автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Повышение эффективности использования сырья и отходов торфобрикетного производства

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЭКОЛОГИИ

На правах рукописи Матвиенко Иван Оноприович

ПОВЫШШИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЫРЬЯ И ОТХОДОВ Т0Р50БИ1КЕГН0Г0 ПРОИЗВОДСТВА

05.15.05 - технология и комплексная механизация торфяного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 199I

)

/

Работа выполнена в Белорусском политехническом институте и на торфобрикетном заводе "Ганцевичский" Госкомтопгаза БССР.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Кислов Н.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Горячев В.И.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Вирясов Г.П.

йедутцая организация - Белорусский комплексный проечтно-

изыскательский и научно-исследовательский институт топливной промышленности Госкомтопгаза БССР

Защита состоится «20« МарШО. 1991 года в 14 часов на заседании специализированного совета Д 006.17.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте проблем использования природных ресурсов и экологии Академии наук БССР (220045, г. Минск, Староборисовский тракт, 10, конференц-зал) .

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке Института проблем использования природных ресурсов и экологии Академии наук БССР.

Автореферат разослан " /У" феЁрСЦМ? 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета Братишко Р.Ф.

(с) ИПИИРЭ АН БССР 1991

СБЦАЯ ХЛРЛКТЕГУ.СЖКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Слояиьяэлся технология тсрфобрикзт-ного производства не отвечает современным требованиям по энерго-и ресурсосбережение, не обеспечивает утилизации отходов. Еместе с тем, потребности населения в бытовом топливо, социальные проблемы трудоустройства жителей поселков и необходимость перепрофилирования производственной базь; торфобрикетных ааводов на позволяют пока ставить вопрос о прекращении выпуска брикетов двжэ при постоянно уменьшающихся запасах торфяного сырья.

Повьззение эффективности торфяного производства на современном ятапе может бить реализовано на основе переориентации его с учетом создания л освоения новых технологических процессов и оборудования для разработки месторождений торфа, его обезвоживания и сушки с учетом преимущественно круглогодичной добычи торфяного сь'рья; разработки и внедрения новик ресурсоэнергосберега-щих технологий и оборудования для комплексной переработки торфа и производства на его основе безальтернативных видов продукции сельскохозяйственного и природоохранного назначения, а таюке товаров народного потребления; формирования многопрофильной структуры производства, базирующейся на использовании современных наукоемких технологических процессов.

Специфика сырьевой базы, админкстрат :вно-территориальное и зональное расположение предприятия накладывают свои условия на спрос торфяной продукции. Однако возможности формирования необходимого ассортимента этой продукции в настоящее время сдерживаются из-за отсутствия современных технологических процессов и оборудования для комплексной переработки торфа. Разработка процессов получения различных видов продукции из торфа позволяет избирательно приводить возможности производства в соответствие со спросом потребителей.

Работа выполнена в соответствии с научно-техничеекой программой "Минеральные ресурсы" и тематическим планом НИР (номера гос.рег.тем 01840025524, 01880041762).

Цель работы. Разработать новые энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование для переработки торфа и отходов торфяного производства, обосновать условия их применения, обеспечивающие повышение эффективности брикетного производства и использования торфяного сырья.

Ссноьиу.е ?»дачи исследований.

1. Анилиз свойств торфяной сушенки (температуры, ьлаюраз-ности) с тракте сушилка-пресс и влияния их на качественные показатели торфяных брикэтои.

2. Исследование топлофизических свойств торфяной сушенки и процессов неизотермич^ского переноса влаги п торфе при ого ва-куумирования, обоснованно способа подготовки торфяной сушенки к брикетированию.

3. У.эучение процессов структурообразования при прессовании торфа и обосновании тре(5оганий к конструкции оборудования для производства формоваьной продукции.

, 4. Анализ физико-химических свойств сырья (включая отх~ды) торфобрикетного производства и разработка способов его переработки.

5. Внедрение новых процессов и образцов оборудования для комплексной переработки тор^а на торфобрикетном заводе.

6. Технико-экономическое обоснование целесообразности применения разработанных технологических процессов переработки торфа для повышения эффективности торфобрикетного производства.

Метолы исследования. При решении поставленных задач использованы теоретические и экспериментальные методы исследования процессов тепломассообмена и структурообразопания; моделирования; планируемого, эксперимента; физико-химического анализа. Для исследования теплофизических и мпссообменньгх свойств дисперсных материалов разработан« новые лабораторные установки (а.с. 1509702, 1522007). Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием методов математической статистики и ЭЬМ.

Основные положения, выносимые на защиту:

I. Экспериментально-теоретические. Закономерности процессов тепломассопереноса в торфе при его вакуумировании, а таюке мас-сопереноса и структурообраэования в торфяных системах при их сушке и прессовании в вакууме.

?.. Научно-методические. Установки для исследования тепло-физических и массорбменных свойств торфяных систем, аналитические методы расчета изменения содержания влаги в торфяных системах при их охлаждении в вакуумэ.

3. Научно-технические. Способы подготовки торфа к брикетированию и производства питательных брикитов и торфоблоков, устройства для их осуществления, пресс для формования торфа и дру-

гих органических материалов, способы получения гуминового мелиоранта почв и субстратов для вырахцивения растеиий.

Научная новизна. Установлены особенности и закономерности термовлагопереноса в торфяных системах при их вакуумировании; обоснованы принципы снижения влагоразности и охлаждения торфяной сушенкн; получены зависимости для описания процессов массо-переноса и структурообразования при прессовании торфа с непрерывным отводом газа из зоны формования, а также при прессовании торфа с супкоП его в вакууме; обоснованы требования к конструкции оборудования для подготовки и переработки торфяного сырья, обеспечивающего направленное ьоздействие на физико-химические свойства готовой продукции и энергосбережение.

Практическая ценность. Созданы технология и оборудование для подготовки торфа к брикетированию; производства торфоблскоэ, добычи торфа ненарушенной структуры для гэльсксхозяйстзенного использования, производства питательных брикетов для выращивания рассады, производства субстратов для выращивания растений, про-излодства гуминового мелиоранта почв. ■ Разработаны и утвэрвдекы технические условия на производство новых видов продукции. Технологические процессы и оборудование защищены 7 авторскими свидетельствами и положительными решениями Госкомизобретений СССР. Результаты исследований и эффективность разработок проверены в производственных условиях на торфобрикетном заводе "Ганцезичс-кий" Госкомтопгаэа БССР и предприятиях Госагропрсма ECC?.

Апробация габоты. Результаты исследований долечены на 4If46 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Белорусского политехнического института (г. Минск, I965-I99G гг.), Всесоюзной конференции "Применение аппаратов порошковой технологии и процессов термсспнтеза в народном хозяйстве" (г. Томск, 1987 г.), Научно-практическом семинаре ВДНХ СССР "Соверпенствовашо технологии и увелтагн/о производства коммунально-бытового топлива" (г. Москва, 1968 г.), Всесоюзной научно-практ1иесксй конференции "Создание высокоэффективных процессов переработки к использования твердых горючих ископаемых" (г. Донецк, 1969 г.), Международной научно-техничзс-кой конференции "Достижения науки и техники б области ресурсосбережения и экологии" (г. Гомель, 1989 г.), Всесоюзной конференции "Коллоидно-химические проблемы экологии" (г. Минск, I99C г.). '

Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 7 а.с. СССР.

б

Объем работы. Диссертация изложена на 2Ы страницах, включает 117 страниц текста, 34 таблицы и 47 иллюстраций; состоит из введения, шести глав, выводов, списка литоратуры из 221 названий и б приложений на 66 страницах.

Автор благодарен канд.техн.наук Абрамцу'А.М. за научные • консультации при выполнении исследований процессов тепломассо-нерек^са и структурообразования в торфяных системах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы и ее актуальность, раскрыто современное состояние проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены положения, выносимые на защиту. Определены направления повышения эффективности торфобрикетного производства (рис. I) и методы их достижения, которые основываются на рациональном использовании сырья, отходов производства и продуктов переработки торфа, вовлечении новых сырьевых ресурсов, применении энергосберегающих технологий. Изложены методы достижения цели и перспективы дальнейших исследований.

Первая глава включает анализ современных представлений о брикетировании торфа, физико-химических и технологических факторах, ответственных за качественные показатели прессованной торфяной продукции. Приведен обзор исследований по технологическим процессам переработки торфяного сырья при производстве продукции сельскохозяйственного назначения. Особое внимание уделено методам направленного изменения свойств продукции на основе торфа и других видов органического сырья, предназначенных для мелиорации почвенных систем и растениеводства в открытом и защищенном грун-то (тепличный грунт; формованные субстраты для выращивания растений) .

Выполнен обзор работ по использованию отходов торфяного производства и продуктов переработки торфа для нужд народного хозяйства. С позиций анализа физико-химических и агрономических свойств торфяного сырья обоснованы принципы выбора направлений утилизации этих видов торфяных ресурсов е практика сельского, хозяйства, Рассмотрев современное состояние работ по рациональному использовании торфа, применению ресурсо- и энергосберегающих технологий.

Во второй гларЬ дано обоснование выбора объектов исследований. Приводами физико-химические и общетехнические характеристики торфяного сырья, .лкодов производства и продуктов переработки

ТвРФОБРикепише производства

| Сырье

Технологическое сырье

з:

Отходы производства

Внедрение новых технологии (эчереосберееохнцихг Надзотозка' к ЬРиК £П)иРОбиЧиЮ . ч/

Зкологоьезо- торфяной \ /

пасных ) сушен*, и /

V , X/ /

Повышение начестба Брикета Получение торфоБликиа дли выращивания растений /у /\ Г^ьХ—V

Получение Оьстрипюи лпя ¿ырищивомия ристении

Получение новых видов продукции на основе торфа

Получение. Фогыоаанноч тОрфЯнии продукции

Регулирование

КОНГЛ*1Кгт)~

пиго 6}ииЛН1/1КисГ1!■ вии л" "■'■>>'•¿'>1 нь;\ системах

Ре. су наривание

пиицсссоа гнаплоАшс-соперсноса

4 то»<*>у4нЫх СиС/пемс/Х

С

Рис. I, Направления и методы позькения эффективности торфобрикетного производства

ь

торфа, а также сапропелей, залегающих под слоем торфа на шра-ботанних участках торфяного месторождения.

Излогена мэтодика подготовки образцов к исследованию, приведены особенности проведения экспериментальных работ в лабораторных и производственных услогиях. Дано обоснование конструктивных схем и описание лабораторных установок, разработанных для исследования процессов брикетирования, тепломассопереноса в вакууме, структурообразования при прессовании, сушки и охлаждения в вакууме, определения теплофиэических, массообм.энньгх, водно-физических и других свойств дисперсных материалов, изложены особенности методики проведения экспериментов с использованием утих установок.

Для повышения точности определения теплофизических характеристик торфяных систем и других дисперсных материалов за счет устранения неоднородности плотности твердой фазы создана установка (рис. 2). Схема установки, приведенная на рис. 3, позволяет определить характеристики термовлагопереноса в торфяных системах в вакууме. Эти данные необходимы для обоснования режимов работы и расчета конструктивных параметров вакуумных тепло-массообменных аппаратов, применение которых позволяет снизить энергозатраты при ведении технологических процессов сушки и переработки влажного природного сырья. Кроме того, на данной установке представляется возмож»>ым исследовать механизм сушки влажных материалов в газовой среде при различном давлении б них паров воды.

Третья глава включает обоснование эффективности процесса подготовки торфяной сушенки к брикетированию и конструктивных особенностей оборудования для его осуществления. Здесь изложены результаты лабораторных и опытно-производственных исследований воздействия давления Р прессования, температуры Т, влаги СО" торфяной сушенки, а также условий модификации ее аммиаком (ЫНз ) на качественные показатели брикетов. Использование ¿УМл обусловлено работами проф. Н.И.Гамаюнова и др., которые показали эффективность модификации торфа аммиаком с. целью повышения прочности брикетов, Приведены данные по исследованию теплофизических характеристик торфяной сушенки и процессов термопереноса в ней влаги при вануумировании и охлаждении в вакууме.

Анализ характера изменения содержания влаги фракций материала в тракте сушилка-пресс и качества брикета позволил установить тесную взаимосвязь этих факторов (прочность брикета умень-

э

шается с увеличением влагоразности фракций). Показано, что наибольший вклад в изменение ДЫ торфяной сушении вносят фракции торфа с размером частиц 4*6,5 мм. Величина Думеньшается в процессе ее движения по технологическое тракту. Наибольшее изменение АЬ? (примерно в 2 раза) имеет место на участке мегду выгрузной камерой супилки и распределительным конвейером. Снижение величины Д UX может быть достигнуто путем1 выдерживания су-шенки в термостатирущей емкости, где исключается процесс тзр-мопереноса влаги и одновременно создаются условия для интенсификации диффузионных процессов, выравнивающих распределение влаги между фракциями материала. Однако продолжительность установления диффузионного равновесия в сутаенке, содержащей 4fI0 объемных % влаги, весьма существенна (3*4 часов), что обусловлено в основном интенсивностью процессов десорбции-сорбции паров воды между ео фракциями с разным содеожанием влага. Интенсификация этого процесса достигается при вэдении его в вакууме, где скорость переноса паров воды максимальна (конвективный перенос пара не осложнен присутствием воздуха), и остается существенно больше даже при охлаздении материала под воздействием ра-куумироьакия. Еремя установления сорбционного равновесия между фракция! ;и торфяной суленки в закууме зависит от ее температуры. Установлено, что вакуумирование сушении с Т = SO °С и А ^ * 10*13 % в течение 20-25 минут приводит к охлаждению ее до 22 °С и снижению ЛОТ до 3*5 %. Экспериментально показано, что скорость снижения Т и йОУ" непосредственно зависят от интенсивности вакуу:шрования сушенки и глубины вакуума, а также градиента температуры между материалом и конденсатором влаги в теплообменнике.

Методом планирования эксперимента установлено влияние содержания влаги (ОУ , %), температуры (Т, °С), условий модификации аммиаком (Я1 , % на с.в-во), давления (Р, МПа) прессования на прочность ( 6и , МПа) брикетов на изгиб. Для получения математической модели использован метод ротатабельного планирования второго порядка.'После обработки результатов эксперимента с использованием ЭВМ и исключения членов с малозначимыми коэфф5щкон-' тами математическая модель в натуральных переменных имеет вид: - • = ot$5Z*otH)?u)--o, oo<tfiT+0j23P+

0,000353orp - о, 000066 TP+o,?Pm- (1)

г • г '

- о,оо2бьг +о,оооо5Т т 7200/П .

(A.c. СССР I? 1509702)

Рис. 2. Установка для исследования теплофизических характеристик дисперсных материалов (I - корпус; 2 - камеры термостатирования; 3 - крышки торцовые; 4 - нагреватель; 5 - термопары; 6 - термостат; 7 - усилитель; 8 - регистрирующий прибор; 9 - источник пита-

ния

; 7 - усилитель; Ь - регистрирующий прибор; 9 -; 10 - исследуемый материал; II - сосуд Дьюара)

(A.c. СССР № 1522007)

VL Vii

. Рис. 3. Установка для исследования процессов неизотермического маосопереноса в торфяных системах (I - плита-теплообменник; 2 -камера термостатирования; 3 - корпус; 4;5 - патрубки ввода и вывода тормостатируемой жидкости; б - кассета с материалом;

- газовый затвор; Р - барогидростатируемая камера; 9 - патрубок; 10 - металлические опилки; II - крышка; 12 - кювета гидро-ст&тирования; 13 - теплоизоляция; 14 - термостаты; 15 - вакуумный насос)

Анализ модели (I) показал, что по воздействию на прочность брикетов исследованные параметры располагаются в следующей последовательности

ОТ | 5+25 %\>Ш\ 0+0,С1 %1>Р } Ь0+1б0 МПа) > Т | 20+120 °С | (2)

Максимальной прочностью обладают брикеты, полученные из сушении с содержанием в ней влаги ОТ = 15+17 % и при модификации ее аммиаком в количестве /71 = 0,005+0,ОСЬ % с.в-ва. При снижении температуры сушенки Т < 70 °С имеет место непрерывный рост прочности брикетов. При этом, прочность брикетов, полученных из сушенки с Т = £0 °С более, чем на 20 % вито, по сравнения с брикетами из аналогичного сырья с Т > 70 °С. Есзрастание прочности брикетоз из охлажденной в вакууме сушенки обусловлено преимущественно двумя механизмами. Зо-первых, при охлаждении сушенки в вакуум® снижается влагоразнссть ее фракций, что обеспечивает при брикетировании формирование однородных по прочности фазовых контактов между частицами торфа во всем сбгемо брикета. Во-вторых, со снижением температуры увеличивается прочность элементарных контактов между частицами прессуемого мчтвркада вследствие повышения сил межмолекулярного взаимодействия.

На основании полученных результатов разработаны способ подготовки торфяной сушенки к брикетированию и оборудование для его осуществления (а.с. № 1421759). Сущность способа заключается в снижении влагоралности к охлаждении торфяной сушенки в вакууме с последующей дополнительной модификацией ее (при необходимости) аммиаком. Экспериментально установлено, что применительно к сырью ТБЗ "Ганцевичский" для обеспечения качественных показателей торфяных брикетов в пределах, регламентируемых ГОСТ 9963-64, использование аммиака можно исключить. Достаточным является снижение Л ОУ и Т торфяной сушенки.

Показано, что применение предложенной технологии подготовки сушенки к брикетированию обеспечивает повышение производительности брикетных прессов на 3+4 % вследствие увеличения коэффициента заполнений матричного канала охлажденным материалом. При этом имеет место повышение прочности брикета на изгиб, снижаются потери продукции из-за крошимости. Кроме того, теплообменник установки выполняет роль своеобразной буферной емкости, позволяющей не прекращать работу прессов при остановке сушилок и другого технологического оборудования в течение 2+3 часов. Производственная установка для подготовки торфяной сушенки к брикетированию внедрена в брикетном цехе ТБЗ Танцевичский".

Т,*С

¡со

Исследован процесс охлаждения юрфяыой су-.аенки ь вакууме.

Ьа рис. 4 предетавлеьы кривые кинетики охлаждения материала в теплообменнике установки по подготовке торфяной сушенки к брикетированию при атмосферном давлении и в вакууме. Полученные результаты свидетельствуют, что скорость охлаждения материала в вакууме в 15*20 раз выше, чем при атмосферном давлении.

Охлаждение торфяной сушенки в вакуумо обусловлено испарением 'влаги, т.е. сушкой, ьатериила. Изменение илагосодержания сушенки при ее охлаждении, например, от 100 °С до 20 °С, при начальном УУ^ » 0,2 кг/кг (ОХ в 17 %) составляет около 0,07 кг/кг, т.е. количество испаряемой влаги в данном случае равно 40 % от первоначального ее содержания в материале. На каждую тонну сырья

выход ковденсата составляет 70 кг. Для предотвращения подачи к прессам пересушенной сушенки влпгосодеркание ь ней после сушилки должно превышать заданное по орикетируе-мости на 0,1*0,07 кг/кг. Это Позволяет снизить энергозатраты ка сушку. Кромо того, конструкция тег.лоыассообмен-иика установки для подготовки торф** к брккетироьаняи обеспечивает тпг.ж возможность утилизации теплоты сх-лаэдаегмоЯ сушенки. Достигается это подачей холодной води в рубаыку охлаждения, расположенную по внешнему контуру теилокассообмонншса. Нагретая

£30

20

__

П7

Л5 t. ычкз

Рис. 4.. Кинетика охлаждения торфяной сушенки (иг = 17 %) в теи-ломассообмоннике при атмосферном давлении (I) и в вакууме (2)

в установке вода может бить использована для хозяйственных нужд как вторичный источник тепяоьоЯ знзргии.

В табл. I прирчдены значения теплофиэичоских характеристик сушенки в зависимости от содержания s ной влаги. Полученные результаты свидетельствуют о низкой теплонроьодности А и температуропроводности аТ торфяной сушешш, вследствие чего процессы переноса тепла сопровождаются (]юрш!ровэнием в материале больших градиентов температуры. В свою очередь ото интенсифицирует термоперекос злаги, способствует неоднородности ее распределения

в материале. Таким образок, применений процессов охлаждения, основанных на использовании теплопроводности торфяной сушенки практически невозможно.

Таблица I.

Теплофизические овойстза торфяной сушенки (насыпная плотность - 320 кг/м3)

Содержа! ше ьлаги, , %

' От-ю,

\Цо\ Вт/м-

5 1,15

10 I,37

15 I,51

20 „1»32 Теплопронодность

0,053 0,076 0,087 0ДС6

= 0

(3)

Д сушенки растет с увеличением содержания в ной влаги, а температуропроводность <2Г ео максимальна при ОТ = 15 %. Это свидетельствует о том, что при данных условиях (соотношении жидкой и тьердой фаз) материал обладает максимальной скоростью распространения в нем полей температуры.

На основе результатов исследования топлофрзических свойств сушенки, закономерностей переноса тепла при фазовых переходах испарении воды, разработана математическая модель процесса ох-лахдения ее в вакууме. ^^, ¿у.

~о7 "77 ы,т?: ~ ч '

где Ц. - теплосодержание; Т - температура; \/У - влагосодержа-нне; /77 - мэсса испарившееся роды; - теплота испарения воды.

Решение мебели (3) позволило получить теоретическую зависимость для расчета конечного влагосодерлания УУк сушенки при заданной конечной температуре Т* сушенки от их начальных значений V« и Т. : __ %

_С£ ] £т +1/ )' С4 ' (4) где Сг и - удельная теплоемкость твердой фазы торфа и воды.

Таким образом, конечное влагосодержание V/* е сушенке после ее охлаждения в вакуума до 7* зависит от начальных значений и 7и • Причем, чем выше и Тн . том на большую величину

7*

в процессе охлаждения изменяются параметры сушенки, так как ¿у/ = - \г/к становятся больше.

1'де Л 7} = Тн-Т* •

Формула (5) позволяет рассчитать степень высушивания торфяной сушенки в процессе охлаждения ее в вакууме в установке по подготовке торфа к брикетированию. При этом, содержание влаги в сушенне на выходе из сушилки должно превышать' заданное (по бри-кетируемости) на величинуД\ДЛ Учет этой разницы влагосодержа-ний обеспечивает снижение энергозатрат на сушку торфяного сырья и уменьшает общий его расход при производстве брикетов на 5{-7 %.

Экономический эффект от использования установки по подготовке торфа к брикетированию при выпуска 100 тые.т топливных брикетов в год составляет 27,1 тыс.руб.

Четвертая глава содержит обоснованна технологических процессов производства формованных видов торфяной продукции (питательные брикеты для выращивания рассады, торфоблоки для выращивания растений). Технологии разработаны на основе исследования закономерностей механизма переноса влаги, структурообразования в торфяных системах при их прессовании, сушке в вакууме, а также водно-физических свойств данных видов продукции.

Установлено, что при непрерывном отводе газа и влаги из материала обеспечивается возможность прессования торфа в широком диапазоне содержания в нем влаги до 35 %, с формированием структур повышенной плотности (рис. 5). Экспериментально показано, что при частоте вращения матрицы П. = 2 С прессование торфа сопровождается образованием наиболее плотных структур (рис. 5). Обусловлено это, во-первых, компактной упаковкой частиц торфа под воздействием сдвиговых деформаций, побудителем которых является вращающаяся матрица, а также уменьшением деформации упругого последействия в продукции- после снятия прессовой нагрузки. Во-вторых, при отводе газа и влаги из зоны прессования уменьшат -ется их компрессия, что также способствует формированию структур с более плотной упаковкой частиц и повышенной плотностью твердой фазы в единице объема продукции.

На основании результатов исследований разработана конструкция пресса по производству питательных брикетов для выращивания рассады (а.с. № 1479325). •

Принцип действия пресса основан на снижении упругого противодействия каркаса твердой фазы прессуемого материала за счет организованной укладки частиц и формирования в нем структур переплетения, а такжз на уменьшении компрессии газовой фазы и влаги в материале путем непрерывного их удаления из зоны прессования за счет применения вращающейся патрицы со щелевыми газоотводящими каналами. Показано, что использование прессового оборудования с враща;сщейся матрицей обеспечивает снижение дазления прессования, повышает качественные показатели продукции,' позволяет осуществить прессование сырья, содержащее как волокнистые, так и порошкообразные ингредиенты. С целью улучшения водно-физических и агрономических свойств брикетов, интенсификации впитывания воды в них и раскисления торфяного сырья, предложено при производстве брикетов использовать порошок карбонатного сапропеля. Обоснованы условия подготовки торфяного сырья и его шихтовки с порошком сапропеля. Приведены выполненные. в БелНИИ картофелеводства и плодоовощеводства западного отделения ЕАСХНИЛ (БелНИИШЮ) результаты вегетационных испытаний брикетов. Разработаны технические условия на производство питательных брикетов.для выращивания рассады и организован их выпуск в качестве товаров народного потребления под торговым наименованием "Росток". Экономический эффект от внедрения технологии производства брикетов для выращивания рассады "Росток" составляет 16,1 тыс.руб/год.

Исследованы процессы сушки и структурообразования торфа в вакууме. Установлено, что вакуумная сушка торфа обеспечивает воз-

юоо-

730

ПС

Рис. 5. Елиянис частоты вращения щелевой матрицы и давления прессования на плотность торфяных брикетов при "Г = 35 % (I - Р = 16 МПа: 2 - 4Ь; 3 - &0; 4-110; 5 - 130 МПа)

моиность ведения процесса при сравнительно низкой температуре материала (60*90 °С) с высокой скоростью, сохранение гидрофильных свойств высушенной продукции и формирование иористой ее структуры. Кр./е того, процесс вакуумной сушки является наиболее экологически чистым, а его использовалч» позволяет практически

исключить выброси тепла в окружающую среду.

На рис, 6 представлены рузуль-таты исследования процессов струк-турообразования в торфоблоке при его сушке в вакууме (теплоподвод кондуктивный двухсторонний).

Установлено, что в процессе вакуумной сушки в поверхностных слоях торфоблока формируется структура с высокой пористостью . Пк , значительно превышающей пористость 11ц в центре торфоблока. Причем ПС тем больше, чем выше температура сушки материала (теплообменника Т). Продукция с подобной структурой обладает способностью более интенсивно впитывать воду, что весьма важно для данного вида торфяной продукции. Получение формованной продукции на основе торфа с аналогичной структурой другими методами невозможно.

На основе результатов исследования процессов неизотермического массопереноса в торфяных системах и сушки торфа в вакууме разработана установка по производству торфоблоков для выращивания растений (а.с. 1569249). Установка обеспечивает: направленное воздействие на качественные показатели продукции, снижение энергозатрат на производство торфоблоков, возможность использования вторичных источников тепла (пара,горячей воды, газов) и экологическую безопасность производства. Экономический эффект от внедрения установки для производства торфоблоков составляет 2,48 тыс.руб в год.

В пятой главе приведены результаты лабораторных исследований и производственных испытаний процессов, обеспечивающих получение тепличных грунтов с улучшенными (стабильными) структурно-

I

.Рис. 6. Формирование пористости по сечению торфоблока при вакуумной сушке. Торф верховой, /? = 15 %\ V« = 3 кг/кг; \Х/к = п 0,5 кг/кг; I - Т = ТОО °С; 2 - 60; 3-30 =С

водно-физическими свойствами 1 что особенно важно, учитывая условия их эксплуатации в экологически замкнутых объектах: повышенная влажность, температура, а также мелиорантов почвенных систем на основе торфа, сапропелей, продуктов их переработки и отходов торфяного производства.

Анализ источников сырья на предприятии и его свойств позволил обосновать возможность более эффективного (по сравнению с топливным) направления использования лома и окалины брикета для производства торфяных тепличных грунтов. Показано, что грунты на основе окалииы и лома брикета обладают структурой с высокой водопрочностью, газопроницаемостью и практически не подвержены самопроизвольному уплотнению на протяжении всего периода вегетации растений. На основе исследований разработан способ производства торфяных тепличных: грунтов (а.с. !'• 1510762), включающий подготовку сырья путем его сепарации и дробления крупных включений, модификация водно-физических свойств субстрата с последующим внесением в него раекпелителя (порошка карбонатного сапропеля). Сущность процесса улучшения водно-физических свойств торфяного сырья с малым содержанием влаги основана па использовании закономерностей термоадсорбциопной модификации пар шли воды поверхности тел с температурой ниже температуры паров воды. Для снижения энергозатрат предложено в качестве охлаждающего и гид-рофилизирующего субстрат ингредиента использовать снег или дробленый лед в количестве 10+50 % нас на сухое вещество сырья. Показано, что компоненты необходимо смешивать вместе при температуре торфяного сырья ниже 0 °С. Субстрат представляет собой сыпучий материал, обладающий хорошими гидрофильными свойствами, влагоудерживгющей способностью содержанием влаги 40+60 % мае. Экономический эффект при производстве 1000 т тепличного грунта Н1 основе окали.:ы и лома брикета составляет 2,88 тыс.руб.

Наиболее нестабильной характеристикой тепличных грунтов на основе фрезерною торфа является их структура. В течение одного культурооборота (5+6 месяцев) плотность твердой фазы торфяных тепличных грунтов возрастает примерно в два раза. Интенсивная осадка грунта ухудшает аэрацию, сопровождается разрывом корневой системы подвязанных к шпалерам растений, снижает их проективность. С позиций агрофизики тепличные грунты должны иметь стабильную структуру (порозность)и постоянную насыпную плотность. Показано, что этим требованиям отвечают грунты на основе торфа ненарушенной структуры, обладающие малой насыпной плотностью,

1Ь

высокими упругими свойствами, влагоудерживающей и фильтрационной способностью. Анализ процесса самоуплотнения торфа различного фракционного состава позволил разработать способ производства торфяных тепличных грунтов, основанный на применении торфяного сырья, обладающего высокой связностью и упругостью структурных единиц. Предложены способ и оборудование по добыче торфа для производства тепличных грунтов, позволяющие получать торфяную крошку с ненарушенной структурой растительных остатков внутри комков торфа и размером их - 10*50 мм. Сущность процесса добычи заключается в том, что механическое разрушение торфяной залежи осуществляется скалыванием торфа или его дроблением в промороженном состоянии в отличие от резания при фрезерной технологии. Добычу торфа представляется возможным вести круглогодично. Экономический эффект при производстве 1000 т тепличного грунта на основе торфа ненарушенной структуры составляет 3,2 тыс.руб.

В Белоруссии значительные объемы торфа используются для повышения плодородия почв и улучшения их агрофизикохимических свойств (до Ю0*2С0 т сухого вещее.ва на 1 га). Снижение запасов и объема добычи торфа в БССР обуславливает необходимость разработки процессов производства новых высокоэффективных видов продукции с малым расходом торфяного сырья для удовлетворения нужд сельского хозяйства. Бее большую актуальность приобретают также гроблемы охраны окружающей среды, при решении которых торф в ряде случаев представляет собой идеальное экологически безопаснее средство. Для решения отмеченных задач в ИПШРЭ АН БССР разработаны гуминовые мелиоранты почв, тепличных грунтов, территорий, нарушенных хозяйственной деятельностью человека.

Выполненные исследования процессов сорбционной модификации фрезерного торфа аммиаком в вакууме при различном давлении, а также свойств конечной продукции, позволили предложить технологию получения гуминовых мелиорантов (а.с. 1«' 1462139) на основе торфа. Разработаны технические условия на производство гуминовых мелиорантов почв и организован их выпуск в качестве товаро! народного потребления под торговым наименованием "Пушинка". Мелиоранты "Пушинка" прошли полный цикл производственных испытаний в качестве структурообразователей и рехуляторов водных свойств тепличных грунтов. Исследованиями БелЬИИ картофелеводства и плодоовощеводства, БелНШ почвоведения и агрохимии пока-

зана эффективность их для мелиорации тзпличных грунтов, ускоренной рекультивации территорий карьеров после добычи песка, гравия, глины, снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства. Норма расхода мелиорантов не превышает 15 т сухого вещества на I га. Использование мелиоранта в хозяйствах защищенного грунта обеспечивает получение экономического эффекта за счет лишь увеличения урожайности растений от 6,5 до 14 тыс.руб-на I га за один культурооборот. Экономический эффект при производстве IООО т мелиоранта "Пушинка" составляет 10,1 тыс.руб.

В шестой главе приведены результаты анализа экономической, эиерго- и ресурсосберегающей эффективности предложенной схемы организации производства на ТБЗ "Ганцевичский". Показано (табл. 2), что при сохранении существующих плановых заданий по топливным ('36 тыс.т) и сельскохозяйственным (Ь0,9 тыс.т в год) видам продукции, внедрение разработанных технологических процес~ сов и оборудования обеспечивает заводу получение экономического эффекта в размере 60,7 тыс.руб.в год.

Таблица 2.

Технико-экономические показатели ТБЗ "Ганцевичский"

Вариант "! ............ , Товарная продукция "У ------ ' Прибыль, тыс.руб..

\ тыс.т ! тыс.руб. ! !

Базовый

(1989 г. IX,9 1370,3

Предлагаемый 176,9 1566,3 60,7

Обоснованы перспективы использования результатов диссертационной работы. Представлено краткое описание новых технических решений, разработанных на основе данных, полученных при выполнении исследований по теме диссертации.

В приложении представлены акты приемки оборудования, опыт-ьо-производственных испытаний технологических процессов производства новых видов продукции, а также сельскохозяйственных ее испытаний в хозяйствах агропромышленного комплекса. Приведены расчеты экономической эффективности по результатам производственных испытаний.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что вакуумная обработка торфяной сушенки обеспечивает интенсивное снижение влагоразности фракций, ее охлаждение и сушку, повышает прочность бри1.этоь. На основе анализа закономерностей распределения и изменения влаги фракций сушенки и ее температуры в тракте сушилка-пресс разработаны способ и оборудование для подготовки торфа к брикетировании, обеспечивающие снижение влагоразности до 5 %.

2. Разработаны лабораторные установки и исследованы телло-физические свойства торфяной сушенки, процессы термовлагоперено-са в торфе при его вакуумировании. Полученные результаты с использованием предложенных математических моделей позволили обосновать методы сорбционной модификации торфяной продукции (юрфо-блоков, субстратов для выращивания растений, субстратных плит и др.) и конструкцию установки, обеспечивающей утилизации тепла • торфяного сырья после его сушки.

3. .Установлено влияние свойств торфяной сушенки и технологических режимов работы оборудования на качественные показатели брикета. На основании разработанной математической модели процесса выбраны оптимальные режимы работы, спроектирована и изготовлена установка по подготовке торфяной сушенки к брикетированию. Показано, что прессование охлажденной торфяной сушенки увеличивает производительность прессового оборудования на 34-4 %. Установка внедрена в технологическом процессе брикетного производства. Экономический эффект от использования установки на брикетном заводе производительностью 100 тыс.тонн брикета з год составляет 27,1 тыс.руб.

4. Установлено, что непрерывный отсод газа и влаги из прессуемого материала обеспечивает формование торфа в более широком диапазоне содержания влаги (до 35 %). Разработан пресс, позволяющий формовать торф с непрерывным удалением газа из зоны прессования. Показано, что использование прессового оборудования позволяет получать более качественную продукцию с плотной структурой, а также обеспечивает возможность прессования волокнистых и порошкообразных материалов.

5. Установлено, что при кондуктивной сушке торфа в вакууме увеличение температуры теплообменника сопровождается интенсивным протеканием фазовых переходов воды в материале и обеспечивает формирование высокопористых структур продукции. На основе, полу-

чанных результатов разработана установка для производства торфяных субстратных блоков, принцип действия которой основан на одновременной сушке и прессовании торфяного сырья в вакууме.

6. Предложен способ добычи тор;;а для производства тепличных грунтов, обеспечивающий круглогодичный цикл заготовки сырья и получения окомкованного торфа с ненарушенной структурой, содержащей 50*Ь5 % частиц с размером 10*50 мм.

7. Разработана и внедрена технология производства питательных брикетов для выращивания рассады на основе торфа и карбонатного сапропеля. Показано, что добавка в торф сапропелевого порошка позволяет снизить кислотность композиции, увеличить ее во-допоглощение на 50-40 %. Организован выпуск питательных брикетов "Росток" в качестве товаров народного потребления.

Ь. На основе исследования физико-химических свойств торфа, обходов брикетного производства, сапропелей, а также анализа ^правления природоохранного использования гуминового сырья, разработаны процессы, технологическое оборудование, технические условия на производство продукции для повышения плодородия почв и охраны окружающей среды. Организован выпуск гуминовых мелиорантов почв "Пушинка".

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Совершенствование технологии и повышение надежности работы оборудования в брикетном цехе // Торфяная промышленность1.-19Ы. - У 12. - С. 11-12 (Соавтор Молочко М.В.).

2. Исследование изменчивости гранулометрических характеристик торфяной сушенки в технологическом тракте торфобрикетного завода // Машины и технология торфяного производства. - Минск, 19Ь7. Вып. 16. С. 65-69. (Соавтор Петренко С.М.).

3. Технологический процесс получения торфяной сушенки на основе стабилизации (усреднения) ее параметров // Применение аппаратов порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве. - Томск, 1987. С. 137.

4. Исследование влияния степени разложения, влажности, диаметра частиц на насыпную плотность торфяной сушенки // Совершенствование технологии и увеличение производства коммунально-бытового топлива. - V.., 19Ш. С. 99.

5. Параметры сушенки в технологической схеме брикетного и а в ода с парс-трубчатой сулилкой // Торфяная промышленность. -1969. - № 2. - С. 1Ь-22 (Соавтор Лис Л.С.).

6. Гуминовыз препараты для мелиорации почвенных систем //

Материалы Мезд. Научно-технической конф. "Достижение науки и техники в области ресурсосбережения и экологии". - Гомель, 19Ь9. С. 159. (Соавторы: Лиштван И.И., Лбрамец A.M., Дудар-чик В.К., Кишкевич М.М.).

7. Новые экологобеэопасные процессы производства торфяной . продукции для сельского хозяйства // Коллоидно-химические проблемы экологии. - Минск, 1990. С. 159-160. (Соавтор Абрамец A.M.).

8. A.c. I42I759 (СССР). Способ охлаждения материала для брикетирования и устройство для его осуществления / Соавторы: Абрамец A.M., Бропка Г.П./. - Опубл. в Б.К., № 33, 1988.

9. A.c. 1479325 (СССР). Брикетирующий пресс. /Соавторы: Кислов К.Е., Буслов В.А., Абрамец A.M./. - Опубл. в Б.И. № 16, 1989.

10. A.c. 141.2139 (СССР). Способ получения гуминового мелиоранта почв /Соавторы: Лищтван И.К., Омецинский П.К., Абрамец A.M., Ивашкевич Л.С., Пешков С.А./ - ДСП. 1989.

11. A.c. 1509702 (СССР). Устройство для измерения теплофи-зических характеристик сыпучих материалов /Соавтор Лис Л.С./ -Опубл. в Б.П., № 35, 1989.

12. A.c. I5I0782 (СССР). Способ получения торфяного субстрата для выращивания растений /Соавторы: Омецинский П.К.., Абрамец A.M., Бровка Г.П., Лыч A.M., Кострома Г.Ф./ - Опубл..

в Б.И., № 36, 1989.

13. A.c. 1522007 (СССР). Установка для исследования процессов тепломассообмена в дисперсных материалах /Соавторш Абрамец A.M., Буслов Б.А./ - Опубл. в Б.И., № 42., 1989.

14. A.c. 1569249 (СССР). Способ прессования полуфабриката из волокнистых материалов и устройство для его осуществления /Соавторы: Абрамец A.M., Буслов В.А., Омецинский П.И./ - Опубл. в Б.К., № 21, 1990.

15. Установка для прессования торфа и других органических материалов // Информ.листок БелКИИКТИ № 301. Минск, 1989. - 4 с. (Соавторы: Кислов Н.В., Хозяев В.А., Абрамец A.M.).

16. Технология производства питательных брикетов для выращивания рассады // Информ.листок БелНИШШ № 514-1989. Минск, 1989. - 3 с. (Соавторы: Кислов Н.В., Омецинский П.И., Абрамец A.M., Хозяев В.А.).

17. Установка для производства торфоблоков // Информ.листок БелНИИНТИ № 513-1989. Минск, 1989. - 4 с. (Соавторы: Абрамец A.M., Хозяев В.А., Омецинский П.И.).

18. Технология производства торфяных субстратов для выражения растений // Кнформ.листок ВелНИИНТИ № 302. Минск,

389. - 3 с. (Соавторы: Абрамец A.M., Омецинский П.К., Соро-1H А.И.).

19. Гуминовда мелиоранты почв // Кнформ. лис ток БелНЖКТИ 515-1969. Минск, 1969. - 3 с.. (Соавторы: Абрамец A.M., Жки-

звич М.М., Лиатван И.И., Омецинский П.И.).