Установка для производства органического удобрения
PLANT FOR PRODUCTION OF ORGANIC FERTILIZER

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям электрогидродинамического ударного разрушения, обеззараживания и смешивания частиц торфа с водой для приготовления удобрения из водорастворимых гуминовых веществ, используемых в качестве стимуляторов роста и развития растений.
Гуминовые вещества - высокомолекулярные природные органические образования, характеризующиеся нестабильностью химического состава и являющиеся составной частью органического вещества почвы и торфов. Использование гуминового препарата для предпосевной обработки семян или вегетирующих растений оказывает положительное влияние на урожайность всех сельскохозяйственных и декоративных культур, ускоряет сроки их вегетации и повышает устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды: засухе, заморозкам, поражению болезнями и вредителями, улучшает качество получаемой продукции, инактивирует действие тяжелых металлов и радионуклидов.
Использование торфа в качестве сырья для получения удобрений известно давно, см. «Гуминовые удобрения, теория и практика их применения». Гос. изд-во сельскохозяйственной литературы, Киев, 1962, часть 2. Согласно этим способам торф обрабатывают щелочными растворами, иногда смешивают с минеральными солями. Общим недостатком этих способов является низкий выход гуминовых соединений (не выше 30% от общего их количества в исходном сырье), большая длительность технологического процесса (иногда несколько суток), что приводит к низкой эффективности конечного продукта, высокой энергоемкости процесса и малой производительности.
Для интенсификации процесса получения удобрения, кроме химической обработки торфа, применяют физические методы. Использование кавитации в технологиях получения гуминовых препаратов дает возможность достижения их высокой физиологической активности, большого выхода водорастворимых органических веществ, протекания реакций гидротермального синтеза.
Целевым продуктом предлагаемой установки является гуминовый препарат, содержащий смесь гуминовых кислот, солей гуминовых кислот и минеральные компоненты.
Известна линия получения гуминового удобрения (см.патент РФ №2689526, опубл.2019), содержащая узел подготовки воды, который содержит насос высокого давления в 15 атм, кавитационную головку с электромагнитным клапаном, узел смешивания, содержащий кавитационную установку с насосом высокого давления в 15 атм, и резервуар для смешивания продуктов, узел отстоя продукта, представленный 6 кубовыми реакторами, узел центрифугирования, представленный центрифугой со скоростью вращения 4000 об/мин, узел добавления микроэлементов и фасовки полученного жидкого гуминового удобрения.
Недостатком известной технологической линии является низкая производительность и высокие энергозатраты.
Известна технологическая линия для осуществления способа получения гуминового препарата (см. RU 2573358, опубл.2016), включающая приемный бункер с решеткой, виброгрохот, ленточный конвейер, дозатор торфа, дозатор сухого щелочного реагента, емкость для воды, насос высокого давления, кавитатор-активатор воды, озонатор, реактор-смеситель, оснащенный механической мешалкой и контрольно-измерительным оборудованием, насос высокого давления, вихревой гидродинамический кавитационный диспергатор, емкость гидратации, грязевой насос, емкость для осадка, насос для подачи гуминовых веществ, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки, накопительные емкости, насос для подачи гуминового препарата на фасовку, фасовочно-упаковочное оборудование.
Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостаток прототипа заключается в том, что в нем предусмотрена механическая гидродинамическая обработка жидкости и не предусмотрено электрогидродинамической обработки водно-торфяной смеси, единовременно совмещающей в себе эффекты ударной волны, кавитации, гомогенизации, стерилизации, светового и ультрафиолетового излучения, из-за чего не происходит разложение торфа на глубоком структурном уровне.
Задачей изобретения является получение гомогенной водо-торфяной суспензии для последующего ее использования в качестве удобрения.
Техническим результатом является повышение эффективности обработки торфа, создание надежного и удобного в эксплуатации оборудования с повышенной производительностью, обеспечивающего качественное и экономичное приготовление жидких удобрений без применения щелочного реагента.
Технический результат достигается тем, что установка для производства органического удобрения содержит загрузочный бункер, дозатор торфа, резервуар-активатор жидкости, грязевой насос, емкость для шлама, накопительную емкость, при этом установкасодержит блок управления с контрольно-измерительным оборудованием, воздушный компрессор, соединенный с генератором импульсного тока, при этом генератор импульсного тока соединен с главным разрядником, установленным в резервуаре-активаторе обрабатываемой жидкости, в котором расположена отражающая пластина, при этом резервуар-активатор обрабатываемой жидкости в нижней своей части соединен через патрубок с грязевым насосом, который в свою очередь соединен с электроуправляемым клапаном, направляющим поток воды с выхода грязевого насоса или обратно в резервуар-активатор воды через закрепленный тангенциально патрубок, или направляющим поток воды в гидроциклон, направляющий шлам в емкость для шлама, а полученное водно-торфяное удобрение в накопительную емкость или потребительскую тару.
Установка может содержать ленточный конвейер с весовым дозатором торфа. Установка может содержать датчик положения крышки загрузочного бункера. Установка может содержать датчик положения крышки генератора импульсного тока.
В отличие от аналогов, в которых осуществляется комбинация механической гидродинамической обработки воды с последующим выщелачиванием смеси, в предлагаемом решении производится одностадийная обработка исходных компонентов: торфа и воды в электрогидродинамическом активаторе.
Повышение эффективности обработки торфа происходит за счет применения электрогидродинамической обработки водно-торфяной смеси. В ударной волне погибают бактерии, разрушаются комки и гранулы, расщепляются полимерные формы жиров. Торф на молекулярном уровне разлагается. В зависимости от кавитационной прочности частиц происходит их измельчение и разделение сростков на отдельные зерна, связанные между собой силами слипания, спекания, спайности. При этом частицы не разламываются на более или менее крупные, а под воздействием ударных волн происходит их обкалывание с поверхности, то есть частицы как бы обкатываются. Происходит разложение торфа на глубоком структурном уровне.
Пример выполнения предложенного решения представлен на фиг.1 - блок-схеме установки для производства органического удобрения.
Установка для производства органического удобрения содержит:
резервуар-активатор воды 1, предназначенный для смешивания и электрогидродинамической обработки водно-торфяной смеси, загрузочный бункер 2 с крышкой 3 и датчиком закрытого положения крышки 4, дозатор торфа 5, обеспечивающий заданные весовые порции торфа и при автоматическом способе загрузки компонентов расположенный на ленточном конвейере 6, блок управления 7, определяющий длительность цикла обработки и соединенный с блоком защиты 8, расцепляющий заземление высоковольтных шин генератора импульсного тока 9 в рабочем режиме, и заземляющий высоковольтную шину в любых состояниях кроме рабочего режима обработки смеси. Блок защиты 8 имеет энергонезависимую индикацию заземленного состояния. Генератор импульсного тока 9 формирует импульс тока 100000 А, длительностью апериодического разряда 1 мкС., при пиковом значении напряжения 25 кВ. Генератор импульсного тока 9 соединен с регулятором зазора главного разрядника 10, который в свою очередь соединен с главным разрядником 11, выполненным, например, в виде полого диэлектрического корпуса с токопроводящим центром и сквозными полостями для пропуска газов. Внутри резервуара-активатора воды 1 расположена отражающая пластина 12, принимающая на себя удар разрядного фронта и направляющая волну вглубь жидкостного массива. Пластина 12 имеет отверстия для пропуска жидкости. Пластина 12 является расходным элементом, поэтому конструкция предполагает ее легкую замену. Внутри резервуара-активатора жидкости 1 расположен датчик уровня воды 13. Через патрубок 14 резервуара-активатора жидкости 1 вода поступает в грязевой насос 15, который соединен с трехходовым электроуправляемым клапаном 16, переключателем потока на два состояния: режим «работа», режим «слив». В режиме «работа» вода поступает через закрепленный тангенциально патрубок 17 в резервуар-активатор жидкости 1. В режиме «слив» вода поступает в гидроциклон 18, который отфильтровывает жидкую составляющую от торфяного шлама. Водно-торфяное удобрение поступает в накопительную емкость (или потребительскую тару) 19, а шлам поступает в емкость для шлама 20.
Установка для производства органического удобрения содержит воздушный компрессор 21, который обеспечивает работу блока защиты 8, аэрацию раствора и удаление озона из генератора импульсного тока 9; регулятор потока воздуха 22, который обеспечивает распределение воздуха потребителям в нужных пропорциях, обеспечивает приоритет работы блока защиты 8; осушитель воздуха 23; ресивер 24 - для наличия достаточного объема сжатого воздуха, чтобы при внезапном прекращении электропитания установки, привод блока защиты мог гарантированно обесточить высоковольтную цепь; обратный клапан 25, защищающий от попадания воды и пульпы в воздушный канал.
Установка для производства органического удобрения работает следующим образом.
В резервуар-активатор жидкости 1 через загрузочный бункер 2 заливается вода, затем включается грязевой насос 15, который забирает воду из нижней части резервуара-активатора жидкости 1 через патрубок 14, а электроуправляемый клапан 16 направляет поток воды с выхода насоса 15 обратно в резервуар-активатор жидкости 1, режим «работа».
Патрубок 17, возвращающий воду в резервуар-активатор жидкости 1 вваривается в корпус тангенциально, аналогично тому, как в циклоны подается обрабатываемая среда. Поток воды закручивается благодаря тангенциальному вводу патрубка 17 и в резервуаре-активаторе воды 1 устанавливается стабильное вихреобразное движение жидкости. Таким образом обеспечивается перемешивание обрабатываемой жидкости без применения механических крыльчаток.
Заполнение резервуара-активатора жидкости 1 водой может осуществляться ручным и автоматическим способом. Во втором случае, вода подается из трубопровода, оснащенного электроклапаном. Включение насоса и отключение электроклапана, отключающего подачу воды по достижении требуемого уровня, когда срабатывает датчик уровня 13, осуществляется блоком управления 7.
После того, как вода налита и приведена в движение с помощью насоса 15, засыпается торф и закрывается крышка 3 загрузочного бункера 2, если активирован ручной способ загрузки, либо порция торфа засыпается автоматически с помощью ленточного конвейера 6 с весовым дозатором 5. В случае активации автоматического способа загрузки, крышка 3 загрузочного бункера 2 удаляется, устанавливается ленточный конвейер 6 с весовым дозатором 5.
Водно-торфяная пульпа продолжает вихреобразное движение, грязевой насос 15 не забивается крупными частичками торфа, перемешивание и грубая первичная гомогенизация пульпы обеспечена конструкцией насоса 15. При ручном способе загрузки, датчик положения крышки 4, при закрытом положении крышки 3, выдает разрешающий сигнал в блок управления 7 и начинается цикл приготовления удобрения.
При автоматическом способе загрузки, разрешающий сигнал формируется в блоке управления 7 через 3 секунды после опорожнения весового дозатора 5 торфа, при наличии выполненных прочих условий: уровень воды - в норме, переключатель потоков 16 - в положении «работа», насос 15 включен, компрессор 21 включен, давление воздушной магистрали в норме, питающее напряжение в норме, основная и контрольная линии заземления подключены, крышка генератора импульсного тока 9 закрыта, крышка 3 загрузочного бункера 2 закрыта (либо при автоматическом способе загрузки отработана программа наполнения и опорожнения весового дозатора торфа 5).
В процессе обработки осуществляется контроль выходного тока, и по мере того, как ток уменьшается вследствие выгорания электрода основного разрядника, генератор импульсного тока 9 выдает сигнализацию о необходимости отрегулировать зазор главного разрядника 10. Для регулировки зазора главного разрядника 10, производится отключение общего питания установки, открывается крышка регулятора зазора 10 и вращением специального барашкового регулятора восстанавливается зазор главного разрядника.
Конструкция главного разрядника предусматривает два его положения: нижнее - «регулировочное» и верхнее - «рабочее».
Для регулировки зазора главный разрядник опускается в «регулировочное» положение, и затем вращением специального барашкового регулятора электрод главного разрядника опускают пока он не коснется отражающей пластины. Затем главный разрядник поднимается в «рабочее» положение, закрывается крышка регулятора зазора и установка готова к продолжению работы. Конструкция главного разрядника, предусматривающая рабочее и регулировочное положения, позволяет легко и быстро восстанавливать важный технологический параметр - зазор главного разрядника, отсутствует необходимость не технологичного измерения зазора щупом, гарантируется стабильность результатов регулировки.
Крышка генератора импульсного тока 9 оснащена датчиком открытия по аналогии с крышкой 3 загрузочного бункера 2, и по ее открытии, блок защиты 8 заземлит шину генератора импульсного тока 9, независимо от режима работы и состояния прочих компонентов. План регламентных работ предусматривает замену центрального электрода по мере его выгорания до критического размера, не позволяющего восстановить зазор с помощью оперативной настройки барашковым регулятором, а также периодическую замену отражающей пластины 12. Это обусловленные технологией расходные элементы.
Используемый в установке сжатый воздух накачивается встроенным безмасляным компрессором. На вход компрессора воздух подается через фильтр, проходя через корпус генератора импульсного тока 9, выносит из его полости озон, неизбежно появляющийся в больших количествах на высоковольтных элементах генератора, и далее сжатый воздух с озоном поступает через обратный клапан 25 в тангенциальный патрубок возврата перемешиваемой жидкости в резервуар активатора. Дополнительно сжатый воздух с озоном поступает в герметичный корпус регулятора зазора 10, а затем в полости в корпусе главного разрядника 11. В конце концов, воздух с озоном поступает прямо в зону электрогидродинамического удара. Здесь молекулы озона распадаются на молекулы кислорода и сверхактивный атомарный кислород, высокие окислительные свойства которого способствуют ускорению достижения нужного уровня стерильности обрабатываемой смеси, а мелкие газовые пузырьки увеличивают кавитационное воздействие электрогидравлических ударов.
Электрические схемы всех датчиков построены по схеме нормально замкнутого состояния, то есть любой обрыв цепи приведет к отключению генератора импульсного тока 9 и заземлению его высоковольтной шины, таким образом организовывается приоритет отключенного состояния при любой нештатной ситуации, исключающий случайное касание персоналом цепей высокого напряжения.
Цикл обработки. При подаче блоком управления 7 разрешающего сигнала, срабатывает пневматический привод, отводящий заземляющие ножи от высоковольтной шины, подводящей ток к разряднику 11 резервуара-активатора воды 1. По мере того, как ножи отходят на расстояние, достаточное для гарантированного отсутствия пробоя на ножи высокого напряжения шины, срабатывает концевой выключатель, сообщающий блоку управления 7, что шина освобождена и импульсы могут подаваться к главному разряднику 11. Блок управления 7 получив этот сигнал, подает разрешающую команду генератору импульсного тока 9, и тот начинает выдавать высоковольтные импульсы на главный разрядник 11. Происходят электрогидродинамические удары. Частота ударов - 1 Гц, время обработки - 10 минут. Итого, за цикл обработки, каждый килограмм торфа, будучи равномерно перемешанным и распределенным в воде, получает 30 кДж энергетического воздействия, выражающегося локально в высоких давлениях давления, кавитации, ультразвуке, электромагнитных полях, световом излучении, жестком ультрафиолете и высоких температурах в зоне разряда. В результате воздействия, водно-торфяная смесь становится готовым удобрением, и содержит не только высвобождающиеся из торфа гуминовые удобрения, но также обогащено азотом и другими элементами в водорастворимой форме, в достаточном для растений количестве, и обладающее высокой ферментной активностью. Время приготовления-10 минут на каждую порцию 30 литров концентрированного удобрения.
По окончании цикла обработки, блок управления 7 отключает генератор импульсного тока 9, подает команду блоку защиты 8 заземлить высоковольтную шину, подает команду переключателю потоков 16 на слив обработанной жидкости. Слив производится через гидроциклон 18, в котором отделяется жидкая фаза, поступающая непосредственно в потребительскую тару 19, и шлам, который накапливается в накопителе шлама 20. Накопленный шлам может быть использован при дальнейшей грануляции в качестве мульчирующего средства, как обычный не обработанный торф.
В случае интеграции установки в систему автоматического полива открытого грунта, в систему гидропоники или аэропоники, вместо потребительской тары 19 устанавливается накопительная емкость, с датчиком уменьшенного уровня, срабатывание которого запускает цикл загрузки и приготовления новой порции нашего водно-торфяного удобрения, и в этом случае реализуется исключительно автоматическая загрузка компонентов. А уже из этой накопительной емкости дозирующий насос подает необходимую порцию подкормки, обеспечивая требующуюся концентрацию.