Исследование процесса сушки индивидуальных тиомочевино-формальдегидных соединений в распылительной сушилке

Study of the process drying of individual thiourea-formaldehyde compounds in the spray dryer
Цитировать:
Аскаров И.Р., Исаков Х., Усманов С. Исследование процесса сушки индивидуальных тиомочевино-формальдегидных соединений в распылительной сушилке // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 12 (57). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6777 (дата обращения: 08.12.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по получению тиомочевино- формальдегидных соединений в опытно-промышленных условиях, установлены оптимальные технологические параметры и условия очистки пылегазовой смеси.

Показано, что оптимальной для сушки является температура входящих газов 200-250°С и температура продукта 70-90°С. При этом образуются сыпучие порошкообразные продукты.

ABSTRACT

The results of studies on the preparation of thioureaformaldehyde compounds in experimental industrial conditions are given, the optimum technological parameters and conditions for cleaning the dust-gas mixture are established.

It is shown that the optimum drying temperature is the temperature of the incoming gases 200-250оС and the product temperature 70-90оС. In this case, free-flowing powdery products are formed.

 

Ключевые слова: монометилолтиомочевина, диметилолтиомочевина, метилендитиомочевина, тиомо­чевина, конденсация, очистка, улавливание газа, пыль продукта.

Keywords: monomethylthiourea, dimethylolthiourea, methylenedithiourea, methylene- dithiourea, thiourea, condensation, cleaning, gas trapping, product dust.

 

Координационные соединения солей микроэлементов с органическими лигандами являются эффективными стимуляторами роста и развития растений [1-2]. Одними из активных комплексообразующих лигандов являются амиды, такие как тиомочевина, монометилолмочевина, диметилолмочевина [3-4]. Амидная группа входит в качестве основного структурного элемента в состав большого числа природных биологически активных соединений [5]. Одними из таких амидных соединений являются тиомочевино-формальдегидные соединения, которые образуются при взаимодействии тиомочевины и формальдегида.

Процесс получения тиомочевино-формальдегидных соединений (МтФС) включает ряд последовательных стадий. На первой стадии тиомочевина взаимодействует с формальдегидом при рН > 7 с образованием ряда производных: моно-, ди-, три-, тетра- (МММт, ДММт, ТММт, ТетММт).

H2N – CS – NH2 + CН2O  H2N – CS – NHCH2OH

H2N – CS – NHCH2OH + CH2O  HOCH2NH – CS – NHCH2OH

HOCH2NH – CS – NHCH2OH + CH2O  HOCH2NH – CS – N(CH2OH)2

HOCH2NH – CS – N(CH2OH)2 + CH2O  (HOCH2)2N – CS – N(CH2OH)2

На второй стадии в присутствии кислого катализатора идет процесс поликонденсации МММТ с тиомочевиной с образованием производных тиомочевины: метилендитиомочевины (МДМТ); диметилентритиомочевины (ДМТМТ) и триметилентетратиомочевины (ТМТМТ);

NH2СSNHCH2OH +NH2CSNH2  → NH2CSNHCH2NHCSNH2

NH2CSNHCH2OH + NH2CSNHCH2NHCSNH2 → NH2CSNHCH2 – NHCSNHCH2NHCSNH2

NH2CSNHCH2OH + NH2CSNHCH2NHCSNHCH2NHCSNH2 → NH2CSNHCH2NHCSNHCH2NHCSNHCH2NHCSNH2

В литературе отсутствуют сведения об исследованиях процессов получения МтФС в промышленных условиях. На стадии сушки МтФС происходит пылеунос и преобразование формальдегида в газовую фазу.

В связи с этим целью исследований была отработка в опытно-промышленных условиях оптимальных технологических параметров процесса получения МММт, ДММт, ТММт, МДМт и очистка пылегазовой смеси [6-9].

При этом ставилась задача изучить влияние технологических параметров процесса на состав готовых продуктов, определить количество и состав газовых выбросов после сушки.

Изучение процесса получения порошкообразных монометилолтио-мочевины, диметилолтиомочевины, метилендитиомочевины проводили на опытной установке (рис. 1), основным узлом которой является распылительная сушилка. Раствор МтФС получали в обогреваемом баковом реакторе с размешиванием (1), следовательно, раствор поступает в напорную емкость (2), откуда самотеком через откалиброванный вентиль (3) раствор дозированно поступает в центральный диск распылительной сушилки (5). Скорость вращения диска 3000 об/мин варьировалась регулятором (6), контроль проводили посредством откалиброванного амперметра (7). Пульпы распылялись в аппарате с помощью диска до туманообразного состояния. Для сушки пульп через кольцевое отверстие (8), расположенное в потолке сушилки, вводился теплоноситель – горячий воздух температурой 150-350оС, подаваемый в аппарат вентилятором (9) через калорифер (10). Температура воздуха фиксировалась потенциометром (11) и регулировалась регулятором температуры (12).

 

Рисунок 1. Схема опытной установки для получения индивидуальных тиомочевино-формальдегидных соединений:

1 – емкость для приготовления раствора МтФС, 2 – напорная емкость, 3 – вентиль, 4 – центральный диск, 5 – распылительная сушилка, 6 – регулятор, 7 – амперметр, 8 – кольцевое отверстие распылительной сушилки, 9 – вентилятор, 10 – калорифер, 11 – потенциометр, 12 – регулятор температуры, 13 – выходной патрубок, 14 – циклонный сепаратор, 15 – контейнер

 

За счет смешения горячего воздуха с распыленными пульпами достигается высокая интенсивность испарения влаги и образование продукта в виде порошка. Порошкообразные МтФС вместе с влажным воздухом через выходной патрубок (13) в коническом дне сушилки поступают в циклонный сепаратор (14), откуда они ссыпались в контейнер (15), а влажный воздух, содержащий формальдегид и пыль продукта, поступал в нижнюю часть пылегазоочистного аппарата, где для промывки выхлопных газов от пыли использован прямоточный скруббер с витающей кольцевой насадкой. Промывка от пыли осуществляется водой. Пульпа препарата из аппарата поступает в смеситель (7).

В верхней части пылегазопромывного аппарата, на провальных тарелках, происходит очистка выхлопных газов от формальдегида 50%-м раствором тиомочевины. Водный раствор тиомочевины, насыщенный формальдегидом, при достижении требуемого молярного соотношения тиомочевины и формальдегида перекачивается насосом в реактор (1) для приготовления МтФР, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

Для определения оптимального температурного режима получения порошковидных МтФР в распылительной сушилке были проведены иссле­дования, в ходе которых изменяли температуру теплоносителя в ин­тервале 150-350°С. В ходе эксперимента в аппарате фиксировали концентрацию раствора МтФР 40%, pH МтФС 6,8-7,0, нагрузку по раствору МтФС 7-10 кг/ч, расход воздуха при сушке 150-200 м3/час, скорость вращения диска 3000 об/мин.

При подаче в распылительную сушилку теплоносителя с температурой 150-200°С в аппарате происходит комкование недостаточно просушенных МММт, имеющих температуру 55-60°С. При увеличении температуры сушильного агента до 250-300°С устраняется агломерация и комко­вание МММт, происходит повышение температуры материала в аппарате до 70-90°С, что позволяет обеспечить получение в распылительной сушилке хорошо сыпучих порошкообразных МММт. При подаче в аппарат теплоносителя с более высокой температурой – 300-350°С – температура материала повышается до 95-100°С, что приводит к сплавлению монометилол-, диметилолтиомочевины и частичному разложению МММт, вследствие чего повышается выход формальдегида в газовую фазу.

Таким образом, температура теплоносителя при получении в распылительной сушилке порошкообразных МММт не должна превышать на входе в аппарат 250-300°С, при которой в сушилке поддерживают­ся оптимальный температурный режим процесса и минимальное терми­ческое разложение МММт.

При получении в распылительной сушилке порошка монометилол- тиомочевины при pH 7,0 и температуре 70-90°С исключается конденсация соли и можно получить продукт стабильного состава (табл. 1). Характерно, что при повышении температуры монометилолтиомочевинны в аппарате до 95оС минимальное содержание доли продукта конденсации составляет 1,0%, тогда как при получении твердой монометилолтиомочевины методом «тонких слоев» в лабораторных условиях массовая доля продукта конденсации составляет 3,0-5,0%. Это, по-видимому, объясняется тем, что сушка растворов МтФС в распылительной сушилке осуществляется быстро, в течение долей секунды они теряют влагу и осаждаются в виде тонких порошкообразных частиц, т. к. практически мгновенное удаление из продукта воды приводит к торможению процесса конденсации. Снижение pH-растворов монометилолтиомочевины, подаваемых в аппарат до 6,8, способствует процессу конденсации при сушке продукта с температурой 95°С, а содержание продукта конденсации при этом составило 3,5%. Однако это значение в два-три раза меньше, чем в случае тонкослойной сушки монометилолтиомочевины. Полученные результаты также подтверждают, что при быстром обезвоживании продукта сни­жается скорость реакции поликонденсации.

В выхлопных газах после распылительной сушилки при получении порошкообразных соеди­нений монометилолтиомочевины концентрация формальдегида составляет 100-120 мг/м3 и пыли продукта 250-500 мг/м3, которые необходимо утилизировать. Химический анализ на формальдегид проводился с использованием хромотроповой кислоты [10]. Запыленность газа определяли по методике [11].

Таблица 1.

Состав и продукт сушки раствора МММт в распылительной сушилке и в газовой фазе

Условия эксперимента

Состав продукта, мас %

Состав газовой фазы, мг/мЗ

pH

темпеpaтура

продукта, °С

монометилол-

тиомочевина

продукт

конденсации

свободная тиомочевина

формаль­-

дегид

пыль

продукта

 

70

97,5

0

2,5

100

200

7,0

90

97,5

0

2,5

100

300

 

95

96,5

1,0

2,5

110

400

 

70

97,5

0

2,5

100

250

6,8

90

97,5

0,5

2,5

110

350

 

95

94,0

3,5

2,5

120

500

 

При получении вещества порошкообразной диметилолтиомочевины в распы­лительной сушилке был выпущен продукт стабильного состава при температуре воздуха, подаваемого в аппарат теплоносителя, 250-300°С и тем­пературе продукта 70-90°С при pH 6,8-7,0 (табл. 2).

Таблица 2.

Состав и продукты сушки раствора ДММт в распылительной сушилке и газовой фазы

Условия эксперимента

Состав продукта, мас%

Состав газовой фазы, мг/мЗ

рН

температура продукта, °С

диметилол-

тиомочевина

продукт

конден­сации

свободная тиомочевина

формаль-

дегид

пыль

продукта

 

70

90,8

0

9,2

150

220

7,0

90

90,8

0

9,2

150

340

 

95

88,5

2,0

9,5

160

400

 

70

91,9

0

8,1

150

260

6,8

90

90,8

0

9,2

150

370

 

95

85,0

4,5

10,5

170

500

 

Повышение температуры продукта в сушилке до 95°С способствует протеканию поликонденсации диметилолтиомочевины, при этом содержание продукта конден­сации составило 2,0-4,2%; в газовой фазе после распылительной су­шилки при получении порошка диметилолтиомочевины содержится 150-170 мг/м3 формальдегида и 300-500 мг/м3 пыли продукта.

Таблица 3.

Оптимальные технологические параметры процесса получения порошковидных МММт, ДММт и МДМт в распылительной сушилке

N

п/п

Показатели

Ед. изм.

Значение

параметров

 

Температура:

   

а) теплоносителя на входе в распылительную сушилку

ОС

250-300

б) теплоносителя на выходе из сушилки

ОС

80-90

в) раствора МтФС*

ОС

40-50

г) порошкообразного продукта

ОС

70-95

МтФС в реакционной зоне

   

2.

Концентрация раствора МтФС*

%

30

3.

Нагрузка по раствору МтФС*

кг/час

7-10

4.

pH раствора МтФС*

 

6,8-7,0

5.

Время пребывания продукта в реакционной зоне

мин

2-5

6.

Влагосодержание порошкообразного продукта

%

2,0-4,0

7.

Расход воздуха на сушку

м3/час

150-200

8.

Производительность по готовому продукту

кг/час

2-3

МтФС* – МММт, ДММт, МДМт

 

При получении порошкообразной метилендитио­мочевины в распы­лительной сушилке, при значении pH 6,8-7,0, в интервале температур соли 70-90°С, выпущен продукт стабильного состава с исключением процесса конденсации метилендитиомочевины. В выхлопных газах после распылительной сушилки при получении метилендитиомочевины со­держится 200-350 мг/м3 пыли продукта.

Таким образом, изучен процесс получения порошковидных МтФС монометилолтиомочевины, диметилолтиомочевины, метилендитиомочеви- ны в распылительной сушилке. Определены оп­тимальные технологические параметры процесса сушки продуктов с остаточной влажностью 1,0-1,5% и высоким выходом товарного про­дукта стабильного состава (табл. 3).

 

Список литературы:
1. Груздев Л.Г. Перспективы применения регуляторов роста и развития растений // Химия в сельском хозяйстве – 1985 - Т.23, № 8. – С. 68-75.
2. Пестициды: Справочник // В.И. Мартыненко, В.К, Промоненков, С.С. Кукаленко и другие. – М: Агропром-издат, 1992 – С. 368.
3. Патент на изобретений № IAP 02236 UZ Зарегистрирован в государственном реестре изобретений Агентство интеллектуальной собственности РУз. в г.Ташкент 22.11.2002г//. Способ получения протравителя семян П-4 / Исаков Х., Ташпулатов Б.Ю., Абдуллаев Б.Д., Байжуманов М.А., Тян А.И., Мамбетов Э.А., Кузичева Н.Н. (UZ).
4. Набиев М.Н., Азизов Т.А., Махмудов Ж.У., Усманов С. И др. Комплексные соединение монометилолкарбамида с ацетатами двухвалентных металлов // Координационная химия. -1988 – Т. 10 - № 2. – С. 198-204.
5. Исаков Х., Тогатаев Т., Усманов С. Исследование технологии получения монометилолтиомочевины в распылительной сушилке. // Рукопись деп. Узб. хим. ж. в ГФНТИ РУз – 29.06.93. 9 с. - № 1855-Уз1993.
6. Абдурахимова Н., Исаков Х., Аскаров И., Усманов С. Политерма растворимости системы монометилолтиотиомочевина – ацетат меди – вода // Universum: Технические науки. – 2017. - №12(45). – С. 44-47.
7. Шарифулин К. // Теоретические основы химической технологии. – 1979. - Т. 13. - № 8 – С. 934-935.
8. Левш В.И., Усманов С., Синолиций В.Г., Чернышев А.И., Санников С.А., Беглов Б.М. Газоочистка в производстве тиомочевино-формальдегидных удобрений // Узб. хим. журн. - 1985 - № 2. – С. 50-56.
9. 9.Набиев М.Н., Беглов Б.М., Садыков К.Г., Усманов С. Мочевино- формальдегидные удобрения – Ташкент: Фан, 1989 – 248 с.
10. Губен-Вейн . Методы органической химии. Методы анализа. - М.: Гос. научн.-техн. издат. хим. лит., 1963. - 1032 с.
11. Базелин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии. -М.: Просвещение, 1980. – С. 271.

 

Информация об авторах

д-р химических наук, профессор кафедры химии, Андижанский государственный университет, 170100, Узбекистан, Андижан, улица Университетская, дом 129

Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Chemistry Andijan State University, 170100, Uzbekistan, Andijan, Universitetskaya st, 129

д-р техн. наук, проф., Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан

DSc, prof. Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan

д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторий, АО Институт химических наук имени А.Б.Бектурова, 050010, Казахстан, г. Алматы, улица Ш.Уалиханова, 106

doctor of technical sciences, professor, head of laboratories, JSC AB Bekturov Institute of Chemical Sciences, 050010, Kazakhstan, Almaty, Sh.Ualikhanov st., 106

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top