WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Пынкова Татьяна Ивановна

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА КАПСУЛИРОВАНИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ

И ЖИДКОФАЗНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.17.08. - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2014

Работа выполнена на кафедре Процессов и аппаратов химических технологий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»

(МИТХТ им. М.В. Ломоносова)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Таран Александр Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой Процессов и аппаратов химических технологий Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ) Баранов Дмитрий Анатольевич кандидат технических наук, эксперт центра «ЭТПиС» ООО «СИБУР»

Михайлова Наталья Александровна

Ведущая организация: ЗАО "Нитро Сибирь" (г. Москва)

Защита состоится «17» июня 2014 г. в 11:00 час. на заседании совета по защите кандидатских и докторских диссертаций Д 212.120.02 в Московском государственном университете тонких химических технологий имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86, ауд. М-119.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова http://www.mitht.ru/pages/96.

Автореферат разослан _ _ 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Анохина Елена Анатольевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В случае, когда продукт выпускают и используют в гранулированном виде, задача повышения его эффективности и улучшения потребительских свойств успешно решается капсулированием.

Заключение гранулы в оболочку увеличивает время высвобождения целевых компонентов, улучшает технологические и функциональные свойства продукции и расширяет области ее применения. В частности, плотное и бездефектное покрытие гранулы минерального удобрения обеспечивает замедленное выделение питательных веществ, позволяя уменьшить количество используемых удобрений и кратность их внесения за сезон.

Водоустойчивость капсулированных гранул аммиачной селитры (АС) определяет возможность применения их в качестве составляющих взрывчатых веществ (ВВ) типа гранулитов (игданитов) и эффективность данных ВВ в обводненных скважинах.

Капсулирование тонкими (до 6% об.) полимерными оболочками часто связано с применением капсулирующих агентов, на 98-99% (об.) состоящих из органических растворителей, в связи с чем остро встает проблема безопасного использования, экономии и регенерации последних. Таким образом, разработка технологии, позволяющей уменьшить объем применяемых растворителей, а также обеспечить создание оболочки высокого качества, является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии капсулирования окатыванием, основанной на использовании в качестве капсулирующего агента водных эмульсий растворов полимеров (мономеров) в органических растворителях. Новый тип капсулянта предлагается как альтернатива применяемым на данный момент растворам полимеров (мономеров) в органических растворителях. Данная технология, предполагающая использование меньшего количества органического растворителя и капсулирование менее токсичными водными эмульсиями растворов полимеров (мономеров), направлена на получение твердофазных продуктов пролонгированного действия, заключенных в тонкие (до 6% об.) полимерные оболочки.

Основные задачи, решаемые для достижения поставленной цели:

1. Изучение теории и практики замены раствора капсулянта водной эмульсией раствора капсулянта:

- анализ теоретических основ эмульгирования и условий образования эмульсий;

- проведение экспериментов по получению устойчивых эмульсий различного состава;

проведение цикла экспериментов и разработка технологии макрокапсулирования гранул водными эмульсиями растворов капсулянтов методом окатывания в тарельчатом грануляторе;

- рассмотрение технологической схемы для промышленного производства капсулированных гранул по предложенной технологии.

2. Проведение цикла экспериментов по микрокапсулированию жидкофазного продукта (средства защиты растений) с целью улучшения потребительских свойств последнего.

3. Анализ методов контроля качества получаемого продукта.

Научная новизна 1. Впервые эмульгирование рассмотрено как процесс, формально аналогичный процессам с фазовыми превращениями. В рамках этого подхода:

- с использованием выражений для «классических» фазовых превращений предложен расчет изменения энергии Гиббса G при самодиспергировании, а также введении дополнительной энергии в систему;

- предложен способ оценки критического межфазного натяжения, являющегося кинетическим барьером самодиспергирования в системе;

- с хорошим согласованием между собой рассчитаны и экспериментально определены скорости зарождения и роста центров новообразований.

2. На основании сформулированного математического описания периодического процесса капсулирования составлена расчетная программа, позволяющая определить технологические параметры капсулируемых гранул на любой стадии процесса для создания предпочтительных условий капсулирования. Аналогичный подход применим для выбора технологических параметров проведения предварительного процесса догранулирования (подготовки) поверхности гранул перед капсулированием.

3. Предложен экспериментально обоснованный способ оценки качества капсулирующей оболочки и технологии капсулирования по дисперсии плотности распределения эффективных коэффициентов диффузии и наименьшему значению эффективного коэффициента диффузии целевого компонента через капсулирующую оболочку.

Практическая значимость 1. Разработана и апробирована на примере гранул аммиачной селитры и карбамида оригинальная, защищенная патентом РФ технология макрокапсулирования водными эмульсиями растворов полимеров (мономеров) различного состава. Полученные гранулы показывают время растворения, сопоставимое с аналогами, капсулированными растворами полимеров в органических растворителях. Доля расходного компонента (органического растворителя) при использовании водных эмульсий снижается в 1-3 раза.

2. Капсулирование гранул предложенным способом применено нами для получения медленнодействующих азотсодержащих минеральных удобрений и водоустойчивых промышленных ВВ типа гранулитов (игданитов).

3. Осуществлено микрокапсулирование жидких инсектицидов, что позволило увеличить продолжительность их действия за счет замедленного выделения активного компонента из микрокапсул и снизить риск негативного влияния гербицида на слизистую оболочку глаз и кожный покров человека при распылении. Практическая значимость проведенных экспериментов по микрокапсулированию средств защиты растений подтверждена актом передачи научно-технической документации.

4. Предложен и запатентован способ обработки гранул непористой ГОСТ 2аммиачной селитры водными эмульсиями дизельного топлива (ДТ) или других органических веществ (например, отработанного машинного масла с угольной или алюминиевой пылью), позволяющий изготавливать на основе сельскохозяйственной АС промышленные ВВ класса гранулитов (игданитов), без применяемой в настоящее время для этих целей более дорогой и менее доступной пористой аммиачной селитры (ПАС).

5. Предложена схема опытно-промышленной установки (ОПУ) для промышленного производства капсулированных гранул по описанной в работе технологии.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертации изложены на:

XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград–2011), IV Молодежной и XIV Международной научно-технических конференциях «Наукоемкие химические технологии» (Москва–2011, Тула-2012), Международной конференции по химической технологии «ХТ’12» (Москва– 2012), VII Международной научно-практической конференции «Дни НаукиПрага-2012), XIV Минском Международном Форуме по тепломассообмену (Минск-2012), I Всероссийской заочной научнопрактической конференции «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве» (Бийск-2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, тезисы 7 докладов на международных и российских научных конференциях, получено 2 положительных решения о выдаче патентов РФ.

На защиту выносятся:

1. Анализ эмульгирования как процесса, формально аналогичного процессам с фазовыми превращениями.

2. Оригинальная технология капсулирования гранул методом окатывания с использованием в качестве капсулирующих агентов водных эмульсий растворов полимеров (мономеров) в органических растворителях.

3. Способ и результаты микрокапсулирования жидкофазного продукта – средства защиты растений.

4. Способ обработки гранул сельскохозяйственной аммиачной селитры водными эмульсиями ДТ или отработанного масла с угольной или алюминиевой пылью для дальнейшего использования в качестве промышленного ВВ класса гранулитов (игданитов).

5. Экспериментальные способы оценки качества капсулирующей оболочки и технологии капсулирования.

6. Схема опытно-промышленной установки (ОПУ) для промышленного производства капсулированных гранул по предложенной технологии.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 9 таблиц, приложения и библиографию из 122 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы и приведены основные результаты работы.

В первой главе представлен обзор научно-технической литературы, где рассмотрены основные способы гранулирования, макро- и микрокапсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов, оценены их достоинства и недостатки. Дано краткое обсуждение существующих способов энерго- и ресурсосбережения в технологиях гранулирования и капсулирования, сделан вывод о возможных путях совершенствования технологии капсулирования растворами полимеров (мономеров).

Рассмотрены математическое описание процессов фазовых превращений, методика определения скоростей зарождения и роста центров новообразований. Представлены основные способы эмульгирования и стабилизации эмульсий, дан краткий анализ теоретических основ эмульгирования и самодиспергирования. На основе обзора литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена теории и практике получения стабильных эмульсий для их дальнейшего применения в качестве капсулирующих агентов. Рассмотрены основные способы (рис. 1) и термодинамические условия получения эмульсий.

Гетерогенная система Самоэмульгирование - при образовании ПАВ на межфазной границе в результате Рис. 1. Способы получения эмульсионных систем.

Для расчета изменения степени превращения, экспериментального определения и анализа скоростей зарождения и роста капель макро- и микроэмульсий во времени в работе применялись подходы предложенной на кафедре ПАХТ МИТХТ теории формальной аналогии процессов со структурной перестройкой исходной системы. Согласно этому, обратимый процесс диспергирования-коалесценции капель эмульсии с формальной точки зрения можно отнести к аналогичным процессам «классических»

фазовых превращений, при которых метастабильную («старую») фазу допустимо рассматривать как систему, способную под действием «термодинамического стимула» и локальных флуктуаций перейти в гетерофазное состояние с «проигрышем» соответствующей энергии за счет образования «межфазной поверхности» стабильной («новой») фазы.

Соответствующие выводы, полученные совместно с соавторами, представлены в [1].

Исходя из описанных выше представлений, общее изменение свободной энергии при образовании зародыша «новой» фазы (в случае образования эмульсии - капли дисперсной фазы) можно описать известным соотношением (1), а изменение свободной энергии системы при диспергировании F можно представить через энтропию смешения Sсм (2) [2, 3, результаты получены совместно с А.Л. Тараном и Ю.А. Таран] где м и ст – химический потенциал системы в метастабильном и стабильном состояниях, соответственно, – число частиц дисперсной фазы, и 0 – межфазное натяжение в системе после диспергирования и в начальном состоянии, соответственно, r - радиус частиц дисперсной фазы. При дифференцировании уравнения (1) и приравнивании производной к нулю получаем значение критического радиуса капли (зародыша).

Выражая (ст - м) из уравнения (1) с учетом уравнения (2) и представляя изменение энтропии смешения Sсм, согласно теории совершенных растворов, числом независимых перестановок – числа частиц дисперсной фазы и N – числа молекул среды (3), получаем уравнение (4) Выражение (1) с учетом приведенных преобразований принимает вид:

При достижении изменения свободной поверхностной энергии G нулевого значения в системе происходит самодиспергирование. Критическим барьером диспергирования при этом является межфазное натяжение на границе масло-вода. В случае крупных частиц может не выполняться условие компенсации G=0, и достижение условий диспергирования возможно, например, при перемешивании или за счет снижения поверхностного натяжения на межфазной границе при адсорбции ПАВ на поверхности последнего, или же при образовании эмульсии из «гомогенного» раствора за счет пересыщения относительно равновесных концентраций (переохлаждении). Изменение энергии Гиббса в описанных выше случаях отражено в уравнениях (6)-(8), соответственно.

Зависимость изменения энергии Гиббса от некоторых параметров диспергирования представлена на рис. 2. Приведенные зависимости показывают, что эффективным способом снижения суммарной поверхностной энергии, а, следовательно, преодоления порога диспергирования, является введение в систему поверхностно-активного вещества, в то время как изменение температуры системы (переохлаждение) оказывает меньшее влияние на G.

Рис.2. Зависимость изменения свободной поверхностной энергии от а) концентрации ПАВ в водной фазе; б) изменения температуры tS. Исходные данные: система водатолуол, 0=0,01 Дж/м2; М=9210-3 кг/моль; =866,9 кг/м3; =0,1.

Для численной оценки критического межфазного натяжения, необходимого для осуществления самодиспергирования в системе, приравняем к нулю уравнение (5), а затем выразим из него :

Параметр N – число молекул дисперсной среды (воды), можно представить в виде Учитывая это, получаем выражение для определения критического межфазного натяжения Численное значение можно рассчитать по экспериментально измеренным величинам, кроме того, «» зависит от состава исходной системы. При обычно реализуемых в случае эмульсий величинах r=10-6 м; =0,1;

ММ=20010-3 кг/моль; М=900 кг/м3 получаем =9,44 и кр=3,8810-8 Дж/м2.

Экспериментальные измерения межфазного натяжения показывают, что увеличение концентрации поверхностно-активного вещества свыше 1,5% масс. нецелесообразно, т.к. дальнейшее повышение количества ПАВ не обеспечивает межфазного натяжения ниже определенных значений.

Скорость зарождения центров дисперсной фазы (новообразований) З трактуют, как и для других формально аналогичных процессов, в виде наиболее вероятного числа зародышей М(), образующихся в единице объема «старой» фазы V в единицу времени. Скорость зарождения центров превращения определяли по экспериментальным данным, фиксирующим момент начала превращения, с использованием зависимостей в бесконечно малых и конечных приращениях, соответственно:

Момент, когда капля достигает размеров, регистровали визуально (по появлению опалесценции) или инструментально на установке, разработанной на кафедре ПАХТ МИТХТ. Полученные экспериментально данные позволили определить зависимость скорости зарождения центров эмульгирования от пересыщения по целевому компоненту в гетерофазной области (рис. 3). Эксперимент проводили с трехкомпонентной системой вода – ацетон – ксилол, пересыщение осуществлялось за счет охлаждения [1, результаты эксперимента получены совместно с А.Л. Тараном и Ю.А.

Таран].

Для определения линейной скорости роста радиуса капель использовали метод непосредственного наблюдения за ростом капель на установке и сопоставляли ее с, которая определена по зависимости, характерной для гомогенного изопотенциального объемного превращения, записанной в дифференциальной и разностной форме (13) и (14), соответственно:

Экспериментально получив зависимость изменения превращения во времени (), зная З и max, рассчитывали методом однопараметрической оптимизации линейную скорость роста капель эмульсии (рис. 4). Наличие экспериментально полученных значений скоростей зарождения и роста центров эмульгирования позволило рассчитать зависимости изменения во времени степени превращения гомогенного раствора в эмульсию () и интегральную функцию распределения капель по размерам (d) в любой момент времени и сопоставить результаты расчета с данными независимого эксперимента (рис. 5). Расхождения не превышали 15% с вероятностью 95%.

Рис. 3. Зависимость эмпирической функции Рис. 4. Зависимость линейной скорости ожидания начала превращения F() от роста микрокапель эмульсии вода – ацетон времени и скорости зарождения центров – ксилол в зависимости от пересыщения С целевому компоненту: 1 – пересыщение экспериментальные данные 2 – данные, 14%; 2 – пересыщение 24%; 3 – полученные путем расчета по зависимости Третья глава посвящена описанию методик макро- и микрокапсулирования, реализованных в данной работе, и оценке качества полученного продукта.

сельскохозяйственной аммиачной селитры осуществлялось в непрерывном и периодическом режимах на лабораторной установке, оснащенной тарельчатым гранулятором (рис. 6) [4, результаты эксперимента получены совместно с А.Л. Тараном]. В качестве органического растворителя использовали толуол и изооктан, в качестве полимера – полиэтилен, мономера стирол, эмульсию стабилизировали эмульгаторами AlkamulsOR/36 и Atlox4838b. В случае формирования оболочки из мономера для проведения реакции полимеризации на поверхности частиц в капсулирующую эмульсию добавляли инициатор полимеризации персульфат калия. Термообработка материала ИК-излучателем инициирует процесс полимеризации и способствует испарению растворителей.

Также в данной главе рассмотрен тепловой баланс периодического процесса капсулирования. Перенос тепла в тарельчатом грануляторе окатывания в случае периодического процесса можно записать в следующей форме:

Каждый из членов правой части уравнения характеризует отдельные стадии переноса теплоты, это позволяет оценить их воздействие на итоговое изменение температуры: q Л Fгк - поток теплоты, передаваемой ИКизлучением; L рк ( I1 рк I 2 рк ) - поток теплоты, подводимой с сушильным агентом; (r рк с рк t )dm рк / d - тепловой эффект фазового превращения – испарения водной фазы и раствора полимера в эмульсии при капсулировании; Qп с Fуд (t t c ) - тепловые потери в окружающую среду;

hк m рк d / d - тепловой эффект химической реакции, учитывается при капсулировании из мономера, когда происходит полимеризация на поверхности гранулы. Уравнение (15) описывает не только перенос тепла при периодическом процессе, но также справедливо для начальных стадий непрерывного процесса, когда устанавливается постоянное качество продукта и «выходят на режим» основные технологические параметры и узлы установки.

Расчет изменения температуры гранул во времени производили средствами программ Excel и Mathcad. Реальную температуру гранул определяли непосредственно в процессе капсулирования с помощью термопары, через определенные промежутки времени. Расхождение расчетных, полученных средствами программы Excel, и экспериментальных данных не превышало 15% (в серии из 10 опытов), что убедило нас в корректности данных, полученных с помощью расчетной программы.

При варьировании технологических параметров процесса, задаваемых при расчете, выяснилось, что значительное влияние на температуру оказывает состав капсулирующей эмульсии (рис. 7а). Чем больше доля масляной фазы в эмульсии, тем интенсивнее возрастает температура (при неизменной мощности теплового потока ИК-излучения). Такой эффект может быть связан с уменьшением затрат теплоты на испарение воды и растворителя капсулянта. Анализ влияния температуры исходных гранул (рис. 7б) показывает, что значительной интенсификации процесса при использовании горячих гранул (tисх = 50С) не происходит, поэтому в данном случае необходимо руководствоваться индивидуальными особенностями производства.

Рис. 7. Изменение температуры капсулируемых гранул аммиачной селитры (сплошные линии) и карбамида (штриховые линии) (диаметр гранул – 4 мм, загрузка – 0,5 кг) во времени для: а) капсулирующих эмульсий различного состава. Соотношение фаз масло:вода: 1 – 3:1, 2 - 2,3:1, 3 - 1,5:1 (расчетные данные); б) различных исходных температур гранул: 1 - 20С, 2 - 30С, 3 - 50С (расчетные данные).

Далее в главе рассмотрены основные способы получения микрокапсул с неполярным (водонерастворимым) веществом. Из нескольких реализованных методов в качестве основного был выбран способ «экстракции/испарения растворителя». В качестве объекта микрокапсулирования было выбрано средство защиты растений (СЗР) инсектицид на основе действующего вещества хлорпирифос.

Рецептура микрокапсулирования и влияние соотношения количеств ПАВ, д. в. и полистирола на характеристики частиц представлены в табл. 1.

Практическая значимость проведенных экспериментов по микрокапсулированию средства защиты растений подтверждена актом передачи научно-технической документации.

Табл. 1. Рецептура микрокапсулирования и характеристики полученных микрокапсул.

масс.ч. масс.ч. масс.ч.

Третья глава завершается исследованиями возможности применения водных эмульсий дизельного топлива для получения простейших промышленных ВВ типа гранулитов (игданитов) на основе непористой аммиачной селитры. Предлагается обрабатывать сельскохозяйственную ГОСТ 2-85 АС водной эмульсией дизельного топлива или других органических веществ, например, отработанного машинного масла с содержанием угольной или алюминиевой пыли. Микронный диапазон размеров позволяет компонентам эмульсии проникать в мельчайшие поры гранул, тем самым обеспечивая повышение впитывающей и удерживающей способностей по нефтепродукту непористой аммиачной селитры (табл. 2).

Табл. 2. Характеристики гранулированной аммиачной селитры после пропитки водной эмульсией дизельного топлива.

Наименование показателя Впитывающая способность по отношению к дизельному топливу, %, не менее Удерживающая способность по отношению к дизельному топливу, %, не менее Статическая прочность гранул, н/гранулу, не менее Количество термических циклов уменьшением статической прочности гранул в 2 раза Предложенный способ позволяет использовать гранулы широкодоступной сельскохозяйственной аммиачной селитры для изготовления промышленных взрывчатых веществ при сохранении основных технических характеристик гранул на уровне пористых аналогов. Научнотехническая документация, составленная на основании описанных выше опытов, передана для использования ЗАО «Нитро Сибирь». Также на основании полученных экспериментальных данных совместно с соавторами подана заявка и получено положительное решение о выдаче патента РФ [5].

В четвертой главе приведено математическое описание процесса растворения капсулированной гранулы, покрытой тонкой полимерной оболочкой. Схема процесса представлена на рис. 8.

Решая уравнения переноса вещества и теплоты внутри гранулы при растворении и экспериментально определив коэффициенты диффузии в различных средах, находили профиль изменения концентрации растворяемого температуры по радиусу гранулы.

диффузии через мембрану DЭК находили, снимая кинетику растворения каждой из фракций капсулированных гранул.

Примеры кривых растворения гранул в Рис. 8. Схема растворения различных средах приведены на рис. 9. капсулированной гранулы. ry б) – Численно DЭ рассчитывали по расчетный радиус; () – фронт уравнению (16), определяя число Фурье растворения; rГ – радиус гранулы; rК температурного поля в неограниченной (маточника) М ; Р - раствор внутри пластине в граничных условиях первого капсулы; К – капсула (мембрана); С – для всех; толщина капсулирующей оболочки – 1% об.; в - сплошные линии – догранулированные гранулы аммиачной селитры, радиус 4 мм, штриховые линии – гранулы ПАС, радиус 2,5 мм, толщина капсулирующей оболочки – 3% об.

По данным распределения эффективных коэффициентов диффузии был построен график плотности распределения эффективных коэффициентов диффузии гранул аммиачной селитры для разных размеров гранул (рис. 12).

Рис. 10. Распределение индукционных Рис. 11. Распределение эффективных периодов при растворении коэффициентов диффузии при растворении капсулированных гранул АС различных капсулированных гранул АС различных размеров: 1 – Ri-=1 мм, 2 - Riм=2 мм, 3 - размеров: 1 – Ri-=1 мм, 2 - Riм=2 мм, 3 Ri+=4 мм; отсечками дан доверительный Ri+=4 мм; отсечками дан доверительный интервал с вероятностью 95%; толщина интервал с вероятностью 95%; толщина Минимальный вероятный эффективный коэффициент диффузии свидетельствует о качестве самого капсулянта (эффективности капсулирующего агента) - чем он меньше (на рисунке обозначен (Dэк)min для фракции Ri+), тем лучше материал капсулы; то есть, покрытие плохого качества не может обеспечить низкого коэффициента диффузии, даже в максимально благоприятном случае. Чем больше дисперсия распределения данных коэффициентов, тем хуже технология покрытия гранулы, оно неоднородно по толщине, т.к. в этом случае гранулы равного размера и с одинаковым составом капсулы будут показывать различные значения эффективных коэффициентов диффузии. Оболочки с различными минимальными Dэк и дисперсиями плотностей распределения Dэк были рассмотрены под световым микроскопом. Полученные таким образом данные подтверждают сделанные выше выводы: оболочки с большими (Dэк)min более рыхлые, «чешуистые», а покрытия с большими дисперсиями плотностей распределения прерывистые и неоднородные по толщине.

Повышения качества капсулирующей оболочки можно добиться многослойным капсулированием подготовленных (укрупненных) гранул. На рис. 9в представлены кривые растворения гранул, покрытых многослойными оболочками, при этом время растворения увеличивается многократно.

Эффективный коэффициент диффузии во влажной грануле Dэкм определяли, решая задачу нестационарного массопереноса в шаре по номограммам в граничных условиях I рода: С(r,)=Cрн;T0=С0=0,3%(масс.) – начальная влажность аммиачной селитры; Тс=Срн=1; (C ( 1 ) C р н ) /(С0 С р н );

C ( ) К / К В - средняя влажность гранул, которую определяли параллельно весовым методом и йодометрическим титрованием по Фишеру.

Определив значение числа Фурье по номограмме, можем оценить эффективный коэффициент диффузии в кристаллической фазе согласно уравнению (17) Для оценки эффективного коэффициента диффузии в растворе одну гранулу с известной плотностью Г и радиусом R помещали в прозрачную кювету и фиксировали время изменения диаметра гранулы.

Удельный поток вещества с поверхности гранулы рассчитывается по уравнению:

в то же время удельный поток вещества определяется:

Решая совместно уравнения (18) и (19), находили эффективный коэффициент диффузии в растворе.

Эффективный коэффициент диффузии в пористой среде определяли, помещая капсулированную гранулу в песок (или почву) и орошая пористую среду водой. Строили зависимость доли растворенного вещества во времени.

Эффективный коэффициент диффузии оценивали, решая совместно уравнения (18) и (20).

Коэффициент теплопроводности экм в кристаллической фазе, пропитанной маточным раствором, определяли экспериментально, измеряя среднюю температуру на поверхности гранул в закладке по прошествии времени 1. Далее решали задачу нестационарного теплопереноса в шаре по номограммам. Определив значение числа Фурье, оценивали экм:

Эффективный коэффициент теплопроводности в растворе находили, решая совместно уравнения (21) и (22).

Экспериментально определяли изменение температуры в закладке гранул во времени.

Табл. 3. Значения эффективных коэффициентов диффузии и теплопроводности в различных средах, определенных экспериментально для различных материалов гранул и оболочек. Доля капсулирующей оболочки – 1% об. – для всех.

аммиачная 2, Вычислительный эксперимент процесса растворения позволяет определить изменение концентрации и температуры материала гранулы по радиусу (рис. 13).

Уравнения переноса целевого компонента и теплопереноса с распределенным объемным источником решали численно, по неявной шеститочечной схеме Кранка-Николсона, используя метод «конечных разностей».

В пятой главе представлена схема опытно-промышленной установки для догранулирования/капсулирования гранул окатыванием, описание ее работы в нескольких технологических режимах, а также рассмотрены основные области применения ОПУ.

В таблице 4 приведены характеристики капсулированных гранул, полученных на опытно-промышленной установке. В качестве исходных гранул брали пористую аммиачную селитру, сельскохозяйственную ГОСТ 2аммиачную селитру и "догранулированные" АС и карбамид. Процесс догранулирования можно проводить последовательно с капсулированием в одной технологической линии. Пары растворителей, образующиеся при испарении капсулянта с поверхности гранул, после прохождения фильтра конденсируют водой. Если в результате конденсации образовалась эмульсия, ее расслаивают, а полученные жидкости дополняют необходимым количеством полимера, эмульгатора и инициатора. Вновь приготовленную эмульсию используют далее для капсулирования. Для сравнения в табл. приведены показатели качества гранул, полученных при капсулировании из растворов полиэтилена в органическом растворителе – толуоле.

Табл. 4. Показатели качества капсулированных азотсодержащих минеральных удобрений (доверительный интервал дан с вероятностью 95%).

Состав исходных Размер исх- Статич. Капсулянт (объем Время полурастворения По результатам работы сделаны следующие выводы:

1. Предложенная в работе оригинальная запатентованная технология капсулирования твердофазных продуктов, предполагающая использование водных эмульсий растворов капсулянтов в органических растворителях в качестве капсулирующего агента, позволила сократить количество применяемого органического растворителя, повысить экологическую и промышленную безопасность производства.

2. Экспериментально определены и проанализированы скорости зарождения и роста капель эмульсии, осуществлен расчет изменения свободной энергии Гиббса и оценено значение критического межфазного натяжения при самодиспергировании с применением положений формальной аналогии процессов с фазовыми превращениями. Приемы формальной аналогии позволили использовать подходы и выражения теории кристаллизации для расчета термодинамических и кинетических параметров образования эмульсий.

3. Составлена расчетная программа, позволяющая определять влияние технологических параметров на температуру капсулируемых гранул. Расчет произведен на основании балансовых соотношений периодического и непрерывного процессов капсулирования водными эмульсиями растворов полимеров (мономеров).

4. Реализованы технологии макро- и микрокапсулирования твердых и жидких продуктов водными эмульсиями растворов полимеров (мономеров) в органических растворителях. Полученные макрокапсулированием гранулы аммиачной селитры и карбамида показывают время растворения, конкурентноспособное по сравнению с оболочками, нанесенными из растворов полимеров (мономеров) в органических растворителях.

Микрокапсулирование СЗР позволило увеличить продолжительность его действия, экологическую и технологическую безопасность при применении, разбавлении, хранении за счет капсулирования действующего вещества и его замедленного выделения. Перспективность практического применения микрокапсулирования для получения эффективных СЗР подтверждена Актом передачи научно-технической документации, полученном от ООО «Доктор Фармер Рус».

5. Указанная выше запатентованная технология капсулирования позволила получить покрытые полимерными оболочками гранулы аммиачной селитры для изготовления на основе последних взрывчатых веществ типа гранулитов (игданитов), пригодных для применения в обводненных скважинах вследствие высокой водоустойчивости.

6. Разработана и запатентована технология обработки гранул амселитры ГОСТ 2-85 водными эмульсиями органических веществ. Эмульсионные пропитки, содержащие в качестве органической фазы ДТ или отработанное машинное масло с добавками угольной или алюминиевой пыли, позволили использовать сельскохозяйственную широкодоступную аммиачную селитру в качестве составной части промышленных ВВ типа гранулитов (игданитов).

Полученные результаты отражены в переданной ЗАО «Нитро Сибирь»

научно-технической документации.

7. Экспериментально оценены эффективные коэффициенты диффузии и теплопроводности при переносе через капсулу, в системе кристалл-маточник, а также в средах – дистиллированной воде и почве. Полученные данные позволили определить профили изменения температуры и концентрации в растворяющейся грануле посредством проведения вычислительного эксперимента.

8. Опытным путем получены значения наименьшего эффективного коэффициента диффузии и дисперсии плотности распределения эффективных коэффициентов диффузии в капсуле, на основании которых было оценено качество капсулирующей оболочки и технологии капсулирования.

9. Предложена и апробирована технологическая схема опытнопромышленной установки производства догранулированных и макрокапсулированных продуктов окатыванием. Для оценки возможностей предлагаемой технологии и ее аппаратурно-технологического оформления приведены характеристики полученных макрокапсулированных гранулированных продуктов, а также оценены промышленные производства, где может быть применена разработанная технология.

с – теплоемкость, дж/кгК; DЭ – эффективный коэффициент диффузии, м2/с;

Fгк – площадь облучаемой поверхности гранулы, м2; Fo – критерий Фурье; I– теплосодержание сушильного агента, Дж/кг; k – константа Больцмана; М – молярная масса, г/моль; m – масса, кг; N – число частиц молекул среды, шт.;

Qп – потери тепла в окружающую среду; qл – плотность теплового потока ИКизлучения, Вт/м2; r– радиус зародыша, капли, м; Т, t – температура, град.; Vм, Vв – объем масляной и водной фаз, м3; – фактор формы; hк – тепловой эффект реакции полимеризации капсулянта, Дж/кг; К – толщина капсулирующей оболочки, м, – степень превращения; Э – эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(мК); – химический потенциал, Дж/кгмоль; – плотность, кг/м3; – число частиц дисперсной фазы, шт.; – межфазное (поверхностное) натяжение, дж/м2; – время, сек.; инд – индукционный период, сек.; – линейная скорость роста, м/с; – доля масляной фазы; – степень превращения мономера (при полимеризации в ходе процесса капсулирования); З – скорость зародышеобразования, [м3с]-1.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Пынкова, Т.И. Теория и практика определения скоростей зарождения и роста микрокапель в трехкомпонентных жидких смесях при ограниченной растворимости компонентов / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.Л. Таран // Вестник МИТХТ. - 2012. - Т.VII. - №2. - С. 39.

Пынкова, Т.И. Исследование условий образования эмульсий с использованием формальной аналогии процессов со структурной перестройкой исходной системы / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.Л. Таран // Вестник МИТХТ. 2013. - Т. 8. - № 1. - С. 51.

Пынкова, Т.И. Подход к оценке кинетических параметров процесса самодиспергирования / Т.И. Пынкова Т.И., А.Л. Таран, Ю.А. Таран // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2013.-Т. 56.-№ 12.- С. 28.

Пынкова, Т.И. Экологически безопасная и энергосберегающая технологии капсулирования гранул водозащитными тонкими полимерными оболочками / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.Л. Таран // Химическая технология. – 2012. - №8. - С. 496.

Таран, А.Л. Заявка на пат. РФ RU 2013102944. Способ получения гранулированной аммиачной селитры / А.Л. Таран, Ю.А. Таран, Т.И.

Пынкова, А.В. Таран. – Решение о выдаче патента 14.02.2014.

Таран, А.Л. Заявка на пат. РФ RU 2012131114. Способ получения медленнодействующего гранулированного удобрения / А.Л. Таран, Ю.А.

Таран, Т.И. Пынкова, А.В. Таран. – Решение о выдаче патента 25.11.2013.

Таран, А.Л. Исследование процесса капсулирования гранулированных азотсодержащих удобрений и промышленных ВВ на основе пористой аммиачной селитры микро(нано)эмульсиями растворов полимеров / А.Л.

Таран, Т.И. Пынкова, Ю.А. Таран // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. - Волгоград, 25-30 сентября 2011. - С. 427.

азотсодержащих удобрений / Т.И. Пынкова, Ю.А. Таран // IV Молодежная научно-технической конференция «Наукоемкие химические технологииМосква, 9-10 ноября 2011. - С. 105.

Таран, А.Л. Определение скоростей зарождения и роста микрокапель в трехкомпонентных жидких смесях при самодиспергировании / А.Л. Таран, Т.И. Пынкова, Ю.А. Таран // Международная конференция по химической технологии «ХТ’12». - Москва, 18-23 марта 2012. С. 117.

10. Таран, А.Л. Капсулирование азотсодержащих удобрений водными микро(нано)эмульсиями растворов полимеров / А.Л. Таран, Т.И. Пынкова, Ю.А. Таран // XIV международная конференция «Наукоемкие химические технологии-2012. - Тула, 21-24 мая 2012. - С. 108.

11. Таран, Ю.А. Экологически безопасная технология капсулирования гранул полимерными оболочками / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.Л. Таран // VII Международная научно-практическая конференция «Дни Науки-2012».

Прага, 2012. - С. 17.

12. Таран, Ю.А. Экологически безопасная и энергосберегающая технологии капсулирования гранул / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.Л. Таран // XIV Минский Международный Форум по тепломассообмену. - Минск, 2012.

- С. 343.

13. Таран Ю.А. Разработка энерго-ресурсосберегающего и экологически безопасного процесса капсулирования гранулированных продуктов водными эмульсиями пленкообразующих веществ / Ю.А. Таран, Т.И. Пынкова, А.В.

Таран, А.Л. Таран // I Всероссийская заочная научно-практическая конференция «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве».

- Бийск, 2012. - С. 384.

Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-

 


Похожие работы:

«КУШИТАШВИЛИ ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ 05.15.11. - Физические процессы горного производства АВТОРЕФЕРАТ дисертации, представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук Тбилиси 2006 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ГРУЗИНСКОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Научный руководитель – докт. техн. наук, проф. Гуджабидзе И. К. Официальные оппоненты : докт. техн. наук, проф....»

«Курилкин Александр Александрович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ 05.17.01 – Технология неорганических веществ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2013 Работа выполнена в ОАО Электростальское научно-производственное объединение Неорганика доктор технических наук, профессор Научный руководитель : Мухин Виктор Михайлович, начальник лаборатории активных углей, эластичных...»

«Ауад Максим Сами АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ПРОЦЕДУРНЫЕ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ В СЕТЕВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ С РАЗЛИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ Специальность 05.25.05 Информационные системы и процессы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тамбов – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тамбовский государственный технический университет (ФГБОУ ВПО ТГТУ) на...»

«Молдавская Любовь Давидовна СТРУКТУРА, ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА И ИК ФОТОПРОВОДИМОСТЬ МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОСИСТЕМ InGaAs/GaAs С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ 05.27.01 — твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2007 Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН Научный руководитель : кандидат...»

«Гнусов Максим Александрович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГРУНТОМЕТА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС В ЛЕСУ 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежская государственная лесотехническая академия (ФГБОУ...»

«Балан Никита Николаевич РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ТУННЕЛЬНЫХ НАНОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Специальности: 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах; 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа...»

«Свешников Александр Сергеевич ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ШПОНА И ДРЕВЕСНО-КЛЕЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ 05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2014 2 Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО Костромской государственный технологический университет на кафедре лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств Научный...»

«ПОПОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ КОНТАКТНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ХЛАДОАГЕНТА ОХЛАЖДЕННЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Процессы и аппараты химической технологии государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московская государственная академия тонкой химической технологии...»

«ЕВСЕЕНКО ВЕРОНИКА ИВАНОВНА ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСМУТА ВИННОКИСЛОГО И ГАЛЛОВОКИСЛОГО ОСНОВНОГО ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ 05.17.01 – Технология неорганических веществ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Красноярск - 2008 Работа выполнена в Институте химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской Академии наук кандидат химических наук Научный руководитель : Логутенко Ольга Алексеевна доктор химических...»

«Платов Геннадий Алексеевич Численное исследование гидродинамических процессов в окраинных морях и в шельфовой зоне 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Новосибирск – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук Ривин Гдалий...»

«ЧЕРЕМИСИНОВ АНДРЕЙ АНДРЕЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТРЕХКОЛЛЕКТОРНОГО БИПОЛЯРНОГО МАГНИТОТРАНЗИСТОРА С НИЗКИМ КОЛЛЕКТОРНЫМ РАЗБАЛАНСОМ ДЛЯ РАБОТЫ В СЛАБЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ Специальность: 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре интегральной электроники и...»

«БРИТКОВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ГЕРМЕТИЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ Специальность 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва - 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский...»

«Ушмарин Николай Филиппович РАЗРАБОТКА РЕЗИН НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХ КАУЧУКОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДОБАВОК И СТАБИЛИЗАТОРОВ 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань - 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова и Федеральном...»

«Гавриченко Александр Константинович ТОМОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ В ЗАДАЧАХ КВАНТОВОЙ ИНФОРМАТИКИ Специальность 05.27.01 — твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва, 2013 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Физико-технологическом институте РАН (ФТИАН РАН) Научный...»

«ШУМИЛОВ АНДРЕЙ СТАНИСЛАВОВИЧ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАНАВОК В КРЕМНИИ В BOSCH-ПРОЦЕССЕ Специальность 05.27.01. – твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2009 1 Работа выполнена в Ярославском филиале Учреждения Российской академии наук Физико-технологический институт (ФТИАН) Научный руководитель :...»

«Шишов Михаил Александрович Самоорганизованные слои полианилина для применения в электронике Специальность 05.27.06 технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена на кафедре микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина) Научный...»

«Обуздина Марина Владимировна ПРОЦЕССЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕОЛИТОВ 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск - 2011 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Иркутском государственном университете путей сообщения (ИрГУПС) на кафедре Безопасность жизнедеятельности и экология Научный руководитель, доктор технических наук, профессор Руш Елена...»

«Звидрина Мария Павловна Профессиональные компетенции аналитика информационных ресурсов Специальность 05.25.03 – Библиотековедение, библиографоведение и книговедение Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Санкт-Петербург – 2013 2 Работа выполнена на кафедре документоведения и информационной аналитики ФГБОО ВПО Санкт-Петербургский государственный университет культуры и искусств. Научный руководитель : доктор педагогических наук,...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.