Установка для получения балластных гумусовых кислот из нативного торфа

Установка относится к оборудованию для переработки разных видов торфа для целей получения стимуляторов роста растений, компонентов кормовых добавок для крупного рогатого скота (КРС), птицы, экзотических животных и пушных зверей, органоминеральных, гуминовых и смесевых удобрений, гипоаллергенных красителей льняных и хлопчатобумажных тканей.
Россия обладает колоссальными запасами уникального природного ресурса - торфа, относимого российским законодательством к общераспространенным полезным ископаемым (ОПИ). Запасы торфа оцениваются в 150 млрд тонн, а его добыча в 2019 году составляла всего 1,5 млн тонн. Основными переработчиками торфа являются крупные промышленные предприятия с широким ассортиментом продукции разного назначения, почти весь объем добытого в РФ торфа приходится на десяток компаний, одно только ЗАО «Вятка-Торф» из Кировской области в 2018 г. на крупнейших залежах добыло 460 тыс. тонн разных видов торфа. Переработка торфа в товары с более высокой прибавочной стоимостью, к которым относятся гумусовые кислоты, сдерживается сезонным спросом, довольно высоким уровнем производственных затрат при выпуске небольших партий, необходимостью создания и содержания дорогостоящей инфраструктуры.
Вместе с этим, в стране есть десятки тысяч рассредоточенных мелких месторождений торфа с небольшими запасами, признанными забалансовыми, разработка которых не целесообразна по действующим правилам из-за отсутствия эффективных технологий и соответствующего относительно недорогого и компактного оборудования. В то же время Федеральным законом №2395-1 «О недрах» от 21.02.1992 г. разрешается свободная добыча ОПИ для собственного потребления, если месторождение ОПИ не числится на государственном балансе, что создает предпосылки для создания небольших местных производств гуминовых продуктов из торфа.
Перед авторами предлагаемой полезной модели стояла задача создания небольших по мощности и эффективных установок, перерабатывающих торф в условиях небольших сельскохозяйственных предприятий, фермерских хозяйств и кооперативов, индивидуальных предпринимателей, с целью получения из торфа гумусовых кислот в форме балластных суспензий, которые могут быть использованы в качестве стимулятора роста растений, компонента кормовых добавок для КРС, птицы, экзотических животных и пушных зверей.
Наиболее близкой к полезной модели является экспериментальная установка для производства гуминовых удобрений, созданная в 2012-2013 гг. ФГБНУ ВНИМС для проведения исследовательских работ по теме диссертационной работы «Обоснование технических параметров линии по производству гуминовых удобрений из торфа» соискателя Сорокина К.Н.:
https://www.dissercat.com/content/obosnovanie-tekhnicheskikh-parametrov-tekhnologicheskoi-linii-po-proizvodstvu-guminovykh-udo. Указанная установка предусматривала применение гидроксида калия, внешнего нагрева реакционной среды, ультразвукового генератора, работающего за счет использования энергии сжатого воздуха, и отвечала требованиям к проведению запланированных научных экспериментов. Однако результаты опытной эксплуатации установки показали, что для ее практического использования необходимо изменение комплектации за счет исключения внешнего источника тепла и применения принципиально нового ультразвукового генератора, не требующего сжатого воздуха, что требует других конструкторских и технологических решений.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в повышении эффективности переработки торфа с получением гумусовых кислот без использования внешнего источника тепла и щелочей.
Указанный технический результат достигается за счет использования установки для получения балластных гумусовых кислот из нативного торфа, созданной на единой опорной базе, содержащей промежуточную емкость с коническим днищем из нержавеющей стали, загрузочную конусную воронку из нержавеющей стали, ротационно-пульсационный насос-гомогенизатор из нержавеющей стали, насос высокого давления, проточный гидродинамический аппарат - кавитатор из нержавеющей стали, трубные сборки с установленными на них запорной и регулирующей арматурой, датчиками давления и температуры, установленными на одной сварной раме из металлических профилей, отличающейся тем, что она содержит аппарат электрохимической активации воды, соединенный с промежуточной емкостью, коническое днище которой через ряд фланцевых соединений и трубную сборку с загрузочным устройством для добавления католита подключено к всасывающему фланцу ротационно-пульсационного насоса-гомогенизатора, соединенного, в свою очередь, нагнетательным участком трубопровода через тройник с нижней обечайкой промежуточной емкости и, одновременно, со всасывающим участком трубопровода насоса высокого давления, на нагнетательном участке трубопровода которого устанавливается проточный гидродинамический аппарат - кавитатор, подключенный, в свою очередь, гибким шлангом к верхней обечайке промежуточной емкости. При этом используемый аппарат электрохимической активации воды обеспечивает получение из нее метастабильных растворов анолита и католита с заданными значениями рН или окислительно-восстановительного потенциала, а проточный гидродинамический аппарат - кавитатор имеет встроенное регулируемое устройство, преобразующее энергию гидродинамического потока в энергию сходящихся ударных волн от коллапсирующих кавитационных пузырьков, влияющую на скорость и полноту извлечения ценных биологически активных гумусовых кислот из водо-торфяной суспензии.
Совокупность перечисленных технических решений обеспечивает создание компактной установки на основе законченного технологического цикла переработки различных видов предварительно отсортированного торфа с биологически активными экстрагентами при низком потреблении электроэнергии, отсутствии использования пара и/или теплофикационной воды и щелочей, с малыми габаритами и массой не более 0,5 т, позволяющими транспортировать ее в кузове небольшого грузового автомобиля, и требует для эксплуатации только подключения к источникам электроэнергии и хозяйственно-питьевой воды.
Аналогов оборудования, отвечающих вышеуказанным требованиям, не найдено.
Функциональная схема установки приведена на фиг. 1. Установка содержит: 1 - промежуточную емкость с коническим днищем из нержавеющей стали;
2 - загрузочную конусную воронку из нержавеющей стали;
3 - ротационно-пульсационный насос-гомогенизатор из нержавеющей стали;
4 - насос высокого давления;
5 - проточный гидродинамический кавитатор из нержавеющей стали;
6 - аппарат электрохимической активации воды;
7 - загрузочное устройство (бункер),
а также трубные сборки с установленными на них запорной и регулирующей арматурой, датчиками давления и температуры, установленными на одной сварной раме из металлических профилей.
При этом проточный гидродинамический кавитатор установки имеет встроенное регулируемое устройство, преобразующее энергию гидродинамического потока в нем в энергию сходящихся ударных волн от коллапсирующих кавитационных пузырьков, влияющую на скорость и полноту извлечения ценных биологически активных гумусовых кислот из водо-торфяной суспензии.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Пример. В промежуточную емкость 1 заливается определенная масса метастабильного раствора католита, получаемого в аппарате электрохимической активации воды 6, с известным значением рН и через загрузочное устройство (бункер) 7 загружается расчетная масса отсортированного торфа, переносной мешалкой смесь перемешивается до получения грубой однородной суспензии. Насосом-гомогенизатором 3 осуществляется циркуляция суспензии через промежуточную емкость 1 до момента образования тонкой суспензии из грубой таким образом, чтобы во всасывающей линии насоса-гомогенизатора 3 образовывалось небольшое разряжение, позволяющее через загрузочную воронку 2 в циркулирующий поток суспензии загрузить некоторое количество католита для корректировки вязкости суспензии и значения рН. После образования в емкости 1 гомогенизированной суспензии к перекачке подключается насос высокого давления 4, на нагнетательном трубопроводе которого установлен проточный гидродинамический кавитатор 5. Регулировкой расхода и давления потока, проходящего через кавитатор 5, достигают нужной степени акустического и кавитационного воздействия на суспензию. Настройка оптимального режима кавитационной обработки проходящего потока осуществляется байпасным регулирующим клапаном по данным переносного детектора интенсивности кавитационного воздействия (виброметра). Циркуляцию суспензии проводят многократно, добиваясь получения требуемого качества суспензии (коллоида). Насосами 3 и 4 готовую суспензию закачивают в потребительскую тару, заранее стерилизованную анолитом, и отправляют на хранение.
Стерилизацию емкостей, насосов, трубных сборок и транспортной тары выполняют, по мере необходимости, метастабильным анолитом с определенным значением рН, вырабатываемым аппаратом 6.