Способ обработки торфа при производстве прессованных субстратов

 

Изобретение относится к производству прессованных питательных сред на торфяной основе, используемых для выращивания рассады сельскохозяйственных и лесных культур, Цель - интенсификация процесса сушки исходного материала и повышение качества готового продукта. Верховой фрезерный торф низкой степени разложения (до 15%) сепарируют от посторонних включений и измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,5-2,5 мм После этого его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200-250 В/см и продолжительностью следования импульсов 2-4 мин. Сушку торфа ведут в псевдоожиженном слое при концентрации торфа в газовзвеси 0,08-0,12 кг/кг При этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теппоносителя (ТН) до 0,6-0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров Q g0b , где Q - количество ТН. подаваемого к заданному участку зоны сушки,кг/с;д0- удельный начальный расход ТН, кг/м.с , b - расстояние до заданного участка зоны сушки, м. В процессе сушки на псевдоожиженной слой накладывают колебания с частотой 60-100 Гц и амплитудой 6-8 мм, 1 з.п ф-лы, 2 ил. 4 табл. СП С

СОЮЗ COBB ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК и!)ю С 10 F 7/06; А 01 G 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4789495/03 (22) 07.02.90 (46) 30.12.91. Бюл. М 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности (72) А.А.локочинский и Ф.M.Mîðîýîâ (53) 622,331 (088.8) (56) Патент СССР M 465765, кл. А 01 G 9/10, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 397165. кл. А 01 G 9/10. 1973. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТОРФА ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ ПРЕССОВАННЫХ СУБСТРАТОВ (57) Изобретение относится к производству прессованных питательных сред на торфяной основе, используемых для выращивания рассады сельскохозяйственных и лесных культур, Цель — интенсификация процесса сушки исходного материала и повышение качества готового продукта, Вер. ховой фрезерный торф низкой степени

Изобретение относится к производству прессованных питательных сред на торфяной основе, в частности торфяных питательных брикетов и грунтов, которые могут быть использованы для выращивания рассады сельскохозяйственных и цветочных культур, а также сеянцев древесных пород.

Известен способ обработки при производстве брикетов для выращивания растений, предусматривающий измельчение исходного торфа с последующей его сушкой.. Ж 1701728 А1 разложения (до 15%) сепарируют от посторонних включений и измельчаютдосредневзвешенного размера частиц 0,5-2;5 мм.

После этого его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200-250 В/см и продолжительностью следования импульсов 2-4 мин, Сушку торфа ведут в псевдоожиженном слое при концентрации торфа в газовэ веси 0,08-0,12 кг/кг. При этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя (ТН) до 0,6 — 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров 0 = gob, где Q—

-2 количество ТН, подаваемого к заданному участку зоны сушки,кг/c;gp удельный начальный расход ТН, кгlм,с.; b — расстояние до заданного участка зоны сушки, м, В процессе сушки на псевдоожиженной слой накладывают колебания с частотой 60-100 Гц и амплитудой 6-8 мм, 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Согласно данному способу измельченный торф смешивают с битумной эмульсией. используемой в качестве связующего, после чего смесь сушат воздухом с температурой не выше 60 С до влажности 10 — 20%. не превышая температуру нагрева самого торфа (10ОС)

Недостатком известного способа является длительностью подготовки исходного материала для производства брикетов. Нагрев битумной эмульсии, сушка смеси торфа с эмульсией воздухом, температура которого не превышает 60 С, приводит к большой

1701728

10

50 продолжительности сушки и значительным энергозатратам. Увеличение температуры теплоносителя с целью интенсификации сушки представляется нецелесообразным, так как при нагревании торфа, смешанного с битумной эмульсией, не выдерживающей высоких температур, в этой смеси происходят необратимые изменения, делающие, практически невозможным использование ее в качестве ростового материала.

Известен способ обработки торфа при производстве прессованных субстратов (брикетов), включающий измельчение исходного торфа до размеров.частиц 1-5 мм и последующую его сушку в псевдоожиженном слое.

Однако торф, особенно верховой, низкой степени разложения, является волокнистым материалом, Частицы которого обладают повышенной адгезией и слабой аэрируемостью. Измельчение торфа до получения фракции размером 1-5 мм является недостаточным, так как, с одной стороны, крупные частицы обладают меньшей влагоемкостью по сравнению с мелкими, а с другой, ухудшаются гомогенностью слоя. что приводит к снижению качества сушки торфа и самой готовой продукции. Проведение процесса сушки в псевдоожижженом слое при температуре 30 — 40 С, т,е. низкотемпературным теплоносителем, требует значительных энергозатрат, так как экспозиция сушки превышает 3,4 мин, и характеризуется низкой производительностью сушильной установки, Кроме того, данный фрикционный состав торфа (1,0 — 5,0 мм) не обеспечивает достаточно благоприятных водно-воздушных условий (соотношение твердой, жидкой, газообразной фаз) для выращивания рассады целого ряда сельскохозяйственных и лесных культур (огурцы, сеянцы ели и др,), что ограничивает возможность применения субстратов, получаемых из такого торфа.

Целью изобретения является интенсификация процесса сушки и повышение качества готового продукта.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки торфа при производстве прессованных субстратов, включающему сепарацию посторонних включений, измельчение торфа и его сушку в псевдоожиженном слое, торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,5—

2,5 мм, после чего его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом нап ряжения 200 — 250 В/см и продолжительностью следования импульсов

2-4 мин, а сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации торфа в газовзвеси 0,08 — 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемогО в зону сушки теплоносителя до 0,6 — 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров

В

Q-=qob3 где Q -количество телоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с;

qo — удельный начальный расход теплоносителя, кг/м с;

b — расстояние до заданного участка

ЭОНЫ CYLUKN, M, М

В процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накладывают колебания с частотой 60-100 гЦ и амплитудой

6 — 8 мм. Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что исходный торф измельчают до средневзвешенного размера частиц

0,5 — 2,5 мм,после чего егообрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200 — 250 В/см и периодом следования импульсов 2 — 4 мин, а сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации торфа в газовзвеси 0,08 — 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до О,б — 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя -х из соотношения параметров 0 = qob ъ

Кроме того, предлагаемый способ отличается тем, что в процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накладывают колебания с частотой 60-100

Гц и амплитудой 6 — 8 мм.

В известном способе, предусматривающем измельчение торфа до размеров фракции 1,0 — 5,0 мм, последние в большей своей части сохраняют волокнистую структуру, в результате чего частицы торфа такого диапазона фракций обладают повышенной адгезией и слабой аэрируемостью, С одной стороны, крупные частицы обладают меньшей влагоемкостью по сравнению с мелкими, а с другой, ухудшается гомогенность слоя, что приводит к длительной экспозиции сушки и неравномерности прогрева материала.

В предлагаемом способе измельчения торфа до средневзвешенного размера частиц 0,5 — 2,5 мм дает высокую степень гомогенности псевдоожижвнного слоя, что позволяет обеспечить минимальную продолжительность экспозиции сушки, тем самым обуславливает наиболее благоприятные водно-воздушные условия для роста растений, 1701728

В табл,1 приведены экспериментальные данные влияния фракционного состава на влагоемкость, степень гомогенизации, соотношение фаз в исходном торфе, а также биометрические показатели выращиваемой на этих субстратах рассады сельскохозяйственных и лесных культур.

Иэ табл.1 видно, что основные показатели, наиболее благоприятно влияющие на рост растений (влагоемкость торфа, степень гомогенизации и, особенно соотношение

10 фаз т:ж;г) получены при фракционном составе исходного торфа 0,5 — 2,5 мм. При этом средняя масса рассады огурцов в 28 — дневном возрасте и сеянцев ели в однолетнем 15 возрасте значительно отличается от тех же показателей, полученных при их выращивании на субстратах с другим фракционным составом.

Таким образом, уточнение признака, 20 касающегося фракционного состава торфа в предлагаемом способе, дает возможность расширить диапазон применения субстратов с фракционным составом торфа 0,5 — 2,5 мм, распространив их на сеянцы лесных 25 культур, имеющих центральную корневую систему, а также улучшить биометрические показатели выращиваемой рассады таких сельскохозяйственных культур, как огурцы, томаты и др. 30

На фиг.1 представлена технологическая схема обработки торфа; на фиг.2 — график, показывающий снижение количества теплоносителя по длине зоны сушки, Предлагаемый способ обработки торфа 35 при производстве прессованных субстратов осуществляется в следующей последовательности.

Поступающий для производства питательного субстрата фрезерный торф низкой 40 степени разложения (до 15/) подается иэ бункера 1 по транспортеру 2 на грохот 3, где осуществляется отсев посторонних включений и фракций крупнее 20 мм, в дальнейшем не используемых в технологическом про- 45 цессе. Пройдя сквозь грохот, фракции до 5 мм поступают на транспортер 4 и далее элеватором 5 подаются в усреднитель 6 торфа. Фракции торфа свыше 5 и до 20 мм подвергаются измельчению в дробилке 7 и 50 также поступают в усреднитель.

Таким образом, исходный торф доводится до средневзвешенного размера частиц 0,5 — 2,5 мм.

В усреднителе, представляющем собой 55 винтовой конвейер, одним из электродов которого является спираль, закрепленная на внутренней стенке корпуса, а другим— сам шнек, измельченный торф обрабатывают импульсным электрическим полем.Необходимость последнего обьясняется тем, что обработка в таком поле позволяет разрушить внутрикапиллярные связи и выделить находягцуюся в капиллярах влагу в виде свободной воды. что будет способствовать более полному удалению влаги из торфа в процессе его сушки, В табл.2 приведены результаты экспериментальной проверки обработки торфа импульсным электрическим полем для торфа со степенью разложения 15 4 с постоянной нагрузкой, прикладываемой к образцам торфа после его обработки, P = 0,5 кг/см .

Из табл.2 видно, что с повышением rpah,В диента напряжения () уменьшается капиллярное давление (рк) что объясняется нарушением капиллярных связей и переходом внутрикапиллярной жидкости в свободную форму.

Однако при большой продолжительности импульсной обработки торфа, во-первых, значительно увеличиваются энергозатраты, во-вторых, помимо увеличения прямых энергозатрат происходит образование слоя сухого торфа в зоне положительного электрода (спираль на внутренней стенке корпуса) и, как следствие, его нагрев, что также ведет к увеличению энергозатрат.

Из табл.2 видно, что при градиенте напряжения 100 — 150 В/см и любой продолжительности импульсного воздействия капиллярное давление остается на достаточно высоком уровне,что говорит сравнительно ограниченном переходе внутрикапиллярной жидкости в свободную форму.

При градиенте напряжения 200 — 250

Б/с и продолжительности импульсного воздействия 2 — 4 мин капиллярное давление составляет от 0,16 до 0,24 кг/см, что является оптимальной вечичиной с точки зрения энергоемкости процесса. При градиенте напряжения свыше 200 В/с и импульсном воздействии на торф более 4 мин наблюдается повышение показателя капиллярного давления вследствие образования слоя сухого

1орфа в зоне положительного электрода, в результате чего наблюдается некоторое снижение проводимости, а также повышение прямых энергозатрат.

Приемлемые показатели капиллярного давления при градиенте напряжения 200250 В/см и продолжительности импульсного воздействия 5-46 мин (0,18 — 0.24 кг/см) связаны с дополнительными энергоэатратами.

Еще больших энергозатрат требует обработка торфа с градиентом напряжения

300 В/см, при которой в диапазоне импульсного воздействия 2 — 4 мин получаются да1701728

55 же несколько худшие результаты по сравнению с обработкой торфа градиентом напряжения 200 — 250 В/с, После электроимпульсной обработки торфа в усреднителе он поступает на накопитель 8, а затем в сушилку 9 с направленным псевдоожиженным слоем, где производят его досушку до 25 влажности, Сушку торфа в псевдоожиженном слое ,,ведут при концентрации торфа в газовзвеси ,0,08 — 0,12 кгlкг, которая является оптималь ной (см. табл. 3) для верховых слаборазло жившихся торфов, используемых для ,,производства торфяных питательных субстратов. При установлении указанных значений концентрации торфа в газовзвеси сушку проводили при максимальных пара метрах: температуре на входе Т х 155 С и скорости теплоносителя VT = 1,4 м/с.

При концентрации торфа в газовзвеси ниже 0,08 кг/кг при всех преимуществен.ных показателях наблюдается резкое снижение производительности, При концентрации свыше 0,123 кг/кг увеличивается продолжительность сушки, а вследствие снижения скорости перемещения направленного потока и производительность. Кроме того, в значительной степени повышается неравномерность высушенного торфа по влажности, достигая 79,8 /о, Сушку торфа в псевдоожиженном слое производят теплоносителем с начальной температурой на входе 100 — 155 С и скоростью1,0 — 1,4 м /с,, последовательно снижая его количество до 0,6 — 0,7 первоначальной величины, На фиг,2 графически показана закономерность сни, жения количества подаваемого теплоноси теля Q по длине зоны сушки b. Поскольку верховой слаборазложившийся торф явля.ется термочувствительным материалом, то для сохранения его исходных физических свойств (влагоемкость, способность к набуханию) необходимо ограничивать температуру теплоносителя и его количество таким образом, чтобы при минимальной экспозиции сушки нагрев частиц торфа не превышал 55 С вЂ” температуры начала деструкции материала. Для того чтобы избежать нежелательного перегрева сушимого торфа, предлагается последовательно снижать количество подаваемого теплоносителя, но с учетом ведения сушки с.максимальной интенсивностью.

На фиг,2 приведены полученные результаты экспериментальной проверки зависимости снижения количества теплоносителя Q no длине зоны сушки Ь. Кривые ас и ad характеризуют максимальные параметры подачи теплоносителя на входе в зону сушки (1,4 кг/c) и количество теплоносителя, фиксируемое

10 (5

35 на выходе из зоны сушки: соответственно

QBx = 0,70вых (точка c) и Q Elx = 0 6 О вых (точ ка

d), Кривые а с и а d аналогичны для количества теплоносителя 1,0 кг/с, подаваемого на вход в зону сушки, Эксперименты показали, что замедление процесса снижения количества теплоносителя при его максимальной подаче на входе 1,4 кг/с (зона В) приводит к перегреву и деструкции сушимого торфа и потере им свойств (влагоемкость, способность к набуханию). обуславливающих применение его в качестве ростовой среды, При резком снижении количества теплоносителя (зона С) происходит увеличение продолжительноти сушки, характеризующееся неравномерностью высушиваемого материала и, как следствие, снижением качества готового продукта.

В зоне А, ограниченной кривыми ас (сверху) и à d (снизу) в диапазоне теплоносителя 1,4 — 1,0 кг/с на входе в зону сушки и последующего его снижения до 0,6-0,7 первоначальной величины процесс сушки протекает в оптимальном режиме.

Результаты обработки полученных данных показали, что все кривые измерения подачи теплоносителя 0 = f(b) относятся к кривым гиперболического типа, описываемым формулой у =х, которая применительно к нашим параметрам может быть выражена в виде зависимости параметров

Q=qb где Q — количество теплоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с; цо — удельный начальный расход теплоносителя кг/м с;

b — расстояние до заданного участка зоны сушки, м, В процессе сушки торфа на псевдоожиженный слой дополнительно накладывают механические колебания с частотой 60—

100 Гц и амплитудой 6 — 8 мм.

Эксперименты проводились с тем же верховым торфом с низкой степенью разложения (до 15 ), добытым фрезерным способом, и влажностью Р/ = 55 . Величина удельной загрузки газораспределительной виброрешетки торфом в количестве 4,0 кг по сухому веществу на 1 м поверхности на протяжении всех экспериментов поддерживалась постоянной. Частота колебаний менялась в пределах 40 — 110 Гц, а амплитуда решетки в диапазонах 3 — 5, 6-8 и 9-12 мм.

В результате экспериментов оценивали показатели остатка торфа на газораспределительной решетке и степень гомогениза1701728

10 ции и перемешивания псевдоожиженного слоя. Результаты представлены в табл,4.

Минимальный остаток торфа на газораспределительной виброрешетке наблюдается при частоте колебаний 60-100 Гц и 5 амплитуде колебаний 6-8 мм, Для данных параметров характерна лучшая степень гомогенизации (равномерности) фонтанирующего слоя, обеспечивающая интенсивность перемешивания сушимого торфа. 10

На всех проверенных частотах колебаний при амплитуде 3 — 5 мм отмечается повышенное количество остающегося на решетке торфа.

При амплитуде колебаний 9-12 мм в 15 зоне сушки вследствие значительных инерцион Ib!x сил возникают противотоки газовзвеси, нарушающие направленное перемещение слоя торфа, вследствие чего часть торфа остается на решетке, не успевая 20 сойти с нее.

Кроме того, при таких амплитудах и особенно больших частотах колебаний отмечаются значительные вибрационные воздействия на элементы сушилки, что де- 25 лает возможным их механическое повреждение, Высушенный таким способом торф поступает на дальнейшую переработку, где он перемешивается с минеральными добавками 30 и прессуется в удобные для употребления формы в виде брикетов, плит, прессованных субстратов и т,л. для выращивания рассады различного вида растений, Использование предлагаемого способа 35 обработки торфа при производстве прессованных субстратов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие и реимущества.

Измельчение торфа до средневзвешен- 40 ного размера частиц 0,5-2,5 мм позволяет получить высокую гомогенность (однородность) псевдоожиженного слоя и тем самым обеспечить минимальную продолжитель-. ность сушки при условии сохранения 45 торфом наиболее благоприятных водно- воздушных свойств как ростовой среды.

КрОме того, акой фракционный сОстав торфа в прессованных субстратах позволяет расширить область их применения, ис- 50 пользовав для выращивания сеянцев лесных кульутр с выраженной центральной корневой системой, что в конечном счете повышает качество и конкурентноспособность готового продукта. 55

Предварительная обработка измельченного торфа импульсным электрическим полем с градиентов направления 200-250 В/см и продолжительностью следования импульсов 2 — 4 мин позволяет разрушить внутренние капиллярные связи и выделить содержащуюся в них жидкость в виде свободной воды, что делает более эффективной последующую сушку торфа в псевдоожиженном слое, Концентрация торфа в газовзвеси 0,080,12 кг/кг позволяет создать равномерный устойчивый фонтанирующий в зоне сушки слой торфа, что ведет к сокращению продолжительности процесса сушки и повышению ее качества, Последоватеьное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до

0,6 — 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров г

Q =- орЬ ", позволяет при получении максимальной скорости направленного потока сохранить в торфе водно-физические свойства, необходимые для дальнейшего использования торфа в качестве ростовой среды, что и позволяет получить готовый продукт повышенного качества.

Наложение на псевдоожиженный слой колебаний с частотой 60 — 100 Гц и амплитудой 6 — 8 мм позволяет в значительной степени улучшить перемешивание торфа и интенсифицировать его сушку.

Кроме того, последнее позволяет избежать прикипания торфа на газораспределительной решетке и сократить потери торфа. обусловленные его пережогом и деструкцией.

Таким Образом происходят интенсификация процесса сушки и повышение качества готового продукта.

Формула изобретения

1, Способ обработки торфа при производстве прессованных субстратов, включающий сепарацию посторонних включений. измельчение торфа и его сушку з псевдоОжиженном слое, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса сушки и повышения качества готового продукта, торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,5 — 2,5 мм, после чего его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200 — 250

В/см и продолжительностью следования импульсов 2 — 4 мин, а сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации тс рфа в газовзвеси 0,08 — 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение

КОЛИчЕСтВа ПОдаВаЕМОГО В ЗОНУ СУШКИ тЕПлоносителя до 0,6 — 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров Ь

Q=-цоьз

1701728

12 где 0 — количество теплоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с; ро — удельный начальный расход теплоносителя, кгlм с;

Ь вЂ” расстояние до заданного участка зоны сушки, м.

2. Способ поп1, от лича ющийся тем. что в процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накладывают колебания с частотой 60-100 Гц и

5 амплитудой 6 — 8 мм, Таблица!

Диаметр частиц, мм

Показатели

О ° 25-0,5 0,5-1,0 t 1,0-1,5 t 1 ° 5-2,5 ) 2,5-5,0 (5,0-7>0 j 7,0-10,0

Влагоемкость торфа, кг/кг

13-15

1,1

6:50:44

94,8

15-11

),1-1,О

6:49:45

95,0

Степень гомогенизации

Соотношение фаз т:ж:г

Пористость, Средняя масса сухого растения, r

> рассада огурцов в

28-дневном возрасте

0,65 о,8О о,87

0,85

0>65

0,60

0,70 сеянец ели в однолетнем возрасте

0,47

0,40 о,36

0,43

0,50

О 31 о,зо

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

5

8

7-1o

0,8-0,9

8!65!27

91,5

11-13

1,0-1,1

6:57:37

93 5

11-8

0 9-0,8

5:40:55

95,8

8,0-7,5

0,8-о,7

4:36:60

96,0

7,S-6,S

0,7-0 5

4:30:66

96 2

1701728

40 (п}

Составитель

Редактор Т.Лазоренко Техред M.Моргентал Корректор C.×eðHè

Заказ 4512 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101