Линия производства гуминовых удобрений

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Рассмотрели устройство и основные принципы работы технологической линии для производства комплексных удобрений на основе гуминовых. Привели ее технические характеристики, анализ получаемого продукта. Раскрыли актуальность использования гуминовых удобрений в условиях современного сельского хозяйства. Наиболее перспективными из недорогих органо-минеральных удобрений считаются гуминовые (гуматы) и созданные на их основе комплексные удобрения. Основные действующие вещества таких удобрений - гуминовые и фульвокислоты. Гуматы, составляя основу гумуса, благотворно влияют на структуру почвы, повышая газопроницаемость и влагосодержание, снижают эрозию почвы, что во многом определяет ее урожайный потенциал и плодородие. Их использование способствует экологическому оздоровлению и детоксикации загрязненных земель, рекультивации и восстановлению истощенных и зараженных земель. Гуматы связывают находящиеся в почве радионуклиды, пестициды, токсические вещества и тяжелые металлы в нерастворимые и не усваиваемые растениями соединения и поэтому обеспечивают экологическую чистоту продукции. В России до сих пор не существует промышленного производства специализированного оборудования для приготовления гуминовых удобрений из торфа. Предприятия вынуждены приспосабливать для этих целей различные виды технологического оборудования, позаимствованные из других отраслей промышленности. Однако такое оборудование не обеспечивает необходимого технологического режима, что снижает качество удобрений.

Ключевые слова

Об авторах

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации и информатизации агрохимического обеспечения сельского хозяйства
Россия

Список литературы

1. Антонова О.И., Зубченко Е.Б., Скокова О.В. Эффективность использования гуматов при загрязнении почв тяжелыми металлами // Вестник АГАУ. - Барнаул, 2003. - № 2. - С. 21-26

2. Безуглова О.С. Удобрения, биодобавки и стимуляторы роста вашего урожая. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 255 С

3. Сорокин К.Н., Гайбарян М.А., Смышляев Э.И., Чердакова А.С., Сидоркин В.И. Гуминовые препараты как факторы повышения плодородия почв и эффективности сельскохозяйственного производства // Влагоаккумулирующие технологии, техника для обработки почв и использование минеральных удобрений в экстремальных условиях. Рязань: ВНИМС, 2014. - С. 89-108

4. Измайлов А.Ю., Сорокин К.Н. Совершенствование элементов теории кавитационной диспергации торфа // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2015. - № 5. - С. 29-33

5. Сорокин К.Н. Решение технических проблем производства гуминовых удобрений // Технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: Матер. XII междунар. научн.-техн. конф. - Глеваха, Киевская обл., 2014. - С. 115-116

6. Сорокин К.Н., Гайбарян М.А., Смышляев Э.И. Сравнительная оценка различных технологий производства гуминовых удобрений // Инновационное развитие АПК России на базе интеллектуальных машинных технологий: Сб. докл. Междунар. научн-техн. конф. - М.: ВИМ, 2014. - 503 с

В предложении Центра по сапропелю технологии и рецептуры приготовления, технические проекты и оборудование производства натуральных высокоэффективных жидких гуминовых удобрений, почвомодификаторов, рекультивантов, гидрополива, гуминового жидкого газона. Сырье для производства продукции: сапропель, торф, бурый уголь, леонардит, навоз, помет. Более 6 видов выпускаемой продукции по предлагаемым технологиям. Оборудование включает в себя узлы приготовления, розлива, укупорки, этикетирования, фасовки и упаковки готового продукта в различные виды тары или под заказ. Производительность комплексов: 1000-15000 л/час или под заказ. Энергопотребление - от 7,5 до 22 кВт, Обслуживающий персонал: 4 чел. Занимаемая площадь утепленного цеха 11х7 м, крытой пристройки 7х3 м. Высота потолка - 5 м. Подготовка проекта 1 мес. Поставка оборудования по спецификации проекта – от 1,5 мес. Стоимость проектного обоснвания и технологии производства – от 342 тыс. руб, оборудования – от 2,89 млн. руб.

Технология получения гуминовых удобрений безреагентным методом

Гуминовые вещества – это тёмно-коричневые или тёмно-бурые природные органические образования, которые свободно распространены в различных естественных объектах: в почвах и торфах, в углях и сланцах, в морских и озёрных отложениях, в водах озёр и рек. Гуминовые вещества являются источником элементов питания растений и физиологически активных веществ, регулятором физико-химических и биологических свойств почвы, обусловливающих благоприятные водно-воздушный и питательный режимы растений.

Гуминовые кислоты (ГК) – группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. Гуминовые кислоты относятся к классу высокомолекулярных ароматических полиоксиполикарбоновых кислот. В состав молекул ГК входят конденсированные ароматические ядра, гетероциклы и различные функциональные группы (карбоксильные, гидроксильные, аминогруппы и др.).

ГК представляют собой высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они имеют тёмно-бурую, а в сухом состоянии - даже чёрную окраску. В группу ГК природных объектов (почв, торфов, углей, меланинсодержащих организмов и др.) входят вещества, которые извлекаются различными водными растворами из почвы, например, растворами едкого натра (NaOH), едкого кали (KOH), аммония (NH₄OH), бикарбоната натрия (NaHCO₃), фторида натрия (NaF), пирофосфата натрия (Na₄P₂O₇), щавелевокислого натрия, мочевины (карбамида), органическими растворителями и другими реагентами, и осаждаются из полученных растворов при подкислении последних минеральными кислотами (до pH ~ 1–2) в виде тёмноокрашенного геля. ГК слабо растворимы в воде, с одновалентными катионами (например, K + , Na + , NH₄ + ) образуют водорастворимые соли, а с двух- и трёхвалентными катионами (например, Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ ) легко выпадают в осадок из растворов.

В своем исходном природном состоянии ГК обладают малой активностью из-за низкой гидратированности и дисперсности, блокирования их активных центров различными компонентами, в том числе минеральными. В настоящее время актуальна задача получения ГК, обладающих высокой степенью активности, а именно водорастворимых, которые являются хорошим детоксикантом, образовывая прочные комплексы с ионами тяжелых металлов и органическими токсинами, которые в комплексе теряют биодоступность.

Для увеличения выхода водорастворимых ГК исходное сырье измельчают и экстрагируют слабощелочным раствором гидроксида калия или натрия концентрацией 2,0–4,0% мас., что позволяет сохранить природный состав ГК практически без изменений, так как такая концентрация исключает деструкцию молекул ГК.

Нами разработана технология получения и обеззараживания жидких гуминовых удобрений за счет импульсной многофакторной обработки суспензии биогумуса, торфа, сапропеля или бурого угля в роторном импульсном аппарате (РИА).

При обработке суспензии гуминового сырья в РИА за счет механического воздействия твердые частицы измельчаются, что приводит к увеличению поверхности фазового контакта, открытию пор, их механической активации. Разгонно-тормозной характер движения потока жидкости в РИА вызывает пульсации давления и скорости потока жидкости, интенсивную турбулентность и развитую кавитацию. Кумулятивные струйки, возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков, оказывают ударное действие на твердые частицы. Акустическое воздействие в РИА включает в себя макропульсации давления в потоке жидкости и ударные сферические волны при пульсациях кавитационных пузырьков.

Хаотические турбулентные флуктуации скорости различных слоев суспензии создают большие сдвиговые усилия на поверхности твердой частицы, что способствует уменьшению величины диффузионного слоя, усиливает его подвижность, обеспечивает приток свежей жидкости к поверхности частицы. Пульсационное воздействие на твердую частицу в жидкости при пульсациях близлежащих кавитационных пузырьков заключается в создании высокоскоростных потоков жидкости у поверхности частицы. Нагрев суспензии происходит в локальном объеме зазора между ротором и статором за счет сдвиговых напряжений.

Все эти воздействия способствуют увеличению поверхности фазового контакта, относительных скоростей движения фаз и уменьшению величины диффузионного слоя на частицах. Дискретное, сконцентрированное и локализованное многофакторное воздействие существенно интенсифицирует процесс массопереноса биоактивных веществ из твердых частиц в жидкость за счет большой удельной диссипации энергии в малом объеме за малый интервал времени.

Интенсивное многофакторное воздействие на суспензию органического удобрения позволяет получать тонкодисперсную дисперсию, которая не образует осадка более 30 суток. Нагрев суспензии при обработке не превышает 40 о С, интенсификация процесса экстрагирования в РИА позволяет минимизировать или отказаться от использования щелочи, что позволяет сохранить в суспензии гуминового удобрения ферменты, витамины и другие биологически активные вещества. Многократно увеличивается выход калия, фосфора, азота и других полезных химических элементов из твердой фазы в жидкость.

Установка работает следующим образом. Гуматосодержащее сырье (торф, бурый уголь, биогумус) в сыпучем виде классифицируется и фракции твердых частиц с требуемым размером предварительно замачиваются. Сапропель поставляется на обработку, как правило, уже в жидком виде. Исходная водная суспензия гуматосодержащего сырья с необходимой концентрацией твердых частиц по объему заливается в емкость исходной суспензии (поз. 1), где предварительно перемешивается рамной мешалкой (поз. 7) для поддержания однородности суспензии в объеме емкости. Из емкости исходной суспензии грубодисперсная суспензия подается в мельницу предварительного помола (поз. 2), в которой происходит предварительное измельчение частиц суспензии. Измельчению подвергаются частицы, в основном, крупной фракции. Из мельницы предварительного помола, суспензия сливается самотеком в промежуточную емкость (поз. 3), где происходит ее перемешивание и предварительная гомогенизация по объему лопастной мешалкой (поз. 8). Если в суспензии еще присутствуют частицы крупной фракции, то суспензия перекачивается насосом (поз. 4) в емкость исходной суспензии, и направляется на повторное измельчение в мельницу предварительного помола. Из промежуточной емкости предварительно измельченная суспензия перекачивается насосом (поз. 4) в экстрактор биологически активных веществ – роторный импульсный аппарат (РИА) (поз. 5), в котором суспензия подвергается многофакторному воздействию механического, акустического и теплового характера.

В результате проведенных экспериментов по приготовлению жидкого гуминового удобрения из биогумуса (20% об.), сапропеля (50% об.) и торфа (50% об.) в РИА и в аппарате с ленточной лопастной мешалкой (ЛЛМ) получены данные по выходу гуминовых кислот (ГК), представленные на рисунке 1.

Рис.1. Концентрация гуминовых кислот в воде при обработке 20%-ной суспензии биогумуса (1, 2, 5, 6), 50%-ной суспензии сапропеля (3, 7) и 50%-ной суспензии торфа (4,8). Обработка суспензий в емкостном аппарате с ЛЛМ: 1– pH = 7,5; 2– pH = 12,6; 3– pH = 10,6; 4– pH = 5,8. Обработка суспензий в установке на базе РИА:

5 – pH = 7,6; 6 – pH = 12,5; 7 – pH = 12,5; 8 – pH = 5,8.

Анализируя данные на рис. 1, можно сделать вывод, что в РИА процесс безреагентной экстракции ГК из биогумуса происходит в 2 раза интенсивнее. Процесс щелочной экстракции ГК из биогумуса происходит в 6 раз интенсивнее Процесс щелочной экстракции ГК из сапропеля происходит почти в 3 раза интенсивнее в РИА. Кроме образцов 1 и 5, во всех остальных образцах была добавлена щелочь.

Показатель рН при обработке торфа показывает, что суспензия торфа относится к слабокислой среде, несмотря на то, что в суспензию торфа была добавлена щелочь в объеме 1%. Это объясняется тем, что водная суспензия торфа имеет выраженные кислотные свойства с рН=3,5-4,5. При обработке 50%-ной суспензии торфа выход гуминовых кислот в 14 раз больше при обработке в РИА по сравнению с обработкой суспензии в аппарате с ЛЛМ.

Интенсификация процесса экстрагирования в РИА достигается благодаря механическому воздействию, вихреобразованию, эффекту кавитации, что в свою очередь приводит к измельчению частиц, увеличению поверхности контактирующих фаз, увеличению массоотдачи с поверхности твердых частиц.

На рисунке 2 представлены данные по выходу азота, фосфора и калия в воду при обработке 20% суспензии биогумуса в аппарате с ЛЛМ и в установке на базе РИА.

Рис. 2. Данные по выходу азота, фосфора и калия в суспензии биогумуса.

1 – Обработка суспензии в емкостном аппарате с ЛЛМ.

2 – Обработка суспензии в установке на базе РИА.

Распределение частиц суспензии биогумуса по размерам до обработки и после обработки в ЛЛМ и в установке на базе РИА показано на рисунке 3. Исходная суспензия биогумуса, не прошедшая предварительного измельчения, представлена на рисунке 4 (а), где отчетливо различимы частицы размером 1-2 мм.

Рис. 3. Распределение частиц суспензии биогумуса по размеру (d средний размер частиц):

1 – до обработки; 2 – после обработки в аппарате с ЛЛМ; 3 – после обработки в установке на базе РИА.

Рис. 4. Фотографии частиц исходной суспензии (а) и суспензии биогумуса, обработанной в РИА (б).

Данные по выходу ГК при обработке суспензий в аппарате с ЛЛМ и в установке на базе РИА были взяты для сравнения при одинаковых значениях удельной диссипации энергии, ε=70–160 Вт/кг. Концентрация ГК в гуминовых удобрениях при их обработке 20%-ной суспензии биогумуса и 50%-ной суспензии сапропеля в РИА и в аппарате с ЛЛМ приведены в таблице 1.

Таблица 1. Концентрация ГК в гуминовых удобрениях, числа Рейнольдса и кавитации при их обработке в РИА и в аппарате с ЛЛМ.

Академиком Косьяненко Геннадием Николаевичем разработана высокоэффективная, экологически чистая технология изготовления дешевого, биологически активного вещества на основе низинного торфа. За счёт разработанного технологического подхода при приготовлении данного препарата (окисление озоном и газами воздуха) происходит сохранение и накопление природных биологически активных веществ, микро и макроэлементов, которые стабилизируются за счёт отрицательно заряженной гумусовой кислоты. Помимо гумусовых кислот стабилизирующим, а также хелатирующим веществом в препарате выступает лимонная кислота.

Технология основана на выработке высококонцентрированных коллоидных растворов из торфяного вещества и получением на их основе стимуляторов роста растений и рекультиваторов почв.

Основными элементами технологической линии по производству КОМУ являются диспергаторы и паровые реакторы. При прохождении исходной пульпы через реактор происходит формирование коллоидного раствора из вещества торфа, при этом синхронно протекают процессы экстракции, растворения, дезинтеграции клеточных структур, деструкция целлюлозы с последующей рекомбинацией на молекулярном уровне. Процесс протекает на фоне низкой температуры, ускорителем переработки является диспергация.

Предлагаемый продукт представляет собой концентрат в виде гомогенной суспензии темно-коричневого цвета, в состав которого входят более 30 элементов минеральных и органических веществ, включая основные микроэлементы и двадцать аминокислот, витамины.

Для производства я использовал теорию Ф.Дж.Стивенсона для эффективного извлечения гуминовых веществ (ГВ):

выделение ГВ не должно сопровождаться изменениями извлекаемого материала;

извлечение ГВ не должно содержать неорганических загрязнителей, например глинистих материалов или соединений поливалентных катионов;

извлечение должно быть полным, тем самым гарантируется репрезентативность фракций во всём диапазоне молекулярных масс;

метод должен быть универсальным и применимым к почвам всех типов.

Долгое время считалось, что эти требования к способу выделения ГВ скорее идеальные, чем достижимые. Но Академику Косьяненко Г.Н. это удалось сделать!

С частью ТУ можно ознакомиться тут.

Продукт получил высокую оценку ученых и сельхозпроизводителей, и его применение было включено в государственную программу повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

Результаты апробаций показывают, что применение препарата в растениеводстве дает реальный экономический эффект в 30-100%.

В результате опытно-промышленной апробации был подтвержден широкий спектр полезных свойств препарата. Использование его даже в низких концентрациях активизирует процессы обмена веществ, усиливает клеточное дыхание, синтетические процессы и поступление минеральных веществ из почвы, повышает устойчивость растений к стрессовым факторам в вегетационный период, в засушливые, влажные и холодные годы; при недостатке и избытке минеральных удобрений.

Стимуляторы не токсичны, не обладают мутагенными свойствами, проявляют иммуностимулирующие и адаптогенные свойства.

Трудно переоценить эффективность ЭкоОрганики.Благодаря его применения в этом качестве можно повысить урожай зерновых и овощей от 20 до 150 процентов, сокращая рекультивационные циклы с нескольких лет до одного года.

ЭкоОрганика — удобрение со стимулирующим эффектом и фунгицидной активностью, является продуктом кавитационной обработки натурального торфа, в котором при этом переводятся в активную водорастворимую форму соединения азота, фосфора, калия, микроэлементы, а гуминовые кислоты из нерастворимых переведены в растворимые одновалентные соли.

Применение удобрения просто и удобно: оно разводится в воде в пропорциях, соответствующих определенному методу использования и типу растений.

Внесение ЭкоОрганики совместимо с применяемыми агротехнологиями, не требует отдельных операций, а значит и дополнительных расходов на топливо, покупку нового оборудования и т.д. Включается в циклы протравливания семян, внесения в почву с минеральными удобрениями, внекорневой полив, обработку гербицидами и пестицидами.

Биологически активные вещества торфа включают в себя аминокислоты, углеводы, ферменты, антибиотики и природные стимуляторы роста. В низинном торфе найдены витамины группы В: тиамин (В1), рибофлавин (В2), пантотеиновая кислота(В3), пиридоксаль (В6), цианкобаламин (В12), а также никотиновая кислота (РР) и каротин

Читайте также: