Способ гранулирования гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли
METHOD FOR GRANULATING HERBICIDAL FORMULATION BASED ON SULFOMETURONMETHYL AND ITS POTASSIUM SALT

Изобретение относится к способам гранулирования материалов, а именно к способам гранулирования гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли.
Композиции, рецептуры, включающие активные гербицидные компоненты, легко смешивающиеся с водой, удобны для использования при помощи распылительного устройства. При этом желательно, чтобы эти композиции легко растворялись или диспергировались в воде, были устойчивы к истиранию при хранении и транспортировке, имели однородный размер гранул и обладали однородной объемной плотностью. Композиции, пригодные для сельскохозяйственных работ, в том числе и гербицидные, обычно получают и выпускают в виде жидких или твердых концентратов. В настоящее время широко используются гранулированные композиции, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими формами композиций. Они, например, устойчивы при хранении и транспортировке.
Гранулированные материалы обладают хорошей текучестью, не зависают в емкостях, не слеживаются, занимают меньший объем, в меньшей степени смерзаются, не пылят при перегрузке, легче дозируются. Правильно выбранные для конкретных условий способы гранулирования, в основном, обеспечивают получение готового продукта с заданными качественными показателями.
Известны различные технологии грануляции: влажная грануляция, сухая грануляция (роликовое компактирование) и прямое смешивание. Несомненным преимуществом компактирования является то, что из процесса исключена влага. Это особенно важно для физически и химически нестабильных составов. Кроме того, как правило, отсутствует необходимость сушки произведенных гранул, что приводит к уменьшению затрат на производство.
Известен способ сухого гранулирования порошков без применения связующего вещества путем предварительного уплотнения порошка, дальнейшего прессования, например, между валками (вальцами) пресса в брикеты, плитки или полосы, которые далее измельчают ножами и протирают на ситах. При этом образуются гранулы неправильной формы различного размера и пыль. Пыль возвращается в загрузочный бункер гранулятора для повторного гранулирования /Химическая энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия. 1988, стр. 1188/.
Общими с заявляемым способом являются операции помола исходного порошка и классификации по размерам частиц с использованием вибросит, а также возврат ретура повторно в технологический процесс. Однако данный способ-аналог, результатом которого являются гранулы неправильной формы и пыль, не может быть применен для получения гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли в виде гранул с однородным размером и правильной формы, устойчивых к истиранию и хранению.
Влажная грануляция, процесс добавления к порошкам жидкого раствора, подразумевает агломерацию сухих частиц исходного порошка с использованием грануляционной жидкости. Жидкость содержит растворитель, который должен быть летучим и нетоксичным. Наиболее безопасный способ - использование воды в качестве растворителя. Нередко необходимо использовать водный раствор связующего вещества. После того, как порошки высохли (удален растворитель) и образовали более уплотненную форму, гранулят измельчают. В традиционном процессе влажной грануляции влажная масса пропускается через сито с образованием влажных гранул, которые затем высушиваются. На последующем этапе сортировки происходит разбиение агломератов гранул. Влажная грануляция является предпочтительной технологией в связи с тем, что прямое прессование не подходит для многих действующих веществ. В случае чувствительности действующего вещества к гидролизу порошки смачиваются способом псевдоожижения.
Известен способ влажного гранулирования порошков, заключающийся в том, что порошок, находящийся на вращающихся поверхностях тарельчатого или трубчатого гранулятора, смачивают связующим веществом и окатывают с образованием сферических гранул /Химическая энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия. 1988, стр. 1188/.
Общими с заявляемым способом являются операции приготовления раствора связующего вещества и смешения его с порошком, подлежащим гранулированию. Недостатками таких грануляторов являются их высокая чувствительность к содержанию жидкой фазы и, как следствие, узкие пределы рабочих режимов, а также необходимость очистки рабочего диска от налипания массы. Эти недостатки ограничивают возможность использования данного способа-аналога для гранулирования многокомпонентной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли при необходимости введения других компонентов рецептуры в виде растворов.
В качестве ближайшего аналога выбран способ, описанный в патенте «Вододиспергируемая гранулированная пестицидная композиция, получаемая методом экструзии, и способ ее получения» (RU №2096955, С1, МПК A01N 25/14). Согласно этому способу получения гранул (в качестве активного ингредиента гранула содержит преимущественно гербицид ряда сульфонилмочевин или фенилмочевины) сухие активный и вспомогательные ингредиенты смешивают и размалывают, далее премикс подают в экструдер и подвергают экструзии через матрицу или сито при температуре от 50°С до 130°С, предпочтительно при температуре от 75°С до 115°С, и давлении от 1034 до 155119 мм рт. ст. Далее композицию подвергают крошению или размалыванию экструдата с образованием однородных гранул. Общими с заявляемым способом являются операции на стадии подготовки компонентов: помол сухого исходного компонента, смешивание его со вспомогательными ингредиентами.
Технической проблемой, которую невозможно разрешить в рамках ближайшего аналога, является невозможность его применения для гербицидных композиций, содержащих компоненты, способные разрушаться при воздействии высокой температуры и давления. Поскольку калиевая соль сульфометуронметила не является термостойкой (температура начала разложения составляет 60°С /Химическая энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. - М.: Советская энциклопедия. 1988, стр. 1188/), применение описанного способа приведет к разрушению соли и, как следствие, к снижению растворимости рецептуры и эффективности ее применения.
Предполагаемое изобретение направлено на решение данной технической проблемы. Технический результат достигается тем, что в способе гранулирования гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли путем предварительного помола сухого исходного компонента, смешивания его со вспомогательными ингредиентами и последующего гранулирования сухим или влажным способом, предусмотрены следующие отличия: на стадии подготовки компонентов производят помол сульфометуронметила до частиц требуемого размера и приготовление водных растворов необходимой концентрации гидроксида калия (КОН), модифицирующей добавки и связующего вещества в реакторах-смесителях; реакцию взаимодействия сульфометуронметила с гидроксидом калия с образованием калиевой соли сульфометуронметила проводят в турбореактивном коутере в «кипящем» слое при постоянном контроле температуры в нем (не более 60°С) с одновременной подачей модифицирующей добавки; полученную шихту, смешанную с порцией ретура, подвергают гранулированию в условиях механически взвешенного слоя при орошении водным раствором связующего вещества; после этого производят сушку в ротационной вакуумной сушилке с вращающимся корпусом при температуре горячей воды в рубашке от 45°С до 55°С и при вакууме в рабочем пространстве от 100 до 120 мм рт. ст.; классификацию и фасовку готового продукта.
Краткое описание чертежей: на фиг. 1 представлена технологическая схема оборудования, содержащая реакторы-смесители (1) с накопительными емкостями (2), измельчитель (3), гранулятор-коутер (4) с форсунками (10) и перистальтическими насосами (11), смеситель-гранулятор (5) с форсункой (10) и перистальтическим насосом (11), ротационную вакуумную сушилку (6), виброгрохот (7), дозатор весовой (8) и запайщик пакетов (9).
Оборудование работает следующим образом.
Сульфометуронметил технический вместе с фракцией крупного ретура после классификатора размалывается в измельчителе (3) до заданных размеров. В первом реакторе-смесителе (1) приготавливают раствор модифицирующей добавки в воде необходимой концентрации: компоненты перемешивают при нагревании. Во втором реакторе-смесителе (1) готовят водный раствор КОН необходимой концентрации при перемешивании и охлаждении. В третьем реакторе-смесителе получают водный раствор связующего вещества необходимой концентрации при перемешивании и нагревании.
В турбореактивный гранулятор-коутер (4) загружают расчетные количества сульфометуронметила и белой сажи. Через сетку на дне аппарата продувают нагретый воздух так, чтобы загруженный материал образовал псевдоожиженный, «кипящий» слой. В полученный «кипящий» слой через пневматическую форсунку (11) подают орошение: необходимое количество водного раствора КОН, исходя из стереохимического соотношения реакции получения калиевой соли сульфометуронметила. Реакция протекает с выделением тепла. Калиевая соль сульфометуронметила термически нестабильна, особенно в присутствии воды и щелочи, процесс разложения начинается при температуре 60°С. Поэтому температура в рабочем пространстве коутера регулируется оператором либо путем прекращения нагрева подаваемого воздуха, либо прекращением или изменением режима подачи щелочного орошения. После подачи расчетного количества щелочи «кипящий» слой полученной шихты подсушивают, затем подают через форсунку (10) расчетное количество водного раствора модифицирующей добавки и снова высушивают полученный материал до влажности менее 2%. Содержание влаги в шихте контролируют по результатам анализа проб, отбираемых из пробоотборника в ходе процесса.
Полученная в коутере (4) шихта загружается в высокоскоростной смеситель-гранулятор (5) в расчетном количестве, где смешивается с расчетным количеством порции ретура, состоящей из фракции с размером частиц менее 0,1 мм и размолотой в измельчителе крупной фракции. Комбинация двух перемешивающих устройств (миксера и рассекателя) переводит загруженный материал в псевдоожиженное состояние, так называемый механически взвешенный слой. В рабочее пространство гранулятора на псевдоожиженный слой шихты через пневматическую форсунку (10) подается орошение: расчетное количество водного раствора связующего вещества. Под влиянием орошения связующим веществом частицы шихты укрупняются, образуя агломераты, которые, в свою очередь, укрупняются и уплотняются в динамических условиях сверхскоростного перемешивания; образующиеся гранулы дополнительно окатываются. Чтобы избежать переувлажнения массы, слипания в крупные комки или прилипания к стенкам аппарата, регулируют скорость подачи орошения. При первоначальном запуске производства гранулируется только шихта, а при завершении наработки рецептуры гранулируется исключительно ретур.
Влажный гранулят (до 12% воды) загружают в ротационную вакуумную сушилку (6), подают в рубашку горячую воду (от 45°С до 55°С), и при вакууме в рабочем пространстве от 100 до 120 мм рт. ст. и вращении корпуса сушилки (контейнера), при котором масса перемешивается, ведут сушку гранулята. Высушенный гранулят должен содержать не более 2% воды.
Высушенный гранулят постепенно подают на верхнюю сетку вибрационного поличастотного грохота (7). В результате просеивания через верхнюю сетку фракция с размером частиц более, чем задано техническими условиями, выгружается через патрубок и поступает на размол в измельчитель (3) в качестве ретура. Частицы, прошедшие через верхнее сито, попадают на нижнее сито с отверстиями диаметром, например, 0,1 мм. Оставшаяся на нижнем сите, «целевая» фракция, выгружается через соответствующий патрубок и представляет собой готовый продукт. Частицы, прошедшие через нижнее сито, имеют размеры менее 0,1 мм. Эта фракция собирается в донной части грохота, выгружается через нижний люк и в качестве ретура направляется в смеситель-гранулятор (5).
Целевая фракция готовой рецептуры подается в бункер весового дозатора (9), откуда порциями по 2,0 кг или 0,2 кг запайщиком пакетов (10) упаковывается в полиэтиленовые мешки.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показана в таблице 1.
Изобретение позволяет получать гербицидную рецептуру на основе сульфометуронметила и его калиевой соли в виде гранул с однородным размером и правильной формы, устойчивых к истиранию и хранению с высоким содержанием действующего вещества. Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующими примерами.
Пример 1. Для примера осуществления способа гранулирования гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли предлагаемым способом выбрана гербицидная рецептура на основе сульфометуронметила и его калиевой соли следующего состава (%):
сульфометуронметил и его калиевая соль (суммарная массовая доля)
- 85,0;
ПАВ (неонол)
- 1,0;
белая сажа
- 1,0;
Na-карбоксиметилцеллюлоза
- до 1,0;
вода
- не более 2,0;
неконтролируемые примеси
- не более 10,0.
Для производства гербицидной рецептуры приведенного выше состава предлагаемым способом в турбореактивный гранулятор-коутер загружают 50 кг сульфометуронметила и 0,5 кг белой сажи. В «кипящий» слой загруженного материала подают орошение: от 7,5 до 8,5 кг водного раствора гидроксида калия с концентрацией от 45% до 55%. После подачи расчетного количества щелочи «кипящий» слой полученной шихты подсушивают, затем подают через форсунку 5 л водного раствора неонола с концентрацией от 8% до 12% и снова высушивают полученный материал до влажности менее 2%.
Полученная в коутере шихта в количестве 12,5 кг загружается в смеситель-гранулятор, где смешивается с порцией ретура - 25,0 кг. Суммарная загрузка гранулятора составляет 37,5 кг. После создания механически взвешенного слоя через пневматическую форсунку подается орошение: от 4,0 до 4,5 л водного раствора Na-карбоксиметилцеллюлозы с концентрацией от 1,6% до 2,4%. Сушка гранулята производится до остаточного содержания воды не более 2,0%. После классификации целевую фракцию высушенного гранулята фасуют в полиэтиленовые мешки по 2,0 или 0,2 кг.
В таблице 2 приведены результаты аналитического контроля характеристик полученной гербицидной рецептуры на основе сульфометуронметила и его калиевой соли.
Как видно из данных, приведенных в таблице 2, гербицидная рецептура на основе сульфометуронметила, произведенная по предлагаемому способу, соответствует заданным требованиям: гранулы имеют правильную сферическую форму, высокое процентное содержание основных действующих веществ. Полученная рецептура обладает хорошей сыпучестью и прочностью гранул.
2
Пример 2. Для оценки эффективности применения рецептуры при экспериментальной проверке ее работоспособности были подготовлены два контрольных участка с площадями 120 м с широким спектром (10-15 видов) травянистой растительности для сравнительных наблюдений эффекта осеннего и весеннего применения водного раствора рецептуры с нормой расхода 500 г/га и 800 г/га.
2
На 40 день после весеннего применения рецептуры и на 240 день после осеннего был проведен весовой учет фитомассы травянистой растительности. На каждой опытной делянке использовали деревянную рамку размером 1,0×1,0 м (1,0 м), которую укладывали с включением наиболее устойчивых растений. Травянистую растительность в пределах площади рамки срезали на высоте от 1,0 до 2,0 см от поверхности почвы. Фитомассу травянистой растительности упаковывали в полиэтиленовые пакеты и взвешивали на весах ВК-1500 с точностью до 1,0 г. Результаты весового учета фитомассы травянистой растительности по всем делянкам двух контрольных участков представлены в таблице 3.
Анализ результатов показал следующее:
- эффективность применения приготовленной рецептуры в среднем составляет 71,5%;
- рецептура эффективна как при весеннем, так и при осеннем применении;
- увеличение дозы внесения рецептуры с 500 г/га до 800 г/га незначительно влияет на ее эффективность.
Необходимо отметить положительные моменты предлагаемого способа гранулирования. Возвращение ретура в технологический цикл делает производство безотходным, а использование псевдоожиженного состояния в мягких температурных режимах обеспечивает равномерное гранулирование рецептуры с высоким технологическим выходом продукта.