СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДЛЕННОДЕЙСТВУЮЩИХ УДОБРЕНИЙ С СИЛИКАТНЫМ ПОКРЫТИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING SLOW ACTING FERTILIZERS WITH SILICA COATING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к технике получения минеральных удобрений в химической промышленности и может быть использована для получения минеральных удобрений с регулируемым выделением питательных веществ, в частности относится к способам и устройствам для нанесения силикатного покрытия на азотосодержащие удобрения для их использования в сельском хозяйстве.
Известен способ получения медленнодействующих удобрений [Авторское свидетельство SU 1353767, приоритет от 15.08.1984, опубл. 23.11.1987, C05G 3/00], в соответствии с которым для снижения скорости растворения и повышения прочности гранулированных удобрений гранулы последовательно опрыскивают растворами силиката натрия и хлористого кальция, при взаимодействии которых на поверхности гранул образуется нерастворимая пленка силиката кальция. Обработка производится при 30-40°C, затем капсулированные гранулы высушивают при 60±5°C в псевдоожиженном слое.
В процессе орошения гранул растворами наблюдается унос аэрозольных частиц с потоком, что создает необходимость очистки отходящего воздуха от аэрозольных частиц перед его сбросом в атмосферу. Причем использование экономичного "сухого" способа очистки с помощью тканевого фильтра не приемлемо из-за способности этих аэрозольных частиц образовывать нерастворимые отложения. Улавливание аэрозольных частиц водой приводит к необходимости переработки образующихся жидких отходов, в результате чего происходит удорожание процесса нанесения оболочки силиката кальция (капсулирования).
Процесс нанесения покрытия, осуществляемый при 30-40°С, и последующая сушка при 60±5° снижают производительность капсулирования в одном аппарате из-за температурной несовместимости процессов в случае их одновременной реализации.
Эти и другие недостатки известного способа не позволяют эффективно его использовать в промышленном масштабе.
Известен сушильный агрегат с вертикальным секционированием, включающий цилиндрический корпус, газораспределительные решетки с отверстиями и вертикальные радиальные перегородки, вертикальный вал с горизонтальными перегородками в виде секторов. Агрегат снабжен штуцерами входа и выхода теплоносителя (воздуха), штуцерами загрузки и выгрузки, а также камерным дозатором [Куцакова В.Е., Богатырева А.Н. Интенсификация тепло и массообмена при сушке пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1987, с. 147, рис. 48]. Известный сушильный агрегат решает задачу наиболее полного использования энергии теплоносителя. Для этого в аппарате размещено необходимое количество газораспределительных решеток, образующих ступени сушки, разделенные вертикальными перегородками на четыре камеры. Вертикальный вал вращает горизонтальные перегородки, смещенные на 90° относительно друг друга, и перекрывающие камеры, препятствуя движению теплоносителя, что обуславливает переход осушаемого материала в камеру расположенной ниже тарелки через отверстия в решетке, диаметр которых больше, чем самые крупные гранулы. Таким образом, влажный материал проходит все ступени сушки и уходит из аппарата через секторный дозатор в приемный бункер.
Известное устройство для сушки не пригодно для нанесения силикатных покрытий на гранулы удобрения вследствие наличия горизонтальных вращающихся перегородок, что приводит к покрытию одним компонентом только части гранул на решетке, так как четвертая часть закрыта и разгружается на нижнюю решетку. При обработке на этой решетке гранул вторым компонентом защитная силикатная оболочка не будет сформирована, то есть часть материала не будет закапсулирована.
Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является адаптация известного способа получения удобрений с покрытием из силикатной пленки (оболочки), а также устройства для осуществления такого способа для их использования в промышленных масштабах за счет:
- устранения аэрозольного уноса технологических растворов,
- предотвращения образования труднорастворимых отложений на внутренних частях аппарата,
- повышения производительности получения обработанного (капсулированного) удобрения.
Заявляется способ получения медленнодействующих удобрений с силикатным покрытием, включающий последовательную обработку удобрения растворами силиката натрия и хлористого кальция при 30-40°C, затем высушивание капсулированных гранул при 60±5°C в псевдоожиженном слое, в рамках которого:
- обработку растворами осуществляют в отдельных зонах аппарата, причем растворы подают струями в импульсном режиме,
- выполняют активацию псевдоожиженного слоя перемешивающими устройствами,
- высушивание капсулированных гранул осуществляют в две стадии, первую из которых реализуют в зоне обработки раствором хлористого кальция после завершения орошения, а вторую стадию реализуют в отдельном аппарате потоком воздуха с температурой 60±5°C.
Для реализации способа может быть использован аппарат псевдоожиженного слоя для периодических процессов, содержащий:
- цилиндрический корпус с крышкой, днище которого выполнено коническим и предпочтительно снабжено шлюзовым затвором,
- не менее двух тарелок в виде, по меньшей мере, двух секторов, каждый из которых снабжен осью,
- причем сектор образован каркасом, например, из стальной пластины, внутри которого установлены ребра с присоединенными к ним втулками тарелки, через которые проходит неподвижно соединенная с ними с помощью болтов ось,
- перфорированный лист, например, из стали, закрывающий каркас и закрепленный неподвижно с помощью сварки с торцами секторов, причем поверхность перфорированного листа покрыта, по меньшей мере, тремя слоями закрепленной на листе предпочтительно полиамидной ситоткани, закрепленной на листе с помощью пластин,
- запорные устройства, содержащие, например, щеколду,
- перемешивающее устройство, содержащее предпочтительно не менее трех лопастей,
- мотор-редуктор, соединенный валом с перемешивающим устройством,
- над верхним краем перемешивающего устройства расположен ороситель предпочтительно в виде кольцевого коллектора с перфорированными в их нижней части отводами, направленными радиально к центральной оси корпуса.
Концы осей могут быть выведены из корпуса аппарата и на корпусе аппарата снаружи установлены устройства, герметизирующие отверстия прохода осей через корпус, а к каждой оси присоединен ручной и/или механический привод (пневматический или электрический). К корпусу внутри приварено ограничительное кольцо с уплотняющим профилем из эластичного материала.
Аппарат содержит штуцер входа воздуха, штуцер выхода воздуха и штуцер загрузки обрабатываемого материала, штуцер разгрузки, штуцер подачи раствора. К штуцеру разгрузки присоединен аппарат для второй стадии сушки, например вибросушилка. Вал аппарата выполнен составным и его части соединены втулками вала.
Таким образом, становится возможным получение удобрений с силикатной оболочкой в промышленных масштабах за счет реализации заявляемой группы изобретений.
Предлагаемые признаки способа и устройства позволяют избежать труднорастворимых отложений в аппарате, так как растворы раздельно вводят в разных его зонах: раствор силиката натрия вводят в псевдоожиженный слой на верхней тарелке, а раствор хлористого кальция - в псевдоожиженный слой на нижней тарелке.
Достигается предотвращение аэрозольного уноса растворов и связанных с этим проблем очистки отходящего воздуха. Струи растворов не разрушаются восходящим потоком воздуха, и капли не образуются.
При подаче растворов в виде струй образуются участки с повышенным увлажнением гранул, склонных к образованию агломератов, не участвующих в процессе псевдоожижения. Образующиеся агломераты разрушаются механическим перемешивающим устройством, приводимым во вращательное движение мотором-редуктором. Вращение перемешивающего устройства активирует движение гранул, смешивая переувлажненные гранулы с необработанными. В результате растворы попадают на все гранулы в период паузы между импульсной подачей струй.
Кроме того, может быть достигнуто увеличение производительности аппарата за счет отсутствия простоев в процессе капсулирования из-за несовместимых по температуре потоков воздуха для процессов нанесения покрытия и последующей сушки. Использование отдельного устройства для сушки, использующего поток воздуха с необходимой температурой, позволяет достичь этого результата.
Конструкция устройства, используемого для осуществления заявляемого способа, поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - схематично вертикальный разрез аппарата;
на фиг. 2 - поперечный разрез части аппарата с тарелкой и перемешивающим устройством;
на фиг. 3 - вид (сверху) тарелки с перемешивающим устройством, установленные в аппарате.
Аппарат включает корпус 1 (фиг. 1), коническое днище 2 и плоскую крышку 3. Внутри аппарата расположены, по меньшей мере, две тарелки, каждая из которых состоит из не менее двух секторов 4. Над секторами, составляющими тарелку, расположено перемешивающее устройство 5, соединенное с вертикальным валом 7.
На плоской крышке 3 установлен мотор-редуктор 6, соединенный с вертикальным валом 7. Аппарат снабжен штуцером 8 подачи нагретого воздуха, штуцером 9 отвода воздуха, штуцером 10 подачи исходного гранулированного удобрения. К штуцеру 11 разгрузки может быть присоединен через шлюзовой затвор дополнительный аппарат для второй стадии сушки капсулированных гранул удобрения (на фиг. 1-3 не показано), например, вибросушилка.
Внутри корпуса 1 над каждым перемешивающим устройством 5 установлен ороситель 12, представляющий собой кольцевой коллектор с перфорированными отводами (на фиг. 1 не показаны), направленными радиально к центральной оси корпуса 1. Ороситель 12 соединен со штуцером 13 подачи раствора.
Устройство тарелки более подробно показано на фиг. 2 и 3.
Тарелка образована, по меньшей мере, двумя секторами 4, включающими каркас 14 предпочтительно из стальной пластины, представляющий собой полуокружность с полукольцом в центре для прохода вертикального вала 7 и ребрами жесткости 15, соединяющими криволинейный участок полуокружности с прямолинейным, с приваренными к ним втулками 17 тарелки, через которые проходят оси 18. Расстояние между наружными поверхностями втулок 17 тарелки не менее диаметра вертикального вала 7. Втулки 17 тарелки неподвижно соединены с осями 18 с помощью болтов 19. Оси 18 выходят из корпуса 1 через герметизирующий узел 26 (фиг. 3) и снабжены приводом 27 ручным и/или механическим (электрическим или пневматическим) (на фиг. 3 не показано).
Каркас 14 закрыт сверху перфорированным предпочтительно стальным листом 16, на котором размещается пакет 20, содержащий не менее трех слоев ситоткани (фиг. 2) предпочтительно полиамидной. Пакет 20 крепится к перфорированному листу 16 через пластины 29 (фиг. 3), перекрывающие часть газопроницаемой поверхности секторов 4.
Использование пакета из слоев ситоткани для защиты поверхности перфорированного стального листа секторов тарелок от непосредственного контакта с растворами силиката натрия и хлорида кальция предотвращает «зарастание» отверстий и обеспечивает сохранение работоспособности аппарата в течение длительного периода времени. Несмачиваемость полиамидной ситоткани водными растворами (как проявление свойства материала) затрудняет образование отложений, а колебательные движения пакета с небольшой амплитудой за счет его эластичности под действием потока воздуха обеспечивают его самоочищение.
К корпусу 1 аппарата внутри приварено кольцо 21 (фиг. 2), ограничивающее положение секторов при их повороте рукояткой 28 (фиг. 3) или механическим приводом (на фиг. 1-3 не показан). К нижней поверхности кольца 21 прикреплено уплотнение 22 из эластичного резинового профиля.
Перемешивающее устройство 5 содержит не менее трех лопастей (фиг. 3), закрепленных на втулке 23 (фиг. 2), которая фиксируется неподвижно с валом 7 с помощью гайки 24. Вал 7 может быть выполнен составным для возможности сборки аппарата, части его соединены втулками 25 вала.
Снаружи корпуса 1 для каждого сектора 4 для управления его положением установлено запорное устройство, включающее, например, щеколду. Щеколда входит внутрь аппарата под нижним краем криволинейной части каркаса 14 и удерживает сектор 4 в закрытом положении (на фиг. 1-3 не показано). Она может быть перемещена вручную или под действием привода запорного устройства. Удаление щеколды из-под каркаса 14 приводит к повороту сектора 4 с осью 18 и разгрузке его на нижнюю тарелку или в днище 2 аппарата, откуда капсулированные и частично высушенные гранулы удобрения поступают в дополнительный аппарат на вторую ступень сушки.
Способ получения медленнодействущих удобрений с силикатным покрытием может быть реализован следующим образом.
В штуцер 8 подают нагретый воздух и отводят его через штуцер 9. Включают мотор-редуктор 6 для передачи вращения перемешивающим устройствам 5. Через штуцер 10, например, с помощью пневмотранспорта загружают порцию гранул исходного удобрения.
Раствор силиката натрия подают в ороситель 12 через штуцер 13 с помощью насоса-дозатора (не показан). Подачу раствора осуществляют в импульсном режиме в виде струй через перфорацию, выполненную в нижней части отводов оросителя 12. По окончании подачи расчетного количества раствора убирают из-под каркаса 14 щеколду (на фиг. 1-3 не показано) и секторы 4 верхней тарелки поворачиваются с осью 18, и обработанные гранулы под действием силы тяжести выгружаются на нижнюю тарелку. Секторы 4 верхней тарелки рукояткой 28 возвращают в горизонтальное положение, которое фиксируется подпружиненной щеколдой (на фиг. 1-3 не показано).
Затем в ороситель 12 на нижней тарелке подают через штуцер 13 раствор хлористого кальция. Подачу осуществляют насосом-дозатором в импульсном режиме.
После подачи расчетного количества раствора начинают процесс сушки. Для этого температуру потока теплого воздуха увеличивают до 60±5°C и выдерживают такой режим 10-15 мин (уточняется при пусконаладочных работах). На этом первую стадию сушки заканчивают и капсулированные гранулы удобрения направляют в другой аппарат на вторую стадию сушки. Для этого подают сигнал на запорные устройства нижней тарелки и/или убирают щеколды из-под секторов 4, которые поворачиваются вместе с осями 18 и края секторов 4 опускаются. В результате гранулы выгружаются в коническое днище 2, откуда, например, шнековым дозатором (на фиг. 1-3 не показано) подаются на вторую стадию сушки, например, в вибросушилку, где высушиваются горячим воздухом до конечного влагосодержания.
На верхнюю тарелку освободившегося аппарата загружают очередную порцию гранул удобрения и процесс капсулирования повторяют.
Таким образом, увеличивается производительность процесса капсулирования гранул удобрения за счет ликвидации затрат времени на сушку до заданного влагосодержания, при котором материал не слеживается при хранении.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления были разработаны и реализованы при создании опытного образца установки капсулирования мочевины (карбамида). Аппарат диаметром 500 мм состоит из сектора, включающего каркас и ребра жесткости. На каркасе сверху закреплен стальной перфорированный лист, на котором размещен пакет, включающий не менее трех слоев ситоткани Saati Mil PA 9,5 для просеивания муки пшеницы твердых сортов (номер по «капрону» 49) ячейка 140 мкм. Пакет закреплен на перфорированном листе с помощью стальных пластин. Ребра жесткости снабжены втулками, через которые проходит ось, закрепленная неподвижно со втулками с помощью болтов. Концы оси выведены наружу корпуса через герметизирующие устройства и соединены с рукояткой для управления положением сектора. Рукоятки снабжены фиксаторами горизонтального положения секторов. Перемешивающее устройство выполнено с тремя лопастями. Частота вращения вала 7,5 об/мин. Расстояние между нижним краем лопасти и поверхностью пакета из слоев ситоткани 10 мм.
Эксперименты показали, что гранулы мочевины, смоченные водным раствором необходимого реагента, теряют прочность и в результате интенсивной активации перемешивающим устройством измельчаются. С другой стороны, малоактивное перемешивание не обеспечивает надлежащую подвижность смоченных гранул и нужный режим псевдоожижения. Увеличение числа лопастей перемешивающего устройства обеспечивает «мягкое» воздействие на смоченные гранулы достаточной интенсивности при снижении частоты вращения перемешивающего устройства, и измельчения не наблюдается. Рекомендуемое число лопастей не менее трех при частоте вращения 5-8 об/мин и диаметре аппарата 0,4-0,8 м.
Орошающее устройство представляет кольцевой коллектор, расположенный над перемешивающим устройством. Диаметр коллектора 450 мм. Перфорированные отводы в количестве 12 шт. присоединены к коллектору и направлены радиально к оси аппарата. Отверстия диаметром 2 мм расположены в нижней части отвода. Коллектор изготовлен из трубы ⌀14×2, а отводы из трубы ⌀8×1,5, материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. Шесть отводов длиной 150 мм, остальные шесть - по 100 мм и расположены поочередно между длинными. Свободные концы перфорированных отводов заглушены. На отводах закреплены эластичные трубки из силикона ϕ12×2. В трубке сделаны проколы на оси каждого отверстия стального отвода. Трубки закреплены нейлоновыми хомутами типа КСС на участках между отверстиями с целью ограничения движения подаваемого на орошение раствора только пространством около прокола в силиконовой трубке. Трубка из силиконовой резины предотвращает загрязнение стальных перфорированных отводов отложениями силиката натрия и закрывает отверстия проколов после прекращения подачи раствора за счет упругих свойств.
Работа осуществляется в следующем порядке.
Включают мотор-редуктор, обеспечивающий частоту вращения вертикального вала 7,5 об/мин. Включают подачу нагретого воздуха вентилятором через электрокалориферы СФО-9М с регулированием числа включенных секций по 3 кВт каждая. Из камерного питателя сжатым воздухом подают на верхнюю тарелку 25 кг гранул мочевины сорта «Б». Затем включают насос-дозатор и подают раствор силиката натрия в импульсном режиме по схеме: 45 с подача/45 с пауза до начала следующего импульса подачи. Расчетную массу раствора около 3,5 кг подают за 15 мин, после чего выдерживают гранулы в псевдоожиженном слое с перемешиванием около 2 мин и выгружают на нижнюю тарелку. Для этого освобождают рукоятки секторов верхней тарелки и поворачивают сектора в наклонное положение. В результате влажные гранулы мочевины поступают на обработку раствором хлорида кальция, содержащего 33 мас.%, растворенного вещества. Рукоятки секторов верхней тарелки возвращают в первоначальное положение и фиксируют их запорным устройством. Орошение раствором хлористого кальция проводят по схеме: 10 с подача, затем пауза 50 с. По расчету необходимо подать около 1,2 кг раствора указанной концентрации. Длительность процедуры нанесения второго покрытия составляет 5 мин. Затем осуществляют процесс сушки. Для этого температуру воздуха увеличивают до 60±5°C. Эксперименты с продолжительностью сушки показали, что необходимо порядка 50 мин, чтобы достичь остаточной влажности 3%. Высушенную капсулированную мочевину выгружают в коническую часть нижней царги поворотом рукояток секторов нижней тарелки. Из конической части выгружают в тару, соединяемую с штуцером выгрузки. Очистку секторов тарелок от отложений осуществляют поочередной продувкой аппарата потоком воздуха переменного (пульсирующего) расхода. Перед очисткой аппарат освобождают от загрузки обрабатываемого удобрения.