Фінальне сушіння гранул аміячної селітри з нанопористою структурою в багатоступеневих поличних апаратах: конструктивне виконання та технологічні параметри

Abstract

Статтю присвячено експериментальному дослідженню процесу фінального сушіння гранул пористої аміячної селітри (ПАС). Обґрунтовано застосування стадії фінального сушіння в загальній технологічній лінії одержання гранул ПАС з нанопористим поверхневим шаром або багатошарових гранул ПАС з нанопористою структурою. Описано основні переваги багатоступеневого сушіння у застосуванні до процесу формування нанопористої структури на поверхні гранули ПАС. Запропоновано інструмент автоматизованого розрахунку гідродинамічних і термодинамічних умов реалізації стадії фінального сушіння. Оцінено вплив часу перебування гранули ПАС в об’ємі сушарки, характеристик сушильного агента та ступеня стиснення потоку (відношення об’ємів гранул ПАС у робочому просторі сушарки та загального об’єму апарату) на характер нанопористої структури гранули ("механічну" чи "модифікаційну" природу пор). Представлено результати мікроскопії гранул ПАС після кожного з трьох ступенів фінального сушіння (гранули були зволожені розчином аміячної селітри та пройшли стадію термооброблення у вихровому грануляторі), у тому числі в режимах недостатнього, оптимального та завищеного часу перебування гранули у сушарці. Встановлено вплив ступеня стиснення потоку на якість нанопористої структури гранул ПАС. Визначено особливості зміни нанопористої структури гранули та її специфічних властивостей (утримувальної та вбирної здатностей, відносної площі нанопористої поверхні, площі нанопористої поверхні в одиниці маси гранули ПАС) після кожного зі ступенів фінального сушіння. Результати досліджень уможливили визначити оптимальний час і температурний режим фінального сушіння, а також встановити максимальне навантаження сушильного апарату гранулами ПАС (максимальний ступінь стиснення потоку), за яких гранули ПАС практично не мають "механічних" пор.

Статья посвящена экспериментальному исследованию процесса финальной сушки гранул пористой аммиачной селитры (ПАС). Обосновано применение стадии финальной сушки в общей технологической линии получения гранул ПАС с нанопористым поверхностным слоем или многослойных гранул ПАС с нанопористой структурой. Описаны основные преимущества многоступенчатой сушки в применении к процессу формирования нанопористой структуры гранулы ПАС. Предложен инструмент автоматизированного расчёта гидродинамических и термодинамических условий реализации стадии финальной сушки. Оценено влияние времени пребывания гранулы ПАС в объёме сушилки, характеристик сушильного агента и степени стеснённости потока (отношения объёма гранул ПАС в рабочем пространстве сушилки и общего объёма аппарата) на характер нанопористой структуры гранулы ("механическую" или "модификационную" природу пор). Представлены результаты микроскопии гранул ПАС после каждой из трёх ступеней финальной сушки (гранулы были увлажнены раствором аммиачной селитры и прошли стадию термообработки в вихревом грануляторе), в том числе в режимах недостаточного, оптимального и повышенного времени пребывания гранулы в сушилке. Óстановлено влияние степени стеснённости потока на качество нанопористой структуры гранул ПАС. Определены особенности изменения нанопористой структуры гранулы и специфических свойств (удерживающей и поглощающей способностей, относительной площади нанопористой поверхности, площади нанопористой поверхности в единице массы гранулы ПАС) после каждой из ступеней финальной сушки. Результаты исследований позволили определить оптимальное время и температурный режим финальной сушки, а также установить максимальную нагрузку сушильного аппарата по гранулам ПАС (максимальную степень стеснённости потока), при которых гранулы ПАС практически не имеют "механических" пор.

The article deals with the experimental study regarding the final drying process of porous ammonium nitrate (PAN) granules. The final drying stage implementation in the general technological line to obtain PAN granules with nanoporous layers or multilayer PAN granules with porous structure is substantiated. The main advantages of multistage drying in applying to the nanoporous-structure formation process on the PAN granules are described. The tool for the automated calculation of the hydrodynamic and thermodynamic conditions to carry out the final drying stage is proposed. The influence of the PAN-granules’ residence time within the dryer workspace, the drying agent features, and the degree of flow compression (i.e., the ratio of the PAN-granules’ volumes within the dryer workspace and the total space of the device) on the nature of the nanoporous structure of the granules (i.e., ‘mechanical’ or ‘modified’ nature of the pores) is evaluated. The results of PAN-granules’ microscopy after the three stages of final drying are represented (the granules are humidified with ammonium nitrate solution and are heat treated in a vortex granulator), including in the modes of insufficient, optimal, and excessive residence time for the granules. The influence of flow compression degree on the quality of the nanoporous structure in PAN granules is established. The peculiarities of changes of nanoporous granule structure and its specific properties (namely, retentivity and absorptivity, relative area of nanoporous surface, area of nanoporous surface per mass unit of PAN granule) after each stage of final drying are determined. The findings of investigations allow to determine the optimal time and temperature of final drying process as well as to establish the maximum load of the dryer with PAN granules (maximum degree of flow compression), under which PAN granules have no ‘mechanical’ pores.