УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОЙ ДИСПЕРСИИ БИОГУМУСА

Полезная модель относится к техническим устройствам для получения водной дисперсии биогумуса и может быть использована в сельскохозяйственной и химической отраслях промышленности.
Биогумус - это высокомолекулярное органическое соединение, которое включает циклическую структуру и алифатические цепи, полученные в результате переработки червями органических веществ. Биогумус используется в сельском хозяйстве в качестве высококачественного, экологически чистого удобрения.
Известен способ и устройство для получения биогумуса (патент России №2116266, C02F 11/02) содержащее последовательно соединенные термореактор, бункерный биофильтр, башенный фильтр, флотатор, емкости готовой продукции и червей.
Известен способ получения биостимулятора роста и развития растений из гумусодержащих веществ (патент России №2253641, C05F 3/00), предполагающий предварительное замачивание гумусодержащих веществ в воде и перемешивание с последующей щелочной экстракцией, отделение щелочного экстракта и его нейтрализацию. Недостатком данной технологии является применение щелочи и дополнительные расходы энергии и материалов на ее нейтрализацию.
Известен способ получения жидких биологических активных веществ из биогумуса (патент России №2231513, C05F 11/02), при котором биогумус растворяют водой в соотношении 1:10, экстрагируют в течении 1-2 часов при температуре 23-26°С турбулентными токами воды с последующей естественной биологической ферментацией раствора в течение 3-5 суток. Недостатком данной технологии является длительное время процесса экстрагирования.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности технологической установки для получения водной дисперсии биогумуса. Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой установке, содержащей последовательно соединенные емкость исходной суспензии, накопительную емкость, емкость готового продукта:
- после емкости исходного продукта и перед промежуточной емкостью установлена мельница предварительного помола частиц суспензии;
- после промежуточной емкости и перед емкостью готового продукта установлен экстрактор биологически активных веществ;
- после промежуточной емкости и перед экстрактором установлен насос для подачи суспензии под давлением;
- в емкости исходного продукта и в промежуточной емкости установлены мешалки;
- в качестве экстрактора биологических ценных веществ, применяется роторный импульсный аппарат;
- в качестве мельницы предварительного помола, применяется дезинтегратор, дисмембратор или истирающая мельница.
На фиг.1 показана технологическая схема установки для получения водной дисперсии биогумуса. Установка содержит емкость исходной суспензии 1, соединенная своим выходным патрубком с входным патрубком мельницы предварительного помола частиц суспензии 2, соединенной выходным патрубком с входным патрубком промежуточной емкости 3, выходной патрубок которой соединен с входным патрубком насоса 4. Выходной патрубок насоса 4 соединен с входными патрубками емкости исходной суспензии 1 и экстрактора биологически активных веществ (роторным импульсным аппаратом) 5. Выходной патрубок экстрактора биологически активных веществ (роторный импульсный аппарат) 5 соединен с входным патрубком емкости готового продукта 6.
В емкости исходной суспензии 1 установлена рамная мешалка 7. В промежуточной емкости 3 установлена лопастная мешалка 8. Для направления и регулирования потоков в гидравлической системе установлены вентили 9. В качестве мельницы предварительного помола 2 может применяться дезинтегратор, дисмембратор или истирающая мельница.
В качестве экстрактора биологически активных веществ 5 используется роторный импульсный аппарат.
Установка работает следующим образом. Исходная водная суспензия биогумуса с необходимой концентрацией твердых частиц по объему заливается в емкость исходной суспензии 1, где предварительно перемешивается рамной мешалкой 7 для поддержания однородности суспензии в объеме емкости. Из емкости исходной суспензии 1 грубодисперсная суспензия подается в мельницу предварительного помола 2, в которой происходит предварительное измельчение частиц суспензии. Измельчению подвергаются частицы, в основном, крупной фракции. Из мельницы предварительного помола 2 суспензия сливается самотеком в промежуточную емкость 3, где происходит ее перемешивание и предварительная гомогенизация по объему лопастной мешалкой 8. Если в суспензии присутствуют недоизмельченные частицы крупной фракции, то суспензия из промежуточной емкости 3 перекачивается насосом 4 в емкость исходной суспензии 1, и направляется на повторное измельчение в мельницу предварительного помола 2.
Из промежуточной емкости 3 предварительно измельченная суспензия перекачивается насосом 4 в экстрактор биологически активных веществ - роторный импульсный аппарат (РИА) 5, в котором суспензия подвергается многофакторному воздействию. Многофакторное воздействие состоит из трех основных видов воздействий - механического, акустического и теплового. При механическом воздействии твердые частицы измельчаются, что приводит к увеличению поверхности фазового контакта, открытию пор, механической активации твердых частиц. Разгонно-тормозной характер движения потока жидкости в РИА вызывает пульсации давления и скорости потока жидкости, интенсивную турбулентность и развитую кавитацию. Кумулятивные струйки, возникающие при схлопывании кавитационных пузырьков, оказывают ударное действие на твердые частицы. Акустическое воздействие включает в себя макропульсации давления в потоке жидкости и ударные сферические волны при пульсациях кавитационных пузырьков. Хаотические турбулентные флуктуации скорости различных слоев жидкости создают большие сдвиговые усилия на поверхности твердой частицы, что способствует уменьшению величины диффузионного слоя, усиливает его подвижность, обеспечивает приток свежей жидкости к поверхности частицы. Пульсационное воздействие на твердую частицу в жидкости при пульсациях близлежащих кавитационных пузырьков заключается в создании высокоскоростных потоков жидкости у поверхности частицы. Нагрев суспензии происходит в локальном объеме зазора между ротором и статором за счет сдвиговых течений. Все эти воздействия способствуют увеличению поверхности фазового контакта, относительных скоростей движения фаз и уменьшению величины диффузионного слоя. Дискретное, сконцентрированное и локализованное многофакторное воздействие существенно интенсифицирует процесс массопереноса биоактивных веществ из твердых частиц биогумуса в жидкость за счет большой удельной диссипации энергии в малом объеме за малый интервал времени.
Для повышения эффективности процесса экстрагирования биоактивных веществ из частиц суспензии возможна многократная обработка суспензии в РИА. В этом случае суспензия из РИА направляется в промежуточную емкость 3, а затем направляется на повторную обработку в РИА.
После необходимого количества циклов обработки в РИА готовая водная дисперсия биогумуса собирается в емкости готового продукта 6. Необходимое количество циклов обработки суспензии в РИА определяется эмпирически, по критерию достижения требуемой концентрации биоактивных веществ в воде.
Для проверки эффективности работы предлагаемой установки были проведены экспериментальные исследования по определению эффективности импульсной многофакторной энергетической обработки суспензии биогумуса.
Приготовление водной дисперсии биогумуса осуществлялось двумя способами: при обработке в емкостном аппарате с лопастной мешалкой и обработка суспензии биогумуса на установке, схема которой показана на фиг.1.
В первом варианте технология приготовления водной дисперсии биогумуса заключалась в следующем. В воду засыпали порошок биогумуса в соотношении 50:50 (%), затем в суспензию добавляли 0,8% щелочи NaOH от полного объема, перемешивание осуществляли с помощью лопастной мешалки в течение 2 часов. В результате перемешивания после полного расслоения образовывается грубый осадок, не пригодный к употреблению в количестве 1/5 от всего объема суспензии, остальное - готовый продукт (водная дисперсия биогумуса).
Технология получения водной дисперсии биогумуса по второму варианту заключалась в следующем. В емкость исходной суспензии 1 в том же соотношении, что в первом варианте загружали порошок биогумуса и воду в соотношении 50:50 (%), из емкости исходной суспензии 1 грубодисперсная суспензия подавалась в мельницу предварительного помола 2, в которой происходило предварительное измельчение частиц суспензии. Из мельницы предварительного помола 2 суспензия сливалась самотеком в промежуточную емкость 3, где происходило ее перемешивание и предварительная гомогенизация по объему лопастной мешалкой 8. Из промежуточной емкости 3 предварительно измельченная суспензия перекачивалась насосом 4 в экстрактор биологически активных веществ - роторный импульсный аппарат 5, в котором суспензия подвергалась многофакторному воздействию. Суспензию обрабатывали в РИА четырехкратно. В результате интенсивного диспергирования и гомогенизации на установке с РИА образовывалась однородная смесь с мелкодисперсными частицами без осадка.
Результаты полученных экспериментальных данных представлены в таблице 1. Исследование полученных образцов производилось ФГУ «Государственный Центр Агрохимической службы «Тамбовский», протокол испытаний №334 от 19 августа 2008 года (Приложение 1). Образец «0» -обработка суспензии биогумуса по первому варианту в емкости с лопастной мешалкой, Образец «4» - обработка суспензии биогумуса по второму варианту в установке на базе РИА. Графики расслоения суспензии водной дисперсии биогумуса в соотношении биогумус/вода 50:50 (%) представлены на фиг.2.
Таблица 1
Наименование анализируемого продукта
Обработка суспензии в емкостном аппарате, образец «0»
Обработка суспензии в установке на базе РИА, образец «4»
Азот общий, %
0,193
0,263
Фосфор общий, %
0,09
0,19
Калий общий, %
0,028
0,46
рН
10,8
10,8
Гуминовые кислоты, г/л
0,725
9,6
В результате проведенных экспериментов можно сделать вывод о том, что в результате импульсного многофакторного воздействия на частицы биогумуса в установке на базе РИА увеличивается содержание гуминовых кислот в воде (в 8 раз), а также образуется водная дисперсия биогумуса как готовый продукт, расслоение дисперсии практически не происходит.