Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

ТУ 113-03-002-3789-1693), аммиачной селитры (ГОСТ 2-85) и карбамида (ГОСТ 2081-92)предварительно рассевались на ситах для определения гранулометрическогосостава.Водинаковогооднупартиюдиаметра.Вдлякапсулированиятарельотбиралисьгранулятора1,гранулыоборудованнуюэлектрическим приводом вращения 2, подавали с помощью питателя 15предварительно взвешенную на весах партию гранул.

Угол наклона тарели 60˚, частота вращения - 50 мин-1. Одновременно с загрузкой гранул готовиливодную эмульсию раствора капсулянта в термостатируемой емкости 6,добавляянеобходимыеобъѐмыраствораполимераворганическомрастворителе, ПАВ и воды при перемешивании, обеспечиваемом лопастноймешалкой 8.

В качестве органического растворителя использовали толуол иизооктан, в качестве полимера – полиэтилен (ГОСТ 10803 – 020), эмульсиюстабилизировали эмульгаторами AlkamulsOR/36 и Atlox4838b. Как толькоэмульсия становилась однородной, начинали ее подачу через обогреваемуювоздухом с помощью калорифера 5 форсунку 3 и регулировочный кран 7.Термообработка гранул производилась ИК-нагревателем 21, обогрев тарелиосуществляли с помощью электрического калорифера 4.В случае формирования оболочки из мономера при проведенииреакции полимеризации на поверхности частиц используемый мономер –стирол - в количестве, необходимом для формирования оболочки заданнойтолщины, добавляли в водный раствор инициатора полимеризации –персульфата калия (0,5% масс. в расчете на мономер) и эмульгатора Tween 80(2% масс. в расчете на мономер). Соотношение масляной и водной фаз бралиравным 1:7.

Эмульгирование проводили в емкости 6. Полученную эмульсиюраспыляли на поверхность гранул с помощью форсунки 3. Термообработкаматериала ИК-излучателем 21 инициирует процесс полимеризации испособствует испарению растворителей. Известно, что на первых стадиях96эмульсионной полимеризации из мицелл ПАВ образуются полимерномономерные частицы (ПМЧ), внутри которых зарождается полимеризациямономера [71, 101]. При диффузии мономера из капель внутрь мицеллполимернаяцепочкарастет,Поверхностно-активноеивещество,образуетсявсвоюполимернаяочередь,частица.расходуетсянаобразование адсорбированных слоев. Процесс образования основной массыПМЧ заканчивается ориентировочно на стадии 20% конверсии мономера,которая при полимеризации стирола составляет 20-25 минут [71, 101, 102].Основываясь на литературных данных, полимеризацию мономера в течение25 минут проводили при перемешивании и нагревании до 60˚С в емкости 6.Таким образом, добивались образования полимерно-мономерных частиц вэмульсии, которую затем распыляли на поверхность гранул, где принагревании, обеспечиваемом калорифером 4 и источником ИК-излучения 21,завершалсяпроцессполимеризации ироста ПМЧс образованиемполимерных частиц на поверхности гранул, слой которых уплотняется иформирует полимерную оболочку при окатывании гранул.Температуру гранул определяли с помощью термопары.

Вращениетарели при измерении температуры гранул не прекращали. Полученныегранулы выгружались из аппарата и подвергались финальной сушке всушильном шкафу при температуре 70˚С в течение 2 часов.Поскольку тарельчатый гранулятор, используемый нами, не имееткрышки, процесс капсулирования проводили строго под тягой во избежаниенегативного действия применяемых органических растворителей.Первичную оценку качества покрытия проводили после финальнойсушки гранул визуально.

Для упрощения контроля качества оболочкикапсулирующую эмульсию подкрашивали, используя маслорастворимыекрасители. Если окрас гранулы был неплотным, прерывистым, оболочкусчитали некачественной и дальнейшие опыты с подобными образцамигранул не проводили. Также оценивали качество покрытия, помещая97несколько гранул в воду: если оболочка быстро отделялась и всплывала, этотакже означало низкое качество капсулы.При первичной оценке покрытий, образованных путем полимеризациимономера на поверхности частиц было выявлено неудовлетворительноекачество капсул: большая часть оболочек всплывала на поверхностьжидкости, что говорит о недостаточной прочности и толщине покрытия.Приемлемого качества удалось достичь лишь при многократном (не менее 3х) повторении процесса.

Для этого, после первого этапа покрытия гранулывыгружались из аппарата, подвергались сушке в сушильном шкафу, затемснова загружались в тарель, и капсулирование проводили при тех жеусловиях.Табл. 3.1. Расход капсулирующей эмульсии для покрытия гранул карбамида.Доля оболочки – 1% (об.), концентрация ПЭ в растворе – 1 % (масс.)Загрузка гранулкарбамида, кгОрганический растворитель(масляная фаза эмульсии)толуолСоотношение фазмасло:водаОбъем эмульсии, л3:10,551:10,823:10,691:11,043:10,331:10,503:10,431:10,640,5изооктантолуол0,3изооктанДалее контроль качества покрытия осуществляли при растворениикапсулированных гранул. Эксперимент по растворению проводили впроточной и непроточной ячейках, а также в почве.

В результате получаликривые растворения, с помощью которых определяли эффективныекоэффициенты диффузии в различных средах. Подробное описаниеэксперимента и определение основных характеристик качества оболочекприведены далее, в главе 4.98баРис. 3.2.

Фотографии капсулированных окрашенных гранул аммиачнойселитры; капсулянт – водная эмульсия раствора полиэтилена в толуоле,соотношение фаз масло:вода: а – 3:1; б – 1:1.3.1.2. Тепловой баланс периодического процесса макрокапсулированияМатериальный баланс процессов гранулирования и капсулированияотражает, в первую очередь, изменение гранулометрического состава, т.е.размера гранул, с течением времени процесса.

Т.к. капсулированиеэмульсиями растворов полимеров предполагает нанесение тонких (до 6%масс.) оболочек, значительного изменения размера гранул в ходе процесса непроисходит, поэтому материальный баланс в данном случае являетсямалоинформативным с точки зрения анализа ключевых технологическихпараметров [100].По аналогии с [103], уравнение математического описания переносатепла в тарельчатом грануляторе окатывания можно записать в виде [100]:mг с гdm ркdt d (m рк с ркt )dркрк q Л Fгк  L рк ( I 1  I 2 ) rрк hк m рк  Qп ,dddd(3.1)где mг – исходная масса гранул; сг – теплоемкость материала гранул;mрк–исходнаямассаэмульсиикапсулянта;срк–теплоемкостькапсулирующего вещества; qл – плотность теплового потока ИК-излучения;Fгк – площадь облучаемой поверхности гранулы; Lрк = (mрк – mк)/(x2рк – x1рк),где x1рк, x2рк– влагосодержание сушильного агента (воздуха) начальное иконечное; I1рк, I2рк– теплосодержание сушильного агента (воздуха) начальноеиконечное;rрк –удельнаятеплота парообразованиярастворителякапсулянта; Ψ – степень превращения мономера (при полимеризации в ходе99процесса капсулирования); ∆hк – тепловой эффект реакции полимеризациикапсулянта; Qп – потери тепла в окружающую среду.Путем алгебраических преобразований уравнение (3.1) можно привестик виду:(mг с г  m рк с рк )dm ркdtdркрк q Л Fгк  L рк ( I 1  I 2 )  (rрк  с ркt ) hк m рк Qпddd,(3.2)где с рк - средняя теплоемкость раствора капсулянта;Каждый из членов правой части уравнения (3.2) характеризуетотдельные стадии переноса теплоты, это позволяет оценить их воздействиена итоговое изменение температуры:q Л Fгк - поток теплоты, передаваемой ИК-излучением; L рк ( I1поток теплоты, подводимой с сушильным агентом; (rрк  с ркt )dm ркdркрк I2 ) -- тепловойэффект фазового превращения – испарения водной фазы и раствора полимерав эмульсии при капсулировании; Qп   с Fуд (t  t c ) - тепловые потери вокружающую среду; hк m ркучитываетсяприd- тепловой эффект химической реакции,dкапсулированииизмономера,когдапроисходитполимеризация на поверхности гранулы.

Алгоритм расчета изменениястепени превращения Ψ мономера акриламида в пероксидным инициаторомво времени предложен в [103]:d k э (1   ) I 0,5 , I – концентрация инициатора, моль/л;ddI  k d I , kd –dконстанта скорости распада инициатора;k э  k p (2kd / ko )0,5kэ – эффективная константа скорости полимеризации, л/(моль∙с),kp,, ko –константы скорости роста и обрыва цепи соответственно;k p  0,8  10 7 exp  11700 / RT ;k o  6,8  1011 exp  11700 / RT ;100k d  7,53  1016 exp  131800 / RT .Расчет изменения температуры гранул во времени производилисредствами программ Excel и Mathcad.

Для проверки корректности расчетнойпрограммы исходные условия для расчета и эксперимента задавалианалогичными.Рис. 3.3. Блок-схема алгоритма решения задачи теплопереноса прикапсулировании окатыванием.G0, Gк – массы исходных гранул и капсулирующего вещества; aк –содержание капсулирующего вещества в смеси со связующим; qл –плотность теплового потока ИК-излучения; t0 – температура исходныхгранул; tк – температура эмульсии капсулянта; x2 – влажность воздуха послесушки; t1 – температура воздуха на выходе из калорифера.Выше приведена блок-схема решения такой задачи [100]. В случаекапсулирования тонкими полимерными покрытиями не рассматривалиуравнения переноса массы и изменение грансостава, так как изменениеразмера гранул ничтожно.1013.1.3.Анализвлиянияразличныхтехнологическихпараметровнатемпературу гранул в течение процесса макрокапсулированияРасхождение расчетных, полученных средствами программы Excel, иэкспериментальных данных не превышало 15% (в серии из 10 опытов), чтоубедило нас в корректности данных, полученных с помощью расчетнойпрограммы.Значительноевлияниенатемпературуоказываетсоставкапсулирующей эмульсии (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации