Введение к работе
Актуальность темы
Пористая аммиачная селитра (ПАС) применяется для приготовления промышленных взрывчатых веществ (ВВ), используемых для взрывания необводненных скважин.
Поскольку в России пористая аммиачная селитра требуемого качества производится лишь на отдельных заводах (в частности, ОАО «Акрон»), для изготовления простейших гранулированных промышленных взрывчатых веществ типа гранулита (игданита) продолжают применять аммиачную селитру (АС) сельскохозяйственного назначения, что приводит к низкой эффективности полученных таким образом промышленных взрывчатых веществ.
Не решена до настоящего времени проблема повышения статической прочности гранул и их устойчивости к термическим циклам нагрев <-» охлаждение -20 <-> 60СС. У мировых и лучших российских производителей статическая прочность гранул колеблется в пределах от 4 до 5 Н/гранулу. Предприятия, проводящие промышленные взрывные работы, хотят иметь ее не менее 10 Н/гранулу. Не менее важна и устойчивость гранул к термическим циклам нагрев <-» охлаждение -20 <-» 60С. Решение этих актуальных проблем повышает безопасность проведения взрывных работ и снижает потери продукта при его хранении, транспортировке и применении.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии» (ПАХТ) в соответствии с госбюджетной темой 1Б-3-336 «Разработка энерго-ресурсосберегающих массообменных процессов», а также по инициативной теме кафедры ПАХТ "Разработка технологии и техники процессов гранулирования и капсулирования веществ".
Цель работы
Создание способа получения пористой гранулированной аммиачной селитры повышенной статической прочности и устойчивости к термическим циклам нагрев <-» охлаждение -20 <-> 60С в грануляционной башне производства аммиачной селитры сельскохозяйственного назначения.
Разработка инженерных решений для реконструкции существующих агрегатов АС-72, а также АС-60 и АС-67 с возможностью легко переналаживать производство аммиачной селитры сельскохозяйственного назначения на выпуск пористой аммиачной селитры и обратно, при их минимальной реконструкции.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Проанализирована ситуация на рынке отечественных и зарубежных
производителей пористой аммиачной селитры. f
V:
-
Экспериментально исследовано влияние композиций добавок с целью получения пористой аммиачной селитры повышенной прочности и устойчивости гранул пористой аммиачной селитры к термическим циклам нагрев <-> охлаждение -20 <-» 60С.
-
Экспериментально определены скорости зарождения и роста центров кристаллизации и полиморфных превращений в пористой аммиачной селитре, с предлагаемыми добавками, поскольку статическая прочность и устойчивость к термическим циклам нагрев <-> охлаждение -20 <-» 60С, и пористость гранул зависят от величин скоростей зарождения и роста центров кристаллизации и полиморфных превращений, а также от условий охлаждения кристаллизующихся капель расплава и последующей обработки закристаллизованных гранул.
-
Проведены эксперименты на лабораторных установках, имитирующих гранулирование пористой аммиачной селитры приллированием в грануляционных башнях.
-
Разработана методика расчета гранулометрического состава продукта, получаемого при использовании статических грануляторов. Проведено сравнение результатов вычислительного эксперимента с экспериментальными данными.
-
Разработаны инженерные решения для переналадки (при минимальной реконструкции) агрегата АС-72 производства аммиачной селитры сельскохозяйственного назначения (ГОСТ Р 2-85) под выпуск пористой аммиачной селитры повышенной прочности и обратно, в зависимости от требований потребителей.
Методы исследования
В работе использована теория кристаллизации и полиморфных превращений, ее математическое описание. Теория разностных схем. Экспериментальные методы определения скоростей зарождения и роста центров кристаллизации в капиллярах и полиморфных превращений (скоростной термический анализ, дифференциальный термический анализ, волюмометрия), а также сравнение результатов расчетов с данными скоростного термического анализа.
Научная новизна работы
1. Выявлено влияние компонентов предлагаемой комплексной добавки (её состава, соотношения и последовательности введения компонентов в расплав аммиачной селитры) на физико-механические свойства гранул пористой аммиачной селитры.
-
Показана связь динамики фазовых превращений в кристаллизующихся каплях расплава пористой аммиачной селитры при падении в восходящем потоке охлаждающего воздуха в грануляционных башнях с технологическими параметрами ведения процесса.
-
Впервые экспериментально определены скорости зарождения и роста центров кристаллизации полиморфных превращеніш при фазовых переходах с представленными добавками, объясняющие положительное влияние компонентов предлагаемой добавки на физико-механические свойства пористой аммиачной селитры.
Практическая значимость работы
-
Разработан способ приготовления компонентов комплексной добавки, последовательность их введения в расплав аммиачной селитры при сохранении способа получения и введения в расплав магнезиальной добавки действующего производства аммиачной селитры сельскохозяйственного назначеній.
-
Разработана схема реконструкции агрегата АС-72 производства сельскохозяйственной аммиачной селитры под производство пористой аммиачной селитры при его минимальной реконструкции.
-
Разработана методика расчета статического гранулятора, обеспечивающего требуемый гранулометрический состав пористой аммиачной селитры, с минимальной реконструкцией эксплуатируемого вибростатического акустического гранулятора производства аммиачной селитры сельскохозяйственного назначения при сохранении неизменной производительности.
-
Предложен и запатентован способ получения пористой гранулированной аммиачной селитры (патент РФ № 2396239, опубл. 10.08.2010 г).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на пятом Международном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2009» (Москва, 2009); III Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические техиологии-2009» (Москва, 2009); на первом Международном форуме по интеллектуальной собственности «Expopriority 2009» (Москва, 2009); XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2010» (Суздаль, 2010).
Публикации
По теме диссертации опубликованы 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, а также тезисы 4 докладов на научных конференциях, получен 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 168 страницах, содержит 32 рисунка, 23 таблицы и библиографию из 131 наименования.
