Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 5
1.1 .Потребность рынка и характеристика продукции на рынке 5
1.2. Основные методы получения кормовых фосфатов кальция 12
1.2.1 . Физико-химические свойства моно- и дикальцийфосфата 12
1.2.2.Технологические процессы получения моно-и дикальцийфосфата... 15
1.2.3.Характеристика сырья, используемого для получения кормового моно- и дикальцийфосфата 29
1.2.3.1. Мел, известняки их свойства 29
1.2.3.2. Экстракционная фосфорная кислота 31
Выводы 35
Экспериментальная часть 37
Глава 2. Изучение влияния примесей на обесфторивание ЭФК и путей глубокого удаления фтора 37
Глава 3. Исследование процесса получения кормовых фосфатов кальция с использованием скоростных методов смешения 43
Глава 4. Получение гранулированного кормового монокальцийфосфата с использованием турболопастного смесителя - гранулятора ТЛГ-009 53
Глава 5. Получение кормовых фосфатов кальция с использованием аппаратов БГС 59
Глава 6. Описание технологической схемы получения кормового монокальцийфосфата в ООО «Балаковские минеральные удобрения» 70
Глава 7. Обоснование выбора принципиальной схемы реконструкции производства МКФ 82
Выводы 88
Список использованной литературы 91
Приложение 95
- Физико-химические свойства моно- и дикальцийфосфата
- Изучение влияния примесей на обесфторивание ЭФК и путей глубокого удаления фтора
- Исследование процесса получения кормовых фосфатов кальция с использованием скоростных методов смешения
- Получение гранулированного кормового монокальцийфосфата с использованием турболопастного смесителя - гранулятора ТЛГ-009
Введение к работе
Современные индустриальные способы производства
животноводческой продукции характеризуются широким использованием минеральных кормовых добавок, которые способствуют увеличению продуктивности, сохранности поголовья, сокращению расходов кормов.
Важнейшей составляющей кормовых рационов домашнего скота и птицы является фосфор [1,2]. Он необходим для построения костной ткани, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфатидов, фосфопротеидов и других соединений. Недостаток фосфора в рационах сельскохозяйственных животных снижает мясную и молочную продуктивность, приводит к возникновению костных заболеваний и нарушению функции воспроизводства.
Для устранения дефицита фосфора и улучшения качества рационов сельскохозяйственных животных широкое применение в животноводстве получили фосфорсодержащие минеральные подкормки на основе фосфатов кальция с добавками натрия, магния, аммония и других элементов.
Эффективность кормовых фосфатов кальция обуславливается содержанием в них основных элементов - фосфора (Р) и кальция (Са), участвующих в обменных процессах организма. Качество кормовых фосфатов кальция оценивается по содержанию усвояемых форм питательных элементов при минимальной концентрации вредных примесей, таких как фтор (F), свинец (РЬ), мышьяк (As), кадмий (Cd), ртуть (Hg).
По данным Всероссийского Государственного научно-исследовательского института животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук (ВИЖ), биологическая усвояемость фосфора из кормовых фосфатов кальция - монокальцийфосфата (МКФ), дикальцийфосфата (ДКФ), монодикальцийфосфата (МДКФ) - составляет не менее 80% [3].
В настоящее время мировое потребление кормовых фосфатов кальция составляет около шести миллионов тонн в год и продолжает ежегодно увеличиваться на 6 % [3].
Фосфаты кальция производятся в порошкообразном состоянии и в гранулированном виде, причем доля гранулированных продуктов продолжает расти и, согласно прогнозу [4], в 2005 году должна достичь 60-70%.
В Российской Федерации и бывшем Советском Союзе фосфаты кальция выпускались и продолжают выпускаться исключительно в порошкообразном виде [2], что не отвечает мировым тенденциям перехода к гранулированным минеральным добавкам при получении премиксов и комбикормов.
Технологии получения гранулированных материалов и глубокого обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), как правило, являются собственностью компаний - производителей (Kemira, Tessenderlo и др.), отличаются аппаратурным оформлением и технологическими параметрами, детали которых не раскрываются. Имеющихся данных недостаточно для прямого внедрения современной отечественной технологии производства гранулированных фосфатов кальция с низким содержанием примесей фтористых соединений.
В связи с этим создание и внедрение технологии получения расширенного ассортимента фосфатов кальция (МКФ, ДКФ, МДКФ), соответствующих требованиями мировых стандартов, в гранулированном виде является актуальной задачей.
Постановка данной работы продиктована необходимостью разработки гибкой технологии кормовых фосфатов в гранулированном виде с химическими и гранулометрическими показателями, отвечающими показателям ведущих мировых производителей.
Физико-химические свойства моно- и дикальцийфосфата
Монокальцийфосфат (молекулярная масса 252) представляет собой бесцветную однозамещенную кальциевую соль ортофосфорной кислоты. Чистый монокальцийфосфат Са(Н2Р04)2 в безводной форме содержит 24,6% Р и 15,87 % Са, а моногидрат Са(Н2Р04)2 Н20 -22,96% Р и 14,8% Са.
При постепенном добавлении воды к безводному монокальцийфосфату Са(Н2Р04)2 условия равновесия вначале отвечают смеси безводной соли и моногидрата (точка F). После полного превращения в моногидрат протекает реакция с водой с образованием дикальцийфосфата и свободной фосфорной кислоты. Линии, направленные вправо от пунктирной линии, соответствуют смесям двух твердых веществ: дикальцийфосфата и некоторого количества исходного монокальцийфосфата, а влево - только одному твердому ди кальций фосфату.
Области наибольшей растворимости ортофосфата кальция представлены на рис. 1.3 как функции температуры. Следует отметить, что с повышением температуры растворимость монокальцийфосфата в кислых растворах возрастает, ди кальций фосфата падает. Содержание фосфора в насыщенном растворе, равновесном с обеими кристаллическим фазами Са(Н2РС 4)2 и СаНРС 4, с повышением температуры значительно возрастает, а содержание кальция в том же насыщенном растворе падает. В области низких концентраций фосфорной кислоты жидкая фаза находится в равновесии с дикальцийфосфатом, а в более концентрированных растворах стабильны твердые фазы монокальцийфосфата. В точке В растворы насыщены одновременно двумя солями: моногидратом монокальцийфосфата Са(Н2Р04)2 Н2О и дикальцийфосфатом СаНР04 [9]. По мере уменьшения концентрации Р205 в жидкой фазе при постоянной температуре растворимость монокальцийфосфата увеличивается (ветви изотермы выше точки В), а дикальцийфосфата уменьшается (ветви изотермы ниже точки В). При нагревании Са(Н2Р04)2 Н20 при атмосферном давлении, начиная с 90С образуется Са(НгРС 4)2, ас 180 С - ряд полифосфатов. Потеря массы начинается в температурном интервале 180 - 250 С и протекает быстро при 320 С. Полученные продукты в основном рентгеноаморфны, на рентгенограммах существуют только линии, присущие дифосфату Са3(НР207)2 и трифосфату Ca2HP3Oi0.
При помощи рентгенофазового анализа и бумажной хроматографии установлен состав продуктов дегидратации, полученных в диапазоне температур 180-350 С (время выдержки от 1-14 суток при равновесном давлении паров воды). Показано, что после выдержки в течение 1-14 суток при 180 С образуется в основном кислый пирофосфат кальция СаНгРгО? [6].
Методы получения кормовых фосфатов можно разделить на следующие группы: взаимодействием водной суспензии мелкодисперсного известняка или мела с очищенной от фтора и твёрдых взвесей фосфорной кислотой в специальном резиново-кордном реакторе или в системе, состоящей из скоростного смесителя турбинного типа и двухвального смесителя-гранулятора с последующей сушкой, рассевом частиц и возвратом ретура на стадию гранулирования [10 и]; взаимодействием кормового дикальцийфосфата с очищенной фосфорной кислотой [10]; нейтрализацией сухим тонкодисперсным мелом очищенной экстракционной фосфорной кислоты [6]; из кристалического дигидрата дикальцийфосфата взаимодействием его с очищенной фосфорной кислотой [6]; солянокислотным разложением приспособленного фосфатного сырья [2]; обесфториванием двойного суперфосфата [6].
Схема цепи превращений, приводящих к получению МКФ и ДКФ и их смесей, представлена следующими уравнениями реакций: Н3Р04+ CaCO, СаНРС-4 + С02 + Н20 Н3Р04+ СаС03+ Н2О- СаНР04« 2Н20+ С02 Са(Н2Р04)2 Н20 - Н3Р04+ СаНР04+ Н20 Са(Н3Р04)2+ СаСО, 2СаНР04 + С02 + Н20 2Н3Р04+ СаСО., - Са(Н2Р04)2 Н20 + С02 На рис. 1.4. показана принципиальная конструкция SPINDEN-реактора, выполненного из резино-кордной ткани.
Наибольший практический интерес представляет на наш взгляд применение скоростных методов смешения реагентов (тонкоизмельчённые мел или известняк и фосфорная кислота), позволяющих значительно уменьшить диффузионное торможение в системе СаО-РгОб-НгО и таким образом интенсифицировать процесс. Кроме того, скоростное смешение, вероятно, позволит не только ускорить протекание реакции, но и благодаря ударному воздействию получить прочные гранулы материала [12].
Скоростные методы смешения, как известно [13], позволили решить целый ряд аналогичных проблем по интенсификации процессов и гранулированию различных материалов [12]. «Высокоскоростное гранулирование» - процесс получения гранулированного продукта в поле центробежных сил при интенсивном воздействии на гранулируемую смесь лопаток вращающегося рабочего органа, распределяющего обрабатываемый материал равномерным слоем по внутренней поверхности рабочей камеры гранулятора.
В настоящее время в практике высокоскоростного гранулирования мелкодисперсных материалов наибольшее распространение получили агрегаты с горизонтальным расположением цилиндрического корпуса, снабженного патрубками загрузки порошкообразного материала, ввода связующего компонента и выгрузки готового продукта. Внутри корпуса гранулятора установлен центральный вращающийся вал с рядом закрепленных на нем радиальных лопаток или штырей [13].
При работе устройства исходный порошкообразный материал через загрузочный патрубок непрерывным потоком подается в рабочую камеру гранулятора, где при помощи распылительного устройства орошается жидким связующим компонентом. Под воздействием лопаток рабочего органа смесь гранулируется и перемещается в выгрузочную часть корпуса гранулятора. Данная модель протекания процесса является типичной, однако в практике гранулирования встречаются процессы, при которых введение и усреднение жидкой связующей фазы происходит в предварительном смесителе, а в грануляторе происходит рост и уплотнение гранул [9].
В высокоскоростном грануляторе с вертикальным расположением корпуса обрабатываемая смесь подается в загрузочный патрубок, установленный в верхней части корпуса, попадает оттуда в рабочую камеру гранулятора и, двигаясь вдоль нее, смесь гранулируется под интенсивным воздействием лопаток вращающегося рабочего органа и направляется в выгрузочный патрубок. Для создания подпора обрабатываемого материала в нижней части корпуса гранулятора перед выгрузочным патрубком на валу рабочего органа расположено тарельчатое устройство.
В грануляторе с наклонным расположением корпуса материал подается нагнетающим шнеком в нижнюю часть корпуса, где с помощью лопаток рабочего органа перемещается в вертикальном направлении. Процесс грануляции происходит по мере продвижения материала к расположенному в верхней части корпуса выгрузочному патрубку.
Форма исполнения корпуса высокоскоростных грануляторов может быть различна. Наряду с цилиндрической формой, имеющей наибольшее распространение, в практике гранулирования находят применение грануляторы, корпус которых выполнен в форме усеченного конуса.
Неравномерность движения потоков обрабатываемого материала дает возможность отдельным его частицам, не прошедшим стадию гранулообразования, попадать в зону интенсивного движения и выходить из гранулятора вместе с готовым продуктом.
С целью улучшения условий работы агрегатов для достижения необходимых параметров ведения процесса высокоскоростного гранулирования в конструкциях грануляторов используют дополнительные внутренние устройства.
Изучение влияния примесей на обесфторивание ЭФК и путей глубокого удаления фтора
Основным сырьем для производства кормовых фосфатов в ООО «Балаковские минеральные удобрения» является экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), которая содержит, % масс: Р205 - 28 (12,2 Р) и 1,9 F. В дальнейшем ЭФК подвергается концентрированию на вакуум-выпарных установках, в результате чего концентрация Р205 повышается до 54%, а содержание F снижается до 0,5% (отношение P/F = 47). В то же время для использования в производстве кормовых фосфатов пригодна кислота, имеющая отношение P/F в пределах 100-200.
Для снижения содержания фтора до требуемого уровня кислоту подвергают обработке топочными газами при температуре 95-100С, в результате чего получают раствор суперфосфорной кислоты (СФК), в котором концентрация P20s достигает 63%, F - 0,22-0,25% (отношение P/F = 125 и 112 соответственно).
Присутствие в ЭФК повышенного содержания алюминия, железа, кальция, натрия может отрицательно влиять на обесфторивание фосфорной кислоты, связывая фтор в комплексные или малорастворимые соединения, над которыми упругость паров кремнефтороводородной кислоты значительно снижается.
С целью уточнения параметров глубокого обесфторивания ЭФК нами было изучено влияние различных примесей на степень удаления фтора при продувке фосфорной кислоты горячим воздухом при температуре 80-85С. Эксперименты проводились на установке непрерывного действия, принципиальная схема которой показана на рис. 2.1. Основной частью установки является массообменный аппарат пенного типа 1, в который подаётся воздух, нагретый в электропечи 2. Исследования проводили на модельных растворах, состав которых соответствовал среднему составу промышленной упаренной ЭФК из хибинского апатитового концентрата. Примеси вводили в виде чистых соединений соответствующих кислот, оксидов или солей.
Присутствие серной кислоты, как и введение в смесь фосфорной и серной кислот, соединений трёхвалентного железа практически не влияет на степень обесфторивания. Уменьшение степени обесфторивания в присутствии соединений кальция, вероятно, объясняется образованием малорастворимого фторида кальция, происходящего вследствие гидролиза гексафторсиликат-иона.
Наиболее негативный эффект на процесс выделения соединений фтора оказывают примеси алюминия ввиду образования фторалюминивых комплексов AlFn , которые резко снижают упругость паров фтористых соединений. [27] Результаты опытов показывают, что добавление диоксида кремния в количестве 5 кг/т кислоты в 2-3 раза уменьшает остаточное содержание фтора в фосфорной кислоте в связи с разрушением комплексного соединения AlFn3"n и образованием легколетучего тетрафторида кремния.
Влияние ионов натрия на степень обесфторивания фосфорной кислоты изучалось на модельном растворе того же состава с добавлением Na в количестве 0,05-0,4% масс. Расход Si02 составил 5 кг/т кислоты (рис.2.4). Наличие натрия тормозит процесс выделения фтора, так как растворимость кремнефторида натрия при увеличении содержания одноимённого катиона снижается.
Примечание: состав диоксида кремния (отход производства A1F3), % масс: Si02 - 80; A1F3 - 8,5; Н20 - 11,5. Расход - Si02 4 кг/т исходной кислоты, воздуха - 4 кг/кг исходной кислоты. Таким образом, проведенные опыты по удалению фтористых соединений на лабораторной установке непрерывного действия из модельных растворов и промышленной кислоты позволили качественно и количественно оценить влияние на процесс обесфторивания солевого состава ЭФК и добавки диоксида кремния. При глубоком обесфторивании фосфорной кислоты диоксидом кремния возможно получить кормовые фосфаты кальция с низким содержанием фтора, в которых его концентрация составит 0,11-0,15%. Глава 3. Исследование процесса получения кормовых фосфатов кальция с использованием скоростных методов смешения.
В последние годы специалисты различных предприятий, связанных с выпуском и переработкой сыпучих материалов, проявляют большой интерес к современному оборудованию для их смешения и гранулирования -турболопастным смесителям - грануляторам непрерывного и периодического действия. Это связано с возможностью совмещать процессы смешения и гранулирования, регулирования основных характеристик гранулированных продуктов - грансостава, плотности, прочности и формы.
Проведены лабораторные и пилотные исследования по использованию скоростных методов смешения в процессе получения гранулированных кормовых фосфатов кальция: монокальцийфосфата (МКФ) и дикальцийфосфата (ДКФ).
В качестве аппарата для исследований по скоростному смешению и гранулированию был выбран турболопастной гранулятор ТЛ-035 [12] разработки ОАО «ДзержинскТехномаш», снабжённый автоматическим преобразователем частоты вращения японской фирмы Toshiba, позволяющим в рабочих условиях (при загрузке реакционной массы) регулировать окружную скорость вращения перемешивающего устройства от 1,5 до 25 м/с.
Схема расположения рабочих органов в грануляторе ТЛ-035 показана на рисунке 3.1. Основным узлом аппарата является высокооборотный ротор с диаметром диска 160 мм, помещённый в наклонную камеру диаметром 350 мм, вращающуюся с постоянной окружной скоростью 0,417 м/с (50 об/мин), и создающий интенсивное движение материала. Ротор эксцентрично расположен по отношению к оси камеры, а диск ротора находится на расстоянии 3 мм от стенки камеры.
Исследование процесса получения кормовых фосфатов кальция с использованием скоростных методов смешения
Готовый продукт, полученный при проведении пилотных испытаний при грануляции в ТЛ - 035 содержал, % масс: Р0бщ- 22-23; РВОд- 17-21,5; Са -15-17,5; рН 1% раствора - 3,5-3,9. Выход товарной фракции 0,2-2мм - 50-80%. Влажность материала при гранулировании в зависимости от температуры шихты - 10-12%. Прочность гранул - 2,5-5,0 Мпа.
Как видно из рис. 3.2-3.4, при окружных скоростях вращения ротора более 6 м/с процесс взаимодействия значительно интенсифицируется и для получения технологически приемлемых результатов достаточно времени смешения не более 60с.
Степень нейтрализации первого иона водорода фосфорной кислоты в зависимости от времени смешения: иротора-12,5 м/с; t-80-90C; влажность реакционной массы 9-12%; Са/Р-0,67-0,8; сЭфк - 55,5-56,3% масс. Р2О5. При вращении ротора материал под действием центробежной силы прижимается к стенкам камеры, образуя кольцо; происходит его интенсивная осевая и радиальная циркуляция, обеспечивающая быстрое и равномерное перемешивание при высоких скоростях 10-25 м/с. Материал сильно уплотняется, повышается его давление на стенки камеры, возрастают сдвиговые напряжения, происходит интенсивное диспергирование компонентов и быстрый разогрев смеси [12].
При скоростном смешении ускорение процесса взаимодействия фосфорной кислоты и мела обеспечивается более тесным контактом фаз в результате ударного действия лопастей смесителя.
За счет разрушения кристаллической решетки кальциевого сырья протекает быстрое и глубокое взаимодействие его с кислотой. Ретур, вводимый в процесс смешения, практически не экранирует поверхность мела и перемешивание сопровождается разрушением и диспергациеи агрегатов МКФ, в результате чего фосфорная кислота имеет почти беспрепятственный доступ к мелу.
Зависимость выхода товарной фракции от влажности шихты. Дериватографические исследования показали, что удаление влаги из образца моногидрата монокальцийфосфата, содержащего 4% масс, гигроскопической влаги, начинается при температуре 64С. В дальнейшем, согласно кривой ТГ, удаление кристаллизационной воды при дегидратации обезвоженного образца моногидрата дигидрофосфата кальция происходит в интервале температур 120-200С. При нагревании материала выше температуры 120С возможно образование водонерастворимых фосфатов кальция, что обуславливает поддержание температур высушенного материала в определенном интервале температур 100-110С [28-30].
Кривая сушки МКФ имеет S-образный вид, что согласуется с данными, описанными в работе [31]. Сушка пористых материалов, описанная S-кривой, может быть объяснена усадкой гранул МКФ.
В результате проведенных исследований были определены условия получения кормового монокальцийфосфата: концентрация кислоты - 52,0-56,0 % Р2О5; окружная скорость вращения - 12,5 -25 м/с; время смешения - 30-60 с. Предложенная технология заключается в смешении обесфторенной ЭФК с мелом в скоростном смесителе с последующим сушкой полученных гранул в сушильном барабане. Опыты по получению дикальцифосфата. Как указывалось выше, традиционным способом получения ДКФ в России является процесс смешения тонкоизмельченного мела или известняка с дозреванием в барабане-дозревателе [32-33].
Опыты по получению кормового дикальцийфосфата проводились по методике, описанной выше для МКФ. Содержание МКФ в продукте является качественным показателем глубины прохождения процесса образования ДКФ. Чем меньше содержание МКФ в продукте, тем более полно протекает реакция. Результаты исследований представлены на рисунках 3.7-3.9.
Зависимость содержания МКФ в продукте в пересчете на Р2О5 от времени смешения: иротора-12,5 м/с; t-80-90C; влажность реакционной массы 20-23%; Са/Р-1,25-1,32; сЭфк - 45-48%. Как показали эксперименты, скоростной режим смешения ЭФК и мела позволяет интенсифицировать процесс получения ДКФ и исключить стадию дозревания. Для получения продукта с минимальным содержанием МКФ наиболее приемлемой является концентрация исходной кислоты 45-48 % масс. Р2О5. Дальнейшее разбавление кислоты приводит к увеличению влажности материала и сбоям в работе аппарата, увеличение концентрации ЭФК - к значительному недоразложению МКФ. Полученные данные свидетельствуют о том, что в интервале скоростей 12,5-25 м/с, содержание МКФ в продукте минимально (не превышает 0,7 % в пересчете на Р2О5).
На рис. 3.8 точка, соответствующая окружной скорости 1 м/с, является типичной для работы двухвального смесителя, когда содержание Р2О5 водн) составляет от 20 до 30 % (по практическим данным). Проведение процесса получения ДКФ при столь низкой скорости на скоростном аппарате не представляется возможным.
Результаты показывают, что время пребывания около 30 с достаточно для получения ДКФ высокого качества. В ходе проведенных исследований был определен технологический режим получения ДКФ: концентрация ЭФК - 45-48% Р2О5; скорость смешения - 12,5-25 м/с; время смешения -30-60 с.
Состав продукта, полученного в оптимальном режиме: Робщ - не менее 19%; рН (1% раствора) - 4,5-5,2; Са - не менее 24%; НгО - не более 1%; Са/Р - 1,25-1,32, степень перехода фосфора в усвояемую форму не менее 97%.
Результаты проведенных исследований показывают возможность получения кормовых фосфатов кальция (МКФ, МДКФ, ДКФ) с использованием стадии скоростного смешения реагентов. Предложенный вариант имеет ряд выгодных преимуществ перед традиционными методами производства: исключение стадии дозревания (при производстве ДКФ), сокращение времени процесса, упрощение технологической схемы, получение продуктов высокого качества заданного гранулометрического состава. Глава 4. Получение гранулированного кормового монокальцийфосфата с использованием турболопастного смесителя - гранулятора ТЛГ-009
Изложенные в предыдущей главе результаты дали возможность перейти к проведению полузаводских опытов процесса получения МКФ в условиях ООО «БМУ» Для этого на базе турболопастного гранулятора ТЛГ-009 (рис.4.1.) была создана опытная установка производительностью 50-150 кг/час по гранулированному материалу.
Гранулятор снабжён штуцерами для загрузки и выгрузки продукта и форсунками для введения жидкой фазы. Внутри помещён соосный вал, снабжённый запитывающими и перемешивающими лопастями. Каждая группа лопастей выполняет определённую функцию: образование гранул, уплотнение, очистку корпуса от налипшего продукта. Перемещение корпуса относительно смесительных лопастей обеспечивает очистку его от налипшего продукта без остановки гранулятора [12]. В ЗАО «ДзержинскТЕХНОМАШ» разработан типоразмерный ряд смесителей-грануляторов производительностью 0,8-20 т/ч [47], которые могут быть изготовлены на российских машиностроительных заводах.
Нами исследована возможность использования ТЛГ для интенсификации процесса получения кормового монокальцийфосфата и получения его в гранулированном виде. Опыты проводились с использованием ТЛГ-009, в который подавалась шихта, полученная в двухвальном смесителе с влажностью около 7% масс. После прохождения ТЛГ шихта высушивалась и подвергалась рассеву. При проведении испытаний варьировались следующие параметры: влажность реакционной массы в ТЛГ -7-13%; окружная скорость на торцах лопастей ротора - 9,0; 11,8 и 14,1м/с. В процессе эксперимента определяли химический, гранулометрический состав КМКФ и прочность гранул.
Зависимости степени нейтрализации первого иона водорода фосфорной кислоты от времени пребывания материала, и влажности исходной смеси в ТЛГ-009 представлены нарис. 4.2-4.3. С увеличением влажности МКФ, обработанного в ТЛГ, свободная кислотность в высушенном продукте снижается до минимального значения и достигает 0,1-0,4%.
Получение гранулированного кормового монокальцийфосфата с использованием турболопастного смесителя - гранулятора ТЛГ-009
Гранулятор снабжён штуцерами для загрузки и выгрузки продукта и форсунками для введения жидкой фазы. Внутри помещён соосный вал, снабжённый запитывающими и перемешивающими лопастями. Каждая группа лопастей выполняет определённую функцию: образование гранул, уплотнение, очистку корпуса от налипшего продукта. Перемещение корпуса относительно смесительных лопастей обеспечивает очистку его от налипшего продукта без остановки гранулятора [12]. В ЗАО «ДзержинскТЕХНОМАШ» разработан типоразмерный ряд смесителей-грануляторов производительностью 0,8-20 т/ч [47], которые могут быть изготовлены на российских машиностроительных заводах.
Нами исследована возможность использования ТЛГ для интенсификации процесса получения кормового монокальцийфосфата и получения его в гранулированном виде. Опыты проводились с использованием ТЛГ-009, в который подавалась шихта, полученная в двухвальном смесителе с влажностью около 7% масс. После прохождения ТЛГ шихта высушивалась и подвергалась рассеву. При проведении испытаний варьировались следующие параметры: влажность реакционной массы в ТЛГ -7-13%; окружная скорость на торцах лопастей ротора - 9,0; 11,8 и 14,1м/с. В процессе эксперимента определяли химический, гранулометрический состав КМКФ и прочность гранул.
Зависимости степени нейтрализации первого иона водорода фосфорной кислоты от времени пребывания материала, и влажности исходной смеси в ТЛГ-009 представлены нарис. 4.2-4.3.
Зависимость прочности гранул от влажности шихты: иРотора-9,0-14м/с Содержание пылевидной фракции при обработке продукта, выходящего из двухвального смесителя, абсорбционным раствором в ТЛГ снижается до 0,9-3,2%.
Увеличение влажности материала в ТЛГ выше 13% приводит к возрастанию в высушенном продукте доли крупной фракции (более 2 мм) до 85%. Таким образом, проведенные в производстве кормового монокальцийфосфата испытания турболопастного гранулятора ТЛГ-009 производительностью до 150 кг/час показали высокую эффективность дополнительной обработки реакционной массы после двухвального смесителя.
При влажности 11-13% и окружной скорости на концах лопастей - 9,0-14 м/с были достигнуты следующие показатели: степень нейтрализации первого иона водорода фосфорной кислоты -99-100%; содержание в продукте фракции менее 0,2 мм — 1-3 %; повышение прочности гранул до 3,0-3,5 МПа. При проведении опытно-промышенных испытаний с использованием ТЛГ была показана возможность получения гранулированного монодикальцийфосфата разного состава.
Содержание фракции менее 0,2 мм, % 0,5-1 1-1,2 Таким образом, использование скоростных методов смешения позволяет довести степень взаимодействия фосфорной кислоты и мела до 100%, и получить продукт с высокой прочностью гранул. Глава 5. Получение кормовых фосфатов кальция с использованием аппаратов БГС. Способность аппаратов БГС к одновременному гранулированию и сушке материала [34-35] была использована нами для разработки и опытно-промышленной проверки технологии получения кормовых фосфатов кальция. Для приготовления суспензии фосфатов кальция использовали процесс взаимодействия мела и фосфорной кислоты [36]. С целью определения оптимальной влажности для образования подвижной суспензии фосфатов кальция в лабораторных условиях были изучены реологические свойства суспензий, которые зависят не только от влажности суспензии, а также от времени «старения» и температуры. Одновременно определяли химический состав суспензии (содержание Робіш Рвод; Са; НгО; НзРОдсв.) и состав продукта после сушки материала при 100С до постоянного веса. В качестве исходных компонентов использовали: суперфосфорную (концентрированную) кислоту с содержанием 63,3% масс. Р2О5; мел с содержанием основного вещества 98,7%.масс. Загрузку реагентов производили несколькими способами: в разбавленную кислоту - с концентрацией 22-25% Р2О5 -добавляли сухой мел; в водную суспензию мела с содержанием 25-36% СаСОз добавляли концентрированную кислоту; в суперфосфорную кислоту с содержанием Р2О5 - 63,3% масс, добавляли раствор мела с содержанием 25-35% основного вещества. При взаимодействии мела с разбавленными кислотами наблюдалось обильное пеновыделение. Способ загрузки влияет на скорость реакции и устойчивость пены: наименьшее пеновыделение наблюдалось при добавлении суперфосфорной кислоты в суспензию мела, при этом реакция проходит практически на 100% (СОг в продукте отсутствует).
Зависимость динамической вязкости и текучести суспензии МКФ от ее влажности представлена на рис.5.1 и 5.2. Зависимости получены для соотношения Са/Р в суспензии 0,645-0,84 при температурах 40 С и 85 С .
