Капсулирование минеральных удобрений в тарельчатом грануляторе

УДК 66.099.2

КАПСУЛИРОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ТАРЕЛЬЧАТОМ ГРАНУЛЯТОРЕ

А.В. Одинцов, А.Г. Липин, В.В. Степанов

Ивановский государственный химико-технологический университет

Рассмотрен процесс получения азотсодержащего удобрения пролонгированного действия методом окатывания в тарельчатом грануляторе. Определены компоненты оболочек и условия капсулирования, обеспечивающие получение качественного продукта.

Ключевые слова: минеральные удобрения, азотсодержащее удобрение пролонгированного действия, метод окатывания, тарельчатый гранулятор, условия капсулирования.

Анализ эффективности использования традиционных минеральных удобрений в сельском хозяйстве показывает, что потери удобрений в результате нитрификации и вымывания из почвы достигают 50% [1, 2, 3]. Потери при транспортировке, хранении, внесении в почву - не менее 10% [1, 2, 3]. Кроме того, данные явления оказывают негативное воздействие на экосистему (попадание удобрений в грунтовые воды, накопление нитритов и нитратов в растениях из-за их нерационального питания на различных стадиях роста) [1, 2, 3]. Установлено, что увеличение статической прочности и размера гранул, а также пролонгированное (в соответствии с фазами развития растения) выделение полезных компонентов снижает указанные потери и негативный экологический эффект [1, 3].

Исследования показывают, что существенное замедление времени выделения питательных компонентов обеспечивает капсулирование гранул тонкими полимерными пленками [1, 3]. Однако для этого необходимо, чтобы гранулы, подвергающиеся капсулированию, обладали определенными свойствами. Они должны быть сферической формы, прочными, не иметь усадочных каналов, трещин, шероховатостей [1, 3]. Современные промышленные технологии не обеспечивают по-

лучение гранул, соответствующих данным требованиям. Эта проблема может быть решена либо введением в расплав удобрения специальных добавок (модификаторов) [3], либо дополнительной обработкой конечного продукта.

Альтернативой является покрытие гранул традиционных минеральных удобрений толстыми композиционными оболочками, состоящими из порошкообразного вещества, закрепленного на грануле с помощью связующего. В состав такой оболочки можно ввести необходимый набор микроэлементов, стимуляторы роста и другие нужные растениям вещества. Этот метод позволяет получить медленнодействующие удобрения и вместе с тем повысить прочностные характеристики гранул, избавиться от усадочных каналов. При этом возникают две задачи: поиск компонентов оболочки, позволяющих получать качественные удобрения пролонгированного действия; подбор оборудования и определение оптимальных режимов его работы.

Наиболее рациональным считается физический метод нанесения оболочек [4]. Он не требует использования специального оборудования. Капсулирование проводят в барабанных, тарельчатых грануляторах, в аппаратах псевдосжиженно-го слоя [4].

Авторами были проведены экспериментальные исследования на лабораторном тарельчатом грануляторе с диа-

метром тарели 220 мм, высотой борта 50 мм. Схема установки приведена на рис. 1.

Рис.1 Схема экспериментальной установки:

1 - тарель; 2 - скребок; 3 - электродвигатель; 4 - устройство для регулирования угла наклона тарели;

5 - опорная рама; 6 - емкость для растворов связующего; 7 - насос-дозатор; 8 - дисковый распылитель; 9 - источник ИК-излучения; 10 - дозатор капсулянта; 11 - регулятор напряжения; 12 -

блок питания; 13 - выключатель

Физическая сущность процесса получения композитных оболочек на гранулах заключается в распыливании раствора связующего на частицы, перемещающиеся по поверхности вращающейся тарели, и подаче порошкообразного материала. При этом частицы порошка закрепляются на поверхности гранул, и формируется оболочка.

В наших экспериментах процесс гранулирования осуществлялся при постоянной подаче раствора связующего и порционной подаче порошка при единовременной загрузке гранулируемого материала (аммиачная селитра). В качестве связующих использовались водные растворы жидкого стекла (ЖС), метилцел-люлозы (МЦ), а также гипс; порошкообразными компонентами оболочек являлись карбонат кальция, сульфат калия. Угол наклона тарели изменяли от 50° до 60°, частоту вращения - от 30 до 65 об./мин.

Основные параметры процесса и характеристики продукта приведены в

таблице 1.

Оптимальная скорость вращения находится в интервале от 35 до 45 об./мин., угол наклона тарели - 50°. В пределах этих значений параметров работы гранулятора наблюдалось наиболее равномерное нанесение оболочки на гранулы, эффективно использовалась площадь поверхности тарели, не происходило агломерации гранул, потерь материала в результате выброса частиц из аппарата.

Важным свойством, характеризующим пролонгированное действие капсу-лированной гранулы, является время её растворения. Исследование влияния состава и толщины (или относительной массы) оболочки на кинетику растворения продукта проводилось следующим образом. Навеску гранул (0,2 г нитрата аммония) помещали с целью обеспечения их статического положения в кювету, которую, в свою очередь, погружали в заполненную водой ячейку объемом 1 литр. Изменение концентрации раствора во времени фиксировали с помощью кон-

дуктометрического анализатора жидкости типа АЖК-3102. Перемешивание обеспечивало равномерность распределения нитрата аммония во всем объеме

раствора.

В таблице 2 приведены свойства, определяющие пролонгированное действие капсулированного продукта.

Таблица 1

Параметры процесса и характеристики продукта

Состав оболочки Скорость вращения тарели, п, об/мин Угол наклона тарели гранулятора, а, ° Относитель-ная масса оболочки, тоб/тгр Влаж- ность,% 4/4 , мм

№ Дисперсная фаза Связующее

1 Мел МЦ 44 60 0,8 0,4 2,3/2,7

2 Сульфат калия ЖС 45 50 0,9 1,5 2,4/3,1

3 Мел ЖС 35 50 1,1 1,2 2,3/3,1

4 Сульфат калия Гипс + Вода 45 50 0,7 0,7 2,4/3,2

5 Мел Гипс + Вода 41 50 1,1 1,1 2,5/3,2

6 Торф МЦ 44 50 0,3 0,9 2,3/3,0

Таблица 2

Свойства, определяющие пролонгированное действие капсулированного продукта

Состав оболочки Общее замедление, Т/ Т0 Прочность, г/гран Доля связующего в оболочке

№ Дисперсная фаза Связующее

1 Мел МЦ 8 2300 0,022

2 Сульфат калия ЖС 12 2200 0,3

3 Мел ЖС 18 2200 0,26

4 Сульфат калия Гипс + Вода 10 1300 0,3

5 Мел Гипс + Вода 7 1700 0,3

6 Торф МЦ 7 1800 0,12

Общее замедление определяли как отношение времени растворения капсу-лированных гранул т к времени растворения аммиачной селитры т0 при одинаковых условиях. Значительное замедление времени высвобождения полезного компонента из оболочки наблюдается при использовании жидкого стекла в качестве связующего, при этом не играл большой роли выбор дисперсного компонента, так как в любом случае оболочка получалась равномерной и гладкой. Также неплохие результаты были получены при использовании гипса. Его в виде порошка перемешивали с капсулянтом.

Процесс капсулирования проводили с увлажнением материала с помощью дискового распылителя. В экспериментах с мелом оболочки получались неравномерные, поэтому несмотря на то, что отношение массы оболочки к массе гранулы тоб/тгр составило 1,1, не было ожидаемого эффекта замедления. В свою очередь, при использовании в качестве дисперсного компонента сульфата калия оболочки получались равномерными, поэтому даже несмотря на тоб/тгр=0,7 удалось в 10 раз замедлить выделение аммиачной селитры. В соответствии с данными таблицы 1 наблюдалось увеличение размеров гра-

нул в 1,2 - 1,35 раза в зависимости от плотности материала и относительной массы оболочки. Например, при нанесении оболочки из сульфата калия с жидким стеклом? в качестве связующего с относительной массой 0,9 размер гранул увеличился с dн=2,4 мм до dк=3,1 мм.

Вместе с увеличением диаметра частиц возросла и их прочность примерно в 2-3 раза. Здесь необходимо отметить, что оболочки, получаемые с использованием жидкого стекла прочнее оболочек, содержащих гипс в качестве связующего вещества.

Рис. 2. Гистограммы распределения гранул по размерам: а) оболочка состоит из мела и ЖС, б) оболочка состоит из гипса и сульфата калия; 1 - исходный продукт, 2 - капсулированный продукт; ф - массовая доля фракции размером d.

Методом ситового анализа проводилось сравнение гранулометрических составов исходного и конечного продуктов. Результаты измерений представлены на рисунке 2. Вне зависимости от вида капсулянта конечный продукт имеет более узкий гранулометрический состав, в котором отсутствуют фракции размером 1,5 и 2,0 мм.

Полученные результаты показывают, что на стандартном оборудовании можно получать удобрения пролонгированного действия, используя в качестве капсулянтов дешевые легкодоступные компоненты неорганического происхождения.

ЛИТЕРАТУРА

1 Таран А.Л. Теория и практика процессов гранулирования расплавов и порошков. // Автореф. дисс. на соискание уч. ст. док. техн. наук. -М: МИТХТ. 1976. -24 с.

2 Леонова Т.М. Производство и эффективность использования медленнодействующих удобрений за рубежом. // Хим. пром. за рубежом. 1982. Вып 4. С. 24.

3 Таран А.Л., Долгалев Е.В., Холин А.Ю. Эколо-го-экономически эффективные технологии производства азотсодержащих минеральных удобрений, разработанные в МИТХТ. // Вестник МИТХТ им. М. В. Ломоносова. Т. 3. Вып. 2. С. 31.

4 Зайцев А.И., Сидоров В.Н., Бытев Д.О. Оборудование для нанесения оболочек на зернистые материалы. - М.: 1997. -272 с.

ENCAPSULATION OF MINERAL FERTILIZERS BY USE OF PLATE GRANULATOR

A. Odintsov, A. Lipin, V. Stepanov

The article considers the process of producing of nitrogen-containing durable action fertilizer with balling in plate granulator. The authors specify the capsule components and the encapsulation conditions, which ensure the quality product obtaining.

Keywords: mineral fertilizers, nitrogen-containing durable action fertilizer, balling, plate granulator, encapsulation conditions.