CC BY
24МЕТОДЫ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ТОРФЯНОЙ МАССЫ С ПРИБОРНОЙ ОЦЕНКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
Касьянов В.К.
магистр 2 курса факультета цифровых технологий и химического инжиниринга РХТУ им. Д.И.
Менделеева Сарлыбаева Д.Д.
магистр 2 курса факультета цифровых технологий и химического инжиниринга РХТУ им. Д.И.
Менделеева
Белых Д.А.
магистр 2 курса факультета цифровых технологий и химического инжиниринга РХТУ им. Д.И.
Менделеева
METHODS FOR DISPERSING PEAT MASS WITH INSTRUMENTAL ASSESSMENT OF
EFFECTIVENESS
Kasianov V.
Master of 2st course of the Faculty of Digital Technology and Chemical Engineering of the Mendeleev University of Chemical Technology of Russia
Sarlybaeva D.
Master of 2st course of the Faculty of Digital Technology and Chemical Engineering of the Mendeleev University of Chemical Technology of Russia
Belykh D.
Master of 2st course of the Faculty of Digital Technology and Chemical Engineering of the Mendeleev University of Chemical Technology of Russia
АННОТАЦИЯ
В настоящее время продукты на основе торфа используются в различных областях: сельское хозяйство, производство красителей, сорбентов, биологически активных материалов, фармацевтических, а также бальнеологических и косметических препаратов. Продукты, содержащие торф, требуют тщательной его подготовки: определенная влажность, рН среды, а также размер частиц торфа. В данной статье рассмотрены основные методы диспергирования торфяных масс, их достоинства и недостатки.
ABSTRACT
Currently, peat-based products are used in various fields: agriculture, the production of dyes, sorbents, biologically active materials, pharmaceutical, as well as balneological and cosmetic preparations. Products containing peat require careful preparation: a certain moisture content, pH of the medium, as well as particle size of peat. This article discusses the main methods of dispersing peat masses, their advantages and disadvantages.
Ключевые слова: диспергирование торфа, бисерная мельница, ультразвуковая кавитация, роторно-импульсный и импеллерный помол.
Keywords: peat dispersion, bead mill, ultrasonic cavitation, impulse rotor and impeller grinding.
Микродисперсные системы в ряду объектов физической химии занимают чрезвычайно важное место в связи с их разнообразным применением и широким распространением, а также исключительной ролью в природных явлениях и процессах жизнедеятельности человека.
Для более детального изучения данного вопроса предлагается рассмотреть особенности, преимущества и перспективы данного метода при использовании торфа. Торф применяется в различных областях химической промышленности, включая производство сорбентов, красителей, биологически активных материалов, фармацевтических, а также бальнеологических и косметических препаратов [1].
Большое количество продуктов для промышленности, сельского хозяйства, косметологии, медицины, полиграфии, охраны окружающей среды и т.д. готовятся путем химической обработки торфа. Торфостимуляторы для роста растений, животных и микроорганизмов; сорбенты для очистки воды и газовых сред; химические вещества; строительные
материалы — это то, где торф наиболее широко используется. Химически модифицированный торф используется в качестве плодородного удобрения для почв. Основным действующим веществом в торфе является гуминовые вещества, на их основе производится множество препаратов, которые решают различные задачи. Гуминовые вещества выполняют целый набор важных биосферных функций [2].
Животноводство является одной из наиболее обширных областей для применения продуктов переработки торфа. Добавление торфа в кормовые рационы не основано на обеспечении животных энергией, но положительно сказывается на здоровье, так как торф обладает широким спектром полезных эффектов для организма. В животноводстве торф используется как источник гуминовых веществ, обладающих высокой биологической активностью. На его основе разрабатывается множество биологических активных добавок для животных.
Торф и различные экстракты торфа были успешно применены для различных клинических
показаний. Помимо физико-термических эффектов, новые исследования указывают на так называемые «химические эффекты» торфосодержащих веществ. Эти эффекты включают стимулирующую реакцию спонтанной сократительной активности гладких мышц ткани. Эффекты, однако, зависят от возможной проницаемости фармакологически активных ингредиентов торфа. Поскольку торф представляет собой смесь различных продуктов, следует изучить различные типы торфа на основе их биологической активности.
Основными преимуществами торфа как сырья для химической переработки являются практически неограниченные запасы, различные химические составы и физические свойства, распространенность, дешевизна и доступность. Все эти характеристики отвечают за широкий спектр продуктов полученных путем химической обработки торфа, их экологическая надежность и конкурентоспособность по сравнению с синтетическими аналогами
[3].
В данной работе использовались следующие методы измельчения торфа: с помощью бисерной
мельницы, ультразвукового диспергатора, импел-лерной мельницы и ротарно-импульсного кавита-тора.
Бисерные мельницы позволяют получить мелкодисперсные продукты, как правило, в жидких средах. Суспензия образца перетирается с твердыми шариками, называемыми бисером. Иногда в качестве бисера используют песок или гальку.
Бисерные мельницы нашли широкий спектр применения в анилинокрасочном, керамическом, лакокрасочном, пищевом, химическом и иных производствах. В зависимости от технических характеристик они позволяют получить размер частиц от 60 нм до 200 мкм.
Во время работы мельницы бисер занимает примерно 70-80% объема. Затем суспензия перемалываемого материала заполняет весь оставшийся объем сосуда. При вращении ротора вещество смешивается с бисером и затем происходит механическое перетирание. На рисунке 1 представлена бисерная мельница.
Рис. 1. Бисерная мельница вертикального типа
В результате проведенного измельчения на бисерной мельнице была получена торфяная суспензия. Затем с помощью оптического метода определения размера частиц в суспензиях была построена зависимость распределения частиц по размерам
(рис. 2). Из данной зависимости определили наиве-роятнейший диаметр частиц торфа в суспензии - 89 мкм. Диапазон распределения частиц по размерам составил от 1 мкм до 100 мкм.
Operator notse: суспензии am nw Стали /ИТ1
Рис. 2. Результаты исследования размеров частиц, полученных с помощью бисерной мельницы
Ультразвуковые диспергаторы предназначены для эмульгирования, интенсификации растворения, диспергирования и других физико-химических процессов: обезжиривание и очистка различных поверхностей, экстрагирование лекарственных веществ и т. д. Это определяет широкий круг применения диспергаторов данного типа: авиационной, автомобильной, электронной, фармакологической, химической и других отраслях промышленности.
Также широко используются в медицине и сельском хозяйстве.
Принцип действия ультразвуковых десперга-торов заключается в том, что погруженный в суспензию или раствор выходной конец излучающего волновода, преобразуя электрическую энергию в механическую, подает ее в объём, где наблюдается образование и схлопывание кавитационных пузырьков, что обеспечивает интенсивное перемешивание и дробление дисперсной фазы (рис. 3).
Рис. 3. Ультразвуковой диспергатор погружного типа
Результаты исследования размера частиц представлены на рисунке 4. Наивероятнейший диаметр составляет 1000 мкм в интервале распределения от 1 до 2200 мкм.
Рис. 4.
Результаты исследования размеров частиц, полученных с помощью ультразвукового диспергатора
Рис. 5. Импеллерная мельница
Импеллерная мельница (рис. 5), предназна-ченна для тонкого помола древовидных отходов сухого типа. Ее относят к типу измельчающего оборудования под действием сил трения, рабочий орган - лопастной ротор или импеллер. Импеллерная мельница формирует в камере помола зоны интенсивного самоизмельчения, это достигается тем, что вихревой характер движения частиц дополняется их радиальным перемещением в плотном слое.
Мельницы данного типа имеют две независимые области измельчения. Первая предотвращает поломки рабочих органов, связанные с попаданием не дробимых включений, а вторая область позволяет эффективно молоть и классифицировать частицы согласно их размерам.
Результаты исследования размера частиц представлены на рисунке 7. Наивероятнейший диаметр составляет 85 мкм в интервале распределения от 1 до 2000 мкм.
Рис. 6. Роторный импульсный аппарат
Роторный импульсный аппарат (кавитатор) (рис. 6) используется с целью структурно-механических преобразований на микро- и нано уровне для того, чтобы изменить ее физико-химические параметры, интенсификацию массообменных и гидромеханических процессов. Обработка суспензий в кавитаторе происходит за счет импульсного воздействия (многофакторного): пульсаций давления, кавитации, вихреобразования, ударных волн и
т. д. Благодаря кавитатору энергия низкой плотности преобразуется в энергию высокой местной концентрации. В результате образуется множество различных энергонасыщенных процессов.
Результаты исследования размера частиц представлены на рисунке 8. Наивероятнейший диаметр составляет 85 мкм в интервале распределения от 1 до 900 мкм.
ОретлЬзг лИ&г: суопешии от №1И Слнли .Ы(Т0
Рис. 7. Результаты исследования размеров частиц, полученных с помощью импеллерной мельницы
Большая часть торфа используется в сельском хозяйстве для приготовления питательной среды для культурных растений. Благодаря гидролитической деструкции торфа можно получить продукты, которые способствуют улучшению структуры почвы, защите растений от засухи, заморозков, болезней и т. д. А совместное использования данных препаратов с пестицидами способствует повышению урожайности продукции и улучшению ее качества. Для приготовления препарата необходим
торф с фракцией частиц не более 100 мкм. Следовательно, использования метода измельчения торфа с помощью ультразвукового диспергатора невозможно, импеллерная мельница и ротарно-им-пульсный аппарат требуют дополнительной обработки частиц, чтобы не допустить попадание крупной фракции. Использование бисерной мельницы позволяет достичь необходимого условия. Для формирования торфяной фракции размером от 100 нм до 1 мкм рекомендуется применять коллоидную мельницу.
Рис. 7.
Результаты исследования размеров частиц, полученных с помощью роторно-импульсного аппарата
Литература
1. Beer A. M. et al. Evaluation of the permeation of peat substances through human skin in vitro //International Journal of Pharmaceutics. - 2003. - Т. 253. -№. 1-2. - С. 169-175.
2. Botero W. G. et al. Peat humic substances enriched with nutrients for agricultural applications: com-
petition between nutrients and non-essential metals present in tropical soils //Journal of Hazardous Materials. - 2010. - Т. 177. - №. 1-3. - С. 307-311.
3. Поливанов М. А. и др. Применение торфа и продуктов его переработки в сельском хозяйстве //Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). - 2016. - N°. 3. - С. 152-175.
