Техническое решение относится к проведению механохимических реакций различных масс и смесей, изготовлению, например, органо- минеральных удобрений, в частности солей гуминовых кислот на основе торфа, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных.

Использование гуминовых препаратов характеризуется гармоничным сочетанием ресурсосберегающих технологий, получением стабильных урожаев качественной продукции и бережным отношением к природе.

В настоящее время во всём мире резко возрос интерес к удобрениям гуматного типа. Гуминовые соединения, являясь физиологически активными веществами, регулируют и интенсифицируют обменные процессы в растениях и почве. Установлено, что гуминовые вещества не только увеличивают урожайность, массу плода и ускоряют сроки созревания, но и улучшают качество продукции, повышая содержание в ней Сахаров, витаминов при этом уменьшая количество нитратов. В 1981 году было принято решение о создании Международного общества по изучению гуминовых веществ (IHSS). Первым президентом общества был избран Р.Л.Маколм (R.L. Malcolm) США. Первая Международная конференция состоялась в 1983 году в штате Колорадо (США). На конференциях IHSS было констатировано, что первенство в исследованиях по технологиям получения гуминовых удобрений принадлежит ученым Советского союза и, прежде всего, Л.А.Христовой (Днепропетровск). Затем эти работы продолжили другие советские и российские ученые. Однако бум развития промышленных технологий производства гуматов начался все же в Европе и других странах мира в 80-90 годах 20 века. В России активный выпуск промышленных гуминовых препаратов начался лишь в конце 90 годов. Накопленный научный опыт позволил обеспечить выпуск препаратов по качеству, не уступающему зарубежным разработкам.

Гуматы - это группа естественных высокомолекулярных веществ, которые, благодаря особенностям строения и физико-химическим свойствам характеризуются высокой физиологической активностью. Механизм действия гуминовых веществ заключается в стимулировании всех биохимических процессов в организме растения не только на начальном этапе прорастания семян и образования корневой системы, но и дальнейшего роста и развития растения. Они изменяют проницаемость клеточных мембран, повышают активность ферментов, содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза, а также стимулируют дыхание, синтез белков, Сахаров, аминокислот и витаминов. Наряду с этим гуматы не токсичны, не канцерогенны и не обладают мутагенным действием, что в свою очередь создает предпосылки получения экологически чистой продукции. Существенное влияние гуматы оказывают на водно-физические и физико-химические свойства почвы:

• повышают влагоёмкость легких почв (в среднем на 30%), способствуя образованию агрономически ценной комковато-зернистой структуры;

• улучшают порозность и водопроницаемость тяжелых почв, препятствуя образованию трещин, корок, цементации пахотного слоя и образованию подплужной подошвы;

• способствуют аэрации и воздухопроницаемости почвенного профиля, оптимизируя корневое дыхание растений и окислительно- восстановительный режим почвы в целом;

• регулируют реакции ионного обмена между почвой и водными растворами;

• влияют на буферную емкость почв, тем самым способствуя поддержанию естественного уровеня рН даже при избыточном поступлении кислых или щелочных агентов. Важным аспектом является взаимодействие гуматов с разного рода

пестицидами и органическими экотоксикантами (нефтепродуктами,

альдегидами, фенолами и т.д.). Гуматы необратимо связывают их в

малоподвижные комплексы, которые выводятся из почвенного круговорота, препятствуя попаданию экотоксикантов в с/х продукцию и, как следствие, в организм человека.

При использовании гуматов в сельском хозяйстве отмечают следующее:

• увеличивается урожайность зерновых, кормовых и овощных культур в среднем на 30-40%;

• повышается всхожесть семян и их прорастание;

• улучшается обмен веществ у растений, повышается поглощение

минеральных веществ, усиливается корнеобразование;

• улучшается приживаемость рассады и растений при пересадке;

• увеличивается сопротивляемость растений к болезням, заморозкам и засухе, благодаря повышению активности фермента нитратредуктазы;

• снижается содержание нитратов, пестицидов, ионов тяжёлых металлов и радионуклидов, что позволяет говорить о возможности применения гуматов для рекультивации и обеззараживания почв.

Обычный способ применения гуматов - предпосевная обработка семян, опрыскивание вегетирующих растений, корневые подкормки. Возможно совместное применение гуматов с пестицидами при обработке посевов и семян.

В настоящее время промышленные гуматы широко применяют в Южной и Северной Америке, Китае, Австралии, Африке, Южных и центральных странах Европы, и конечно в России. При этом, в основном, используют гуматы трёх типов: гумат натрия, гумат калия и гумат аммония. Основным сырьём для промышленного получения гуминовых веществ до настоящего времени являются торф или особые сорта бурых углей. Преимуществом этого сырья является его доступность в различных регионах мира. Гуминовые кислоты в таком сырье представлены в виде высокомолекулярных нерастворимых в воде фракций. Извлечение гуминовых кислот происходит одновалентными катионами натрия, калия или аммония в щелочной среде. При этом получают разбавленные растворы солей гуминовых кислот, которые методом упаривания концентрируют до 2- 8% растворов. Такая технология определяет как хорошие технологические свойства препарата, так и его высокую стоимость в пересчете на содержание действующего вещества. Тем не менее, подобные препараты удобны для растворения и нашли свою рыночную нишу. Экономически более перспективной является так называемая «сухая переработка бурых углей» с получением сухих гуминовых препаратов. Эту технологию из-за её дешевизны используют большинство ведущих производителей мира. В то же время получаемые препараты имеют ряд недостатков, к которым можно отнести:

• неполную растворимость и содержание балластных нерастворимых компонентов: смол, битумов, окаменелостей и т.д. ;

• сложность обеспечения стабильного состава препарата, в том числе по тяжелым металлам, что обусловлено непостоянством сырья в месторождении;

• незначительное количество или отсутствие фульвовых и низкомолекулярных кислот.

Тем не менее, из-за относительной низкой цены эти гуминовые препараты наиболее широко представлены как на мировом, так и на российском рынке. В 80-х годах прошлого века ленинградскими учеными разработана новая технология получения экологически чистых концентрированных солей гуминовых кислот. Особенностью этой технологии является имитация природных процессов гумификации лигнинсодержащих органических веществ. В природе процесс гумификации древесного лигнина длится веками, а разработанный технологический процесс обеспечивает результат за 1-2 часа. При этом обеспечивается получение широкого комплекса высоко- и низкомолекулярных гуминовых соединений, в том числе солей фульвокислот. Широкий комплекс научных и технологических исследований этой технологии позволил с 1999 года предложить потребителям промышленный гуминовый препарат нового поколения - Лигногумат ^® . (1)

В промышленности известно также изготовление солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи NaOH, КаОН.

Известны конструкции шнек-прессов.

Так, например, известно устройство для приготовления брикетов.

На выходе пресса установлен формующий узел, выполненный в виде замкнутого ленточного транспортера и формующих камер, а также в виде прессующего элемента, который шарнирно установлен на выходе прямоугольного насадка . Формующие камеры образованы поперечными перегородками с заостренной торцевой кромкой. Прессующий элемент выполнен в виде пластины и подпружинен относительно рамы. Шнек смешивает и перемещает навозную массу. Жидкая фракция удаляется через отверстия перфорации корпуса . Уплотнение завершается в прямоугольном насадке . Транспортер поперечными перегородками сжимает навозную массу, а пластина взаимодействует с кромками перегородок, перетирает волокнистые включения (2).

Шнек-пресс переработки полимерных отходов "ШПППО" предназначен, преимущественно, для раздельной переработки полимерных отходов в виде пакетов, пленочных упаковок, кусков пленок и им подобных в полимерные, преимущественно, трубчатые изделия и отличается от известных применением загрузочного короба с поворотной стенкой, образующей проем для подачи отходов, а также оснащенный упругим элементом, например, резиновым, который создает с крышкой короба герметичную полость с подачей в последнюю сжатого воздуха и снизу которой закреплена подпрессовочная плита принудительно подающая отходы в трубчатый корпус шнекового вала, снабженного в зоне подачи отходов зубчатыми ножами, закрепленными по винтовой линии между шнековыми витками, при этом корпус шнекового вала и его теплоизолированный кожух образуют полость насыщенного пара с температурой 110-120°С, сообщаемую со смежной кольцевой полостью острого пара температурой 130-150°С через отверстия диаметрами 0,002-0,005 м в разделительной стенке и обогревающую формовочный цилиндроконический мундштук, а получаемый расплав полимера, продавливаемый зазоры между мундштуком и цилиндроконическим концом шнекового вала, формируется в полимерное изделие преимущественно трубчатого типа, охлаждаемое на выходе из мундштука и снаружи подачи холодной воды "на проход" посредством вентилей в кольцевую полость и омывающую концевой участок мундштука, а из внутри - подачей сжатого воздуха вентилем через сквозное центральное отверстие в шнековом валу, вращаемому с задаваемой скоростью с помощью ведущего шкива-маховика и клиноременной передачи посредством, например, мотор-редуктора (3).

Наиболее близким аналогом относительно заявляемого технического решения - способа и механохимического реактора - является шнек-пресс, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приёмную ёмкость исходного материала, шнек, мундштук, снабжённый ультразвуковыми излучателями (4). Устройство применяется в коксохимическом машиностроении, в частности в устройствах для брикетирования угольной массы.

Однако, указанные способы и конструкции аналогов, в том числе ближайшего аналога, не могут обеспечить достаточное качество получаемой продукции, в частности солей гуминовых кислот.

Задачей заявляемого решения является разработка способа и реактора для проведения механохимических реакций различных исходных материалов и смесей с использованием шнека, в частности производства солей гуминовых ислот.

Техническим результатом является получение гомогенизированной продукции в реакторе, в котором эффективно протекают механохимические реакции, в частности для получения природного экологически чистого удобрения.

Предложен способ проведения механохимических реакций и реактор для осуществления этой цели.

Способ проведения механохимических реакций при сжатии, температуре, давлении и обработке ультразвуком исходного материала в реакторе, при этом обрабатывают массу с помощью шнека, характеризуется тем, что обрабатываемая масса в объёме 10-90% реверсивно поступает по каналам реактора в зону многократного сжатия, а обработка ультразвуком происходит с помощью двухчастотного кольцевого ультразвукового концентратора, частоты которого отличаются друг от друга на 0,01-15%.

Способ получения солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи в механохимическом реакторе характеризуется тем, что щёлочь составляет 10-20% от массы торфа в сухом эквиваленте.

Механохимический реактор, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приёмную ёмкость исходного материала, шнек, мундштук и ультразвуковой генератор, характеризуется тем, что корпус реактора выполнен в виде многогранника с каналами вдоль оси корпуса, при этом в каналах расположены гребёнки, а ультразвуковой генератор представляет собой кольцевой ультразвуковой концентратор.

Механохимический реактор характеризуется тем, что указанный многогранник имеет шесть или более граней, а гребёнка выполнена треугольной.

Механохимический реактор характеризуется тем, что размеры гребёнки составляют 0,01-0,5 высоты указных каналов относительно окружности механохимического реактора.

Механохимический реактор характеризуется тем, что соотношение диаметра мундштука и корпуса реактора находится в пределах 1 :10-1 :2.

Механохимический реактор характеризуется тем, что ультразвуковой концентратор расположен в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы.

Механохимический реактор характеризуется тем, что мундштук выполнен регулируемым по диаметру выхода массы либо съёмным.

Реактор на выходе перед мундштуком снабжён кольцевым ультразвуковым концентратором, выполненным с ультрозвуковыми излучателями, в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы. Однако, наибольшее сжатие может быть создано и в других зонах реактора.

Механохимический реактор иллюстрируется на фигурах: фиг. 1 - схема реактора, фиг. 2, Б - выноска по фиг.1 , гребёнка в канале, фиг. 3 - разрез фиг. 1 по линии А-А, поперечное сечение реактора, фиг. 4 - схема частотного сложения (по частоте биений) ультразвуковых колебаний концентратора.

Цифрами на фигурах обозначено: 1 - корпус реактора, 2 - шнек, 3 - витки шнека, 4 приёмная ёмкость, 5 - вал, 6 - редуктор, 7 - электродвигатель, 8 - УЗ концентратор, 9 - мундштук, 10 - исходные материалы, например, смесь торфа и щёлочи, 11 - гребёнка, 12 - каналы, 13 - грани корпуса реактора.

Работает реактор следующим образом. Электродвигатель 7 вращает вал 5 через редуктор 6 (фиг.1). Предварительно перемешанные в смесителе (на чертеже не показан) исходные материалы загружаются в приёмную ёмкость 4, откуда по шнеку 2 перемещаются в зоны сжатия и смешения (перетирания), в которых образуется давление от 1 до 300 атм. и температура от 20 до 120 С. Обратываемая масса проходит по каналам 12, имеющим гребёнки И , например, треугольной формы, высотой Н (поз. Б фиг.2 и фиг.З). Масса неоднократно подвергается механохимической обработке за счёт сжатия, перетирания, температуры и давления в каналах 12 (до 90% массы возвращается на повторную обработку). Многогранник реактора в корпусе 1 (фиг.З) имеет шесть или более граней 13, а гребёнка выполнена треугольной причём размеры гребёнки составляют 0,01-0,5 высоты указных каналов относительно окружности механохимического реактора.

Соотношение диаметра мундштука и корпуса реактора находится в пределах 1 :10-1 :2.

Перед мундштуком 9 на массу воздействуют двухчастным ультразвуком кольцевого концентратора 8 (на фиг. 4 показана частота и амплитуда биений ультразвука, U - амплитуда, t - время); частоты ультразвукового концентратора отличаются друг от друга на 0,01-15%.

На выходе из реактора на обрабатываемую массу воздействуют ультразвуком для гомогенизации массы и получения высококачественного продукта.

В механохимическом реакторе вместо кольцевого ультразвукового концентратора может быть применён иной концентратор, но расположение его целесообразно в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы, т.е. на выходе реактора - перед мундштуком или в собственно мундштуке.

Конструкция мундштука обеспечивает принудительный возврат обрабатываемой массы по каналам реактора в зоны многократного сжатия (мундштук выполнен регулируемым по диаметру либо съёмным). При получении солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи в механохимическом реакторе щёлочь составляет 10-20% от массы торфа в сухом эквиваленте.

Жидкая фракция и образующиеся газы в реакторе при обработке массы способствуют интенсификации процесса и повышению качества продукции.

Рассматриваемые способ и реактор могут также успешно применяться для активации и пропорционального распределения по объёму нанодобавок, например, в многокомпонентных строительных (бетонных, штукатурных и других) и иных смесях.

Скорость вращения вала шнека зависит от ряда факторов, одним из которых является качественные характеристики обрабатываемой массы. Материал, из которого изготавливается шнек-пресс - высокопрочная сталь.

Форма готовой продукции в виде непрерывно выходящей из мундштука заготовки определяется контуром и размерами поперечного сечения самого мундштука, преимущественно являющегося сменным элементом реактора.

Преимуществами предложенного решения являются:

- предложенные способ и механохимический реактор являются универсальными и могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства;

- обработка массы в реакторе подобного типа обеспечивает интенсификацию процесса и повышение производительности и качества продукции;

- реактор может быть также использован для производства различных удобрений, например, органо-минеральных удобрений, в частности солей гуминовых кислот на основе торфа, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и т.п.;

- рассматриваемые способ и реактор могут также успешно применяться для активации и пропорционального распределения по объёму нанодобавок.

Источники информации.

1. Интернет: www.humate.spb.ru 2.Патент СССР JY« 1768052, А01СЗ/00, опубл. 15.10.1992.

3. Заявка на изобретение РФ Jfe 2001129679 А, опубл. 27.10.2003.

4.Авторское свидетельство СССР N° 405717, опубл. 05.1 1.1973.