Повышение эффективности производства сложных минеральных удобрений путем оптимизации процессов гранулирования и сушки (стр. 1 )

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ГРАНУЛИРОВАНИЯ И СУШКИ

Специальность 05.17.08-Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной

степени кандидата технических наук

Иваново-2008

Работа выполнена в Ивановском государственном химико-технологическом университете.

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор -

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор –

доктор технических наук, профессор –

Ведущая организация:

ОАО “Минеральные удобрения”  г. Воскресенск

Защита состоится  “___“______________2008 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д212.063.05 при Ивановском государственном химико-технологическом  университете  по  адресу:  153000,  г. Иваново,  пр. Ф. Энгельса, д.7

С диссертационной работой можно ознакомиться в научной библиотеке Ивановского  государственного химико-технологического университета.

Автореферат разослан “____“__________2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук 

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Физико-химические свойства фосфатов аммония таковы, что делают предпочтительным использование этих продуктов для получения всего необходимого для сельского хозяйства ассортимента комплексных удобрений. Если химический состав продукта зависит от качества и соотношения исходных компонентов, то его физические и механические свойства формируются на всех стадиях технологического процесса. Особая роль в этом отводится гранулированию, в процессе которого закладываются форма, размер, плотность и структура частиц. В технологии производства минеральных удобрений одной из основных стадий формирования качества продукта является процесс гранулообразования с последующей или одновременной стабилизацией структуры (сушкой или охлаждением) и выделением товарной фракции. Не случайно различные схемы производства удобрений называют по типу гранулятора, считая его основным аппаратом, формирующим структуру технологической линии. В большинстве случаев техника гранулирования к настоящему времени определена и прогресс в этой области идёт по пути модернизации существующего оборудования в направлении создания более надёжных, достаточно простых в изготовлении и эксплуатации конструкций. Совершенствование аппаратуры применительно к конкретным условиям эксплуатации оказывает решающее влияние на эффективность технологической линии. Однако модернизация конструкций не должна быть односторонней и направленной только на интенсификацию данного процесса. Следует также искать пути  изменения и оптимизации технологии,  чтобы полнее использовать возможности имеющейся аппаратуры.

         Большинство из выпускаемых на данный момент сложных фосфоросодержащих минеральных удобрений производится методом окатывания с использованием связующего компонента на частицах ретура в барабанных аппаратах. Технологические системы по выпуску таких удобрений работают по схеме с “БГС” (барабанная гранулятор-сушилка), либо по схеме “АГ+СБ” (аммонизатор-гранулятор совместно с сушильным барабаном). Наиболее управляемой является схема АГ+СБ с использованием большого количества ретура и связующей пульпы, получаемой нейтрализацией фосфорной кислоты жидким аммиаком в смесителях-нейтрализаторах. 

         Промышленная эксплуатация барабанных грануляторов и сушильных барабанов показывает, что на надёжную работу такой технологической системы оказывает влияние большое количество факторов. Их влияние  на надёжность работы технологической системы по выпуску сложных удобрений в настоящее время изучено не в полной мере. Несмотря на то, что некоторые производства работают уже более 25 лет, оптимальные режимы ведения процессов гранулирования и сушки до сих пор не найдены. 

Основные цели исследования

1. Выявление определяющих параметров  процессов гранулирования и сушки производства диаммонийфосфата по схеме АГ+СБ.

2. Проведение оптимизации технологических режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушильного барабана в производстве диаммонийфосфата. 

Задачи исследования

1.  Проведение исследований на промышленном аммонизаторе-грануляторе и сушильном барабане (при средней производительности технологической системы по готовому продукту 57 т/ч) в широком диапазоне изменения входных  параметров при выпуске диаммонийфосфата.

2. Выявление основных определяющих параметров как  процесс гранулирования, так и  процесс сушки при выпуске диаммонийфосфата.

3. Получение регрессионных зависимостей, связывающих качественные характеристики получаемого диаммонийфосфата, а также выход товарной фракции с основными влияющими параметрами.

4.  Определение оптимальных режимов работы  аммонизатора-гранулятора и сушильного барабана, как при раздельной, так и при совместной их работе.

Научная новизна

1. Найдены основные определяющие параметры процессов грануляции и сушки, оказывающие существенное влияние как на качество продукта, так и на выход товарной фракции, а также пределы их изменения, в диапазоне которых обеспечивается технологически надёжная работа системы производства диаммонийфосфата, в результате проведенных исследований на промышленных установках при средней производительности 57 т/ч по  ДАФ.

2. Получены регрессионные зависимости, связывающие качественные характеристики диаммонийфосфата и производительность технологической системы по готовому продукту с основными влияющими параметрами процессов гранулирования и сушки.

3. Проведена оптимизация технологических режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушилки, как при отдельной, так и при совместной их работе с целью получения максимальной производительности технологической системы по выпуску диаммонийфосфата при сохранении его качества согласно требованиям технических условий на производстве.

Практическая значимость

1. Полученные математические зависимости между входными и выходными параметрами стадий гранулирования и сушки в производстве диаммонийфосфата позволяют найти технологически надёжные режимы работы этих стадий при изменении требований к выпускаемому на производстве удобрению (содержание Р2О5, N, Н2О, гранулометрический состав).

2. Разработана программа для оперативного расчёта всех качественных характеристик получаемого на производстве диаммонийфосфата в зависимости от изменения всех входных технологических параметров как на стадии гранулирования, так и сушки. Данная программа была внедрена на ОАО “Аммофос” в производство минеральных удобрений для облегчения работы операторов в системе управления.

3. Полученные оптимальные значения всех входных параметров в процессе проведения оптимизации режимов работы отделения гранулирования и сушки позволили составить режимную карту для ведения технологии получения диаммонийфосфата.

4. Проведённая оптимизация позволяет снизить себестоимость  диаммонийфосфата, увеличить производительность по готовому продукту и одновременно повысить надёжность работы всей технологической системы.

5.  Расчёт экономического эффекта от внедрения оптимальных режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушилки только на одной линии производства диаммонийфосфата, когда производительность технологической нитки по готовому продукту составляет 61,4 т/ч вместо 55 т/ч по регламенту, показал, что он  составляет порядка 118 млн. рублей/год.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII Международной научной конференции “Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных процессов и оборудования” (г. Иваново, 2005 год); на международной научной конференции  “Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго - и ресурсосберегающими процессами и оборудованием” (г. Иваново, 2007 год).

Публикации

Материалы диссертационной работы получили отражение в 6 публикациях.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов по работе, списка литературы из 101 наименования. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, 32 рисунков, 9 таблиц, 7 приложений.

Реализация результатов работы

Результаты работы внедрены в производстве минеральных удобрений на ОАО “Аммофос”.

Основное содержание работы

         Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные цели работы, задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

         В первой главе приведён обзор современных способов и оборудования гранулирования сложных минеральных удобрений. Основное внимание уделялось изучение научных трудов по гранулированию минеральных удобрений таких авторов, как , , и др. Выявлены основные достоинства и недостатки методов гранулирования.  Определены  способы гранулирования сложных фосфоросодержащих удобрений. Рассмотрены основные схемы, существующие в производстве фосфоросодержащих удобрений: гранулирование в барабанным грануляторе сушилке (БГС); гранулирование в аммонизаторе –грануляторе с последующей сушкой в сушильном барабана (АГ+СБ). Рассмотрены понятия оптимизации химико-технологических процессов, этапы постановки оптимизационной задачи, классификация оптимизационных задач. На основании анализа литературных источников сформулированы задачи настоящего исследования.

         Во второй главе рассмотрен процесс получения диаммонийфосфата. Представлена технологическая схема промышленной установки получения диаммонийфосфата (рис. 1) и её описание. Представлена методика измерения и регулирования технологических параметров. Процесс нейтрализации слабоаммонизированной фосфорной кислоты жидким аммиаком осуществляется в смесителях – нейтрализаторах (2, 3, 4, 5). Смесители – нейтрализаторы, представляющие собой камеры смешения с внутренним диаметром 150 мм, установлены непосредственно перед аммонизатором – гранулятором (1). Процесс нейтрализации сопровождается выделением тепла, в результате чего происходит разогрев реакционной массы и испарение влаги. При нейтрализации слабоаммонизированной фосфорной кислоты жидким аммиаком образуется суспензия, состоящая в основном из фосфатов аммония (моноаммонийфосфата, диаммонийфосфата, сульфата аммония, фосфатов железа, алюминия, магния и др.), называемая пульпой. Степень аммонизации (мольное отношение NН3 : Н3РО4) определяет вид выпускаемых удобрений. При выпуске на производстве минеральных удобрений диаммонийфосфата данное соотношение выдерживают в интервале 1,7-1,9.