Анализ показателей качества карбамида, произведенного в летнее и зимнее время

УДК 631.841.7

В. А. Тихонов, М. А. Куликов

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА КАРБАМИДА, ПРОИЗВЕДЕННОГО В ЛЕТНЕЕ И ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

Ключевые слова: гранулированный карбамид, статическая прочность гранул, влажность гранул, параметры технологического режима, математическая модель.

Проведен анализ качественных показателей гранулированного карбамида в зависимости от внешних условий производства. Установлено, что наименьшей прочностью гранул характеризуется продукт, произведенный в летний период времени. Представленные результаты летнего и зимнего обследований качества карбамида показывают увеличение прочности гранул с понижением температуры продукта перед складированием. На основании статистической обработки результатов получена математическая модель зависимости прочности гранул от их температуры и влажности.

Keywords: granular urea, the static strength of granules, pellets humidity, technological mode parameters, mathematical model.

The analysis of qualitative indicators of granulated urea, depending on external conditions of production. It is found that the lower strength granules characterized the product produced in the summer time. The results presented in summer and winter quality surveys show an increase in urea granule strength with decreasing temperature of the product before storage. On the basis of statistical processing of the results of the mathematical model based on the strength of the granules of temperature and humidity.

Проблеме слеживаемости минеральных удобрений и солей уделяется очень большое внимание. Основные факторы, влияющие на слеживаемость -это гигроскопичность удобрений и наличие в них влаги различной природы. Одним из перспективных направлений для придания материалам рассыпчатости является гранулирование. Гранулирование проводят различными способами, выбор которых основывается на физико-химических свойствах материа-лов[1-3]. Для веществ, обладающих сравнительно низкими температурами плавления, чаще всего используется метод приллирования. В основе метода лежит разбрызгивание расплавленного материала в воздушном потоке, при этом образуются гранулы сферической формы. В ряду азотных удобрений приллирование используется в производстве аммиачной селитры [4] и карбамида [5]. В настоящее время уделяется большое внимание развитию и совершенствованию производств аммиачной селитры [6] и карбамида [7-11].

Цель представленной работы заключается в анализе показателей качества гранулированного карбамида, наработанного в летнее и зимнее время.

Карбамид - высокоэффективное удобрение с высоким содержанием питательного элемента, благодаря амидной форме азота обладает пролонгированным действием. При хранении и транспортировке гранулированного карбамида насыпью особенно важное значение имеют такие показатели, как механическая прочность и слеживаемость. Для улучшения данных показателей используют различные добавки-модификаторы [12-16]. Наиболее часто для повышения прочности гранул используется карбамидофор-мальдегидный концентрат (КФК) в качестве модифицирующей добавки. Концентрат вводится в плав карбамида на стадии выпарки перед грануляцией.

Рассмотрим качественные показатели готового продукта, выработанного в разное время года. На рисунке 1 приведены прочность гранул карбамида и их влажность по среднемесячным данным отдела

технического контроля. Прочность определяли по ГОСТ 21560.2-82 [17] на приборе ИПГ-1, влажность -поГОСТ 2081-2010 [18].

0,8

-♦-Прочность, кгс/гранулу -М-Влажность, %

Рис. 1 - Показатели качества гранулированного карбамида

Из рис. 1 видно, что в летнее время происходит снижение прочности гранул и увеличение их влажности. Самая низкая прочность наблюдалась в июле и августе - 0,63 кгс/гранулу, наиболее высокая -0,74 кгс/гранулу в декабре. Максимальная влажность готового продукта также наблюдалась в летний период. Сравнивая полученные данные с показателями ГОСТ 2081-2010 [18] для марки Б можно сделать вывод, что по показателю «Статическая прочность гранул» продукт, наработанный в летнее время соответствует первому сорту (норма не менее 0,5 кгс/гранулу). При этом продукт, наработанный в другие периоды, соответствует высшему сорту (норма не менее 0,7 кгс/гранулу). Однако по содержанию влаги продукт в течение всего года соответствовал второму сорту марки Б (массовая доля влаги не более 0,6 %).

Для оценки влияния погодных условий на качество карбамида проведен набор и обработка статистических данных по качеству карбамида в летнее (июль) и зимнее (декабрь) время в зависимости от показателей работы отделения выпарки. Во время обследования отобраны и проанализированы пробы готового продукта по показателям «Массовая доля воды» и «Статическая прочность гранул». Пробы отбирали в трех точках системы транспортировки готового продукта на склад (рис. 2).

ность гранул карбамида во время летнего обследования была низкой (табл. 2).

Таблица 1 - Показатели технологического режима

Рис. 2 - Схема расположения пробоотборных точек: 1 - грануляционная башня; 2,5 - транспортеры; 3 - система виброгрохотов; 4 - охладитель гранул кипящего слоя

Гранулы карбамида из нижней части грануляционной башни 1 ссыпаются на транспортеры 2 и поступают в систему виброгрохотов 3 для отделения крупной и мелкой фракции. Некондиционный продукт возвращается в производственный процесс на переработку. Товарная фракция с размером гранул 1-4 мм поступает в охладитель кипящего слоя 4 и затем с помощью транспортера 5 направляется на склад готовой продукции.

При отборе проб отмечали температуру карбамида и фиксировали режим на стадии выпарки -температуру (Т) и остаточное давление (Р) (табл. 1).

Из таблицы 1 следует, что технологический процесс проходил с нарушениями нормативных показателей по температуре. Повышенные температуры поддерживали с целью снижения содержания влаги в плаве. Остаточное давление на первой ступени выпарки находилось в пределах нормы, остаточное давление на второй ступени выпарки при отборе проб также было в пределах нормы.

Аналитические показатели качества карбамида в период обследования представлены в таблице 2.

Данные таблицы 2 показывают, что по средним значениям влаги продукт соответствует второму сорту марки Б.

Известно [1], что с увеличением влажности уменьшается прочность гранул и возрастает их склонность к разрушению и слеживаемости. Проч-

Дата отбора I ступень выпарки II ступень выпарки

Т, °С Р, кгс/см2 Т, °С Р, кгс/см2

Норма 122-130 0,3-0,5 136-140 0,030,10

Летнее обследование

09.07 131 0,44 142 0,07

13.07 131 0,50 142 0,07

14.07 131 0,50 140 0,07

15.07 131 0,50 140 0,07

21.07 131 0,44 141 0,06

23.07 131 0,47 140 0,06

28.07 131 0,49 141 0,07

Зимнее обследование

21.12 132 0,50 142 0,07

23.12 133 0,50 142 0,06

24.12 133 0,46 142 0,06

29.12 133 0,47 141 0,06

Карбамид в первой и второй точках отбора в среднем имел высокую температуру 81°С и 76°С соответственно. Далее, пройдя систему транспортеров и холодильник кипящего слоя температура снижается до 51°С (в среднем за обследование), при этом прочность гранул возрастает.

Данные зимнего обследования также представлены в таблицах 1 и 2. Процесс выпарки также проводился с нарушениями по температуре. Температуру на первой ступени держали на уровне 133°С, на второй - на уровне 142°С. Остаточное давление на первой ступени не превышало норму и в среднем составило 0,48 кгс/см2 Вакуум на второй ступени выпарки был стабильным и держался в пределах 0,06-0,07 кгс/см2. Температура карбамида в первой и второй точках в среднем составляла 47°С и 55°С соответственно, а в третьей точке - 20°С. По сравнению с летним обследованием, наблюдается снижение влажности готового продукта и увеличение прочности гранул.

В пробе карбамида от 24 декабря, отобранной в третьей точке, содержание влаги составило 0,33 %, температура гранул - 18°С, прочность сразу возросла до 0,80 кгс/гранулу. Карбамид по данным показателям соответствует высшему сорту марки Б.

Полученные во время обследования данные были обработаны с использованием методов математической статистики при помощи программного пакета MS EXCEL. Статистическая обработка результатов позволяет выявить наиболее значимые факторы и оценить их вклад в общую картину эксперимента.

По результатам корреляционного анализа данных таблицы 2 установлена обратная связь между такими параметрами, как влажность и прочность гранул (коэффициент корреляции (R) = -0,61). Также установлено, что на прочность гранул существенное влияние оказывает температура.

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №21 Таблица 2 - Показатели качества карбамида

Дата отбора Точка отбора № 1 Точка отбора № 2 Точка отбора № 3

Температура продукта, °С М. д. влаги, % Прочность, кгс/гранулу Температура продукта, °С М. д. влаги, % Прочность, кгс/гранулу Температура продукта, °С М. д. влаги, % Прочность, кгс/гранулу

Летнее обследование

09.07 7 о 0,52 0,50 17 0,55 0,50 0 4 0,51 0,57

13.07 8 7 0,58 0,41 4 7 0,69 0,47 5 0,53 0,54

14.07 5 8 0,56 0,45 7 7 0,59 0,48 9 4 0,58 0,54

15.07 \о 8 0,46 0,46 18 0,50 0,45 8 7 0,55 0,50

21.07 18 0,52 0,45 4 7 0,62 0,49 14 0,60 0,56

23.07 4 8 0,82 0,50 6 7 0,89 0,47 4 4 0,64 0,55

28.07 7 8 0,52 0,51 18 0,35 0,53 4 5 0,55 0,57

Среднее 18 0,57 0,47 6 7 0,60 0,48 5 0,57 0,55

Зимнее обследование

21.12 9 4 0,57 0,52 6 4 0,62 0,54 6 0,55 0,53

23.12 2 5 0,56 0,51 9 5 0,64 0,50 0 2 0,54 0,58

24.12 4 ю 0,35 0,71 9 5 0,37 0,75 8 0,33 0,80

29.12 7 4 0,46 0,54 5 5 0,54 0,63 7 2 0,49 0,54

Среднее 0,49 0,57 ко ко 0,54 0,61 о (N 0,48 0,61

Таким образом, результаты исследований показали, что снижение влажности менее 0,5 % и более низкая температура охлаждения гранул приводит к увеличению их прочности и позволяет получить продукт высшего сорта. При этом необходимо исключить попадание воды в плав с пропусками на паровых линиях.

Литература

1. Кочетков В.Н. Гранулирование минеральных удобрений. Химия, Москва, 1975. 224 с.

2. Овчинников Л.Н. Грануляция минеральных удобрений во взвешенном слое. ГОУВПО ИГХТУ, Иваново, 2010. 168 с.

3. Кочергин С.А. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Ивановский гос. хим.-технол. ун-т, Иваново, 2008. 20 с.

4. Обзор технологий производства аммиачной селитры [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=4311, свободный.

5. Карбамид: технологии производства [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=773, свободный.

6. Азотные удобрения [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://www.uhde.ru/files/05_azot.pdf, свободный.

7. Технологии производства карбамида [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://www.uhde.ru/files/02_carbomid.pdf, свободный.

8. Кузнецова О.А., Гусарова Д.А. Пути повышения мощности действующих производств карбамида // Вестник Кузбасс. гос. техн. ун-тета, 2010, № 5.

9. Петров В.И., Мадьяров Р.Р., Хайруллин Р.Р., Аюпов И.М. Анализ технологических схем производства карбамида // Вестник Казанск. технол. ун-тета, 2015, № 8.

10. Островский С.В. Совершенствование технологической схемы производства карбамида с целью снижения производственных потерь карбамида и сырья // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-тета. Химическая технология и биотехнология, 2009, Т.9.

11. Куликов М.А. Исследование процесса образования биурета в плавах карбамида // // Международный научно-исследовательский журнал, 2016, № 8 (50), Ч. 3.

12. Крахотина Е.И. Автореф. дисс. канд. хим. наук, Институт удобрений, Ташкент, 1993. 24 с.

13. Кондиционер для карбамида [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://chempack59.ru/ci, свободный.

14. Солдатов А.В., Михайлов Ю.И., Гришаев И.Г., Водопьянов В.Г. Исследование процессов кондиционирования промышленного карбамида // Журн. Хим. пром-ть, 1999, № 2.

15. Солдатов А.В. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Нижегородский гос. техн. ун-т, Нижний Новгород, 2000. 17 с.

16. Романов Н.Ю. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Пермский гос. техн. ун-т, Пермь, 2007. 20 с.

17. ГОСТ 21560.2-82. Удобрения минеральные. Метод определения статической прочности гранул.

18. ГОСТ 2081-2010. Карбамид. Технические условия.

© В. А. Тихонов - старший преподаватель кафедры «Химическая технология и экология» Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета, vtihonov@bf.pstu.ac.ru; М. А. Куликов - канд. хим. наук, доцент, зав. кафедрой «Химическая технология и экология» Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета, kulikov.74@list.ru.

© V. A. Tikhonov - Senior Lecturer of the Department «Chemical Technology and Ecology» Berezniki branch of the Perm National Research Polytechnic University, vtihonov@bf.pstu.ac.ru; M. A. Kulikov - Associate Professor, Head of the «Chemical technology and ecology» department of Berezniki branch of the Perm National Research Polytechnic University, kulikov.74@list.ru.