Гранулирование материалов

Экспериментальные исследования процесса. уплотнения

Лабораторные исследования процесса прессования проводили на механическом прессе с использованием пресс-матрицы. Скорость прессования составляла 160 мм/мин, температура порошка 20°С. Для устране­ния сил внешнего трения пресс-инструмент смазывали. Объемную деформацию материала находили по диа­грамме сжатия. Коэффициент бокового давления при прессовании в матрице определяли по методике [29].

Рис. VI-9. Взаимосвязь относительного изменения объема н удель­ного давления прессования:

1 — мочевина; 2 — аммофос; 3 — хлористый калий; 4 — нитрат аммония.

Рис. VI-10. Зависимость коэффициента бокового давления от удель­ного давлення прессования:

1 — аммофос; 2 — нитрат аммония; 3 — РК-смесь № 2; 4 — хлористый иалий.

Кривые прессования Єу—Руд и зависимость £—Рур ДЛЯ ряда порошковидных удобрений представлены на рис. VI-9 и VI-10.

Построение диаграмм прессования и последующая обработка данных показали, что в исследованном диа­пазоне давлений функция Ф(<хс) может быть описана сте­пенным выражением вида

ф(стс) = тасп (VI-36)

Значения коэффициентов тип для исследованных материалов представлены ниже:

Плотность прессата минеральных удобрений можно рассчитать по уравнению

У - <V1'37>

Рис. VI-11. Зависимость плотности прессованных удобрений от сред­него нормального напряжения (сплошные линии — расчетные кри­вые, точки — экспериментальные данные):

1 — хлористый калий; 2 —РК-смесь № 2; 3 — карбоаммофоска; 4 — аммофос; 5 — мочевина.

На рис. V1-11 изображены расчетные кривые измене­ния плотности прессованных удобрений в зависимости от средних нормальных напряжений, рассчитанных по уравнению (VI-ЗО). Анализ экспериментальных и рас-

Рнс. VI-12. Зависимость прочности прессованных удобрений от ис­ходной влажности шихты при ас=174 МПа:

1 —< РК-смесь № 1; 2 — РК-смесь № 2.

Рнс. VI-13. Зависимость прочности гранул прессованной РК-смеси

№ 1 от времени выдержки нх на воздухе после прессования.

четных значений ул=/(ос) показал удовлетворительное их согласование (среднестатическое отклонение экспе­риментальных данных от расчетной кривой составля­ет 4%).

На рис. VI-12 и VI-13 представлены кривые измене­ния прочности прессованных РК-смесей в зависимости от исходной влажности и времени выдержки прессата на воздухе. Наибольшая прочность прессата, как видно, достигается при влажности 1,7—1,8% (полученные ре­зультаты подтверждают выводы, сделанные в гл. I при рассмотрении физико-математических свойств по­рошкообразных и гранулированных материалов). В этом интервале влажностей коэффициент внутреннего трения принимает минимальное значение, что и способствует увеличению прочностных связей при одном и том же удельном давлении прессования.

Прочность спрессованных образцов возрастает также и с увеличением длительности их выдерживания на воз­духе при нормальной температуре. Это объясняется тем, что со временем завершаются кристаллизационные про-

цессы в твердофазной системе, что и приводит к обра­зованию дополнительных межчастичных связей.

На Кедайнском химическом комбинате проведены опытно-промышленные исследования процесса гранули­рования фосфорно-калийных удобрений (РК-смесей) методом прессования [69]. Схема опытно-промышлен­ной установки приведена на рис. VI-14. Исходным сырь­ем для получения гранулированных РК-удобрений слу­жат ретур простого суперфосфата (частицы размером менее 2,0 мм) и хлористый калий II сорта марки Ф, выпускаемый по ГОСТ 4568—74.

Ретур из цеха гранулированного суперфосфата по­ступает в бункер-накопитель 2, из которого дозируется в смеситель 1. Сюда же из бункера 3 подается хлори­стый калий. Шихта после смесителя поступает на вал­ковый пресс 7. Спрессованный продукт отделяется на вибросите 5 от просыпи и поступает в дробилку 6, а за­тем рассеивается на виброгрохоте 8. Просыпь (фракция —1 мм) вновь подают на прессование, а крупная фрак­ция ( + 4 мм) поступает в дробилку 4, а затем на по­вторное рассеивание. Готовый продукт (частицы раз­мером 1—4 мм) поступает на склад.

Характеристика и режим работы основного техноло-| гического оборудования приведены в табл. VI-2.

Соотношение питательных веществ в готовом про­дукте Р205 : КгО = I : 1 обеспечивалось смешением исход­ных компонентов (ретура суперфосфата и хлористого калия) с ретуром тукосмеси (частицы размером менее 1 мм), получаемом в виде просыпи и продукта после дробления. Гранулометрический состав исходных про­дуктов в среднем за время опытно-промышленных НС-. следований был следующим:

Размер отверстий сит, мм +2,5 +1,6 +1,0 +0,4 +0,2 —0,2 Содержание, %:

ретура суперфосфата 2,0 10 40 32 6 10

хлористого калия . — 1,5 1,8 36 59,5 1,2

_

Поскольку эффективность процесса гранулирования тукосмесей методом прессования нельзя определить ка­ким-либо одним критерием (характеризуется совокуп-- ностью эффективностей различных механических про­цессов), для оценки непрерывного процесса гранулиро-, вания выбраны следующие показатели:

производительность валкового пресса по загруз­ке Qn;

эффективность прессования тр, представляющая со­бой отношение выхода прессованной плитки QnjI к об­щей производительности валкового пресса Qn, т. е. Л — QnJQn,

производительность установки по товарному продук­ту Qy;

плотность спрессованной ленты (прессата) ул;

прочность прессата на излом Ркзл.

Для оценки прочности прессата разработана [69] специальная методика, заключающаяся в определении разрушающего усилия на излом. Это усилие определяли последовательным разрушением равного числа плиток из одной партии в продольном и поперечном направле­ниях. За прочность прессата на излом принимали отно­шение произведения среднего из всех определений раз­рушающего усилия на длину плеча к моменту сопро­тивления сечения излома, выражаемое в Па, т. е.

м.

2/1]fi где Fp — разрушающее усилие, Н; I — плечо, см; /п — момент со­противления плитки, см3; /п = йЬ2/6; h — длина образца плитки: см; b — ширина образца плитки, см.

Обычно из средней пробы от каждой партии пресса­та отбирали 10 образцов для испытания на излом в продольном и 10 образцов для разрушения в попереч­ном направлениях. Прочность каждой партии прессата определяли как

Опытно-промышленные исследования позволили уста­новить взаимосвязь показателей эффективности прессо­вания и параметров прессуемой шихты: влажности, гра­нулометрии состава, вида нейтрализующей добавки.

На рис. VI-15 показаны зависимости эффективности прессования тц, производительности пресса Qn и произ­водительности установки Qy по готовому продукту от влажности шихты Wm. При этом гранулометрический

Рис. VI-16. Зависимость эффективности прессования тц, производи­тельности пресса Qn и установки Qy по готовому продукту от со­держания пыли Q—о,4 в шихте, поступающей на прессование, при IP=2,0%.

состав шихты, определяемый содержанием в ней частиц размером менее 0,4 мм (Q-oa), был постоянным: а0;4=35%. Зависимости тр = /(№ш) и Qy=f(Wm) экстре­мальны. Максимумы значений тр и Qy совпадают и им соответствует оптимум влажности шихты Wm= = 1,8-2,2%.

Производительность пресса Qn непрерывно уменьша­ется при повышении влажности шихты до 2,2%, после чего устанавливается практически постоянной. Следует отметить, что несмотря на большую производительность пресса при менее влажной шихте производительность установки Qy по готовому продукту снижается, посколь­ку уменьшается эффективность прессования тр.

Приведенные результаты подтверждают выводы и рекомендации, сделанные на основании исследования физико-механических свойств удобрений: оптимальный

интервал влажности шихты фосфорно-калийных удоб­рений (1,8—2,2%) совпадает с оптимальным интерва­лом влажности (1,5—2,2%), установленным в резуль­тате оценки изменения сыпучести и коэффициента внут­реннего трения (см. гл. I). Из рис. VI-15 также следу­ет, что для обеспечения проектной производительности опытно-промышленной установки 13,6 т/ч влажность шихты, поступающей на прессование, не должна пре­вышать 3,0%.

Рцм. МЛа Рис. VI-17. Зависимость прочности

плитки от ее плотности.

На рис. VI-16 приведены зависимости эффективности прессования тр, производи­тельности пресса Qn и произ­водительности установки Qy по готовому продукту от содер­жания пыли Q-o,4 (частиц раз­мером менее 0,4 мм) в прес­суемой шихте при оптималь­ной ее влажности Wm=2,0%. Как видно из рисунка, с уве­личением содержания пыли в шихте производительность пресса Qn и всей установки Qy снижаются, а кривая из­менения эффективности прессования тц в зависимости от Q—о,4 имеет характерный максимум соответствующий Q-c,4 = 38%. Из приведенных результатов также следу­ет, что для обеспечения устойчивой работы установки с часовой проектной производительностью (13,6 т/ч) со­держание пыли в шихте не должно превышать 40% при оптимальной влажности шихты 2%.

Влияние дисперсности шихты на эффективность прессования обусловлено аэродинамическими особенно­стями порошкообразной шихты. Было отмечено, что ос­новным фактором, определяющим предельно-допусти­мую скорость прессования является эквивалентный диа­метр частиц порошка (Аг), поступающего на прессо­вание. Увеличение содержания пыли в шихте приводит к уменьшению эквивалентного диаметра частиц РК-Ї удобрений, что вызывает снижение эффективности прес­сования (увеличение просыпи вследствие уменьшения плотности и прочности прессата). Все это приводит к1 уменьшению выхода товарной фракции и снижению производительности всей установки.

Важнейшим показателем эффективности процесса является прочность прессата. В зависимости от прочно­сти плиток, поступающих на дробление и рассев, изменя­ется выход товарной фракции (частиц размером 1— 4 мм) и качество готового продукта (содержание в нем

товарной фракции и прочность гранул). Опытами уста­новлено, что при влажности шихты более 3% средняя прочность плиток на излом составляет 0,8—2,0 МПа, а при влажности шихты 1,8—2,4% она равна 2,4— 4,0 МПа.

На рис. VI-I7 приведена зависимость прочности пли­ток на излом от их плотности. Как видно из рисунка, с увеличением плотности прессованной плитки увеличива­ется ее прочность.

В табл. VI-3 приведены средние гранулометрические составы продуктов до и после дробления.

Содержание фракций +4 мм, 1—4 мм и —1 мм в го­товом продукте составило соответственно 4, 93 и 3%.

Готовый продукт, полученный на опытно-промыш­ленной установке соответствует ТУ 08-336—75 на фос­форно-калийные прессованные удобрения.

Для поиска оптимальных условий [89] процесса гра­нулирования РК-удобреннй на опытно-промышленной установке использовали факторное планирование экс­перимента. В результате эксперимента, проведенного по плану 22, получено следующее уравнение регрессии:

Qy= 14,6 — 0,65*!— 1 Jx2 + 0,2^ (VI -38)

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

Анализ уравнения (VI-38) приводит к следующему: снижение влажности шихты и уменьшение содержании в ней пыли вызывают повышение производительности установки по готовому продукту; производительность установки можно повысить, увеличив влажность шихты, но при этом необходимо увеличить степень ее дисперс­ности (содержание в ней пыли). Поскольку в промыш­ленных условиях трудно обеспечить стабильность таких технологических показателей, как влажность шихты п ее гранулометрический состав, на Кедайнском химком­бинате в шахте пресса был установлен подпрессователь для предварительного уплотнения шихты. Удельное дав­ление подпрессовки составляло 18—20 МПа. Средняя плотность прессата после установки подпрессователя была доведена до 2,1—2,2 г/см3. Это привело также к уменьшению количества просыпи после валкового прес­са на 50% и, в конечном итоге, к снижению общей ре - турности процесса.

Глава VII