Содержание к диссертации
Введение
1. Гранулирование и капсулирование как способы улучшения свойств дисперсных и гранулированных продуктов 13
1.1. Методы получения гранул с модифицированными свойствами 13
1.1.1.Особенности процессов гранулирования и характеристики 13
1.1.2. Классификация методов гранулирования 14
1.1.3. Цели кап аудирования и виды капсулированных гранул 19
1.1.4. Классификация методов капсулирования 22
1.2. Математическое описание процессов гранулирования и капсулирования, осуществляемых методом окатывания 28
1.2.1. Моделирование процессов гранулирования дисперсных материалов 28
1.2.2. Моделирование процессии нанесения оболочек на гранулы и растворения капсулированных продуктов 34
1.3. Оборудование для гранулирования и нанесения оболочек на гранулы минеральных удобрений 41
2. Математическое описание процесса капсулирования гранул минеральных удобрений в композиционные оболочки 49
2.1. Математическая модель процесса капсулирования при периодическом режиме работы тарельчатого гранулятора 50
2.2. Математическое описание процесса капсулирования при непрерывном режиме работы тарельчатого гранулятора 57
3. Математическое моделирование процесса растворения капсулированных гранул 67
3.1. Массоперенос через композиционную оболочку в условиях лабораторной установки (в окружающую жидкость) 67
3.2. Массоперенос в системе капсулированная гранула - пористая среда 77
4. Экспериментальные исследования процессов капсулирования гранул минеральных удобрений и растворения капсулированных продуктов 85
4.1. Экспериментальные исследования процесса получения композиционных оболочек на гранулах 85
4.2. Экспериментальные исследования процесса растворения капсулированных гранул 95
5. Разработка методики расчета процесса капсулирования минеральных удобрений з тарельчатом рануляторе 108
5.1. Материальный и тепловой балансы процесса капсулирования в тарельчатом грануляторе 108
5.2. Методика расчета процесса капсулирования гранул в композиционные оболочки в тарельчатом грануляторе 112
Основные результаты и выводы по работе 117
Литература 119
- Моделирование процессов гранулирования дисперсных материалов
- Математическое описание процесса капсулирования при непрерывном режиме работы тарельчатого гранулятора
- Массоперенос в системе капсулированная гранула - пористая среда
- Экспериментальные исследования процесса растворения капсулированных гранул
Введение к работе
Процессы капсул ирования гранулированных продуктов применяются с целью повышения их качества, улучшения товарного вида, расширения функциональных возможностей [1? 12, 13, 14, 16,31,32,33].
В общем виде, применительно к разным веществам, находящимся в различных агрегатных состояниях, капсул ироеание предполагает изоляцию частиц капсулируемого вещества от окружающей среды и друг друга без регламентации структуры, размеров и формы составных элементов капсулы - ядра и оболочки [30], Заключением материалов в оболочки можно уменьшить реакционную способность, удлинить сроки хранения неустойчивых и бысгропортящихся веществ, изменять плотность, гранулометрический состав, прочность, маскировать цвет, вкус, запах и т.д. [16].
Одной из основных целей капсулирования минеральных удобрений является обеспечение замедленного или управляемого высвобождения целевого компонента в окружающую среду, что позволяет избежать вымывания удобрений из почвы, накопления нитритов и нитратов в растениях из-за их нерационального питания на различных стадиях роста.
В настоящее время разработаны различные типы оболочек и методы их нанесения, позволяющие регулировать скорость растворения гранул минеральных удобрений. Однако в основном к получению качественных капсул приводит использование дорогостоящих полимерных покрытий и осуществление дополнительной обработки исходных гранул минеральных удобрений с целью достижения сферической формы частиц с гладкой поверхностью и отсутствием усадочных каналов,
Кансулирование минеральных удобрений, выпускаемых с помощью современных промышленных технологий, и обладающих различными дефектами и неровной поверхностью возможно посредством нанесения толстой оболочки. Такой процесс можно называть как капсул про, потому что наносится защитная оболочка, так и гранулированием или догранулированием, потому что в ходе процесса наблюдается значительное увеличение размеров частиц (что уже само по себе увеличивает прочность и время растворения гранул),
Гранулирование — совокупность физических и физико-химических процессов, обеспечивающих формирование частиц определенного спектра размеров, формы, необходимой структуры и физических свойств [1].
Известно значительное количество способов агрегирования дисперсных материалов. Наиболее производительными являются физические методы _І6]- в производстве минеральных удобрений широко распространен метод грануляции окатыванием. Для его осуществления обычно применяют один из двух типов устройств грануляторон — барабанный или тарельчатый. Сравнивая работу данных аппаратов, следует отдать предпочтение тарельчатым, поскольку они обладают лучшим классифицирующим действием, требуют меньше рецикла, удобны в эксплуатации, так как допускают визуальное наблюдение, возможность регулирования параметров, сравнительно легко поддаются наладке при переходе на другой продукт, имеют меньшую массу и габариты. Однако тарельчатый гранулятор не эффективен при проведении процесса, сопровождаемого химическими реакциями, и менее удобен для удаления пыли и испарений. [1]
В мало гоннажных, многоассортиментных производствах с целью сокращения номенклатуры используемого оборудования рационально применять один и тот же аппарат, как для гранулирования, так и для капсул ирования дисперсных материалов.
Число дисперсных продуктов, для которых требуется гранулированная или капсулированная выпускная форма, постоянно увеличивается, поэтому надежное моделирование этих процессов весьма актуально.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением кафедры ПАХТ "Разработка новых высоко интенсивных гетерогенных процессов и их аппаратурное оформление" в рамках тематического плана НИР Ивановского государственного химико-технологического университета на 2006 — 2010 г. Данная работа является продолжением исследований по капсул ированию и модифицированию минеральных удобрении, проводившихся на кафедре ПАХТ ИГХТУ (ИГХТА, ИХТИ) В.Н. Кисельниковым, Л.Н. Овчинниковым, В.А, Кругловым, AT. Липиным, А, Г. Бердншсовым,
Объект исследования: процесс нанесения толстых композиционных оболочек на гранулы минеральных удобрений в тарельчатом грануляторе.
Цель работы:
Разработка процесса получения на тарельчатом грануляторе капсулированных минеральных удобрений с толстой композиционной оболочкой, методики его расчета и оценка величины пролонгирующего эффекта капсулы.
Научная новизна:
Разработана математическая модель, описывающая эволюцию гранулометрического состава в процессе формирования толстой композиционной оболочки на гранулах минеральных удобрений и учитывающая сепарационный эффект тарельчатого гранулятора,
2. Определены эффективные коэффициенты диффузии карбамида и аммиачной селитры через композиционные оболочки различных составов (карбонат кальция + метилцеллюлоза, сульфат калия ч- силикат натрия, карбонат кальция силикат натрия, сульфат калия -і- гидрат сульфата кальция, карбонат кальция гидрат сульфата кальция, сульфат калия + полиакрил амид, карбонат кальция + полиакрил амид) и в модельной пористой среде.
3. Разработаны математические модели процесса растворения гранул, капсулированньгх в композиционные оболочки, в водном растворе и во влажной пористой среде, позволяющие прогнозировать кинетику высвобождения целевого компонента.
4. Экспериментально установлена величина пролонгирующего эффекта композиционных оболочек различного состава и толщины. Практическая ценность:
1. Разработана методика расчета процесса нанесения толстой композиционной оболочки на гранулы минеральных в периодическом и непрерывном режимах работы тарельчатого гранулятора.
2. Выявлены рациональные режимно-технолотческие параметры процесса нанесения композиционных оболочек на гранулы минеральных удобрений.
3. Разработана методика расчета процесса растворения кап сулі ірованньтх минеральных удобрений в водном растворе и в пористой среде,
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель эволюции гранулометрического состава при капсулировании минеральных удобрений в толстые композиционные оболочки при периодическом и непрерывном режимах работы тарельчатого гранулятора,
2. Результаты экспериментальных исследований процесса нанесения-композиционных оболочек на гранулы минеральных удобрений.
3. Математические модели процесса растворения капсул иров энных минеральных удобрений в водном растворе и во влажной пористой среде,
4. Результаты экспериментальных . исследований процесса растворения капсулированпых гранул.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в восьми опубликованных печатных работах, в том числе две статьи Б.изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 11 таблиц. Список литературы нключает 103 наименования.
Моделирование процессов гранулирования дисперсных материалов
В работе [53] минеральные удобрения предлагается обрабатывать при температуре от 45 до 100С нанесением на поверхность смеси поверхностно-активного вещества с пленкообразующим веществом в водной среде. Для нанесения могут быть использованы как ионогенные, так п неионогенные поверхностно-активные вещества. Пленкообразующее вещество может быть выбрано из группы, включающей амшюформалъдегидные и эпоксидные смолы, поливинилацетат и животные клеи. Техническим результатом нанесения добавок при повышенной температуре является увеличение прочности на 40-60%.
В данном разделе рассматриваются процессы гранулирования и капсулообразования на поверхности гранул, осуществляемые методом окатывания. В грануляторах различных размеров и конструкций работающих при разных режимах окатывания, осуществляются процессы образования, роста и уплотнения гранул, которые подчиняются единым закономерностям, позволяющим описать их аналитически [1]. Интенсивность процессов агломерации и нарастания оболочки вокруг ядра зависит от длины пути, траектории и скорости движения гранулы по поверхности гранулятора. Точное описание кинетики грануло о бразоваї шя является сложно реализуемой задачей. Для расчетов используют в основном эмпирические и полуэмпирические зависимости. В работе [1] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследовании Коганом А.М кинетики гранулирования в тарельчатом грануляторе. Предложенная математическая модель, включающая в себя уравнение материального баланса для гранул і-й фракции и исходных частиц, позволяет принять допущение об образовании і-й фракции из (і-І)-й в результате сцепления ее частиц с исходными частицами го Из формул (1-2) и (1.3) следует, что скорость роста зависит от диаметра частиц и увеличивается с возрастанием последнего. Автором также исследована зависимость скорости роста от режима работы гранулятора. Выяснено, что скорость роста возрастает с увеличением числа оборотов диска. Коэффициент заполнения влияет на размер гранул косвенно, через время пребывания. С уменьшением т размер гранул уменьшается. Скорость роста от коэффициента заполнения не зависит и растет с увеличением диаметра диска. Авторами работ [18, 25] предлагается формально трактовать гранулообразозанне в порошках как фазовое превращение в системе порошок (фаза с неупорядоченной структурой — аналог, например, расплава в процессах кристаллизации) — гранулы (фаза с упорядоченной структурой — аналог кристаллической фазы). Превращение порошка в гранулы происходит, как в случае любого фазового превращения, за счет образования и роста центров гранулообразования (аналог центров тфисталлизации) в объеме порошка (аналог расплава) (подобно гомогенной кристаллизации), либо за счет роста внесенных в порошок частиц ротура (подобно і"ЄТерогснной кристаллизации), либо за счет совместного действия этих факторов. При этом механическая энергия, диссипируемая в гранулируемом слое порошка, является аналогом температуры (меры кинетической энергии молекул), В случае если температура системы выше температуры фазового превращения, кристаллизация переходит в плавление. При аналогичном повышении механической энергии, дисеипируемой в гранулируемом слое, по достижении определенного уровня энергии гранулирование переходит в дробление агрегатов. Движущей силой процесса кристаллизации и параметром, от которого зависят скорости зарождения и роста кристаллов в расплаве, является переохлаждение расплава At. Аналогом этой величины при іранулировапии является разность ДЬ между величиной энергии, при которой прекращается гранулирование (но не начинается дробление агрегатов), и величиной энергии, дисси пир осанной в слое при гранулировании ("недонаеыщении" ДЬ диссипиро ванной энергией гранулируемого слоя). Эта гипотеза позволяет при исследовании и расчете процессов гранулирования мелкодисперсных материалов использовать модельные представления, математический аппарат и практические приемы хорошо разработанной теории тфисталлизации. Скорость зародышеобразования w при гранулировании (но аналогии с теорией кристаллизации) предлагается трактовать как наиболее вероятное число центров превращения М(т), образующихся в объеме V в единицу времени: Вероятность образования Р(К,т) за время т числа К центров гранулирования хорошо описывается распределением Пуассона, так как в этом случае число элементарных актов — столкновений частиц порошка — велико, а вероятность положительного события — образования гранулы — мала. Для определения Р(т) фиксировали время появления первой гранулы. Опыт повторяли 20 — 50 раз. Из полученного массива экспериментальных данных (nz - общее число опытов) определяли число опытов п(х), в которых к моменту времени т появлялась первая гранула, рассчитывали отношение п(т)/(п -ні). Затем по опытным данным строили зависимость подходе к вычислению w допустима погрешность в определении времени-. начала превращения (появления: первого зародыша), поскольку прн расчете w использовалось приращение соответствующих функций. Важно лишь, чтобы эта погрешность во всех опытах бы л а. систематической. В работе [19] представлена математическая модель роста гранул в аппарате барабанного типа с обратным шпеком. Взаимодействие газожидкостного потока с частицами ретура предлагается характеризови п. усредненным приращением размеров этих частиц при однократном прохоэкдении ими зоны распыления раствора. Пусть р. — L вероятность возврата гранулы обратным шнеком в зону распыления раствора; q — вероятность 1-ого, что гранула попадет в устройство, через, которое осуществляется выгрузка продукта,избирабана. Тогда в соответствии с: [55] вероятность того,.что гранула попадет в зону распыления раствора К раз до попадания в устройство ныгрузки, будет иметь вид:
Математическое описание процесса капсулирования при непрерывном режиме работы тарельчатого гранулятора
Устройство работает следующим образом. Исходные компоненты порошкообразных материалов подаются внутрь барабана через загрузочную течку 4. Благодаря вращению барабана материал захватывается пересыпными лопатками б с нижней части барабана, поднимается и начинает ссыпаться с лопаток, образуя падающую завесу, на которую через распылительную форсунку 5 напыляется связующая жидкость. В результате напыления связующей жидкости образуются агломераты, которые по мере вращения барабана начинают перемещаться вдоль его оси в направлении выгрузки. По мере продвижения материала происходят окончательное формирование кондиционных гранул и сепарирование их по размерам. Окончательное фракционное разделение материала происходит в конусном классификаторе 8, в котором крупные гранулы, располагающиеся на поверхности, высыпаются- из барабана, а мелкие, оседающие в нижних, придонных слоях, захватываются обратным шнеком 7 и транспортируются в головную часть барабана, где попадают в зону напыления и подвергаются повторной грануляции.
По принципу окатывания также работают тарельчатые грануляторы. Гранулообразование в таких аппаратах имеет свои особенности, связанные со значительной величиной центробежных сил, развивающихся в этих аппаратах. На гранулы, находящиеся на вращающейся тарели, действует сила тяжести, центробежная сила и сила трения. Благодаря действию центробежной силы и силы трения, гранулы прижимаются ко дну гарели и поднимаются вместе с ним на определенную высоту, а затем под действием силы тяжести скатываются по дну вниз. Форма траектории гранул приближается к спирали. По мере того, как гранулы увеличиваются в размере, они постепенно перемещаются в слое вверх и к борту тарели, когда гранулы приобретают ігужньїй размер, они перекатываются через борт тарели, В работе [79] представлен гранулятор с наклонной тарелыо 1 диаметром Д, глубиной Н, с радиусом закругления R и углом наклона к горизонту а.— сепарирующее устройство-Согласно изобретению, в тарельчатый гранулятор дополнительно введены регулирующая пластина 7 и стол-нож 8. Регулирующая пластина 7 установлена в тарели перпендикулярно и с зазором 25 - 35 мм относительно дна тарели, стол-нож 8 установлен таким образом, что кромка лезвия параллельна плоскости дна тарели и ориентирована навстречу вращения тарели. Сепарирующее устройство 10 выполнено из прутков, параллельных дну тарели с равномерным зазором между ними в виде гребенки, перпендикулярной дну тарели.
Поднимаясь вместе с вращающейся тарелью 1, часть гранул, у которых сила тяжести преодолевает силу трения, скатывается вниз по поверхности слоя (естественное скатывание), часть гранул отражается регулирующей пластиной 7, а часть гранул проходит через зазор между регулирующей пластиной 7 и двом тарели \. Активно перекатывающиеся, как за счет естественного скатывания, так и за счет отражения от пластины 7 гранулы подвергаются напылению жидкой фазой, например, расплавом аммиачной селитры, через форсунки 6. Гранулы, прошедшие через зазор между. пластиной 7 и дном тарели 1, счищаются лезвием стола-ножа 8. скользящим по дну тарели навстречу движению гранул и.подаются на стол-нож 8, закрепленный на крышке 3 на стойких 9. Перекатываясь по столу-ножу 8, гранулы подвергаются напылению. По мере роста гранулы, достигнувшие требуемого размера, за счет центробежной силы перекатываются через борт тарели L в разгрузочный патрубок 4 и выводятся из тарельчатого гранулятора для дальнейшей обработки. Выгрузке готовых гранул способствует также сепарирующее устройство 10, которое пропускает через себя лишь гранулы менее 2,5-3 мм в соответствии с зазором между параллельными прутками гребенки сепарирующего устройства 10. Гранулы, прошедшие через сепарирующее устройство 10, двигаются вверх вместе с вращающейся тарелыо 1, и описанный цикл повторяется до тех пор, пока работает гранулятор. В представленном тарельчатом грануляторе наряду, с естественным скатыванием гранул создается дополнительное воздействие на гранулы для их активного перекатывания. Кроме того, обеспечивав сея - своевременный отвод из гранулятора гранул, достигнувших требуемого размера. Это L позволяет создать дополнительные зоны активного переката, а следовательно, роста гранул и эффективней использовать для роста гранул зону естественного скатывания. Таким образом, анализ литературных источников дает представление о существующих способах капсулирования и гранулирования дисперсных-материалов, а также об аппаратурном оформлении данных процессов. Выбор той или иной конструкции аппарата зависит от свойств обрабатываемого вещества, технических возможностей монтажа и эксплуатации оборудования. Капсулирование гранул минеральных удобрений толстыми оболочками можно трактовать как послойное гранулирование или "догранулирование", что позволяет использовать однотипное аппаратурное оформление. Сложность протекающих процессов обуславливает необходимость применения методов математического и физического моделирования. В связи с вышеизложенным были поставлены следующие задачи:
Массоперенос в системе капсулированная гранула - пористая среда
В таблице 4.1 представлены основные параметры процесса и характеристики продуктов. Здесь за относительную массу оболочки принимали отношение масс капсулы OI0G И исходной гранулы гл . Для определения прочности капсул ированных удобрений навеску гранул среднего диаметра подвергали раздавливанию под прессом. За предельную нагрузку принималась сила, под действием которой происходило повреждение поверхности гранулы. Влажность продукта есть отношение массы влаги к массе гранулы. Масса влаги в продукте находилась следующим образом: предварительно взвешенную на аналитических весах навеску гранул высушивали до постоянного веса в сушильном шкафу, после чего находили разность масс навески гранул до и после сушки.
Компоненты оболочки должны образовывать равномерную капсулу, замедляющую время высвобождения растворенного вещества. Кроме того, они должны не нагружать почву, а нести в себе полезные для растений микроэлементы. Карбонат кальция, например, используется для подщелачивания почвы, кальций наиболее экономичен для повышения рН почвы, кроме того, он является очень важным элементом питания растений, улучшает структуру почвы, делает ее рассыпчатой, структурированной, стимулирует развитие полезных почвенных микроорганизмов, кальций влияет на доступность растениям ряда макро- и микроэлементов. При увеличении количества кальция в почве возрастает поступление в растения ионов аммония, молибдена, но снижается подвижность марганца, цинка, бора. Сульфат калия является полезным удобрением и намного эффективнее влияет на величину урожая и его качество, если его применять в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями. Гипс применяют в качестве кальциевого удобрення на засоленных (и поэтому щелочных) почвах, имеющих избыток натрия и недостаток кальция. [94, 95]. Метилцеллюлоза и полиакриламид со временем разлагаются на простые продукты. Силикат натрия в процессе образования оболочки переходит в труднорастворимую в воде форму и время его вывода из почвы выше, чем у другим связующих. Оптимальная скорость вращения тарели гранулятора находится в интервале от 35 до 55 об/мин, угол наклона — 60е, 70. В пределах этих значений параметров работы аппарата наблюдалось наиболее равномерное нанесение оболочки на гранулы, эффективно использовалась площадь поверхности тарели, не происходило агломерации гранул, потерь материала в результате выброса частиц из гранулятора, В процессе капсулирования наблюдалось существенное увеличение диаметров частиц на 0,5 - 0,8 мм, Данный факт, а также использование связующих веществ при нанесении оболочек позволили существенно повысить прочность гранул. Так у образцов с соотношением масс оболочки и ядра близким к единице наблюдалось увеличение прочности в два-три раза по сравнению с прочностью исходных частиц. Отвод влаги с помощью обогрева тарели гранулятора инфракрасным излучателем позволил достичь относительно низких значений влажности продукта.
Расчеты по предложенным в третьей главе математическим моделям процесса растворения гран}1 л минеральных удобрений, покрытых композиционными оболочками, позволили спрогнозировать рациональные режимно-технодопгческие параметры проведения экспериментов по растворению капсулированных гранул в жидкости и пористой среде. Эксперименты по определению времени растворения капсул ир о ванных гранул проводились на лабораторной установке рис 4.8 [99]. ёмкости 1 с установленной на её дне кюветой 6 для исследуемого образца 8 пропеллерной мешалки 2 с принодом от злектродвкгателя 3 и ковдуктометрического анализатора жидкости АЖК 3102 5 с датчиком проточно-погружного типа 4. Пропеллерная мешалка обеспечивает равномерность распределения растворенного вещества по объему жидкости и создает поток, омывающий электроды кондуктометрического датчика. На данной установке проводился экс пресс-анализ процесса растворения кансулированных удобрений. Навеска гранул помещалась в кювету 6, которая в свою очередь погружалась в стеклянную ячейку 1, заполненную водой в объеме один литр. Концентрация растворенного вещества определялась через установленные промежутки времени по значениям электрической проводимости растиора, которые отображались на дисплее измерительного прибора 5. Содержание вещества в окружающей жидкости в любой момент времени в течение процесса растворения было низким, значения движущей силы процесса - высокими, из-за чего полное высвобождение растворенного вещества происходило бьюірее, чем, если бы процесс растворения проводился в реальных условиях в почве, Эффект замедления высвобождения полезного компонента из гранулы ОЦЄНИІІИЛИ путем сравнения концентрационных кривых, полученных при растворении капсулированных и некапсулированных гранул. Для описания киисгики процесса растворения была использована величина относительной концентрации, характеризующая массовую долю вещества, перешедшего в раствор: где СжСт), С - соответственно значения концентрации аммиачной селитры в окружающем растворе в процессе и в конце опыта, кг/м . На рис. 4.9 — 4.15 изображены кривые растворения капсул иро ванных минеральных удобрений, покрытых оболочками различного состава и-толщины. Под рисунками есті- таблицьт с характеристиками продуктов соответственно кривым растворения. В этих таблицах общее замедление процесса выделения полезного компонента определяется как отношение времени растворения капсулированных гранул т5 к времени растворения аммиачной селитры г0 при одинаковых условиях. Скорость растворении на начальном участке W находится по тангенсу угла касательной, проведенной через начальный отрезок кривой растворения. Замедление на начальном участке есть отношение начальной скорости растворения капсулированной гранулы Wj к начальной скорости растворения исходного удобрения Wo.
Экспериментальные исследования процесса растворения капсулированных гранул
Образование твердых частиц необходимого размера при гранулировании происходит либо единовременно, либо постепенно, Поэтому различают процессы гранулирования, протекающие без изменения размеров частиц во времени, с изменением размера частиц во времени и с
образованием новых частиц л ростом нмеюшихся частиц, В зависимости от требовании, предъявляемых к гранулометрическому составу продукта, получаемые при гранулировании мелкие частицы либо возвращают в процесс (ретурныЙ процесс), либо постоянно выводят из upozcecca (безретурный процесс),
Эффективность процесса гранулирования зависит от механизма грануло образования, который, в свою очередь, определяется способом гранулирования и его аппаратурным оформлением [4 — 8]. В связи с этим методы гранулирования целесообразно классифицировать следующим образом [1, 41]: — окатывание (формирование гранул в процессе их агрегации или послойного роста с последующим уплотнением структуры); — диспергирование жидкости в свободный объем или нейтральную среду (образование и отвердевание капель жидкости при охлаждении в газе или жидкости); — диспергирование жидкости на поверхность гранул, находящихся во взвешенном состоянии (кристаллизация тонких пленок в результате их обезвоживания или охлаждения на поверхности гранул); — прессование сухих порошков (получение брикетов, плиток и т. п. с последующим их дроблением на гранулы требуемого размера); — формование или экструзия (продавливание вязкой жидкости или пастообразной массы через отверстия), Гранулирование методом окатывания состоит в предварительном образовании агрегатов из равномерно смоченных частиц или в наслаивании сухих частиц на смоченные ядра — центры грапулообразования. Этот процесс обусловлен действием капиллярно-адсорбционных сил сцепления между частицами и последующим уплотнением структуры, вызванным силами взаимодействия между частицами в плотном динамическом слое, например в грануляторах барабанного или тарельчатого типов [18, 19, 25, 42 —45]. Гранулирование методом диспергирования жидкости в свободный объем заключается в разбрызгивании жидкости» например безводного плава гранулируемого вещества, на капли, приближенно однородные по размеру и последующей их кристаллизации при охлаждении в нейтральной среде (воздухе, масле и т. и.) [42, 46].
Гранулироиание сухих порошков методом прессования, т. е. уплотнения под действием внешних сил, основано на формировании плотной структуры вещества, что обусловлено возникновением прочных когезионных связей между частицами при их сжатии [37, 47]. Гранулирование методом диспергирования жидкости (пульп, J растворов, суспензий, плавов) на поверхность частиц во взвешенном состоянии заключается в импульсном нанесении на твердые частицы тонких пленок исходного вещества и поел сдую щей сушке (или охлаждении) в потоке теплоносителя [48], Гранулирование методом формования или экструзии состоит в продавливании пастообразной массы, представляющей собой либо увлажненную шихту, либо смесь порошка с легкоплавким компонентом, через перфорированные приспособления с последующей сушкой гранул или их охлаждением [49].
Ассортимент продукции, получаемой с помощью различных методов гранул кропания, постоянно расширяется, совершенствуются старые методы производства, разрабатываются новые.
В работе [29] представлен способ получения известково-аммиачной селитры, которая по агрохимической эффективности не уступает стандартной форме нитрата аммония? но менее пожаро-взрывоопасна. Авторами было проанализировано влияние различных технологических параметров на производительность, надежность барабанного гранулятора-еушилки (БГС) и качество получаемой в нем известково-аммиачной селитры. Анализ результатов исследований выявил зависимости показателей качества продукта от режимно-конструктивных параметров. Эти зависимости выражены системой уравнении, результатом решения которой являются следующие значения параметров работы технологической линии: - для узла гранулирования и сушки: влажность суспензии ИАС 20-25 %, расход распыливающего воздуха на форсунку — 70-100 MJ/T, давление распыливающего воздуха— 1,2-1,5 атм, скорость сушильного агента — 1,5-1,7 м/с, температура сушильного агента - 230-250 С, температура отработанного сушильного агента — 85-95 С, относительная влажность отработанного сушильного агента Т 3-17 %, время пребывания твердой фазы в аппарате БГС - 0,6-0,75 ч, соотношение внешний ретур:продукт - 1,5:1; — для узла классификации но размерам: размеры ячеек верхнего сита 5,5x5,5 мм, нижнего сита - 2,8x2,8, удельная нагрузка при эффективности классификации на нижнем сите- 0,85 3,0-3,5 т/м ч, амплитуда колебаний — 2,0-2,5 мм, угол наклона сит— 13—15 град. Отклонение любого из параметров БГС. от указанных диапазонов приводит к нарушению стабильности процесса и уменьшает выход товарной фракции.
В работе [34] описывается способ получения гранулированного композитної топлива из угольной мелочи и растительной добавки (например, древесных опилок или свекловичного жома). Данная смесь подвергается измельчению, далее 1/3 полученной массы направляется на смешение се связующим и образование зародышевых зерен в турболопастном смесителе. Далее зародышевые зерна вместе с остальной частью смеси Б объеме около 2/3 направляются из смесителя в тарельчатый гранулятор. Гранулирование выполняется при угле наклона тарели 45 - 75 град и скорости вращения 30 — 90 об/мин в течение 20 — 30 мин. На выходе получаются гранулы диаметром 15 — 30 мм. Приготовление зародышевых зерен в процессе подготовки составляющих смеси непосредственно перед подачей в гранулятор позволяет получать гранулы однородной структуры и высокой прочности. Авторы работы [35] предлагают способ получения прочных гранул удобрений из тонкодисперсных порошкообразных материалов, позволяющий повысить содержание полезных компонентов в готовой продукции за счет того, что гранулирование тонкодисперсных порошкообразных материалов ведется методом окатывания в тарельчатом или барабанном іранулнторе, а в качестве жидкой фазы используют водную вытяжку растворимых компонентов из этих же удобрений, температура которой находится в интервале 80 - 90С. При этом возможно гранулирование весьма тонкодисперсных порошкообразных материалов, имеющих микронную крупность частиц, с получением гранул требуемой крупности 1—4 мм,
Существуют способы получения минеральных удобрений пролонгированного действия, заключающиеся в добавлении к исходной смеси различных компонентов, обеспечивающих контролируемое высвобождение питательных веществ, и последующем гранулировании в аппаратах различных типов.
