Способ получения гранулированной мочевины

 

О П И С А Н Й Е („,б.- ()ЯЯ1

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик (6!) )ополниГ льный к патенту (22) Заявлено20.01.71 (21) 1613107/23-26 (51) М. Кл.

В 01 Г 2/22

С 07 С 1 27/00 (23) Приоритет — (32) 22.01. 70

08.09.70 (3)) 5382/70 (33) Япония

78187/70 (43) Опубликовано05,07.76.Бюллетень ¹25

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 66.099.2 (088.8) (45) Дата опубликования описания 29 08.76

Иностранцы

Казумичи Канаи, Кензо Фуйи, Сигеру Иноуе, Масами Асакура и Киоси Мацуо (Япония)

Иностранная фирма

"Мицуи Тоацу Кемикалз Инкорпорейтед" (Япония) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ МОЧЕВИНЫ

Изобретение касается способа производства гранулированной мочевины, которая прессуется в листы или в другие формы, В настоящее время в качестве удобрения широко прп,еняется гранулированная мочки- о на, имеюшая форллу гранул диаметром примерно 1-2 мм. Причиной, вызываюшей необxogHMocTb формования мочевины в определенную форму, является тенденция кристаллической мочевины к слеживанию. Это происходит 10 в результате того, что кристаллы мочевины имеют малые размеры и, кроме того, они гигроскопичны. Слежавшаяся мочевина обладает большой твердостью и крайне неудобна в дальнейшей обработке. Отсюда вытекает И необходимость в уменьшении плошади поверхности н.очевины, чтобы таким образом воспрепятствовать абсорбции влаги. Среди разнообразных способов гранулирования мочевины следует отметить широко применяюшийся способ, включаюший инжекцию или пропускание расплавленной, практически безводной, мочевины сквозь сопло в грануляционную башню, в которой расплавленная мочевина охлаждается в результате контакта с охлаждаюшим газом такилл, KGK, например, воз-дух.

Кроме указанного способа, известен также способ, заключаюшийся в получении гранул в виде чешуек, включающий охлаждение расплавленной мочевины на холодной поверхности с последующим дроблением отвержденной мочевины и превращением ее в чешуйки, а.также способ, включающий охлаждение при помощи масла, по которому осуществляется инжекция расплавленчой мочевины в охлаждаюшую среду, напримею в минеральное масло. Указанным способам присуше обшее отличие, заключающееся в полном расплавлении мочевины, хотя бы один раз за время технологического процесса.

Сушествуют также способы механического гранулирования, например экструзия и таблетирование, прессование кристаллических .атериалов, в частности, в листы с последулошим их дроблением ча гранулы.

Способы, по которым используют полностью расплавленную мочевину, гранулиоование с образованием чешуек и способ, включаюший масляное охлаждение, имеют

3 52 недостатки: все они требуют наличия водяного пара для превращения твердой мочевины в практически безводный плав, а также не предотвращают образования биурета, что происходит в результате пребываниямочевины в расплавленном состоянии в течение продолжительного времени. Кроме того, поименение грануляционной башни значительной стоимости приводит к загрязнению окружающей среды, что происходит в результате уноса измельченных в мелкий порошок частиц мочевины, попадающих в охлаждающий воздух, отводяшийся из башни.

При использовании методов механического гранулирования давление порядке нескольких килограммов на квадратный сантиметр еще недостаточно для того, чтобы придать соответствующую твердость гранулам, в то время, как такое давление совершенно достаточно при использовании способов, включающих плавление мочевины. B случае применения механических способов формования мочевины для получения значительной твердости требуется дорогостоящее оборудование.

Если сравнить способ гранулирования в башнях со способом гранулирования при помощи механического давления, то оказывается, что последний более выгод н с точки зрения качества продукции, а первый с точки зрения производительности на единицу аппаратуры. Недостатком способа механического гранулирования, как уже отмечалось, является необходимость создания высокого давления для получения прочных гранул.

Пель изобретения — получение гранулированной мочевины, обладающей значительной твердостью.

Особенностью изобретения является добавление к кристаллической мочевине перед прессованием вещества,выбранного из ряда, состоящего из расплавленной мочевины, содержащей воду в количестве менее 5 вес.%, высокомолекулярного вещества, например парафинового воска, способного плавиться или опекаться при температуре в интервале о от БО до 130 С, или альдегида, способного Химически взаимодействовать с мочевиной. Добавление любого из идентифицированных выше веществ увеличивает твердость гранулированной мочевины, 50

В соответствии с изобретением гранулированную мочевину изготовляют путем прессования предварительно нагретой до темпео ратуры 50-132 С кристаллической мочевины под давлением, равным по крайней мере д

2 кг/см, в какую-либо подходящую форму, например листа или сферическую. Исходное сырье (мочевину) смешивают с расплавленной мочевиной. Гранулированную мочевину получают, например, путем дробления моче0881 г вины, сформованной в форму листа, по указанному методу с последующим отбором гранул тр буемого размера.

Применяемая по изобретению мочевина может быть получена любым способом. Способ изготовления мочевины из аммиака и двуокиси углерода хорошо известен. В общем случае эти способы включают реакцию аммиака и двуокиси углерода в молярных соотношениях от 2 до 4 моль первого и 1 моль о последнего при температуре 130-210 С и давлении 70-300 атм. При этом теоретически получают от 30 до 75% мочевины.

Избыток аммиака и не вступивший в реакцию аммиак так же, как и двуокись углероI5 да, выделяют из полученной мочевины. и затем конденсируют для повторного цикла. Например, промышленную мочевину получают реакцией аммиака и двуокиси углерода при высоких температуре и давлении. Такая реакция протекает в соответствии со следующими формулами:

+ 2 МН„СООМНг

М Н СОО М Нг NH С О Н "-Н 0

Мочевина в кристаллической форме может быть получена путем выделения непрореагировавшегося карбаминовокислого аммония из синтетического раствора мочевины с последующим концентрированием водного раствора мочевины, или в виде гранул — путем сушки распылением концентрированного раствора. Мочевина может содержать воду в количестве менее 5 вес.%, Предпочтительна мочевина с гранулами, проходящими сквозь сито с отверстиями 20 меш и задерживающимися ситом с отверстиями 60 меш.

Расплавленная мочевина, вводимая в твердую мочевину, может содержать менее

5 вес.% воды и должна сохранять температуру в диапазоне от точки плавления мочео о вины, т.е. 132 С, до 115 С. Расплавленную мочевину добавляют в количестве 550 вес.%, преимущественно 15-35 вес.%, относительно кристаллической; если количество расплавленной мочевины превышает

50 вес,%, то способ по существу идентичен способу охлаждения расплавленной мочевины, кроме того, продукт с трудом извлекается из прессующей аппаратуры; если количество расплавленной мочевины менее 5 вес.%, необходимо увеличение давления формования.

Смешение кРисталлической и Расплавленной мочевин ведут в любой аппаратуре, позволяющей получить однородную смесь, лучше в месильной машине, но можно также осуществлять в червячном питателе, который служит для подачи исходного сырья в прессовочно-формовочную аппаратуру. Однако не520881 обходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить отверждение расплавленной мочевины во время смешения. Таким образом, представляется необходимым, например, предварительный нагрев кристаллической моо 5 чевины до температуры в пределах от 50 С до точки плавления ее, или необходимо обогревать аппаратуру для смешения.

Механические условия прессования и формсвания выбирают такими, чтобы температура находилась в пределах 50-132 С и ниже о 1б точки плавления мочевины и давление по крайней мере было 2 кг/см2. Если. темперао тура ниже 50 С, невозможно полу ить продукт со значительной степенью твердости, даже если давление составляет 100 кг/сми выше. Веохний температурный предел определяется точкой плавления используемой мочевины и понижается по сравнению с точкой плавления чистой мочевины по мере увеличения содержания воды, В том случае, ког2 да давление ниже 2 кг/см-, невозможно получить продукт, обладающий значительной степенью твердости, даже если температура повышается почти до точки плавления мочевин"r. Верхний предел давления теоретически не определяется и зависит только от экономических факторов.

Твердость полученной мочевины тем выше, чем выше температура или давление прессования, В случае, когда изготавливается мочевина определенной степени твердости, давление прессования может быть понижено за счет увеличения температуры. Предпочтительные условия фо мования следующие: темпе- . .6 ратура 70-130 С, давление 5-100кг/см

Время прессования обычно менее 60 сек. В любом случае время прессования должнобыть достаточным, чтобы обеспечить при заданной температуре и давлении твердость, рав- я ную по крайней мере 0,5 кг. Условия формования могут быть смягчены путе. увеличения содержания воды в мочевине. Вода или водный раствор мочевины (которые могут о иметь температуру от 30 до 140 С и со- 45 держит от 10 до 95 вес o мочевины) могут быть введены в кристаллическую мочевину из расчета содержания воды в мочевине 0,5-5 /с.

Согласно изобретению, в мочевину вво- 59 дят высокомолекулярное соединение, например воск, способное плавиться или спекатьо ся при температурах 50-130 С, в количестве от 1 до 50 вес.% мочевины, или альдегид, способный реагировать с мо еви- 55 ной, напоимер формальдегид, ацетальдегид, изомасляный альдегии, в количестве от 0,001 до 0,05 моль на 1 моль кристаллической мочевины, П.)и формовании мочевины могут быть обавлены гербициды, инсек гициды, бак-И терициды, ингибирующие нитрование агенты, красители, пигменты и т.д. Возможно введение следующих высокомолекулярных веществ: полиэтилметакрилат, атактический полипропилен, полистирол, полиэтилен, поливиниловый спирт, метилолмочевина, метилированная метилолмочевина и метилолмеламин, а также разнообразные воски, включая животные, например пчелиный, минеральные, например озокерит и парафин, и синтетические, например микрокристаллический воск (церезин) и окисленный микрокристаллический воск, Для формования мочевины предпочтительны вальцы, имеющие на обеих поверхностях полукоуглые вогнутые углубления, Между зальца ии пропускают исходный материал. Поскольку цель изобретения — формование мочевины путем ее сжатия под воздействием тепла, для достижения этой цели может быть использована любая аппаратуоа, выполняющая эти функции. Таким образом, аппаратура не ограничивается наличием вальцев.

Для получения гранулированной мочевины в соответствии с изобретением необходимо осуществить ее механическое сжатие до формы листа толщиной предпочтительно менее

10 мм, чаще 1-5 мм, дробление с помощью дробилки, а затем отоорать гранулы, их.еюшие требуемый размер (1-4 мм), Грануль оольшего размера вновь дробят, а грануль меньшего размера возвращают на повторную обработку. При необходимости раздробленные гранулы могут быть подвергнуты механической обработке или помещены в струю нагретого воздуха, чтобы получить лучший эффект плавления, необходимый для закругления краев раздробленных гранул.

По изобретению мочевину прессуют при повышенной температуре, причем этот способ не должен рассматриваться как комбинация механического давления при нормальных температурах, а также способа, в котором мочевина расплавляется полностью, как было указано выше. Условия нагрева по изобретению, имеют большое значение, В оассматриваемом случае вода, содержащаяся в кристаллах мочевины, не диспергируется равномерно по всему кристаллу, а распределяется на поверхности его. Таким образом, точка плавления влажной поверхнос ти ниже, чем точка плавления в центральной части кристалла, и кристалл мочевины плавится в этой поверхностной зоне без нагрева до крайне высокой температуры. Кристалл мочевины имеет тонкую игольчатую форму. Поскольку пространства между отдельными кристаллами могут асс матриваться как непрерывные к а пил.: я ы, плавление осуществляется путем быстрого проникновения плава в эти капилляры, Обработка прессованием в таком состоянии

520881

8 ны. Следовательно, образование биуретапрактически предотвращается.

Уменьшение времени нагрева и применение пониженных температур позволяет также формовать или гранулировать мочевину, внесенную в какой-либо сельскохозяйственный агент или другой продукт, легко восприимчивый к декомпозиции при высоких температурах. Даже в том случае, когда в мочевину вводится какое-либо высокомолекулярное соединение, обладающее низкой температурой плавления, например воск, который добавляют для предотвращения увлажнения или для контроля расплавления, то и тогда не происходит образования двух фаз, как это имеет место в случае применения способа полного плавления. Это значительно упооша-J ет технологический процесс.

Способ механического формования требу=ет высоких давлений — порядка нескольких сотен килограммов на квадратный сантиметр, тогда как для осуществления спс оба по изобретению требуется давление порядка нескольких десятков килограммов на квадратный сантиметр. И, наконец, введение расплавленной мочевины в кристаллическую позволяет преодолеть недостатки, присущие использованию прессовочно-формовочной аппаратуры с вальцами.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие предлагаемый способ, оолегчает ироникание пла.а и вызывает появление мостового эффекта, который до настоящего времени не был описан или обнаружен по другим методам, Как при начальном нагреве, так и при тепловой обработке, в процессе прессования некоторое количество воды испаряется, а это способствует увеличению прочности полученного после формования продукта. Усиливающее действие плавления по периферии, вызванное нагревом, и полученный мостовой эффект, осИ нованный на проникании плава под давлением, должны оассматриваться как эффективные условия для получения твеодого продукта.

Если выполняется какая-либо одна из этих операций, например одно прессование то плав проникать не будет и потребуется крайне высокое давление для получения мостового эффекта, что происходит в результате небольшого количества воды, переносимого кристаллами мочевины, С другой стороны, одна только тепловая обработка затрудняет хорошее проникновение плава и сходна с полным плавлением кристаллов.

Следовательно, в этом случае невозмож- @ но получить твердый продукт, кроме того, возникают затруднения, связанные с охлаждением.

Практически изобретение обеспечивает ряд технических преимуществ. Во-первых, ЗО плавление или спекание только части мочевины достаточно, чтобы получить связующий эффект для кристаллов мочевины и, следовательно, количество теплоты достаточно для формования гранул. Во-вторых, посколь- ЗЬ ку количество тепла, необходимое для формования, мало, то количество тепла, подлежащее охлаждению, тоже будет небольшим.

Таким образом, отпадает необходимость в больших башенных холодильниках, что снижа-Ф0 ет стоимость оборудования и предотвращает возможные аварии таких башенных холодильников. В-третьих, время нагрева короче, а температура нагрева ниже по сравнению с этими параметрами cï îoñcîoá6îoâ, по которым 45 осуществляется полное расплавление мочевиПример 1. 40-граммовые образцы кристаллической мочевины, содержащей

0,2 вес. Ь воды и 0,1 вес.% биурета, загружают в металлическую пресс-форму, поддерживаемую при температ е плавления, приведенной в табл. 1. Образцы выдерживают в ней 3 мин, затем прессуют под давлением, приведенным также в табл. 1, в течение

15 сек до образования листов толщиной примерно 2 мм. Из каждого листа изготовляют образцы в виде треугольников со сторонами 5 мм, которые испытывают на твердость.

Содержание биурета было измерено для каждого образца. Полученные результаты приведены в табл. 1

Таблица 1

520881

Продолжение таблицы 1 (та ....ени поессова

2) кг/см

80

100

Опр -.деляется по нагрузке, необходимой для разрушения испытуемого образца, Давле п прессов кгlсм п0 ии

Пример 2. 100-граммовые образы кристалли еской мочевины,. содержащей ,2% влаги и 0,1% биурета, предварительно о

==гревают до 130 С. Затем образцы из одзро -.ой смеси кристаллической мочевины с

0 вес.% расплавленной мочевины (относильно rpëcòàëëû÷åñêoé мочевины), находяо ейся i>pi: температуре 1 40 С H содержаей 0,2% влаги и 0,3% биурета, прессуют листы под различным давлением. Время! з -..аГ .. 2 видно, что содержание биурета .ае, ч постоянным независпмо от величи дав. ния прессования, что добаька рас -.злен: и лсчевины придает образцам более д формования в каждом примере составляет о

1 сек. Затем листы охлаждают до 50 С и дробят. Образцы, имеющие средний диаметр

Эъ 3-5 мм, испытывают на твердость, как в примере 1.

Результаты приведены в табл. 2. Кроме того, определяют содержание биурета. Образцы без расплавленной мочевины содерщ жат 0,12% биурета, образцы с расплавленной мочевнной — О, 15%.

Таблица 2 высокую твердость, чем твердость образцов без расплавленной мочевины.

Пример 3. Два вальца, расположенные лицевой поверхностью один к другому, 11

5208 име. »цие диаметр 12,5 см и длину 20 см, враш..:этся в противоположных направлениях со скоростью 7 об/мин. Кристаллическую о мочевину, нагретую до температуры 110 С, содержащую 0,5 вес.% воды и 0,1 вес.% биурета, подают со скоростью 1650 г/мин в пространство между вальцами и прессуют под давлением 50 кг/см в виде листа.Тем2 пература вальцев 110 С, а время прессовао ния 0,2 сек. Полученную мочевину дробят, затем собирают гранулы размером пооядка

lO

5-16 меш. Более крупные куски подвергают повторному дроблению, после чего снова собирают гранулы размером 5-16 меш.

Их количество 73 вес.% от веса ".èñòà мочевины. Малые гранулы подвергают рецир,куляционной обработке, включающей плавление. Получают гранулы, обладающие твердостью 3,0 кг, содержащие 0,107 вес,% биурета.

При гранулировании по способу, по кото- ® рому гранулы получают путем расплава исходной мочевины при температуре 140 С с последующим капанием плава из сопла и охлаждением капель воздушной струей, твердость гранул 0,5 кг, а содержание биурета 26

0,40 вес.%, Пример 4. Кристаллическую мочевину, содержащую 0,2% влаги и 0,1% биурета, смешивают до получения однородной 30 смеси в червячном питателе с 50 вес.% о расплавленной мочевиной (140 С, 0,2/овлаги и 0,3% биурета), количество которой составляет 50 вес.% по отношению к кристаллической мочевине. Смесь непрерывно пода- Эб ют в установку, описанную в примере 3, до тех пор, пока не затвердеет расплавленная мочевина. Давление между вальцами 10кг/см а температура равна температуре окружающей среды. Толщина прессованного листа Ю

1,5 мм. Из прессованного листа отбирают пять образцов, испытывают на твердость в соответствии с примером 1. При этом получают следующие результаты (в кг): 2,7;

2,7; 2,60; 2,4; 2,0 (в среднем 2,5 кг).

Содержание биурета 0,17%.

Пример 5. Кристаллическую мочевину смешивают с 37 вес.% формалина в количестве 0,01 моль на 1 моль мочевины.

Образцы изготовляют в аппаратуре, указанной в примере 3, а также в соответствии с методикой, изложенной в примере 3. Темпео ратура прессования 80 С. давление 70кг/см

Гранулы размером 5-1 6 меш из такой мочевины составляют 80 вес. / от веса листа, l твердость их 3,2 кг.

Пример 6. Кристаллическую мочевину примешивают к 10 вес.% порошкового парафина. Смесь прессуют и дробят по при- 60

81

12 меру 3. Получают гранулы с поверхностью, покрытой воском. Температура формования

70 С, давление 100 кг/см . Гранулы раз2 мером 5-16 меш составляют 65 вес.% к весу листа, твердость их 2,5 кг.

Гранулированная мочевина, полученная по изобретению в виде блоков или шариков любого пригодного размера, имеет гладкую поверхность, обладает достаточной плотностью, даже внутри гранул. Это позволяет применять мочевину в качестве удобрения, например,для морских водорослей, В примерах 2 и 4 показано значительное увеличение твердости гранул мочевины, обусловленное добавлением расплавленной мочевины. Пример 6 иллюстрирует увеличение твердости при добавлении парафинового воска. Гранулы мочевины, полученные в этом примере, имеют твердость 2,5 кг. В примере 1 прессованию — гранулированию при темо пературе формования 80 С и давлении формования 100 кг/см2 подвергают мочевину без добавки, причем образуются гранулы мочевины твердостью 1,9 кг. Чем выше температура, тем тверже получаемые гранулы мочевины, поэтому твердость гранул мочевины, полученной в соответствии с условиями, указанными выше, в примере 1, должна быть выше твер дости гранул мочевины, полученной в примере 6. Однако твердость гранул в примере 6 выше, чем твердость гранул в примере 1. Следовательно, добавление воска повышает твердость гранул мочевины, Аналогично добавка формалина к кристаллической мочевине увеличивает твердость гранулированной мочевины (примеры 1 и 5).

Кроме того, когда применяют прессующий гранулятор с валками, добавление расплавленной мочевины предотвращает так называемую утечку" исходного материала в зазоры между валками. По этой причине прессование исходного материала может быть значительно облегчено.

Формула изобретения

1, Способ получения гранулированной мочевины, заключающийся в том, что кристаллическую мочевину, предварительно нагретую до температуры в пределах от 50 до о

132 С, прессуют при температуре нижеточки плавления мочевины под давлением не менее 2 кг/см, отличающийся тем, что, с целью увеличения твердости гранулированной мочевины, перед прессованием к кристаллической мочевине добавляют вещество, выбранное из ряда, состоящего из расплавленной мочевины, содержащей воду в количестве менее 5 вес.%, высокомолеку13

520881

Составитель Р, Горягинова

Техред д.. демьянова Ко, ректор Т. Кравченко

Редактор Л. Ушакова

Заказ 2784/206 Тираж 863 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лярного соединения, например парафинового во .ка, способного плавиться или спекаться при температуре в интервале от 50 до о

130 С, и альдегида, способного химически взаимодействовать с мочевиной.

2. Способ поп. 1, отлич аю— ш и и с я тем, что расплавленную мочевину добавляют в количестве от 5 до 50% по весу в расчете на кристаллическую мочевпну.

Способ по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что высокомолекулярное вешество, например парафиновый воск, добавляют в количестве от 1 до 50% по весу в расчете на кристаллическую мочевину.

4. Способпоп. 1, отличаю— ш и и с я тем, что альдегид добавляют в количестве от 0,001 до 0,05 моль на

3 моль кристаллической мочевины.

Приоритет по пунктам:

22.01.70 по п. 1 (кроме признака "введения расплавленной мочевины") и пп, 3-4.

08.09.70 по п. 1 (признак "введение расплавленной мочевины), и по п. 2.