НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

дмитрієв Євген Іванович

УДК 631.812

технологія ЛЕГКОСУСПЕНДОВАНИХ КРИСТАЛІЧНИХ КОМПЛЕКСНИХ ДОБРИВ

05.17.01. – технологія неорганічних речовин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Мальований Мирослав Степанович

завідувач кафедри “Екологія та охорона навколишнього середовища” Національного університету

“Львівська політехніка”

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Перекупко Тамара Вікторівна

професор кафедри хімії та технології неорганічних речовин Національного університету

“Львівська політехніка”

кандидат технічних наук, доцент

Костів Іван Юрьєвич

Старший науковий співробітник

Заступник директора з наукової роботи

Інституту галургії, м.Калуш

Провідна установа Національний технічний університет “Київський політехнічний інститут”, кафедра технології неорганічних речовин, м. Київ

Захист відбудеться 6 грудня 2004 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.09 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, пл.Св.Юра, 9, корпус 9, ауд.214).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, Львів, вул.Професорська, 1).

Автореферат розісланий 3 листопада 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

доктор технічних наук, доцент Вахула Я.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми. Без внесення в грунт необхідних для живлення рослин елементів неможливе отримання високих урожаїв, забезпечення застосування передових технологій землеробства. Існуюча у світі система компенсації винесення поживних речовин з грунту разом з урожаєм передбачає внесення мінеральних добрив на рівні 300 і більше кілограмів діючої речовини на 1 га за умови оптимального співвідношення в них азотних, фосфорних, калійних компонентів та мікроелементів. В Україні до 1990 року щорічно вносилось 4,2 – 4,8 млн. т. мінеральних добрив в перерахунку на поживні речовини, або 140 – 180 кг на 1 га ріллі із співвідношенням N : P2O5 : K2O = 1:0,8:0,7, яке було близьким до науково обгрунтованих норм. Починаючи з 1995 року, в Україні спостерігається різке зниження обсягів споживання мінеральних добрив. Зараз вноситься близько 21 кг діючої речовини на 1 га і це, а основному, азотні добрива. Внаслідок цього та деяких інших причин (недотримання послідовності сівозмін, ерозія, техногенні забруднення, тощо) відбувається виснаження і деградація грунтів усіх регіонів України. Виробники сільськогосподарської продукції одержують її тільки внаслідок природної родючості наших грунтів та збільшення площ їх розораності. Останній показник досягнув уже 57% і перевищує його значення в країнах Західної Європи майже в 2 рази, а у США – в 3 рази. Якщо ситуацію не змінити, то в найближчі роки в Україні може виникнути продовольча криза. Саме інтенсивне застосування комплексних добрив із збалансованим співвідношенням поживних елементів може вирішити цю проблему.

На даний час не існує єдиної думки щодо найраціональнішої форми комплексних добрив, оскільки обидва їх варіанти, що застосовуються, а саме, гранульовані та рідкі, мають як переваги, так і недоліки. Так, гранульовані добрива зручні для зберігання і транспортування, широко розповсюдженою є сільськогосподарська техніка для внесення їх в грунт, проте собівартість їх виробництва приблизно на 20%, а витрати на внесення в грунт у 2-3 рази вищі, ніж рідких комплексних добрив. Перевагами рідких комплексних добрив порівняно з гранульованими твердими є простота виробництва, зручність додавання мікроелементів, пестицидів, інгібіторів нітрифікації та стимуляторів росту рослин, що зменшує витрати на їх окреме внесення, а також більш рівномірний розподіл в грунті, відсутність злежуваності, сегрегації, тощо. Однак застосування рідких комплексних добрив стримується складностями в зберіганні, можливістю висолювання та кристалізації солей з їх концентрованих розчинів за умови тривалого часу зберігання, або необхідністю транспортувати великі обсяги розчинника – води за умови застосування менш концентрованих розчинів.

Кристалічним легкосуспендованим добривам властиві переваги комплексних гранульованих добрив на стадіях транспортування та зберігання. У технології їх одержання відсутні енергоємні стадії гранулювання, сушіння, класифікації, дроблення, циркулювання ретуру, як і у виробництві рідких комплексних добрив. Можливість швидкого утворення стійких суспензій на стадії внесення в грунт теж надає кристалічним легкосуспендованим добривам тих переваг, які притаманні рідкм комплексним добривам.

Тому створення ефективної та енергоощадної технології кристалічного легкосуспендованого добрива з оптимальним співвідношенням поживних макро- та мікроелементів і технології приготування робочих водних суспензій цього добрива в сільському господарстві є актуальним завданням, вирішення якого дасть Україні можливість здійснювати збалансоване землеробство та забезпечити свої продовольчі потреби. Актуальність роботи підтверджується тим, що окремим дорученням Кабінету Міністрів України від 25 вересня 2003 р. Міністерству промислової політики України доручено ”…відпрацювати питання щодо впровадження гармонійних технологій з виробництва, транспортування та внесення рідких мінеральних добрив з метою здешевлення їх вартості для забезпечення потреб сільськогосподарських товаровиробників…”.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає науковому напрямку кафедри “Екологія та охорона навколишнього середовища” Національного університету “Львівська політехніка”, виконувалась за планом теми “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” згідно з науково-технічною програмою Міністерства освіти України (номер державної реєстрації 0194 U 029586).

Мета і завдання дослідження: Мета роботи полягає у розробленні наукових засад та технології легкосуспендованого кристалічного комплексного добрива з оптимальним макро- та мікроелементним складом, а також технології приготування з цього добрива робочих суспензій у сільському господарстві.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Об’єкт дослідження: технологія легкосуспендованого кристалічного комплексного добрива.

Предмет дослідження: технологічні процеси одержання легкосуспендованого кристалічного комплексного добрива та приготування з цього добрива робочих суспензій у сільському господарстві.

Методи досліджень: У роботі виконані системні теоретично-експериментальні дослідження з використанням сконструйованих автором лабораторних та напівпромислових установок. В експериментальних дослідженнях застосовані хімічні та фізико-хімічні (фотоколориметричні, атомно-адсорбційні, рентгенофазові) методи аналізу. Теоретичні розрахунки та обробку експериментальних даних виконували з використанням комп’ютерної техніки.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше одержані такі результати:

Ё

Ё

Ё

Ё

Ё

Практичне значення одержаних результатів:

Результати виконаних теоретичних та експериментальних досліджень реалізовані за такими напрямками:

Ё

Ё

Ё

Ё

Ё

Особистий внесок здобувача полягає у безпосередній участі в розробленні мети та завдань роботи, виконанні експериментальних досліджень, обробці експериментальних даних, дослідженню технологічних режимів та розробленню технологічних схем процесів синтезу нового добрива та приготування водних суспензій з нього. Обговорення одержаних результатів, їх інтерпретація, розроблення математичної моделі та перевірка її на адекватність, формулювання висновків здійснювалась разом з науковим керівником д.т.н., професором Мальованим М.С.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на Дев’ятій наукова конференція “Львівські хімічні читання-2003”, Львів, 2003; XI Міжнародній науково-технічній конференції “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”, Бердянськ, 2003; Восьмій міжнародній конференції “Проблеми управління якістю підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти України в європейський простір та перспективні природоохоронні технології”, Львів, 2003; Міжнародній науково-практичній конференції “Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин”, Черкаси, 2004.

Публiкацiї. За матеріалами дисертації опубліковано 4 статті у фахових виданнях, 2 статті в науково-технічних виданнях, 4 тези доповідей на конференціях та 1 патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 159 стор. машинописного тексту, ілюстровано 35 рисунками, текст містить 21 таблиць, у бібліографії наведено 133 літературних джерел, дисертація містить 8 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність роботи, визначена основна мета та завдання, які потрібно вирішити для досягнення поставленої мети, перераховано основні положення й закономірності, отримані автором, що мають наукову та практичну цінність.

В першому розділі “Огляд джерел інформації” розглянуто роль макро- та мікроелементів у збалансованому живленні рослин. Показано, що обов’язковою умовою повинно бути те, щоб основні елементи живлення, які входять в склад добрив – Азот, Фосфор та Калій були у доступній для рослин формі, а їх вміст та співвідношення повинно відповідати фізіології живлення рослин. Окрім названих трьох основних елементів живлення рослин, для їх нормального розвитку в складі добрива повинні бути олігоелементи (Кальцій, Сірка, Магній) та мікроелементи (в першу чергу Залізо, Кобальт, Бор, Манган, Мідь, Молібден, Цинк).

Проведений аналіз забезпеченості виробництва комплексних добри в фосфатною та калійною сировиною. Показано, що Україна може бути забезпечена фосфатною сировиною з власної сировинної бази за умови використання перспективних технологій її збагачення та переробки, а також південноафриканськими фосфоритами. Україна має потужну сировинну базу для відновлення вітчизняної калійної промисловості, яка може забезпечити вихідними сульфатними формами калійних добрив виробництво комплексних добрив.

Зроблений огляд відомих способів одержання гранульованих комплексних добрив та рідких комплексних добрив. Показані недоліки та переваги цих форм комплексних мінеральних добрив.

На основі проведеного літературного огляду вибрано основні напрямки досліджень.

Другий розділ дисертації “Характеристика вихідних матеріалів, методика виконання досліджень та аналізів” присвячений аналізу сировинних матеріалів (амофосна пульпа, калію хлорид, амонію сульфат, бентоніти та природні цеоліти), які використовувались для синтезу легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив (ЛККД), а також методик проведення досліджень та аналізів.

Згідно розробленої методики досліджень впливу складу ЛККД на температурні умови їх кристалізації визначалась залежність зміни кожного із компонентів добрив на температурний інтервал кристалізації.

Розроблена методика досліджень адсорбції іонів мікроелементів (Цинку, Міді, Мангану) на природних сорбентах в умовах контакту фаз в апараті з мішалкою. Підібрані методики фотоколориметричного аналізу, які дозволяють визначати зміну вмісту цих мікроелементів в розчині.

Проведений підбір та адаптація для умов вимірювань методик аналізу вмісту макроелементів(Азоту, Калію, Фосфору) та екологічно контрольованих елементів (Плюмбуму, Кадмію, Арсену) в ЛККД. Рентгенофазовий аналіз ЛККД проводився на рентгенівському дифрактометрі ДРОН – 4 за умови використання CuK випромінювання.

Дослідження стабільності суспензій, приготовлених з ЛККД, проводилось за методом контролю динаміки збільшення величини освітленого шару приготовленої суспензії внаслідок осідання твердих частинок.

Дисперсний склад суспензій, приготовлених з легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив аналізувався на фотосидементографі “FRITSCH-ANALIZETTE-20”.

В третьому розділі “Дослідження технологічних аспектів синтезу легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив” обгрунтована технологія виробництва добрив їх склад, приведені результати досліджень сорбції мікроелементів на природних дисперсних сорбентах, які використовуються в рецептурі добрив, досліджений вплив складу добрив на температурний режим його кристалізації.

Сучасною тенденцією виробництва та застосування комплексних добрив є гармонізація їх складу за максимально можливою кількістю елементів живлення, включаючи макроелементи, олігоелементи та мікроелементи. Аналізуючи склад та номенклатуру комплексних добрив основних виробників (фірми “Haifa Chemicals Ltd”, “Rhone-Poulenc AG”, “Toagosei Co” та інші) можна прийти до висновку, що в даний час як виробники, так і споживачі орієнтуються на добрива, призначені для внесення під певну культуру і відповідно гармонізовані у своєму макроелементному та мікроелементному складі для забезпечення раціонального живлення саме цієї культури. Тому основною ідеєю отримання ЛККД є виробництво заданого складу добрива, гармонізованого за всіма необхідними елементами, у розчиненому стані на основі напівпродукту - амофосної пульпи, шляхом змішанням всіх необхідних компонентів у визначених відношеннях. В подальшому отримана суміш в рухливому стані подається в спеціалізований м’який контейнер із термостійкою вставкою, де і проходить кристалізація продукту. Необхідною умовою є збереження рухливості пульпи в певному температурному інтервалі на протязі необхідного, виходячи із технологічних потреб, часу (цим уникається передчасна кристалізація продукту в технологічних трубопроводах). Для збереження рухливості пульпи в відносно широкому інтервалі та для забезпечення стабільності суспендованого добрива в процесі його застосування в склад добрива доцільно вводити стабілізуючу добавку, в якості якої в аналогічних випадках звичайно застосовуються природні дисперсні сорбенти. Нами розроблена і запатентована технологія отримання ЛККД, де як стабілізуючу добавку рекомендовано застосовувати бентоніт. Контейнер, в якому проходить кристалізація добрива, а в подальшому його транспортування та зберігання, оснащений двома клапанами: для завантаження та розвантаження добрива. Застосування кінцевого продукту проводиться після розчинення продукту водою, яка добавляється в необхідній кількості для отримання різних співвідношень елементів живлення шляхом циркуляції суспензії. Таким чином вдається поєднати переваги твердого добрива на стадії транспортування з перевагами рідкого добрива на стадії його застосування.

Сумісно з Інститутом грунтознавства та агрохімії ім. П.Н Соколовського Української академії аграрних наук була прийнята стратегія, у відповідності з якою для виробництва прийнятий та затверджений нормативно у відповідних показниках технічних умов вміст макроелементів у добривах за 3 рецептурами (таблиця 1), встановлена оптимальний мікроелементний склад (рис.1).

Таблиця 1

Макроелементний склад ЛККД

Найменування показників та одиниці виміру | Норма для марки

А | Б | В

Сума елементів живлення, % не менше | 33 | 47 | 39

Масова доля загального азоту в амонійній формі в перерахунку на N, % не менше | 11 | 5 | 7

Масова доля засвоюваних фосфатів в перерахунку на Р2О5, % не менше | 11 | 21 | 32

Масова доля водорозчинних фосфатів в перерахунку на Р2О5, % не менше | 9 | 18 | 25

Масова доля загального калію в перерахунку на К2О, % не менше | 11 | 21 | -

Розглянуті два способи внесення мікроелементів в склад добрива: шляхом розчинення елементвмісних солей в суспензії добрива та шляхом адсорбції відповідних мікроелементів із розчинів на бентоніті та внесення пізніше насиченого мікроелементами бентоніту в склад добрива. Для першого способу розглянуті варіанти внесення мікроелементів із різними елементвмісними солями, розраховані балансові співвідношення. Для другого способу досліджена кінетика адсорбції деяких елементів на бентоніті (рис.2). Експериментальні дані підтверджують перспективність цього способу.

Важливими параметрами для забезпечення синтезу добрива в оптимальному режимі є забезпечення рухливості пульпи на протязі технологічного тракту швидкісний змішувач – контейнер. Цей параметр пульпи може забезпечуватись відповідним температурним режимом, вологовмістом пульпи та ступенем добавки в склад добрива бентонітової глини. Нами досліджений вплив на температурний режим кристалізації (температури початку та закінчення кристалізації, величина температурного інтервалу кристалізації) вмісту в складі добрива амонію сульфату та калію хлориду. Дослідженнями встановлено, що найбільш технологічно небезпечний температурний інтервал спостерігається за умови добавки амонію сульфату в границях 25 – 100 %, а калію хлориду 100-150% до маси амофосної пульпи.

Нами запропоновано вводити в склад пульпи бентоніт, який на стадії кристалізації пульпи забезпечує збільшення температурного інтервалу її рухливості, а на стадії суспендування добрива та його застосування значно підвищують стабільність суспензії. Результати досліджень впливу вмісту бентоніту на температурний режим кристалізації добрива приведені на рис.3.

Залежність температурного інтервалу кристалізації від ступеня добавки бентоніту в добриво не є монотонною, що свідчить про складні механізми впливу бентоніту на температуру як початку кристалізації добрива, так і її закінчення. Рис.3. свідчить, що найбільш оптимальні режими кристалізації досягаються за умови вмісту бентоніту в добриві в кількості 1,5%, який і використовувався в подальшому у вибраних рецептурах. В 3 розділі приведені дані всесторонніх досліджень фізико-хімічних властивостей легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив (рентгенофазових, радіологічних, досліджень макроелементного складу, вмісту екологічно контрольованих елементів) На основі аналізу даних досліджень встановлене значення необхідної температури пульпи на виході із швидкісного змішувача: 68-700С для марки А, 80 – 820С для марки Б та 53-550С для марки В.

Четвертий розділ “Дослідження аспектів приготування суспензій із легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив” присвячений дослідженням кінетики суспендування добрива різних марок, дослідженням стабільності отриманих суспензій та ступеня впливу на цю стабільність добавок бентоніту в склад добрива, дисперсного складу отриманих суспензій.

Особливості процесу суспендування добрива різних марок досліджувались в експериментальних умовах. Для цього були виготовлені взірці добрив правильної геометричної форми, всі грані яких окрім однієї ізолювались. Взірці суспендувались у великому об’ємі води (з ціллю збереження постійної рушійної сили процесу на протязі всього суспендування). В процесі суспендування витримувались ідентичні гідродинамічні та температурні умови. Дані експериментів для добрива марки А, приведені на рис.4.

Як видно з рис.4., для кінетики розчинення характерна прямолінійна за-лежність зміни маси розчиненого добрива від часу. Мабуть це викликано постійним значення поверхні розчинення та порівняно великим об’ємом води, в якій розчинявся взірець (що дозволяє приймати концентрацію розчиненого добрива постійною на протязі досліджуваного процесу розчинення).

Для досліджуваних режимів розчинення добрив різних марок із допомогою програми статистичної обробки “Microsoft Excel” будувались лінійні лінії тренду, які відображені на рис.4. Значення коефіцієнтів регресії для цих ліній тренду та значення коефіцієнтів кореляції відображено в таблиці 2.

Таблиця 2

Значення коефіцієнтів регресії та коефіцієнтів кореляції для кінетичних залежностей суспендування взірців добрива |

Температура розчинення, оС

20 | 45 | 70

Марка А | Коефіцієнт регресії | 0,0292 | 0,0484 | 0,0726

Коефіцієнт кореляції | 0,9951 | 0,9964 | 0,9980

Марка Б | Коефіцієнт регресії | 0,0143 | 0,0174 | 0,0327

Коефіцієнт кореляції | 0.9866 | 0,9904 | 0,9718

Марка В | Коефіцієнт регресії | 0,0229 | 0,0469 | 0,0843

Коефіцієнт кореляції | 0,9930 | 0,9808 | 0,9972

Аналіз коефіцієнтів кореляції лінеаризації дозволяє зробити висновок, що всі вони для різних степенів вільності, для яких у кожному конкретному випадку проведена лінеаризація, не менші критичного значення коефіцієнта кореляції з достовірністю 95%. Це дає основу використовувати отримані апроксимації для розрахунків кінетики розчинення ЛККД.

Для визначення кінетичних коефіцієнтів (знання яких необхідне для розрахунку кінетики процесу суспендування добрива) та встановлення їх залежності від температури розроблялась математична модель процесу. Математична модель суспендування добрива із плоскої поверхні розроблена шляхом сумування рівнянь, що описують кінетику розчинення кожного із розчинних компонентів, що входять в склад добрива

(1),

……………………………..

(2),

……………………………..

(3),

В умовах експерименту розчинення взірця проходило у великій кількості води, а маса розчинних компонентів, які переходять в розчин, порівняно із цим об’ємом незначна. Тому було прийнято що концентрації С1...Сi…Сn на протязі всього процесу розчинення незначні і рівні нулю.

Після перетворень, введення нових позначень, спрощень та інтегрування отриманого виразу отримуємо кінцеве рівняння

(4),

де , комплексний кінетичний коефіцієнт процесу,

;

.

Значення коефіцієнтів К1 чисельно рівні значенням коефіцієнтів регресії, приведених в таблиці 2. Із використанням цих даних побудована залежність , вигляд якої відображений на рис. 5. Як видно із рис.5., для легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив марок А та В залежність модифікованих комплексних коефіцієнтів кінетики від температури апроксимується однією лінійною залежністю, що вказує на ідентичну інтенсивність розчинення цих марок добрива. Визначення температурних коефіцієнтів kt+10 = 1,408 і 1,2 показало, що процес розчинення протікає в дифузійній області. Добриво марки Б розчиняється з меншою інтенсивністю.

У технології застосування легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив у сільському господарстві, важливе значення має забезпечення стабільності суспензій на протязі максимально можливого часу. Завдяки забезпеченню стабільності суспензії суспендованого добрива забезпечуються умови для успішного внесення його в грунт спеціалізованими сільськогосподарськими агрегатами (гомогенний склад добрив на протязі всього періоду внесення та попередження забивання форсунок розбризгувачів агрегатизованими частинками).

Результати досліджень стабільності суспензій, приготовлених на основі різних марок добрива, без добавлення в складі добрива бентоніту, показали, що найкраща стабільність спостерігається для суспензії, приготовленої на основі добрива марки В. Для добрива цієї марки нема потреби вводити в склад бентоніти в кількості, більшій ніж це потрібно для забезпечення збільшення температурного інтервалу кристалізації (1,5%, розділ 3). Для марок добрива А та Б проводились дослідження для встановлення ступеня добавки бентоніту, який би забезпечив максимальну стабільність суспензії. Результати досліджень для марки Б приведені на рис.6.

Дослідженнями встановлено, що максимальний період збереження стабільності суспензії спостерігається у випадку добавки в склад добрива марки А 1,5% бентоніту (період стабільності суспензії забезпечується на протязі 50-60 хв.) і добавки в склад добрива марки Б бентоніту у кількості 1% та 1,5% (період стабільності суспензії забезпечується на протязі 30 – 40 хв.). Враховуючи те, що і для умов максимального розширення температурних границь кристалізації добрива (розділ 3.) оптимальним є добавка бентоніту в склад добрива в кількості 1,5%, ця величину добавки бентоніту і прийнята в склад добрив всіх марок.

Дослідженнями дисперсного складу суспензії встановлено, що для всіх марок добрив максимальний розмір частинок суспензії не перевищує 500 мкм. Встановлено, що для внесення суспензії ЛККД можуть бути рекомендовані розпилюючі агрегати виробництва Львівського заводу “Сільмаш” типу ОСУ – 11 – 031 з форсунками 02, 03 чи 04 виконання.

В розділі 5 “Дослідно промислові випробування технології” приведено розроблену технологічну схему дослідно-промислової установки для синтезу ЛККД та схему установки для суспендування добрива у споживача, приведені дані щодо доз внесення суспензій на основі ЛККД під різні сільськогосподарські культури, освітлені результати випробування добрив в сільському господарстві, проведена економічна оцінка ефективності виробництва ЛККД.

Технологічна схема установки для виробництва добрив представлена на рис.7.

Рис.7. Технологічна схема установки для отримання ЛККД: 1 – амонізатор – випарник, 2 – випарний барботажний апарат, 3 – проміжна ємність, 4 – швидкісний змішувач, 5 – м’який контейнер, Р-1 – потік рідкого аміаку, Р-2 – потік фосфорної кислоти, Р-3 – потік газів – продуктів згоряння палива, Р-4 – потік сульфату амонію, Р-5 – потік хлористого калію, Р-6 – потік носіїв мікроелементів, Р-7- потік бентонітової глини.

Нейтралізація фосфорної кислоти в швидкісному амонізаторі – випарнику 1 велась рідким аміаком (потік Р-1), який в цьому апараті спочатку випарювався, а потім газоподібний аміак взаємодіяв з фосфорною кислотою ( потік Р-2). В результаті процесу нейтралізації отримувалась рухома, легко транспортабельна амофосна пульпа. Інтенсивне перемішування пульпи в апараті проходить в результаті циркуляції за рахунок різниці температур в верхній та нижній частині апарату, тому апарат не має пристроїв для перемішування середовища.

Процес нейтралізації фосфорної кислоти аміаком в апараті контролювався за величиною рН амофосної пульпи, яке підтримувалось в границях 3,9 – 4,5. Пульпа, отримана за таких умов, має властивості рухомої суспензії з невисоким вмістом твердої фази.

Амофосна пульпа, отримана в швидкісному амонізаторі – випарнику (1), із вмістом вологи 50-60% та густиною1280 – 1380 кг/м3 подавалась на випарювання в випарний барботажний аппарат 2. Випарювання амофосної пульпи проводилась від початкового вологовмісту 50-60% до вологовмісту 30 – 40%. Основним елементом випарного барботажного апарату була ємність трапецеїдальної форми, в якій підтримувався постійний рівень пульпи. Гази, які отримувались в процесі згоряння палива в топці (потік Р-3), подавались в випарний апарат через дві барботажні труби, заглиблені під шар пульпи. Виходячи із труб гази контактували з амофосною пульпою, випарювали її та концентрували до вмісту вологи 30 – 40%., після чого пульпа амофосу самопливом переливалась в проміжну ємність (3), де проходило її накопичення та часткове розшарування. Маточний розчин відводився в швидкісний амонізатор – випарник 1. Із проміжної ємності 3 амофосна пульпа з температурою 90 – 95оС, густиною 1350 – 1420 кг/м3, рН 4,8 – 5,3, подавалась в швидкісний змішувач 4. В швидкісний змішувач подавались також сухий амонію сульфат (потік Р-4), калій хлористий (потік Р-5), носії мікроелементів (потік Р-6) та бентонітова глина (потік Р-7). В змішувачі 4 проходило перемішування та гомогенізація всіх складників до отримання однорідної пульпи.

Із швидкісного змішувача 4 пульпа поступала в м’який контейнер з термостійкою вставкою 5, яка витримує температуру до 95оС. В контейнері проходило її охолодження та кінцева кристалізація.

Закристалізована в м’яких контейнерах добриво направлялось на випробування в спеціалізовані сільськогосподарські підприємства.

Успішна апробація технології підтвердила коректність проведених випробувань, на основі яких встановлені оптимальні параметри процесу, що дало можливість передати результати дисертаційних досліджень в спеціалізовану проектну організацію – ват “ГІРХІМПРОМ” для розробки вихідних даних на проектування та розробки проекту промислової установки для виробництва ЛККД у промисловому масштабі

Для застосування ЛККД доцільно використати розроблена нами установку, схема якої представлена на рис.8. Згідно із технологічною схемою, вода для синтезу рідкого комплексного добрива в заданому об’ємі подається в буферну ємність 1. Після цього включається циркуляційний насос 3 і шляхом циркуляції розчинника в контурі буферна ємність 1 – контейнер із ЛККД 2 досягається приготування робочого розчину необхідного об’єму. Після досягнення необхідної повноти розчинення робочий розчин подається в бак агрегату, призначеного для внесення робочого розчину добрива в грунт.

Рис.8. Схема установки для розчинення ЛККД: 1 – буферна ємність, 2 – контейнер із ЛККД, 3 – циркуляційний насос)

Аналіз стандартного обладнання, яке випускається серійно на ВАТ “Львівсільмаш”, показав, що після незначної реконструкції воно може з успіхом використовуватись для суспендування добрива в сільськогосподарського виробника та внесення отриманої суспензії в грунт.

Приведені балансові розрахунки витрат добрива різних марок для внесення під різні типи сільськогосподарських культур. Оптимальна концентрація твердої фази в суспензіях на основі даних лабораторних спостережень вибрана: 65 % твердої фази і 35 % води.

В Інституті грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського у мікропольових дослідах на чорноземі опідзоленому важкосуглинковому в дослідному господарстві “Комунар” Харківського району Харківської області встановлювали ефективність нового ЛККД марки А за умови внесення його 65 кг в перерахунку на діючу речовину. В результаті досліджень отримана чітка позитивна дія ЛККД на урожайність та цукристість коренеплодів цукрового буряка.

Економічними розрахунками показана перспективність виробництва ЛККД. Внаслідок організації виробництва ЛККД вдасться досягти значного економічного ефекту.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Ё

Ё

Ё

Список праць

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

Мi – маса i-го компоненту у взірці добрива на момент часу (с), кг; k – коефіцієнт масопередачі, м/с; F – поверхня контакту фаз, м2; Csi – концентрація насичення i-го компоненту в розчині, кг/м3; Ci – концентрація i-го компоненту в розчині на момент часу (с), кг/м3; Мр – маса розчинної частини добрива на момент часу (с), кг., де Мрn – початкова маса розчинної частини добрива, кг., - коефіцієнт, який відображає вміст розчинної частини добрива в зазальній масі добрива, К - комплексний кінетичний коефіцієнт процесу.

АНОТАЦІЯ

Дмитрієв Є.І. Технологія легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01. – технологія неорганічних речовин. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Дисертацію присвячено дослідженню технології виробництва та використання легкосуспендованих кристалічних комплексних добрив. Для стадій синтезу добрив та суспендування їх у споживача розроблені технологічні схеми та встановлені оптимальні параметри реалізації процесу. Досліджено вплив хімічного складу комплексного добрива та ступеню добавок бентоніту в його рецептуру на температуру початку кристалізації та загальну тривалість кристалізаційного періоду. Еспериментально встановлені особливості процесу суспендування для різних марок добрива. Розроблена математична модель суспендування та перевірена адекватність її реальному процесу. Визначено ступінь добавки бентоніту (1,5%) для забезпечення максимальної стабільності суспензії, приготовленої на основі добрива. Дослідженні аспекти застосування добрива у споживача. Основні результати дисертаційної роботи знайшли впровадження у проектуванні промислової установки синтезу легкосуспендованого кристалічного комплексного добрива.

Ключові слова: легкосуспендовані кристалічні комплексні добрива, елементи живлення, мікроелементи, сорбенти, стабільність суспензії.

АННОТАЦИЯ

Дмитриев Е.И. Технология легкосуспендированных кристаллических комплексных удобрений.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.01. – технология неорганических веществ.-Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2004.

Диссертация посвящена исследованию технологии производства и использования легкосуспендированных кристаллических комплексных удобрений. Разработаны методики исследования влияния состава удобрений на температурные режимы их кристаллизации, исследований адсорбции ионов микроэлементов на природных сорбентах, физико-химических исследований удобрений, исследования кинетики суспендирования удобрений, и дисперсного состава частиц. Определен макроэлементный и микроэлементный состав удобрений, выбраны базовые рецептуры для трех марок удобрения (А, Б и В), исследованы пути внесения микроэлементом в удобрения. Для реализации варианта внесения микроэлементов путем адсорбции их на бентоните, который входит в состав удобрений, исследована кинетика адсобции Меди, Цинка и Мангана на бентоните. Исследовано влияние химического состава комплексного удобрения и степени добавок бентонита в его рецептуру на температуру начала кристаллизации и общую длительность кристаллизационного периода. Показано, что добавка бентонита в количестве 1,5% позволяет получить увеличение температурного интервала кристаллизации удобрения. Исследованы физико-химические свойства удобрения (рентгенофазовие, радиологические исследования, исследования макроэлементного состава, содержания экологически контролируемых элементов). Экспериментально установлены особенности процесса суспендирования для различных марок удобрения. Показано, что при условии использования для суспендирования достаточно больших обьемов воды по сравнению с массой удобрения, кинетика суспендирования описывается линейным законом. Разработана математическая модель суспендирования и проверена ее адекватность реальному процессу. При этом путем идентификации теоретической зависимости экспериментальным данным определены кинетические коэффициенты суспендирования, которые могут быть использованы для расчета реальных процессов. Для исследованных марок удобрения построена зависимость кинетических коэффициентов от температуры. Проведены исследования зависимости стабильности суспензии от степени добавки бентонита. Определена степень добавки бентонита (1,5%) для обеспечения максимальной стабильности суспензии, приготовленной на основе удобрения различных марок. Исследован дисперсный состав суспензий, приготовленных на основании удобрений, определен тип оборудования, которое может использоваться для внесения суспензий. Для стадий синтеза удобрени й и суспендирования их у потребителя разработаны технологические схемы и установлены оптимальные параметры реализации процесса. Приведены балансовые расчеты обьемов удобрения различных марок для внесений подразличные типы сельскохозяйственных культур. Проведены сельскохозяйственные испытания удобрения в Институте почвоведения и агрохимии им. О.Н.Соколовского, в результате которых получена четкое положительное действие удобрений на урожай и содержание сахара в коренеплодах сахарной свеклы. Экономическими расчетами показана перспективность производства удобрений. Показано, что в результате внедрения такого производства удасться достичь значительного экономического эффекта. Основные результаты диссертационной работы нашли внедрение в проектировании промышленной установки синтеза легкосуспендированного кристаллического комплексного удобрения.

Ключевые слова: легкосуспендированные кристаллические комплексные удобрения, элементы питания, микроэлементы, сорбенты, стабильность суспензии.

SUMMARY

Dmytriev E.I. The technology of easy suspended crystalline complex fertilizers.

Dissertation for the Degree of Candidate of Sciences (Engineering) 05.17.01 - The technology of inorganic substances, National University “Lvivska Polytechnica”, Lviv, 2004.

The thesis is devoted to examination of easy suspended crystalline complex fertilizers production and use technology. The technological schemes were developed and the optimal parameters for process realization were established for fertilizers synthesis stages and their consumer slurring. The impact of complex fertilizer chemical composition and bentonite addition level in its compounding on the start crystallization temperature and on the total crystallization period extension has been investigated. The peculiarities of slurring process for different fertilizer sorts were experimentally established. The slurring mathematical model have been developed and its adequacy to real process was tested. The level of bentonite addition (1,5%) for providing maximum suspension stability, which was prepared on fertilizer base, was determined. The aspects of fertilizer applying by consumer were examined. The main thesis results are introduced in designing of easy suspended crystalline complex fertilizers synthesis industrial plant

Key words: easy suspended complex fertilizers, nutrition elements, microelements, sorbents, suspension stability