Способ и устройство для концентрирования растворов солей гуминовых кислот

 

Изобретение относится к концентрированию растворов путем создания на обогреваемой поверхности жидкостной пленки и может быть использовано для концентрирования растворов солей гуминовых кислот. Способ концентрирования растворов солей гуминовых кислот осуществляют путем образования жидкостной пленки на наружной поверхности полого барабана, упаривают ее под воздействием теплоносителя до концентрации солей гуминовых кислот не менее 21%, каждый упаренный слой жидкости удаляют с поверхности барабана, фасуют горячим и охлаждают до температуры охлаждающей среды. Устройство для осуществления способа содержит корпус, ротор в виде полого барабана с электроприводом, размещенный на кромке корпуса по горизонтальной оси, тепловентилятор в кожухе для подачи теплоносителя на наружную поверхность барабана, а также установленный на корпусе узел удаления упаренной пленки. Изобретение позволяет получать соли гуминовых кислот в виде геля (гумогеля), который является высококонцентрированным продуктом, удобным для хранения и транспортировки. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к области концентрирования жидкостей путем создания на обогреваемой поверхности жидкой пленки и может быть использовано для получения концентрированных солей гуминовых кислот.

Известен способ концентрирования жидкостей, патент N 2067016, кл. В 01 D 1/22, согласно которому пленку, создаваемую лопастями вращающегося ротора, равномерно распределяют по внутренней поверхности корпуса, выпаривают ее, при этом из пленки испаряется летучий компонент. Сгущенный продукт и пары летучего компонента движутся в одном направлении с равными скоростями вдоль направляющей поверхности с последующим их разделением. Соотношение сгущенного и летучего продукта поддерживают в пределах 2-30. Недостатком способа является сложность поддержания параметров процесса и, следовательно, осуществление технологии на производстве.

Известен также способ концентрирования жидкости по патенту N 2060764, кл. В 01 D 1/22, согласно которому раствор распределяется по внутренней поверхности реактора (полого барабана) в виде пленки и под действием теплоносителя, барботирующего через пленку, происходит отделение выпаренной влаги и удаление ее из аппарата. В данном способе происходит значительный нагрев жидкости с локальными скачками температуры до 1000 градусов. Недостатком данного способа является нагрев жидкости до высокой температуры и образование устойчивой пены при барботаже теплоносителя через пленку.

Наиболее близким техническим решением, в сравнении с заявленным, является способ получения стимулятора роста растений по патенту РФ N 2007376, кл. C 05 F 11/00. Согласно данному способу жидкость, содержащую гуминовые кислоты и полученную обработкой гуматосодержащих веществ щелочными растворами, обрабатывают раствором азотосодержащих солей и полученный продукт подвергают выпариванию в распылительной сушилке при температуре 130^o и получают гранулы с влажностью 7%.

Недостатком данного способа является то, что при использовании технологии по патенту N 2007376 невозможно получить раствор солей гуминовых кислот в форме геля.

Соли гуминовых кислот относятся к высокомолекулярным полифункциональным соединениям (молекулярная масса до 1500 у. е. ) и склонны к агрегированию, что приводит к образованию агрегатов с молекулярной массой до 400000 у. е. Такие агрегаты отличаются крайне низкой скоростью диффузии и, благодаря полифункциональности, высоким сродством к воде. В связи с этим упаривание таких растворов в закрытых емкостях протекает крайне медленно, тем более, что доводить раствор солей гуминовых кислот до кипения нежелательно из-за частичной потери биологической активности гуматов, так как это ведет к ухудшению их основного качества - стимуляции роста растений.

Устройство для концентрирования гуминовых кислот, имеющее общие признаки с заявленным, не выявлено.

Растворы солей гуминовых кислот, используемые в качестве регулятора роста растений и ряде областей техники, производят в виде разбавленных растворов, концентрация которых обычно составляет 4-7%. Затаривание, хранение и транспортировка таких растворов на большие расстояния особенно при отрицательных температурах воздуха связаны с большими дополнительными расходами. Этими обстоятельствами определяется необходимость концентрирования растворов солей гуминовых кислот до такой степени, чтобы лишить их текучести и обеспечить способность не замерзать при отрицательных температурах воздуха.

Технической задачей изобретения является создание способа и устройства, позволяющих осуществить получение концентрированных растворов солей гуминовых кислот, обладающих свойством в процессе охлаждения самопроизвольно образовывать гель с полной потерей текучести.

Поставленная задача достигается тем, что в раствор солей гуминовых кислот погружают полый барабан и вращают его с образованием на внешней поверхности пленки, подвергая ее снаружи направленному воздействию потока горячего воздуха и удаляя каждый слой обработанной теплоносителем пленки с барабана. Вращение барабана осуществляют до достижения концентрации солей гуминовых кислот в растворе не менее 21%. Полученный концентрат разливают в емкости и охлаждают при температуре окружающей среды до гелеобразования с полной потерей текучести.

Устройство для осуществления способа содержит резервуар с патрубком для подачи раствора и размещенном внутри ротором в виде полого приводного барабана, установленного по горизонтальной оси резервуара, причем указанная ось укреплена на верхней кромке резервуара, воздушный тепловентилятор, установленный с возможностью обогрева внешней поверхности выступающей из резервуара части барабана и установленный на корпусе резервуара узел удаления обработанной теплоносителем пленки.

В связи с указанными выше особенностями поведения солей гуминовых кислот при концентрировании (низкая скорость диффузии, склонность к агрегированию и высокое сродство к воде) при испарении влаги из резервуара на поверхности таких растворов образуется пленка с высокой концентрацией солей, которая препятствует дальнейшему испарению. Благодаря тому, что в предлагаемом изобретении толщина образующейся на поверхности барабана пленки солей гуминовых кислот очень незначительна, испарение влаги из нее происходит по всей толщине, а так как каждый обработанный теплоносителем слой пленки срезается, из каждого следующего слоя пленки, образующегося на барабане, также удаляется влага по всей ее толщине. Это позволяет осуществить эффективное концентрирование растворов солей гуминовых кислот с учетом особенностей строения.

Благодаря тому, что барабан опущен в раствор солей гуминовых кислот при вращении на его поверхность налипает тонкий слой раствора, а установленный над барабаном тепловентилятор с возможностью обогрева выступающей из корпуса части барабана по мере его вращения удаляет влагу из пленки, раствор солей на барабане достигает требуемой концентрации. Наличие узла удаления обработанного теплоносителем слоя пленки позволяет, вращая барабан, образовывать на его поверхности следующий слой с исходной концентрацией солей гуминовых кислот, который в токе горячего воздуха из тепловентилятора приобретает нужную концентрацию. Этот процесс протекает непрерывно при постоянном уровне раствора в резервуаре.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство отвечают критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом, где изображено устройство для концентрированного раствора.

Устройство включает резервуар 1 в виде прямоугольного корпуса 2, установленный осью 3 на корпусе 2 ротор в виде полого барабана 4, снабженный приводом вращения 5. Ось 3 барабана 4 размещена на верхней кромке корпуса 2. Корпус 2 снабжен для непрерывной подачи жидкости патрубком 6 и на корпусе установлен нож 7 с лотком 8 для снятия термообработанной пленки с барабана и патрубок 9 для удаления концентрированного раствора. Привод 5 состоит из электродвигателя и редуктора, обеспечивающего скорость вращения барабана, необходимую для концентрирования жидкостной пленки в процессе обогрева до нужного содержания основного компонента. Скорость вращения барабана зависит от исходной концентрации раствора. Устройство снабжено датчиком уровня раствора в резервуаре (на чертеже не показан). Над выступающей из корпуса 2 частью барабана 4 установлен воздушный тепловентилятор 10, размещенный в корпусе 11, выполненном в виде конуса, охватывающего выступающую из корпуса 2 часть барабана 4. Сконцентрированная жидкость из лотка 8 поступает в фасовочный автомат (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Резервуар 1 через патрубок 6 заполняют раствором солей гуминовых кислот, который в дальнейшем непрерывно поступает в резервуар по мере его расходования. Затем в зависимости от концентрации устанавливают заданную скорость вращения барабана 4 и одновременно включают привод 5 барабана 4 и тепловентилятор 10. Раствор при вращении барабана 4 налипает в виде пленки на его внешнюю поверхность. В корпусе 11 происходит теплообработка пленки, частичное испарение из нее влаги и концентрирование солей гуминовых кислот в пленке. Испарившаяся влага уходит вместе с выходящими потоками теплоносителя. Теплообработанный слой пленки снимается с барабана 4 ножом 7 и по лотку 8 через патрубок 9 сразу в горячем виде разливается в фасовочные емкости, где происходит его охлаждение.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Раствор гумата натрия концентрацией 13,3% загружали в емкость, одновременно включали теплоноситель и барабан. Скорость барабана устанавливали 15 оборотов в час. На полотне барабана при его вращении образуется пленка раствора, которая подвергается теплообработке по мере прохождения барабана в зоне теплоносителя при температуре 36-40 градусов. Пленку после теплообработки снимали с полотна барабана ножом и собирали в емкость, затем сразу разливали в фасовочную тару и анализировали на содержание солей гуминовых кислот. Охлаждение и определение времени гелеобразования осуществляли при температуре окружающей среды. То же самое осуществляли со скоростью вращения барабана 10 оборотов в час.

Примеры 2,3,4.

Аналогично примеру 1 осуществляли процесс, используя растворы солей гуминовых кислот с концентрацией 16,0-17%, 18-19% и 19-20%, применяя различные скорости вращения барабана. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Скорость вращения барабана зависит от исходной концентрации растворов солей гуминовых кислот и подбиралась экспериментальным путем до получения в конечном растворе содержания солей гуминовых кислот не менее 21%.

Как видно из таблицы, при концентрации раствора солей гуминовых кислот от 13 до 14% необходимая скорость вращения барабана для получения заданных свойств раствора - 10 об. /час, при 16-17% - 10-15 об. /час, при 18-19% от 10 до 20 об. /час, при 19-20% от 10 до 40 об. /час. Экспериментальным путем определено, что при указанных режимах раствор солей гуминовых кислот достигает концентраций, при которых превращается в гель с полной потерей текучести в течение 6,2 часа, 2,3 часа и 3 часа соответственно.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяет получать соли гуминовых кислот в форме геля (гумагеля).

Гумагель является высококонцентрированным продуктом, удобным для хранения и транспортирования. Он полностью сохраняет свои свойства при температуре до минус 20 градусов С и при необходимости вновь переходит в текучее состояние при нагревании до температуры 30-35 градусов С.

Формула изобретения

1. Способ концентрирования растворов солей гуминовых кислот выпариванием под воздействием теплоносителя, отличающийся тем, что выпаривание осуществляют путем образования жидкостной пленки раствора солей гуминовых кислот на внешней поверхности полого барабана при воздействии на нее воздушного потока теплоносителя до концентрации солей гуминовых кислот не менее 21%, каждый теплообработанный слой пленки удаляют с поверхности, фасуют горячим в емкости и охлаждают при температуре окружающей среды.

2. Устройство для концентрирования растворов солей гуминовых кислот, содержащее корпус, размещенный в нем ротор в виде полого барабана, установленного по горизонтальной оси корпуса с источником его обогрева, привод барабана и патрубок подачи жидкости, при этом ось ротора размещена на корпусе, а в качестве источника обогрева установлен тепловентилятор с возможностью обогрева выступающей из корпуса части ротора, кроме того, на корпусе установлен узел удаления с поверхности ротора сконцентрированной жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2