Способ производства формованных субстратов из торфа

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в производстве формованных субстратов на основе торфомасс для выращивания рассады овощей, цветочных и лесных культур. Сущность изобретения: способ предусматривает приготовление торфомассы, ее формование и сушку при 80 - 100°С с одновременной обработкой импульсным электромагнитным полем токов высокой частоты с последовательным снижением скважности импульсов электрического поля с 10 до 3 при периоде их следования 15 - 45 с до достижения влажности субстрата 70 - 75 % . Затем температуру теплоносителя увеличивают до 230 - 250 °С с одновременным снижением электрической составляющей напряженности поля тока высокой частоты в 2 - 4 раза. На выходе температуру теплоносителя постепенно снижают до 30 - 40 °С. 5 табл.

Изобретение относится к производству формованных субстратов на торфяной основе/ используемых для выращивания рассады овощных/ цветочных/ лесных и других культур в защищенном и открытом грунте/ а также для создания декоративных газонов.

Известен способ производства формованных субстратов из торфа/ включающий приготовление торфомассы/ ее формование и сушку. Сушку осуществляют при температуре сушильного агента 100 + 160°С в течение 2/25-2 ч/ а высушенный субстрат подвергают отлежке в течение 8/0-15/0 ч для выращивания влажности/ после чего процесс сушки и отлежки повторяют до содержания влаги в субстрате 35-60%/ причем время последующей отлежки увеличивают до 30-50 ч.

Данный способ предполагает большую продолжительность циклов последовательного чередования сушки (0/5-4/0 ч) и отлежки (38-65 ч) субстратов/ что приводит к усложнению всего технологического процесса и небходимости наличия значительных производственных площадей.

Известен также выбранный в качестве прототипа способ производства формованных субстратов из торфа/ включающий приготовление торфомассы/ ее формирование и последующую сушку/ которую осуществляют при температуре теплоносителя 200-230°С до образования на поверхности субстрата оболочки толщиной 10-15 мм с влажностью 15-20% . Недостатком данного способа является сравнительно низкое качество потребительских свойств формованных субстратов. Образующаяся в результате сушки поверхностная оболочка субстрата теряет присущую торфу водопоглотительную способность/ что затрудняет увлажнение субстратов при использовании. При конвективной сушке наличие градиента влагосодержания по толщине субстрата вызывает их деформацию. После сушки субстраты (торфоблоки)/ как правило/ имеют поверхность/ вогнутую со стороны посадочных ячеек/ что затрудняет их упаковку/ транспортировку и укладку на местах использования.

Кроме того/ недостатком известного способа является высокая продолжительность сушки/ составляющая 30-50 ч. Интенсивное испарение влаги происходит лишь в начальный период сушки субстратов/ а затем скорость испарения резко падает вследствие уменьшения интенсивности внутреннего тепломассообмена.

Образующаяся оболочка играет роль каркаса/ сохраняющего форму торфоблока после насыщения его влагой при использовании в теплицах. Однако/ оболочка торфоблока имеет высокое тепловое сопротивление/ что затрудняет подвод тепла от наружной поверхности высушиваемого материала к внутренним слоям/ являющимися зоной испарения/ что увеличивает энергозатраты на удаление влаги.

Целью изобретения является повышение качества субстратов путем сохранения их высокой водопоглотительной способности и сокращение продолжительности сушки.

Указанная цель достигается тем/ что в известном способе производства формованных субстратов из торфа/ включающем приготовление торфомассы/ ее формование и сушку с температурой теплоносителя 80-100°С/ сушку субстратов производят при одновременном воздействии теплоносителя и импульсного электромагнитного поля токов высокой частоты с последовательным уменьшением скважности импульсов поля ТВЧ с 10 до 3 при периоде их следование 15-45 с до достижения влажности субстратов 70-75% / после чего увеличивают температуру теплоносителя до 230-250°С с одновременным снижением напряженности поля ТВЧ в 2-4 раза и производят последовательное снижение температуры теплоносителя до 30-40°С на выходе.

Перечисленные выше существенные признаки в совокупности отличают предлагаемое решение от прототипа и обуславливают соотвествие этого решения критерию "новизна". Анализ известных технических решений в области сушки торфа и других капиллярно-пористых материалов позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков/ сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемом способе производства формованных субстратов/ и признать предлагаемое решение соотвествующим критерию "существенные отличия".

Сущность способа заключается в следующем.

Верховой торф-сырец степенью разложения 10-15% и влажностью 91-92% / отсепарированный от древесных включений/ мерзлоты и очеса/ подвергают измельчению и расчесыванию волокон растений -- торфообразователей. Отсепарированный и измельченный торф подается в лопастной смеситель/ где в него добавляют известковые материалы для нейтрализации избыточной кислотности и перемешивают с водой до достижения влажности 98-95%.

Приготовленная торфомасса поступает в пресс/ где из нее формуются субстратные блоки толщиной от 50 до 100 мм в зависимости от удельной загрузки. Влажность торфоблоков после формования составляет 84-89 % .

В сформованный субстрат методом полива вводится раствор минеральных удобрений - азота/ фосфора/ калия и микроэлементов. Затем блоки подаются в конвейерную конвективно-высокочастотную сушильную установку.

Сушку производят путем одновременного воздействия на сформованные субстраты теплоносителя с температурой 80-100°С и импульсного электромагнитного поля токов высокой частоты напряженностью электрической составляющей 600-800 В/см с последовательным уменьшением скважности имрульсов поля ТВЧ с 10 до 3 при периоде их следования 15-45с до достижения влажности субстрата 70-75% .

В табл. 1/ 2 и 3 приведены экспериментальные данные по установлению оптимальных режимов воздействия импульсного поля ТВЧ на формованные субстраты в процессе первой стадии сушки. Опыты проводились с формованными субстратами стандартной толщины - 50 мм.

Максимальная толщина напряженности - 800 В/см/ исключающая возможность электрического пробоя материала. В процессе сушки периодически контролировался показатель влажности сушимых субстратов. В табл.1 приведены данные/ характеризующие продолжительность сушки формованных субстратов до влажности W₁= 70% в зависимости от диапазона уменьшения скважности импульсов поля ТВЧ при напряженности электрической составляющей 400-800 В/см.

При последовательном уменьшении скважности импульсов поля ТВЧ с 10 до 3 и при всех значениях напряженности поля продолжительность сушки будет минимальная 0/27-0/32 ч/ что указывает на наиболее благоприятное сочетание режимов влагопереноса и теплового воздействия в сушильных субстратах/ Несколько большая продолжительность сушки субстратов наблюдается в диапазонах/ сохраняющих близкую к оптимальному значению пропорциональность (12/5/ 10/5/ 8/3). Что же касается меньших (12/8/ 10/8/ 8/5) и больших (12/2, 8/1) амплитуд уменьшения скважности/ то продолжительность сушки при этом значительно возрастает. В первом случае - от уменьшения теплового воздействия/ во втором - от снижения интенсивности влагопереноса.

В табл. 2 приведены данные/ характеризующие влагоперенос , мл/мин·м в сушимом материале от длительности следования импульсов (Т/ сек) поля ТВЧ при напряженности поля 600 В/см и амплитуде снижения скважности импульсов 10-3.

Как видно из табл. 2 влагоперенос в сушимом материале достигает максимальной величины 606-638 мл/мин·м²/ что говорит об интенсивной миграции влаги из внутренней части субстрата к его поверхности.

При периодичности следования импульсов менее 15 с велечина влагопереноса уменьшается за счет интенсивного парообразования внутри субстратов/ затрудняющего процесс фильтрации.

При периодичности следования импульсов более 45 с также происходит уменьшение влагопереноса за счет повышения влияния наведенного фильтрационным потоком противоположно направленного электрического поля (эффект Квинке).

В табл. 3 приведены данные о продолжительности первого этапа сушки (T₁/ час) и суммарные энергозатраты на сушку 1 м³ торфоблоков толщиной 50 мм до конечного влагосодержания субстратов W₂= 50% (по этапам) в зависимости от его влагосодержания на конец первого этапа сушки.

При сушке формованных субстратов до влагосодержания 70-75% продолжительность первого этапа сушки составит 0/24-0/29 ч при энергозатратах 2990-3294 МДж/м³. Для того/ чтобы высушить эти субстраты до влажности конечного продукта (W₂= 50%) потребуется еще соотвественно 1642 и 1468 МДж/м³/ при этом общие энергозатраты составят 4682 и 4762 МДж/м³.

При сушке формованных субстратов на первом этапе до большего или меньшего влагосодержания заметно увеличиваются общие энергозатраты. Так/ при сушке формованных субстратов до W₁= 80% / несмотря на меньшую продолжительность сушки первого этапа/ существенно увеличивается продолжительность сушки второго этапа при общих энергозатратах 4942 МДж/м³. При сушке до W₁= 65% - наблюдается обратная закономерность.

После завершения первой стадии сушки/ в результате которой влажность формованных субстратов достигла 70-75% / увеличивают температуру теплоносителя до 320-250°С с одновременным снижением напряженности электрической составляющей поля ТВЧ до 150-400 В/см и производят последовательное снижение температуры теплоносителя до 30-40°С на выходе.

В табл. 4 и 5 представлены результаты экспериментальной проверки параметров сушки второго этапа.

В табл. 4 приведены данные продолжительности второго этапа сушки (T₂) и полной влагоемкости конечного продукта (%) в зависимости от режимов снижения теплового воздействия.

При повышении температуры теплоносителя на втором этапе сушки до 230-250°С и последовательном ее снижении до 30-40°С на выходе готового продукта наблюдается оптимальное сочетание показателей продолжительности сушки (0/7-0/79 ч) и полной влагоемкости конечного продукта (446-465%).

При повышении начальной температуры теплоносителя до 200°С с последующим ее снижением до 20-50°С во всем диапазоне температур увеличивается продолжительность сушки/ составляя 0/9-1/12 ч/ что объясняется снижением интенсивности теплового воздействия.

При повышении начальной температуры теплоносителя до 260°С с последующим ее снижением до того же диапазона/ несмотря на сравнительно меньшую продолжительность сушки значительно снижается водопоглотительная способность конечного продукта/ что объясняется достаточно интенсивным тепловым воздействием на формованные субстраты/ приводящим к частичной пересушке их наружной поверхности.

Во всем диапазоне начальных температур (220-260°С) второго этапа сушки прослеживается следующая закономерность.

При последовательном снижении начальной температуры до 50 °С и выше на выходе влагоемкость конечного продукта оказывается существенно ниже/ чем этот же показатель у более низких температур на выходе/ что объясняется сравнительно жестким режимом теплового воздействия на сушимые субстраты/ приводящим к частичной пересушке торфа. И/ наоборот/ при последовательном снижении начальной температуры ниже 30°С конечный продукт приобретает наиболее благоприятные водопоглотительные свойства/ но при этом существенно увеличивается продолжительность сушки.

В табл. 5 приведены данные экспериментальной проверки влияния напряженности электрической составляющей поля ТВЧ (U) на продолжительность II этапа сушки (T₂) и удельные энергозатраты на процесс сушки.

Наложение поля различной напряженности проводилось в диапазоне снижения температуры теплоносителя с 240°С до 40°С.

Как показала проверка при совместном воздействии на формирование субстраты теплоносителя с амплитудой снижения температуры с 240° до 40°и поля ТВЧ с напряженностью электрической составляющей 150-400 В/см (т.е. снижения в 2-4 раза по сравнению с первым этапом сушки) происходит сокращение продолжительности сушки до 0/56-0/65 ч при минимальных удельных энергозатратах.

При напряженности электрической составляющей поля свыше 400 В/см/ несмотря на некоторое сокращение продолжительности сушки существенно возрастают удельные энергозатраты/ а при напряженности/ близкой к 800 В/см - наблюдается интенсивное термическое воздействие на субстрат/ что приводит к снижению водопоглотительной способности конечного продукта и снижению его качества.

При напряженности поля менее 150 В/см значительно возрастает продолжительность сушки и увеличиваются удельные энергозатраты.

Использование предлагаемого способа с двухэтапной сушкой формованных субстратов позволяет на первом этапе путем комбинированного воздействия теплоносителя с умеренной температурой и импульсного магнитного поля ТВЧ с указанными параметрами осуществить интенсивный процесс влагопереноса из внутренней части формованных субстратов к его наружной поверхности/ обеспечивая равномерную влагонасыщенность субстратов по всему их сечению.

Повышение температуры теплоносителя до 230-250°С с одновременным снижением напряженности поля ТВЧ в 2-4 раза и последующим равномерным снижением температуры теплоносителя до 30-40°С на втором этапе сушки позволяет осуществить более мягкий режим сушки с сохранением высоких показателей влагоемкости формованных субстратов - одного из важнейших агрофизических свойств готовой продукции.

Кроме того/ двухэтапная сушка с указанными параметрами/ граница этапов которой фиксируется показателем влажности сушильного материала 70-85% / позволяет сократить общую продолжительность сушки.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФОРМОВАННЫХ СУБСТРАТОВ ИЗ ТОРФА, включающий приготовление торфомассы, ее формование и сушку с температурой теплоносителя 80 - 100^oС, отличающийся тем, что сушку субстратов производят при одновременном воздействии теплоносителя и импульсного электромагнитного поля токов высокой частоты с последовательным уменьшением скважности импульсов электрического поля с 10 до 3 при периоде их следования 15 - 45 с до достижения влажности субстратов 70 - 75%, после чего температуру теплоносителя увеличивают до 230 - 250^oС при одновременном снижении электрической составляющей напряженности поля тока высокой частоты в 2 - 4 раза, а на выходе температуру теплоносителя постепенно снижают до 30 - 40^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2