Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

Принимая коэффициент барродиффузии Кр=1,осмотическое давление в капсуле, покрывающей гранулу аммиачнойселитры, равно:135Росм  1 (1  С н ) 2 Р(1  0,9) 2 1,01  10 51 1,123  10 3 [ Па]Сн К р0,9  1(4.16)4.4. Растворение материала гранулы внутри ее и в окружающей средеСтадия,следующаяпосле«промокания»-непосредственнорастворение материала гранулы, т.е.

выделение компонента через оболочку вокружающую среду.Связь между эффективным коэффициентом диффузии воды DЭ иэффективным коэффициентом диффузии раствора DЭР дается в материальномбалансе по потокам воды:qВ1 qР  0.C(4.17)Если оценивать проницаемость через мембрану, тоqВD СDDэ1РРР q Р  0   Э В  DЭ С Р   DЭ С В  DЭ  Э CНСНC Н 1  С р н . (4.18)Рис.

4.13. Схема растворения капсулированной гранулы. ry – расчетныйрадиус; ξ(τ) – фронт растворения; rГ – радиус гранулы; rК – радиус капсулы;К+М – смесь чистых кристаллов К и раствора (маточника) М ; Р - растворвнутри капсулы; К – капсула (мембрана); С – окружающая среда.Процесс переноса вещества внутри гранулы при ее растворенииописывается известными уравнениями молекулярной диффузии [3, 4].136Если внутри гранулы образовался слой раствора, то граница разделафаз раствор-кристалл будет двигаться к центру гранулы. Граничное условиена ней:DЭDЭРС р (rГ , )rКМ DЭС р (rГ , )rР,КС р (rГ , )r DЭР,К; C p (rГ , )  С РС р (rГ , )rН; C p (rГ , )  С Р СМН(4.19) С М ; К  0; М  0;К.К М 0(4.20)Уравнения переноса целевого компонента решали численно, понеявной шеститочечной схеме Кранка-Николсона [112], используя метод«конечных разностей».Для численного решения уравнения необходимо найти значенияэффективныхкоэффициентовдиффузиивкапсуле(найденвыше),кристаллической фазе, пропитанной маточником, растворе и пористой среде(почве).Коэффициент диффузии в кристаллической фазе К, пропитаннойматочным раствором М с концентрацией Срн определяли экспериментально.Отсеянныегранулыаммиачнойселитрыпомещаливэксикаторвизотермические условия, на дне которого была разлита вода.

Относительнаявлажность в эксикаторе – 100%, следовательно, на поверхности гранул былнасыщенный раствор Срн. Выдерживали гранулы известное время τ1. Затемвесовым методом и параллельно йодометрическим титрованием по Фишеру[113] определяли влажность гранул:В 100%,КВ(4.21)откуда находили В – количество воды, «набранное» гранулой. Зная Срн,определяли количество маточника, а затем находилиК’ – количество соли,перешедшее в маточник:МК'н Ср'.К В(4.22)137Тогда К-К’ – количество соли, не растворенное в воде. Доля нерастворившейся соли будет равна:К  К'К  В К' .(4.23)Эффективный коэффициент диффузии во влажной грануле Dэкмопределяли, решая задачу нестационарного массопереноса в шаре пономограммам[111]вграничныхусловияхIрода:С(r,τ)=Cрн;T0=С0=0,3%(масс.) – начальная влажность аммиачной селитры;нТс=Ср =1;  C ( 1 )  C рС0  С рнн;C ( ) К- средняя влажность гранул, которуюКВопределяли параллельно весовым методом и йодометрическим титрованиемпо Фишеру.Определив значение числа Фурье по номограмме, можем определитьэффективный коэффициент диффузии в кристаллической фазе:DЭКМFo rГ12.(4.24)Таким образом, провели серии по 20 опытов для различных временпребывания в эксикаторе, получили следующую зависимость (рис.

4.14).Рис. 4.14. Зависимость эффективного коэффициента диффузии в системекристалл-маточник при растворении капсулированных гранул аммиачнойселитры от доли нерастворившейся соли; DЭР=3,13∙10-9 м2/с; DЭК=3,25∙10-11м2/с; динамика растворения определялась кондуктометрически. Средарастворения – дистиллированная вода; способ гранулирования – окатывание138на тарельчатом грануляторе; отсечками обозначен доверительныйинтервал с вероятностью 95%.Для оценки эффективного коэффициента диффузии в растворе однугранулу с известной плотностью ρГ и радиусом R помещали в прозрачнуюкювету. За растворением наблюдали с помощью установки, описанной ранее[6] – фиксировали время изменения диаметра гранулы. Удельный потоквещества с поверхности гранулы рассчитывается по уравнению:qV   DЭРdCdrR DЭР(С рНR 0)2;qG  qV  к(4.25),где qGи qV–массовый и объемный потоки целевого компонента.В то же время удельный поток вещества определяется:qG 1  4 / 3 ( R 3  r 3 )  Г  2 ( R 2  r 2 ).(4.26)Решая совместно уравнения (4.25) и (4.26), находили эффективныйкоэффициент диффузии в растворе.Эффективный коэффициент диффузии в пористой среде определяли наустановке для снятия кинетики растворения гранул в кварцевом песке ипочве.

Гранулу с известной плотностью ρГ и радиусом R помещали в бокс,орошали песок (почву) водой и, анализируя через определенные интервалывремени концентрацию целевого компонента в растворе, образующемсяпослепрохожденияводойслояпочвы,строилизависимостьдолирастворенного вещества во времени.

Косвенным путем определяли радиусрастворяющейся гранулы по значению доли растворенного вещества.Эффективныйкоэффициентдиффузииопределяли,решаясовместноуравнения (4.25) и (4.26) с данными, полученными при растворении гранул впеске (почве).Значения эффективных коэффициентов диффузии в различных средах,определенных экспериментально для различных материалов гранул и139оболочек, приведены в таблице 4.1.

DЭС ввиду низкой воспроизводимостирезультатов в различных типах почв приведен для кварцевого песка.Табл. 4.1. Значения эффективных коэффициентов диффузии вразличных средах, определенных экспериментально для различныхматериалов гранул и оболочек. Доля капсулирующей оболочки – 1% об. – длявсех.СоставгранулыПористаяаммиачнаяселитраNH4NO3КарбамидРадиусисходныхгранул, ммКапсулирующий агент– водная эмульсияраствора полиэтиленав толуоле (1% масс.),соотношение фазмасло:водаDЭК∙1011,DЭКМ∙109,DЭР∙109,DЭС∙1012,м2/см2/с; φ=0,4м2/см2/с3:12,951,201,734,631:13,151,531,974,823:13,252,763,137,631:13,382,923,227,873:13,232,833,238,171:13,272,933,348,532,544Рис.

4.15. Кривые растворения капсулированных гранул: а) пористойаммиачной селитры; б) аммиачной селитры; в) карбамида. Капсулирующийагент – водная эмульсия раствора полиэтилена в толуоле (1% масс.),соотношение фаз масло:вода 1- 3:1, 2 – 1:1 – для всех. Точками обозначеныэкспериментальные данные, линиями – результаты вычислительногоэксперимента.140Результаты вычислительного эксперимента процесса растворениякапсулированных гранул представлены на рисунке 4.15 (а-в).Вычислительный эксперимент процесса растворения также позволяетопределить изменение концентрации материала гранулы по радиусу (рис.4.16).Рис.

4.16. Изменение концентрации растворяемого компонента по радиусукапсулированной гранулы аммиачной селитры; капсулирующий агент –водная эмульсия раствора полиэтилена в толуоле (1% масс.), соотношениефаз масло:вода = 3:1; толщина капсулирующей оболочки – 1% об.Вышеописанную методику растворения капсулированных гранулразрабатывали в лабораторных условиях на гранулах с неподготовленнойповерхностью, покрытых тонкими (до 3% об.) однослойными оболочками,т.к.

относительно малое время растворения таких гранул позволяет провестисерии опытов в приемлемом временном промежутке. В продолжениеизложенной в работе идеи применения в качестве капсулирующих агентовводных эмульсий растворов полимеров в органических растворителях былипроведеныэкспериментынаопытно-промышленнойустановке,технологическая схема которой приведена в главе 5, по капсулированиюмодифицированныхгранул,аименно,укрупненныхспомощьюдогранулирования гранул аммиачной селитры и гранул пористой аммиачнойселитры (ПАС) [114, результаты получены совместно с А.Л.

Тараном и Ю.А.Таран]многослойнымипокрытиями.Догранулированиепроизводили141окатыванием в тарельчатом грануляторе смесью 20% расплав NH4NO3 с 1%NH4NO3 при совместном истирании и смешивании. ПАС получали сприменением порообразующих добавок по технологии, описанной в [14].Доля капсулирующего покрытия составляла 3% (об). Кривые растворения иданные по эффективным коэффициентам диффузии через оболочкупредставлены на рис. 4.17-4.20.Рис. 4.17.

Изменение доли растворившегося вещества во времени. Сплошныелинии – догранулированные гранулы аммиачной селитры, радиус 4 мм;штриховые линии – гранулы ПАС, радиус 2,5 мм. Среда растворения – вода.Динамика растворения определялась кондуктометрически, способкапсулирования – окатывание на тарельчатом грануляторе; толщинакапсулирующей оболочки – 3% об.; капсулирующий агент – водная эмульсияраствора полиэтилена в толуоле (1% масс.), соотношение фаз масло:вода 13:1, 2 – 1:1; отсечками дан доверительный интервал с вероятностью 95%.Рис.

4.18. Функция распределения индукционных периодов при растворениикапсулированных гранул. Условия капсулирования и обозначения аналогичныприведенным в подписи к рис. 4.17.142Рис. 4.19. Функция распределения эффективных коэффициентов диффузиипри растворении капсулированных гранул. Условия капсулирования иобозначения аналогичны приведенным в подписи к рис. 4.17.Рис. 4.20. Плотность распределения эффективных коэффициентовдиффузии при растворении капсулированных гранул.

Характеристики

Список файлов диссертации