УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ
PLANT FOR THE PRODUCTION OF LIQUID FERTILIZER

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к оборудованию для производства минеральных удобрений в виде растворов с различным соотношением действующих питательных веществ и может быть использовано для приготовления жидких азотных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида [A01G31/02, B01F23/00, B01F23/50, B01F33/00, B01F33/50, B01F33/80, C05C1/00, C05C9/00, B01F33/404, B01F33/502].
Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ СЕРНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ФОСФАТОВ В УСТАНОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА ФОСФОРНО-АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ [MD2738 (C2), опубл.: 31.12.2005], включающее резервуар, содержащий средство для перемешивания и снабженный по меньшей мере одним входом для жидкости, входом для твердых гранул и выходом для раствора, отличающийся тем, что вход гранул в резервуар расположен в верхней части над уровнем реакционной смеси в этом резервуаре, и что средства перемешивания содержат первое средство перемешивания, способное создавать привод твердые гранулы к нижней части резервуара  в реакционной смеси, и второе средство перемешивающее устройство, расположенное в баке на уровне ниже уровня первого перемешивающего средства и способное создавать в реакционной смеси движение, благоприятное для растворения гранул, в частности сдвиговое движение.
Недостатком аналога является низкая эффективность растворения, обусловленное отсутствием возможности подогрева воды перед перемешиванием с гранулами.
Также известен РАСТВОРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО РАСТВОРА МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ [RU186828 (U1), опубл.: 05.02.2019], характеризующийся тем, что содержит раму, на которой установлены бункер для сухих минеральных удобрений, емкость для растворения минеральных удобрений, перемешивающий орган и нагревательный котел, соединенные системой трубопроводов, причем бункер для сухих минеральных удобрений соединен с емкостью для растворения минеральных удобрений при помощи транспортера, перемешивающий орган в виде роторно-пульсационного аппарата выполнен с возможностью перекачивания, смешивания, диспергирования и гомогенизации смеси в емкости, а нагревательный котел служит для подогрева смеси в емкости с целью ускорения растворения. На входе бункера для сухих минеральных удобрений дополнительно установлена решетка, на выходе бункера для сухих минеральных удобрений дополнительно установлена дробилка комков сухих удобрений.
Недостатком аналога является необходимость введения перемешивающего органа в конструкцию устройства, что усложняет узел с точки зрения изготовления, эксплуатации и трудозатрат.
Наиболее близким по технической сущности является РАСТВОРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ [RU2765953 (C1), опубл.: 07.02.2022], содержащий бункерный накопитель сухих удобрений, сообщающийся посредством транспортера со смесительным реактором с входным патрубком для раствора, трубопроводную систему, нагревательное устройство, диспергаторное устройство с возможностью перекачивания, смешивания, диспергирования и гомогенизации смеси, а также накопительные емкости для воды и готового продукта, отличающийся тем, что он снабжен смесителем жидких компонентов с возможностью добавления в смесительный реактор жидких средств защиты растений и устройством весового контроля компонентов, поступающих в смесительный реактор, входной патрубок для раствора выполнен с конусообразным сопловым наконечником, расположенным тангенциально относительно стенки смесительного реактора, трубопровод трубопроводной системы между нагревательным устройством и смесительным реактором выполнен с обратным клапаном, бункерный накопитель сухих удобрений состоит по меньшей мере из двух бункеров. В качестве диспергаторного устройства используют роторно-пульсационный аппарат. В качестве нагревательного устройства используют водогрейный жаротрубный котел цилиндрической формы.
Основной технической проблемой прототипа является низкая эффективность приготовления жидких удобрений, обусловленная выполнением узла смешивания и узла подогрева разными, по разным замкнутым трубопроводам, что снижает эффективность растворения удобрения за счет потери температуры раствора при подаче его в диспергаторное устройство. Кроме того, при выходе из строя котла неизбежен простой оборудования, что также негативно сказывается на эффективности установки.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности создания установки для производства жидких удобрений с высокой удельной производительностью.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для производства жидких удобрений, содержащая реактор, трубопроводную систему, нагревательное устройство, диспергаторное устройство, резервуары для воды и готового продукта, входной в реактор патрубок для раствора выполнен с конусообразным сопловым наконечником, расположенным тангенциально относительно стенки реактора, отличающийся тем, что реактор трубопроводом последовательно соединен с диспергаторным устройством и двумя параллельно смонтированными котлами, выполненными с возможностью обеспечения их одновременной и попеременной работы, выход котлов соединен трубопроводом с объемом реактора через его боковую стенку, к которой он смонтирован тангенциально относительно вертикальной оси симметрии реактора и его боковой стенки, с противоположной стороны реактора к его боковой стенке смонтирован тангенциально относительно вертикальной оси симметрии реактора и его боковой стенки трубопровод, направляющий часть раствора от диспергаторного устройства по отдельному замкнутому контуру во внутренний объем реактора с возможностью увеличения скорости турбулентных потоков раствора внутри реактора, при этом направления тангенциально смонтированных трубопроводов в реакторе совпадают.
В частности, реактор выполнен цилиндрическим, нижняя часть которого выполнена конической с возможностью обеспечения турбулентого потока жидкости при ее циркуляции.
В частности, установка дополнительно содержит механический фильтр очистки раствора, смонтированный перед резервуаром для готового продукта.
В частности, трубопроводы снабжены вентилями.
В частности, реактор, диспергаторное устройство, котлы и топливная емкость с соединяющими их трубопроводами, снабженными вентилями смонтированы на единой мобильной колесной платформе с возможностью транспортировки установки непосредственно к месту производства жидких удобрений.
На фигуре схематично показана установка для производства жидких удобрений, на которой обозначено: 1 – резервуар для воды, 2 – реактор, 3 – диспергаторное устройство, 4 - топливная емкость, 5 – котлы, 6 – фильтр, 7 – резервуар для готового продукта, 8-19 вентили.
Осуществление изобретения.
Установка для производства жидких удобрений содержит резервуар для воды 1, реактор 2, диспергаторное устройство 3, котлы 5, фильтр 6, резервуар для готового продукта 7, трубопроводы, снабженные вентилями 8-19. Трубопроводы выполнены с возможностью соединения резервуара для воды 1 с реактором 2, реактора 2 с диспергаторным устройством 3 и резервуаром для готового продукта 7, деспергаторного устройства 3 с котлами 5, котлов 5 с реактором 1.
Реактор 2 выполнен цилиндрическим, нижняя часть которого выполнена конической с возможностью обеспечения турбулентого потока жидкости при сливе ее снизу из реактора 2 для ее циркуляции и лучшему смешиванию удобрений с водой в реакторе 2. К вершине конуса реактора 2 подключен трубопровод, соединенный с диспергаторным устройством 3 через вентиль 9. К упомянутому трубопроводу через вентиль 8 подключен трубопроводом резервуар для воды 1.
Диспергаторное устройство 3 трубопроводом, снабженным вентилями 10, 11 соединен с входными патрубками котлов 5, смонтированными параллельно. Для попеременной или одновременной подачи жидкости из реактора 2 в котлы 5 входные патрубки котлов 5 снабжены вентилями 12, 13.
Диспергаторное устройство 3 выполнено в виде роторно-пульсационного аппарата для тонкого измельчения, многократного перемешивания многокомпонентного водного раствора удобрения для приготовления высокодиспергированного, гомогенизированного жидкого удобрения и может также выполнять функцию насоса.
Выходные патрубки соединенных параллельно котлов 5 подключены трубопроводом через вентиль 16 к боковой стенке реактора 2. Для попеременного или одновременного включения котлов 5 в магистраль к реактору 2 их выходные патрубки снабжены вентилями 14, 15.
Трубопровод от вентиля 16 к реактору 2 смонтирован тангенциально с возможностью образования турбулентных потоков водного раствора удобрения внутри реактора 2 для лучшего смешения и растворения удобрения с водой, находящихся в реакторе 2, при этом часть упомянутого трубопровода расположена внутри реактора 2.
К участку трубопровода между вентилями 10, 11 смонтирован трубопровод, снабженный вентилями 18, 19 и соединенный с фильтром 6 и резервуаром для готового продукта 7.
Фильтр 6 выполнен механическим и может быть многоступенчатым.
К участку трубопровода между вентилями 18, 19 смонтирован отводящий трубопровод, соединенный с реактором 2 тангенциально с возможностью образования турбулентных потоков водного раствора удобрения внутри реактора 2 для лучшего смешения и растворения удобрения с водой, находящихся в реакторе 2, при этом часть упомянутого трубопровода расположена внутри реактора 2 на противоположной стенке от тангенциально смонтированного трубопровода от вентиля 16 к реактору 2. Направление тангенциально смонтированных трубопроводов в реакторе 2 совпадают.
Вентили 8-19 могут быть выполнены управляемыми с блока управления (на фигурах не показан).
Реактор 2, диспергаторное устройство 3, котлы 5 и топливная емкость 4 с соединяющими их трубопроводами, снабженными вентилями 8-19 смонтированы на единой мобильной платформе (на фигурах не показана), снабженной колесными опорами и прицепным устройством с возможностью транспортировки установки непосредственно к месту производства жидких удобрений.
Установку для производства жидких удобрений используют следующим образом.
Перед запуском установки все вентили 8-19 закрыты. Открывают вентиль 8 трубопровода  резервуара для воды 1 и наполняют реактор 2, с предварительно засыпанным в нее удобрением, водой. Количество воды и удобрения рассчитывают исходя из требуемой концентрации веществ в готовой продукции.
Перед подачей воды из резервуара для воды 1 в реактор 2 ее могут дополнительно подогревать.
После наполнения реактора 2 с удобрением водой, закрывают вентиль 8, открывают вентили 9-11 и включают диспергаторное устройство 3, с помощью которого подают водный раствор с частично растворенными в нем удобрениями из реактора 2 в параллельно подключенные котлы 5.
Котлы 5 выполнены электрическими или жидко-топливными, при этом в варианте реализации котлов жидко-топливными, они подключены к топливной емкости 4. При использовании одновременно двух котлов 5 открывают вентили 12-15, при использовании одного из котлов 5 открывают вентили 12, 14 или 13, 15.
Использование в установке одновременно двух котлов 5, подключенных в схеме параллельно и снабжение их вентилями 12-15, обеспечивающими их попеременное или одновременное включение/выключение обеспечивают их резервирование для поочередной замены (ремонта) без остановки установки.
После поступления водного раствора удобрения в котлы 5 и его нагрева открывают вентиль 16. По трубопроводу через вентиль 16 водный раствор подают в реактор 2, где за счет тангенциального смещения упомянутого трубопровода относительно центральной оси реактора 2 и его боковой стенки образуются турбулентные потоки водного раствора удобрения, обеспечивающие эффективное перемешивание раствора внутри реактора 2 и растворение удобрения, находящегося в реакторе 2 с водой.
Для увеличения скорости турбулентности раствора открывают вентили 17, 18 и часть раствора через трубопровод снизу реактора 2 через вентиль 9, диспергаторное устройство 3, вентили 18 и 17 подают через второй, расположенный напротив первого трубопровода от вентиля 16, тангенциально смонтированный трубопровод в реактор 2.
После полного растворения удобрений в воде для слива жидкого удобрения закрывают вентили 11, 17 и открывают вентиль 19 и готовое жидкое удобрение подают через фильтр 6 в резервуар для готового продукта 7, при этом котлы 5, после перекрытия вентиля 11 и прекращения подачи в них жидкости, останавливаются автоматически.
В 2021 году автором изобретения была изготовлена промышленная рабочая модель установки для производства жидких удобрений на мобильной платформе, которая им использовалась для приготовления жидких азотных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида.
В результате опытной эксплуатации установки получено:
высокая скорость нагрева раствора за счет использования двух котлов 5 одновременно;
высокая скорость перемешивания раствора в реакторе 2 за счет одновременной циркулярной подачи раствора в реактор 2 с двух сторон по трубопроводам от котлов после нагрева раствора и от диспергаторного устройства 3;
высокая скорость растворения удобрений за счет реализации в установке замкнутого контура, по которому раствор после измельчения в диспергаторном устройстве 3 и нагреве в котлах 5 тангенциально подают в реактор 2, что исключает потери температуры смешиваемого раствора;
высокая надежность по сравнению с прототипом, за счет уменьшения количества контуров в установке и за счет резервирования котлов 5, снабженных вентилями 12-15, позволяющими ремонт котлов 5 по отдельности без остановки установки.
Установка за период эксплуатации с 2021 г. зарекомендовала себя с положительной стороны. Простоя из-за неисправности котлов 5, которые являются критическими узлами в установке, не допущено. Всего было два выхода из строя котлов 5, оба раза первого в контуре от диспергаторного устройства 3, при этом за счет горячего резервирования котлов 5, ремонт вышедшего из строя котла 5 производился во время работы установки, что незначительно сказалось на ее удельной производительности.
Конструктивные решения, примененные в изобретении, позволили получить высокопроизводительную установку для производства жидких удобрений.