Багатошарові ґранули аміячної селітри з наноструктурованими пористими шарами: технологія виробництва та показники якости

Abstract

В статті дано обґрунтування можливости одержання пористої аміячної селітри (ПАС) з декількома наноструктурованими пористими шарами у вихрових ґрануляторах. Представлено основні результати досліджень структури нанопористих шарів ґранул ПАС, яких одержано методою зволоження з наступним термообробленням у високотурбулізованому спрямованому (вихровому) потоці сушильного аґента. Показано, що за рахунок підбору гідродинамічних і термодинамічних параметрів роботи вихрового ґранулятора стає можливим одержати задану нанопористу поверхню з визначеним розміром пор. В рамках досліджень запропоновано використання декількох типів зволожувачів і показано особливості структури нанопористого шару залежно від складу зволожувача. В результаті потрібно забезпечити такі властивості ґранул ПАС: збереження первинної кристалічної структури та фазового складу ядра ґранули; міцне ядро без механічних пошкоджень; мінімальну кількість "механічних" пор по всьому об’єму ґранули; внутрішні шари, в яких має бути певна кількість мікропор (розміром менше 2 нм) і мезопор (розміром від 2 до 50 нм); середні шари, які переважно мають складатися з мезопор і деякої кількости макропор (розміром більше 50 нм); поверхню, що складається переважно з макропор. Запропоновано послідовність використання зволожувачів для формування необхідної конфіґурації нанопористого шару (на прикладі ґранул рядової аміячної селітри з двома нанопористими шарами різної структури та додатковим зволоженням водою). Представлено результати визначення вбирної й утримувальної здатностей ґранул ПАС, нанопористі шари якої сформовано різною комбінацією зволожувачів. Запропоновано основні технологічні параметри здійснення процесу формування нанопористих шарів та алґоритм розрахунку цільового процесу. Наведено приклад конструктивного виконання вихрового ґранулятора для одержання багатошарових ґранул ПАС з нанопористими шарами.

В статье дано обоснование возможности получения пористой аммиачной селитры (ПАС) с несколькими наноструктурированными пористыми слоями в вихревых грануляторах. Представлены основные результаты исследований структуры нанопористых слоёв гранул ПАС, полученных методом увлажнения с последующей термообработкой в высокотурбулизированном направленном (вихревом) потоке сушильного агента. Показано, что за счёт подбора гидродинамических и термодинамических параметров работы вихревого гранулятора становится возможным получить заданную нанопористую поверхность с определённым размером пор. В рамках исследований предложено использование нескольких типов увлажнителей и показаны особенности структуры нанопористого слоя в зависимости от состава увлажнителя. В результате необходимо обеспечить такие свойства гранул ПАС: сохранение первичной кристаллической структуры и фазового состава ядра гранулы; прочное ядро без механических повреждений; минимальное количество «механических» пор по всему объёму гранулы; внутренние слои, в которых должно быть определённое количество микропор (размером менее 2 нм) и мезопор (размером от 2 до 50 нм); средние слои, которые в основном должны состоять из мезопор и некоторого количества макро-пор (размером более 50 нм); поверхность, состоящую преимущественно из макропор. Предложена последовательность использования увлажни-телей для формирования необходимой конфигурации нанопористого слоя (на примере гранул рядовой аммиачной селитры с двумя нанопористыми слоями различной структуры и дополнительным увлажнением водой). Представлены результаты определения поглощающей и удерживающей способностей гранул ПАС, нанопористые слои которой сформированы разной комбинацией увлажнителей. Предложены основные технологические параметры осуществления процесса формирования нанопористых слоёв и алгоритм расчёта целевого процесса. Приведён пример конструктивного исполнения вихревого гранулятора для получения многослойных гранул ПАС с нанопористыми слоями.

The article gives reasons for the possibility to obtain porous ammonium nitrate (PAN) with several nanostructured porous layers in vortex granulators. The main results of studies regarding the structure of nanoporous layers of PAN granules obtained by the humidification method with subsequent heat treatment in a highly turbulent directed (vortex) flow of the drying agent are presented. As shown, it is possible to obtain a given nanoporous surface with a defined pore size due to the selection of the hydrodynamic and thermodynamic parameters of the vortex granulator. Several types of humidifiers are proposed in this research, and features of the nanoporous layer structure depending on the humidifier composition are shown. As a result, it is necessary to provide the following properties of PAN granules: preservation of the primary crystalline structure and phase composition of the core in the granule; the strong core without mechanical damages; the minimum number of ‘mechanical’ pores throughout the granules; inner layers, which should have a certain amount of micropores (with size of less than 2 nm) and mesopores (with size of 2 to 50 nm); middle layers, which should preferably consist of mesopores and a number of macropores (over 50 nm); a surface consisting predominantly of macropores. The technique to use humidifiers for formation of necessary configuration of nanoporous layer (on the example of the ordinary ammonium nitrate granules with two nanoporous layers of different structure and additional moistening with water) is proposed. The results regarding the determination of absorptivity and retentivity of PAN granules, nanoporous layers of which are formed by different combinations of humidifiers, are presented. The basic technological parameters to carry out the nanoporouslayers’ formation process and the algorithm to calculate the target process are proposed. An example of the constructive implementation of a vortex granulator to obtain multilayer PAN granules with nanoporous layers is demonstrated.