Гранулирование

Влияние параметров прессования. на качество плитки

Основными параметрами, влияющими на качество прессо­ванных продуктов, являются: давление, время и температура прессования.

На рис. 3.5, а в качестве примера приведены диаграммы прессования для РК-смесей, а также зависимости их прочности на сжатие от давления прессования в закрытой матрице. Как видно из рисунка, характер уплотнения порошкообразных мине­ральных удобрений подчиняется общим закономерностям уплот­нения порошков. Анализ представленных зависимостей показал, что минимальное давление прессования РК-смесей № 1 и № 2 в закрытой матрице составляет соответственно 260 и 270 МПа, т. е. соответствует области упругой деформации этих смесей. Дальнейший рост давления приводит к незначительному увели­чению плотности и прочности, кроме того он приводит к резко­му росту энергозатрат на прессование.

На рис. 3.5, б представлена зависимость плотности прессо­ванных РК-смесей от среднего нормального напряжения. Зави­симость рл — f(Ос) в исследованном интервале изменения давле­ния удовлетворительно описывается степенным выражением

Рл =Рн/(1 — mjO сп1),

Чт, "П°

Рис. 3.6. Изменение прочности
Огж таблеток РК-смеси во време-
ни т

Исследована зависимость прочности таблеток прессо­ванной РК-смеси № 1 от времени выдержки ее на воздухе (/=20 °С) после прессования (рис. 3.6). Ана­лиз представленной зависи­мости показал, что проч­ность прессованных удобре­ний возрастает с течением времени в результате обра­зования дополнительных связей в исследуемом образ­це в процессе перекристаллизации [67]. Следовательно, при ор­ганизации производства гранулированных удобрений методом прессования целесообразно производить двухстадийное дробле­ние прессованной плитки: первая стадия — дробление плитки непосредственно после вальцевого уплотнителя; вторая ста­дия— дробление крупной фракции, поступающей с верхнего си­та грохота. При этом режимы работы дробилок на первой и второй стадиях должны быть различными.

Как отмечалось выше, независимо от аппаратурного оформ­ления процесса гранулирования существенное влияние на формирование и рост гранул оказывает температура гранули­руемого материала: повышение температуры сопровождается увеличением плотности структуры материала при одновремен­ном снижении удельных затрат. С учетом изложенного в лабо­раторных условиях проведены исследования влияния темпера­туры на процесс уплотнения порошковидных удобрений.

На рис. 3.7 представлена схема установки для исследования влияния температуры на процесс уплотнения удобрений.

Уплотнение проводили на гидравлическом прессе 2135-1М в пресс-матри­це 4 с диаметром пуансона 10 мм при скорости прессования 5-Ю~3 м/с. Перед прессованием исходный порошок нагревали в сушильном шкафу до температуры, равной температуре пресс-матрицы, которую устанавливали путем изменения напряжения тока, подаваемого иа электроспираль 2 изоли­рованной пресс-матрицы 4. Температуру пресс-матрицы измеряли термопа­рой 6, соединенной с потенциометром постоянного тока 5.

На рис. 3.8 приведены диаграммы прессования для РК-смеси при раз­личных температурах, а также зависимость их прочности от давления прес­сования. Анализ представленных зависимостей показывает, что с увеличением температуры прессуемой смеси от 20 до 80 °С наблюдается повышение плот­ности прессованных удобрений. Оптимальная плотность, рекомендованная ранее [67] для организации промышленного производства РК-удобреиий — рл=2100 кг/м3, в результате подогрева шихты может быть достигнута при давлении не 260, а 150 МПа.

Из рис. 3.8 видно, что с увеличением температуры прессуе­мого материала его прочность возрастает интенсивнее плот­ности. Это объясняется тем, что с увеличением температуры процессы рекристаллизации протекают более интенсивно [67]. Таким образом, подогрев шихты перед прессованием или в про­цессе прессования должен привести к увеличению эффективно­сти работы технологической линии.

На Кедайнском химическом заводе проведено промышлен­ное исследование параметров работы валкового пресса уста­новки для получения гранулированных РК-удобрений методом прессования.

Схема опытно-промышленной установки представлена на рис. 3.9. При организации производства гранулированных фос­форно-калийных РК марки 14:14 методом прессования преду­сматривалось использование в качестве исходных компонентов ретура суперфосфата (фракции размером менее 1 мм) и хло­рида калия.

Ретур из цеха гранулированного суперфосфата поступает в бункер-нако­питель 2, откуда его дозируют в смеситель 1. Сюда же подают хлорид ка­лия из бункера 3. После смесителя шихта поступает в шахту валкового пресса 7. Прессованную плитку после вибросита 5 направляют в дробилку б. Дробленый материал рассевают на виброгрохоте 8. Просыпь (—1 мм) вновь подают на прессование, а крупную фракцию (+4 мм)—в дробилку 6, после чего повторно рассевают. Готовый продукт (1—4 мм) поступает на

Рис. 3.8. Зависимости плотности рл и
прочности Осж прессованных удобрений
от давления уплотнения Руд

Рис. 3.9. Схема опытно-про-
мышлеиной установки:

I — смеситель; 2. З — бункеры-нако-
пители; 4 — дробилка; 5 — виброси-
то; Є — дробилка; 7 — валковый
пресс; 8 — виброгрохот

склад. Проектная производи­тельность установки — 13,6 т/ч в натуре, при этом скорость вращения валков должна со­ставлять 1,2 м/с.

Испытания опытно-про­мышленной установки показа­ли, что при скорости враще­ния валков 1,2 и даже 0,8 м/с процесс уплотнения фосфорно- калийной смеси происходил с низкой эффективностью. На­пример, при скорости враще­ния валков 0,8 м/с производи­тельность установки по готово­му продукту составляла всего 7—9 т/ч.

С учетом результатов ис­следования аэродинамики по­рошкообразных удобрений при их непрерывном уплотнении, скорость враще­ния валков была снижена до 0,6 м/с. Производительность установки при этом составляла 13,6—15 т/ч.

Поскольку эффективность процесса гранулирования туко­смесей методом прессования не может быть определена каким - то одним критерием, т. к. характеризуется совокупностью эф­фективностей различных механических процессов, для оценки непрерывного процесса гранулирования были выбраны следую­щие параметры:

эффективность прессования тц, представляющая собой отно­шение выхода прессованной плитки QnJt к общему выходу ма­териала из валкового пресса Qn

Ці—Qnji/Qn:

производительность валкового пресса Q„;

производительность установки по товарному продукту Qy в пересчете на 90%-е содержание товарной фракции (1—4 мм).

Производительность валкового пресса по плитке, производи­тельность установки по готовому продукту, а также его каче­ство в значительной мере зависят от физико-механических свойств исходной шихты, определяющих эффективность процес­сов уплотнения, дробления плитки и рассева дробленого про­дукта.

Важнейшими из этих свойств прессуемой шихты являются влажность и содержание пыли (частиц размером менее 0,4 мм). Выбор такой граничной фракции обусловлен тем, что эти час­тицы энергетически более устойчивы, чем «хлопья» меньшего размера [23].

С учетом того, что эффективность процесса гранулирования зависит от влажности и дисперсности шихты, поступающей на прессование, проведено двухфакторное планирование экспери­мента (при постоянной скорости вращения валков 0,6 м/с). В результате эксперимента, проведенного по плану 22, получе­но следующее уравнение регрессии:

Qy= 14,6 — 0,65*1 — 1,7*2 + 0,2*,*2, (3.38)

где Qy — параметр оптимизации (производительность установки по готовому продукту, т/ч); *i — параметр влажности; *2 — параметр дисперсности шихты.

Анализ уравнения (3.38) приводит к следующим выводам: уменьшение влажности шихты и содержания в ней пыли вызы­вают повышение производительности установки по готовому продукту; коэффициент регрессии при параметре Х2 более чем в 2 раза превышает коэффициент при параметре т. е. с уменьшением содержания пыли в шихте производительность установки увеличивается наиболее интенсивно.

На рис. 3.10,о приведены зависимости эффективности прес­сования, производительности пресса и производительности уста­новки по готовому продукту от влажности шихты, поступающей на прессование при постоянном содержании в ней пыли (*м = = 30%). Зависимости эффективности прессования и производи­тельности установки по готовому продукту имеют экстремаль­ный характер. Максимумы значений тр и Qy совпадают и им со­ответствует оптимальный диапазон влажности шихты М*ш= = 1,8—2,2%. Производительность же пресса (пропускная спо­собность) непрерывно уменьшается при повышении влажности шихты до 2,0%, после чего практически устанавливается посто­янной. Таким образом, несмотря на большую производитель­ность пресса, при менее влажной шихте наблюдается тенденция к снижению производительности установки по готовому продук­ту в результате уменьшения эффективности прессования. Это соответствует результатам, полученным при исследовании влия­ния физико-механических свойств на работу валковых прессов в лабораторных условиях, в частности в отношении оптималь­ного диапазона влажности: 1,8—2,2% и 1,5—2,5% совпадает с оптимальным диапазоном влажности.

Из рис. 3.10, а также следует, что для обеспечения проект­ной производительности установки 13,6 т/ч влажность шихты, поступающей на прессование, должна быть не более 3%. При этом средняя плотность плитки составляет 1,9 т/м3.

На рис. 3.10,6 приведены зависимости эффективности прес­сования, производительности пресса и производительности установки по готовому продукту от содержания в шихте частиц размером менее 0,4 мм при оптимальной влажности Vm=2%.

Из рис. 3.10,6 видно, что с увеличением содержания пыли в шихте производительность пресса и установки снижаются, а кривая изменения эффективности прессования (тр) в зависи-

мости от «ш имеет характерный максимум, соответствующий 35%. Установлено, что при влажности шихты 2% содержание пыли в ней не должно превышать 40% для обеспечения работы установки с проектной производительностью.

Влияние дисперсности шихты на качество плитки и выход товарной фракции объясняется аэродинамическими свойствами прессуемой шихты. Как указывалось выше, основным факто­ром, определяющим допустимую скорость прессования, являет­ся средний или эквивалентный диаметр смеси, поступающей на прессование. Следовательно, при увеличении содержания час­тиц размером менее 0,4 мм в шихте происходит уменьшение эквивалентного диаметра шихты РК-смеси. При постоянной скорости вращения валков это приводит к понижению плотно­сти плитки и, как следствие, к уменьшению выхода товарной фракции после дробления плитки.

В промышленных условиях подачу на прессование шихты с постоянным дисперсным составом обеспечить практически не-

возможно. Поэтому для стабилизации работы валкового пресса и всей установки в целом на Кедайнском химическом заводе установлен подпрессователь в шахте валкового пресса. Под­прессовку шихты проводят при давлении 18—20 МПа. Установ­ка подпрессователя позволила увеличить производительность технологической линии по готовому продукту от 13,6 до 17,0т/ч.