Гранулирование

ПРИЛОЖЕНИЕ

В книге рассмотрены современные представления в основном о широко при­меняемых в промышленности способах гранулирования. Однако представляют значительный интерес и ряд способов, находящихся в стадии разработки. К ним относится виброгранулирование, являющееся разновидностью окатыва­ния на движущейся поверхности [183—186]. Ниже изложены основы этого перспективного для некоторых материалов способа гранулирования.

Движение частиц иа вибрирующей поверхности. Движение поверхности, на которой происходит окатывание гранул, может быть не только равномерным, как в барабанах, тарелках, шнеках и т. п. аппаратах, но и ускоренным, как в виброгра нуляторах.

Рассмотрим особенности движения частиц, расположенных на вибрирую­щей поверхности. Пусть лоток наклонен к горизонту под углом а и совершает прямолинейные гармонические колебания с частотой со и амплитудой А в на­правлении, образующем угол Р с его плоскостью. На частицу массой т, нахо­дящуюся на этом лотке, действует сила тяжести F=mg, сила трения о поверх­ность лотка FrP, нормальная реакция поверхности на частицу N, а также сила инерции /. Движение частицы относительно вибрирующей по гармоническому закону поверхности в системе координат, связанной с этой поверхностью, опи­сывается уравнениями • •

тх—тАы2 cos р sin ют — mg sin сс+/'ц.,

• •

ту=тА ю2 sin р sin ют — mg cos а+Л',

где х, у — ускорения в направлении осей X, У; т — время; ю — угловая часто­та вибрации.

Если частица находится на вибрирующей поверхности и не отрывается от нее, то ее ускорение относительно этой поверхности равно нулю. Тогда из по­следнего уравнения

N=mg cos а — тЛю2 sin р sin ют.

Многочисленные исследования показали, что свойства слоя сыпучего мате­риала при увеличении интенсивности вибрационного воздействия существенно изменяются при начале отрыва частиц друг от друга и от вибрирующей по­верхности, на которой они находятся. До начала отрыва частиц сыпучий мате­риал растекается по вибрирующей поверхности, находясь как бы в состоянии виброожижения. После их отрыва прн увеличении интенсивности колебаний, когда нормальная реакция равна нулю, начинается перемещение материала — слой как бы вскипает. Тогда, согласно последнему уравнению,

ЛкрЮ2кР= (g/sin ют) (cos a/sin Р).

Минимальное критическое ускорение вибрации поверхности, при котором произойдет отрыв частицы, будет при sinft>T=±l, т. е. фазовых углах 90° и 360°. В эти моменты относительное критическое ускорение вибрации равно

ЛкРсо2кр sin pig cos a= ±1.

Для частицы, лежащей на вертикально вибрирующей поверхности, послед­нее выражение принимает вид

Лкр<02кр/£=±1.

Как видно из уравнения, для сыпучих материалов, подвергаемых только вибрационному воздействию, переход слоя из состояния виброожижения к виб - рокипению зависит не от массы частиц, а от ускорения вибрации (Ли2) поверх­ности, на которой находится материал. Состояние виброожижения характери­зуется уменьшением трения между частицами и их проскальзыванием относи тельно друг друга, что способствует более плотной их укладке. В состоянии виброкипения частицы периодически отрываются друг от друга и от поверх­ности. В результате увеличивается объем слоя, значительно снижается внут­реннее трение в системе и начинается перемешивание материала.

Как видно из уравнения, требуемый режим работы может быть достигнут изменением как частоты, так и амплитуды колебаний. Однако увеличение ча­стоты свыше 50 Гц вызывает повышение шума, снижает надежность работы узлов установки. В свою очередь создание больших амплитуд колебаний тре бует громоздких вибраторов, усложняет пуск и остановку машины, связан­ные с проходом через режим резонанса. Поэтому нижний предел частоты виб­раций аппаратов с виброкипящим слоем равен 5 Гц.

Рассмотренные уравнения описывают движение отдельных частиц и не учи­тывают влияние среды, а также специфику воздействия вибраций на слой дис­персного материала. На нижние слои помимо сил, учтенных для отдельных ча­стиц, действует вес вышележащего материала, а на весь слой — давление сре­ды, возникающее в результате захвата слоем газовой среды — насосного дей­ствия виброкипящего слоя. Эти силы прижимают нижний слой к поверхности, препятствуя его отрыву и расширению.

Прн круговой траектории колебаний аппарата и ускорении свыше крити­ческого слой также переходит в состояние виброкипения и начинает совершать циркуляционное перемещение внутри камеры. Наиболее распространенной фор­мой рабочей камеры такого аппарата является горизонтальный цилиндр, тра­ектория любой точки которого лежит в плоскости, перпендикулярной оси ци­линдра и оси дебалансного вибратора.

Условие отрыва слоя от поверхности рабочей камеры без учета свойств материала можно записать в виде

mlg<m2A(o2 sin ф,

где Ш], т2 — масса материала, аппарата и дебалансов вибратора; ф—угол выбрасывания массы материала, зависящий от ускорения вибрации и опреде­ляемый опытным путем.

Если виброкипящий слой создается только вибрационным воздействием, то амплитуда и ускорение вибрации по высоте слоя убывают по экспоненциаль­ному закону. Глубина проникновения в слой колебаний может быть определе­на по формуле

6= (v/2co)°-s=(2A7S/l2co3) (1/6) °.5,

где v—эффективная кинематическая вязкость слоя; со—угловая частота виб­рации; N-—мощность, передаваемая слою; S — площадь поверхности аппара­та, сообщающей колебания слою.

Из формулы видно, что 6 увеличивается по мере снижения частоты коле­баний, т. е. лучше работать с низкими частотами вибрации и с малыми но вы­соте слоями. Но не следует считать, что высота виброкипящего слоя должна ограничиваться только зоной проникновения в него колебаний. Интенсивное перемешивание частиц захватывает значительно большую высоту слоя. Это позволяет создавать хорошую структуру виброкипящего слоя при высотах 300—500 мм. Особым случаем являются аппараты с круговой траекторией дви­жения, в которых возможно создание интенсивно перемешиваемого слоя с еще большими высотами.

Существенное влияние на передачу колебаний через слой оказывает ско­рость продуваемого воздуха. Зависимость амплитуды колебаний поверхности слоя от скорости продуваемого снизу вверх газа имеет явно выраженный мак­симум.

Многочисленные исследования показывают, что перемещение сыпучего ма­териала в виброкнпящем слое не подчиняется законам движения частиц в без­воздушном пространстве. Так, при создании виброкипящего слоя в аппарате с закрытым для доступа воздуха дном материал незначительно отделяется от поверхности. В аппарате с перфорированным дном при тех же вибрациях слой высоко витает в воздухе, на поверхности его образуются фонтаны материа­ла. В последнем случае виброкипящий слой захватывает воздух с низу и вы­тесняет его с верху материала. Виброкипящий слой является как бы насосом, транспортирующим через себя газ.

При определенных параметрах вибрации наблюдается перераспределение в слое частиц, т. е. происходит перемешивание материала. С увеличением раз­мера частиц минимальные параметры вибрации, при которых начинается пе­ремешивание, снижаются. Движение частиц в виброкнпящем слое начинается с верхних слоев материала. С увеличением параметров вибрационного воздей­ствия зона интенсивного перемешивания все глубже уходит в слой.

Перемещение частиц в основном обусловливается движением газа внутри виброкипящего слоя. Возникающие динамические давления и разрежения газа в слое дополнительно к вибрационному воздействию вызывают отрыв частиц друг от друга и способствуют интенсификации их перемешивания.

Для перемешивания сыпучего материала в вакууме можно использовать аппараты с круговой и эллиптической траекториями колебаний. В аппаратах периодического действия такой характер колебаний обеспечивает перемешива­ние материала вследствие инерции, создающей эффект планетарной обкатки материала по внутренней поверхности камеры. В аппаратах непрерывного действия перемешивание происходит вследствие неравномерного перемещения отдельных частиц.

В сосудах небольших размеров перемещение материала направлено у сте­нок сосуда вниз, а в центре — вверх. В аппаратах с большой площадью слоя возникает множество центров фонтанирования и наблюдается интенсивная цир­куляция частиц преимущественно в вертикальном направлении. При направ­ленном поступательном движении материала по лоткам вибрационных устано­вок отдельные частицы движутся по спиральным траекториям, попеременно опускаясь к основанию виброкипящего слоя и выходя на его поверхность.

Зависимость интенсивности перемешивания от высоты слоя имеет резко выраженные максимумы. С увеличением амплитуды колебаний при постоянной частоте вибрации положение максимума в зависимости интенсивности пере­мешивания (n=m/STCM, где т и S — масса и поверхность слоя; тсм — время пе­ремешивания) от высоты слоя не смещается, хотя при этом абсолютное значе­ние ц возрастает. С увеличением частоты колебаний оптимальная высота слоя* отвечающая максимуму р, уменьшается. Основное влияние на перемешивание оказывает амплитуда вибрации. Чем больше амплитуда, тем меньше время смешения и время пребывания частиц на поверхности слоя.

На интенсивность перемешивания существенно влияет направление вибра­ции относительно плоскости лотка. 'Гак, при установке пружин под углом 60° к вертикали гомогенизации частиц размером менее 0,063 мм достигают за 0,6—1,2 ч, а при 70° — только за 5 ч.

Исследовано влияние параметров вибрации на скорость перемещения ча­стиц по высоте слоя У/,. Зависимости Vh от амплитуды и ускорения вибрации имеют явно выраженные максимумы. Чем выше частота вибрации, тем меньше амплитуда колебаний, при которой достигается максимум скорости перемеще­ния, и ниже ее абсолютное значение в сравнении с меньшими частицами. Оп­тимальные условия перемешивания наблюдаются при вполне определенном ускорении вибрации.

При одновременном воздействии вибрации и потока воздуха оптимальные условия перемешивания возникают при меньших параметрах колебания лотка. В области до оптимальных ускорений скорость перемешивания в слое, допол­нительно продуваемом воздухом, выше, чем в виброкипящем слое, создавае­мом только вибрационным воздействием. Однако абсолютные значения макси­мальных скоростей перемешивания при продувке воздухом ниже, чем без про­дувки.

Интенсивность перемешивания при круговой траектории колебаний увели­чивается с повышением скорости и ускорения вибрации. Удельные затраты энергии на обработку материала прн этом снижаются, но одновременно воз­растают механические нагрузки на аппарат. Вследствие этого существуют оп­тимальные технологические параметры, определяемые интенсивностью процес­са, долговечностью и надежностью работы аппарата. Обычно ускорение вибра­ции таких аппаратов лежит в пределах 50—500 м/с®. Интенсивность переме­шивания в этих аппаратах зависит также от массы слоя, размера частиц и их свойств.

Существует минимальная масса материала, при которой наблюдается устой­чивое циркуляционное движение слоя, и максимальная, выше которой при по­стоянных параметрах вибрации скорость циркуляции начинает падать. С уменьшением размера частиц коэффициент трения увеличивается и скорость циркуляции возрастает. Однако при размере частиц менее 2—10 мкм скорость циркуляции снова падает.

В непрерывно действующем аппарате происходит перемещение материала от загрузки к выгрузке. Скорость перемещения и характер движения зависят от параметров вибрационного воздействия, углов направления колебаний и наклона лотка, свойств материала, высоты слоя, направления и скорости про­дувки газа и других факторов.

Среднюю скорость (УСр в м/с) перемещения материала на горизонтальном лотке со сплошным дном при углах направления колебаний Р=20—35° можно определить по формуле

Vcp—кЛы cos р(1 — 1 IK2)0-*,

где К=Асо2 sin p/gcosct—коэффициент режима работы; коэффициент k—0,2— 1,1 зависит от свойств материала и определяется экспериментально.

Средняя скорость перемещения материала по лотку с перфорированным дном, обеспечивающим свободную или принудительную подачу газа под слой, увеличивается в 1,5—3 раза. Меньшее значение этого коэффициента относит­ся к зернистым материалам с высокой воздухопроницаемостью слоя, боль­шее— к порошковым. Замедление скорости перемещения достигается встреч­ным дутьем. Скорость перемещения зернистых материалов зависит и от угла наклона лотков к горизонту а.

Особенности виброграиулироваиия. Анализ свойств виброкипящего слоя показывает, что в нем могут быть созданы все условия для формирования гранул. Вибрационные воздействия, распространяясь в материале, на отдель­ных участках слоя приводят к соударению частиц, что может вызвать их сли­пание. Образовавшиеся зародыши окатываются, т. е. происходит налипание на них порошка и уплотнение агломерата. Эффект окатывания гранул наибо­лее активно проявляется при циркуляции материала по круговой и эллиптиче­ской траекториям колебательного движения аппарата, менее активно — при вер­тикальной направленности вибраций. Прочность агломерата зависит не только от свойств материала и связующего, но и от параметров вибрации.

В образующихся при гранулировании агломератах имеются жидкостные прослойки, поведение которых при вибрациях рассмотрено в работе [183] Выведены формулы для расчета амплитуды и частоты колебаний, а также для расчета максимального размера гранул.

Отмечается [184], что для передачи обрабатываемой среде максимума энергии частота колебаний вибратора должна совпадать с одной из собствен ных частот материала. Однако в процессе гранулирования упругие и вязкие характеристики системы непрерывно изменяются, вследствие изменения раз­мера, формы и структуры частиц. Следовательно, оптимальная частота вибро- гранулирования в рабочем режиме непрерывно изменяется.

Приведенные в работах [183; 184] формулы позволяют лишь приблизи­тельно оценить основные параметры внброгранулирования, что обусловлено допущениями, принятыми при их выводе. Кроме того, в указанные формулы входит ряд эмпирических, трудно определяемых коэффициентов, относящихся к физико-химическим свойствам материалов. Наконец, в формулы не входят

технологические параметры: размер и количество частиц ретура, дисперсность капель жидкости, способ введения ее в слой, характер вибраций и прочие по­казатели, влияющие на формирование гранул. Поэтому для оптимального ре­жима виброгранулирования конкретного материала необходимы эксперимен­тальные исследования.

В работе [21] описаны результаты исследований виброгранулирования вельц-оксидов и цеолитов. Обнаружено, что с увеличением времени гранулиро­вания и влажности прочность необожженных гранул повышается. Однако при влажности вельц-оксидов более 20% выход гранул резко снижается, а при 40% — прекращается вовсе из-за образования пасты. Производительность лот­кового гранулятора составляет 12 т/(м2-ч). Для тех же материалов удельная производительность барабанного гранулятора—только 980 кг/(м2-ч).

Удельный расход электроэнергии при гранулировании в виброкипящем слое не превышал 1,5 кВт-ч, а в барабанном — 5,3 кВт-ч на 1 т полученных гранул. Металлоемкость установки с виброкипящим слоем снижалась, проч­ность гранул повышалась в среднем на 55%.

Виброгранулирование цеолитов со связующим (глуховской глиной) в го­ризонтальной цилиндрической камере, совершающей круговые колебания с ча­стотой 20—50 Гц и амплитудой 1,5—4 мм, позволило за счет снижения вязко­сти системы снизить и оптимальную влажность гранулируемого материала. Наибольшая прочность и лучший фракционный состав получены при влажно­сти 35%,, что на 30% меньше, чем при гранулировании методом экструзии.

В виброгрануляторе с круговой траекторией движения при частоте 50 Гц и амплитуде 3 мм гранулировали суперфосфат [185]. Наилучшие результаты по времени гранулирования, фракционному составу и прочности получены при введении порошковидного суперфосфата в несколько стадий, что объясняется, по-видимому, образованием зародышей, положительно влияющих на после­дующее формирование гранул. Так, при 3—4-стадийном введении порошковид­ного суперфосфата за 2—4 мин виброгранулирования образовывалось 96—97% товарных фракций. С увеличением времени виброгранулирования до 7—10 мин выход товарных фракций снижался до 91—95% из-за повышения выхода мел­ких фракций. Оптимальная влажность при виброгранулировании—11%, при окатывании в барабане — 16%.

Прочность гранул суперфосфата размером 2 мм и влажностью 3%, полу­ченных методом виброгранулирования, составляла в среднем 3,2 МПа. Проч­ность промышленных гранул, полученных в барабанном грануляторе, состав­ляет 2,0 МПа. Увеличение прочности гранул объясняется образованием при виброгранулировании более плотной структуры, что видно из определения пористости гранул. Так, после виброгранулирования объем пор суперфосфата составлял 163 см3/кг, а после гранулирования в барабане — 189 см3/кг.

При виброгранулировании цементных сырьевых смесей также получены гранулы, обладающие лучшими структурно-механическими свойствами, чем гранулы, полученные в тарельчатых и барабанных грануляторах.

Анализ процесса виброгранулирования различных продуктов свидетельст­вует о высокой интенсивности гранулообразования. Получаемый продукт име­ет узкий гранулометрический состав, высокую прочность, низкую влажность. Сопоставление процесса виброгранулирования с окатывания на равномерно движущейся поверхности (в барабане, на тарелке и пр.) показывает, что ис­пользование вибраций позволяет сократить время гранулирования и необхо­димое количество связующего, обеспечивает полезный для гранулирования рас­творимых материалов самонагрев. Все это приводит к уменьшению габаритов грануляторов, снижению удельных энергозатрат и увеличению удельной про­изводительности как гранулятора, так и всей технологической линии.

Недостатки процесса виброгранулирования определяются главным обра­зом повышенным износом отдельных узлов грануляторов и узким интервалом рабочих режимов. Следует отметить, что процесс виброгранулирования иссле­довался в основном при периодическом режиме в небольших лабораторных грануляторах. Поэтому без дальнейших детальных исследований метод вибро­гранулирования пока не может конкурировать с применяемыми в промышлен­ности методами окатывания во вращающихся барабанах и на тарелках.

В предыдущих главах рассмотрены теоретические основы и общие зако­номерности основных процессов гранулирования, применяемых в химической технологии. Использование процессов гранулирования на практике имеет ряд специфических особенностей, продиктованных свойствами гранулируемых ма-
тсриалов, масштабом установок, требованиями, предъявляемыми к качеству гранул.

В этой главе изложены некоторые практические аспекты реализации про­цессов гранулирования в различных отраслях, что дает возможность сопоста­вить особенности технологии гранулирования, использовать новейшие практи­ческие достижения, имеющиеся в смежных областях знаний.

Гранулирование ряда веществ может в принципе изменить традиционные представления о той или иной технологии. Так использование метода грану­лирования для обработки поверхностного слоя почв является новым направ­лением в технологии обработки почв; производство или применение ряда про­дуктов оказалось бы вообще невозможным без придания им формы и свойств гранул.

Ниже рассматриваются практические особенности гранулирования мине­ральных удобрений, фосфатов, фосфогипса, лекарственных веществ, серы, по­лимеров, каучуков, резиновых смесей, синтетических моющих средств, железо­рудных концентратов, металлов и сплавов, почв. Практика гранулирования зна­чительно шире рассмотренных примеров, однако уже этот перечень производи­мых с помощью гранулирования продуктов и материалов дает, на наш взгляд, наглядное представление об актуальности и возможностях развития процессов гранулирования.

Гранулирование минеральных удобрений. Азотные удобрения (аммиачная селитра и карбамид) гранулируют путем диспергирования рас­плава в полых грануляционных башнях -[18].

Раствор аммиачной селитры концентрацией 62—65%, полученный в ап­парате ИТН (с использованием тепла нейтрализации) упаривают до плава концентрацией 98,4—98,6%, а затем доупаривают до 99,7% iNH^NOs. Плав по­ступает в грануляционную башню, продуваемую воздухом в режиме противо­тока из расчета 8—10 м8 на 1 кг продукта. Полученные гранулы выгружают прн температуре 70—90 °С и направляют на охлаждение, рассев н опудри - вание.

В агрегатах большой мощности АС-72 плав прн температуре 190 °С раз­брызгивают в башне, гранулируют и охлаждают до 125—130 °С, а затем в псевдоожиженном слое доохлаждают до 45—55 °С.

Раствор карбамида после дистилляции направляют на выпарку, проводи мую в две стадии: при температуре 118—120 °С и давлении 22—27 кПа до кон­центрации карбамида 92—93% и при 135—140 °С и 3 кПа до концентрации 99,5—99,8%. Плав гранулируют и охлаждают в башие, затем рассеивают по лучаемые гранулы. Товарную фракцию кондиционируют.

Фосфорные удобрения (простой и двойной суперфосфаты) гра нулируют методом окатывания и путем диспергирования пульп на поверхность частиц с одновременной сушкой гранул в барабанном грануляторе-сушилке (БГС) [18].

Шихту простого суперфосфата, получаемую после сернокислотного разло­жения фосфата и складского вызревания, смешивают с кальцийсодержащими нейтрализующими добавками, гранулируют в барабанном грануляторе с ув­лажнением водой или паром, высушивают полученные гранулы. После рассева товарную фракцию охлаждают, а крупную дробят и вместе с мелкой возвра щают в процесс в качестве ретура. Поточный метод получения двойного супер­фосфата предусматривает смешение фосфорита с фосфорной кислотой в реак­

торе при температуре 50—60 °С в течение 1 ч до разложения фосфорита на 52—55%- Сушку и гранулирование пульпы осуществляют путем диспергирова ния ее на поверхность частиц слоя в аппарате БГС. Температуру слоя поддер­живают 90—95 °С. при этом осуществляется доразложенне фосфатного сырья до 70—80%. После гранулирования проводят рассев и охлаждение продукта.

Калийные удобрения (хлорид калия) гранулируют методом прес­сования кристаллического продукта, который получают следующим образом. Раствор хлорида калия медленно охлаждают в многоступенчатой вакуум-кри - сталлизационной установке, где выделяется крупнокристаллический (не меиее 0,15 мм) KCI. Сгущенную пульпу подают на горизонтальные автоматические центрифуги периодического действия, где получают кристаллы KCI влажно­стью 5—8%- Их сушат во вращающемся барабане или в аппарате с псевдоожи­женным слоем при температуре слоя я* 100 °С до влажности 1—1.5%. Порош­ковидный хлорид калия прессуют иа валковых прессах при скорости прессо­вания 0,80—0,84 м/с и давлении 400—500 МПа.

Гранулированный продукт, получаемый после дробления прессованной плитки, рассеивают с выделением товарной фракции 1—5 мм. Крупные части­цы вновь дробят и вместе с мелкими возвращают на повторное прессование.

Сложные комплексные удобрення содержат два или три ос­новных питательных элемента (азот, фосфор и калий), а иногда и другие, например магинй, кальций, серу, микроэлементы. Гранулированные сложные удобрения получают либо кислотной переработкой природных фосфатов с по­лучением азотфосфорсодержащей пульпы, либо аммонизацией кислоты (смеси кислот). Нейтрализованные пульпы прн необходимости смешивают с калий­ным компонентом. Переработку пульп и гранулирование сложных удобрений осуществляют по нескольким технологическим схемам [18].

Фосфаты аммония (аммофос) получают по двум схемам: с кон­центрированием фосфорной кислоты, с концентрированием пульпы. По первой схеме экстракционную фосфорную кислоту упаривают в вакуум-выпарных аппа­ратах до концентрации 52—54% Р2О5. разбавляют стоками от абсорбции до 47% P2Os и частично аммонизируют до соотношения NH3: Н3РО4=0,7 в ем­костных реакторах. Далее пульпу разбрызгивают на поверхность частиц ретура в аммонизаторе-грануляторе (АГ) при одновременной подаче в него под слой материала аммиака.

Шихту в аммонизаторе-грануляторе нейтрализуют до соотношении NH3 : Н3Р04= 1,05—1,1 и гранулируют при температуре 80—90° и влажности 1,5—2,5%, а затем высушивают в барабанной сушилке. По второй схеме вна­чале аммонизируют неупаренную фосфорную кислоту, затем осуществляют кон­центрирование пульпы до содержания в ней влаги 18—35%. Гранулирование и сушку полученной пульпы ведут в барабанном грануляторе-сушилке (БГС). Общими для двух схем являются стадии рассева гранулированного продукта н охлаждения товарной фракция.

Тройные (NPK) сложные удобрения также получают по двум схемам: с одной стадией гранулирования, а также с двухстадийным гранули­рованием.

По первой схеме частично аммонизированную пульпу фосфатов аммония с молярным соотношением NH3: Н3РО4=0,7 подают в аппарат АГ, где ее сме­шивают и гранулируют вместе с ретуром (кратность 4—8), хлоридом калия и нитратом аммонии (в виде плава). Гранулируемую шихту нейтрализуют ам­

миаком до соотношения NH3 : НзР04= 1,05—1,1, а затем гранулируют и сушат в режиме, близком к описанному выше.

По второй схеме часть концентрированной фосфорной кислоты аммони­зируют в емкостном реакторе до мольного соотношения 0,7, направляют в ап­парат АГ для смешения, гранулирования и донейтрализации до NH3 : Н3РО«= = 1,1 с плавом нитрата аммония, хлоридом калия и ретуром.

Другую часть фосфорной кислоты разбавляют стоками от абсорбции до содержания 40% Р2О5, аммонизируют в струйном реакторе до соотношения NH3: НзР04= 1,1 и диспергируют на поверхность частиц в аппарате БГС, куда также подают шихту из аппарата АГ. Благодаря улучшению условий сушки в БГС всего гранулированного продукта (большая часть влаги находится в поверхностном слое гранул, что позволяет интенсифицировать процесс сушки и уменьшить время пребывания материала в аппарате) производительность всей линии увеличивается на 10—15% по сравнению с одностадийной схемой гранулирования сложных (NPK.) удобрений.

Кондиционирование и капсулироваиие гранул удобрений. Хранение и при­менение гранулированных удобрений иногда затруднено из-за неудовлетвори­тельных физико-механнческих свойств. Вынужденное смешение нескольких со­лей приводит к еще большему ухудшению свойств смеси главным образом в результате увеличения гигроскопичности и слеживаемости.

Доведение физико-мехаиических свойств гранул удобрений до уровня, обес­печивающего его длительную сохранность, называют кондиционированием. Этот процесс заключается в снижении гигроскопичности и слеживаемости путем по­верхностного модифицирования гранул, т. е. нанесения на них веществ, пред­отвращающих поглощение удобрением влаги, образование кристаллических связей между отдельными гранулами.

В качестве гидрофильных модификаторов используют природные силика­ты н алюмосиликаты: диатомит (кизельгур), каолии, перлит и др. Из гидро­фобных порошков наибольший практический интерес в качестве антислежива - теля представляют вермикулит и тальк. Для улучшения их налипаемости ис­пользуют вязкие омасливающие агенты, в том числе с некоторым содержанием полимеров.

Для кондиционирования гранул удобрений используют также поверхиосг - но-активные вещества (ПАВ): высшие алифатические амины и их кубовые остатки, сульфонат, сульфанол, диспергатор НФ, стеарат кальция и др.

Под капсулированием гранулированных удобрений понимают процесс по­крытия их различными защитными пленками. Пленки могут быть как органи­ческого (карбамидо-формальдегндные и другие смолы, воск, парафин, битум, кремиеорганические соединения), так н неорганического происхождения (сера, фосфогипс, доломит, фосфоритная мука, магнезит н пр.).

Основные требования к покрытиям: достаточная толщина, прочность и плотность оболочки, равномерность ее распределения по поверхности гранул. Процесс покрытия гранул пленками аналогичен процессу гранулирования.

Практический интерес представляет процесс покрытия гранул гигроскопич­ного удобрения (карбамида) пленками меиее гигроскопичного удобрения (ам­мофоса) илн смеси аммофоса и хлорида калия. Этот процесс осуществлен в аппарате с псевдоожиженным слоем [121]. Пульпу аммофоса готовили аммо - низацией фосфорной кислоты концентрацией 42% Р2О5 в емкостном реакторе, куда подавали кристаллический хлорид калия. Пульпу распиливали пневмо­механической форсункой внутрь псевдоожиженного слоя при одновременной подаче гранул карбамида. Полученные гранулы представляли собой механи­ческую смесь компонентов (NPK), имели четко очерченную границу раздела ядра (карбамида) и поверхностной пленки (смеси аммофоса и хлорида калия). Двухслойные гранулы такого типа имели улучшенные физико-механнческие свойства, не слеживались при длительном хранеини.

Гранулирование фосфоритов. Для современного электротермического про­изводства желтого фосфора необходимо окускованне мелких фракций добы­того из недр фосфатного сырья. Из всех известных способов окускования для фосфоритовой мелочи наиболее целесообразными признаны варианты агломе­рации ее путем спекания на колосниковой решетке и окомкования тонкоиз - мельченного фосфатного сырья с последующим обжигом окатышей. Техноло­гия агломерации фосфоритовой мелочи Каратау с последующим восстановле­нием полученного агломерата в рудиотермических электропечах впервые в СССР осуществлена на Новоджамбулском фосфорном заводе [178].

Агломерационную шихту, состоящую из фосфоритовой руды, возврата (ретура), топлива и флюса, перед укладкой на спекательные тележки аглома - хиины тщательно перемешивают, увлажняют и подвергают окомковаиию.

Процесс спекания начинается с зажигания, при котором верхний слой шихты нагревается продуктами сгорания топлива и частично оплавляется, что сопровождается формированием в нем структуры агломерата. Прн этом вос­пламеняется топливо, содержащееся в шихте. После завершения зажигания процесс идет без внешнего источника тепла за счет теплоты горения топлива в слое шихты при просасывании через него воздуха.

С самого начала в спекаемом слое шихты образуется несколько зон с разными структурой материала н характером протекающих в них процессов. Воздух, просасываемый через спекаемый слой сверху вниз, попадает сначала в зону охлаждения готового агломерата. Нагретый до сравнительно высоких температур (850—900 °С) воздух поступает в зону плавления (формирования агломерата). Проникая далее в нижележащие слои, газ нагревает слой высу­шенной шихты. Эту часть спекаемого слоя называют зоной интенсивного нагре­ва, в которой протекают основные химические реакции: горение топлива ших­ты, диссоциация карбонатов и образование силикатов, восстановление оксидов железа.

Ниже зоны нагрева расположена зона сушки, в которой происходит испа­рение влаги шихты и дальнейшее снижение температуры газа. В этой зоне к газу, выходящему из зоны горения, добавляется значительное количество водя­ных паров. Как правило, температура исходной шихты, расположенной в ниж­них слоях, меньше температуры газа, выходящего из зоны сушки. Поэтому при охлаждении газ оказывается пересыщенным парами воды и часть влаги конденсируется на шихте. Ниже зоны конденсации расположен слой исходной шихты.

Прн движении воздуха в слое сверху вниз зоны горения и плавления по­степенно перемещаются к колосниковой решетке, проходя всю высоту слоя. На движущейся агломерационной ленте все перечисленные зоны располагают­ся с наклоном к ее разгрузочному концу, где весь слой представлен спеченным и охлаждающимся агломератом.

Процесс окомкования фосфоритов с последующим обжигом окатышей наи­более целесообразен для тонкодисперсных руд, для которых другие способы окусковання (гранулирования) меиее эффективны. Для окомкования фосфат­ной мелочи обычно используют барабанный или тарельчатый грануляторы. Прн окомковании апатитового концентрата или его смеси с флоридским фос­форитом в качестве связующих веществ используют (Германия) смесь глиня­ной суспензии, котрельного молока и жидкого стекла. Связующее подают не­посредственно в гранулятор в процессе окомкования шихты. Обжиг окатышей проводят во вращающемся барабане или иа решетке Леполя, имеющей три зоны: сушки, обжига, выдержки. Температура обжига находится в пределах 900—1000 °С. Обожженные окатыши перегружают на другую, холодильную ре­шетку обжиговой машины. После охлаждения и контрольного грохочения то­варную фракцию (3—60 мм) направляют в производство желтого фосфора, мелочь возвращают в процесс. Кускн крупнее 60 мм подвергают дроблению и также возвращают на стадию окомкования.

На отечественных фосфорных заводах, работающих на кусковых фосфори­тах, также имеются установки для окомкования мелочи, образовавшейся при транспортировке и декарбонизации руды, с получением и обжигом окатышей. Окомкование проводят в тарельчатых грануляторах. В качестве связующего используют смесь глиняного и котрельного молока.

К гранулированию фосфоритов прибегают иногда с целью их подготовки к кислотной переработке. Процесс получения экстракционной фосфорной кис­лоты из карбонатсодержащих фосфоритов сопровождается интенсивным пено - образованнем в реакционном объеме. Известны различные методы предотвра­щения пенообразования н пеногашения. Наиболее распространенным нз них является декарбонизация фосфоритов в процессе обжига. Существует также много способов пеногашения путем добавления на стадии разложения фосфат­ного сырья химических пеногасителей. Однако реализация всех этих способов связана с большими затратами. Значительно более экономичным и эффектов ным представляется способ предварительной обработки карбонатсодержащих фосфоритов в грануляторе смесью фосфорной и серной кислот [179]. В про­цессе гранулирования происходит частичная декарбонизация фосфатного сырья и значительное уменьшение его удельной поверхности, что очень важно для последующего взаимодействия гранулированного сырья с сернофосфорно- кнслыми растворами. Для гранулирования фосфоритов с целью их декарбони­зации могут быть использованы тарельчатый н барабанный грануляторы. Раз­мер получаемых гранул 1—5 мм.

Гранулирование фосфогипса. Применяют в основном два способа гранули­рования фосфогипса: окатыванием с использованием связующего и уплотнени­ем на вальцевых прессах (метод прессования) [180].

При гранулировании методом окатывания в качестве связующих, упроч­няющих добавок используют глину, жидкое стекло, гашеную известь, техноло­гическую пыль цементного производства и пиритный огарок. В смеситель од­новременно подают фосфогипс и связующую добавку. После перемешивания в течение 2—4 мин смесь подают во вращающийся барабан для увлажнения и окатывания. Влажность шихты в грануляторе изменяется от 13 до 32% в за­висимости от вида и количества связующих добавок. Время гранулирования составляет 5—10 мин. Влажные гранулы из гранулятора поступают в сушиль­ный барабан.

Фосфогипс в смесн с огарком можно гранулировать в любых соотношени­ях при общей влажности шихты 32—39% и времени пребывания в грануляторе 5—7 мин. В ИОНХе АН Арм. ССР разработана и внедрена в промышленность технология гранулирования фосфогнпса, основанная на использовании в каче­стве связующего части фосфогнпса, обезвоженной до образования ангидрита сульфата кальция. Суть этой технологии заключается в следующем: исходный фосфогипс после фильтра делят на два потока, один из которых (40% от об­щего потока) подвергают сушке и дегидратации с получением ангидритового вяжущего. Затем часть полученного ангидрита и второй поток исходного фос - фогипса смешивают в смесителе при общей влажности смеси 32—37%. После смесителя продукт гранулируют в барабанном грануляторе при влажности 23— 27% и одновременной подаче в гранулятор оставшейся части ангидрита на опудривание гранул. Способ внедрен на Гомельском химическом заводе, где построен первый в стране цех гранулирования фосфогнпса мощностью 540 тыс. т/год.

Близкой к описанной выше является технология гранулирования фосфо- гипса, предложенная фирмой «Onoda» (Япония). На первой стадии процесса осуществляют дегидратацию фосфогнпса — до образования фосфополугидрата или растворимого ангидрита. Затем проводят гидратацию обезвоженного про­дукта в присутствии известкового молока. При этом на стадии дегидратации фосфогнпса происходит вытеснение Р2О5 (вод.), а затем образование нераство­римого фосфата. Растворимые соединения фтора после нейтрализации извест­ковым молоком также переходят в нерастворимые фториды. В процессе гидра­тации фосфополугидрата известковым молоком происходит гранулирование фосфогнпса с получением гранул, прочность которых отвечает требованиям при транспортировании и хранении. Размеры получаемых гранул 5—20 мм при общей влажности 10—15%.

Для гранулирования фосфополугидрата сульфата кальция в качестве ак­тивирующей добавки используют CafNQsb-

Для гранулирования фосфогнпса в качестве связующего используют также (3-форму полугидрата сульфата кальция и процесс проводят с использованием тарельчатого гранулятора. Исходный фосфогипс измельчают и высушивают до содержания гигроскопической влаги 6%, затем его увлажняют и смешивают с полугидратом сульфита кальция и подают в гранулятор. Расход воды изменя­ют в пределах 260—330 мл на 1 кг фосфогнпса в зависимости от количества добавляемого связующего. Для получения гранул диаметром 2—4 мм и проч­ностью на раздавливание более 0,1 МПа рекомендуемое соотношение полугид - рат : фосфогипс составляет 38 : 62. Продолжительность гранулирования состав­ляет 2—3 мин.

Первые исследования возможности гранулирования фосфогнпса методом прессования проведены в НИУИФ [180]. Результаты исследований показали, что содержание гигроскопической влаги в прессовках фосфогнпса, прочность и плотность полученных гранул существенно зависят от давления прессования. Гигроскопическая влага, содержание которой в исходном фосфогипсе составляет «20%, достаточно легко выдавливается из порошка при давлениях прессова­ния до 100 МПа. Максимум плотности и прочности гранул соответствует струк­туре обезвоженного дигидрата, т. е. полному отсутствию гигроскопической влаги. Учитывая, что к прочности гранул фосфогнпса не предъявляют высоких требований и вполне удовлетворительными являются значения прочности на раздавливание 0,5—1,0 МПа, исходный фосфогипс рекомендуют до прессова­ния подсушивать до содержания гигроскопической влаги 5—6% и прессовать иод давлением 100—200 МПа.

Установлена возможность получения гранул фосфогнпса прн прессовании смеси фосфополугидрата и днгидрата в соотношении 1 : 2 при общей исходной влажности смеси 25—30%.

Перспективным является процесс получения окускованного фосфогнпса (фосфогинсового щебня) методом непрерывного прессования [181J.

Окускованне смеси фосфогнпса с нейтрализующей добавкой проводят спе­канием под давлением, при этом не требуются подвод теплоты извне, дополни­тельный обжиг и применение связующих. Процесс окускования фосфогнпса включает следующие стадии:

нейтрализация фосфогнпса известью в лопастном смесителе;

обезвоживание фосфогипсовой смеси в центрифуге, либо путем низкотем­пературной сушки;

прессование фосфогипсовой смеси влажностью до 5% на валковом прессе.

При давлении прессования 400—500 МПа и скорости прокатки 0,25— 0,33 м/с толщина ленты окускованного фосфогнпса составляет 8—10 мм, раз­мер частиц 3—50 мм.

Гранулироваиие серы. Гранулированне серы в зависимости от ее агрегат­ного состояния осуществляют различными способами. Гранулы из расплава серы получают, как правило, диспергированием расплава с кристаллизацией капель в потоке хладоагента, из порошковидной серы — прессованием с обра­зованием плиток или таблеток.

В промышленном масштабе наибольшее распространение получили спосо­бы гранулирования серы из расплава с охлаждением капель воздухом или во­дой. При этом способ гранулирования с охлаждением капель воздухом назы­вают сухим, а способ гранулирования с охлаждением водой — мокрым.

При сухом гранулировании расплав серы при температуре 125— 127 °С разбрызгивают в верхней части грануляционной башни высотой 30— 90 м, а образованные при этом капли — гранулы охлаждают в противотоке воздухом (по аналогии с гранулированием расплавов азотных удобрений). По­лученные гранулы, представляющие собой сферические частицы диаметром «2 мм, выгружаются из нижней части башни, а воздух выводится сверху.

Доохлаждение гранул в нижней части башни завершается в псевдоожи­женном слое в течение нескольких минут. Мелкие частички серы, скорость ви­тания которых ниже скорости воздуха в сечении башни, поднимаются вверх навстречу формирующимся каплям расплава серы и служат своего рода за­родышами для кристаллизации капель. В таких условиях капли, поглощая за­травочные кристаллы, приобретают правильную сферическую форму, являются однородными.

Этот способ гранулирования серы связан с большими капитальными и низкими эксплуатационными затратами, он требует сложной системы очистки отходящих газов от пыли.

Способ мокрого гранулирования серы основан на использова­нии следующих свойств серы и воды: гидрофобности серы, значительной раз­ности в плотности и теплоемкости серы и воды.

Основным условием для мокрого гранулирования является безударный ввод струй расплава серы в воду, в противном случае капли серы, попадая на поверхность воды, разбрызгиваются и мгновенно застывают в виде пленки, перекрывая доступ к воде следующим каплям. При безударном (мягком) вво­де струй расплава серы в слой воды они дробятся на капли, которые приоб­ретают форму шара. Капля расплава, переохлаждается в воде до температу­ры начала кристаллизации в поверхностном слое. В дальнейшем фронт кри­сталлизации движется в глубь капли со скоростью, определяемой линейной ско­ростью роста кристаллов и отводом тепла от межфазной границы. В центре гранулы при этом из-за разности плотностей расплава и кристаллической фа­зы возникает усадочная раковина. По окончании процесса кристаллизации про­исходит доохлаждение гранулы.

Процесс мокрого гранулирования серы из расплава состоит из следующих основных стадий: формирование, обезвоживание, сушка гранул, складирование. Качество получаемых гранул зависит от многих факторов. Большое значение имеет температура жидкой серы и охлаждающей воды. Для получения высо­копрочных гранул необходимо, чтобы разница температур расплава серы н во­ды была минимальной. Гранулы обезвоживаются и при необходимости высу­шиваются. Диаметр гранул, полученных таким образом, составляет 0,5—6 мм, а содержание в них внутренней влаги да 0,25%. Плотность гранул 1280— 1400 кг/м3, а угол естественного откоса 30—35°.

Существуют и другие способы гранулирования серы из расплава (чешупро - вание, формование и окомкование), но их применение на практике ограничено малыми масштабами производства.

Гранулирование методом прессования используют для получе­ния гранул из порошкообразной серы. На практике прессование серы прово­дят в несколько стадий: пластификация серы путем введения добавок ПАВ и воды, прессование или экструзия полученной пасгы, последующая сушка гранул.

Пластификация является важной стадией процесса, которая основана на образовании высококонцентрировапной коагуляционной структуры. Введение добавок ПАВ в обрабатываемую массу облегчает процесс пластификации, так как приводит к образованию более рыхлых структур. При пластификации из­мельченной серы наблюдается явление тиксотропии, поэтому необходимо избе­гать интенсивного механического воздействия (перемешивания) на пластифи­цируемую композицию.

Гранулирование пластифицированной массы проводят в различных аппа­ратах: валковых, червячных прессах, бесшнековых экструдерах, ленточных прессах. Для гранулирования порошковидной серы в основном используют грануляторы экструзионного типа, пригодные для гранулирования материалов влажностью 1—15%- Гранулы серы, полученные таким образом, используют для получения резиновых смесей, что обеспечивает устранение пылеобразешз - ния, улучшает дозирование и внутризаводское транспортирование серы раз­личными транспортными средствами.

Гранулирование других химических продуктов. Процессы гранулирования широко используются также в технологии полимеров, каучуков и резиновых смесей синтетических моющих средств и ряда других химических продуктов. Для гранулирования термопластов, каучуков и резиновых смесей используют метод экструзии, при котором образование гранул происходит при продавли - вании пластично-вязкой массы с помощью шнека через головку экструдера с последующим разрезанием или дроблением материала. Наибольшее распростра­нение получили червячные экструдеры. Порошкообразный материал плавят и

выдавливают в виде жгутов или лент, которые режут непосредственно после выхода из головки или дробят после охлаждения в специальной ванне.

Установка для гранулирования синтетических смол состоит из плавителя смолы, транспортера из латунной ленты, которая охлаждается водой, и шести­валковой формующей машины. Смолу при температуре 125—130 °С из плавн- тсля подают иа латунную ленту транспортера, где она растекается по ширине ленты слоем толщиной 4—6 мм и охлаждается до 85—90 °С. Пластичная мас­са с ленты поступает в зазор верхней гладкой пары валков формующей маши­ны, где усредняется по толщине до 5 мм. В зазоре второй и третьей пар вал­ков нарезаются продольные и поперечные канавки. Далее смола в виде сфор­мованной ленты поступает на транспортер, на котором охлаждается холодным воздухом до 25- -30 °С. Разделение затвердевшей смолы на отдельные гранулы размером 5X5X5 мм происходит при удалении с транспортера.

Большую часть синтетических моющих средств (СМС) производят в мел- когранулированном виде, причем 90% гранул получают в результате распыли­тельной сушки растворов, а 10% — методом сухого смешения мелкогранулиро - ванного ПАВ, получаемого в распылительной башне, с остальными компонен­тами СМС. Порошки СМС должны иметь заданный гранулометрический состав н насыпную плотность, не слеживаться, быстро растворяться в воде. Основная фракция мелкогранулированных СМС должна быть в пределах 0,3—1,0 мм, на­сыпная плотность — 0,25—0,35 кг/дм3. Для получения однородного мелкбгра - нулированного продукта СМС необходим мягкий режим сушки в распылитель­ной сушилке, работающей в режиме прямотока.

Гранулирование фармацевтических препаратов. Для них используют прак­тически все известные методы гранулирования: прессование (таблетирование), формование продавливанием, брикетирование и измельчение, окатывание, дис­пергирование и способ получения гранул в псевдоожиженном слое.

Таблетки, приготовленные методом прессования, имеют разнообразные раз­меры, форму и массу. Наиболее распространенной формой является низкий ци­линдр с двояковыпуклой торцевой поверхностью. Такая геометрическая форма обеспечивает максимальную прочность таблетки при минимальных ее массе и размере. Диаметр таблеток колеблется от 3 до 25 мм. Кроме лекарственных веществ в состав таблеток входят другие компоненты, называемые вспомога­тельными веществами. Если лекарственные вещества обеспечивают терапевти­ческий эффект, то вспомогательные выполняют двойную функцию: с одной стороны, они улучшают физико-механические свойства прессуемой массы, с другой — обеспечивают освобождение лекарственного вещества из состава таблетки с необходимой скоростью.

Процесс прессования лекарственных препаратов осуществляется в несколь­ко стадий: подготовка материала, смешение, гранулирование и прессование.

Подготовка материала заключается в подсушивании, измельчении или прес­совании лекарственных и вспомогательных веществ. Все вещества, предназна­ченные для таблетирования, перемешивают в смесителях для сухого смешения, а затем загружают смесь в другую емкость, где ее увлажняют раствором свя­зующего вещества для последующего гранулирования, которое необходимо для улучшения сыпучести таблетируемой смеси и предотвращения ее расслаивания.

Гранулирование формованием осуществляется путем продавливания пере­мешанной и увлажненной массы через перфорированные поверхности в проти­рочных машинах. Формованием обычно получают гранулы размером 0,5—

3,0 мм. Полученные гранулы высушивают в сушильных установках, чаще всего в аппаратах с псевдоожиженным слоем.

Гранулирование измельчением проводят после предварительного вальцева­ния или брикетирования смеси порошкообразных материалов. Брикеты измель­чают на мельницах и полученный продукт подвергают классификации с выде­лением фракции 1—2 мм.

Гранулирование окатыванием осуществляют следующим образом. Лекар­ственные вещества, разбавитель и другие вещества загружают в дражиро - вальный котел из нержавеющей стали н перемешивают при скорости вращения котла 30 об/мин. После перемешивания на слон порошкообразной массы рас­пиливают воду. Затем скорость вращения котла плавно уменьшают до 3 об/мин. При этом идут процессы образования и окатывания гранул. После этого в котел подают теплый воздух для сушки гранул.

Гранулирование диспергированием суспензии проводят в распылительной сушилке. Приготовленные из таких гранул таблетки обладают высокой проч­ностью и прессуются при более низком давлении.

Наиболее перспективным является предложенный в последние годы метод получения гранул в псевдоожиженном слое. Гранулнрование в псевдоожижен­ном слое может быть осуществлено двумя способами: распылением раствора, содержащего вспомогательные и лекарственные вещества, на поверхность псев доожиженных частиц; непосредственным гранулированием порошков. Для гра­нулирования используют, как правило, цилиндро-конические или конические расширяющиеся кверху многосекционные аппараты. Использование аппаратов с псевдоожиженным слоем позволяет получать более однородные гранулы в результате классификации частиц по размерам непосредственно при гранули­ровании. Однородные и округлые гранулы значительно улучшают качество спрессованных из них таблеток, повышают точность дозирования лекарствен­ных веществ.

Прессование таблеток из гранулированной или порошкообразной массы проводят с помощью таблеточных машин, которые в зависимости от типа п конструкции развивают давление в диапазоне 100—-1000 МПа.

Для защиты таблеток от неблагоприятных воздействий внешних факторов и устранения раздражающего воздействия лекарственных веществ на пищева­рительный тракт на таблетки наносят разного рода покрытия и оболочки. На­несение покрытий также сродни процессам гранулирования наслаиванием, на­несением пленкообразующих веществ.

Для заключения в оболочку микроскопических твердых, жидких или газо­образных частиц лекарственных веществ используют микрокапсулированне. Различают физические, физико-химические и химические методы получения микрокапсул. К физическим методам относится механическое нанесение обо­лочки на твердые или жидкие частицы лекарственного вещества. С этой целью используют аппараты с псевдоожиженным слоем, вращающийся дражироваль - ный котел, распылительную сушилку и др.

Физико-химические методы получения микрокапсул привлекают прежде всего возможностью получения ядра в виде газа, жидкости или твердого те­ла, причем жидкое ядро может представлять собой истинный раствор, колло­идный раствор или суспензию. Это стало возможным в результате использо­вания для микрокапсулирования явления коацервации.

Процесс коацервации высокомолекулярных соединений рассматривается как образование двухфазной системы в результате расслаивания. Одна фаза представляет собой раствор высокомолекулярного вещества в растворителе, вторая — раствор растворителя в высокомолекулярном веществе. Раствор, бо­лее богатый высокомолекулярным веществом, часто выделяют в виде коацер - ватных капель. Таким образом, коацерватные капли могут образовываться как из растворов, так и из осадков органических соединений.

Способ получения микрокапсул методом коацервации заключается в сле­дующем. Сначала в дисперсионной среде (раствор полимера) путем дисперги­рования получают ядра будущих микрокапсул. Непрерывной фазой при этом является, как правило, водный раствор полимера (желатина, карбокснметил - целлюлозы, поливинилового спирта и т. д.). После создания условий, при ко­торых уменьшается растворимость полимера, из раствора выделяются коацер­ватные капли, которые осаждаются вокруг ядер, образуя начальный жидкий слой, или так называемую эмбриональную оболочку. Далее происходит посте­пенное затвердевание оболочки вследствие десольватацин коацерватной обо­лочки. Отвердевшие оболочки позволяют отделить микрокапсулы от диспер­сионной среды коацервата н обеспечивают надежную изоляцию ядра при хра­нении микрокапсул.

Получение микрокапсул химическими методами основано иа реакциях полимеризации и поликонденсацин на границе раздела фаз вода — масло. В результате так называемой межфазиой полимеризации мономеров на грани­це дисперсионной среды (чаще всего водной) и дисперсной фазы (масла) воз­никает твердая оболочка полимера, образующая шарообразную микрокапсу­лу. Ядром такой микрокапсулы могут быть растительные, животные, минераль­ные н синтетические масла. Микрокапсулы отделяют фильтрованием или цент­рифугированием, промывают и сушат. Микрокапсулы размером до 70 мкм вы­сушивают обычно в распылительной сушилке, размером 70—150 мкм — на лен­точных сушилках или сублимацией, более 150 мкм — в псевдоожиженном слое.

Гранулирование для сырья металлургии и металлов. Процессы гранулиро­вания в металлургии больше известны как брикетирование, окомкование, агло­мерация. Брикетирование порошковидных железорудных материалов приме­няется на практике с 80-х годов прошлого столетия. В процессе брикетирова­ния порошков иногда используют связуюшие добавки. Порошок железорудных материалов увлажняют и тщательно перемешивают, затем подают на вальце - вый пресс, где под давлением 50—100 МПа формуют брикеты прямоугольной, цилиндрической или овальной формы размером от 20 до 150 мм.

Необходимая прочность брикетов достигается в результате последующей сушки или высокотемпературного обжига. В качестве связующих добавок при производстве железорудных брикетов используют чугунную стружку, концентра­ты сульфитно-спиртовой барды, каустический магнезит с хлоридами магния и натрия, жидкое стекло, каменноугольный пек, нефтяные битумы, цементы, из­весть и др.

Сушку и высокотемпературную обработку брикетов производят в туннель­ных печах. Иногда для упрочнения брикетов применяют автоклавную обработ­ку при давлении до 10 МПа в заданной атмосфере.

В последнее время на практике все больше используется способ горячего брикетирования железорудных материалов с предварительным частичным их восстановлением. Нагретые до 500—1000 °С частицы руды пластифицируются;

при последующем прессовании происходит сваривание размягченных частиц металлического железа и в (остита, образовавшихся в результате восстановле­ния, что обеспечивает их прочное взаимное сцепление.

Процесс окомкования с последующим упрочняющим обжигом окатышей (пелетизация) получил развитие в 40-х годах в связи с производством в боль­ших масштабах тонкоизмельченных концентратов глубокого обогащения же­лезных руд [179]. Установлено, что достаточно прочные окатыши могут быть получены только из материалов крупностью менее 0,1 мм, причем содержание фракции 0—0,05 мм в них должно составлять 70—80%• Для улучшения про­цесса окомкования железорудных концентратов и повышения прочности сы­рых окатышей в качестве связующего вещества добавляют обычно 0,5—1,0% бентонита. При получении офлюсованных окатышей в шихту вводят необходи­мое количество известняка. При этом дисперсность добавок и концентрата должна быть одинаковой. После тщательного перемешивания и увлажнения шихту подают на тарельчатые или барабанные грануляторы, где получают ока­тыши размером от 12 до 25 мм. Прочность сырых окатышей, получаемых по­сле гранулятора, невелика: они выдерживают падение с высоты не более 1 м. Поэтому сырые окатыши подвергают высокотемпературному обжигу (1250— 1300°С). После обжига прочность окатышей возрастает более чем в 100 раз и составляет 1—2 кН на 1 окатыш.

При обжиге в слое окатышей последовательно протекает несколько про­цессов: сушка, разложение карбонатов, твердофазное спекание частиц в объ­еме окатышей. При этом теплота, необходимая для нагрева окатышей, под­водится в слой топочными газами. Движение газа в объеме слоя обеспечивает­ся либо путем отсасывания его из-под слоя, либо в результате нагнетания в слой. Иногда для обжига окатышей в обжиговых машинах используют теплоту от горения твердого топлива, нанесенного на поверхность сырых окатышей. Существуют также безобжиговые способы получения железорудных окатышей, в которых для упрочнения окатышей используют связующие добавки: известь или портландцемент.

Гранулирование в металлургии используют также для получения новых высококачественных материалов [16]. Впервые высококачественный листовой материал был получен путем прокатки гранул чистого алюминия. Процесс прокатки листов из гранул металлов и сплавов отличается высокой надежно­стью, легко поддается автоматизации, экологичен по сравнению с традицион­ными методами производства листов из слитка. Процесс производства алюми­ниевых листов непрерывной прокаткой гранул заключается в следующем: гра­нулы просушивают на конвейере, нагревают в индукционной печи (время на­грева перед прокаткой составляет 5—7 с) и непрерывно подают в зазор меж­ду валками. В зоне деформации происходит уплотнение гранул с образовани­ем компактной полосы (ленты).

Схема непрерывной прокатки гранул аналогична процессу прокатки по­рошков (см. главу 3) с той лишь разницей, что процесс прокатки гранул ме­таллов и сплавов заканчивается формированием металлической полосы необ­ходимого размера. Производство листов из алюминиевых гранул было в зна­чительной степени предопределено бурным развитием порошковой металлур­гии алюминия и его сплавов. Одно из преимуществ гранул перед порошками — их хорошая сыпучесть. Именно недостаточная сыпучесть металлических по­

рошков ограничивала скорость прокатки и заставила перейти на использова­ние гранул в процессе получения высококачественных листов.

Гранулы металлов и сплавов могут быть получены несколькими способа­ми: разбрызгиванием жидкого металла с помощью вращающегося диска или под действием центробежных сил, вибрационным методом литья гранул, ваку­умным методом литья гранул.

Для всех способов гранулирования металлов и сплавов важное значение имеет скорость кристаллизации капель расплава (охлаждения гранул), обус­лавливающая формирование структуры и свойств гранул. Скорость охлажде­ния гранул в воде значительно выше, чем в потоке воздуха, и составляет сот­ни градусов в секунду. В зависимости от условий гранулы, получаемые центрифугированием расплава, могут иметь различные размеры: обычно от 0,2 до 8 мм.

Гранулирование поверхностного слоя почв. В условиях интенсивного зем­леделия происходят повышенное истирание, измельчение и эрозия наиболее плодородного поверхностного слоя почв.

Устойчивость к водной эрозии зависит от структуры и механических свойств почвы. На структурных почвах вода не застаивается и не образует размывающих воду потоков. Ветер обычно перемещает по поверхности мелкие комочки почвы — размером менее 1 мм, поэтому почвы, состоящие преимуще­ственно из мелких комочков, являются эрозионноопасными.

В почвоведении структура почвы оценивается отношением массы содер­жащихся в ней агрегатов размером от 0,25 до 7 мкм к массе остальной части почвы. Кроме того, структурные почвы, содержащие необходимое количество влаги и воздуха, создают благоприятные условия для усвоения питательных веществ растениями, а также для развития полезных для растений микроорга­низмов. В конечном счете структурные почвы всегда обеспечивают стабильно высокий урожай сельскохозяйственных культур. Существующие традиционные методы улучшения структуры почв, как правило, малоэффективны и трудоемки.

Все это приводит к идее использования методов гранулирования для улуч­шения структуры почв. Первые исследования по выявлению эффективности гра­нулирования поверхностного слоя почв на урожайность овса (зеленая масса) проведены в НИУИФ [182].

Оценивали степень влияния на урожайность овса гранул различных фрак­ций (1—3, 3—5 и 5—10 мм) на фоне естественной структуры почвы при на­стоянной высоте слоя гранул (4 см) и различной влажности почвы: 30, 50 и 80% от полной полевой влагоемкости (ППВ). Применение на поверхности поч­вы гранулированного слоя способствует снижению потерь влаги от испарения, улучшению водно-воздушного режима и, как следствие, повышению урожая. Так, сухая масса овса при влажности почвы 30% и использовании гранул раз­мером 5—10 мм существенно не отличалась от массы растений в варианте с естественной структурой почвы прн влажности 50% ППВ, и в 2 раза превыси­ла сухую массу овса, полученную в фоновом варианте, т. е. для естественной структуры почвы и влажности 30%.

Применение гранул размером 5—10 мм при влажности почвы 50% обеспе­чивало такой же урожай растений, который получали на почве с естественной структурой при влажности 80%- Следует также отметить, что гранулы сохра­няли свою форму и прочность в течение всего периода вегетации.

Систематические исследования процесса гранулирования проведены для

почв юга Казахстана — сероземов, у которых процесс формирования естест­венной структуры ослаблен. Определены основные параметры процесса грану­лирования этих почв и найдена их корреляция с пределом текучести почв.

Поверхностная обработка почв путем гранулирования является новым на­правлением в технологии обработки почв. Его перспективность трудно пере­оценить, так как операцию гранулирования можно совместить, например, с внесением минеральных или органических удобрений. При этом возможно полностью исключить или существенно сократить вероятность водной и вет­ровой эрозии почв.