ЗАКОНОМІРНОСТІ УТВОРЕННЯ ОРГАНО-МІНЕРАЛЬНО- ГУМІНОВИХ ДОБРИВ

Анотація

Стан ґрунтів України потребує використання добрив нового покоління. В Україні відсутня достатня база для виробництва фосфатних та калійних добрив,тому в якості мінеральної сировини використовується сульфат амонію, органічної – кісткове борошно (містить макро-і мікроелементи, СаО природнього походження до 40% іР2О5 до 30%) та власне гумати із концентрацією 0,5-1%. Загальний вміст твердої фази у робочому розчині – 60%, що суттєво зменшує енерговитрати у порівнянні із [1], де вміст твердої фази 40 %. Основними вимогами до добрив є рівномірність розподілення компонентів по всьому об’єму гранули. Це досягається шляхом зневоднення рідких систем у псевдозрідженому щарі. Можливі два механізми утворення органо-мінерально-гумінових добрив, рисунок 1. Для виконання цих вимог доцільною є грануляція із пошаровим механізмом гранулоутворення, яка забезпечує рівномірність розподілення компонентів та задануміцність гранули. Це досягається відповідною організацією процесу у псевдозрідженому шарі із застосуванням теплоносія, температура якого в декілька разів перевищує температуру плавлення матеріалу. При отриманні органо-мінерально-гумінових композитів заданого складу[P]:[Ca]:[N]:[K]:[Г.]=10:19:11:2:1при наступних параметрах технологічного процесу: температура шару шT  96 °С, гідравлічний опір шару ш   P 1962 Па встановлено динаміку зміни еквівалентного діаметра зернистого матеріалу, рисунок 2, яка свідчить про стійку кінетику процесу та безперервність росту гранул. Проте спостерігається великі значення середньої лінійної швидкості росту гранул  1,659 мм/год. Динаміка зміни масових відсотків окремих фракцій, рисунок 3, характеризується послідовним переходом гранул із фракцій меншого розміру до фракцій більшого розміру, що свідчить про пошарову структуру гранул (див. рис 1). Так, після т.D(   0,66 год ) збільшується вміст фракції 5+ за рахунок зменшення 4+. Майже паралельність і рівномірний спад кривих 2 та 3 свідчить про поступовий, рівномірний перехід гранул із фракції 2+ у 3+із переходом у 4+. Для конкретно цих умов і цих композитів найбільш доцільно вести процес на ділянці O-D, де е d  4,5 мм при якому виконується вимога отримання готового продукту відповідного гранулометричного складу. Виникає потреба у стабілізації процесу на ділянці D-G, де різко збільшується е d за рахунок різкого збільшення вмісту фракції 5+, що не відповідає вимогам.Саме це і стане задачею досліджень а також дослідження ділянки C-F, де відбувається стрибкоподібне збільшення  Безперервне гранулоутворення із можливістю отримання заданого гранулометричного складу при пошаровому механізміможливе за наявності потужного джерела нових центрів грануляції, яке можна реалізувати завдяки внутрішньому й зовнішньому рециклу. В основу математичної моделі гранулоутворення авторами роботи [2] покладено рівняння нерозривності, записане у частинних похідних:де g – функція масового розподілення гранул за діаметром, мм-1 ;  – час, год; D – поточний діаметр гранул, мм;  – лінійна швидкість росту гранул, мм/год; S – функція сепарації; ψ – коефіцієнт гранулоутворення; К – константа вивантаження, год-1 ;  – функція потужності джерела та стоку, (ммгод)-1 . Для розв’язку рівняння (1) необхідно експериментально визначити коефіцієнт гранулоутворення, лінійну швидкість росту гранул, константу вивантаження та розрахункову функцію масового розподілення за діаметрами, що забезпечує заданий дисперсний склад та експериментальну, що визначена в даний конкретний момент часу. Для опису масового розподілення гранул застосовується γ-розподілення: На основі експериментальних даних знайдено і побудовано апроксимуючі криві, які описують масове розподілення. У таблиці 1 наведені результати апроксимації. Таблиця 1 – Результати апроксимації масового розподіленняДля точок O, A, B, D і G апроксимуюча крива описує масовий розподіл практично на всьому проміжку при коефіцієнті кореляції    0,85 0,93. Для точок С, Е,іF апроксимуюча крива не описує масовий розподіл, особливо на ділянках де d  4,5 мм. Функції масового розподілення у т.О(   0год ), рисунок 4, та в т.D(   0,66год ), рисунок 5.Експериментально визначено, що у точці D (   0,66год ) коефіцієнт гранулоутворення ψ=79,6 %. Як видно із рисунків 4 і 5, функція масового розподілення та її максимум плавно переміщуються в зону більших діаметрів, що підтверджує стійку кінетику процесу.Проте, в подальшому необхідно визначити вплив технологічних параметрів на динаміку зміни масового розподілення частинок в апараті.

Стан ґрунтів України потребує використання добрив нового покоління. В Україні відсутня достатня база для виробництва фосфатних та калійних добрив,тому в якості мінеральної сировини використовується сульфат амонію, органічної – кісткове борошно (містить макро-і мікроелементи, СаО природнього походження до 40% іР2О5 до 30%) та власне гумати із концентрацією 0,5-1%. Загальний вміст твердої фази у робочому розчині – 60%, що суттєво зменшує енерговитрати у порівнянні із [1], де вміст твердої фази 40 %. Основними вимогами до добрив є рівномірність розподілення компонентів по всьому об’єму гранули. Це досягається шляхом зневоднення рідких систем у псевдозрідженому щарі. Можливі два механізми утворення органо-мінерально-гумінових добрив, рисунок 1. Для виконання цих вимог доцільною є грануляція із пошаровим механізмом гранулоутворення, яка забезпечує рівномірність розподілення компонентів та задану міцність гранули. Це досягається відповідною організацією процесу у псевдозрідженому шарі із застосуванням теплоносія, температура якого в декілька разів перевищує температуру плавлення матеріалу. При отриманні органо-мінерально-гумінових композитів заданого складу[P]:[Ca]:[N]:[K]:[Г.]=10:19:11:2:1при наступних параметрах технологічного процесу: температура шару шT  96 °С, гідравлічний опір шару ш   P 1962 Па встановлено динаміку зміни еквівалентного діаметра зернистого матеріалу, рисунок 2, яка свідчить про стійку кінетику процесу та безперервність росту гранул. Проте спостерігається великі значення середньої лінійної швидкості росту гранул  1,659 мм/год. Динаміка зміни масових відсотків окремих фракцій, рисунок 3, характеризується послідовним переходом гранул із фракцій меншого розміру до фракцій більшого розміру, що свідчить про пошарову структуру гранул (див. рис 1). Так, після т.D(   0,66 год ) збільшується вміст фракції 5+ за рахунок зменшення 4+. Майже паралельність і рівномірний спад кривих 2 та 3 свідчить про поступовий, рівномірний перехід гранул із фракції 2+ у 3+із переходом у 4+. Для конкретно цих умов і цих композитів найбільш доцільно вести процес на ділянці O-D, де е d  4,5 мм при якому виконується вимога отримання готового продукту відповідного гранулометричного складу. Виникає потреба у стабілізації процесу на ділянці D-G, де різко збільшується е d за рахунок різкого збільшення вмісту фракції 5+, що не відповідає вимогам.Саме це і стане задачею досліджень а також дослідження ділянки C-F, де відбувається стрибкоподібне збільшення  Безперервне гранулоутворення із можливістю отримання заданого гранулометричного складу при пошаровому механізміможливе за наявності потужного джерела нових центрів грануляції, яке можна реалізувати завдяки внутрішньому й зовнішньому рециклу. В основу математичної моделі гранулоутворення авторами роботи [2] покладено рівняння нерозривності, записане у частинних похідних:де g – функція масового розподілення гранул за діаметром, мм-1 ;  – час, год; D – поточний діаметр гранул, мм;  – лінійна швидкість росту гранул, мм/год; S – функція сепарації; ψ – коефіцієнт гранулоутворення; К – константа вивантаження, год-1 ;  – функція потужності джерела та стоку, (ммгод)-1 . Для розв’язку рівняння (1) необхідно експериментально визначити коефіцієнт гранулоутворення, лінійну швидкість росту гранул, константу вивантаження та розрахункову функцію масового розподілення за діаметрами, що забезпечує заданий дисперсний склад та експериментальну, що визначена в даний конкретний момент часу. Для опису масового розподілення гранул застосовується γ-розподілення: На основі експериментальних даних знайдено і побудовано апроксимуючі криві, які описують масове розподілення. У таблиці 1 наведені результати апроксимації. Таблиця 1 – Результати апроксимації масового розподіленняДля точок O, A, B, D і G апроксимуюча крива описує масовий розподіл практично на всьому проміжку при коефіцієнті кореляції    0,85 0,93. Для точок С, Е,іF апроксимуюча крива не описує масовий розподіл, особливо на ділянках де d  4,5 мм. Функції масового розподілення у т.О(   0год ), рисунок 4, та в т.D(   0,66год ), рисунок 5.Експериментально визначено, що у точці D (   0,66год ) коефіцієнт гранулоутворення ψ=79,6 %. Як видно із рисунків 4 і 5, функція масового розподілення та її максимум плавно переміщуються в зону більших діаметрів, що підтверджує стійку кінетику процесу.Проте, в подальшому необхідно визначити вплив технологічних параметрів на динаміку зміни масового розподілення частинок в апараті.

Куріньовський О.В., Корнієнко Я.М., Сачок Р.В., Гайдай С.С., ЛюбекаА.М., Мартинюк О.В.