DD157701A5

DD157701A5 - Verfahren zur herstellung von harnstoffprills

Info

Publication number: DD157701A5
Application number: DD81228665A
Authority: DD
Inventors: Michael H Willems; Jan W Klok
Original assignee: Unie Van Kunstmestfab Bv
Priority date: 1980-03-29
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-12-01
Also published as: ATE4175T1; NO152894B; FI67035C; ES500780A0; US4390483A; CA1192223A; NO152894C; SG42184G; ES8202490A1; IE50848B1; EP0037148B1; ZW6681A1; YU82281A; BR8101862A; IL62508A0; GR74810B; ZA811966B; WO1981002890A1; RO83615A; NL8001876A

Abstract

Ziel der Erfindung ist, Harnstoffprills mit verbesserter Schlagfestigkeit herzustellen. In dem Verfahren zur Herstellung von Harnstoffprills, wobei Tropfen einer im wesentlichen wasserfreien Harnstoffschmelze im Gegenstrom zu einem Kuehlgas durch eine Kuehlzone fallen, in der ein Impfmaterial dispergiert wurde, wird erfindungsgemaess in der Kuehlzone eine Dispersion von kristallinen Teilchen mit Abmessungen zwischen 2 und 10 Mikrometern in einer Menge von 8 bis 25 mg/m hoch 3 des Kuehlgases aufrechterhalten. Die Teilchen werden wenigstens z.T. durch Mahlen von kristallinem Harnstoff hergestellt. Dabei wird dem Harnstoff ein Agglomerationsschutzmittel, beispielsweise ein Ca-, Mg-, Zn- oder Al-Salz einer hoeheren Fettsaeure, Ton, Talkum, Kalkstein oder Sepiolith zugesetzt. Die Teilchen werden der Kuehlzone an einer oder mehreren Stellen zugegeben und darin so homogen wie moeglich verteilt.

Description

Berlin-, den 4,10.1981

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-ι- 228 6 65 7 ^59031/18

Verfahren zur Herstellung von Harnstoffprills Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoffprills» in dem Tropfen einer, im wesentlichen wasserfreien Harnstoffschmelze im Gegenstrom zu einem kühlenden Gas durch eine Kühlzone fallen, in der Impfstoffe dispergiert sind.

Charakteristik der bekannten technischer^ Lösungen

Bekanntermaßen stellt man Harnstoffprills dadurch her, daß man praktisch wasserfreies, schmelzflüssiges Harnstoffmaterial im Gegenstrom zu einem Kühlgas in eine Kühlzone sprüht, in der sich feste Harnstoff teilchen oder Teilcheneines anderen Impfstoffes, vorzugsweise im kolloidalen Zustand, oder als ein Nebel (US-PS 3 450 804) befinden.

Es wurde jedoch festgestellt, daß bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens der Tropfen im Verlaufe des Abkühlens von der Oberfläche nach innen in eine begrenzte Zahl von Kristalliten übergeht, die praktisch in der gleichen Richtung orientiert sind, wobei die in diesem Verfahren zuerst gebildete Außenhaut stellenweise im Verlaufe des Abkühlens und der Verfestigung der übrigen Prills nach innen gesaugt wird, so daß Hohlräume gebildet werden (siehe Bild I). Als Folge hiervon verfügen die Prills über eine geringe Schlagfestigkeit, wodurch beim Transport und bei der Verarbeitung solcher Prills Pulverisierung und Staubbildung auftreten« Der Nachteil besteht insbesondere im Schüttguttransport, der sich immer noch im Anstieg befindet , '

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Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Harnstoffprills mit verbesserter Schlagfestigkeit«,

Der Erfindung liegt die Aufgäbe' zugrunde, Prills mit kleinen Abmessungen,, mit wahlloser Orientierung der Kristallite und ohne Hohlräume herzustellen.

Es wurde n.un festgestellt, daß die voranstehend dargelegten Nachteile vermieden werden können und daß die Prills mit wahlloser Orientierung der Kristallite und ohne Hohlräume gebildet werden können, wenn in der Kühlzone eine Dispersion von Kristallitteilchen mit Abmessungen zwischen 2 und 10 Mikrometern und in einer Menge von 8 bis 25 mg/m im Kühlgas aufrechterhalten wird. Teilchen mit Abmessungen von kleiner als 2 Mikrometer üben keinerlei Einfluß auf das Impfmaterial aus, da sie vom Kühlgas um die Tröpfchen herumgetragen werden und diese nicht treffen« Teilchen mit größeren Abmessungen als 10 Mikrometer können zum Einsatz gebracht werden, üben aber den gleichen Einfluß aus wie die Teilchen zwischen 2 und 10 Mikrometern« Der Einsatz derartiger Teilchen macht es jedoch erforderlich, daß größere Gewichtsanteile des Impfmaterials verwendet werden müssen* Vorzugsweise werden Teilchen mit Abmessungen zwischen 4 und 8 Mikrometern eingesetzt?

Abgesehen davon, daß sie von der Teilchengröße abhängt _t kann die erforderliche Menge des Impfmaterials ebenfalls, wenn auch im wesentlich geringeren Umfang, von der Tröpfchengröße der versprühlten Harnstoffschmelze abhängen«

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Bel der Herstellung von Harnstoffprills mit einem Durchmesser zwischen 1 und 3 Millimetern wurde festgestellt, daß sich ein gutes Ergebnis erzielen läßt, wenn 8 bis 25 mg des Impfmaterials mit einer Teilchengröße zwischen 2 und 10 Mikrometern pro m Kühlgas vorliegen» In diesem Fall liegt die Zahl der Teilchen pro m Kühlgas zwi-schen 0,01 ^X 10⁹ und 4,5 ^X 10⁹.

Der niedrigere bzw« höhere Wert bezieht sich jeweils auf das Impfmaterial, dessen Teilchen insgesamt einen Durchmesser von 10 bzw, 2 Mikrometern aufweisen« Als Impfm'aterial wird vorzugsweise Harnstoff in Teilchenform verwendet* Dieses kann durch Mahlen von Harnstoffprills oder Harnstoff kristallen erhalten werden. Um ein gutes Mahlen und Fließen in den.Leitungen zu gewährleisten, läßt sich zu dem zu mahlenden kristallinen Harnstoff hoch ein Agglomerationsschutzmittel zusetzen* Geeignete Schutzmittel dieser Art sind Ca-, Mg-, Zn- und Al-Salze höherer Fettsäuren, Ton, Talkum, Kalkspat und Sepiolith« Ein für diesen Zweck besonders geeignetes Schutzmittel ist Ca-Stearat,

Die auszusprühende Schmelze kann durch Verdampfen von Harnstoff lösungen oder durch Schmelzen von Harnstoff kristallen erhalten werden. Soll eine Schmelze versprüht werden, die durch Schmelzen von Harnstoffkristallen erhalten wird, so wird der Schmelzprozeß bevorzugt in der Nachbarschaft der Sprühvorrichtung durchgeführt, z. B. am oberen Teil des Prillturms,'um die Bildung von Biuret soweit wie möglich zu verhindern. Die Kristalle werden sodann vorzugsweise pneumatisch in den oberen Teil des Prillturms gebracht, dort mit Hilfe eines Zyklons von Trägergas getrennt und danach geschmolzen. Die Bedingungen des Zyklons können so gewählt werden, daß das austretende Trägergas Teilchen

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mit Abmessungen von im wesentlichen zwischen 2 und 10 Mikrometern enthält« Nach der Entladung enthält dieses Trägergas feindispergierte Harnstoff teilchen und kann ganz oder teilweise dem Kühlgas in der Kühlzone zugesetzt werden, · so daß eine kleinere, beim Mahlen erhaltene Impfmenge oder sogar keine Menge zugeführt zu werden braucht« Während des Verfestigungsvorganges der versprühten Tröpfchen zu Prills werden größere und/oder kleinere Kristallite gebildet/was von der Art und der Geschwindigkeit der Kühlung abhängt« Die Schlagfestigkeit von Prills, die sich aus kleinen Kristalliten mit wahlloser Orientierung zusammensetzen, ist wesentlich größer als diejenige von Prills, die sich aus großen Kristalliten mit im wesentlichen gleicher Orientierung zusammensetzen« Die Bildung kleiner Kristallite in einem Prill wird gefördert, wenn ein Tröpfchen bei der Kristallisationstemperatur mit einer großen Zahl von feinen Teilchen des Impfmaterials in Berührung kommt, wobei die feinen Teilchen als Impfkristalle fungieren* Die Beziehung zwischen der Zahl der Impfkristalle und der Schlagfestigkeit der Prills wurde für Prills mit einem mittleren Durchmesser d„,~, von etwa 2 Millimetern

bu

(d» h« 50 % der Prills mit einem Durchmesser von gleich oder größer als 2 mm) mit einer maximalen Größenverteilung von 40 % größer oder kleiner als d _Q experimentell ermittelt (siehe Bild 2)_e Auf der Ordinate wurde die Schlagfestigkeit aufgetragen und auf der Abszisse die Zahl der Impfstellen pro Schmelztröpfchen« Die Schlagfestigkeit wurde folgendermaßen ermittelt:

Es wird eine bestimmte Menge von Prills mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s in einem Winkel von 45 gegen eine Stahlplatte geschossen* wonach der Prozentsatz der Prills ermitteis wird, der bei dieser Behandlung nicht zerbrochen ist»

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Das Bild zeigt, daß zur Erzielung einer Schlagfestigkeit von 70 % mindestens 10 Impfstellen pro Prill mit d,_₀ = 2 mm benötigt werden* Vorzugsweise wird versucht, eine Schlagfestigkeit von mindestens 80 % zu erreichen. Zu diesem Zweck sind mindestens 20 Impfstellen pro Prill mit d_₀ = 2 mm erforderlich.. In der Praxis bedeutet dies, daß pro 1000 kg Harnstoff schmelze für die Prillierung etwa 0,125 bis .0,375 kg Harnstoff staub mit einer Teilchengröße zwischen 2 und 10 Mikrometern benötigt wird, um Prills mit einer ausreichend guten bis guten Schlagfestigkeit zu erhalten. Es .wurde festgestellt, daß mit steigender relativer Luftfeuchtigkeit des Kühlgases eine größere Menge des Impfmaterials benötigt wird, .um eine ausreichende Schlagfestigkeit der Prills zu erhalten« Als Kühlgas kann jedes in bezug auf Harnstoff/inerte Gas verwendet werden, wie beispielsweise Luft, Stickstoff und Kohlendioxid, In der Regel wird in der Praxis als Kühlgas Luft verwendet. Die angegebenen Mengen des Impfmaterials reichen aus, um bei der höchsten relativen Luftfeuchtigkeit die Prillierung durchführen zu können, die auftreten kann.

Das Impfmaterial wird der Kühlzone an einer oder mehreren Stellen zugegeben und darin soweit wie möglich homogen dispergiert. Damit man die Dispersion der feinen Harnstoffteilchen in der Kühlzone aufrechterhalten kann, muß der Wasserdampfdruck der Kühlluft bei allen örtlichen atmosphärischen Bedingungen kleiner oder gleich dem Wasserdampfdruck der Harnstoff teilchen bei der Temperatur der Kühlluft sein. Wenn der Wasserdampfdruck der,-Kühlluft größer ist, können sich auch Harnstoff teilchen auflösen, so daß die Impfwirkung völlig verlorengeht.

Die Zugabestelle des Impfmaterials ist daher so zu wählen, daß die Kühlluft an dieser Stelle soweit aufgeheizt wird,

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daß der Wasserdampfdruck der Luft kleiner oder gleich demjenigen des Impfmaterials ist. Selbstverständlich muß der Luftstrom, der das Impfmaterial in die Kühlzone trägt, einen geringen Wasserdampfdruck aufweisen« In diesem Sinne kann die Luft vorgetrocknet oder auf z„ B^ 50 C erhitzt werden»

Abgesehen von den feinen Harnstoff teilchen können auch andere kristalline Substanzen die Funktion des Impfmaterials übernehmen«, Beispiele für derartige Substanzen sind: Kreide, Gips und Kaliumchlorid* Bei Verwendung vom Impfmaterialien unterschiedlicher Herkunft sind die erhaltenen Harnstoffprills jedoch mit diesen Fremdstoffen verunreinigt und für bestimmte Zwecke weniger gut geeignet» Da die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Prills im wesentlichen von kleinen Kristalliten aufgebaut werden, weisen sie eine gute Schlagfestigkeit auf. Eine Darstellung eines Solchen Agglomeratteilchens ist in Bild 3 gegeben»

Ausf ü h r u ng s b e i sp ie I

Die Erfindung wird anhand eines Beispieles ausführlicher dargestellt* ohne sich auf dieses zu beschränken»

Beispiel

In einen Prillturm einer Höhe von 52 m werden 40*000 kg/h einer 99*8%igen Harnstoff schmelze bei einer-Temperatur von 138 C mit Hilfe eines rotierenden Pralltopf es, der einen Lochdurchmesser von etwa 1,3 mm aufwies* versprüht. An vier Stellen des Umfanges des Prillturms wird durch Rohre mit Hilfe eines Ejektors eine Mischung .aus Luft und Harnstoffteilchen mit Abmessungen von durchschnittlich 4 Mikrometern

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und einer Größenverteilung von 2 bis 10 Mikrometern einge~ blasen und so homogen wie möglich dispergiert* Die Teilchen wurden durch Mahlen von Harnstoffprills erhalten, denen 3 Gew,-% Ca-Stearat zugesetzt wurden. Die Fördergeschwindigkeit in den Rohren betrug 35 m/s, die relative Luftfeuchtigkeit der Trägerluft 30 %, Die Beschickungsöffnungen·für das Impfmaterial befanden sich 20 m unterhalb des Prilltopfes, Am Boden des Turms wurde die Kühlluft zugeführt im Gegenstrom zu der versprühten Harnstoffschmelze in einer Menge von 600,000 m /h bei einer Einlaßtemperatur von 20 ⁰C₄ Die Menge des*Impfmaterials wurde im Verlauf der Versuche variiert, die mit unterschiedlichen relativen Luftfeuchtigkeiten (RH) der Kühlluft durchgeführt wurden. Nach jedem Experiment wurde ein.e Probe entnommen und die Schlagfestigkeit (IS) der Prills ermittelt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle	RH (%)	Menge Impfmat, kg/h.	is (%)
Test Nr,	94	5,0	62
1	96	7,4	72
2	93	9,7	78
3	90	11,9	78
' 4	63	3,1	78
5	63 ·	5,9	83
6	59	8,8	85
7	64	13,6	87
8	>90	mm	10 - 20
9	< 90	*·	50
10

£ £, O Ö U ü / AP C 07 C/228 665/7 ~ 8 - ' 59 031/13*

Aus den in der Tabelle zusammengestellten Ergebnissen kann geschlußfolgert -werden, daß zur Erzielung der gleichen Schlagfestigkeit mehr Impfmaterial bei 'einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit benötigt wird,'als bei einer geringeren relativen Luftfeuchtigkeit verwendet werden muß_o Die Versuche 9 und 10 zeigen, daß ohne Zusatz von Impfmaterial die Schlagfestigkeit wesentlich kleiner ist als mit Zusatz dieser Substanzen*

Claims

228665 7 AP C 07 C/228 665/7 ~ 9 ~ 59 031/18 Erfindunqsanspruch

1, Verfahren zur Herstellung von Harnstoffprills, in dem Tropfen einer im wesentlichen wasserfreien Harnstoffschmelze im Gegenstrom zu einem Kühlgas durch eine Kühlzone fallen, in der ein Impfmaterial dispergiert wurde, gekennzeichnet dadurch, daß in der Kühlzone eine Dispersion von kristallinen Teilchen mit Abmessungen zwischen 2 und 10 ^m in einer Menge von 8 bis 25 mg/m des Kühlgases aufrechterhalten wird.

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abmessung der Teilchen im wesentlichen zwischen 4 und 8 ^m betragen*

3_# Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilchen mindestens z. T. durch Mahlen von kristallinem Harnstoff erhalten werden,

4, Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß dem zu mahlenden kristallinen Harnstoff ein Agglomerationsschutzmittel zugesetzt wird*

5# Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Agglomerationsschutzmittel ein Ca-, Mg-, Zn- oder Al-Salz einer höheren Fettsäure, Ton, Talkum,' Kalkstein oder Sepiolith zugesetzt wird»

6, Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß an einer, oder mehreren Stelle-η die Teilchen der Kühlzone zugegeben und darin'so homogen wie möglich verteilt werden.

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7« Verfahren nach Punkt 1 bis 6» gekennzeichnet dadurch, daß als Kühlgas Luft verwendet wird»

8« Verfahren nach Punkt 7_t gekennzeichnet dadurch, daß die Teilchen in die Kühlzone an einer solchen Stelle zugegeben werden,, daß unter allen örtlichen atmosphärischen Bedingungen der Wasserdampf druck der Kühlluft kleiner oder gleich dem Wasserdampfdruck der Teilchen bei der Temperatur der Kühlluft ist«

Hierzu 3.. ..Seiten Zelchnuooen