Гумат натрия в пищевой промышленности. Гуматы. Обработка грунта гуматом натрия

Изобретение относится к переработке торфа, а именно к способу получения маточного раствора гумата натрия, и может найти применение в различных областях - в сельском хозяйстве, металлургии, резиновой промышленности, ветеринарии, медицине, деревообрабатывающей и пищевой промышленности. Торф сушат, измельчают до размера частиц не более 1 мм, просеивают и фасуют вместе с реагентом NаОН в пакеты из нетканого гигроскопического материала размером 30 х 40 см. На 1 кг торфа берут 50 г NаОН, пакеты плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакеты помещают в пластмассовую емкость и заливают водой при температуре 70-80 o С в соотношении исходный материал/жидкость 1:20 - 1:25. Надавливая на пакет, жидкость тщательно перемешивают в течение 10-15 мин до появления пены коричневого цвета, затем емкость плотно закрывают и ведут запаривание в течение 2-3 ч, снова тщательно перемешивают жидкость в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают. Способ позволяет упростить и удешевить технологию получения гумата натрия, а также получить более концентрированный раствор биологически активного препарата. 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к способу получения маточного раствора гумата из природного сырья, а именно из торфа, и может найти широкое применение в различных областях народного хозяйства: в сельском хозяйстве (растениеводстве, садоводстве, животноводстве, птицеводстве), в металлургии, резиновой промышленности, деревообрабатывающей промышленности, ветеринарии, медицине, пищевой промышленности. Проблема разработки дешевых технологий для получения биологически активных препаратов из природного сырья является актуальной задачей. Важная биологическая роль гумуса в природе и оказываемое им влияние на растительные и другие организмы постоянно привлекают внимание к гуминовым веществам (ГВ). Современные сведения о природе и свойствах ГВ, особенно их ценной составляющей - гуминовых кислот (ГК), довольно широко отражены в различных источниках информации. Основные стадии процесса получения ГК можно охарактеризовать следующим образом: приготовление торфокислотной суспензии (1:20), гидролиз торфа в кислой среде (4%-ная серная кислота) в течение 4-х часов, подщелачивание продукта до pH 12 - 13, щелочная обработка в течение 1 часа, подкисление гидролизата до pH 3,4 - 4,0, отделение от жидкого продукта гуминового комплекса центрифугированием (Г.В. Наумова "Торф в биотехнологии", Минск, "Наука и техника", 1987, с. 85). Гуминовые препараты кислотно-щелочного гидролиза по сравнению с исходными ГК имеют более высокую степень окисленности, парамагнетизма, что повышает их биологическую активность. Известен способ приготовления органического реагента (пат. РФ N 2025515, C 22 B 3/16, 10.06.92), заключающийся в смешивании торфа с раствором гидроокиси натрия, термообработке полученной смеси, отделении раствора органического реагента фильтрацией. Темообработку смеси ведут при температуре 115 - 130 o C. Выщелачивание металлов из сырья органическим реагентом проводят при следующем режиме тепловой обработки: давление 0,3 - 0,5 атм в течение 10 - 30 минут при температуре процесса до 130 o C. Известен способ подготовки торфа для его комплексной переработки (а.с. СССР N 1460036, C 10 F 9/00) на химические продукты путем экстракции торфа кипящим бензином БР (бензин ректификационный) для получения воска и гуминовой кислоты. Торф предварительно перед экстракцией подвергают термообработке при температуре 225 - 275 o C в среде газов разложения с последующим резким охлаждением. Известен способ получения гуминовых кислот (а.с. СССР N 1509393, C 10 F 9/00) из торфа, включающий подсушивание, измельчение, обработку щелочью, выделение целевых продуктов. Измельченный подсушенный торф подвергают термообработке при температуре 225 - 275 o C в среде газов разложения, твердый остаток термолиза повергают обработке бензином БР для экстракции воска, а затем остаток обрабатывают раствором щелочи и выделяют гуминовые кислоты подкислением (прототип). Недостатком известных способов является сложность технологического процесса. Технической задачей изобретения является упрощение способа получения маточного раствора гумата натрия и удешевление технологического процесса, а также получение наиболее концентрированного (маточного) раствора гумата натрия. С этой целью предлагается способ получения гумата натрия, включающий сушку, измельчение и просеивание исходного материала (торфа), обработку исходного материала с выделением целевого продукта. Исходный материал измельчают до размера частиц не более 1 мм и дозируют вместе с реагентом NaOH из расчета 1 кг торфа и 50 г NaOH в пакеты из гигроскопического нетканого материала размером 36 х 40 см, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакет помещают в емкость до 25 литров и заливают водой температурой 70 - 80 o C в количестве 20 - 25 литров, жидкость с пакетом в емкости тщательно перемешивают в течение 10 - 15 минут, затем емкость плотно закрывают и ведут запаривание в течение 2 - 3 часов, затем жидкость в емкости снова тщательно перемешивают, вынимают пакет из емкости и отжимают его. Полученный раствор - маточный раствор гумата натрия - используют по назначению. Отжатые пакеты - твердую фракцию утилизируют. На чертеже изображена технологическая схема для получения маточного раствора гумата натрия, где: 1 - приемный бункер, 2 - вибросито, 3 - редуктор, 4 - двигатель, 5 - бункер-дозатор, 6 - упаковочный узел, 7 - термопак оборудование, 8 - склад готовой продукции. Сырьем для приготовления гумата натрия является, например, осоковый низинный фрезерный торф со степенью разложения не ниже 20%. Исходное сырье высушивают до влажности 40 - 45% и измельчают в машине измельчения при установке сита диаметром не более 1 мм, затем подают в бункер-дозатор. Из бункера-дозатора продукт фасуют в пакеты размером, например, 36 х 40 см, причем на 1 кг торфа берут 50 г NaOH, который фасуют вместе с торфом в тот же пакет. Для пакетов используют нетканый гигроскопический материал, например укрывной материал СПАНБОНД. Пакеты плотно укупоривают, например зашивают, и помещают в полиэтиленовые мешки для удобства транспортировки. Для приготовления маточного раствора пакет вынимают из полипропиленового мешка, помещают в пластмассовую емкость из пищевой пластмассы объемом, например, до 25 литров и заливают водой температурой 70 - 80 o C в количестве, например 20 - 25 литров. Интенсивно перемешивают жидкость в емкости, надавливая на пакет в течение 10 - 15 минут до выделения пены коричневого цвета, и плотно закрывают крышкой. Запаривание ведут в течение 2 - 3 часов. Затем еще раз интенсивно перемешивают жидкость в емкости, надавливая на пакет, вынимают пакет и тщательно его отжимают. Отжатые пакеты с твердой фракцией утилизируют. Жидкая фракция - концентрированный (маточный) раствор гумата натрия. Фасовка исходного сырья в количестве 1 кг выбрана из расчета удобства составления пропорций "исходный материал: жидкость". Использование нетканого гигроскопического материала для изготовления пакетов позволяет использовать пакет в качестве своеобразного реактора. Температура воды для заливания исходного сырья 70 - 80 o C выбрана из расчета сохранения клетки исходного сырья в "живом состоянии". Время размешивания жидкости в емкости 10 - 15 минут выбрано из расчета насыщения исходного сырья кислородом из воздуха и полного растворения NaOH в жидкости (воде). Запаривание исходного сырья в течение 2 - 3 часов выбрано из расчета полного отделения ГК. Структурная формула гуминовой кислоты по С.С. Драгунову имеет вид:

В предлагаемом процессе учтены все требования, предъявляемые к технологическим процессам получения качественного гумата натрия: наличие гидромодуля; окислительный процесс происходит за счет расчитанного размера пакета, свободного перемещения в нем измельченного торфа, растворения реагента в жидкости в сочетании с кислородом, находящимся в пакете, pH 7 - 8. В табл. 1 даны выходы водорастворимых и легкогидролизуемых веществ из исходного торфа. В табл. 2 даны характеристики гуминовой кислоты исходного торфа. Влажность и зольность исходного торфа определяют по следующим стандартам: влажность аналитическая - по ГОСТ 11305-83, зольность аналитическая A - по ГОСТ 11306-83. Влажность и зольность исходного торфа даны в табл. 3. В табл. 4 приведен сравнительный анализ элементного состава гумата натрия, полученного по предлагаемому способу и по способу-прототипу. Целевой продукт - маточный раствор гумата натрия, по предлагаемому способу отфильтрованный раствор без балласта получают без использования реактора и центрифуги и другой дорогостоящей аппаратура. Так, например, в технологическое оборудование по способу-прототипу входит: узел термообработки со стальным реактором, термопара хромель-алюмелевая в стальном чехле с потенциометром, электромотор с регулятором скорости вращения, трубчатая печь, лабораторный автотрансформатор. Узел охлаждения состоит из душа и приемной ванны; шахтомельничная сушилка, измельчающая машина, вибросито. Полученный препарат - гумат натрия - представляет собой экологически чистый продукт природного происхождения, обладающий высокой биологической активностью в отношении широкого класса вещества органической и минеральной природы. Он обладает антимикробными свойствами: подавляет жизнедеятельность патогенной микрофлоры, содержит органические кислоты, способные разрушать кислотонеустойчивые токсины, обладает вяжущими свойствами, активизирует обмен веществ, углеводный и белковый метаболизм, усиливает дыхание, повышает коэффициент использования питательных веществ кормов, стимулирует жизнедеятельность микрофлоры, ускоряет рост и формирование организма. Рассмотренные характеристики подтверждены: Государственной комиссией по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками; Всесоюзным онкологическим научным центром (г. Москва); Институтом экспериментальной и клинической онкологии (г. Москва); Комитетом по канцерогенным веществам и мерам профилактики (г. Москва); Ветеринарным фармакологическим советом (г. Москва); Государственным агропромышленным комитетом (г. Москва), Министерством сельского хозяйства при правительстве Свердловской области (г. Екатеринбург); ЗАО "Богдановическая птица" (Свердловская область) и др. Препарат сертифицирован.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения гумата натрия, включающий сушку, измельчение и просеивание исходного материала, обработку исходного материала с выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют, например, осоковый низинный фрезерный торф, который измельчают до размера частиц не более 1 мм, дозируют и фасуют вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала размером 36х40 см, на 1 кг торфа берут 50 гр NaOH, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакеты помещают в емкость и заливают водой при температуре 70 - 80 o C в соотношении исходный материал/жидкость 1:20 - 1:25, надавливая на пакет, жидкость в емкости тщательно перемешивают в течение 10 - 15 мин, затем емкость плотно закрывают и ведут запаривание в течение 2 - 3 ч, снова тщательно перемешивают жидкость в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают.

Сырьем для получения гуматов служит торф, сапропель, бурый уголь. В общих чертах технологии получения гуминовых препаратов достаточно просты. Воздействие на сырье, содержащее повышенное количество гуминовых кислот, щелочами, возможно в автоклавах, с последующей фильтрацией и нейтрализацией полученного продукта.

По подобной технологии гуминовые биостимуляторы в РФ получают уже не менее пятидесяти, а может и сотни различных предприятий. Разброс по качеству получаемого продукта огромный. Среди современных технологий, обеспечивающих получение продукции на высоком уровне, на сегодня используют технологии механохимической активации. Сущность технологии заключается в мощном импульсном механическом воздействии на гумат содержащее сырье, окисленные бурые угли, торф, и сухую щелочь. Например, в некоторых модификациях шаровых мельницах, в которых мелющие тела обеспечивают перегрузку в несколько десятков g. Понятно, что такие аппараты весьма непросты и энергоемки.

Другим эффективным способом, завоевывающим все большую популярность, является проведение стандартных химических процессов в жидкой фазе при организации в ней развитой зоны кавитации.

Кавитацией называют процесс исчезновения ( « схлопывания») парогазовых пузырьков, возникающих в жидкости при ее резком растяжении. При этом, как правило, возникают следующие эффекты:

• В зоне с характерными размерами не более 0,1 мм возникают импульсные локальные давления до 50 - 70 тысяч атмосфер.
• Температура в этих зонах практически мгновенно может подняться до 7 - 15 тысяч градусов.
• Как установлено экспериментально, на последней стадии сжатия пузырьки могут трансформироваться в тороидальные структуры с мощным иглообразным выбросом вещества. При этом скорость острия такой « иглы» может достигать нескольких сотен метров в секунду, и может приближаться к скорости звука в данной среде.
• Объемная плотность кавитационных пузырьков, при грамотной организации процесса, может составлять 1 миллион на см 3 среды.
• При определенных условиях могут возникать зоны довольно мощного ультрафиолетового излучения.

Все эти обстоятельства обуславливают не только сверх эффективное ускорение экстракции полезных веществ из данного сырья, но и обуславливают протекание специфических реакций, в частности реакций гидротермального синтеза, промышленное протекание которых в мягких условиях практически невозможно.

Таким образом, кавитация работает уже на « молекулярном» уровне.

Если говорить конкретно об использовании « кавитации» для получения эффективных профессиональных гуминовых препаратов, то уже общепринятым считается то, что при этом получаются препараты с существенно более высоким уровнем физиологической активности, даже при несколько меньшей концентрации в препарате гуминовых соединений.

Это и понятно. Гуминовые кислоты и их соли относятся к неупорядоченным полимерным структурам полифенольного типа, у которых понятие молекулярной массы достаточно условно. Таким образом, чем мельче мы имеем фрагменты такого « полимера», тем эффективнее идет их усваивание мембранами клеточной структуры растений.

О высокой эффективности использования кавитационных аппаратов для получения качественных профессиональных гуминовых препаратов с высоким содержанием действующего начала говорят многие исследователи. Например, по некоторым данным выход водорастворимых органических веществ, при такой обработке торфа, может достигать 100 г/л.

Если использовать этот же химизм, но при условиях классического синтеза препарата, то данный показатель будет ниже, как минимум в 5 - 6 раз.

Важно подчеркнуть, что при подобной обработке исходная суспензия сырья испытывает в своей массе минимальный нагрев, на уровне не более 40 - 50 градусов. При этом в получаемом продукте в максимальной степени сохраняются, не разрушаются, многие полезные соединения, целостность которых в других условиях эффективной экстракции, например, при автоклавировании, обеспечена быть не может.

Более эффективным, как в плане получаемых результатов, так и в плане организации технологии является использование ультразвуковых кавитационных аппаратов, использующих в качестве излучателей ультразвука пьезокерамику.

Но и здесь не все однозначно. Как показала практика работ в данном направлении, использование таких аппаратов с погружными излучателями имеет ряд недостатков. К ним можно отнести ограниченный ресурс таких излучателей вследствие кавитационной эрозии и ряд технологических проблем при работе на мягком растительном сырье, в частности, торфе.

Использование ультразвуковых кавитационных реакторов с наружным расположением керамических излучателей и дополнительной фокусировкой ультразвукового излучения непосредственно в потоке обрабатываемой среды снимает не только большую часть физических и технологических проблем, но и обеспечивает получение продукции с высоким качеством и хорошими технико — экономическими показателями. Качество получаемого препарата, например, по валовому содержанию гуминовых соединений не уступает лучшим аналогам

Отметим, что в аппаратах серии « РУЗ» реализуется сверх мощный режим кавитации, так называемая « стриммерная» кавитация. Плотность ультразвукового излучения в осевой зоне таких реакторов может достигать нескольких десятков Вт/см 3 . Подобных параметров даже в самых лучших роторных аппаратах достичь в принципе невозможно

Нами создан производственный комплекс для производства гуматов из торфа, сапропеля с применением ультразвукового оборудования, которое позволяет получить высокое качество конечного продукта при снижении его себестоимости. Рабочая технологическая температура 40-50⁰С.

Результаты анализа гуматов калия, произведенные с применением ультразвука:

Применение комплекса позволяет:

• Уменьшить производственные площади;
• Снизить энергетические затраты;
• Снизить себестоимость продукции;
• Производить биоактивные низкомолекулярные гуматы;

Мы предлагаем;

• Оборудование.
• Технологию.
• Обучение персонала.

Комплекс изготавливается как в стационарном исполнении, так и в мобильном исполнении.

Владимирская область, виноград сорта ИЗАБЕЛЛА, открытый грунт, 3-декада июня.
В 1-ой декаде июня обработан гуматом калия, изготовленным на нашем оборудовании.

Гуматы и ультразвуковая кавитация

в вопросах экологии

В связи с высокой актуальностью задач по разработке эффективных технологий санации зараженных территорий, а также разработки эффективных технологий оперативного уничтожения высоко токсичных отходов, перевозка которых на централизованные полигоны проблематична, становится актуальной проблема разработки не только эффективных и дешевых комплексообразователей (сорбентов), но и создания эффективных мобильных комплексов для решения данных проблем. В пределе, такие мобильные комплексы должны использовать, в качестве сырья для получения эффективных комплексообразователей, многие подручные природные материалы.

Одним из вариантов решения данных проблем может быть разработка мобильных комплексов на основе использования надежных сверхмощных проточных ультразвуковых кавитационных реакторов с осевой фокусировкой ультразвукового излучения, например, ультразвуковых кавитационных реакторов серии « РУЗ», производимых нашей фирмой многие годы.

Отличительной особенностью этих аппаратов является высокая плотность накачки ультразвукового излучения по оси реактора, до 10 Вт/см 3 и более при опорной частоте ультразвукового излучения 20 - 22 кГц.

Столь высокая плотность акустического излучения обуславливает, в частности, возможность кавитационной деструкции воды с плотностью образования гидроксил-ионов до 3 мг-экв/л и более. Уже само по себе это может обеспечивать безреагентное обеззараживание некоторых химических соединений, поскольку гидроксил-ионы являются самым мощным окислителем из всех известных соединений.

Дополнительно, при деструкции воды в таких условиях, образуется значительное количество перекиси водорода.

При самоуничтожении кавитационных микро пузырьков возникает УФ излучение в диапазоне 300 - 360 нм, возникают импульсные локальные давления до нескольких десятков тысяч атмосфер, импульсно температура в таких зонах может вырасти до 10 - 15 тысяч градусов. Кроме того, могут возникать импульсные локальные струйные течения со скоростью острия до 600 м/с.

Данные обстоятельства позволяют дробить на « нано уровне» многие не только аморфные, но и кристаллические материалы, свежие сколы которых уже сами по себе имеют высокую каталитическую активность. То есть, возникает реальная возможность использования многих подручных материалов для получения качественных « сорбентов-комплексообразователей», практически мгновенно реагирующих с уничтожаемыми химическими соединениями в рамках единого технологического процесса.

Реализация подобной идеологии также может обеспечить получение высоко активных гуминовых комплексообразователей из почвенных структур, например, из торфа и сапропеля. Это может обеспечить проведение качественной детоксикации достаточно обширных территорий почвы при минимальных затратах.

В данном случае суть проблемы заключается в том, что, с одной стороны, сами по себе гуминовые комплексы торфа и сапропеля являются достаточно эффективными комплексообразователями для необратимого связывания многих токсических химических соединений, радионуклидов и тяжелых металлов. С другой стороны, высокая активность таких комплексообразователей в значительной степени связана с содержанием в них легких фракций, а именно, фульвокислот.

Что касается последнего обстоятельства, то отметим, что гуматы, получаемые по разработанной кавитационной технологии имеют повышенное содержание таких легких активных фракций. Например, как показывают анализы, содержание фульвокислот в препаратах, получаемых по данной технологии, как минимум в 10 раз выше, чем содержание фульвокислот в препаратах аналогичной химической структуры, получаемых по классической автоклавной технологии.

В качестве примера возможности использования гуминовых комплексообразователей при санации территорий в районах хранения и уничтожения химического оружия, а также обеззараживания земли от некоторых радионуклидов, приведем работы /1/ и /2/.

При использовании некоторых модификаций гуминовых сорбентов /2/ как поглотителей радионуклидов, емкость катионного обмена таких сорбентов составляет: до 3100 мг-экв по UO 2 +2 ; до 79 мг-экв по Cs + ; до 16 мг-экв по Sr +2 .

При этом прочность хелатных соединений таких сорбентов с редкоземельными и трансурановыми элементами может быть столь велика, что такие комплексы не разрушаются вплоть до 800 С 0 .

Актуальными технологиями использования таких комплексообразователей является очистка сточных вод от тяжелых металлов, а также их использование в стандартных системах биологической очистки стоков общего назначения /3/ и /4/.

В частности, в работе /3/ приводятся данные по зависимости степени извлечения ионов Fe +3 и Cu +2 никеля и цинка гуматами калия, натрия и аммония. Указывается, что сорбционная емкость таких комплексообразователей может составлять: по ионам железа - 3,1 мг-экв/г, по ионам меди - 1,4 мг-экв/г, по ионам никеля - 1,2 мг-экв/г и по цинку - 1,1 мг-экв/г.

В работе /4/ изучалась активность растворов гумата натрия на рост активного ила в способах биологической очистки сточных вод. Исследования сами по себе достаточно актуальные, поскольку на сегодняшний день очистка сточных вод с помощью активных бактерий является одним из перспективных технологических процессов, имеющим достаточно широкое практическое применение.

Здесь две проблемы.

С одной стороны, при классическом использовании данной технологии, бактерии плохо работают на последних стадиях очистки, когда концентрации загрязняющих элементов близки к ПДК,

С другой стороны, активность бактерий в зимний период, при пониженных температурах очищаемых стоков, весьма низка и приходится применять подогрев очищаемых стоков.

В работе указывается, что в летний период, при прочих равных условиях, содержание активного ила, с использованием гуматов, может быть увеличено на 30 - 32%. Скорость роста активного ила увеличивается в 7 - 8 раз, по сравнению со скоростью роста без данного реагента.

В зимнее время, при температуре стоков от 6 и до 12 С 0 , использование гуматов может дать повышение производительности работы аэротенков на 25 - 30% без каких либо дополнительных затрат, в первую очередь затрат тепла.

Приведенные данные весьма убедительны. Однако широкое использование качественных гуминовых препаратов в имеющихся технологиях очистки стоков в некоторых случаях затруднено ввиду наличия проблемы « цветности» очищенных вод. Продукты взаимодействия фульвокислот, как правило, растворимы в воде, и приходится дополнительно использовать финишную коагуляционно-флокуляционную очистку очищенных стоков для снижения цветности воды. Для этих целей используют стандартные реагенты, многие из которых имеют достаточно узкий рабочий диапазон рН.

Чрезвычайно высокая универсальность использования гуминовых препаратов, как в живой, так и « не живой» природе: начиная от растениеводства, ветеринарии, медицины, производства керамики, литейного дела и многих других отраслей бизнеса, обусловила наши требования к отработке единой технологии использования данного природного соединения, в том числе в вопросах экологии.

С учетом особенностей используемой кавитационной технологии удалось отработать достаточно универсальную технологию очистки различных стоков, не вводя дополнительные специфические технологические операции.

В работе /5/ приведены данные по возможности использования доломитовых песков для удаления из воды примесей Fe2+ и Fe3+, Hg2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Mn2+, в режиме кипящего слоя под действием ультразвуковой кавитации.

В частности указывается, что при увеличении времени воздействия ультразвука при постоянной массе доломита происходит значительное снижение содержания примесей. При времени обработки 40с — цинка (II ) в 1,7 раза. При времени обработки 80с: железа (II ) и (III ) в 12,1 раз; ртути (II ) в 2,8 раз; кадмия (II ) в 2,5 раза; меди (II ) в 4,9 раза. При времени обработки 160с концентрация свинца (II ) снизилась в 4,0 раза.

Отмечается, что непосредственно в условиях кавитации на доломитовых частичках образуются отверстия. Размеры отверстий, составляют ~ 1 мкм, что соответствует размерам кавитационного пузырька в момент его схлопывания. При этом давление в пузырьке достигает 10 3 атм.

Пробой отверстий в частичках доломита и образование свежих каталитически активных сколов, как мы считаем, обусловлен эффектом сверхглубокого проникновения микрочастиц-ударников в мишени, открытым в 1974 году белорусским ученым Ушеренко. При этом происходит выделение колоссального количества энергии, в 10 2 …10 4 раз превосходящей кинетическую энергию частиц-ударников.

По крайней мере, условия возникновения данного эффекта не противоречат энергетическим параметрам и особенностям сверх мощной кавитации.

Что касается возможностей использования некоторых известных катализаторов совместно с ультразвуком в химических технологиях гидрирования, например, при использовании смешанных Ni - Mg катализаторов из формалатов и оксалатов при гидрировании циклогексана, то в работе /6/ отмечается, что активность таких катализаторов в ультразвуковом поле может возрасти на 60 - 200%.

В заключение приведем некоторые данные, иллюстрирующие особенности конструкции и работы установки, использующей данные проточные кавитационные реакторы.

Рабочая зона реактора выполнена в виде цилиндра диаметром 100 мм и длиной 470 мм. Акустическая мощность излучения может составлять, в зависимости от модификации аппарата, от 4 и до 7 кВт, при КПД аппарата не менее 0,85. Вес аппарата, в комплекте с генератором, не более 40 кг.

На видео, приведенном на сайте, представлен штатный режим работы реактора. Наблюдается так называемый « стриммерный» режим кавитации с центральным (осевым) кавитационным « жгутом», имеющим отходящие в различные стороны разветвленные кавитационные дорожки. При работе реактора хорошо слышен характерный шум, обуславливаемый рекомбинацией кавитационных дорожек. Центральный (осевой) жгут стримеров расположен по всей оси аппарата, 470 мм, и имеет диаметр примерно 20 мм. Объемная плотность энерговыделения в его зоне составляет не менее 10 Вт/см 3 .

Вариант компоновки реактора в установке с ориентировочной производительностью до 440 кг/час по некоторым типам обрабатываемых водных суспензий имеет габаритные размеры (длина × ширина × высота) не более 2500 × 2000 × 2000 мм. Вес, не более 300 кг (ультразвуковой реактор с генератором, химический реактор с мешалкой, циркуляционный насос, платформа и пульт управления).

Гумат калия

Ультразвуковой модуль синтеза гуматов

Литература.

1. « Санация загрязненных территорий в районах хранения и уничтожения химического оружия», В.И. Скоробогатова, А.А. Щербаков, В.Г. Мандыч, Ж. Российского хим. об - ва им. Д.И. Менделеева, 2007, т. LI, № 2, с. 71 - 74.
2. « Модифицированные природные сорбенты как поглотители радионуклидов», Л.И. Гилинская, Т.И. Маркович, электронный научно-информационный журнал « Вестник наук о Земле РАН», № 1 (27 ), 2009, ISSN 1819-6586.
3. « Сорбция ионов тяжелых металлов гуматами аммония, натрия и калия», Будаева А. Д., Золтоев Е. В., Бодоев Н. В., Бальбурова Т. А. Байкальский институт природопользования СО РАН, Улан-Удэ. Работа представлена на III научной конференции « Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», 2005, Хургада (Египет).
4. Патент РФ 2081853, Шульгин А. И., Способ биологической очистки сточных вод.
5. Малушкин В. М. « Физико-химические процессы в кипящем слое доломита под действием ультразвука и разработка установки для доочистки питьевой воды», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск 2009.
6. « Об эффективности использования ультразвука в гетерогенном катализе», Роменский А. В., ЗАО « Северодонецкое объединение „Азот“, технология катализаторов и сорбентов, УДК 66.084.

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМЫХ ГУМАТОВ ИЗ

Н. М. СМОЛЬЯНИНОВА, С, И. ХОРОШКО, А. Н. МОСКАЛЬЧУК

За последнее время гуминовые кислоты получают все большее применение в различных отраслях народного хозяйства,. Они в виде, растворимых солей натрия (гуматов) с успехом используются в качестве стабилизаторов глинистых растоворов, применяемых при бурении нефтяных скважин, а также для изготовления красителей для древесины. Гуминовые кислоты вследствие хороших поверхностно-активных свойств применяются в аккумуляторной промышленности в качестве расширителя положительных пластин аккумуляторов. И, наконец, весьма перспективным является использование гуминовых кислот в виде растворимых гуматов в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста. Высокая их эффективность доказана в многочисленных работах профессора Л. А. Христевой с сотрудниками и других авторов .

В настоящее время промышленное производство гуминовых кислот осуществляется на Тюменском аккумуляторном заводе. Твердые гуматы натрия для нужд мебельной промышленности производятся в небольшом количестве в Латвии на промкомбинате. Оба продукта являются дефицитными.

Вследствие возросшего спроса на гуминовые препараты необходима организация их промышленного производства, в крупных масштабах. Это позволит быстрее внедрить гуминовые кислоты и другие препараты на их основе в промышленность и сельское хозяйство.

Существующие технологические схемы обладают рядом серьезных недостатков, а именно: 1), периодичность процесса и как следствие громоздкость аппаратурного оформления, трудность автоматизации, малая производительность установок и высокие эксплуатационные расходы; 2) высокий расход тепла; 3) большие потери продукта и низкий коэффициент "извлечения гуминовых кислот.

Разумеется, если ставить вопрос о промышленном производстве кислот на современном уровне, то речь может идти только о непрерывном процессе.

Основной трудностью при разработке непрерывной технологии получения гуматов или гуминовых кислот является чрезвычайная длительность процесса их извлечения из топлива, обусловленная малыми скоростями диффузии активной части щелочного реагента внутрь твердых частиц и образовавшихся гуматов из твердого вещества в раствор, а также самой спецификой гуминовых кислот как высокомолекулярных органических кислот, обладающих свойствами коллоида. Кроме того, от-158

деление непрореагировавшего сырья от раствора гумата затруднительно, так как измельченное топливо, особенно торф, сильно набухает и частично пептизируется в щелочном растворе, образуя весьма стойкую суспензию, которая очень медленно отстаивается, а фильтровать ее практически невозможно.

Большие трудности [Возникают также при осуществлении процесса фильтрации и сушки гуминовых кислот. Отсюда вытекает необходимость поисков путей интенсификации процесса 1в целом и в первую очередь его первой стадии - извлечения гуминовых кислот из исходного сырья в виде растворимых гуматов.

Одним "из факторов, позволяющих интенсифицировать данный процесс, является температура. Известно, что нагрев торфощелочной суспензии до температуры 80-100°С позволяет значительно увеличить скорость образования и растворения гуматов. Наши опыты показали , что если при извлечении на холоду в течение 30 мин. выход гуминовых кислот из торфа составляет всего 5,73%, то уже при 50°С он равен 12,74%, а при кипячении смеси -29,72% за тот же самый промежуток времени.

Значительный интерес представляет так называемый диспергацион-ный метод извлечения гуминовых кислот, основанный на тонком измельчении исходного сырья в щелочной среде. По данным Г. М. Волкова , этот прием обеспечивает повышение выхода продукта и уменьшение продолжительности процесса, позволяя производить извлечение на холоду.

Большие перспективы может иметь ультразвуковой способ получения гуматов, позволяющий значительно интенсифицировать данный процесс. А. П. Гришин и В. Ю. Зорин показали, что под действием ультразвукового поля процесс извлечения гуминовых кислот из бурого угля в щелочной среде ускоряется примерно в 20 раз.

В проблемной лаборатории торфа ТПИ проведены исследования по выяснению возможностей диспергационного и ультразвукового способов интенсификации процесса, применительно к торфу. Изучено влияние типа, расхода и концентраций щелочного реагента, температуры процесса и интенсивности перемешивания торфо-щелочной смеси на скорость извлечения гуминовых кислот., Кроме того, были испытаны способы разделения торфо-гуматной суспензии - отстаивание, фильтрование, центрифугирование, действие полиакриламида (как флокулянта) .

На основании обсуждения полученных нами результатов, а также данных анализа работы действующих предприятий и литературных данных были сделаны следующие выводы:

1. Механическое диспергирование торфа в щелочной среде позволяет значительно интенсифицировать процесс извлечения гуминовых кислот из торфа и может быть положено в основу разрабатываемого технологического процесса в сочетании с последующим нагревом тонкодисперсной торфо-щелочной суспензии до температуры 80-100°С. Это позволит сократить продолжительность процесса обработки торфа щелочным раствором до 30-60 минут и проводить извлечение при меньшем расходе щелочи, т. е. при соотношении торф: щелочной раствор, равном 1: 10, по сравнению с 1: 100, являющемся оптимальным при извлечении обычным методом.

2. В качестве реагентов могут быть использованы растворы едкого натра или соды, последняя значительно дешевле и ее использование более экономично.

3. Для отделения раствора гумата от торфяного остатка целесообразно использовать центрифугу отстойного типа.

4. В случае применения в качестве реагента едкого натра может быть рекомендовано его двухкратное использование: первый раз-в виде

чистого раствора, во второй - в виде щелочного гумата, полученного при первом извлечении.

5. Интенсификация процесса извлечения гуминовых кислот путем сочетаний тонкого диспергирования торфа в щелочной среде с последующим нагревом см^си до температуры кипения при интенсивном перемешивании дает основание для разработки непрерывной технологической схемы производства гуматов, а также (при необходимости) и гуминовых кислот.

6. Целесообразно сооружение крупной установки для производства твердого гумата или концентрированного раствора, предназначенного для централизованного снабжения различных потребителей (сельского хозяйства, мебельной промышленности, нефтяных промыслов). Концентрирование раствора легко осуществить путем выпаривания.

Рис. 1. Технологическая схема получения гуматов натрия: 1-бункер -для сырья, 2 - элеватор, 3 - промежуточный бункер, 4 - молотковая дробилка, 5 - шнек-смее-титель 6 - емкость для раствора, 7 - собрник, 8 - механический диспергатор, 9 - реактор, 10 - осадительная центрифуга, 11 - выпарной аппарат, 12 - поверхностный конденсатор, 13 - вакуумнасос, 14 - сборник гуматов, 15-насос, 16 -

Приведенные выводы положены в основу разработки непрерывного варианта технологической схемы процесса получения гуматов на базе торфа Таганского месторождения Томской области. Производительность установки определялась ориентировочно, исходя из потребности в гум"а-тах основных районов области с развитым овощеводством, поскольку именно под овощные культуры применение гуминовых удобрений наиболее эффективно.

В качестве реагента использован 2%пный раствор кальцинированной соды. Несмотря на меньшую активность, сода обеспечивает достаточную степень извлечения гуминовых кислот при сочетании тонкого 160

диспергирования торфа в щелочной среде с последующим нагревом смеси до 80-100°С в течение 0,5-1,0 часа при интенсивном ее перемешивании. Отношение (веса торфа к объему раствора соды составляет 1: 10.

Для разделения торфо-щелочной суспензии применяется отстойная центрифуга 2НОГШ-300 (7).

Технологическая схема процесса приведена на рис. 1.

Воздушно-сухой торф в виде крошки подается из бункера (1) ковшевым элеватором (2) через промежуточный бункер (3) в молотковую дробилку (4), где происходит его измельчение до размера кусочков не более 1-2 мм. Измельченный торф смешивается в шнеке-смесителе (5) с раствором соды, подаваемым из емкости (6). Затем торфо-щелочная смесь поступает в механический диспергатор (8), оттуда она подается в реактор (9). В реакторе происходит окончательное извлечение гумино-вых кислот при нагреве и перемешивании суспензии острым паром, поступающим через эжектор. Непрореагировавший торф отделяется от раствора гумата в центрифуге отстойного типа (10). Последняя имеет два шнека, что дает возможность проводить промывку осадка с отдельным отводом промывных вод, которые (с целью уменьшения потерь гуматов) подаются в емкость (7) для приготовления содового раствора.

Промытый осадок идет в отвал, а слабый раствор гуматов (2,0%-ный) упаривается в выпарном аппарате (11) до концентрации 15% и поступает в сборник (14).

Вторичный пар из выпарного аппарата конденсируется в поверхностном конденсаторе (12). Горячий конденсат может быть использован для промывки осадка:на центрифуге. Разрежение в системе создается вакуум-насосом (13).

Как показал ^экономический расчет, полная себестоимость гуматов составила 465 руб. за тонну.. Высокая стоимость продукции объясняется малой производительностью установки, так как большая часть затрат (около 60%) приходится на зарплату и эксплуатационные расходы. Эти "затраты могут быть уменьшены за счет строительства более крупных установок.

Экономический эффект от применения гуматов натрия составил в среднем 8-10 руб. на каждый гектар посевов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч. I, Сельхозич-дат УССР, Киев, 1957.

2. Сб. «Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения», ч. II. Сельхоз-лздат УССР. Киев. 1962.

3. Г. М. Волков. О технологий производства гуминовых кислот. Труды ИГИ АН СССР, т. XII, 65-76. 1961.

4. А. П. Гришин, .В. Ю. Зорин Ультразвуковой способ выделения гуминовых веществ, Труды Грозненского нефтяного института, Сб. 25, № 3, 59-62. 1961.

5. Н. М. Смольянинова, А. Н. Москальчук. Исследование процесса получения гуминовых кислот из торфа. Изв. ТПИ. В печати.

6. Разработка технологии получения гуминовых кислот на основе торфа. Отчет п теме 162/63. Томск. 1965.

7. Центрифуги. Каталог-справочник. Машгиз, 1955.

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМАТА НАТРИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам переработки торфа, а именно к способу получения гумата натрия. Исходный материал (торф) с естественной влажностью просеивают до размера частиц не более 3 мм. Фасуют его вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопичного материала, причем NaOH помещают в отдельный пакет также из нетканого гигроскопического материала. Пакеты с торфом и реагентом NaOH плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакет с торфом и NaOH помещают в емкость, заливают водой, нагретой до 60-65 o С, в соотношении исходный материал /жидкость 1:20-1:25. Надавливают на пакет до намокания. Емкость плотно закрывают и настаивают в течение 5 ч. Затем тщательно перемешивают жидкость в емкости. Пакет отжимают и вынимают из емкости. Объем пакета для реагента NaOH выбирают в два раза больше объема этого реагента. Объем пакета для торфа в 3-3,5 раза больше объема торфа. На 1 кг исходного материала используют 100-120 г NaOH. Изобретение позволяет получить концентрированный и биологически активный маточный раствор гумата натрия. 1 табл.

Изобретение относится к способам переработки торфа, а именно к способу получения маточного раствора гумата натрия из торфа, и может найти применение в различных областях - в сельском хозяйстве, ветеринарии, медицине и в пищевой промышленности. Гумат натрия - биологически активное вещество (БАВ), которое может применяться, например, в сельскохозяйственном животноводстве и птицеводстве в качестве ветеринарного препарата, в качестве кормовой добавки; в медицине как биологически активная добавка (БАД), в пищевой промышленности в качестве БАД. Поиск нетрадиционных источников сырья (исходного материала) для приготовления БАВ и БАД всегда актуален. Известно получение гумата натрия из торфа и каменного угля путем обработки щелочью натрия ("Аграрная наука", 1, 2000, с.13-14). Известен способ получения гумата натрия (пат. РФ 2150484, С 10 F 7/00 от 21.04.99), включающий сушку торфа, измельчение его до размера частиц не более 1 мм, просеивание и фасовку вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала размером 3640 см. На 1 кг торфа берут 50 г NаОН, пакеты плотно укупоривают. Для получения маточного раствора пакеты помещают в пластмассовую емкость и заливают водой при температуре 70-80 o C в соотношении исходный материал: жидкость 1:20-1:25. Надавливая на пакет, жидкость тщательно перемешивают в течение 10-15 мин до появления пены коричневого цвета, затем емкость плотно закрывают и запаривают в течение 2-3 часов, снова тщательно перемешивают жидкость в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают (прототип). Технической задачей изобретения является упрощение способа, а также получение более концентрированного и биологически более активного маточного раствора гумата натрия. Для решения технической задачи предлагается способ получения гумата натрия, включающий просеивание исходного материала, обработку исходного материала с выделением целевого продукта, причем в качестве исходного материала используют, например, осоковый низинный фрезерный торф, который после просеивания фасуют вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакеты помещают в емкость и заливают водой в соотношении исходный материал: жидкость 1:20-1:25, надавливая на пакет тупым предметом до намокания пакета, емкость плотно закрывают, после обработки исходного материала полученный исходный материал снова тщательно перемешивают в емкости, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают, отличающийся тем, что исходный материал используют с естественной влажностью 45%, просеивают его до размера частиц не более 3 мм, реагент NaOH помещают в отдельный пакет из нетканого гигроскопического материала для обеспечения исключения несанкционированного контакта реагента NаОН с исходным материалом, размер пакета для реагента NaOH выбирают исходя из условия: объем пакета в два раза больше объема реагента, размер пакета для исходного материала (торфа) выбирают из условия: объем пакета в 3-3,5 раза больше объема торфа, на один килограмм исходного материала (торфа) берут 100-120 г реагента NаОН, воду для обработки исходного материала нагревают до температуры 60-65 o С, настаивание ведут в течение 5 часов. Пакеты с исходным материалом и реагентом пропаивают двойным швом. Укупоренный пакет помещают еще в один пакет из полиэтилена толщиной не менее 40 мкм, который тоже пропаивают двойным швом. Для предотвращения начала частичной реакции нейтрализации торфа пакеты хранят при температуре от -10 до +10 o C. Для получения маточного раствора гумата натрия используют любые емкости, кроме алюминиевых. Используемые емкости имеют плотно закрывающуюся крышку и горловину, в которую должен проходить пакет с исходным материалом. В сравнении с прототипом предлагаемый способ позволяет упростить и удешевить технологию получения гумата натрия за счет исключения операций сушки и измельчения торфа; получить более концентрированный и биологически активный маточный раствор гумата натрия за счет более полной нейтрализации торфа. За счет снижения температуры воды до 60-65 o C, увеличения количества реагента NаОН, увеличения времени настаивания удалось значительно изменить химический состав маточного раствора по сравнению с аналогом, например: в составе появилось пятнадцать аминокислот, отсутствующих в аналоге, т.к. при температуре 70 o С эти аминокислоты распадаются; увеличилось количество гуминовых кислот в растворе с 2,1% (в аналоге) до 3,6%; содержание натрия в растворе увеличилось в 4,0 раза, содержание кальция - в 4,5 раза, йода - в 2,4 раза; рН изменился с 6,5 (аналог) до 7,15, т.е. раствор более нейтральный; отсутствуют тяжелые металлы и вредные примеси: свинец, мышьяк, хром, никель, нитраты. Далее для сравнения приведена таблица химического состава гумата натрия, полученного способом-аналогом и предлагаемым способом.

Формула изобретения

Способ получения гумата натрия, включающий просеивание исходного материала, например, осокового низинного фрезерного торфа, обработку его с выделением целевого продукта - маточного раствора, причем после просеивания исходный материал фасуют вместе с реагентом NaOH в пакеты из нетканого гигроскопического материала, пакеты плотно укупоривают, для получения маточного раствора пакеты помещают в емкость и заливают водой в соотношении исходный материал/жидкость 1: 20-1:25, надавливают на пакет тупым предметом до намокания пакета, емкость плотно закрывают, ведут обработку исходного материала, после которой жидкость в емкости тщательно перемешивают, пакет вынимают из емкости и тщательно отжимают, отличающийся тем, что исходный материал используют с естественной влажностью, просеивают его до размера частиц не более 3 мм, реагент NaOH также фасуют в отдельный пакет из нетканого гигроскопического материала, размер пакета для реагента NaOH выбирают исходя из условий: объем пакета в два раза больше объема реагента, размер пакета для исходного материала выбирают из условия: объем пакета в 3-3,5 раза больше объема исходного материала, на 1 кг исходного материала берут 100-120 г реагента, воду для обработки исходного материала нагревают до температуры 60-65 o С, настаивание ведут в течение 5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1 , Рисунок 2

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе