Способ получения гранул карбамида

,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 1111 51) 9/00; В 01 1 2/04 БРЕТЕН у ае 3:ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИК ПАТЕНТУ 21) 3360406/23-26(72) Михаэль Хендрик Виллемси Ян Виллем Клок (Нидерланды)(71) УНИ ВАН КунстместАабрикен Б.В.(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУКАРБАМИДА, включающий пропусканиепадающих капель расплава карбамиданавстречу потоку охлаждающего воэдха через охлаждающую зону и подачув эту зону эатравочных частиц карбмида, отличающийся темчто, с целью повышения ударнойпрочности гранул, в охлаждающей эоподдерживают содержание частицкарбамида с размерами 2-10 мкм вколичестве 8 - 25 мг на 1 м возду1145924 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчения кристаллического карбамида.3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что частицы карбамиИзобретение относится к способу получения гранул карбамида, которые образуются при прохождении падающих капель расплава карбамида, практически не содержащего воды, проти 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 15 частицы другого материала, создающего затравочные кристаллы, .находящегося предпочтительно в каллоидном состоянии или в виде тумана 11 .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 лочка, появившаяся первой, втягивается частично внутрь во время охлаждения и затвердевания остальной части гранулы, в результате чего в гранулах образовываются полости. Зп 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 р карбамида навстречу потоку охлаждающего воздуха через охлаждающую зону и подачу в эту зону затравочных частиц карбамида, в охлаждающей да подают в охлаждающую зону в такомместе, что при всех местных атмосферных условиях давление паров водыохлаждающего воздуха меньше илиравно давлению паров воды частицпри температуре охлаждабщего воздуха. зоне поддерживают содержание частицкарбамида с размерами 2-10 мкм. вколичестве 8 - 25 мг на 1 м воздуха.При этом частицы карбамида получают по крайней мере частично путем измельчения кристаллическогокарбамида, подают их в охлаждающуюзону в таком месте, что при всехместных атмосферных условиях давление паров воды охлаждающего воздуха меньше или равно давлению паровводы частиц при температуре охлаждающего воздуха,На фнг. 1 показана гранула, полученная известным способом; на фиг. 2гранула, полученная предложеннымспособом, "на фиг, 3 - график зависимости ударной прочности от количества центров кристаллизации на одну гранулу (количества соударений).Согласно изобретению могут бытьполучены гранулы с беспорядочнойориентацией кристаллов и без полостей, если в охлаждающей зоне создается рассеивание кристаллическихчастиц, имеющих размеры 2 - 10 мкмв количестве 8 " 25 мг на 1 м охлаждающего газа.Частицы с размерами меньше 2 мкм1 являются неэффективными для исполь 1 зования в качестве материала, созЬающего затравочные кристаллы, поскольку они проносятся при помощиохлаждающего газа мимо капель и,следовательно, не сталкиваются с ними. Могут быть использованы частицыс размерами больше 10 мкм, но онисоздают такой же эффект, как и частицы с размерами 4 - 8 мкм.Для того, чтобы получить образцы, состоящие иэ маленьких кристалликов с раэупорядоченной ориентацией,необходимо, чтобы перед началом крис11459 3таллизации в капле между падающей каплей и затравочным 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 - 1 О 4000 кг/ч затравочного материала.Таким образом, число соударений определяется размером кристаллов, ориентацией и прочностью образцдв 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 90% гранул не разрушаются при испытании на удар), причем в гранулах содержится 25 или более затравочных центров, в резуль тате 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 Р35 Таблица 1 Размер частиц, мкм Прочность на удар,7 Среднийразмерчастиц,мкм 40-60 88-90 30-40 10-15 О, 1-2 2-10 10-20 20-50 50 Из табл. 1 видно,что высокую прочность на удар имеет только образец, полученный с использованием затраФвочного материала, средний размер частиц которого составляет 4 мкм,что явпяется результатом догтаточной частоты столкновений капель расплава карбамида с .затравочпыми частицами.Проведенные испытания показали что при размерах частиц менее 2 мкм большая часть эатравочных частиц уносится вместе с воздушным потоком и обходит капли карбамида, г касаясь их. Использование частиц размером более 1 О мкм приводит к неэкокомичному увеличению расхода затравоцного 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 8 мг ватравочного материала на 1 мз охлаждающего воздуха, в результате обеспечивается достаточная ударная прочность карбамидных гоанул 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 109 а с диаметром 2 мкм - 4,5 х 10В качестве материала, создающего затравочные кристаллы, предпочтительно испольэовать частицы карбамида. Эти частицы могут быть получены путем размвлывания гранул или кристаллов карбам 9 ща, Для обеспечения хорошего размалывания и надежного перемещения в трубопроводах к кристаллическому карбамиду может быть добавлено вещество, предотвращающее слипание, например соли выс1145924 бших жирных кислот кальция, магния,цинка и алюминия, глина, кальцитталька, предпочтительно стеарит кальция,Для исследования способности затравки частиц мочевины в отношенииих массы проводят ряд опытов,Во время этих опытов на металлическую пластину подают непрерывный поток кристаллической мочевины, 10с помощью электричества ее нагреваютдо темно-красного каления приблизительно при 500 С. Иочевина полностью испаряется, образуя густоеоблако чрезвычайно мелких частиц 15(диаметр менее 2 мкм). Затем этооблако вводят в воздух, которыйиспользуют для охлаждения капельотверждаемой расплавленной мочевиныв пилотной отверждающей установке. 20Образование пыли частиц мочевины в донной части этой колонны подавляют для того, чтобы только затравочные частицы попадали вместес воздухом. Даже при низкой относительной влажности воздуха образованные таким образом частицы мочевины отличаются пластинообразной кристаллической структурой. Так кактакие частицы образовались в от- ЗОсутствие затравочного материала,то они имеют нечеткую конфигурацию(см. Фиг. 1), Частицы мочевины с такой пластинообразной структурой, обладают ударной прочностью около5-15%. Концентрацию тумана мочевины в охлаждающем воздухе не измеряют, однако вводят все увеличивающие.ся количества до тех пор, пока видимость внутри колонны после добавления 4 Оне ограничится менее чем 2 м (этосоставляет концентрацию свыше100 мг/м). Кроме неэффективного затравливания капель мочевины применение таких туманов мочевины в качестве затравочного материала приводит к значительному выделению пылииз колонны отверждения.Кроме того в опытах на пилотнойустановке изучают влияние размера 0и концентрации зтавочных частиц,вводимых в охлаждающий воздух, наударную прочность полученных частицмочевины,Установлено, что в случае присут" 55ствия в охлаждающем воздухе частицкристаллической мочевины значительноповышается ударная прочность частиц,причем кристаллические частицы мочевиныимеют эффективный диаметр2 - 10 мкм, их количество приблизиФтельно.8-25 мг/м охлаждающего воздуха. Полученные таким разомчастицы 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), Кристаллическаяструктура таких частиц не показываетобщей ориентации, а ориентация продолговатых кристаллов, по-видимому,приводит к повышенной ударной прочности.Эти опыты повторяют на заводскойустановке, где смонтированы приспособления для введения 15 мг/мэ мелких частиц мочевины (2-10 мкм) вохлаждающий воздух. Отбирают 93 образца полученных при этом кусочков .мочевины в произвольные дни из Доннойчасти колонны отверждения в течение6 мес,Определяют ударную прочность гранул,%:Наблюдение672 68-723 73-774 78-825 83-87Ь 88-92Средняя ударная прочность дляэтого набора образцов 83,5% с разбросом только 4,5%.Способ определения ударной прочности гранул включает пневматическоевыстреливание гранул в стальную пластину со скоростью 20 м/с под углом45 . Количество (%) оставшихся це-.лыми при таком испытании гранулпринимается за значение ударнойпрочности.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 предотвратить15 вочные кристаллы, достаточны дляполучения гранул при наивысшей относительной влажности воздуха,Материал, создающий затравочные25 кристаллы, подается в охлаждающуюзону в одном месте или в несколькихместах и как можно более равномерно распределяется в указанной зоне.Когда воздух поступает в колоннуотверждения, температура его повышает вследствие теплообмена с падаюда щими каплями и твердыми частицами.я Можно определить точную температуруцоднимающегося воздушного потокаэ- в каждой точке колонны отверждения.35По результатом экспериментов, атакже по литературным данным можнопостроить график. Различие,в давлении водяного пара между частицамимочевины и воздуха тем выше, чемвыше температура. Хорошая затравкавозможна только тогда, когда давление водяного пара частиц мочевиныв месте ввода равно или выше давления водяного пара воздуха, так чтовода вовсе не захватывается частицами. При самой высокой возможнойтемпературе, например 30 С (303 К),давление водяного пара воздуха50составляет 0,042 бар, что соответствует температуре частиц мочевины310 К ( 37 С) . По мере того какчастицы с размерами 2-10 мкм достигают комнатной температуры, хорошуюзатравку получают, .когда частицы55вводят в колонну отверждения на уров.не, где температура составляет покрайней мере 37"С. Дпя поддержания График (фиг. 3) показывает,. что для достижения ударной вязкости 703 требуется по крайней мере 10 центров кристаллизации на гранулу, имеющую диаметр 2 мм. Для достижения ударной вязкости 803 требуется наличие по крайней мере 20 центров 7 11образование биурета. Кристаллы подаются предпочтительно пневматически в верхнюю часть башни для получения гранул, отделяются от транспортирующего газа при помощи циклона и затем расплавляются. Условияработы циклона должны быть выбраны таким образом, чтобы транспортирующий газ содержал частицы с размерами 2 - 10 мкм. После выхода изциклона транспортирующий газ, в котором рассеяны мелкие частицы карбамида, может быть полностью иличастично добавляем к охлаждающемугазу, подаваемому в охлаждающую зону, в результате чего количествосоздающего затравочные кристаллыматериала, который получается путемразмалывания, может быть уменьшено,В процессе затвердевания распыляемых капель при превращении их вгранулы образуются большие и/илименьшие кристаллы в зависимостиот способа и скорости охлаждения.Ударная прочность гранул, состоящих из маленьких кристаллов с произвольной ориентацией, значительновыше, чем ударная прочность гранул,состоящих из больших кристаллов,имеющих по существу .такую же ориентацию. Образование небольших кристаллов в грануле увеличивается, когпри температуре кристаллизации каплвступает в контакт с большим количеством мелких частиц материала, содающего затравочные кристаллы, при,этом мелкие частицы выполняют функцию центров кристаллизации,Зависимость между количествомцентров кристаллизации и ударной прочностью определяется экспериментально для гранул со средним диаметромоколо 2 мм (т.е. 507 гранул имеетдиаметр равный или больше 2 мм) смаксимальным отклонением диаметраплюс или минус 403 (см. Фиг. 3) Пооси ординат откладывают значенияударной прочности, а по оси абсциссколичество центров кристаллизации нодну гранулу (ударную прочностьопределяют 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 достижениясоответствующей ударной прочности.В качестве охлаждающего газа можетбыть использован любой гаэ, инертный по отношению к карбамиду, напримервоздух, 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. Лавление аэродинамической мельницы регулиГ"от на определенном уровне, В результате этого более 80 Х полученной измельченноймочевины имеет размеры частиц2-10 мкм, менее 103 ниже 2 и менее102 более 10 мкм. Нет необходимости отделять фракцию 2-10 мкм. Частицы, имеющие размеры нижнегои 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 фильтрациии/или очистки газа, и мочевину возвращают в процесс, например, настадии концентрирования и выпаривания. Скорость перемещения в трубах35 м/с относительная влажностьтранспортирующего воздуха 303. Отверстия для подачи материала, создающего затравочные кристаллы, в башню для получения гранул расположенына 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. Средняятемпература воздуха на выходе грануляционной башни 54 С и колеблется от48 до 60 С. Средний диаметр полученных гранул 2,0-0,1 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 1459да в охлаждающей зоне давление паровводы охлаждающего воздуха должно быть/при любом местном состоянии атмосферы меньше или равно давлению паровводы частиц карбамида при температу 5ре охлаждающего воздуха, Если давление паров воды охлаждающего воздухабольше, частицы карбамида могут даже растворяться, так что эффектобразования центров кристаллизациибудет полностью потерян. Следовательно, место подачи материала, создающего затравочные кристаллы, выбирается таким образом, чтобы охлаждающийвоздух у этого Места нагревался дотакой степени, что давление паровводы воздуха было меньше или равнодавлению паров воды материала, создающего эатравочные кристаллы, Потоквоздуха, подающий материал, создающий затравочные кристаллы, вохлаждающую зону должен иметь низкое давление паров воды. Для этойцели воздух может быть подсушен илиподогрет, например, до 50 С.25Помимо мелких фракций карбамидав качестве материала, создающегозатравочные кристаллы, могут использоваться другие вещества, напримермел, гипс, хлористый калий. ОднакоЗОпри использовании этих веществ получаемые гранулы карбамида загрязняются ими и становятся менее пригод- лении по отношению к направлениюньми для дальнейшего использования. перемещения расплава карбамида, вП р и м е р. В башне для полу- количестве 600000 мз /ч с входнойчения гранул, имеющей высоту 52 м, З 5 температурой 20 С. Средняя темперараспыляют 40000 кг/ч. 99,8 -ногорасплава карбамида (температура расплава 138 С).при помощи вращающегосяраспылителя гранул, имеющего диаметротверстия около 1,3 мм. В четырехместах по периферии башни для получения гранул смесь воздуха и частицкарбамида, размер которых в среднем4 мкм при диапазоне размера 2-10 мкм,вдувается в башню через трубы припомощи эжектора и распределяется равномерно.Частицы получают путем равмалывания гранул карбамида, к которымдобавлен стеарат кальция в количестве 3 вес.Х,1145924 12 Таблица 2 Относительная влажность охлажУдарнаяпрочность,7 Гранулы полученКоличество Количество затравочного матечастиц,мг/м ные по способу дающего воздуха, Х риала,кг/чвоздуха Предлагаемому 94 62 8,3 5,0 96 7,4 12,3 2 93 78 9,7 16,2 90 11,9 19,8 78 3,1 5,2 78 5,9 9,8 83 59 14,7 64 13,6 22,7 87 90 Известному 10-20 с 90 Как видно из табл. 2, для достижения одинаковой ударной прочности требуется большее количество матерна ла, создающего затравочные кристаллы,при высокой относительной влажности, чем при низкой относительной влажности.з Ударная прочность гранул, полученных предлагаемьк способом, выше ударной прочности гранул, полученных известным способом, т.е. без применения материала, создающего затравочные кристаллы.