Разработки в технологии гранулирования аммиачной селитры методом «fattening» тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Морозов Роман Вадимович

• Морозов Роман Вадимович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Морозов Роман Вадимович

Введение

Глава 1. Анализ литературы по вопросам гранулирования и капсулирования

1.1 Классификация процессов гранулирования твердофазных веществ

1.2 Параметры (стандарты) качества гранулированных продуктов и их сравнительный анализ

1.3 Технологии переработки аммиачной селитры

1.4 Механизм и описание процессов переработки твердофазных продуктов

1.4.1 Механизм и описание процессов измельчения частиц

1.4.2 Механизм и описание процесса приллирования

1.4.3 Механизм и описание гранулирования твердых частиц окатыванием

1.4.4 Механизм и описание процессов макрокапсулирования гранулированных продуктов

1.5 Анализ условий, обеспечивающих производство бездефектных гранул

1.5.1 Условия получения гранул без выхода усадочных каналов на поверхность

1.5.2 Условия гранулирования порошков, расплавов и растворов исключительно на частицах ретура

1.5.3 Условия изменения соотношения между величиной сосредоточенной и распределенной усадочных полостей

1.6.Методы решения математических описаний процессов гранулирования

1.6.1 Аналитические методы

1.6.2 Численные методы

1.7 Апаратурно-технологические решения для сопряжения процессов приллирования и гранулирования

Выводы

Глава 2. Экспериментальный и теоретический анализ процессов разрушения твердых частиц

2.1 Теоретические основы процессов разрушения твердых частиц

2.2 Процесс разрушения твердых частиц истиранием

2.2.1 Механизм и теоретическое описание процесса

2.2.2 Экспериментальное определение и анализ линейной скорости измельчения гранул

2.3 Процесс разрушения твердых частиц дроблением

2.3.1 Механизм и теоретическое описание процесса

2.3.2 Методика и анализ результатов экспериментального исследования процесса

2.4 Описание динамики процесса разрушения твердых частиц

2.4.1 Определение изменения во времени степени превращения

2.4.2 Экспериментальная проверка предложенных модельных представлений

Выводы

Глава 3. Исследование кинетики превращения гранул и порошков

3.1 Кинетики обратимого превращения порошка в гранулы

3.1.1 Механизм обратимого превращения порошка в гранулы на основе теории цепных реакций

3.1.2 Механизм обратимого превращения порошка в гранулы на основе компьютерного эксперимента

3.2 Теоретические основы определения значений кинетических параметров

3.2.1 Определение зависимости скорости зарождения центров гранулообразования от термодинамического стимула процесса

3.2.2 Методология определения степени превращения порошка в гранулы и наоборот

3.2.3 Методология опосредованного определения скоростей роста (истирания) гранул

3.3 Экспериментальное определение кинетических параметров

3.4 Обработка экспериментальных данных определения кинетических параметров и их анализ

Выводы

Глава 4. Исследование теплообмена, динамики и статики гранулометрического состава при догранулировании

4.1. Равновероятное распределение догранулирующего вещества и вывод гранул, без учета дробления

4.2. Случайное распределение догранулирующего вещества, равновероятный вывод гранул, без учета дробления

4.3. Случайное распределение догранулирующего вещества и вывод гранул, без учета дробления

4.4. Случайное распределение догранулирующего вещества с учетом дробления

4.5. Процессы переноса теплоты при догранулировании по технологии "fattening" и капсулировании

Выводы

Глава 5. Предложения по организации производства гранулированных продуктов повышенного качества с использованием технологии "fattening"

5.1. Сравнительный анализ показателей качества гранул, полученных приллированием и догранулированием по технологии "fattening"

5.2. Предложения по реконструкции существующих производств по технологии приллирования под производство гранул повышенного качества по технологии "fattening"

Выводы

Литература

Приложение I

Приложение II

Приложение III

Приложение IV

Приложение V

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработки в технологии гранулирования аммиачной селитры методом «fattening»»

Введение

Актуальность работы: В настоящее время существенная часть выпускаемых твердофазных продуктов, в том числе средства защиты растений, минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные, микроудобрения и др), промышленные взрывчатые вещества, лекарства, корма для животных производится в гранулированном виде. Таким продуктом является аммиачная селитра - высокоэффективное азотосодержащее минеральное удобрение и компонент промышленных взрывчатых веществ и ряд ее производных (пористая аммиачная селитра, известково-аммиачная селитра). До настоящего времени, основным способом производства аммиачной селитры на территории бывшего СССР остается приллирование - гранулирование из расплавов, диспергируемых в грануляционных башнях. Получаемый таким образом продукт по ряду показателей невосполнимо отстает от перспективных мировых стандартов, имея малую прочность и размеры. В настоящее время высокие объемы производства приллированных продуктов и потеря рынков сбыта ставят под сомнение возможность внедрения в производство иных, кроме диспергирования технологий. В связи с этим, актуально развивать технологии, позволяющие «доработать» получаемые в промышленности гранулы продукта, используя их в качестве ретура, доводя нормативные показатели до требуемого уровня.

Одним из путей повышения качества ряда гранулированных и других продуктов является предложенная на кафедре ПАХТ запатентованная технология «fattening», когда на используемый в качестве ретура (в том числе, приллированный) продукт посредством окатывания в аппаратах барабанного или тарельчатого типа наносится догранулирующий состав, за счет чего становится возможным улучшить исходные физико-механические и физико-химические свойства и состав гранулированного продукта без замены имеющихся производств.

Степень разработанности темы: Технология догранулирования по методу "fattening" была предложена на кафедре ПАХТ МИТХТ. Иследованию технологии посвящены работы сотрудников кафедры, в том числе А.Л. Тарана,

Ю.А. Таран и др. Представлены различные запатентованные варианты аппаратурного оформления, рецептуры догранулирующих смесей, показаны достоинства получаемого продукта по сравнению с приллированным. Вместе с тем, до настоящего времени существует необходимость развития математического описания процесса. Проектирование и эксплуатация опираются на данные эксперимента, а не расчета. Ряд вопросов может быть решен с помощью предложенного на кафедре ПАХТ принципа формальной аналогии процессов со структурной перестройкой, что позволяет, в известных пределах, использовать для описания гранулирования и догранулирования методики, применяемые в хорошо описанных процессах классических фазовых превращений, например, кристаллизации из расплава в больших объемах, полагая эти процессы формально аналогичными.

Объекты исследования: Технология производства аммиачной селитры, пористой аммиачной селитры, известково-аммиачной селитры (CAN), а также других минеральных удобрений и гранулированных продуктов.

Предмет исследования: Кинетика зарождения и роста гранул; изменение гранулометрического состава в ходе проведения процесса; измельчение гранул, сопутствующее догранулированию.

Цель и задачи исследования: Цель диссертационной работы -совершенствование технологии производства гранулированной аммиачной селитры методом «fattening» с использованием приллированного ретура в аппаратах тарельчатого типа. Отмечается необходимость усовершенствования современного математического описания процесса. Для осуществления заданной цели были поставлены следующие научно-технические задачи:

1. Изучение методов определения кинетических параметров гранулообразования.

2. Учет процесса измельчения гранул как нежелательного фактора, сопутствующего гранулообразованию. Нахождение зависимостей, связывающих его кинетические параметры с технологическими.

3. Совершенствование математического описания, позволяющего определить изменение гранулометрического состава при догранулировании.

4. Проведение цикла экспериментов с использованием лабораторной установки для проведения догранулирования с проверкой адекватности используемого математического описания.

5. Предложение вариантов усовершенствования технологии получения аммиачной селитры повышенного качества и внесение предложений по реконструкции имеющихся производств.

Научная новизна работы:

- сопутствующий гранулообразованию процесс измельчения рассмотрен как обратный по отношению к основному. В рамках математического описания аналитически учтена взаимосвязь между параметрами аппарата, слоя, скоростями зарождения дефекта и измельчения гранул;

- рассмотрены и дополнены математические описания, для расчета изменения гранулометрического состава при догранулировании в аппаратах тарельчатого типа;

- усовершенствования, внесенные в существующую технологию производства аммиачной селитры, защищены патентом РФ.

Теоретическая и практическая значимость:

Теоретическая значимость работы состоит в нахождении расчетных зависимостей для определения динамики изменения гранулометрического состава в процессах послойного роста и истирания гранул. Установлены закономерности, связывающие изменение гранулометрического состава, степень превращения, скорости зарождения дефектов, роста и измельчения гранул со значениями технологических параметров. Кинетика гранулообразования описана на основании принципов формальной аналогии с процессами со структурной перестройкой системы.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов при проектировании новых и реконструкции действующих производств догранулированных продуктов, а также

составлении расчетных программ для определения изменения гранулометрического состава и теплового баланса в ходе процесса.

Полученные результаты включены в ранее разработанную на кафедре ПАХТ МИТХТ и защищённую патентами технологию «fattening».

Методы исследования: При решении поставленной задачи использовали взаимодополняющие физический и вычислительный эксперименты. Экспериментальное подтверждение найденных зависимостей проводилось с применением регламентированных нормативной документацией методов. При вычислительных экспериментах использованы неявные конечно-разностные схемы и описания краевых условий в рамках их численных аналогов.

Методология исследования: Поставленная задача решалась на основе фундаментальных принципов математического моделирования. Динамика процессов описывалась явлениями переноса субстанции (вещества и энергии) с привлечением экспериментально полученных кинетических зависимостей скоростей зарождения и роста центров превращения (гранулообразования, истирания, дробления). В ходе работы проверялись и использовались балансовые соотношения по массе, энергии, гранулометрическому составу. Показатели качества продукта и технологические параметры процесса контролировали методами, регламентированными нормативной документацией и принятыми на производстве.

Достоверность полученных результатов: Достоверность и обоснованность результатов исследований, выводов и рекомендаций по внедрению подтверждается использованием стандартных методов физико-химических испытаний (в том числе, рекомендованных нормативной документацией), корректной статистической обработкой, апробированными фундаментальными методами вычислительных экспериментов, построенными на общепринятых законах сохранения субстанции, удовлетворительным совпадением результатов, полученных в физических и расчетных экспериментах.

Положения, выносимые на защиту:

- математическое описание влияния технологических параметров процесса на скорости зарождения дефекта и измельчения;

- определение влияния технологических параметров на кинетику гранулообразования (скорости зарождения и роста гранул с учётом образования дефектов и истирания дисперсной фазы при окатывании), а, следовательно, изменение грансостава в «fattening^-процессе;

- результаты экспериментального исследования влияния различных параметров проведения «fattening^-процесса применительно к отдельным стадиям получения аммиачной селитры повышенного качества;

- предложения по усовершенствованию имеющейся технологии производства аммиачной селитры.

Внедрение результатов работы: Результаты работы легли в основу научно-технической информации, переданной на завод ВТЕ ЮГО-ВОСТОК, производящий противогололёдные реагенты (г. Москва).

Апробация работы: Основные положения работы доложены на: IV Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2011», Москва, 2011; VII международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения», Иваново, 2012; I-ой всероссийской заочной научно-практической конференции «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве», Бийск, 2012; Международном симпозиуме им. Горшкова, Ярополец, 2014; XV International Scientific Conference "High-Tech in Chemical Engineering - 2014", Звенигород, 2014; Первых международных Лыковских научных чтений, Москва 2015.

Личный вклад автора: заключается в участии в разработке способов аппаратурно-технологического и расчётного оформления процессов гранулообразования при «fattening» и производстве противогололёдного реагента и разработке программ для расчетов изменения грансостава и теплового баланса

по полученным моделям, анализе и обработке результатов, формулировании выводов, подготовке статей для публикации.

Публикация работы: Основное содержание работы опубликовано в 12 научных работах, в том числе 5, в изданиях, входящих в Перечень рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ и 1 в издании, входящем в базу данных Scopus, а также в патенте РФ на изобретение.

Соответствие паспорту специальности: работы по специальности 05.17.08 «Процессы и аппараты химических технологий» предполагают, кроме прочего решение проблем совершенствования и создания эффективных технологических схем и производств, изучение свойств и режимов функционирования химико-технологических систем. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии диссертации паспорту специальности.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 122 источника и 5 приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, включает 1 таблицу, 31 рисунок.

Глава 1. Анализ литературы по вопросам гранулирования и капсулирования

1.1 Классификация процессов гранулирования твердофазных веществ

Согласно П.В. Классену процесс гранулирования по способу формирования

частиц и соответствующему аппаратурному оформлению принято классифицировать на [1]: гранулирование кристаллизацией из расплава в потоке хлагдоагента или на охлаждаемых поверхностях, гранулирование агломерацией частиц порошка окатыванием, прессованием или формованием с использованием связующего или без.

По кратности акта различают схемы гранулирования с возвратом мелких частиц в аппарат (ретурный процесс) или без него [1, 2].

Эффективным методом повышения качества гранул является их макро- и микрокапсулирование - заключение частиц вещества в оболочку с целью придания полученному продукту необходимых свойств: сниженной реакционной способности, замедленного действия, повышения сроков и безопасности хранения, маскирования неприятного запаха и вкуса и др. [2, 3, 4].

Кроме того, процесс может происходить при сопутствующем измельчении или нет. Обычно измельчение гранул при гранулировании является нежелательным явлением, которое стараются контролировать [2, 3].

1.2 Параметры (стандарты) качества гранулированных продуктов и их сравнительный анализ

Как отмечается в [3], основными нормируемыми показателями качества гранулированных продуктов являются: статическая прочность, гранулометрический состав, химический состав, слёживаемость, пористость гранул, возможность управляемого выделения целевых компонентов, объем усадочных полостей и доля гранул, имеющих таковые. Ю.А. Таран [5] отмечает, что вплоть до 80-х годов XX века большинство гранулированных продуктов, производимых в СССР не уступало зарубежным аналогам по нормируемым показателям. Однако в 90-е годы наметилась тенденция отсутствия новых разработок и игнорирования уже имеющихся [5]. В работе [5] дано сопоставление

показателей качества азотсодержащих удобрений, выпускаемых отечественной промышленностью и ведущими зарубежными фирмами. Стоит отметить, что сравнения в работе [5] были проведены для аммиачной селитры, массово выпускаемой в РФ посредством гранулирования в башнях. Как отмечалось ранее в работах [2, 3, 5-8], продукт производимый в гранбашнях имеет ряд недостатков в отношении качественных характеристик, таких как малые прочность и размер гранул, наличие усадочных полостей и др.

Для приближения гранулометрического состава продукта, получаемого диспергированием капель расплава в поток хладоагента, к монодисперсному целесообразно сосредоточится на управляемом виброраспаде струи, особенно на конструкциях с малым коэффициентом ее сжатия [3].

Повышения статической прочности гранул, а также снижения слеживаемости добиваются глубоким доупариванием расплавов перед гранулированием (до 0,2% масс. остаточной H2O) [6, 8-10].

Управляемое выделение компонентов достигается за счет капсулирования или структурирования гранул [1, 6, 11].

Укрупнения грансостава, увеличения статической прочности гранул, устойчивости к термическим циклам и придания им ряда других положительных свойств целесообразно добиваться догранулированием продукта, полученного в башнях, окатыванием модифицированным добавками расплавом, в том числе - по технологии «fattening» [2, 3, 12-14].

В настоящий момент, решение задач повышения качественных показателей гранул, получаемых в промышленности, как приллированием, так и окатыванием, во многом основывается на опыте. При этом остается открытым ряд вопросов в отношении математического описания процесса.

1.3 Технологии переработки аммиачной селитры

Аммиачная селитра - крупнотоннажный промышленный продукт, производство которого широко описано в литературе [15-24]. На территории бывшего СССР основными агрегатами для производства гранулированной

аммиачной селитры являются: АС-60, АС-62, АС-67 и АС-72 с грануляционными башнями [1, 3, 5, 6, 8-10, 25-29].

В основе процесса лежит нейтрализация 58-60% азотной кислоты газообразным аммиаком в аппаратах ИТН, после чего осуществляется одноступенчатое выпаривание 88-92 %-ного раствора под атмосферным давлением до состояния высококонцентрированного расплава (96,6-99,8 %-го) в аппарате с падающей пленкой и противотоком горячего воздуха.

Гранулирование расплава производится в башне при подаче воздуха противотоком гранулируемому продукту при высокой плотности орошения диспергируемым расплавом. После гранулирования осуществляется охлаждение гранул в аппарате с кипящим слоем, а также промывка воздушной смеси (воздуха из башен, сокового пара из ИТН и паровоздушной смеси из выпарного аппарата) разбавленным раствором аммиачной селитры в тарельчатом скруббере [27].

Существующие агрегаты отличаются особенностями организации процесса. В установках АС-60, АС-67 основное технологическое оборудование размещается на грануляционной башне, без использования промежуточных операций перекачивания раствора аммиачной селитры с нагнетанием воздуха в башню снизу под решетку кипящего слоя вентиляторами [27].

В агрегате АС-72 всё технологическое оборудование, включая выпарной аппарат размещаются внизу, расплав перекачивается насосом на верх грануляционной башни по трубопроводу с детонационной вставкой. Также в агрегате АС-72 применен выносной аппарат охлаждения гранул в кипящем слое. Промывной скруббер, установленный в верхней части агрегата АС-72, секционирован, каждая секция снабжена индивидуальным вытяжным вентилятором [27].

Кроме того агрегаты отличаются сечением башни: АС-60, АС-67 имеют круглое сечение, диаметром 16 м, агрегаты АС-62 - круглое сечение диаметром 12 м, АС-72 - прямоугольное, размерами 8x11 м. Форма и размер указанного сечения башен определяет тип диспергирующего устройства при организации процесса гранулирования известково-аммиачной селитры. Для круглого сечения

АС-60, АС-62 оптимально использование центробежных грануляторов, а для прямоугольного АС-72 (а так же АС-67 из-за конструктивных особенностей) -центробежных механических форсуночных грануляторов [27].

Перед стадией гранулирования для организации производства известково-аммиачной селитры на агрегатах производства NH4NO3 организуют ввод порошка наполнителя (доломита, мела, известняка и др.) в расплав аммиачной селитры [27].

Анализ иностранной литературы по вопросам производства аммиачной селитры показывает существование на Западе значительного спроса на аммиачную селитру, как в первую очередь компонент промышленных ВВ [30-34], тем не менее она продолжает находить значительное применение, как важное сельскохозяйственное удобрение [32, 35, 36]. При этом отмечаются различия требуемых значений показателей качества [32] в зависимости от области применения.

Вне зависимости от области применения основной объем аммиачной селитры производится в грануляционных башнях как в РФ [37, 38], так и на Западе.

Распространение технологии приллирования и потеря рынков сбыта в последние годы не позволяет, несмотря на отмеченные недостатки получаемого продукта производить повсеместную замену имеющихся производств аммиачной селитры новыми. При этом растут требования к качественным показателям. Одним из решений является предложенная на кафедре ПАХТ технология «fattening», в рамках которой приллированные гранулы используются в качестве ретура в установках окатывания (барабанного или тарельчатого типа) [39-45]. В ходе "fattenmg''-процесса на гранулы ретура наносится догранулирующий состав в виде раствора, расплава, эмульсии, суспензии или порошка. Это позволяет повысить прочность, увеличить размер, снизить слеживаемость, улучшить качество поверхности, избавиться от выхода на поверхность усадочных каналов. Появляется возможность производить многослойные гранулы и гранулы сложного состава. Объемы производств NH4NO3 в грануляционных башнях в

нашей стране велики, как и потребность в ней, как в одном из основных сельскохозяйственных минеральных удобрений, промышленном ВВ и в ряде других сфер. Применение технологии, позволяющей использовать имеющиеся установки без изменений и на основе их продукта получать более качественный, представляется эффективным решением проблемы.

1.4 Механизм и описание процессов переработки твердофазных продуктов

1.4.1 Механизм и описание процессов измельчения частиц

Гранулирование твердых веществ в аппарате тарельчатого типа может сопровождаться измельчением частиц посредством истирания или дробления. Обычно этот процесс является нежелательным за исключением полировки гранул с целью улучшения качества поверхности и улучшения товарного вида.

Для максимально возможного предотвращения сопутствующего гранулированию измельчения необходимо установить зависимость между его степенью и значениями технологических параметров.

Разрушение твердых тел при дроблении достигается за счет появления нормальных и касательных напряжений под действием внешних сил. Куски твердого материала подвергаются объемной деформации, а затем разрушению по ослабленным дефектами сечениям с образованием новых поверхностей [46].

Впервые гипотеза, что работа, расходуемая на измельчение материала, пропорциональна вновь образованной поверхности была предложена П. Риттингером:

А2 = к1АЬ (1.1)

где к1 - коэффициент пропорциональности, численно равный энергии, затрачиваемой на образование единицы поверхности твердого тела; ДS -приращение поверхности твердого куска.

При дроблении Q килограммов материала и среднем размере кусков Dэс работа дробления всех частиц

А = 61к1 С2с (12)

где К - коэффициент пропорциональности; ^=6^/ рм.

Согласно гипотезе Кирпичева-Кика, затрачиваемая работа, необходимая для измельчения куска материала, пропорциональна его объему. Работа измельчения одного куска эквивалентным размером Dэ в данном случае:

А = к2Оэ3, (1.3)

где к2 - коэффициент пропорциональности, который равняется работе разрушения единицы объема куска материала.

Работа измельчения материала массой Q со средним эквивалентным размером кусков Dэс

А = к2С-р|г. 0.4)

Км эс

Предполагая, что общая степень измельчения /=ВэсМэс, достигается за п стадий дробления и в каждой стадии частная степень измельчения одинаковая и равна г, то ¡=тп.

Работа на всех стадиях одинаковая, а общая работа с учетом, что п=1ш/ 1пг,

А = к20Эс-^п = Кк(}1п^ , (1.5)

м с эс

Здесь К к = —г—. (1.6)

р2 1п г

Согласно гипотезе Ф.Бонда, занимающей промежуточное место между гипотезами Кирпичева-Кика и Риттингера, работа, затрачиваемая в процессе разрушения твердого куска, пропорциональна приращению среднегеометрического между объемом и поверхностью:

А=кэ0-рмкп = Кв . (17)

где к3 - коэффициент пропорциональности; Dэс - размер куска материала после первого дробления; п - число стадий дробления; п = VI — 1 / (//г — 1 ) .

Здесь К в = ^ .

13 Рм(/:- 1)

А.К. Рундквист предложил работу дробления одного куска с определенной степенью измельчения представить в обобщенном виде:

А = к40™, (1.8)

где к4 - коэффициент пропорциональности; т - показатель степени, определяемы опытным путем, 2<т<3 в зависимости от условий измельчения.

При т=2 уравнение соответствует гипотезе Риттингера; при т=3 гипотезе Кирпичева-Кика; при т=2,5 - гипотезе Бонда.

Работа измельчения материала массой Q со средним эквивалентным размером частиц Dэс

А = к40- к '40 ™- За (1.9)

Рм ^эс

при к'4=к4/ рм

В настоящее время не обнаружено работ, связывающих диссипированную энергию с параметрами процесса гранулирования окатыванием в аппаратах тарельчатого типа. Нахождение таких зависимостей позволит определять параметры процесса для контроля измельчения.

1.4.2 Механизм и описание процесса приллирования

Аммиачная селитра производимая приллированием в грануляционных башнях в рассматриваемом 'Тайешп§"-процессе выступает в качестве сырьевого продукта.

Для диспергирования расплавов в грануляционных башнях наиболее широко используются следующие виды устройств: статические, вибрационные и центробежные грануляторы. Кроме того возможно использование центробежные механические форсуночные грануляторы (в том числе и с наложением вибрации на поток жидкости) [1, 2, 6, 8-10, 26, 27, 47-51].

Как известно из литературы [6, 8, 9, 26, 27, 50, 52], в статических грануляторах истечение расплава происходит под действием гидростатического напора, причем сами грануляторы остаются неподвижными. К преимуществам данных грануляторов относят герметичность конструкции и возможность наложения на диспергируемый расплав вибраций с расчетными параметрами. Статические грануляторы проще в изготовлении, эксплуатации и широко используются для диспергирования «чистых» расплавов. Недостатками статического гранулятора являются их быстрая засоряемость отверстий

истечения, а также возможность протекания в моменты пуска и остановки [6, 8, 10, 27, 50]. Это затрудняет использование статических грануляторов в случае диспергирования расплава аммиачной селитры с твердым порошковым наполнителем (мел, доломит, известняк и др.) [27].

Вибрационные грануляторы дают близкий к монодисперсному гранулируемый продукт за счет наложения на струю жидкости колебаний, резонирующих с частотой распада струи, и приданием корпусу гранулятора вращения вокруг своей оси для «разведения» траекторий вылета струй относительно друг друга, что уменьшает вероятность пересечения струй [1, 2, 6, 8-10, 26, 27, 50, 51].

Тем не менее, как и у статического гранулятора, отсутствует возможность гранулирования суспензий [27].

Центробежные грануляторы имеют вращающийся перфорированный корпус [2, 6, 10, 50, 53]. Этот тип имеет относительно большие отверстия, возможность засорения которых меньше, чем у статических или виброгрануляторов. Достоинствами центробежных грануляторов также является широкий диапазон рабочих расходов по расплаву при сохранении приемлемого гранулометрического состава. Недостатками - относительные сложности в конструкции, эксплуатации, дополнительный расход энергии и более высокая полидисперсность гранулометрического состава. Велик радиус разлета гранул, низка и неравномерна плотность орошения расплавом башен. Поэтому востребованным в производстве этот тип грануляторов делает только необходимость диспергирования суспензии.

Механические форсуночные грануляторы имеют по отношению к выше перечисленным наиболее полидисперсный гранулометрический состав, но за счет большего диаметра отверстия диспергирования решается проблема его засорения твердыми частицами, содержащимися в известково-аммиачной селитре. В грануляционной башне прямоугольного сечения (АС-67, АС-7) можно установить ряд форсунок, которые обеспечат относительно равномерное орошение аппарата [27].

Установки приллирования активно используются не только в РФ, но и на Западе [54]. Ряд исследователей в настоящее время ставят перед собой цель улучшения качества продукта производимого непосредственно в грануляционных башнях, без использования дополнительных узлов. Отметим работы посвященные улучшению качества за счет изменения состава сырья [55], оптимизации [56] и модернизации [57] башен приллирования. Помимо упомянутых выше в башнях производятся такие важные гранулированные продукты, как нитрат кальция [58], известково-аммиачная селитра [59] и ряд других.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Морозов Роман Вадимович, 2019 год

Литература

1. Классен, П.В. Гранулирование / П.В. Классен, И.Г. Гришаев, И.П. Шомин. - М.: Химия, 1991. - 240 с.

2. Айнштейн, В.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: учебник для вузов. В 2 т. / М.К. Захаров, Г.А. Носов, под ред. В.Г. Айнштейна. - М.: Химия, 2000. - Т. 2. - 1760 с.

3. Таран, А.Л. Теория и практика процессов гранулирования расплавов и порошков: дис. ... докт. техн. наук: 05.17.08. / Таран А. Л. - М., 2001. - 524 с.

4. Солодовник, В.Д. Микрокапсулирование / Солодовник В.Д. - М.: Химия, 1980. - 216 с.

5. Таран, Ю.А. Разработка и анализ процессов гранулирования расплавов с использованием экологически безопасных энергосберегающих схем: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.08. / Таран Ю. А. - М., 2011. - 254 с.

6. Олевский, В.М. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности / Под ред. Олевского В.М. - М.: Химия, 1990. - 285 с.

7. Классен, П.В. Основы техники гранулирования (Процессы и аппараты химической технологии и нефтехимической технологии) / П.В. Классен, И.Г. Гришаев. - М.: Химия, 1982. - 272 с.

8. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение в аппаратах с кипящим слоем. / Казакова Е.А. - М.: Химия, 1973, 75 с.

9. Олевский, В.М. Технология аммиачной селитры / Под ред. В.М.Олевского - М.: Химия,1978, 315 с.

10. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений. / Казакова Е.А. - М.: Химия,1980, 289 с.

11. Ветюгов А.В., Богородский А.В. Расчет основных параметров процесса гранулирования новой установке для получения гранул / Ветюгов А.В., Богородский А.В. и др. - Огнеупоры и техническая керамика. 2012, № 10, с. 32-38.

12. Bück A. Size Enlargement / Bück A., Tsotsas E., Sommer K. -Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002

13. Kumar D. Relative efficiency of prilled urea coated with major neem (Azadirachta indica A. Juss) oil components in lowland irrigated rice of the Indo-Gangetic plains / Kumar D.; Devakumar C.; Kumar R. and others - Archives of Agronomy and Soil Science. 2011, Volume 57, Number 1, pp. 61-74(14).

14. Khalil M.I. Comparative efficacy of urea fertilization via supergranules versus prill on nitrogen distribution, yield response and nitrogen use efficiency of spring wheat / Khalil M.I., Schmidhalter U. and others - Journal of Plant Nutrition. 2011, Volume 34, Number 61, pp. 779-797(19).

15. Таран А.Л. Исследование процессов кристаллизации однокомпонентных расплавов методом электроаналогии. / Таран А.Л. -Автореф. дисс. на соискание уч. ст. канд. техн. наук, М.: МИТХТ, 1976, 24 с.

16. Таран А.Л. Затвердевание гранул азотсодержащих удобрений при неравномерной по их поверхности интенсивности отвода тепла./ Таран А.Л., Кабанов Ю.М. - Теор. основы хим. технологии, 1983, т.17, №6, с.759-766.

17. Таран А.Л. Гранулирование однокомпонентных расплавов диспергированием в восходящий поток хладагента./ Таран А.Л., Таран А.В. - Инж. физич. журн., 1986, т.51, №1, с.60-68.

18. Таран А.Л. Оценка погрешностей методов расчета процессов кристаллизации однокомпонентных расплавов в башнях./ Таран А.Л., Таран А.В. - Хим. пром., 1985, №9, с.561-565.

19. Кабанов Ю.М. Гранулирование аммиачной селитры в жидких хладагентах с получением гранул, пригодных для эффективного капсулирования / Кабанов Ю.М., Таран А.Л., Таран А.В. - Материалы II Всесозн. научно-техн. совещания. Сумы: Сумской филиал ХПИ, 1982, т. 23, ч. 2, с. 34-36.

20. Гельперин Н.И. Кристаллизация и гранулирование расплавов при их диспергировании в жидких хладагентах./ Гельперин Н.И., Таран А.Л., Таран А.В. - Теор. основы хим. технол., 1989, т.23, №2, с.182-187.

21. Таран А.Л. Расчет процесса кристаллизации при гранулировании расплавов, диспергированных в кипящем хладагенте./ Таран А.Л., Таран А.В., Кабанов Ю.М. - Теор. основы хим. технол., 1989, т.23, №3, с.390-393.

22. Таран А.Л. Оценка выхода гранул, полученных кристаллизацией капель расплавов с модификаторами II рода, пригодных для капсулирования тонкими полимерными покрытиями / Таран А.Л., Таран А.В., Ле Чунг Канг - Изв. вузов "Химия и хим. технол.", 1987, вып.30, №12, с.127-129.

23. Гельперин Н.И. Расчет доли гранул без усадочного канала, полученных кристаллизацией капель расплава в потоке хладагента / Гельперин Н.И., Таран А.Л. - Теор. основы хим. технол., 1992, т.26, №2, с.308-312.

24. Казакова, Е.А. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений / Е.А. Казакова - М.: Химия, 1980. - 289 с.

25. Классен П.В. Основные процессы технологии минеральных удобрений. / Классен П.В., Гришаев И. Г. - М.: Химия , 1990, 304 с.

26. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений / Позин М.Е. -М.: Химия,1983, 336с.

27. Долгалев Е.В. Технология и аппаратурное оформление производства известково-аммиачной селитры в грануляционных башнях: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.08. / Долгалев Е. В. - М., 2006. - 163 с.

28. Медведев В.В. Анализ маркетинговых исследований рынка пористой аммиачной селитры и оценка перспектив по наращиванию объемов производства / Медведев В.В. - Ползуновский вестник - 2013, № 1, с. 196198.

29. Таран А.Л. Аппаратурно-технологическое оформление и экономическая эффективность производства известково-аммиачной селитры на существующих агрегатах АС-60 и АС-72 / Таран А.Л., Долгалев Е.В., Таран А.В. - Успехи в химии и химической технологии, 2007, Т. 21, № 9, с. 20-22.

30. Zygmunt B. Influence of ammonium nitrate prills properties on detonation velocity of ANFO / Zygmunt B., Buczkowski D. - Propell Explos. Pyrotech. 2007, 32(5):411-414

31. Miyake A. Influence of physical properties on ammonium nitrate on the detonation behavior of ammonium nitrate and activated carbon mixtures / Miyake A., Kobayashi H., Echigoya H. and others - IChemE SYMPOSIUM SERIES, 2007, NO. 153.

32. Lotspeich E. The Characterization of ammonium nitrate mini-prills / Lotspeich E., Petr V. - Dynamic Behavior of Materials. 2014 Volume 1, pp 319324.

33. Kwok Q. Wettability of Ammonium Nitrate Prills / Kwok Q., Kruus P., Jones D. - Journal of Energetic Materials. 2004, Volume 22, Number 3, pp. 127150 (24)

34. Zygmunt B. Agriculture Grade Ammonium Nitrate as the Basic Ingredient of Massive Explosive Charges / Zygmunt B., Buczkowski D. -Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2012, Volume 37, Number 6, pp. 685-690(6)

35. Rudjak I. Thermal behaviour of ammonium nitrate prills coated with limestone and dolomite powder / Rudjak I., Kaljuvee T. and others - Journal of thermal analysis and calorimetry. 2010, Volume 99, Number 3, pp. 749-754(6)

36. Wang Modelling simultaneous release, diffusion and nitrification of ammonium in the soil surrounding a granule or nest containing ammonium fertilizer / Wang, Bear, Shaviv - European Journal of Soil Science. 1998, Volume 49, Number 2, pp. 351-364(14)

37. Турдалиев У.М. Неслеживающаяся аммиачная селитра с добавкой бентонитовой глины Навбахорского и Лагонского месторождений / Турдалиев У.М., Намазов Ш.С., Реймов А.М. - Химическая промышленность сегодня. 2016, № 8, с. 36-43.

38. Черных В.А., Тогунов М.Б. и др. Особенности применения пористой аммиачной селитры производства МХК «Еврохим» для

изготовления ВВ / Черных В.А., Тогунов М.Б. и др. - Взрывное дело. 2016, № 115-72, с. 161-171.

39. Пат. №2038346 Российская Федерация, МПК C05G3/00, B01J2/02 Способ получения водоустойчивых гранул / А.Л. Таран, В.М. Олевский и др. - Опубл. 27.06.1995.

40. Патент №2407721 Российская Федерация, МПК С05С1/00, С05С9/00, C05G1/00 Способ получения гранулированного сложного минерального удобрения / А.Л. Таран, А.В. Таран, Ю.А. Таран. - Опубл. 20.12.10.

41. Таран А.Л. Предложения по реконструкции агрегатов производства аммиачной селитры под производство пористой аммиачной селитры с наполнителями / А.Л. Таран, Н.В. Конохова и др. - Вестник МИТХТ, 2009, т.4, №6, с. 40-44.

42. Таран А.Л. Анализ процесса гранулирования пористой аммиачной селитры / Таран А.Л., Кучинский В.Е. и др. - Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 2010, Т. 53, № 8, с. 59-63.

43. Таран А.Л. Принципы реконструкции агрегатов производства аммиачной селитры под производство аммиачной селитры под производство аммиачной селитры с наполнителями и пористой аммиачной селитры / Таран А.Л., Конохова Н.В. и др. - Химическая промышленность сегодня, 2011, № 8, с. 17-22.

44. Таран Ю.А. Основные азотсодержащие минеральные удобрения и технические решения для улучшения их качества / Таран Ю.А., Иванов Р.Н. и др. - Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, 2016, Т. 59, № 3, с. 49-54.

45. Taran Y.A., Taran A.L. Revamping equipment and technology of existing granulating plants to improve the quality of granulated products / Taran Y.A., Taran A.L. - Chemical and petroleum engineering, 2016, Т. 51, № 9, с. 581589.

46. Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ / Генералов М.Б. - Москва, ИКЦ Академкнига, 2004 г. 397 с.

47. Таран А.Л. Современные экологически и технологически безопасные готовые формы азотсодержащих минеральных удобрений / Таран А.Л., Долгалев Е.В. и др. - Тезисы Первой научно-технической конференции молодых ученых МИТХТ им. М.В. Ломоносова «Наукоемкие химические технологии», М., «Ученые записки МИТХТ», 2005, Т.1, с. 55-57.

48. Felix Ayala Management of Fertilizer Nitrogen in Arizona Cotton Production / Felix Ayala, Thomas A. Doerge - University of Arizona, http: cals.arizona.edy/pubs/crops/az1243/, published July 2001.

49. Кочетков В.Н. Гранулирование минеральных удобрений / Кочетков В.Н. - М.: Химия,1975, 224 с.

50. Холин Б.Г. Центробежные и вибрационные грануляторы плавов и распылители жидкости / Холин Б.Г. - М.: Машиностроение, 1977, 182 с.

51. Sorich B. Технология производства известково-аммиачной селитры высшего качества / Sorich B., Jankowiak E. - Ил. Пер. ст. из журн.: Premysl Chemiczny. - 1978, vop. 57, № 12, pp. 611-614

52. Лебедев А. Е. Математическое описание процесса диспергирования вязких жидкостей / А. Е. Лебедев, А. И. Зайцев и др. - Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2012. - Т. 55, вып. 8. - С. 93-94.

53. Систер В.Г. Процесс диспергирования жидкостей центробежной форсункой в режиме образования крупных капель / Систер В.Г., Рустамбеков М.К. и др. - Химическое и нефтегазовое машиностроение -2013, № 5, с. 10-13.

54. Saad Saleh Basic design methodology for a prilling tower / Saad Saleh, Shakir M. Ahmed, Dawood Al-Mosuli, Shahzad Barghi - The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2015, Volume 93, Issue 8.

55. Маматалиев А.А. Гранулированные азотно-серные удобрении на основе плава нитрата аммония и сульфата аммония / Маматалиев А.А.,

Намазов Ш.С., Сейтназаров А.Р. и др. - Universum: технические науки. 2017, № 5 (38), с. 35-40.

56. Склабинский В.И. Параметрическая оптимизация стадии грануляции с учетом энергосберегающих аспектов / Склабинский В.И., Кононенко Н.П. - Научные труды SWORLD. 2012, т. 9, № 3, с. 59-63.

57. Беседин А.Б. Усовершенствованная башня приллирования мощностью 2000 т в сутки / Беседин А.Б., Баклан Г.С. - Химическая техника. 2013, № 7, с. 27.

58. Куликов М.А. Исследование процесса приллирования нитрата калия / Куликов М.А. - Вестник казанского технологического университета. 2016, т. 19, № 12, с. 52-54.

59. Набиев А.А. Физико-химические и товарные свойства магнийсодержащей известковой аммиачной селитры / Набиев А.А., Реймов А.М., Намазов Ш.С. и др. - Universum: технические науки. 2017, № 5 (38), с. 40-46.

60. Таран, А.Л. Формальная аналогия кинетики гранулирования мелкодисперсных материалов и фазового превращения / А.Л. Таран, Г.А. Носов - Теор. основы хим. технол. - 2001. - Т. 35, вып. 5. - С. 523-526.

61. Таран, А.Л. Исследование процесса зародышеобразования и роста агрегатов при гранулировании порошкообразных материалов методом окатывания / А.Л. Таран, Г.А. Носов, Уму Куруму - Хим. пром. - 1994. - Т. 10. - С. 514-520.

62. Таран Ю.А. Формальная аналогия процессов со структурной перестройкой исходной схемы / Таран Ю.А., Захаров М.К., Таран А.Л. и др. - Повышение эффективности процссов и аппаратов в химической и смежных отраслых промышленности. Сб. трудов, 2016, с. 396-400.

63. Флисюк О.М. Гранулирование порошкообразных материалов в скоростном грануляторе / Флисюк О.М., Марцулевич Н.А., Шининов Т.Н. -Математические методы в технике и технологиях. 2016, № 2 (84), с. 69-70.

64. Иванов, А.Б. К расчету потоков при гранулировании минеральных удобрений в аппаратах барабанного типа / А.Б. Иванов, М.К. Рустамбеков, В.В. Кузнезова // Теор. основы хим. технол. - 2001. - Т. 35, вып. 5. - С. 523526.

65. Феллер, В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения / В. Феллер - М.: Мир, 1967. - 512 с.

66. Иванов, А.Б. Модель дискретного роста гранул при гранулировании веществ в псевдосжиженном слое / А.Б. Иванов, М.Е. Иванов - Теор. основы хим. технол. - 1987. - Т. 21, вып. 5. - С. 706.

67. Иванов А.Б. Исследование гранулирования аммиачной селитры в псевдосжиженном слое / А.Б. Иванов и др. - Теор. основы хим. технол. -1989. - Т. 23, вып. 1 - С. 82.

68. Макаренков Д.А. Исследование процессов гранулирования комплексных удобрений с учетом физико-химических и реологических свойств компонентов / Макаренков Д.А., Назаров В.И. - Вестник московского государственного областного университета. 2012, № 2, с. 49-54.

69. Макаренков Д.А. Особенности процесса гранулирования комплексных и органоминеральных удобрений в скоростных и тарельчатых грануляторах окатывания / Макаренков Д.А., Назаров В.И. - Вестник московского государственного областного университета. 2012, № 4, с. 81 -88.

70. Назаров В.И. Утилизация отходов пивоваренной промышленности методами гранулирования и сушки / Назаров В.И., Макаренков Д.А., Бичев М.А. - Нестационарные энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии. Материалы конференции. 2013, с. 145-147.

71. Макаренков Д.А. Разработка процессов гранулирования ферментных препаратов / Макаренков Д.А., Волков П.А., Назаров В.И. -Российский химический журнал. 2014, т. LVIII, № 1, с. 49-57.

72. Макаренков Д.А. Основные принципы энергосберегающих технологий гранулирования многокомпонентных полидисперсных

материалов с использованием совмещенных процессов подготовки / Макаренков Д.А., Назаров В.И. - Вестник московского государственного областного университета. 2016, № 2, с. 144-152.

73. Маковская Ю.В. Моделирование процесса инкапсуляции в псевдоожиженном слое и прогнозирование качества покрытий: дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.08. / Маковская Ю.В. - М., 2011. - 200 с.

74. Таран А.Л. Эффективные технологии капсулирования гранул азотсодержащих удобрений / Таран А.Л. - Химическая промышленность сегодня, 2013, № 7, с. 5-10.

75. Пынкова Т.И. Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.08. / Пынкова Т.И. - М., 2014. -172 с.

76. Berenson A. Pricey drug trials turn up few new blockbusters. Он-лайн журнал New York Times [Электронный ресурс].Режим доступа: http: // www.nytimes.com.

77. Таран Ю.А., Пынкова Т.И., Таран А.Л. Экологически безопасная и энергосберегающая технология капсулирования гранул водозащитными тонкими полимерными оболочками / Таран Ю.А., Пынкова Т.И., Таран А.Л. - Химическая технология. 2012, т. 13, № 8, с. 496-504.

78. Crowley, P.J. Formulation design: new drugs from old / P. J. Crowley, L.G. Martini - Drug Discovery Today: Therapeutic Strategies. - 2004. V. 1. - P. 537.

79. Меньшутина, Н.В. Моделирование процесса нанесения покрытия на микросферы / Н.В. Меньшутина, Е.А. Ершова, А.О. Касимова - Вестник МИТХТ. - 2010. - Т. 5. - №2. - С. 42.

80. Медведев, О.С. Hi-Tech таблетки - почему и зачем? / О.С. Медведев, Н.А. Медведева - Трудный пациент. - 2005. - № 6. - С. 24.

81. Чуешов, В.И. Промышленная технология лекарств: учебник в двух томах / В.И. Чуешов, М.Ю. Чернов, Л.М. Хохлова; под редакцией В.И. Чуешова. - Х.: МТК Книга, издательство НФАУ, 2002. Т. 2. - 716 с.

82. Морозов Р.В., Процесс догранулирования и капсулирования послойным нанесением внешнего ретура. / Морозов Р.В., Таран А.Л. и др. -Химическая технология. 2014. № 4. С.232-236.

83. Тихонов А.Н. Уравнения математической физики / Тихонов А.Н., Самарский А.А. - М.: Наука, 1972.

84. Жуков, В.П. Применение кинетического уравнения Больцмана к моделированию эволюции дисперсных систем / В.П. Жуков, А.Н. Беляков, H. Otwinowski - Сб. нучн. тр. межд. конф. «15 Международная Плесская науч- ная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям». - Плес -2012. - С. 260-267.

85. Тихонов В. И. Марковские процессы / Тихонов В. И., Миронов М.

A. - М.: Сов. радио, 1977, 485 с.

86. Степанов В.В. Курс дифференциальных уравнений / Степанов

B.В. - М.: Физматгиз, 1959.

87. Резаев Р.О. Нелинейное уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова в квазиклассическом траекторно-когерентном приближении: дис. ... канд. физико-математических наук: 01.04.02. / Резаев Р.О. - Томск., 2007. - 104 с.

88. Шаповалов А.В. Квазикласические асимптотики нелинейного уравнения Фоккера-Планка для распределений доходностей активов. / Шаповалов А.В., Трифонов А.Ю., Масалова Е.А. - Компьютерные исследования и моделирование 2009, т. 1, № 1, С. 41-49.

89. Веревкин И.В. Применение метода линейных определяющих уравнений и преобразований Эйлера-Дарбу для интегрирования уравнений в частных производных: дис. ... канд. физико-математических наук: 01.01.02. / Веревкин И.В. - Красноярск., 2015. - 77 с.

90. Чирков А. Ю. Численное решение уравнения Фоккера-Планка для моделирования модифицированных газодинамических режимов плазмы в

магнитной ловушке с нагревом интенсивными атомарными пучками / Чирков А. Ю. - Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2011. Т. 11.

91. Огурцов А. В. Моделирование истирания частиц в кипящем слое на основе теории цепей Маркова / А.В. Огурцов, В.П. Жуков, В.Е. Мизонов, Л.Н. Овчинников // Изв. вузов «Химия и хим. технология». - 2003. т.46. -№7. - С. 64-66.

92. Зайцев В.А. Применение теории цепей Маркова к моделированию, расчету и оптимизации процессов тепломассопереноса в промышленных аппаратах. Монография / Зайцев В.А., Мизонов В.Е. - Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, 2008. -284с

93. Беляков, А.Н. Методика моделирования совмещенных тепловых и механических процессов на основе обобщенного уравнения Больцмана / А.Н. Беляков - Вестн. ИГЭУ - 2015. -вып. 1. - С. 54-58.

94. Мареев В.В. Основы методов конечных разностей / В.В. Мареев, Е.Н. Станкова - Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2012. 64 с.

95. Мизонов, В.Е. Применение двухмерной цепи Маркова для численного решения уравнения Фоккера-Планка / В.Е. Мизонов, Д.А. Пономарев и др. - Изв. вузов. Химия и хим. Технология - 2004. - Т. 47. -вып. 4. - С. 140.

96. Рояк, М.Э. Сеточные методы решения краевых задач математической физики / М.Э. Рояк, Ю.Г. Соловейчик, Э.П. Шурина. -Новосибирск: Изд-во НГТУ,1998. - 120 с

97. Пат. №2023709 Российская Федерация, МКИ 5С05С1/02 В0Ш/02. Способ получения гранулированного удобрения / В.М. Олевский, А.Л. Таран, и др. - Опубл. 30.11.1994.

98. Таран, Ю.А. Энергосберегающие схемы в технологиях производства продуктов, гранулированных кристаллизацией капель

расплавов / Ю.А. Таран, М.К. Захаров - Вестник МИТХТ. - 2011. - Т. 6. -№1. - С. 54.

99. Любов Б.Я. Теория кристаллизации в больших объемах. / Любов Б.Я. - М.: Наука, 1975, 256с.

100. Карабчевский В.В. Методы моделирования роста кристаллов в расплавах / Карабчевский В.В., Пашинская А.В. - Науковi прощ ДонНТУ, 2010, выпуск 11(164), 165-171.

101. Кидяров Б.И. Кинетика образования кристаллов из жидкой фазы / Кидяров Б.И. - Новосибирск; Наука, 1979,132с.

102. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки / Баландин Г.Ф. - М.: Машиностроение,Ч1,1976, 328с.Ч2,1979, 335с.

103. Сирота Н.Н. Состояние и проблемы теории кристаллизации / Сирота Н.Н. - Сб. «Кристаллизация и фазовые переходы», Минск: изд. АНБССР, 1962, с. 11-58.

104. Муратов О.В. Моделирование процесса гранулирования из растворов во взвешенном слое с внешним рециклом / Муратов О.В., Флисюк О.М., Фролов В.Ф. и др. - Теоретические основы химической технологии, 2002, Т.36, №6, С. 652-657.

105. Таран, А.Л. О механизме роста и дробления гранул при гранулировании порошкообразных материалов / А.Л. Таран, Р.В. Морозов, Ю.А. Таран, А.В. Таран - Сб. трудов I-ой всероссийской заочной научно-практической конференции «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве». - Бийск, 2012. - С. 381.

106. Морозов, Р.В. Гранулообразование в порошковых материалах при использовании технологии «fattening» / Р.В. Морозов, А.Л. Таран, Ю.А. Таран - Вестник МИТХТ. - 2013. - Т.8. - №4. - С. 38.

107. Бейбалаев В.Д. Обобщенное уравнение Фоккера-Планка и его применение к задачам тепломассопереноса / Бейбалаев В.Д. - Соврем. проблемы науки и образования. 2007. № 1. С. 7-12.

108. Васенин Н.В., Кузнецов А.А., Сирота И.С. Кинетика гранулирования сыпучих материалов в барабанном грануляторе-окатывателе / Васенин Н.В., Кузнецов А.А., Сирота И.С. - Хим. пром. 1992. № 12. С. 3337.

109. Одинцов А.В. Капсулирование гранул минеральных удобрений в гетерофазные оболочки. дис. ... канд. техн. наук / Одинцов А.В. - Иваново: ИГХТУ, 2010. 129 с.

110. Ю.А. Таран Расчет процесса догранулирования по технологии "fattening" со случайный распределением по гранулам догранулирующего потока / Ю.А. Таран, Р.В. Морозов, А.Л. Таран - Химическое и нефтегазовое машиностроние, 2017, № 6.

111. Скуратов А.П. Теплообмен при гранулировании свинецсодержащих алюминиевых сплавов в водной среде / Скуратов А.П., Пьяных А.А. - Теплофизика и аэромеханика. 2012, т. 19, № 2, с. 155-162.

112. Белуков С.В. Теплофизические зависимости при гранулировании в жидком азоте дисперсных частиц диаметром от 1 до 5 мм / Белуков С.В., Кименс П.Ю. - Известия московского государственного технического университета МАМИ. 2013, т. 4, № 1 (15), с. 130-133.

113. Кувшинова А.С., Липин А.Г. Исследование процесса ферментирования капсул из водорастворимых полимеров на поверхности дисперсных материалов / Кувшинова А.С., Липин А.Г. - Химия и химическая технология, 2012, т. 55, вып. 5, 108-110.

114. Пат. 2599170 Российская Федерация, МПК C05C 1/00 C05G 5/00 Способ получения гранулированной пористой аммиачной селитры /Таран Ю.А., Морозов Р.В. и др.// Заявка 2015107676/13; заявл. 05.03.2015; опубл. 27.09.2016, Бюл. № 28. -7 с.

115. Морозов Р.В., Pelletizing in powder materials then the use of "fattening" technology. /Морозов Р.В., Таран Ю.А., Таран А.Л. - Вестник МИТХТ. 2014. № 4. С.42-44.

116. Морозов Р.В. Исследование процесса гранулирования щелочей в воздушном потоке. /Морозов Р.В. - IV Молодежная научно-техническая конференция Наукоемкие химические технологии-2011: сб. науч. тр. М.: МИТХТ. 2011. С.98.

117. Таран Ю.А., Определение динамики распределения центров новообразований по размерам в процессах с перестройкой структуры исходной системы (гранулирование, кристаллизация, эмульгирование и др.) /Таран Ю.А., Морозов Р.В. и др. - VII международная научная конференция Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения: сб. науч. тр. Иваново. 2012. С.65-66.

118. Таран А.Л., О механизме роста и дробления гранул при гранулировании порошкообразных материалов. / Таран А.Л., Морозов Р.В. и др. - I-ой всероссийская заочная научно-практическая конференция Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. Бийск. 2012. С.381-384.

119. Захаров М.К., Расчет динамики гранулообразования в процессах догранулирования расплавами, растворами, суспензиями и порошками. / Захаров М.К., Морозов Р.В. - Международный симпозиум им. Горшкова: сб. науч. тр. Ярополец. 2014.

120. Таран Ю.А., Evaluation of granulometric composition dynamics when using "fattening" technology / Таран Ю.А., Морозов Р.В. и др. - XV International Scientific Conference "High-Tech in Chemical Engineering - 2014": сб. науч. тр. Звенигород. 2014, С.65.

121. Таран Ю.А., Теплообмен в процессах догранулирования и капсулирования при окатывании / Таран Ю.А., Морозов Р.В. и др. - XV International Scientific Conference "High-Tech in Chemical Engineering - 2014": сб. науч. тр. Звенигород. 2014, С.339.

122. Таран А.Л., Тепловые процессы нанесения покрытий на окатываемые гранулы при совмещении сушки, кристаллизации и химических

превращений. / Таран А.Л., Морозов Р.В. и др. - Первые международные Лыковские научные чтения: сб. науч. тр. М. 2015. С.67-69.

Приложение I

В Приложении представлены блок-схемы и описания программ, разработанных для расчета по составленным в работе моделям.

Программа для расчета изменения гранулометрического состава по

п. 4.1.

В качестве исходных данных необходимо указать: расход раствора порошка Орп, расход исходных гранул Ог, концентрацию догранулирующей смеси а, линейную скорость роста улин (методы определения указаны в [3]), средний диаметр исходных гранул ё и плотность исходных гранул. Все требуемые исходные данные помечены в программе красным цветом.

Помимо этого необходимо указать исходное распределение гранул по размерам в дифференциальной форме.

Затем программа вычисляет необходимые для расчета вспомогательные параметры: степень догранулирования исходного ретура X, массовую скорость роста гранулы у(ш) и среднее время пребывания гранул в аппарате т.

О а

Я =

рп п

6 • у„

у(т) = ,

а

для приблизительных оценок связь между X и т можно считать равной - _ у(т)(1 + Я)

Т = |_ Я

Все вспомогательные величины в программе помечены синим цветом. Для расчета конечного распределения программа использует расчетное уравнение (в разностной форме):

1 /г (а)-лГ(ц)

1 + Я г

)

= 0

/ - - («о)13 1

где ¡л=т/т0 - отклонение текущей массы от средней, ^ = —- -

К т

отношение обратной величины средней безразмерной скорости роста массы гранулы к среднему времени пребывания.

В ячейках J20-020 вычисляется итоговое значение распределения / для всего процесса.

Из-за особенностей математической модели, программа работает в полуавтоматическом режиме, после окончания вычислений, значения параметра «шаг» необходимо подобрать таким образом, чтобы площадь под получившейся кривой на графике была равна 1. Получившийся результат считают окончательным.

Красным в программе обозначены значения, которые должен задать пользователь, синим и черным - вспомогательные и промежуточные величины, зеленым - результаты.

Программа для расчета изменения гранулометрического состава по

п. 4.3.

Программа позволяет вычислять изменение гранулометрического состава как для монодисперсных, таки и для полидисперсных продуктов.

В качестве исходных данных необходимо указать для монодисперсного продукта: диаметр гранул ё, м, линейную скорость роста улин, м/с, вероятность возврата гранулы в зону распыла р и число оборотов рабочего органа гранулятора п, об/мин. Для полидисперсного ретура указывают: линейную скорость роста улин, м/с, вероятность возврата гранулы в зону распыла р и число оборотов рабочего органа гранулятора п, об/мин, исходное распределение гранул по размерам Бг (обычно распределение указываетя по диаметру), а также ожидаемый прирост центральной фракции. Все требуемые исходные данные помечены в программе красным цветом.

Для расчета конечного распределения в программе используются уравнения (в разностной форме):

Для монодисперсного ретура.

Плотность /(ф) распределения случайной величины (ё) равна:

¡пр (а-йг )/да _ 1пр • п (а)и/120ул ()=р/)=-120^р '

Функция распределения Е(ф) случайной величины (ё) равна:

^ (а) = |г (х) ах = -1пр |р^ ах=1 - р^ = 1 - р{а-а<)п/120у- ,

о 0

Для полидисперсного ретура.

/" (а) = - пПпр ^Т- ехрехр v ; 120у ^

1=0

(а - х)п-1пп>

J

^ (а) = ^(1 - ехр ехр

120у (а - х) п ¡пр

£( х)Ах,

120у

Жх)Ах.

1=0

Красным в программе обозначены значения, которые должен задать пользователь, синим - вспомогательные и промежуточные величины, зеленым - результаты.

Программа определения изменения температуры в грануляторе окатывания по п. 4.5.

Для расчета в программе используется уравнение:

(тгсг + трпсрп ) ^ =длРгк +Ьрп (I рп - 1рп ) - Щ- (гт - срп1) + ^ Мптрп +

В правой части каждый член уравнения количественно характеризует отдельные стадии переноса теплоты, это позволяет оценить их вклад в итоговое изменение температуры: qл¥гк - подвод теплоты за счет ИК-

йт

излучения; Ь (Цп + Цп) - подвод теплоты за счет сушки; —— (г - с г) -

йт р р

тепловой эффект фазового превращения за счет испарения связующего;

—АИпт„„ - тепловой эффект химической реакции между связующим и йт

порошком догранулирующего материала; =ас^ (г - гс) - потери тепла в

окружающую среду.

В качестве исходных данных необходимо указать: массу, диаметр, теплоемкость и плотность исходных гранул, массу, теплоемкость, плотность и концентрацию в догранулирующем растворе порошка, общее время процесса и шаг расчета по времени, влагосодержания, теплоемкость воздуха, удельную теплоту парообразования, теплоемкость водяного пара, коэффициент диффузии, удельный объем, геометрические размеры аппарата, вязкость, коэффициент теплоотдачи, теплоту химической реакции и температуру среды.

Красным в программе обозначены значения, которые должен задать пользователь, черным - вспомогательные и промежуточные величины, синим - результаты.

Приложение II

Приложение III

Термодинамика гранулообразования при окатывании

Как было упомянуто ранее, исходя из представлений о формальной аналогии процессов, гранулообразование в объеме порошка можно формально соотнести с процессом зародышеобразования при кристаллизации. В рамках формальной аналогии можно представить объем порошка в качестве одной фазы, а образующиеся гранулы - в качестве второй. В соответствии с этим, общее изменение свободной энергии при образовании зародыша «новой» фазы можно описать известным соотношением:

Первый член уравнения (1) описывает выигрыш энергии Гиббса за счет образования новой «фазы» с соответствующим термодинамическим стимулом «фазового» перехода (рст -рм); второй член отражает проигрыш энергии Гиббса за счет образования новой «межфазной» поверхности.

Анализ уравнения (2) показывает, что при некотором критическом значении радиуса зародыша гкр величина изменения энергии Гиббса проходит через максимум (рис 1). лв -

äG=~M " ^м) + Ааг>

или, для сферического зародыша радиусом r: AG = jurJ3 £ (Дст - Мм) + 4лтг20г,

(1)

(2)

лвкр

о

3

г

Рисунок П3.1. Зависимость свободной энергии АО от радиуса зародыша гранулы г. 1 - проигрыш энергии Гиббса за счет образования новой

межфазной поверхности; 2 - выигрыш энергии Гиббса за счет образования новой фазы; 3 - результирующая величина энергии Гиббса. Зародыш с г<гкр неустойчив, т.к. при его росте увеличивается суммарная энергия Гиббса. При г>гкр зародыш является центром образования гранулы и способен к росту, т.к. при этом уменьшается свободная энергия системы.

Определим выражение ст - ^м) в параметрах термодинамики образования гранул.

Изменение свободной энергии системы ДБ описывается уравнением ДF = аДЛ - ГД5СМ (3)

где ДА - изменение свободной поверхности частиц, ДБсм - изменение энтропии системы.

В случае образования гранул (коагуляции частиц) в отличие от диспергирования энтропия системы уменьшается. Свободная энергия для одной гранулы запишется:

д^ _ + 4^гг2аг - ГДБСМ (4)

где г - радиус частицы исходного порошка; гг - радиус зародыша гранулы; V - число частиц порошка, из которых образуется один зародыш гранулы (кратность коагуляции).

Выражая кратность коагуляции через радиус частиц порошка, получим:

у = (5)

4 ттт у 7

где У0М- исходный объем масляной фазы; ф - объемная доля масляной

фазы.

Сопоставим выражение (4) и выражение (1) с учетом (5): для случая коагуляции частиц ДБ=ДО,

4ЛТ2У^ + 4тсГг20г - тдбсм = 4тсГг20г - ^Т3 ^ (Дет - мм) (6)

следовательно:

гд5см = 4яг 2у + ^ ЯГг3 ^ (дм - Мет) (7)

отсюда:

Мм - Мст = (Т АБСМ - 4пг2уа) (8)

Изменение энтропии смешения А8см определяется числом независимых перестановок V - числа частиц дисперсной фазы и N - числа молекул среды и выражается:

^см = ->© (9)

Подставляя в выражение (8) значение АБсм (9) с учетом (5), получаем:

3М 77?, Л,,3 Уг \ 9МУГ

Мм - Мст = П ) - —^ (10)

Таким образом, в данном случае необходимо рассматривать изменение химического потенциала системы при коагуляции как функцию радиуса исходных частиц порошка и зародыша гранулы.

Выражение (2), с учетом приведенных преобразований, принимает вид:

77?, , ЗУга , . 9

Л в = — Iп (-) + -у- + 4лг2а (11)

Приложение IV

УТВЕРЖДАЮ

2018 г.

акт о передаче и использовании научной продукции

1. Наименование научно-технической информация: Способ получения нового экологически и технологическим безопасног о противогололёдного реагента ПГР.

2. Разработчики: Руководитель группы гранулирования кафедры ПАХТ к.т.н, доцент кафедры Таран Юлия Александровна, аспирант кафедры ПАХТ (МИТХТ) Морозов Роман Вадимович.

3. Краткая характеристика научно-технической продукции или ее элементов принятых к использованию или используемых: Информации по НИР. проводимых по патенту № 2206506, выданному МИТХТ, ИОНХ РАН. ГИАПу по получению из конверсионного нитрата кальция (Минудобрения г, Россошь) и хлористого калия безхлорного азотсодержащего калийного удобрения, кристаллического нитрата калия и хлористог о кальция с остатками нитрата калия и другими добавками, повышающими его потребительские свойства, за счёт снижения вредного воздействия ПГР на зелёные насаждения, части автомобилей, дорожное покрытие, обувь, одежду, кожу человека и животных. Научно-техническая информация выполнена на электронном и бумажном носителях и включает результаты НИР в области разработки новых способов получения важной в городском хозяйстве продукции повышенного качества.

4. Формы передачи: На некоммерческой основе, без передачи авторских прав и выпуска продукции.

5. Форма использования, дата начала использования: Научно-техническая информация по теме принята к рассмотрению 19.03.2018 г. как типовое техническое решение, которое может быть рекомендовано при разработке проектной документации, для реконструкции существующих или проектирования новых установок по производству ПГР в жидком и гранулированном состоянии,

б Эффект от использования научно-технической продукции: Выигрыш получается за счет использования дешевого мало востребованного доступных конверсионных нитрата кальция и хлорида калия конвертируемых в дорогой дефицитный безхлорный нитрат калия и известный хорошо себя зарекомендовавшие антигололедный реагент хлорид кальция. Полученный продукт является более экологически безопасным, чем существующие виды ПГР, получаемый в качестве побочного продукта нитрат калия сам по себе является ценным удобрением. Себестоимость получения данных продуктов в 3-5 раз ниже их цены, что обеспечивает окупаемость установки согласно ориентировочным расчётам за квартал.

Приложение V

Используемое оборудование и материалы

Для проведения лабораторных испытаний в рамках исследования процесса «fattening» использовались:

Рисунок П5.1. Лабораторная установка догранулирования

окатыванием.

Рисунок П5.3. Исходные гранулы приллированной аммиачной селитры (наблюдается полидисперсность, наличие усадочных каналов)

Рисунок П5.4. Гранулы аммиачной селитры, полученные в результате "fattening "-процесса.