Гидромеханический многофункциональный очиститель торфа, биогумуса, сапропеля

Полезная модель относится к механизации агрохимического обеспечения сельского хозяйства, а именно, к устройству для очистки органического сырья от твердых примесей, находящихся преимущественно в суспензиях торфа, биогумуса, сапропеля, перед подачей их в реактор для дальнейшей переработки при производстве жидких гуминовых удобрений.
В своем исходном природном состоянии гуминовые кислоты (ГК) находятся в торфе, биогумусе, сапропеле в нерастворимом и прочно связанном состоянии с другими химическими соединениями и компонентами. Задача состоит в том, чтобы перевести их в активное (реакционно-способное) состояние путем гидратации и гидролиза, при котором они переходят в растворимое или коллоидно-дисперсное состояние, а функциональные группы становятся доступными для химических взаимодействий. Процессы гидролиза, которые происходят в реакторах в сопровождении химических реакций, без предварительно подготовленной глубокой гидратации и качественной очистки и измельчения сырья являются малоэффективными вследствие недостаточности химического взаимодействия для проведения качественной и полной экстракции гуминовых и фульвогуминовых кислот, поэтому решение задачи подготовки органического, а именно, его сепарации, гидратации, предварительном измельчении и качественной очистки является важным звеном в создании такой специализированной многофункциональной установки, которая может использоваться при производстве безбалластных гуминовых удобрений из торфа, биогумуса, сапропеля.
Известно устройство для очистки суспензии органоминеральных веществ, преимущественно сапропеля, и/или торфа от твердой фракции, содержащее емкость для очищаемой суспензии, в которой расположена рабочая камера в виде тела вращения с приводом вращения, при этом в верхней части рабочей камеры перпендикулярно ее оси симметрии выполнена кольцевая кромка, а в донной части отверстия, причем на внутренних поверхностях рабочей камеры, расположены перегородки, проходящие вдоль камеры, кроме того, в донной части выполнены по крайней мере два отверстия, идентичные основному, при этом все отверстия расположены симметрично относительно оси вращения рабочей камеры, а внутренний диаметр кольцевой кромки равен диаметру окружности, проходящей через наиболее удаленные точки кромок отверстий (патент RU 2048463 МПК CO5F 11/02,1995).
Данное устройство имеет следующие недостатки.
1. Рабочая камера, используемая в качестве мешалки, относится к тихоходным мешалкам, применяемым в основном для гомогенизации, усреднения высоковязких и неньютоновских сред, используются, как правило, только в гладкостенных аппаратах. Конструкция лопастей обеспечивает ламинарный режим движения жидкости (Справочное пособие «Аппараты для перемешивания жидких сред» Э.А. Васильцов, В.Г. Ушаков  изд. Ленинград «Машиностроение» 1979, стр. 40,47).
3
3
Принцип очистки суспензий в данной конструкции гарантирует удаление из жидкости крупнофракционных частиц  песка размерами до 1,2 мм, а также некоторой части среднефракционных включений размерами до 0,8 мм с удельным весом 2,2 т/м, а также гранитно-мраморными включениями с удельным весом 2,8 т/м.
Мелкофракционные включения, в отличие от обозначенных, находятся в сырье в связанном состоянии, т.к. их размер меньше частиц торфа, биогумуса. Для эффективного отделения их друг от друга необходимо произвести предварительное измельчение с целью высвобождения мелкой фракции с последующей очисткой. Режим работы на измельчение при данной конструкции невозможен.
2. Конструкция устройства не может обеспечить гарантированное отделение твердой фазы с высокой степенью очистки, т.к. в нем не предусмотрено отстаивание жидкости, способствующее разделению ее на твердую и жидкую фазы, а часть твердых частиц, находящихся в зоне емкости, образованной дном и вертикальными стенками, ввиду ламинарности кругового вращения потока суспензии, большого объемного веса, способствующего оседанию тяжелых твердых частиц в теневой части, не может быть вовлечена в пропускное отверстие рабочей камеры из-за недостаточности (вакуумного) отрицательного давления в поле вращения рабочего цилиндра. Нужны большие скорости с турбулентным движением.
3. Эксплуатационные параметры устройства снижают его эффективность применения, т.к. привод с рабочим цилиндром необходимо вынимать из емкости, очищать и устанавливать обратно по мере очистки, что снижает его производительность.
Технической задачей полезной модели является повышение степени очистки органического сырья от песка и других включений перед подачей его в реактор на диспергацию путем предварительной очистки от крупнофракционных частиц за счет сепарации на просеивающем сите, его наилучшей гидратации, предварительного измельчения для эффективного отделения, высвобождения мелкой фракции балласта, перемещения твердых включений в желоб сбора балластной части, механизированной выгрузки балласта из желоба, позволяющих производить жидкие гуминовые удобрения из торфа, биогумуса, сапропеля с минимальными затратами ручного труда, уменьшением энергозатрат и повышением производительности труда.
Техническая задача достигается тем, что гидромеханический многофункциональный очиститель торфа, биогумуса, сапропеля, содержащий общую раму с установленной в ней емкостью подготовки сырья, имеющей наклонное дно, выполненное заодно целое с желобом сбора твердой фазы, лопастной высокоскоростной механический смеситель, оснащенный наклонным перфорированным козырьком, сепарирующий поворотно-откидной лоток с технологическим окном для сбора отсева, линию гидродинамического барботажа  с активатором суспензии, согласно полезной модели,  гидродинамический  очиститель торфа, биогумуса встроен непосредственно в линию барботажа, выполненного в виде центробежного насоса, осуществляющего подачу, предварительное измельчение  и очистку материалов за счет изменения конструкции крыльчатки, расположенной внутри проставка, а  ширина ее выполнена равной диаметру выходного патрубка, между фланцем всасывающего патрубка и торцевой поверхностью крыльчатки выполнен зазор, обеспечивающий измельчение частиц до размеров 5 мм, при чем угол атаки лопастей составляет 18-20°, а торцевая часть крыльчатки, обращенная к всасывающему патрубку, выполнена без фланца. Одновременно создаваемые механические, гидродинамические, ударные, кавитационно-импульсные нагрузки оказывают комплексное, многофакторное воздействие на обрабатываемое сырье (торф, биогумус, сапропель), осуществляя его глубокую гидратацию, предварительное измельчение, отделение мелкофракционных частиц, их перемещение в желоб сбора балластной части и механизированную ее выгрузку из желоба с помощью шнека.
В результате применения полезной модели технически решаются вопросы объединения следующих технологических операций, которые выполняются в одной установке, а именно:
1. Механизированная сепарация сырья из торфа, сапропеля и биогумуса с природной влажностью до 65% с размерами просеянных частиц сырья 5 мм.
2. Осуществление процесса комплексной глубокой гидратации сырья в горячей воде с температурой до 70°С с помощью механического смесителя, имеющего наклонную лопастную крыльчатку и за счет гидродинамического воздействия потока жидкости на частицы торфа.
3. Предварительное измельчение гидратированных частиц торфа и биогумуса до 140 мкм с помощью гидродинамического измельчителя.
4. Отделение кремниевых и других твердых частиц от торфа, биогумуса и сапропеля путем одновременного гидродинамического и механического барботажа с последующим отстаиванием суспензии до разделения на жидкую и твердую фазы.
5. Перекачка жидкой фазы в реактор через фильтр грубой очистки, улавливающий легкие плавающие включения, находящиеся на поверхности жидкой фазы.
6. Механизированное удаление твердой фазы и осевших на нее легких включений с помощью выгрузного шнека.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7.
На фиг. 1 представлена общая схема полезной модели – фронтальный вид, на фиг. 2 представлен вид в плане, на фиг. 3 представлена схема опрокидывания лотка – вид «А», на фиг. 4 представлена гидравлическая схема управления потоками суспензий – фронтальный вид, на фиг. 5 гидравлическая схема управления потоками – вид сверху, на фиг. 6 общий вид гидродинамического измельчителя-очистителя, на фиг. 7 конструкция крыльчатки измельчителя.
Гидромеханический многофункциональный очиститель торфа содержит общую раму 1 (фиг.1), на которой установлена емкость подготовки сырья 2, имеющая наклонное дно 3, лопастной смеситель 4, установленный под углом к дну и оснащенный наклонным перфорированным козырьком 5,  сепарирующий поворотно-откидной лоток 6, оснащенный шибером 7 на технологическом окне сбора отсева и выгрузки остатков сырья в съемную емкость 8. Лоток 6 установлен на износостойкие накладки 9 рамы 1 на четырех подшипниках качения 10 и имеет привод в виде червячного мотор-редуктора 11, закрепленного на раме 1 и оснащенного подшипниковым эксцентриком 12 (фиг. 2), связывающим лоток 6 с приводом 11 с помощью кронштейна 13 (фиг. 1), закрепленного к лотку 6 и осуществляющего возвратно-поступательные движения лотка на подшипниках в горизонтальной плоскости, пальцы 14 (фиг. 2), закрепленные к раме 1, обеспечивающие опрокидывание лотка 6 в сторону технологического окна выгрузки отсева в емкость 8, являющиеся направляющими для втулок, приваренных к лотку 6 и обеспечивающих движение подшипников лотка по накладкам 9 по строго заданной траектории.
На фланцевом патрубке 15 (фиг. 2) емкости подготовки сырья 2 крепится привод в виде червячного мотор-редуктора 16, осуществляющего вращение винтового шнека 17, размещенного в желобе сбора и выгрузки балластной части из емкости 2 через герметичный открывающийся шлюзовой затвор 18, оснащенный шаровым краном для слива остаточной жидкой фазы балласта из желоба.
На площадке 19, приваренной к раме 1, установлен электрический проточный водонагреватель 20, измельчитель-очиститель 21, фильтр грубой очистки 22.
Опрокидывание лотка 6 (фиг. 3) вокруг пальцев 14 в сторону технологического окна выгрузки 7,  в зоне которого закреплена быстросъемная емкость 8 сбора отсева, осуществляется с помощью ручки 23 и фиксируется в откинутом состоянии поворотной откидной штангой-фиксатором 24. При опрокидывании лотка 6 кронштейн 13 освобождается от эксцентрикового привода 12.
Гидравлическая схема управления потоками суспензии (фиг. 4) содержит закрепленный на общей раме измельчитель-очиститель 21, фильтр грубой очистки 22, технологические краны 25, 26, разделяющие потоки суспензии при подаче на фильтр 22, активатор суспензии 27, желоб сбора 28 (фиг.4) балластной части, а также технологические краны 29, 30 (фиг. 5) уголок-декантатор 31 и линию гидродинамического барботажа 32.
Работает  предлагаемый гидромеханический многофункциональный очиститель торфа, биогумуса следующим образом. Исходное сырье (торф, сапропель или биогумус) с природной влажностью до 65% поступает в сепарирующий лоток 6, установленный на износостойкие накладки 9 на четырех подшипниках качения 10 и имеющий привод в виде червячного мотор-редуктора 11, закрепленного на раме 1 и оснащенного подшипниковым эксцентриком 12, связывающим лоток 6 с приводом 11 с помощью кронштейна 13, закрепленного к лотку 6 и осуществляющего возвратно-поступательные движения лотка на подшипниках в горизонтальной плоскости, а пальцы 14 (фиг.2) являются направляющими для втулок, приваренных к лотку 6, и обеспечивают движение подшипников 10 лотка 6 по накладкам 9 на строго заданной траектории. Амплитуда колебаний сепарирующего лотка 6 задается эксцентриком 12, а частота колебаний зависит от частоты вращения тихоходного вала червячного мотор-редуктора 11. Сепарированное сырье фракцией 5 мм из лотка 6 подается в емкость подготовки сырья 2, а балластная часть, оставшаяся в лотке 6 размером более 5 мм в виде отсева выгружается через технологическое отверстие в емкость 8 за счет опрокидывания лотка 6 вокруг пальцев 14 на угол, обеспечивающий скатывание отсева в емкость 8 с применением сметочной щетки. При опрокидывании лотка 6 кронштейн 13 освобождается от эксцентрикового привода 12.
В этом положении сепарирующего лотка на верхнюю часть емкости 2 устанавливаются накрывные крышки (на фиг. условно не показаны), предотвращающие выбрызгивание и выплескивание суспензии через верхние борта во время работы смесителя 4 и измельчителя-очистителя 21. После очистки от отсева сепарирующий лоток 6 возвращается в исходное положение, кронштейн 13 вводится в эксцентриковый привод 12 и цикл сепарации отмеренного количества сырья повторяется.
За 3-5 мин. до окончания сепарации сырья в емкость подготовки 2 подается нагретая до температуры 70°С вода из сетевого водопровода с использованием проточного электрического водонагревателя 20. Водоподготовка сетевой воды осуществляется с помощью фильтровальной станции с трехступенчатой очисткой (на фиг. условно не показана), включающей картриджи с металлической сеткой, угольным и матерчатым фильтрами для очистки воды от механических примесей и хлороподавления. Количественные пропорции сырья и воды зависят от исходных характеристик, предъявляемых к суспензии (обычно находятся в границах 1:4; 1:5 и реже 1:3 и 1:2). Пропорции отношения сырья к воде 1:3 и 1:2 используются для приготовления золе- и гелеобразных высококонцентрированных удобрений.
При 50% заполненной нагретой водой емкости 2 включается высокоскоростной лопастной смеситель 4, установленный на раме 1 под углом к наклонному дну 3, причем подача необходимого количества воды продолжается  до полного объема при работающем смесителе 4.
При 100% заполненной нагретой водой емкости 2 смеситель 4 продолжает работать в штатном режиме 10-15 мин, осуществляя качественную гидратацию (насыщение частичек сырья с водой). Наклонный перфорированный козырек 5, закрепленный на боковых стенках емкости и находящийся над винтовой лопастью играет, во-первых, роль защитного кожуха, во-вторых, является плоскостью отражения отбитого из сырья песка и других диоксидов кремния и т.д. в сторону наклонного дна, а перфорированные отверстия в козырьке служат для первичного измельчения органической балластной части за счет многоструйного истечения в вихревом потоке, создаваемом лопастной крыльчаткой смесителя 4 суспензии через отверстия при соударении органических частиц с конструкцией козырька 5.
Через 10-15 мин работы смесителя 4 в штатном режиме при 100% заполненной емкости 2 работа продолжается с совместным использованием  измельчителя-очистителя 21, осуществляющего предварительное измельчение сырья в суспензии с шаблоном измельчения 140-100 мкм по схеме емкость – измельчитель-очиститель при открытых шаровых кранах 26 и 30,   технологические краны 25 и 29 закрыты.  Измельчитель-очиститель 21 работает 25-30 мин совместно со смесителем 4, продолжая процессы измельчения и гидратации сырья.
Для получения качественных гомогенизированных потоков органической части суспензии и обработки теневых участков емкости 2, образованными наклонным дном и вертикальными стенками бортов, в зоне которых могут скапливаться тяжелые частицы балласта (песок и другие кремниевые диоксиды), на напорной части трубопровода устанавливается линия гидродинамического барботажа 32, имеющая ряд факельных отверстий, позволяющих омывать теневые зоны и уносить частички твердой балластной фазы по наклонному дну в сторону желоба 28 перемещения и сбора этих частиц. За счет конструктивного создания искусственной теневой зоны, образованной желобом с наклонным дном твердые частицы балластной части оседают и собираются в самом желобе. На всасывающий патрубок гидродинамического измельчителя 21 внутри емкости в зоне желоба установлен уголок 31, позволяющий за счет его поворота вокруг горизонтальной оси регулировать зону декантации (разделения) жидкой фазы и твердой балластной части.
Гидродинамический измельчитель-очиститель предназначен для гидратации и отделения твердых частиц материалов, встроен совместно в линию барботажа и выполнен в виде центробежного насоса, имеющего проставок 33 (фиг. 6), центробежную крыльчатку 34, выполненную аксильно на оси  электродвигателя 35.
Крыльчатка 34 (фиг. 7) выполнена в виде кольцевой втулки 36, имеющей сквозные отверстия для прохождения суспензий из внутренней части кольцевой втулки 36 к радиальной поверхности проставка 33 через зоны, образованные лопатками 37, приваренные к кольцевой втулке 36 и фланцу 38, при чем лопатки 37 расположены к поверхности проставка под углом 18-20°, имеют торцевой зазор, торцевая часть крыльчатки, обращенная к всасывающему патрубку не имеет ограничительного фланца.
Гидродинамический измельчитель-очиститель, входящий в состав гидромеханического многофункционального очистителя торфа, биогумуса, сапропеля и других аналогичных материалов работает следующим образом.
Суспензия с измельчаемым материалом через всасывающий патрубок за счет отрицательного давления, создаваемого вращающейся крыльчаткой 34, попадает во внутреннюю полость кольцевой втулки 36, имеющей сквозные отверстия, и центробежной силой через сквозные отверстия вовлекается в зоны, образованные лопатками 37 к периферийной части проставка 33. Поток суспензии, проходящий через торцевой зазор между вращающейся крыльчаткой и стационарным фланцем с всасывающим патрубком за счет истирания частиц и соударения их с периферийной частью лопаток, направляется в сторону нагнетающего патрубка с предварительно измельченными за счет гидродинамической энергии и перепада давлений массой в емкость предварительной подготовки сырья по циклу емкость – гидродинамический измельчитель – емкость многократно, осуществляя непрерывный техпроцесс измельчения и очистки сырья.
Параллельно с линией гомогенизации на напорном (или на всасывающем) патрубке устанавливается активатор  суспензии 27, который способствует интенсификации процесса протекания химической реакции. После окончания совместной работы гидродинамического измельчителя 21 и смесителя 4 в течение  25-30 мин эти устройства отключаются, а суспензия с измельченным, подготовленным сырьем отстаивается в емкости 2 в течение 5-7 мин для оседания  мелкофракционных твердых частиц. Технологические краны 26 и 30 перекрываются, а краны 25 и 29 открываются, вследствие чего качественно подготовленная смесь с помощью измельчителя-очистителя 21 из емкости 2 через фильтр грубой очистки 22 подается в реактор для дальнейшей обработки. После перекачки суспензии из емкости и освобождения ее от жидкой фазы открывают шаровой кран шлюзового затвора 18 для слива жидкости, находящейся в желобе с твердой фазой балласта, а затем открывается шлюзовой затвор 18, включающий привод 16 выгрузного шнека 17 и производится перемещение балластной части из желоба с помощью шнека в боковое отверстие емкости 2 в тару объемом 20-24 литра, снимаются накрывные крышки и производится промывка внутренней части емкости и шнека с помощью водяного пистолета струей воды под давлением. Затем шлюзовой затвор закрывают, перекрывают все технологические и сливные краны и весь цикл, начиная от загрузки сырья в лоток повторяется.
Выполнение выше перечисленных технологических операций на гидромеханическом очистителе торфа обеспечивает его очистку от кремниевых, других включений и способствует дальнейшей успешной работе измельчителей различных конструкций без абразивного воздействия песка и других кремниевых включений на рабочие органы измельчителей.  Устройство очистки суспензии от легких плавающих включений облегчает работу по дальнейшей очистке конечного продукта от твердых частиц размерами от 5 до      50 мкм.