Повышение эффективности биокомпостов путем их гранулирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Смирнов, Алексей Николаевич

• Смирнов, Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Алексей Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Влияние органических удобрений на плодородие почв

1.2. Агрохимические и агроэкологические свойства биокомпоста

1.3. Физико - химические и микробиологические характеристики 14 биокомпоста

1.4 Анализ методов производства гранулированных удобрений

1.5 Анализ конструктивно -технических решений прессующих устройств

1.6 Постановка задач научного исследования

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ УЗЛА ГРАНУЛИРОВАНИЯ

2.1. Описание линии по переработке органических отходов в биопродукты

2.2. Модель функционирования узла гранулирования

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ

УЗЛА ГРАНУЛИРОВАНИЯ

3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований

3.2. Методика проведения экспериментального исследования на лабораторной установке

3.2.1 Лабораторно-производственный узел гранулирования

3.2.2 Приборы и аппаратура, используемые при лабораторных и производственных исследованиях

3.2.3 Методика определения угла внутреннего трения

3.2.4 Методика определения бокового давления 59 3.2.5Методика определения влажности 60 3.2.6 Методика определения плотности

3.2.7 Методика лабораторного исследования влияния частоты оборотов и шага шнека в зоне сжатия на получаемую влажность

3.2.8 Методика лабораторного исследования влияния частоты оборотов и зазора между вальцами на плотность получаемых гранул 64 3.3 Методика проведения производственного экспериментального исследования

3.3.1 Производственная экспериментальная установка

3.3.2 Методика проведения производственного опыта

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ УЗЛА

ГРАНУЛИРОВАНИЯ

4.1 Результаты исследования лабораторной экспериментальной 70 установки

4.1.1. Результаты лабораторных исследований по определению угла внутреннего трения биокомпоста

4.1.2. Результаты определения зависимости бокового давления от

давления прессования

4.1.3. Результаты лабораторного исследования влияния частоты оборотов

и шага шнека в зоне сжатия на получаемую влажность

4.1.4. Результаты лабораторного исследования влияния частоты оборотов 81 и зазора между вальцами на плотность получаемых гранул

4.2 Результаты исследования производственной экспериментальной 85 установки

4.3 Физико - химические исследования биопродуктов

4.4 Результаты применения биопродуктов в полевых условиях

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Оценка технико - экономической эффективности работы узла 90 смешивания в технологической линии для производства биопродуктов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности биокомпостов путем их гранулирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Повышение плодородия почв и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур является одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства.

Снижение интенсификации земледелия за последние десять лет в мире привело к уменьшению содержания гумуса в почве с 2,2 - 2,0 до 1,8 — 1,4%, начался процесс подкисления почв, заметно падает содержание подвижных форм фосфора и обменного калия. Резкое снижение применения органических удобрений, естественным образом отражается на почвенном плодородии и в конечном результате, на урожайности всех сельскохозяйственных культур и качестве продукции растениеводства [49,63].

С 1991 года положение с плодородием почв в Российской Федерации стремительно ухудшается. Применение минеральных удобрений снизилось в 10 раз, а в отдельных зонах РФ - в 20...30 раз, органических удобрений - в 3,6 раза. За последние 11 лет отмечено уменьшение содержания гумуса в среднем по России на 0,4%. Снижение этого показателя только на 0,1% приводит при прочих равных природно-экономических условиях к уменьшению урожайности зерна на 0,8... 1 ц с 1 га [49].

Одно из направлений улучшения плодородия почвы относятся применение органических удобрений. Одним из основных источников органических удобрений являются отходы животноводства - навоз и помет. Их неполное использование в условиях возросшей стоимости минеральных удобрений наряду с экологическими проблемами приводит к снижению плодородия почв и почти повсеместной потере гумуса [3].

В условиях активного применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве органические удобрения не только не теряют своего значения, но

их роль в повышении плодородия почв, получения высококачественной, экологически чистой продукции растениеводства, возрастает. Поэтому необходимо обеспечить сельское хозяйство высокопроизводительными и экономически выгодными способами и технологиями производства высококачественных органических удобрений, решая тем самым задачу утилизации отходов производства животноводческих предприятий и птицефабрик [93].

Объект научного исследования. Процесс гранулирования биокомпостов, с применением шнекового и вальцового пресса.

Предмет научного исследования. Параметры технологического процесса гранулирования биокомпостов в шнековом и вальцовом прессе.

Целью научного исследования. Является обоснование конструкционно-технологических параметров узла гранулирования, увеличивающих ассортимент органических удобрений.

Гипотеза научного исследования. Если сделать узел гранулирования, на основе синтеза двух прессующих устройств, такие как шнековый и вальцовый пресс, то это позволит увеличить ассортимент органических удобрений, эффективность применения которых, осуществляется за счет уменьшения затрат на хранение и транспортировку.

Методы научного исследования. В исследовании использованы методы математической статистики, теории эксперимента. Использование данных методов основывалось на применении современных технических средств и измерительных приборов.

Экспериментальные методы исследования реализованы на физических моделях и опытном образце узла гранулирования в производственных условиях. Результаты экспериментов были обработаны методом математической статистики в средстве специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATGRAPHICS PLUS для

Windows, а также редактора электронных таблиц MS Exel.

6

Научная новизна. Научная новизна состоит в:

• разработке конструктивно-технологической схемы узла гранулирования биокомпостов;

• получение уравнений регрессии, описывающих зависимость между основными и конструктивно-технологическими параметрами узла гранулирования.

Научная новизна конструктивно-технологической схемы узла гранулирования подтверждена патентом РФ на изобретение за № 2415828.

Достоверность основных положений выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных с использованием стандартных методик, положительными результатами производственных испытаний разработанного узла гранулирования, а также протоколом ФГУ ГСАС « Костромская».

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Разработан узел гранулирования биокомпостов патент № 2415828. В лаборатории кафедры «Технические системы в АПК» Костромской ГСХА изготовлена лабораторно - производственная установка, которая испытана в производственных условиях ОАО «БХЗ» Буйского района Костромской области [Приложение 1]. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и используются при проведении учебных занятий по изучению дисциплины «Биология с основами экологии» [Приложение 13].

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-

преподавательского состава и аспирантов ФГБОУ ВПО Костромская ГСХА в

2007...2014гг, и СПб-ГАУ г.Санкт - Петербург в 2008 и 2011гг. С 2008 г. по

2011г. работа выполнялась в рамках программы НИР ФГБОУ ВПО

«Костромской ГСХА» и программы СТАРТ 08 финансируемая

государственным фондом содействия развития малых форм предприятий в

научно - технической сфере. В 2008 году технологическая линия по

7

переработке органических отходов в биокомпосты, была отмечена золотой медалью на 10-ой выставке «Золотая осень» в номинации «За производство высокоэффективных экологически безопасных удобрений: почв, грунтов, подкормок, технологий улучшения плодородия почв» [Приложение 2].

Защищаемые положения

конструктивно-технологическая схема узла гранулирования биокомпостов и конструктивно-технологические параметры узла гранулирования;

результаты экспериментальных исследований процесса гранулирования и влияния технологических параметров на энергетические показатели привода прессующего шнека и обжимных вальцов;

- результаты производственных испытаний узла гранулирования;

- оценка экономической эффективности узла гранулирования.

Публикации. Основная часть работы изложена в 9 научных

публикациях, в том числе 3 в изданиях рекомендованных ВАК и патент РФ на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, приложений и списка использованных источников. Общий объем 122 страница, 49 рисунков, 18 таблиц, 13 приложений. Список использованных источников включает 105 наименований. В приложениях приведены: данные экспериментальных исследований; протокол исследований ФГУ ГСАС «Костромская»; документы отражающие уровень технического использования результатов исследования.

Автор пользуется возможностью выразить глубокую признательность научному руководителю - д.т.н., доценту Ю.Ф. Малакову; заслуженному изобретателю Костромской области д.т.н., профессору Волхонову М.С.; сотрудникам и аспирантам кафедры "Технические системы в АПК".

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Гранулирование - это совокупность физических и физико-механических процессов, обеспечивающих формование частиц определенного спектра размеров, формы, необходимой структуры и физических свойств [9].

Гранулирование проводят с целью улучшения качества как промежуточных, так и готовых продуктов. Показатели качеств зависят от специфики продукта и его назначения. В общем случае гранулирование позволяет существенно уменьшить склонность продукта к слеживанию, а, следовательно, упростить хранение транспортирование и дозирование; повысить сыпучесть при одновременном устранении пылимости и тем самым улучшить условия труда в сферах производства, обращения и использования [30].

1.1 Влияние органических удобрений на плодородие почв

Земледелие сегодня требует комплексных, экологически оправданных методов хозяйствования для сохранения и использования почвы, водных ресурсов, атмосферы с целью удовлетворения потребностей человечества в высококачественной продукции с сохранением природных комплексов.

На уровне отдельных полей и водосборов следует рассматривать одновременно четыре основные экологические проблемы земледелия:

1) сохранение почвы как компонента биосферы и основного средства производства в сельском хозяйстве;

2) поддержание качества водных ресурсов в соответствии с установленными стандартами;

3) получение продуктов земледелия оптимального качества;

4) обеспечение условий для непрерывного роста продуктивности почвы [1,2,3,12].

Вынос растениями элементов питания из почвы с урожаем компенсируется за счет внесения минеральных удобрений и пожнивными остатками лишь на 15% [27,49].

Снижение интенсификации земледелия за последние десять лет привело к уменьшению содержания гумуса в почве с 2,2 - 2,0 до 1,8 - 1,4%, начался процесс подкисления почв, заметно падает содержание подвижных форм фосфора и обменного калия. Резкое снижение применения органических удобрений, естественным образом отражается на почвенном плодородии и в конечном результате, на урожайности всех сельскохозяйственных культур и качестве продукции растениеводства [8,39].

Вопросами разработки технологий и технических средств для приготовления органических удобрений занимались Ю.И. Вахромеев, Ю.В. Иванов, Н.Г. Ковалев, В.П. Коваленко, Г.Е. Листопад, Г.И. Личман, Н.М. Марченко, В.Н. Афанасьев, Н.З. Милащенко, Б.А. Нефедов, П.Д. Попов, Е.П. Харламов, С.Д. Сметнев, И.С. Шатилов, В.А. Шмонин и др. [33, 27,43,63].

Применение органических удобрений в виде биокомпостов, повышает плодородие почв и грунтов за счет обогащения их гумусовыми соединениями, азотом, фосфором, кальцием и микроэлементами. При внесении компостов активизируется агрономически полезная микрофлора, повышается подвижность питательных веществ. Благодаря наличию термофильных микроорганизмов и бактерий-антагонистов улучшается фитосанитарное состояние агросистем. Создается определенный микробный ценоз в ризосфере растений, особенно при локальном внесении компоста [12,34].

Так, при внесении компоста в полевых условиях в дозах 8-10 т/га

наблюдается тенденция к увеличению содержания гумуса, повышается

количество водопрочных агрегатов, численность микроорганизмов. При этом

количество аммонифицирующих бактерий на контроле без удобрений

составляло 41,3млн. на 1 г абсолютно сухой почвы, а при внесении 10 т/га

10

компоста оно возрастало до 54,5млн. Численность наиболее важных в агрономическом отношении нитрифицирующих бактерий по той же дозе компоста увеличивается в 2 раза. Под влиянием компоста было отмечено повышение ферментативной активности и азотфиксирующей способности почвы [69].

В настоящее время накоплен значительный опыт успешного применения компостов в качестве органического удобрения под сельскохозяйственные культуры.

Проверка компоста в ВНИИ картофельного хозяйства показала, что внесение его в дозах 3-5 т/га под картофель Невский обеспечивало прибавку урожая клубней на уровне 20-26% по отношению к неудобренному контролю. Доза компоста 3,6 т/га по своему действию на урожайность соответствовала минеральным удобрениям, вносимым в количестве (по действующему веществу) 60 кг азота, 60 кг Р2О5 и 90 кг К20. Выход товарной фракции картофеля при использовании компоста составляет 75%. Клубни отличались высоким содержанием крахмала и более низкой, чем при внесении минеральных удобрений, концентрацией нитратов. В опытах с картофелем в Тверской области (ВНИИМЗ) изучали эффективность компоста на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Согласно полученным данным, при внесении компоста прибавка урожая картофеля по отношению к контролю без удобрений составила 54 ц/га, или 32% [24,63].

При сравнительном изучении эффективности традиционного органического удобрения - навоза и компоста, внесенных в эквивалентных по азоту количествах, в Подмосковье, по данным ВНИПТИХИМ и НИИ сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны, было установлено преимущество компоста. Если 1т навоза давала прибавку урожая зеленой массы кукурузы 1ц, то 1т компоста - 3,2ц. Следует отметить, что доза компоста была в 5 раз меньше, это позволило снизить затраты на

вывозку, погрузку и внесение удобрения, а также увеличить удобряемую площадь [86].

Положительные результаты при использовании компоста были получены во ВНИИ удобрений и агропочвоведения имени Д.Н.Прянишникова при выращивании овощных культур. Компост был приготовлен на основе птичьего помета с добавлением опилок. В результате проведенных исследований учёными было установлено, что компост оказывает положительное влияние на урожайность испытываемых культур [24, 72, 75].

1.2 Агрохимические и агроэкологические свойства биокомпоста

Компост, полученный в результате ускоренного ферментирования в аэробных условиях смеси птичьего помета с торфом имеет высокое содержание основных питательных веществ, прежде всего - азота и фосфора, равное соответственно 3,9 и 3,5%. Содержит также их подвижные формы, способствующие оптимизации минерального питания растений. Характеризуется высоким содержанием органического вещества — 75,8%, щелочной реакцией среды (рН 8,4), наличием необходимых для растений микроэлементов [49].

Компост отличается благоприятными физическими свойствами. В целом по агрохимическим, агрофизическим и санитарно-гигиеническим показателям компост можно отнести к ценным органическим удобрениям.

Следует учитывать, что биоудобрения, получаемые методом

ускоренного ферментирования, имеют преимущества в экологическом

отношении перед исходным органическим сырьем, в частности перед

птичьим пометом. Высокое качество компостов достигается также за счет

увеличения выхода гуминовых кислот при повышении температуры

компостируемой массы и увеличения содержания подвижных форм

питательных веществ для растений. Наряду с макроэлементами, в компостах

содержатся необходимые для растений микроэлементы - медь, цинк,

12

молибден, бор и др. Содержание тяжелых металлов в компостах низкое. В сухой массе этих удобрений в среднем содержится кадмия 0,1 - 0,8 мг/кг, никеля 5-12 мг/кг, свинца 27 - 34 мг/кг, ртути 0,11 мг/кг, что значительно ниже принятых предельно (ориентировочно) допустимых концентраций для почв, утвержденных Госсанэпиднадзором России (ГН 2.1.7.020-94) [1,3].

Как известно, птичий помет относят к органическим удобрениям с высоким содержанием питательных веществ для растений. Вместе с тем он обладает рядом неблагоприятных свойств. Так, сырой птичий помет имеет сильный неприятный запах, содержит большое количество семян сорных растений и микроорганизмов, среди которых встречаются возбудители опасных инфекционных болезней птицы, сельскохозяйственных животных и человека. Установлено, что в 1 мл помета содержится до 103 микробных клеток, возбудителей инфекций, других патогенных бактерий, вирусов и грибов [1,3,49].

К негативным свойствам наливного, сырого помета на птицефабриках относится также его вязкая, липкая консистенция, что осложняет работы по внесению такого удобрения в почву или грунт.

Устранение неблагоприятных свойств помета достигается с помощью его переработки методом аэробного ферментирования при температуре 55-70°С с применением активного вентилирования воздухом, когда происходит обеззараживание массы от фитопатогенов и жизнеспособных семян сорных растений. Аэробное ферментирование помета позволяет получать высококачественные удобрения с агрохимической точки зрения с высоким выходом гуминовых кислот и наличием подвижных форм основных элементов питания.

Как известно, одним из способов получения экологически безопасного

удобрения из сырого птичьего помета является его высокотемпературная

сушка при 600-800°С. Однако при этом в готовом продукте - сухом птичьем

помете полностью уничтожается микрофлора (в т.ч. полезная), и внесение

13

его в почву или грунт может отрицательно сказаться на их биологической активности, а в конечном итоге и на продуктивности выращиваемых культур [33, 45, 46, 49].

1.3 Физико - химические и микробиологические характеристики биокомпоста

Физико - химические показатели биокомпоста, полученного способом аэробного ферментирования при проведении исследований в условиях производства, представлены в таблице 1.1 [93].

Таблица 1.1 - Физико - химические показатели биокомпоста

Показатель Значение характеристики

Массовая доля воды (влажность), % 56,0

Кислотность, рН 7,6

Т^общ, % 3,05

Р2О5, % 1,2

к2о, % 1,8

мё, % 0,15

Са, % 0,55

МёО, % 0,25

СаО, % 0,77

Микробиологическая активность и насыщенность минеральными веществами биокомпоста, обеспечивают ему неоспоримое преимущество по отношению к другим органическим удобрениям. В таблице 1.2 представлены микробиологические показатели биокомпоста.

Таблица 1.2 - Микробиологические показатели биокомпоста

Вариант Аммонификаторы, млн. кл./г. Азотфиксаторы, млн. кл./г. Микромицеты, млн. диаспор/г.

Верхний слой 101,67 0,68 0,38

Средний слой 372,00 0,67 0,2

Нижний слой 206,67 1,95 0,1

Рассматривая данные, приведённые в таблице, следует отметить, что средний слой биокомпоста, относительно других слоев характеризуется самой высокой численностью аммонифицирующих микроорганизмов - 372 млн.кл./г. При этом в данном слое уровень азотфиксаторов имеет достаточно низкие показатели и составляет 0,67 млн.кл./г.

В таблице 1.3 представлены показатели численности физиологически ценных групп микроорганизмов биокомпоста.

Таблица 1.3 - Численность физиологически ценных групп микроорганизмов биокомпоста

Готовый продукт Аммонии-фикаторы, млн. кл./г Азотфиксаторы, млн. кл./г Микромицеты, тыс. диаспор/г Актиномицеты, млн. кл./г

Биокомпост 640 39,5 0,15 56,0

В готовом биокомпосте высокая активность аммонификаторов и свободноживущей группы фиксаторов азота, их численность составила 640 млн. кл./г и 39,5 млн. кл./г, соответственно. Следует отметить снижение численности грибной микрофлоры до 0,15 тыс. диаспор/г. Однако обращает на себя внимание группа актиномицетов. Её активность значительно возросла до 56 млн. кл./г. это говорит о том, что идёт процесс трансформации органического вещества. По этому показателю можно планировать срок ферментирования, поскольку содержание углерода в компостной массе не должно падать ниже допустимого соотношения С:К как 20-25:1.

15

1.4 Анализ методов производства гранулированных удобрений

В настоящее время имеются общие принципы подхода к выбору наиболее целесообразных методов гранулирования в зависимости от агрегатного состояния и физических свойств исходных веществ[30].

В общем случае гранулирование включает следующие технологические стадии переработки:

- подготовку исходного сырья, дозирование, смешение компонентов;

собственно гранулообразование (агломерация, наслаивание, кристаллизация, уплотнение и др.);

- стабилизацию структуры (упрочнение связей между частицами сушкой, охлаждением, полимеризацией и др.);

- выделение товарной фракции (классификация по размерам, дробление крупных частиц).

Для гранулирования материалов в отечественной и зарубежной практике применяют различные методы и аппаратуру [10, 31, 35].

Эффективность процесса гранулирования зависит от механизма гранулообразования, который, в свою очередь, определяется способом гранулирования и его аппаратурным оформлением [30]. В связи с этим методы гранулирования классифицируют следующим образом (рис. 1.1).

Гранулирование методом окатывания состоит в предварительном образовании агломератов из равномерно смоченных частиц или в наслаивании сухих частиц на смоченные ядра — центры гранул ообразования. Этот процесс обусловлен действием капиллярно-адсорбционных сил сцепления между частицами и последующим уплотнением структуры, вызванным силами взаимодействия между частицами в плотном динамическом слое, например в грануляторе барабанного типа [30].

Гранулирование методом диспергирования жидкости в свободный объем заключается в разбрызгивании жидкости, например безводного сплава гранулируемого вещества, на капли, приближенно однородные по размеру, и последующей их кристаллизации при охлаждении в нейтральной среде (воздухе, масле и т. п.).

Гранулирование методом диспергирования жидкости (пульп, растворов, суспензий и сплавов) на поверхность частиц во взвешенном состоянии заключается в импульсном нанесении на твердые частицы тонких пленок исходного вещества и кристаллизации его за счет тепла, подводимого извне, или за счет отвода выделяющегося тепла.

Гранулирование методом формования, или экструзии состоит в продавливании пастообразной массы, представляющей собой либо увлажненную шихту, либо смесь порошка с легкоплавким компонентом, через перфорированные приспособления с последующей сушкой гранул или их охлаждением.

Анализ методов гранулирования, которые могут найти применение в технологии гранулирования биокомпоста показал, что в зависимости от механизма образования гранул грануляторы можно разделить на две принципиально различные группы: образование гранул окатыванием и образование гранул прессованием.

Из описания приведенных особенностей процессов, осуществляемых различными методами, следует, что гранулирование химических продуктов происходит при возникновении в основном следующих видов физико-механических связей:

- капиллярно-адсорбционных сил сцепления между частицами, вызванных действием отрицательного гидростатического давления жидкой фазы в порах (капиллярах) и натяжением жидкостных пленок в месте контакта частиц (пленочные контакты);

- связей, возникающих при кристаллизации жидкой фазы;

- межчастичных когезионных связей, обусловленных формой частиц и отдельных кристаллов.

Следствием действия всех видов физико-механических связей при гранулировании является увеличение плотности (снижение пористости) гранулируемого вещества, достигаемое либо уплотнением структуры капиллярно-пористых тел при их окатывании, прессовании и т. д., либо изменением агрегатного состояния гранулируемого материала в результате кристаллизации капель сплава или тонких пленок на поверхности частиц.

В процессах гранулообразования проявляются почти все известные виды физико-механических и физико-химических связей следствием образования которых, является действие следующих сил: капиллярные и поверхностно-активные силы на границе раздела твердой и жидкой фаз; адгезионные силы, возникающие в адсорбированных слоях; силы притяжения между твердыми частицами (мономолекулярные силы Ван-дер-Ваальса и сил электростатического притяжения); силы связи, обусловленные образованием материальных мостиков, возникающих при спекании химической реакции, затвердевании связующего, плавлении и кристаллизации растворенного вещества при сушке[30].

1.5. Анализ конструктивно-технических решений прессующих устройств

В зависимости от физико-механических и гранулометрических свойств перерабатываемых материалов применяют различные способы их гранулирования [1,30]. В виду того, что в литературе нет конкретных данных о машинах для гранулирования органических смесей, нами рассмотрены прессовые устройства применяемые в различных отраслях народного хозяйства. Классификация прессующих устройств представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Классификация прессующих устройств.

б)

Рисунок 1.3 -. Гранулятор ОГМ-1,5 а) вертикальной матрицей б) горизонтальной матрицей. Говоря о конических вальцах, окружные скорости которых центре и на периферии одинаковы, имеют различные диаметры, что приводит к неравномерной захватывающей способности вальца по длине, что в свою очередь ведет к потере производительности пресса из-за неравномерной подачи материала по площади матрицы и неравномерному ее износу [60]. Также существенным недостатком всех матричных прессов являются повышенные требования к прессуемому материалу по однородности

измельчения и равномерности влажности, что часто является причиной нестабильной работы, особенно при получении гранул диаметром до 4-6 мм [21,84].

К основным преимуществам матричных пресс-грануляторов следует отнести непрерывность процесса, осуществление знакопеременных нагрузок и сравнительно невысокая материалоемкость при достаточной пропускной способности [74].

К числу основных матричных грануляторов, выпускаемых в нашей стране, можно отнести прессы типа ОГМ, ОПК, ГТБК-3; среди пресс-грануляторов, выпускаемых за рубежом Van Aarsen (Голландия), ED-580 (Франция), Е-50/2 (Германия), Matador (Дания), [19, 21, 62, 91].

Рисунок 1.4- Вальцовый пресс типа МГД-05.

Вальцовые прессы (рис. 1.4) представляют собой пару вращающихся навстречу друг другу цилиндрических вальцов, захватывающих прессуемый материал и уплотняющий его в бесконечную ленту по принципу прокатки. Вальцы могут быть как гладкими, так и с кольцевыми проточками. Если поверхность вальца гладкая, то необходимо дополнительное устройство для разделения получаемой ленты на отдельные брикеты. Решают этот вопрос путем снабжения одного или обоих вальцов острыми зубьями, причем захватывающая способность вальцов при этом повышается [39,80, 81, 82].

Важнейшим параметром, определяющим производительность прессов и энергозатраты на уплотнение, является скорость прокатки [23]. Влияние скорости прокатки на плотность лент объясняется действием воздуха, выдавливаемого из пор в процессе его прессования. Поскольку процессы прессования и подачи порошка в зону деформации являются непрерывными и зона деформации открыта с одной стороны, воздух выпрессовывается из пор порошка в направлении, обратном направлению подачи материала. Поэтому следует ожидать, что воздух может не только ухудшать сыпучесть материала, но и препятствовать равномерному поступлению его в зону деформации и, следовательно, оказывать влияние на плотность и толщину прокатываемых лент.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Алексей Николаевич, 2015 год

Список использованных источников

1. Авдонин, Н.С. Агрохимия. [Текст]/ Н.С. Авдонин. - Москва: Издательство МГУ, 1980.-344с.

2. Анискин, В.И. Создание перспективной сельскохозяйственной техники с обеспечением ее экологичности [Текст] /В.И. Анискин.// Инженерная экология-1995-№5. с. 20-38.

3. Агрохимия. [Текст]/ Б.А.Ягодина; под ред. академ. ВАСХНИЛ Б.А.Ягодина - Москва: ВО Агропромиздат, 1989.

4. A.c. 1061327 СССР, М. кл.З В 01 2/20. Гранулятор пластичных материалов [Текст]/ Нашкевич И.С., Вирясов Г.П., Гладкий А.С, Ковалевский В.А. (СССР). -7с.: ил.

5. A.c. 890603 СССР, М. кл.З В 01 2/10. Гранулятор пластичных материалов [Текст]/ Вирясов Г.П., Дубровский Н.В., Ковалевский В.А., Нашкевич И.С. (СССР)-З с. : ил.

6. A.c. 936981 СССР, М. кл.З В 01 2/10. Устройство для подготовки и гранулирования сыпучих материалов [Текст]/ Дубровский Н.В., Скавпнев В.А., Буслов В.А., Асачев A.A., Вирясов Г.П. (СССР). -6с.: ил.

7. Балабанов, В.Н. Исследование брикетирования стержней кукурузных початков и разработка прессового оборудования [Текст]: автореф. дис... канд. техн. наук/В.Н Балабанов. - М, 1980.-24 с.

8. Бондаренко, Н.Ф. Моделирование продуктивности агроэкосистем [Текст]/Н.Ф. Бондаренко.-Л: Гидрометеоиздат, 1982. -284с.

9. Большая советская энциклопедия [Текст] - М.: Советская энциклопедия, 1969—1978

10. Бракш, H.A., Гранулированные органоминеральные удобрения на основе сапропеля [Текст]/ H.A. Бракш. // Труды Свердловского СХИ. -Свердловск, 1968.-№ 17.-С. 168-175.

11. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных [Текст]/ Г.В.Веденяпин. -3-е изд., доп. и перераб. -М.: Колос, 1973. - 199 е., ил.

12. Вернадский, В.И. Биосфера [Текст]/В.И. Вернадский. - М.: 1967. -374с.

13. Ворошилов, Ю.И. Очистка, утилизация и влияние на природную среду сточных вод животноводческих комплексов (обзорн. информ.) [Текст]/ Ю.И. Ворошилов - М.: ВНИИТЭИСХ, 1979. -58с.

14. Танин, A.B. Математическое описание прокатки вязкоупругих материалов в валковой машине с давлением подпора [Текст]/ A.B. Танин// Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6

15. Гордон, М. Использование торфа в ФРГ [Текст]/ М. Гордон // Международ, конгресс по торфу. - Д.: 1963. - С. 41-47.

Горелышев, С. М. Явление обратного движения массы в шнековых пастоизготовителях: [Текст]/ М. С. Горелышев // сб. науч. тр./ Калининский СХИ им. М.В. Фрунзе. - Т. 55. - Кишинев, 1968. - С 16-21

16. ГОСТ 26712-94. Удобрения органические: Общие требования к методам анализа. [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 26 с.

17. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 11 с.

18. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости [Текст], - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 28 с.

19. Данилин, A.C. Производство комбикормов за рубежом [Текст]/ A.C. Данилин. - М.: Колос, 1968.-336 с.

20. Даурский, А.Н. Резание пищевых материалов [Текст]/ А.Н. Даурский. -М.: Пищевая промышленность, 1980. - 239 с.

21. Демский, А.Б. Совершенствование комбикормового оборудования

промышленных предприятий [Текст]/ А.Б. Демский. - М.: Колос, 1982. -127 с.

22. Долгов, И.А. Фильтрация воздуха при сжатии сено-соломистых материалов [Текст]/ А.И. Долгов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1974. - №7. - С. 17-20.

23. Дорофеев, Ю.Г. Работа уплотнения пористых материалов при прессовании [Текст]/ Ю.Г. Дорофеев // Порошковая металлургия. - 1967. - №3. - С. 11-16.

24. Земледелие. [Текст] под редакцией проф. Воробьева - М: Агропромиздат. 1991. Учебник для с.-х. вузов . -527с.

25. Зиза, И.А. Заготовка гранулированных торфоминеральных удобрений на торфяных полях [Текст]/ А.И. Зиза // Советская агрономия. - 1950. -№11.-С. 24-28.

26. Иванов, Ю.В. Обоснование зон применения разбрасывателей удобрений различной грузоподъемности и погрузочных средств к ним [Текст]/ Ю.В. Иванов // Научн.-техн. бюлетень ВИМ, 1976-1977 - вып. -31с.

27. Иванов, Ю.В. Основные направления научно-технического прогресса в области механизации применения минеральных удобрений [Текст]/ Ю.В. Иванов // Сб. научн. трудов ВИМ. 1991. т. -126с.

28. Калуянц, К.А. Оборудование микробиологических производств [Текст]/ К.А. Калуянц.- М.: Агропромиздат, 1987.- 398 с.

29. Ким, А.Х. Стационарное течение вязко-пластичного торфа в различных устройствах торфяных машин [Текст]: Дис... докт. техн. наук./ А.Х. Ким. -Минск, 1966.-586 с.

30. Классен, П.В. Основы техники гранулирования [Текст]/ П.В. Классен. -М.: Химия, 1982. - 272 с, ил.

31. Классен, П.В. Основные процессы технологий минеральных удобрений [Текст]/ П.В. Классен. - М.: Химия, 1990. - 304 с.

32 Клычников, В.М. Опыт приготовления гранулированных органоминеральных удобрений [Текст]/В.М. Клычников// Советская агрономия. - 1950. - №6. - С. 46-49.

33. Ковалев, Н.Г. Сельскохозяйственные материалы. [Текст]/Н.Г. Ковалев // М.: ИК "Родник", журнал "Аграрная наука", 1998. - 208с., ил.

34. Ковда, В.А. Основы учения о почвах [Текст]/ В.А. Ковда - М.: Наука, 1973. -468с.

35. Кочетков, В.Н. Гранулирование минеральных удобрений [Текст]/ В.Н. Кочетков. - М. : Химия, 1976.-256 с, ил.

36 Кулаковский, И. В. Машины и оборудование для приготовления кормов [Текст]: справочник - Ч. 1./ И.В. Кулаковский.- М.: Россельхозиздат,

1987. -285 с.

37 Кулаковский, И.В. Машины и оборудование для приготовления кормов [Текст]: справочник - Ч. 2. / И.В. Кулаковский. - М.: Росагропромиздат,

1988.- 286 с.

38 Кунин, Н.Ф. Закономерности прессования различных материалов [Текст]/Н.Ф. Кунин //Порошковая металлургия. - 1963. - №6. - С. 3-6.

39. Кучинскас, З.М. Оборудование для сушки, гранулирования и брикетирования кормов [Текст]/ З.М. Кучинскас. - М.: Агропромиздат, 1988.- 208 с.

40. Лазарев, A.B. Новый способ гранулирования торфа// [Текст]/А.В. Лазарев // Торфяная промышленность - 1980. - №5. - С. 21-23.

41. Лазарев, A.B. Новый способ гранулирования торфа/ [Текст]/А.В. Лазарев // Торфяная промышленность - 1980. - №6. - С. 22-23.

42. Лисовский, И.В. Справочная книга по механизации кормопроизводства [Текст]/ И.В. Лисовский. - Л.: Лениздат, 1984. - 269 с.

43. Листопад, Г.Е. Задачи земледельческой механики в решении проблемы программирования урожая [Текст]/ Г.Е. Листопад. -М: 1990. -213с.

44. Лисовский, И.В. Комплексная механизация заготовки кормов [Текст]/ И.В. Лисовский - Л.: Лениздат, 1980.-223 с.

45. Лисовский И.В. Пособия для повышения квалификации специалистов [Текст]/ И.В. Лисовский. - М.: Агропромиздат, 1988. -96с.: ил.

46. Лопес, де Гереню В.О. Повышение эффективности производства твердых органических удобрений на основе навоза КРС в усовершенствованных биореакторах барабанного типа [Текст]: Дис... канд. тех. наук / Лопес де Гереню В.О. - С-Пб-Пушкин.: НИПТИМЭСХ НЗРФ, 1995.-178с.,ил.

47. Лукьянов, В.В. Технология и оборудование макаронного производства [Текст]/ В.В. Лукьянов. -М.: Пищепромиздат, 1951. - 186 с.

48. Соколов, М.В. Автоматизированное проектирование и расчет шнековых машин [Текст]/ М.В. Соколов. М.: Издательство Машиностроение - 1, 2004

49. Малаков, Ю.Ф. Органические удобрения в экологическом земледелии [Текст]/ Ю.Ф. Малаков// ВНИИТЭИагропром, №144 ВС-99, -Зс.

50. Малаков, Ю.Ф. Гранулятор биокомпостов [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования сборник научных трудов Санкт-Петербурского Аграрного университета. - 2011

51. Малаков, Ю.Ф. Переработка органических отходов в биопродукты. [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Известия Международной академии аграрного образования. 2012- №13, Т. 2

52. Малаков, Ю.Ф. Модель функционирования гранулирующего устройства биокомпостов. [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. - 2010.- Т. 2

53. Малаков, Ю.Ф. Обзор технических решений переработки органических отходов птицеводства и животноводства в экологические чистые удобрения [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. - 2008.- Т. 4

54. Малаков, Ю.Ф. Схематическое решение гранулирования биокомпостов в технологии переработки органических отходов птицеводства и животноводства [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. - 2009.- Т. 3

55 Малаков, Ю.Ф. Научно-технические решения проблемы улучшения продуктивности почв путем эффективного применения органических удобрений: Автореф. дис. ... док. техн. наук [Текст]/ Ю.Ф. Малаков. -Санкт - Петербург, - 2001 56. Малаков, Ю.Ф. Оценка эффективности применения узла гранулирования в линии по производству биопродуктов [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, Т.М. Василькова, А.Н. Смирнов // Известия Международной академии аграрного образования. 2013.-№19

57. Малаков, Ю.Ф. Результаты лабораторных исследований узла гранулирования в линии по производству биопродуктов. [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, И.С. Зырин, А.Н. Смирнов // Известия Международной академии аграрного образования. -2013. - №19

58. Малноч, А.О. Совершенствование технологического процесса приготовления сапропелеминеральных гранулированных удобрений путем обоснования конструктивных параметров прессующего

устройства [Текст]. Автореф. дис____ канд. техн. наук: /А.О. Малноч. -

Санкт-Петербург-Павловск, 2001. - 22 с.

59. Малофеев, В.И. Технология производства и агротехническая эффективность торфо-пометного компоста [Текст]/ В.И. Малофеев // Торфяная промышленность. - 1988. №8, с. 15-18.

60. Манасарьянц, С.О. Прессы для гранулирования комбикормов [Текст]/ С.О. Манасарьянц. - М.: ЦНИИТЭИЛегпищемаш, 1970. - 35 с.

61. Мараманов, В.А. Основы научных исследований и техника эксперимента механо-технологических процессов первичной обработки лубяных волокон [Текст]: Учебн. пособие./ В.А. Мараманов. -Ярославль, 1989.-88с.

62. Мартыненко, Я.Ф. Промышленное производство комбикормов [Текст]/ Я.Ф. Мартыненко. - М.: Колос, 1975.-216 с.

63. Марченко, Н.М. Механизация внесения органических удобрений [Текст]/ Н.М. Марченко. - М.: Агропромиздат. 1990.- 208с.

64. Масликов, В.А. Технологическое оборудование производства растительных масел [Текст]/ В.А. Масликов. - М.: Пищевая пром-ть, 1974.-439 с.

65 Мачихин, Ю.А. Исследование процесса прессования и определение основных физико-механических характеристик макаронного теста [Текст]: автореф. дис... канд. техн. наук: / Ю.А. Мачихин -М.: 1961. - 16 с.

66. Мачихин, Ю.А. Современные способы формования конфетных масс [Текст]/ Ю.А. Мачихин - М.: Пищевая промышленность, 1974. - 184 с.

67. Мельников, C.B. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов [Текст]/ C.B. Мельников - Л.: Колос, 1980,- 163 с.

68 Методические рекомендации по определению экономической эффективности и использования в сельском хозяйстве капитальных вложений и новой техники [Текст] - Л.: НИПТИМЭСХНЗ , 1986. - 58 с.

69. Методические указания по агрохимическому обследованию почв сельскохозяйственных угодий [Текст] -М: ЦИНАО 1985. -158с.

70. Методические рекомендации по технико-экономическим расчетам для растениеводства Нечерноземной зоны РСФСР [Текст]- JL: НИПТИМЭСХНЗ, 1986.-88 с.

71. Методические указания по определению экономической эффективности удобрений и других средств химизации, применяемых в сельском хозяйстве [Текст] - М.: Колос, 1979. - 30 с.

72. Муленков, В.Г. Плодородие почв Московской области и пути его повышения [Текст] / В.Г. Муленков // Сб. трудов «Параметры плодородия основных типов почв» под ред. академ. BACXHHJI А.Н.Каштанова. -М: Агропромиздат, 1988. с. 223-236.

73. Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России. [Текст].-М: 1993.

74. Николаев, Д.И. Влияние значимых факторов, влияющих на процесс гранулирования [Текст]/ Д.И. Николаев // Тр. Ленинградского СХИ. -Л.: Пушкин, 1970. - Т. 149. - вып. 2.-С. 68-70.

75. Нормы и нормативы для планирования механизации и электрификации в отраслях АПК [Текст]/ Сост.: Шахмаев М.В., Юркин В.И.-М.: Агропромиздат, 1988-591с.

76. Образцов, A.C. Системный метод: применение в земледелии [Текст]/ A.C. Образцов - М.: Агропромиздат, 1990. -303с.

77 А. с. № 255051 Шнековый пресс для торфа-сырца [Текст]/ Ф.А. Опейко. - бюл. №32. - 2 с.

78. Опейко, Ф.А. О неиспользованной возможности шнека для механической переработки и формования торфа-сырца пониженной влажности [Текст]/ Ф.А. Опейко // сб. науч. тр. ин-т торфа АН БССР. -Минск, 1959. - Т. 8. - С. 162-68.

79. Особов, В.И. Машины и оборудование для уплотнения сено-соломистых материалов [Текст]/ В.И. Особов,- М.: Машиностроение, 1974.-231 с.

80. Особов, В.И. Исследование процесса брикетирования сена[Текст]: автореф. дис... канд. техн. наук:/ В.И. Особов. - JL: Пушкин, 1963. - 27 с.

81. Особов, В.И. Машины для брикетирования растительных материалов [Текст]/ Особов В.И. -М.: Машиностроение, 1971. - 112 с.

83. Пат. 2415828 Российская Федерация, МПК 7 С 05 F 3/00, Линия переработки органических отходов в биопродукты [Текст]/Виноградова

B.C., Малаков Ю.Ф. Смирнов А.Н.; заявитель и патентообладатель ООО НПП Природный ресурс № 2009101818/09;заявл. 22.01.09 г.

84. Перельман, В.Е. Формование порошковых материалов [Текст]/ В.Е. Перельман - М.: Металлургия, 1979. - 232 с.

85. Прессы пищевых и кормовых производств [Текст]/ под ред. проф. Соколова А.Я. - М.: Машиностроение, 1973. - 287 с.

86. Рекомендации по повышению качества приготовления и внесения минеральных удобрений и химических мелиорантов почв наземными машинами [Текст]. Рязань, 1985. -85с.

87. Рязанцев, В.П. Проблемы уборки и утилизации навоза [Текст]/ В.П. Рязанцев // АПК Достижения науки и техники - 1988- №12,- С. 22—24.

88. Сагаченко, Н.Е. Технология получения торфоминеральных гранулированных удобрений [Текст]/ Н.Е. Сагаченко// сб.: Теоретические основы действия физиологически активных веществ и эффективность удобрений их содержащих. - Днепропетровск.- 1970. -

C.197-208.

89. Силин, В.А. Теоретическое и экспериментальное исследование шнека и торфяного пресса [Текст]: Автореф. дис... канд. техн. наук: /В.А. Силин - Московский торф, ин-т, -1949. - 23 с.

90. Силин, В.А. Исследование напорных шнеков торфяных машин [Текст]/

B.А. Силин // сб. науч. тр. ин-т торфа АН БССР. - Минск, 1955. - Т. 4. -

C. 138-149.

91. Симмонс, Н.О. Комбикормовое производство [Текст]/ Н.О. Симмонс. -М.: Хлебоиздат, 1960.-191 с.

92. Соколов, А.Я. Комбикормовые заводы. [Текст]/ А.Я. Соколов - М.: Колос, 1970. - 430 с.

93. Соколов, A.B. Повышение эффективности технологической линии производства биокомпостов путем совершенствования узла ферментирования [Текст]: Автореф. дис.... канд. техн. наук:/А.В. Соколов - Санкт - Петербург - 2009

94. Тишкович, A.B. Использование торфа в сельском хозяйстве [Текст] под ред. академика АН БССР Лиштвана И.И./ A.B. Тишкович - Минск: Наука и техника, 1984. - 200 с.

95. Тишкович, A.B. Физико-химия торфа и торфяная механика [Текст]/ A.B. Тишкович. - Минск, 1970. - С. 102-110.

96. Хайлис, Г.А. Исследование сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных [Текст]/ Г.А. Хайлис - М.: Колос, 1994.169 с

97. Халтлен, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов [Текст]/ К. Халтлен - М.: Мир, 1977

98. Шенкель, Г. Шнековые прессы для пластмасс [Текст]/ Г. Шенкель научно-техническое изд-во химической литературы, 1962. - 467 с.

99. Пат. №7144507 System and method for processing organic waste material [Текст]/ Paul Thomas. - 2005.

100. Пат. C05F 17/02 №092272 Organic waste processing method and device therefore [Текст]/ William H. - 2000.

101. Пат. С12М 1/02 № 617858 Continuous composter [Текст]/ Jean-Pierre. Tring-Jonction. -2003.

102 Broad, F.E. Nitrogen release and carbon loss from soil organic matter during decomposition of added plant residues [Текст]/ Broad F.E. - Proc. Soil Soc. Amer.

103 Gasser, J. The value of ureanitrite and ureaphosphate [Текст]/ Gasser J. // -Journ. Agric. Science

104 Gouny, R. Advances in fertilizer technology [Текст]/ Gouny R. //- Agric. Chemicals.

105 Verstraeten, L. New fertilizer materials [Текст]/ Verstraeten L. // - Soil Org. Matter Stud.