Nanoporous Structure of the Ammonium Nitrate Granules at the Final Drying: the Effect of the Dryer Operation Mode

Abstract

Стаття присвячена вивченню впливу гідродинамічних режимів характеристик роботи гравітаційної поличної сушарки для фінального сушіння на структуру і якість пористого поверхневого шару і внутрішньої нанопористої структури гранул аміачної селітри. При цьому основною вимогою до гранул є збереження міцності ядра і мінімальне утворення "механічних" пор. Представлені результати кількісного та якісного аналізу показників якості пористої аміачної селітри, яка отримана в різних гідродинамічних режимах роботи гравітаційної поличної сушарки. Додаткова стадія досушки в режимі падаючої швидкості в активному (але менш турбулізованому) гідродинамічному режимі дозволить досягти таких змін в нанопористій структурі гранул (у порівнянні з недосушеним зразком): збільшення кількості мікропор і мезопор криволінійної конфігурації; збільшення частки криволінійних макропор в загальній кількості нанопор; збільшення глибини поверхневих нанопор. Слід зазначити, що фінальна сушка пористої аміачної селітри не призводить до значного збільшення показника утримуючої здатності. Другим завданням фінальної сушки є видалення зв'язаної вологи і зменшення вологості гранули. Як наслідок, зменшується злежуваність гранул (аміачна селітра дуже гігроскопічна) і на більш тривалий термін зберігається показник утримуючої здатності. Впровадження цієї стадії підвищить загальну енергетичну ємність виробництва; однак, використання багатоступінчастих поличних сушарок дозволяє знизити питомі витрати на видалення вологи. Отримані дані є основою для створення методики технологічного розрахунку стадії фінальної сушки установок отримання 3D наноструктурного пористого поверхневого шару на гранулі аміачної селітри.

The article deals with the study of the hydrodynamic operation modes effect, made by the gravitational shelf dryer for final drying, on the structure and quality of the porous surface layer and inner nanoporous structure of the ammonium nitrate granule. Therefore, the main requirement of granules is to keep the hardness of the granule and to form a minimum quantity of “mechanical” pores. The results of the quantitative and qualitative analysis regarding the indicators of the porous ammonium nitrate (PAN), which was produced in different hydrodynamic operation modes of the gravitational shelf dryer, were demonstrated. The additional final drying in the falling velocity mode in the active (but less turbulized) hydrodynamic mode enables to achieve the following changes in the nanoporous structure of granules (in comparison with under-dried sample): an increase in the number of micropores and mesopores with the curvilinear configuration; an increase in the curvilinear macropores in the total number of nanopores; an increase in the surface nanopores deepness. It should be noted that the final drying of PAN does not cause a significant increase of the retentivity index. The second task of the final drying is to remove the bound moisture and to reduce the humidity of the granule. As a result, the caking of granules is reduced (ammonium nitrate is very hygroscopic) and the retentivity index is kept for a long period. Introduction of this stage will increase the general energy capacity of the production; however, implementation of the multistage shelf dryers enables to reduce the specific costs for removal of the moisture. The received data are the base to create the technological calculation technique of the final drying stage to obtain the 3D nanostructured porous surface layer on the ammonium nitrate granule.