Способ получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава
METHOD OF PRODUCING AMMONIUM NITRATE GRANULES BY SPRAYING ITS MELT

Изобретение относится к способам получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава, в частности гранул аммиачной селитры, применяемой в качестве минерального удобрения и для других целей.
Известен способ получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава [1], при котором расплав разбрызгивают в верхней зоне полости грануляционной башни с образованием множества капель, падающих к нижней зоне этой полости, для охлаждения и отверждения капель используют поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, проходя последовательно: полость грануляционной башни, скруббер, туманоуловитель, воздуходувную машину, нагреватель воздуха, снова полость грануляционной башни и так далее. Этот поток воздуха направляют сквозь полость грануляционной башни снизу вверх (восходящий поток), где он охлаждает множество падающих капель расплава нитрата аммония, отверждает капли, превращая их в множество падающих горячих гранул нитрата аммония, орошающих восходящий поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, который нагревается при этом и дополнительно загрязняется пылевидными частицами нитрата аммония, около 75% общей массы которых составляют частицы с субмикронными размерами в интервале от 0,015 мкм до 1 мкм. Выходящий нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, до ввода его в скруббер смешивают с автономным, образующимся в доупарочном аппарате нагретым паровоздушным потоком, загрязненным пылевидными частицами нитрата аммония, имеющими так же субмикронные размеры. Направляют в скруббер весь движущийся в замкнутом циркуляционном контуре нагретый и смешанный, как указано выше, поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, где его охлаждают до определенной температуры и при этом снижают в нем массовую концентрацию указанных частиц путем их улавливания. После выхода из скруббера охлажденного потока охлаждающего воздуха со сниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония и повышенной до 100% относительной влажностью, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, из него в туманоуловителе улавливают туман. У вышедшего из туманоуловителя охлажденного потока охлаждающего воздуха со сниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония и высокой относительной влажностью перед вводом его в нижнюю зону полости грануляционной башни в нагревателе воздуха повышают температуру для снижения относительной влажности до определенного уровня. От потока охлаждающего воздуха со сниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония, вышедшего из нагревателя воздуха, отделяют такую его мерную часть (в пересчете на массовый поток сухого воздуха), чтобы равномассово скомпенсировать совокупное пополнение замкнутого циркуляционного контура, имеющее место как вследствие подсоса в него атмосферного воздуха, так и при указанном выше смешивании с автономным потоком (в пересчете на их массовые потоки сухого воздуха). Выбрасывают в атмосферу отделенную, как указано выше, мерную часть потока воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония. Оставшийся после этого отделения мерной части потока, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре остаточный поток охлаждающего воздуха со сниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония, вводят в нижнюю зону полости грануляционной башни, замыкая этим циркуляционный контур. Принимают в нижней зоне полости грануляционной башни подсасываемый в нее атмосферный воздух, температура и относительная влажность которого изменчивы. Смешивают подсасываемый атмосферный воздух с остаточным потоком, движущимся в замкнутом циркуляционном контуре и образуют при этом смешанный восходящий поток охлаждающего воздуха с определенными температурой и относительной влажностью. Получаемые с производительностью 6 тонн в час горячие гранулы нитрата аммония удаляют из нижней зоны башни. Из уровня техники [2, стр. 24-26], [3, стр. 122], [4, стр. 232], [5, стр. 112] известно, что при получении одной тонны гранул нитрата аммония путем разбрызгивания его расплава, в полости грануляционной башни образуется в среднем около 3000 г пылевидных частиц нитрата аммония, а, кроме того, еще в среднем около 900 г. пылевидных частиц нитрата аммония при получении той же одной тонны гранул образуется в доупарочном аппарате, то есть в совокупности - около 3900 г. Следовательно, при производительности узла 6 тонн гранул нитрата аммония в час в поток охлаждающего воздуха, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, добавляется: 3900×6=23400 г в час пылевидных частиц нитрата аммония. Указанный выше источник информации [1] прямо и косвенно содержит следующие количественные характеристики и показатели известного способа, необходимые для корректного сравнения заявляемого и известного способов:
- производительность узла - 6 тонн гранул нитрата аммония в час;
3
3
- поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, на входе в скруббер равен (в пересчете на сухой воздух) 100000 нм в час (100000 м в час воздуха при давлении 101325 Па и температуре 0°С);
3
- автономный паровоздушный поток, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония, образующийся в доупарочном аппарате и пополняющий замкнутый циркуляционный контур, равен (в пересчете на сухой воздух) 1400 нм в час;
3
- поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, на выходе из верхней зоны полости грануляционной башни равен (в пересчете на сухой воздух): 100000-1400=98600 нм в час;
3
- вышедший из скруббера поток охлаждающего воздуха, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония малых размеров, оставшимися после улавливания частиц наиболее крупных размеров в скруббере, равен (в пересчете на сухой воздух): 100000 нм в час, этот поток последовательно проходит туманоуловитель, воздуходувную машину, нагреватель воздуха и выходит из последнего;
3
- поток охлаждающего воздуха, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония, отделяемый от замкнутого циркуляционного контура и выбрасываемый в атмосферу, равен (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час;
- остаточный поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, оставшийся после указанного выше отделения, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, вводимый в нижнюю зону полости грануляционной башни равен (в пересчете на сухой воздух):
3
100000-10000=90000 нм в час;
3
- поток подсасываемого в нижнюю зону полости грануляционной башни атмосферного воздуха, пополняющий замкнутый циркуляционный контур, равен (в пересчете на сухой воздух): 98600-90000=8600 нм в час;
- смешанный поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, восходящий из нижней зоны полости грануляционной башни, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре к верхней зоне полости грануляционной башни, равен (в пересчете на сухой воздух):
3
90000+8600=98600 нм в час;
- около 75% общей массы пылевидных частиц нитрата аммония, образующихся в грануляционной башне при разбрызгивании расплава, а также и в доупарочном аппарате, представляют собой частицы субмикронных размеров в интервале от 0,015 мкм до 1 мкм;
-1
3
3
-1
3
3
- концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в указанном выше потоке воздуха, выбрасываемом в атмосферу, составляет от 150 миллионных массовых долей (150 млн; 150 ppm) на один нм сухого воздуха (в пересчете: 0,194 г на один нм сухого воздуха или 323 г при получении одной тонны гранул нитрата аммония), до 250 миллионных массовых долей (250 млн; 250 ppm) на один нмсухого воздуха (в пересчете: 0,324 г на один нм сухого воздуха или 538 г при получении одной тонны гранул нитрата аммония). Далее рассматриваем удельный выброс 323 г пылевидных частиц нитрата аммония при получении одной тонны гранул нитрата аммония как наилучший показатель, достигаемый в известном способе. Известная концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в потоке воздуха, выбрасываемом в атмосферу, позволяет расчетно определить величины массовых концентраций этих частиц в каждом из других пылевоздушных потоков узла, а также дает возможность расчетно определить эффективность их улавливания в скруббере.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе, восходящем из нижней зоны полости грануляционной башни к верхней зоне этой полости равна: в нижней зоне 0,177 г на один нм сухого воздуха, а в верхней зоне 0,360 г на один нм сухого воздуха. Таким образом, при движении восходящего пылевоздушного потока в полости грануляционной башни массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в нем несколько повышается. Это повышение концентрации происходит в результате дополнительного загрязнения в полости грануляционной башни восходящего пылевоздушного потока пылевидными частицами нитрата аммония при одновременном снижении ее за счет разбавления подсасываемым атмосферным воздухом. Массовая доля пылевидных частиц нитрата аммония субмикронных размеров, дополнительно загрязняющих в полости грануляционной башни охлаждающий воздух, от общей массы пылевидных частиц нитрата аммония в потоке, выходящем из верхней зоны этой полости, составляет 50,8%. Следует обратить внимание на то, что в нижнюю зону полости грануляционной башни и с потоком охлаждающего воздуха, движущимся в замкнутом циркуляционном контуре, поступают в основном так же некрупные пылевидные частицы нитрата аммония, оставшиеся после улавливания частиц наиболее крупных размеров в скруббере. Выходящий нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 0,360 г на один нм сухого воздуха, до ввода в скруббер, смешивают с автономным образующимся в доупарочном аппарате нагретым паровоздушным потоком, загрязненным пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией: 900×6:1400=3,857 г на один нм сухого воздуха. В скруббер направляют весь движущийся в замкнутом циркуляционном контуре нагретый смешанный с автономным потоком поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 0,409 г на один нм сухого воздуха, где его охлаждают до определенной температуры и при этом снижают путем улавливания массовую концентрацию пылевидных частиц нитрата аммония до 0,194 г на один нм сухого воздуха. Эффективность улавливания пылевидных частиц нитрата аммония в скруббере равна 52,5%. Уловленные в скруббере наиболее крупные пылевидные частицы нитрата аммония с потоком скрубберной жидкости удаляют за пределы рассматриваемого узла получения гранул нитрата аммония. В туманоуловителе улавливают туман, выносимый потоком охлаждающего воздуха из скруббера, после чего с помощью воздуходувной машины поток охлажденного охлаждающего воздуха со сниженной в скруббере массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония и относительной влажностью 100% направляют в нагреватель воздуха для повышения его температуры с целью понижения до определенного уровня относительной влажности воздуха перед вводом его в полость грануляционной башни. От вышедшего из нагревателя воздуха потока со сниженной в скруббере массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония отделяют поток, равный (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час, то есть такую мерную часть, чтобы равномассово скомпенсировать совокупное пополнение замкнутого циркуляционного контура, имеющее место как вследствие подсоса в него (в нижнюю зону полости грануляционной башни) атмосферного воздуха в виде потока, равного (в пересчете на сухой воздух) 8600 нм в час, так и при указанном выше смешивании с автономным потоком, равным (в пересчете на сухой воздух) 1400 нм в час. Отделенный поток, равный (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 0,194 г на один нм сухого воздуха, выбрасывают в атмосферу, при этом удельный выброс пылевидных частиц нитрата аммония (при получении одной тонны гранул нитрата аммония) равен 323 г. Остаточный поток охлаждающего воздуха, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, оставшийся после отделения выбрасываемого потока и равный (в пересчете на сухой воздух) 90000 нм в час, со сниженной в скруббере массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония равной 0,194 г на один нм сухого воздуха, вводят в нижнюю зону полости грануляционной башни и этим замыкают циркуляционный контур. Принимают в нижней зоне полости грануляционной башни подсасываемый в нее атмосферный воздух, температура и относительная влажность которого изменчивы. Смешивают подсасываемый атмосферный воздух с остаточным потоком, движущимся в замкнутом циркуляционном контуре, образуют при этом смешанный восходящий поток охлаждающего воздуха с определенными температурой и относительной влажностью, равный (в пересчете на сухой воздух) 98600 нм в час с массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония 0,177 г на один нм сухого воздуха. Горячие гранулы нитрата аммония, получаемые с производительностью 6 тонн в час, удаляют из нижней зоны грануляционной башни.
Известный способ получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава, в котором используют замкнутый циркуляционный контур движения охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, наиболее близок к заявляемому по совокупности существенных признаков и принят за прототип.
Недостатком известного способа-прототипа является его повышенная экологическая опасность, заключающаяся в том, что при получении одной тонны гранул нитрата аммония по этому способу в атмосферу с отходящим воздухом выбрасывают не менее 323 г пылевидных частиц нитрата аммония, оставшихся после улавливания их в скруббере. Столь немалый удельный выброс является следствием того, что согласно этого способа для улавливания пылевидных частиц нитрата аммония в скруббер направляют движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, размеры которых составляют преимущественно доли микрометра. Улавливание в скруббере частиц таких малых размеров, как известно, характеризуется низкой эффективностью, однако массовую концентрацию пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе, движущемся в замкнутом циркуляционном контуре, при этом снижают существенно и этим снижением массовой концентрации подавляют протекание в полости грануляционной башни, под воздействием орошения восходящего пылевоздушного потока множеством падающих капель расплава и горячих гранул нитрата аммония, процессов, приводящих к приобретению этими частицами свойства высокоэффективного их улавливания в скруббере.
Задачей изобретения является разработка способа получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава, при котором пылевидным частицам нитрата аммония, загрязняющим охлаждающий воздух, придают свойство высокоэффективного их улавливания в скруббере и этим обеспечивают пониженную экологическую опасность заявляемого способа, характеризуемую тем, что при получении одной тонны гранул нитрата аммония в атмосферу выбрасывают не более 20 г пылевидных частиц нитрата аммония.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава, при котором расплав разбрызгивают в верхней зоне полости грануляционной башни с образованием множества капель, падающих к нижней зоне полости грануляционной башни, для охлаждения и отверждения капель используют поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, направляют этот поток охлаждающего воздуха сквозь полость грануляционной башни снизу вверх (восходящий поток), где он охлаждает множество падающих капель расплава нитрата аммония, отверждает капли, превращая их в множество падающих горячих гранул нитрата аммония, орошающих восходящий поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, который нагревается при этом и дополнительно загрязняется пылевидными частицами нитрата аммония, охлаждают до определенной температуры движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, выходящий нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни, автономный образующийся в доупарочном аппарате паровоздушный поток, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония, смешивают с указанным выше движущимся в замкнутом циркуляционном контуре потоком охлаждающего воздуха, от полученного в результате этого смешивания движущегося в замкнутом циркуляционном контуре потока охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, отделяют такую его мерную часть (в пересчете на массовый поток сухого воздуха), чтобы равномассово скомпенсировать совокупное пополнение замкнутого циркуляционного контура, имеющее место как вследствие подсоса в него атмосферного воздуха, так и при указанном выше смешивании с автономным потоком (в пересчете на их массовые потоки сухого воздуха), оставшийся после указанного выше отделения мерной части потока, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре остаточный поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, вводят в нижнюю зону полости грануляционной башни, замыкая этим циркуляционный контур, принимают в нижней зоне полости грануляционной башни, подсасываемый в нее атмосферный воздух, температура и относительная влажность которого изменчивы, смешивают подсасываемый атмосферный воздух с указанным выше остаточным потоком охлаждающего воздуха с образованием при этом смешанного восходящего потока охлаждающего воздуха с определенными температурой и относительной влажностью, полученные горячие гранулы нитрата аммония удаляют из нижней зоны грануляционной башни, новым является то, что движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, выходящий нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни, охлаждают в воздухоохладителе без снижения при этом в нем массовой концентрации пылевидных частиц нитрата аммония, автономный образующийся в доупарочном аппарате паровоздушный поток, сначала в охладителе-осушителе охлаждают и при этом снижают массовую концентрацию содержащихся в нем водяных паров путем их конденсации с удалением образующейся жидкой фазы, а затем смешивают с движущимся в замкнутом циркуляционном контуре потоком, имеющим несниженную, как указано выше, массовую концентрацию пылевидных частиц нитрата аммония, для равномассовой компенсации совокупного пополнения замкнутого циркуляционного контура, имеющего место как вследствие подсоса в него атмосферного воздуха, так и при указанном выше смешивании с автономным потоком (в пересчете на их массовые потоки сухого воздуха), мерную часть (в пересчете на массовый поток сухого воздуха) отделяют от получаемого в результате указанного выше смешивания потока с несниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония и со сниженной массовой концентрацией водяных паров, в нижнюю зону полости грануляционной башни, замыкая этим циркуляционный контур, вводят остаточный поток охлаждающего воздуха с несниженной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония и со сниженной массовой концентрацией водяных паров, оставшийся после указанного выше отделения мерной части, желательную температуру смешанного восходящего потока охлаждающего воздуха обеспечивают путем установления соответствующей температуры указанного выше охлаждения в воздухоохладителе потока, выходящего нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни, а желательную относительную влажность воздуха смешанного восходящего потока, исключающую возможность конденсации содержащихся в нем водяных паров при температуре предстоящего охлаждения его в воздухоохладителе, обеспечивают как путем установления соответствующей степени указанного выше снижения в охладителе-осушителе массовой концентрации водяных паров автономного паровоздушного потока, так и указанным выше установлением соответствующей температуры охлаждения в воздухоохладителе, для улавливания пылевидных частиц нитрата аммония в скруббер направляют указанную выше мерную часть охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, отделенную от потока, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, вышедший из скруббера воздух, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония, оставшимися после их улавливания, выбрасывают в атмосферу.
8
5
При разбрызгивании расплава нитрата аммония в верхней зоне полости грануляционной башни образуется множество капель расплава, а после их отверждения, - горячих гранул нитрата аммония. Например, при производительности узла 6 тонн гранул в час получают более 8⋅10 штук в час гранул (в расчете на диаметр гранулы 2,0 мм), при этом в полости грануляционной башни одновременно присутствуют, совершая стремительное свободное падение сквозь восходящий пылевоздушный поток со скоростью около 10 метров в секунду, более 6,6⋅10 штук горячих гранул. Полость грануляционной башни представляет собой своеобразный турбулизирующий миксер с огромным числом перемешивающих тел - капель расплава и горячих гранул, каждая из которых, стремительно падая, выталкивает запыленный воздух перед собой и в стороны. За каждой падающей каплей и горячей гранулой нитрата аммония образуются вихри и зона разрежения, обусловливающая подсасывание в нее запыленного воздуха из окружающего объема. Таким образом, в полости грануляционной башни в процессе грануляции имеют место турбулизация и тщательное перемешивание пылевоздушного потока, которые в сочетании с многократно повышенной (по сравнению с известным способом) массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе резко ускоряют процессы приобретения пылевидными частицами нитрата аммония свойства высокоэффективного их улавливания в скруббере. Это приобретение частицами нитрата аммония, при многократном повышении в охлаждающем воздухе их массовой концентрации, свойства высокоэффективного их улавливания в скруббере, происходящее в полости грануляционной башни под воздействием орошения множеством падающих капель расплава и горячих гранул восходящего потока охлаждающего воздуха, загрязненного этими частицами, связано с их интенсивным укрупнением путем коагуляции до агломератов, около 100% общей массы которых составляют частицы с размерами в интервале от 5 мкм до 10 мкм. Известно [6, стр. 84], что частицы крупнее 10 мкм почти не коагулируют. Частицы более мелкие коагулируют, но образующиеся при этом агломераты не превышают 10 мкм. Скоагулированную в агломераты пыль превратить обратно в частицы первичных размеров практически невозможно [6, стр. 87]. Интенсивное укрупнение частиц, в указанных выше условиях, можно объяснить одновременным воздействием трех основных факторов. Во-первых, скорость уменьшения числа частиц субмикронных размеров в процессе тепловой (броуновской) коагуляции прямо пропорциональна квадрату числа присутствующих частиц. Число присутствующих частиц при многократном (по сравнению с известным способом) повышении их массовой концентрации многократно увеличивается. Еще более увеличивается квадрат этого числа и, следовательно, указанная выше скорость. Орошение пылевоздушного потока с многократно повышенной массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония в нем множеством падающих капель расплава и горячих гранул, обеспечивающее турбулизацию и тщательное перемешивание его в полости башни, резко интенсифицирует турбулентную коагуляцию частиц. Во-вторых, укрупнение частиц субмикронных размеров в немалой степени происходит благодаря термофорезу: молекулы газов воздуха, соприкасаясь с каплями расплава и горячими гранулами нитрата аммония, приобретают повышенную скорость и сильнее воздействуют на частицы (ударяются с большей скоростью), заставляя мельчайшие из них устремляться в стороны от капель расплава и горячих гранул нитрата аммония, в результате этого увеличивается число столкновений частиц между собой, что приводит к дополнительной интенсификации процессов их коагуляции, особенно возрастающей при многократном повышении концентрации частиц. В-третьих, наращивание числа частиц, укрупненных в соответствии с изложенным выше в первых двух факторах, повышает степень полидисперсности присутствующих частиц. Скорость коагуляции частиц значительно возрастает с повышением степени их полидисперсности: частицы различного размера движутся с разными скоростями, что неизбежно приводит к увеличению числа их столкновений и, как следствие, к интенсификации процесса кинематической коагуляции. Особенно быстро происходит поглощение мелких частиц крупными при тщательном перемешивании и турбулизации потока воздуха, содержащего частицы в многократно повышенной концентрации.
На чертеже представлена упрощенная принципиальная технологическая блок-схема узла получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава заявляемым способом. В Таблице представлены применительно к Фиг. показатели, характеризующие заявляемый способ.
Блок-схема узла получения заявляемым способом гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава, представленная на чертеже содержит: грануляционную башню 1, скруббер 2, воздуходувную машину 3, доупарочный аппарат 4, воздухоохладитель 5 и охладитель-осушитель 6. Замкнутый циркуляционный контур в заявляемом способе включает в себя: поток А, воздухоохладитель 5, потоки А' и Д воздуходувную машину 3, поток Е и поток И. Следует обратить внимание на то, что замкнутый циркуляционный контур в заявляемом способе не включает в себя скруббер.
Приведем пример осуществления заявляемого способа получения гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава и сравним заявляемый и известный способы по показателям, характеризующим их экологическую опасность. В примере получения гранул нитрата аммония из его расплава заявляемым способом указаны некоторые (всякий раз определяемые расчетом с учетом конкретных температуры и относительной влажности подсасываемого атмосферного воздуха) из множества возможных традиционно используемых температурных и других параметров, поскольку они не препятствуют достижению технического результата, проявляющегося при осуществлении заявляемого способа. Поток атмосферного воздуха, подсасываемого в замкнутый циркуляционный контур (в пересчете на сухой воздух), принят в примере количественно таким же, как и в известном способе. Из существа заявляемого способа следует что целесообразно, по возможности максимально, снижать количество подсасываемого атмосферного воздуха, увеличивая этим массовую концентрацию пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе, движущемся в замкнутом циркуляционном контуре, и, как следствие, способствуя этим повышению эффективности способа.
Пример.
Получение 6-ти тонн в час гранул нитрата аммония разбрызгиванием его расплава заявляемым способом, характеризуемое следующим:
3
- поток П атмосферного воздуха, подсасываемого в замкнутый циркуляционный контур в нижней зоне полости грануляционной башни 1, равен (в пересчете на сухой воздух) 8600 нм в час (такой же как и в известном способе);
- температура подсасываемого атмосферного воздуха равна плюс 25°С;
- относительная влажность подсасываемого атмосферного воздуха равна 70%;
- температура автономного паровоздушного потока Г, образующегося в доупарочном аппарате 4, равна плюс 180°С;
3
- массовая концентрация водяных паров в автономном паровоздушном потоке Г, образующемся в доупарочном аппарате 4, равна 523 г на один нм сухого воздуха;
- желательная температура смешанного восходящего пылевоздушного потока И охлаждающего воздуха, образуемого в нижней зоне полости грануляционной башни 1, равна плюс 37°С;
- желательная относительная влажность охлаждающего воздуха смешанного восходящего потока И, образуемого с температурой плюс 37°С в нижней зоне полости грануляционной башни 1, исключающая возможность конденсации содержащихся в нем водяных паров при температуре предстоящего охлаждения его в воздухоохладителе 5, равна 35,3%.
Обеспечивают:
- ввод и разбрызгивание 6-ти тонн в час расплава нитрата аммония в верхней зоне полости грануляционной башни 1 (так же, как и в известном способе);
3
- поток А охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, на выходе нагретым из верхней зоны полости грануляционной башни 1, равный (в пересчете на сухой воздух) 98600 нм в час;
3
- автономный паровоздушный поток Г, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония, образующийся в доупарочном аппарате 4 и пополняющий замкнутый циркуляционный контур равный (в пересчете на сухой воздух) 1400 нм в час;
3
- поток Б охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, отделяемый от потока, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, равный (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час;
- поток Д охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре, образуемый смешиванием потока А', вышедшего из воздухоохладителя 5, с потоком Г', вышедшим из охладителя-осушителя 6, равный (в пересчете на сухой воздух):
3
98600+1400=100000 нм в час;
3
- остаточный поток Е охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, оставшийся после отделения потока Б от потока Д равный (в пересчете на сухой воздух): 100000-10000=90000 нм в час;
3
- выходящий из скруббера 2 и выбрасываемый в атмосферу поток В воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, оставшимися после их улавливания в скруббере 2 равный (в пересчете на сухой воздух): 10000 нм в час;
- смешанный поток И охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, восходящий из нижней зоны полости грануляционной башни 1, двигаясь в замкнутом циркуляционном контуре к верхней зоне грануляционной башни 1, равный (в пересчете на сухой воздух):
3
90000+8600=98600 нм в час
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
При установившемся процессе максимальная концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе потока, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре (в случае, если этот контур не включает в себя скруббер или какой-либо иной аппарат для улавливания частиц), самоустанавливается равной отношению совокупной массы указанных частиц, добавляющихся в ходе процесса за единицу времени в охлаждающий воздух, движущийся в замкнутом циркуляционном контуре (как указано выше, 23 400 г в час), к объему воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония (в пересчете на один нм сухого воздуха), отделяемого за ту же единицу времени от движущегося в замкнутом циркуляционном контуре потока и выбрасываемого в атмосферу (поток В): 23400:10000=2,340 г на один нм сухого воздуха. Эта известная самоустанавливающаяся массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония, имеющая место в определенных пылевоздушных потоках узла, позволяет расчетно определить величины массовых концентраций пылевидных частиц нитрата аммония и в других пылевоздушных потоках узла. Массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе смешанного восходящего потока И (в нижней зоне полости грануляционной башни 1) равна 2,136 г на один нм сухого воздуха, тогда как в известном способе в аналогичном потоке (в нижней зоне полости грануляционной башни) массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония равна (см. выше) 0,177 г на один нм сухого воздуха, следовательно в данном примере осуществления заявляемого способа она повышена в: 2,136:0,177=12 раз. Массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в охлаждающем воздухе смешанного восходящего потока И в верхней зоне полости грануляционной башни 1, откуда этот воздух выходит потоком А, равна 2,318 г на один нм сухого воздуха, тогда как в известном способе в аналогичном потоке (в верхней зоне полости грануляционной башни) массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония равна (см. выше) 0,360 г на один нм сухого воздуха, следовательно, в данном примере осуществления заявляемого способа она повышена в: 2,318:0,360=6,4 раза. Таким образом, при движении восходящего потока в полости грануляционной башни 1 массовая концентрация пылевидных частиц нитрата аммония в нем несколько повышается с 2,136 г на один нм сухого воздуха в потоке И в нижней зоне полости грануляционной башни до 2,318 г на один нм сухого воздуха в потоке А, выходящем из верхней зоны полости. Это повышение концентрации происходит в результате дополнительного загрязнения в полости грануляционной башни восходящего пылевоздушного потока пылевидными частицами нитрата аммония при одновременном разбавлении его подсасываемым атмосферным воздухом. Многократное повышение массовой концентрации пылевидных частиц нитрата аммония (по сравнению с известным способом) в восходящем охлаждающем воздушном потоке, движущемся в полости грануляционной башни, резко интенсифицирует протекание там под воздействием орошения восходящего пылевоздушного потока множеством падающих капель расплава и горячих гранул нитрата аммония, процессов, приводящих к приобретению этими частицами свойства высокоэффективного их улавливания в скруббере. Расплав нитрата аммония направляют из доупарочного аппарата 4 и с расходом 6 тонн в час разбрызгивают в верхней зоне полости грануляционной башни 1 с образованием множества капель, падающих к нижней зоне полости грануляционной башни 1. Выходящий нагретым до температуры плюс 67,0°С из верхней зоны полости грануляционной башни 1 движущийся в замкнутом циркуляционном контуре поток А равный (в пересчете на сухой воздух) 98600 нм в час охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 2,318 г на один нм сухого воздуха и относительной влажностью 8,1%, направляют в воздухоохладитель 5, где его охлаждают без снижения в нем массовой концентрации пылевидных частиц нитрата аммония, до температуры плюс 38,5°С и относительной влажности 32,6%, исключающей возможность конденсации при этом содержащихся в нем водяных паров. Автономный, образующийся в доупарочном аппарате 4 паровоздушный поток Г, имеющий температуру плюс 180°С, равный (в пересчете на сухой воздух) 1400 нм в час, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией (как и в известном способе) 3,857 г на один нм сухого воздуха и относительной влажностью 4,1%, охлаждают в охладителе-осушителе 6 практически без снижения в нем указанной выше массовой концентрации частиц до температуры плюс 19,1°С и относительной влажности 100%, при этом снижают массовую концентрацию содержащихся в нем водяных паров (путем их конденсации) с 523 г на один нм сухого воздуха до 13,9 г на один нм сухого воздуха с удалением образующейся вследствие конденсации жидкой фазы за пределы узла получения гранул. Паровоздушный поток Г', выходящий из охладителя-осушителя 6 смешивают с охлажденным, как указано выше, до температуры плюс 38,5°С, вышедшим из воздухоохладителя 5 потоком охлаждающего воздуха А' загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония. Образованный в результате указанного выше смешивания движущийся в замкнутом циркуляционном контуре загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 2,340 г на один нм сухого воздуха, с температурой плюс 38,2°С и относительной влажностью 33,1%, поток Д направляют в воздуходувную машину 3. От потока Д после выхода его из воздуходувной машины 3, отделяют поток Б, равный (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час охлаждающего воздуха с температурой плюс 38,2°С и относительной влажностью 33,1%, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 2,340 г на один нм сухого воздуха. Поток Б представляет собой такую мерную часть (в пересчете на сухой воздух) потока Д движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, которая равномассово компенсирует совокупное пополнение замкнутого циркуляционного контура, имеющее место как вследствие подсоса в него потока П атмосферного воздуха, так и при указанном выше смешивании с потоком Г' (в пересчете на их массовые потоки сухого воздуха). Оставшийся после указанного выше отделения потока Б остаточный поток Е, равный (в пересчете на сухой воздух) 90000 нм в час, с температурой плюс 38,2°С, относительной влажностью 33,1% и массовой концентрацией пылевидных частиц нитрата аммония равной 2,340 г на один нм сухого воздуха, вводят в нижнюю зону полости грануляционной башни 1, где его смешивают с подсасываемым с температурой плюс 25°С и относительной влажностью 70% потоком атмосферного воздуха П, равным (в пересчете на сухой воздух) 8600 нм в час, образуя при этом смешанный восходящий поток И, равный (в пересчете на сухой воздух) 98600 нм с желательными температурой плюс 37°С и относительной влажностью 35,3%, загрязненный пылевидными частицами нитрата аммония с массовой концентрацией 2,136 г на один нм сухого воздуха. Направляют поток И снизу вверх сквозь полость грануляционной башни 1, где он охлаждает множество падающих капель расплава нитрата аммония, отверждает капли, превращая их в множество падающих горячих гранул нитрата аммония, орошающих восходящий поток И охлаждающего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, который нагревается при этом от температуры плюс 37,0°С до температуры плюс 67,0°С и дополнительно загрязняется пылевидными частицами нитрата аммония, около 75% общей массы которых составляют частицы с субмикронными размерами в интервале от 0,015 мкм до 1 мкм. При этом массовая доля пылевидных частиц нитрата аммония субмикронных размеров, дополнительно загрязняющих в полости грануляционной башни 1 охлаждающий воздух, от общей массы пылевидных частиц нитрата аммония в потоке А, выходящем из верхней зоны полости грануляционной башни 1, составляет 7,9%. Следует обратить внимание, что в нижнюю зону полости грануляционной башни 1 с потоком Е охлаждающего воздуха, движущимся в замкнутом циркуляционном контуре, поступают пылевидные частицы нитрата аммония не подвергавшиеся (в отличие от известного способа) удалению наиболее крупных из них в скруббере. Отделенный от замкнутого циркуляционного контура поток Б направляют в скруббер 2, где улавливают из этого потока, составляющего лишь 10% от потока, движущегося в замкнутом циркуляционном контуре, загрязняющие его пылевидные частицы нитрата аммония. Около 100% общей массы этих частиц составляют агломераты с размерами в интервале от 5 мкм до 10 мкм, а массовая концентрация равна 2,340 г на один нм сухого воздуха. Выходящий из скруббера 2 поток В, равный (в пересчете на сухой воздух) 10000 нм в час отходящего воздуха, загрязненного пылевидными частицами нитрата аммония, оставшимися после высокоэффективного улавливания их в скруббере 2, в массовой концентрации 0,007 г на один нм сухого воздуха, выбрасывают в атмосферу. Горячие гранулы нитрата аммония, получаемые с производительностью 6 тонн в час, удаляют из нижней зоны грануляционной башни 1. Удельный выброс в атмосферу пылевидных частиц нитрата аммония при этом не превышает 20 г и равен: 0,007×10000:6=11,7 г при получении одной тонны гранул по примеру осуществления заявляемого способа. При этом эффективность улавливания пылевидных частиц нитрата аммония в скруббере 2 равна 99,7%. Из уровня техники [7, стр. 198] известно, что эффективность улавливания частиц технического углерода (сажи) в скруббере при размерах частиц около 5 мкм составляет 99,6%, а при размерах частиц около 10 мкм - 99,8%. Нитрат аммония является гигроскопичным веществом. Эффективность улавливания пылевидных частиц нитрата аммония при прочих равных условиях, не уступает эффективности улавливания в скруббере сажи. Таким образом, высокая эффективность улавливания пылевидных частиц нитрата аммония при размерах частиц в интервале 5-10 мкм, достигнутая при осуществлении заявляемого способа (по примеру), согласуется с показателем, достоверно известным из уровня техники.
Из сравнения удельных выбросов пылевидных частиц нитрата аммония в атмосферу, имеющих место при осуществлении известного и заявляемого (по примеру) способов получения гранул нитрата аммония, можно видеть, что заявляемый способ обеспечивает пониженный в: 323:11,7=27,6 раза выброс в атмосферу пылевидных частиц нитрата аммония.
Список литературы
1. Эммерих Джагер Презентация для встречи ANPSG, Огаста, Джорджия, октябрь 2005 г. Концепт испанской инжиниринговой компании ESPINDESA для сокращения выбросов пыли нитрата аммония. (Presentation to the ANPSG meeting in Augusta, Georgia, October 2005, by Emmerich Jaeger, Concept by ESPINDESA).
2. В.П. Быков, M.E. Иванов, Н.Ф. Захарова, С.И. Попов, А.А. Ревин, Б.Ф. Садовский. Источники и характер потерь нитрата аммония в производстве гранулированной аммиачной селитры. Журнал «Химическая промышленность», 1975 г, №12.
3. М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.Н. Поляков, В.Ю. Поплавский, И.И. Стрижевский, М.Л. Ферд, Ю.В. Цеханская. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности, М., «Химия», 1990 г.
4. А.К. Чернышев, Б.В. Левин, А.В. Туголуков, А.А. Огарков, В.А. Ильин. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение, под редакцией Б.В. Левина и А.В. Туголукова, М., 2009 г.
5. М.А. Миниович. Производство аммиачной селитры, издание 2-е, М., «Химия», 1974 г.
6. Г.М. Гордон, И.Л. Пейсахов. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии, М., «Металлургия», 1977 г.
7. В.П. Зуев, В.В. Михайлов. Производство сажи, М., «Химия», 1970 г.