочности скорлупы яиц и увеличение прироста живой массы.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ производства фосфата кальция кормового предусматривает измельчение кальцийсодержащего сырья, в качестве которого используют известковый камень (известняк) Хаджохского месторождения республики Адыгея, смешивание его с нагретой до 80-85°С фосфорной кислотой, выдержку полученного полупродукта и последующее измельчение, при этом используют известковый камень Хаджохского месторождения республики Адыгея с содержанием CaCO3 - 98,5%, СаО - 52,4%, Са - 37%, Н2О - 1%, F - 0,014; кислоту фосфорную очищенную, например, марки Т3, вводимую в смесь при соотношении фосфорная кислота:известковый камень, равном 1:(1,5-2), смешивание осуществляют в горизонтальном смесителе, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, а выдержку проводят до завершения химических преобразований в течение не менее 10 ч.
Известно, что содержание основного (активного) компонента в готовом продукте и эффективность его использования зависят от качества исходного сырья (сопутствующих примесей) и технологии его обработки.
В результате проведенных научных экспериментов было обнаружено, что используемый в качестве кальцийсодержащего сырья известняковый камень Хаджохского месторождения, обработанный предлагаемым способом, позволяет повысить содержание ТКФ в конечном продукте, который по качеству превосходит продукт, полученный по способу прототипу, при одновременном сокращении энергоемкости процесса за счет исключения высокотемпературной обработки минерального сырья.
Повышение содержания ТКФ в конечном продукте обусловлено низким содержанием сопутствующих примесей, в частности фтора, в полученном на Ходжохском месторождении известковом камне, щадящим условиям проведения процесса, исключающим достижение критически высоких температур, способствующих образованию побочных веществ, таких как дикальцийфосфат, пиро- и метафосфаты и др.
Учитывая полученные экспериментальные данные, характеризующие физико-химический состав продукта, можно судить о повышении его качества, доказательством которого являются показатели, представленные в таблицах 1, 2.
Современная промышленность должна выпускать ТКФ, соответствующий требованиям ГОСТа 23999-80.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Измельченный известковый камень с содержанием карбоната кальция - СаСО3 - 98,5% и 0,014% F смешивают с нагретой до 80°С очищенной фосфорной кислотой марки Т3, выпускаемой ОАО «Воскресенский НИУиФ», с содержанием фосфорной кислоты 73%, P2O5 - 53%, F - 0,05. Количественное соотношение реагентов, необходимых для проведения обменной реакции, а также время выдержки полупродукта до завершения химических преобразований определяют расчетно-опытным путем с учетом химического состава конкретной партии известкового камня и концентрации используемой при этом фосфорной кислоты. В условиях проведения данного опыта соотношение фосфорная кислота:известковый камень составляет 1:2. Химическая реакция, проходящая при смешивании исходных компонентов, сопровождается дополнительным выделением тепла, температура смеси при этом повышается. В закрытом ограниченном пространстве это повышение происходит особенно значительно и бурно. Благодаря использованию горизонтального лопастного смесителя, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, исключается достижение температур, при которых возможно образование нежелательных побочный продуктов, а также слипание смеси, представляющее для производителя немаловажную проблему, т.к. снижает эффективность работы оборудования.
В результате тщательного перемешивания реагентов в течение 10 мин получают полупродукт рыхлой консистенции, с низкой влажностью и вязкостью, исключающими налипание его на стенках смесителя, что позволяет избегать коррозии оборудования и обеспечивает его бесперебойную работу. Далее полупродукт выдерживают при температуре окружающей среды в течение 12 часов для завершения прохождения химических преобразований и естественного подсушивания с периодическим отбором проб для проведения анализа, после чего готовый продукт отправляют на измельчение.
Пример 2.
Выполняется также как и пример 1, кроме того, что фосфорную кислоту нагревают до 85°С при соотношении кислота:известковый камень 1:1,5, при этом выдержку полупродукта проводят в течение 10 ч.
| Таблица 1 | |||
| Наименование показателей | Пример 1 | Пример 2 | Способ-прототип |
| Массовая доля фосфора растворимого в 0,4% р-ре соляной кислоты | |||
| *в пересчете на P2O5 | 35,57 | 32,1 | 28,0 |
| *в пересчете на Р | 15,48 | 13,96 | 12,0 |
| Массовая доля кальция, % | 31 | 30,9 | 28,0 |
| рН 5%-го водного экстракта | 7,0 | 8,0 | 9,7 |
| Истинное усвоение кальция, % | 94,8 | 95,0 | 80,0 |
| Истинное усвоение фосфора, % | 72,0 | 71,0 | 53,0 |
| Содержание основного вещества, % | 98,7 | 98,9 | 93,0 |
| Содержание примесей, %: | |||
| *Массовая доля фтора, % | 0,02 | 0,021 | 0,2 |
| *Са2HPO4 (дикальцийфосфат) | отсутствует | отсутствует | 0,97 |
| Массовая доля золы, нерастворимой в соляной кислоте, % | 1,5 | 1,6 | 19,0 |
| Массовая доля воды, % | 0,95 | 0,96 | 1,0 |
Как правило, у производителей усвояемость элементов характеризуется косвенными показателями, такими как прирост живой массы и продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц.
В таблице 2 приведены сравнительные опытные данные (усредненные) по влиянию полученного трикальцийфосфата на усвояемость элементов при его введении в течение 7 дней с основными кормами в организм поросят, птиц и коров.
Анализ данных, представленных в таблице 2, показал, что прирост живой массы поросят и кур и продуктивность крупного рогатого скота и птиц повысились на 11,4%, 19,7%, 15% и 19% соответственно, при этом было отмечено, что сохранность, например, цыплят достигла 97%.
Для производства кормового фосфата известна линия, включающая смеситель, гранулятор и высокотемпературную печь для обжига (А.С. №1564153, МКИ 5 С05В 13/02, 1990).
Недостатками вышеописанной линии являются сложность в обслуживании и значительное энергопотребление.
Наиболее близким аналогом к заявляемому по технической сущности является линия для производства минеральных кормовых добавок, включающая приемную воронку, ленточный конвейер, измельчитель, элеватор, топку, сушилку, валковую дробилку, грохот, аспирационное оборудование и транспортеры (пат. RU №2035233, МПК 6 В02С 21/00, 1995).
Недостатками данной линии являются невозможность получения сухого молотого продукта при переработке вязкого, склонного к слипанию сырья, вследствие чего снижается эффективность работы оборудования, а также высокое энергопотребление и сложность в эксплуатации.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, упрощение и повышение эффективности работы технологической линии при переработке вязкого продукта за счет предотвращения налипания.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что линия для производства фосфата кальция кормового включает размещенные в технологической последовательности приемную воронку, измельчитель известкового камня, бункер-накопитель известковой пыли, горизонтальный лопастной смеситель, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, бункер-накопитель для выдерживания полупродукта и измельчитель, между оборудованием установлены транспортеры, а горизонтальный лопастной смеситель соединен с нагревателем кислоты и емкостью с исходной кислотой, при этом приемная воронка и емкость для нагревания кислоты снабжены дозаторами, горизонтальный лопастной смеситель снабжен устройством для выгрузки полупродукта, наиболее запыленные места оборудованы аспирационной системой, включающей зонты для вытяжки запыленного воздуха и газа, соединенные с циклоном, снабженным концевым вентилятором и регулирующим устройством для возврата отсепарированной пыли в бункер-накопитель известковой пыли.
Низкая эффективность работы существующего оборудования, например сушилки, объясняется тем, что доведение до заданной влажности вязкого продукта, каковым является смесь известкового камня и фосфорной кислоты, как и получение в результате самого целевого продукта, т.е. ТКФ, отвечающего по качеству потребительским свойствам, значительно затруднено. Это объясняется тем, что температура смеси в закрытом корпусе сушилки значительно повышается не только за счет выделения тепла при прохождении химической реакции, но и под воздействием топочных газов, имеющих на входе температуру около 500°С, при этом происходит слипание смеси и даже ее цементирование. Это приводит к невозможности перемешивания и выгрузки продукта из сушилки, и как следствие, к остановке оборудования и коррозии металлического корпуса. Чтобы предотвратить возникновение этого явления, необходимо повысить влажность смеси, что нецелесообразно, т.к. приведет к увеличению энергозатрат, необходимых для сушки смеси.
Упрощение технологической линии и снижение энергопотребления объясняются исключением из технологической линии топки, сушилки и нории, т.к. проведенные в условиях заявляемого способа эксперименты доказали, что при использовании горизонтального лопастного смесителя, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, полученный после смешивания полупродукт не подвергается слипанию, имеет рыхлую структуру, позволяющую легко извлекать ее из смесителя и направлять в бункер-накопитель для выдерживания полупродукта, в котором происходит завершение химических преобразований.
На фиг.1 изображена линия для производства фосфата кальция кормового, которая содержит приемную воронку 1, дозатор 2, ленточный транспортер 3, измельчитель тонкого помола 4, транспортер шнековый 5, бункер-накопитель измельченного известкового камня 6, транспортер шнековый 7, дозатор известковой пыли 8, горизонтальный лопастной смеситель, снабженный устройством 10 для выгрузки полупродукта, транспортер ленточный 11, бункер-накопитель 12 для выдерживания полупродукта, снабженный шнековым транспортером 13 для выгрузки готового продукта, транспортер шнековый 14, измельчитель 15, при этом горизонтальный лопастной смеситель 9 соединен с дозатором подачи кислоты 18, нагревателем кислоты 17 и емкостью с исходной кислотой 16, а аспирационная система содержит зонты 19, 20, 21, соединенные с циклоном 22, снабженным концевым вентилятором 23 и содержащим регулирующее устройство 24 для возврата известковой пыли.
Корпус горизонтального лопастного смесителя, выполненный из кислото- и жаростойкой нержавеющей стали марки 10Х17Н13М2Т, содержит торцевые и боковые стенки, крышку и закругленную нижнюю часть, в которой расположен ротор с рабочими органами, при этом одна из боковых стенок имеет в средней части открытое пространство, посредством которого осуществляется сообщение внутреннего объема корпуса с окружающей воздушной средой.
Работает линия следующим образом. Известковый камень с помощью погрузчика подают в приемный бункер 1, откуда через дозатор 2 подается на ленточный транспортер 3 и поступает в измельчитель тонкого помола 4 - молотковую дробилку. Измельченная известковая пыль шнековым транспортером 5 подается в бункер-накопитель известковой пыли 6, затем посредством шнекового транспортера 7 через дозатор 8 самотеком поступает в горизонтальный лопастной смеситель 9. Параллельно с этим из емкости с исходной кислотой 17 фосфорную кислоту направляют в нагреватель кислоты 18, откуда через дозатор подачи кислоты 19 направляют в лопастной смеситель 9, в котором происходит тщательное смешивание реагентов. Полученный полупродукт через устройство для выгрузки 10 по ленточному транспортеру 11 поступает в бункер-накопитель для выдерживания полупродукта 12 для завершения химических преобразований. После выдержки готовый продукт шнековыми транспортерами 13 и 14 подают на вторичное измельчение с помощью молотковой дробилки 15. В дальнейшем, в зависимости от запросов потребителей, измельченный продукт или загружают в мешкотару, или подвергают гранулированию.
В технологическом цикле предусмотрена следующая система аспирации. С помощью зонтов 20, 21, 22, а также циклона 23 и концевого вентилятора 24 происходит вытяжка запыленного воздуха, его очистка и возврат отсепарированной пыли в бункер-накопитель 6.
Как видно из вышеописанного, заявленная линия проста в обслуживании, компактна, надежна и не требует больших энергозатрат.
1. Способ производства фосфата кальция кормового, предусматривающий измельчение кальцийсодержащего сырья, в качестве которого используют известковый камень Хаджохского месторождения республики Адыгея, смешивание его с нагретой до 80-85°С фосфорной кислотой с получением полупродукта, выдержку полупродукта до получения готового продукта и последующее его измельчение, причем фосфорную кислоту используют очищенную.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют известковый камень Хаджохского месторождения республики Адыгея с содержанием карбоната кальция - 98,5%, СаО - 52,4%, Са - 37%, Н2О - 1%, F - 0,014%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фосфорную кислоту используют, например, марки Т3 с содержанием фосфорной кислоты 73%, при этом соотношение кислота:известковый камень в смеси составляет 1:(1,5-2), а выдержку полученного полупродукта до получения готового продукта осуществляют в течение не менее 10 ч.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что смешивание исходных компонентов проводят в горизонтальном лопастном смесителе, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой.
5. Линия производства фосфата кальция кормового, включающая размещенные в технологической последовательности приемный бункер, измельчитель известкового камня, бункер-накопитель известковой пыли, горизонтальный лопастной смеситель, внутренний объем которого сообщен с воздушной атмосферой, бункер-накопитель для выдерживания полученного полупродукта и измельчитель готового продукта, при этом между оборудованием установлены транспортеры, а смеситель соединен с нагревателем кислоты и емкостью с исходной кислотой.
6. Линия по п.5, отличающаяся тем, что приемный бункер и емкость для нагревания кислоты снабжены дозатором, а смеситель - устройством для выгрузки смеси.
7. Линия по любому из пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она дополнительно оборудована аспирационной системой, включающей зонты для вытяжки запыленного воздуха, соединенные с циклоном, снабженным концевым вентилятором и регулирующим устройством для возврата отсепарированной пыли в бункер-накопитель известковой пыли.
