РАСТВОРНЫЙ УЗЕЛ КАРБАМИДНО АММИАЧНОЙ СМЕСИ
CARBAMIDE AMMONIUM MIXTURE SOLUTION UNIT

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к установкам для приготовления карбамидно-аммиачных смесей (КАС) и жидких комплексных удобрений (ЖКУ), и предназначено для растворения в воде карбамида, аммиачной селитры, фосфорных, калийных, сульфатных и иных минеральных, органо-минеральных и органических удобрений в концентрированный (32-38%) маточный, баковый или рабочий раствор  и отгрузки полученных растворов  для дальнейшей транспортировки или применения.
Из уровня техники известна установка для приготовления жидких комплексных удобрений, содержащая смесительный бак с мешалкой, весовое устройство, насос с трубопроводами и мельницу мокрого помола, при этом смесительный бак снабжен устройством отвода осадка, выполненным в виде нескольких пристеночных трубопроводов с накопителями, конусообразным сетчатым фильтром и установленным над ним направляющим элементом в виде обратного усеченного конуса, направляющим двойным конусом, размещенным под направляющим элементом, при этом всасывающие отверстия пристеночных трубопроводов обращены к фильтру, установка снабжена распределителем для реверсирования потоков жидкости и центробежным разделителем, установленным соответственно на всасывающем и нагнетательном трубопроводах насоса (RU 2034637, 10.05.1995).
Недостатками данной установки является низкая концентрация действующего вещества в растворах удобрений, низкое качество удобрений и низкая эффективность работы, не возможность получения высококонцентрированных растворов азотных удобрений и отсутствие возможности растворения сложных минеральных удобрений.
Техническая проблема, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в расширении арсенала средств растворного узла для приготовления жидких минеральных удобрений, параметры и характеристики которого обеспечивают существенное улучшение технологии изготовления ЖКУ с высокими физико-химическими свойствами (высокая концентрация действующего вещества) и улучшают эксплуатационные характеристики без снижения качества и скорости изготовления ЖКУ.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в расширении арсенала технических средств за счет создания простой, компактной и надежной моноблочной установки растворного узла с повышенными эксплуатационными характеристиками, обеспечивающего упрощение монтажных и пусконаладочных работ, улучшения качественных характеристик ЖКУ за счет эффективного растворения минеральных удобрений (в том числе, растворение увлажненного, скомковавшегося сырья с низкими энергозатратами) в условиях отрицательных температур, сокращения времени процесса растворения, настройки узла и времени его обслуживания, получения высоко-концентрированных (маточных) комплексных растворов минеральных удобрений. Растворяет сложные минеральные удобрения: сульфат аммония, аммофос, хлористый калий и т.д.
Указанный технический результат достигается в растворном узле карбамидно-аммиачной смеси (РУКАС), устройство управления и накопительную емкость воды, связанную с реакторной емкостью через насос подачи воды и насос, выполненный с возможностью создания ударов в вакуумной гидравлической среде, при этом реакторная емкость соединена со станцией фильтрацией, включающей по меньшей мере одну колбу-фильтр и связанной с по меньшей мере одной накопительной емкостью готового продукта, при этом реакторная емкость соединена с загрузочным бункером, насосом выдачи и дизельным теплообменником.
Реакторная емкость оснащена магнитным сепаратором, гидростатическим датчиком уровня реакторной емкости, импульсным счетчиком подачи воды, перепускной задвижкой с электроприводом и регулирующими кранами и содержит крышку-люк с отверстием для установки оконечника шнека подачи сухих компонентов, выполненного прямым классическим видом и соединяющим реакторную емкость с загрузочным бункером.
Станция фильтрации имеет крышку-люк и насос высокого давления (ВД).
Растворный узел РУКАС снабжен устройством верхнего налива «Журавль» и лестницей-пандусом.
Одна колба-фильтр оснащена электроконтактным манометром.
Дизельный теплообменник содержит (жидкотопливную) горелку.
Устройство управления представляет собой щит управления с панелью оператора и выполнен с защитным лотком для проводки.
Накопительная емкость готового продукта оснащена насосом выдачи/перемешивания.
Загрузочный бункер выполнен с защитной решеткой и установленной в нижней части металлоконструкцией с присоединенным к ней мотор редуктором.
Заявленная конструкция изобретения обеспечивает полное растворение и улучшение физико-химических свойств жидких минеральных удобрений в холодной воде,  карбамидно-аммиачной смеси (КАС), за счет эффективного растворения карбамида и аммиачной селитры и изменения качественных характеристик перерабатываемого материала на физико-химическом уровне, качества минеральных удобрений и существенного сокращения времени мобилизации растворного узла перед началом процесса работы и времени обслуживания в процессе эксплуатации, а также сокращение количества обслуживающего персонала за счет автоматического режима.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-4 изображен общий вид растворного узла КАС с разного ракурса.
Состав растворного узла КАС:
1. Накопительная емкость воды
3
2. Реакторная емкость 3 м
3. Перепускная задвижка с электроприводом
4. Защитный лоток для проводки
5. Кран регулирующий
6. Мотор редуктор шнека
7. Крышка-люк реакторной емкости
3
8. Станция фильтрации 3 м
9. Крышка-люк станции фильтрации
10. Устройство верхнего налива «Журавль»
11. Накопительная емкость готового продукта
12. Колба-фильтр
13. Электроконтактный манометр
14. Лестница пандус
15. Шнек гибкий (классический) 125 мм.
3
16. Загрузочный бункер 2 м
17. Горелка (жидкотопливная) дизельного теплообменника
18. Дизельный теплообменник
19. Задвижка с электроприводом подачи воды
20. Счетчик импульсный подачи воды
21. Кран запорный
22. Датчик емкостной холостого хода насоса
23. Насос подачи воды 60 м3/час
24. Датчик уровня гидростатический
25. Специализированный насос вакуумно-дитанационный насос (ВДН)
26. Щит управления с панелью оператора
27. Насос выдачи из реакторной емкости 60 м3/час
28. Насос ВД станции фильтрации 10 м3/час
29. Насос выдачи/перемешивания из накопительных емкостей
30. Защитная решетка загрузочного бункера
31. Магнитный сепаратор.
Растворный узел КАС предназначен для работы от сети переменного тока напряжением 380 В частотой 50 Гц.
Основные параметры и характеристики растворного узла КАС в соответствии с табл 1.
Таблица 1
Соединение накопительной емкости воды с конусообразной реакторной емкостью, в которой непосредственно происходит растворение сухих минеральных удобрений за счет вакуумно-детонационных процессов от создающего гидроудары в вакуумной гидравлической среде насоса вакуумного гидравлического, осуществляется через трубопровод, на котором размещен кран запорный подачи воды и через который вода поступает в насос подачи воды, снабженным датчиком емкостным холостого хода. Также через трубопроводы реакторная емкость соединена с дизельным теплообменником и через насос выдачи из реакторной емкости со станцией фильтрации, представляющей из себя пластиковую конусовидную емкость, которая в свою очередь через трубопроводы и насос ВД связана с одной или более колбой-фильтром, от которой поступает в накопительную емкость готового продукта (жидкого минерального удобрения).
Реакторная емкость изготавливается из пластика (ПНД) или нержавеющей стали объемом три кубических метра, с коническим дном. Снизу емкости установлен приемный патрубок от насоса, создающего гидроудары в вакуумной гидравлической среде, а в верхней расположено три форсунки, две из которых раскручивают содержимое емкости против часовой стрелки, третья бьет потоком в центр емкости (гидромешалка). В качестве насоса, создающего гидроудары в вакуумной гидравлической среде, может использоваться ВДН, который основывается на возникновении эффекта гидроудара в вакууме за счет резкого изменения в скорости движения водного потока и давления и представляет собой насос с электродвигателем (3000 об/мин), на валу которого расположен рабочий орган, позволяющий производить удары (детонацию) о другой рабочий орган в прокачиваемой жидкости, то есть является одновременно насосом и устройством, позволяющим производить детонацию и вакуум, что обеспечивает повышение эффективности эксплуатации и энергосбережение. Рабочие органы ВДН выполнены таким образом, что позволяет выполнить перекачивание жидкости (с помощью лопастей). Поступающая в ВДН жидкость, попадает на рабочие органы, где происходят удары, например, протекающая с высокой скоростью вода будет заполнять вакуум, жидкость соударяется с закрытым обратным клапаном/заслонкой и потоком над ним, провоцируя скачок давления, что приводит к гидроудару. Перекачивающая производительность насоса мощностью 15 кВТ составляет 23000 л/час. Расчетный диаметр трубы для перекачивания этого объёма 50 мм. Для создания вакуума в насосе предусмотрен дроссель 38 мм от диаметра входящей трубы. Принцип работы ВДН заключается в создании ударов в вакуумной гидравлической среде, что позволяет эффективно в ней перемешивать различные растворимые вещества (минеральные удобрения), более эффективно и с меньшими энергозатратами, чем при процессе компаундирования.
Кроме того, вместо насоса, создающего гидроудары в вакуумной гидравлической среде, может использоваться роторный кавитационный насос, известный из патента РФ 2231004, опубл. 20.06.2004.
В состав станции фильтрации входит: коническая ёмкость объемом три кубических метра, изготовленная из пластика (ПНД), насос высокого давления 6 атм, производительностью 10 т/час из нержавеющей стали, фильтр мешочный 500 микрон, фильтр мешочный 250 микрон, датчик превышения давления, трубопроводы, краны.
Реакторная емкость оснащена магнитным сепаратором, гидростатическим датчиком уровня реакторной емкости, импульсным счетчиком подачи воды, перепускной задвижкой с электроприводом и регулирующими кранами и содержит крышку-люк с отверстием для установки оконечника шнека подачи сухих компонентов, выполненного прямым классическим видом и соединяющим реакторную емкость с загрузочным бункером.
Шнек является винтовым, выполненным из нержавеющей стали с пластиковой обоймой, привод от червячного редуктора с электромотором 3 кВт.
Управление работой растворного узла КАС осуществляется через панель оператора в автоматическом режиме.
На щите управления нажимаем кнопку «Питание».
Перед запуском цикла для правильной работы оборудования в панели оператора необходимо задать настройки работы:
- Предельная температура продукта.
- Количество налива воды.
- Количество циклов работы.
- Время работы цикла.
- Температура отключения насоса.
- Ожидание охлаждения продукта.
- Время ожидания загрузки продукта.
- Вес сухого компонента.
- Время закрытия задвижки.
- Время задержки слив.
- Время работы шнека.
Автоматический режим приготовления на примере следующего качественного и количественного состава минерального удобрения, в частности КАС 30:
Для приготовления КАС 30 (карбамидно-аммиачная смесь, содержание общего азота 30%) в автоматическом режиме, необходимо засыпать аммиачную селитру 1000 кг. и карбамид 1000 кг. в загрузочный (приемный) бункер. На панели оператора в настройках задать предельную температуру продукта  -10 гр.С, 1000 литров воды, задать время работы шнека из расчета производительности 2000 кг за 15 мин., необходимое количество циклов работы.
После выставления необходимых параметров описанных выше, нажать кнопку «Цикл Авто» на панели оператора. Открывается задвижка с электроприводом на реакторной емкости, в которую из накопительной емкости воды начинает наливаться вода до заданного значения по импульсному счетчику подачи воды. После налива воды запустится специализированный насос ВДН и дизельный теплообменник.
После запуска специализированного насоса ВДН и дизельного теплообменника через одну минуту запускается шнек подачи сухих компонентов (КАС) из загрузочного бункера в реакторную емкость, который продолжит работать до истечения времени заданного в настройках. При этом температура раствора (вода+аммиачная селитра+карбамид) в реакторной емкости будет опускаться и может достичь -25 гр.С.
Далее работа оборудования (реакторной емкости, насоса ВДН, теплообменика) продолжится в режиме гидроперемешивания с одновременным подогревом общего объема раствора с измельчением сухих компонентов, за счет работы специализированного насоса ВДН путем высокого трения в воде, и дизельного теплообменника, пока не достигнет предельной температуры раствора (продукта) заданной в настройках.
По достижению заданной температуры раствора специализированный насос ВДН и дизельный теплообменник выключатся. Включится насос выдачи (слива) из реакторной емкости. Раствор начнет поступать в станцию (узел) фильтрации. После слива в станцию фильтрации насос выдачи отключится. При  нескольких заданных циклах, следующий цикл начнется автоматически. После завершения работы циклов оборудование остановится и будет готово к последующей работе в автоматическом режиме после нажатия кнопки «Сброс Циклов».
Станция фильтрации оснащена съемными промывными фильтрами и датчиками верхнего и нижнего уровня, работает в автоматическом режиме. Насос ВД запускается, как только начнет поступать раствор, и остановится по окончанию фильтрования. Если фильтрующие элементы забиты, растворный узел встанет в паузу, на панели оператора отобразится сообщение о загрязнении фильтрующих элементов. Далее раствор поступает в одну или более накопительные емкости (емкости хранения) готового продукта.
Накопительные емкости готового продукта оснащены гидростатическим датчиком уровня. Что позволяет контролировать остаток и выдачу раствора в реальном времени, вести электронный журнал учета. Для выдачи готового продукта, в панели оператора, в окно ввода нужно ввести необходимое количество для выдачи и нажать на изображение насоса выдачи/перемешивания из накопительных емкостей. Для повторной выдачи такого же количества, повторять ввод не обязательно. После выдачи заданного количества готового продукта насос отключится автоматически.
Для предотвращения перелива, при достижении предельного верхнего уровня готового продукта, оборудование (панель оператора) выдаст сообщение о том, что накопительные емкости готового продукта заполнены. Растворный узел не запустится пока накопительные емкости не опустошить.