CC BY
18
15. Funkcional'noe modelirovanie processov vyraschivaniya hlopchatnika [Tekst] / A. S. Ovchinnikov, O. V. Kochetkova, I. Yu. Podkovyrov, A. E. Krivopustenko // Izvestiya Nizhnevolzh-skogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2017. - № 3 (47). - S. 258-266.
16. Ekspress-metod diagnostiki biznes-protsessov kompanii [Elektronnyy resurs] - Rezhim dostupa: http://www.cfin.ru/management/controlling/fsa/express.shtml
E-mail: ovk555@bk.ru
УДК 631.879.3:66.066.7.022.63
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ ОСАДКА С УДОБРИТЕЛЬНО-МЕЛИОРИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ РАССОЛА ХЛОРИДА НАТРИЯ В ЦЕНТРИФУГАХ
MODELING THE PROCESS OF PRODUCTION SEDIMENT WITH CONVENIENT-MELIORING PROPERTIES FROM SATURATION OF SODIUM CHLORIDE IN CENTRIFUGES
А.Е. Новиков1'2, доктор технических наук, доцент М.И. Филимонов2, аспирант М.И. Ламскова2, кандидат технических наук
A.E. Novikov1'2, M.I. Filimonov2, M.I. Lamskova2
1Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия, г. Волгоград 2Волгоградский государственный технический университет
1All-Russian research institute of irrigated agriculture, Volgograd 2Volgograd State Technical University
На сегодняшний день общая площадь почв в России с pH < 5,5 составляет около 50 млн га, а интенсивность их подкисления варьирует от 0,03 до 0,04 единицы pH в год. Процессы подкисле-ния почв преимущественно обусловлены их декальцированием. В результате миграции воды во внутрипочвенных слоях в условиях промывного и периодически промывного водного режимов почвы растворимые соли кальция вымываются до грунтовых вод и уносятся в гидрографическую сеть. Трансформации в почвенном поглощающем комплексе приводят к потере органического вещества, ухудшению агрофизических свойств и микробиологической активности почвы, падению до 40 % эффективности вносимых удобрений и, как следствие, снижению качества и количества получаемой растениеводческой продукции, ежегодные потери которой в пересчете на зерно оценивают от 10 до 16 млн тонн в год. Для восполнения балансовой части оснований Ca2+ в гумусово-аккумулятивном горизонте кислые почвы нуждаются в проведении регулярных химических мели-ораций путем их известкования, что обусловливает дополнительную потребность в производстве известковых удобрений-мелиорантов. В работе рассмотрена возможность совершенствования стадии очистки рассола хлорида натрия производства поваренной соли на Волгоградском предприятии АО «Каустик» с целью получения известьсодержащих удобрений-мелиорантов из отходов производства, образующихся на данной стадии. По результатам моделирования получено, что для обеспечения 100 % степени очистки рассола хлорида натрия от частиц твердой фазы, из которых более 50 % составляет CaCO3, с учетом эффекта уноса дисперсной составляющей и энергоемкости машин необходима установка батареи из 2-х центрифуг типа 0МБ-803 мощностью 7,5 кВт с равным отбором рассола от заданной производительности.
To date, the total soil area in Russia with pH <5.5 is about 50 million hectares, and the intensity of soil acidification varies from 0.03 to 0.04 pH units per year. The processes of soil acidification are mainly due to their decalcification. As a result of migration of water in the subsoil layers under conditions of washing and periodically washing the soil water regime, soluble calcium salts are washed out to groundwater and carried to the hydrographic network. Transformations in the soil absorbing complex lead to the loss of
organic matter, deterioration of agrophysical properties and microbiological activity of the soil, a drop of up to 40% in fertilizer application efficiency and, as a result, a decrease in the quality and quantity of crop production, the annual losses of which in terms of grain are estimated from 10 to 16 million tons per year. To replenish the balance part of the bases of Ca2+ in the humus-accumulative horizon, acid soils need regular chemical melioration by their liming, which causes an additional need for the production of calcareous fertilizers-ameliorants. The paper considers the possibility of improving the purification step of sodium chloride brine for salt production Volgograd plant AO "Kaustic" to obtain lime-containing fertilizer-ameliorants of waste products formed in this step. Based on the results of the simulation it was obtained that in order to ensure a 100% degree of purification of sodium chloride brine from solid phase particles, of which more than 50% is CaCO3, taking into account the effect of entrainment of the dispersed component and power consumption of machines, it is necessary to install a battery of 2 0MB-803 centrifuges a power of 7.5 kW with an equal selection of brine from a given productivity.
Ключевые слова: кислые почвы, декальцирование, деградация, экологическая напряженность, химическая мелиорация почв, известкование, известьсодержащие отходы, центрифугирование, удобрение-мелиоранты.
Key words: acid soils, decalcification, degradation, environmental stress, chemical melioration of soils, liming, lime-containing waste, centrifugation, fertilizer-meliorants.
Введение. Стабильность функционирования агроландшафтов как антропогене-зированных природных экосистем определяется внутренними связями между образующими их компонентами и биосферой. Однако превышение норм воздействия на агро-ландшафты из-за их длительного и интенсивного сельскохозяйственного использования привело к разгармонизации энергомассообмена между ее компонентами, прогрессирующему развитию деградационных явлений, снижению почвенного плодородия и, соответственно, экологической напряженности.
Состояние плодородия почв зависит от многих факторов, из которых следует выделить содержание гумусовых веществ в пахотном слое, подвижных форм фосфора и калия, а также кислотность почвы. При этом на фоне резкого снижения объемов известкования избыточно кислых почв по сравнению с периодом 30-40 летней давности именно реакция почвенной среды выступает лимитирующим показателем получения стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
На сегодняшний день общая площадь кислых почв (pH < 5,5) в России достигла около 50 млн га или 42 % обследованной пашни, при этом более половины из них (почти 54 %) расположено в Центральном Федеральном округе. Для сравнения: в 2000 году кислые почвы занимали 36,7 млн га, то есть менее чем за 20 лет прирост составил 13,3 млн га. Ежегодные потери сельскохозяйственной продукции от наличия кислых почв в масштабах страны в пересчете на зерно составляют, по разным данным, от 10 до 16 млн тонн в год, а интенсивность их подкисления варьирует в диапазоне 0,03-0,04 единицы pH в год
[4, 10, 11].
Для решения проблемы закисления почв, обусловленной в большинстве случаев их декальцированием, необходимо проводить работы по химической мелиорации земель в требуемых масштабах. В связи с этим возникает дополнительная потребность в известковых удобрениях-мелиорантах. С позиции ресурсосбережения относительно дешевым источником восполнения почв кальцием являются известьсодержащие отходы промышленных предприятий, использование которых, с одной стороны, позволяет обеспечить сельхозтоваропроизводителей доступными известковыми удобрениями-мелиорантами, а с другой стороны, - решить проблему утилизации этих отходов и улучшения экологической обстановки территорий за счет ликвидации полигонов, используемых для их изоляции, складирования, и обезвреживания.
301
Цель исследования - совершенствование и моделирование процесса выделения частиц твердой фазы из рассола хлорида натрия производства поваренной соли с целью получения известковых удобрений-мелиорантов для химической мелиорации кислых почв.
Материалы и методы. Идентификацию показателей эффективности работы различных типов центрифуг, а также их конструктивных параметров проводили методом аналитического моделирования. Для формализации алгоритма математической модели, построенного на положениях и законах классической гидродинамики, использовали язык программирования Fortran 77 V3.30.
Концентрацию химических компонентов в шламовой суспензии, образующейся после очистки рассола хлорида натрия, определяли в лабораторных условиях методами химического анализа. В частности, метод измерения углекислого кальция и гидроксида магния основан на их взаимодействии с Трилоном Б, а хлористого натрия - на взаимодействии хлоридов с азотнокислой ртутью (II) в среде азотной кислоты.
Сушку шламовой суспензии проводили при температуре 90 °C под вакуумом в сушильном шкафу ВШ-0,035М при непрерывном определении массы образца осадка. Сушку прекращали, когда два последовательных взвешивания образца показывали одинаковые или близкие результаты. Для определения массы образца осадка использовали лабораторные весы ВК1500.1.
Пофракционный состав (дисперсность) частиц твердой фазы в осадке определяли ситовым методом. Для этого образец массой 500 граммов пропускали через набор сит, установленных одно над другим в порядке убывания размеров отверстий сверху вниз на вибрастоле. Взвешивая каждую фракцию, полученную таким образом, определяли ее массу mt (кг) и процентное содержание y (%) этой фракции по отношению к массе исходного образца осадка M (кг):
mt
У = M'
Средний размер частиц твердой фазы, составляющих образец, рассчитывали по формуле:
Ё dm
Л = —,
ср м '
где ( - средний размер частиц твердой фазы 1-й фракции (полусумма размеров отверстий верхнего и нижнего сит), мм.
Однородность образца определяли по среднеквадратическому отклонению, при этом чем о ^ 0, тем однороднее образец осадка:
а = ±
Ё уа а
100
а = ( - (ср ,
где а - отклонение размера частиц твердой фазы 1-й фракции от среднего размера частиц твердой фазы.
Для получения достоверных результатов все опыты проводили в четырехкратной повторности.
Результаты и обсуждение. Декальцирование почв главным образом происходит в результате миграции воды во внутрипочвенных слоях. В условиях промывного и периодически промывного водного режимов почвы растворимые соли кальция вымываются до грунтовых вод и уносятся в гидрографическую сеть. Обеднение почв основа-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
2+
ниями, и, прежде всего, Са является одной из главных причин формирования процессов деградации почвы. Такого рода трансформации в почвенном поглощающем комплексе приводят к потере органического вещества, ухудшению агрофизических свойств и микробиологической активности почвы, падению до 40 % эффективности вносимых удобрений и, как следствие, снижению качества и количества получаемой растениеводческой продукции [3, 6, 7, 13, 14].
Потери оснований из гумусово-аккумулятивного горизонта почвы в результате естественных и техногенных воздействий можно компенсировать только путем их известкования [3, 6, 7, 11, 12].
Основными составляющими для приготовления известковых удобрений-мелиорантов являются доломитовая и известняковая мука, которые получают при измельчении известьсодержащих осадочных пород. Однако существующие технологии получения сырья требуют разработки карьеров, строительства подземных путей, измельчающих станций и прочего, что негативно сказывается на экологической обстановке природной среды и приводит к существенным экономическим затратам.
Одним из лидеров отечественной и мировой химической промышленности является Волгоградское предприятие АО «Каустик», которое, используя в качестве сырья рассол хлорида натрия, выпускает широкий спектр бытовой химии и средств гигиены. Рассматриваемое производство многостадийное и, в том числе, включает на начальном этапе технологической линии стадию очистки рассола от примесей. Данный процесс осуществляется в осветлителе (рисунок 1).
Рисунок 1 - Осветлитель для очистки рассола хлорида натрия: I - подача суспензии рассола; II - отвод очищенного рассола; III - отвод шлама; IV - подача реагентов; 1 - воздухоотделитель; 2 - распределительный стояк; 3 - радиальные трубы; 4 - сопла; 5 - коллектор; 6 - шламозаборные окна; 7 - сборный желоб; 8 - карман; 9 - осадкоуплотнитель; 10 - зона динамического равновесия
Рассол хлорида натрия подается в коаксиально расположенный воздухоотделитель, где происходит отделение дисперсии из пузырьков воздуха и углекислого газа. В процессе деаэрации из жидкой фазы в атмосферу выделяются растворенные инертные газы, а сепа-
рированная часть по распределительному стояку направляется в нижнюю часть осветлителя через шесть наклонных, симметрично расположенных радиальных труб, на концах которых установлены горизонтальные сопла, необходимые для придания рассолу вращательного движения. Одновременно по коллектору осуществляется подача поверхностно активных веществ (полиакриламид + кальцинированная сода) в зону выхода рассола из форсунок, которые способствуют всплыванию и дальнейшему укрупнению твердых частиц.
Частицы твердой фазы, находящиеся в реакционной массе, поднимаются вместе с жидкой фазой в верхнюю часть осветлителя в шламоуплотнитель, по периметру которого в три ряда расположены шламозаборные окна. На уровне шламозаборных окон в движении рассола преобладает одно направление - вертикально вверх. В этой зоне создаются условия для равновесия двух сил: силы тяжести частиц твердой фазы и подъемной силы рассола. Частицы твердой фазы, находясь в зоне динамического равновесия, постепенно скапливаются, укрупняются и образуют шламовый фильтр. Рассол, проходя через шламовый фильтр, освобождается от взвесей и через дренажную решетку поступает в сборный желоб, затем через карманы осветлителя отводится в емкость осветленного рассола.
По мере работы осветлителя происходит постепенное осаждение частиц твердой фазы в его нижней части - в осадкоуплотнителе. Осевшая взвесь в виде шламовой суспензии отводится в емкость и далее как сточные воды в пруды-накопители.
Лабораторные исследования компонентного состава осадка, полученного после сушки шламовой суспензии, показали, что он может использоваться в качестве удобрения-мелиоранта для известкования кислых почв (таблица 1).
Таблица 1 - Содержание химических компонентов в осадке
Химический компонент Концентрация компонента, %
СаСОз 58,0
Mg(OH)2 17,0
Н2О 20,0
Fe2Oз 0,05
№С1 4,50
Однако существующее на сегодняшний день аппаратурное оформление стадии очистки рассола хлорида натрия не позволяет организовать стабильное производство известковых удобрений-мелиорантов. Решением данного вопроса может стать замена осветлителя на современный высокотехнологичный аппарат для разделения низкоконцентрированных жидкостей. С целью выбора типа и конструкции такого аппарата был изучен фракционный состав частиц твердой фазы осадка (рисунок 2).
а, % 35
30
25
20
¡5
10
5
0
50 160 315 630 1250 <й,Мк!и
Рисунок 2 - Гистограмма пофракционного распределения частиц твердой фазы в осадке 304
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 3 - Блок-схема математической модели идентификации параметров центрифуги
Учитывая фракционный состав дисперсной составляющей и производственную необходимость организации непрерывного процесса очистки рассола, целесообразно, на наш взгляд, принять осадительную центрифугу непрерывного действия с принудительной выгрузкой осадка.
Для выбора типа и оптимальных параметров центрифуги была разработана математическая модель (рисунок 3) с выходом на локальные и интегральные степени очистки рассола, номинальный диаметр уловленных частиц твердой фазы, а также фактор разделения и критерий Рейнольдса [1, 2, 5]. Исходные и справочные значения параметров осадительных центрифуг непрерывного действия с принудительной выгрузкой осадка, необходимые для аналитического решения математической модели, а также полученные расчетные значения параметров приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Исходные, справочные и расчетные значения параметров осадительных центрифуг [9]
о о
Наименование параметра Размерность Обозначение Величина
Исходные данные
Производительность по рассолу м3/с 0,0042
Плотность частиц твердой фазы рассола кг/м3 Рт 2220
Плотность рассола кг/м3 Рж 1200
Вязкость рассола Пас Рж 0,0025
Концентрация частиц твердой фазы в рассоле % Хн 0,2
Коэффициент формы частиц твердой фазы - <РФ 1,45
Коэффициент поверхности частиц твердой фазы - (рп 1,33
Плотность распределения частиц твердой фазы по фракциям % с0) рис. 3
Диаметр частиц по фракциям мкм Фо рис. 3
Справочные данные
Тип центрифуги - - ОГШ-202К-03 ОГШ-1001К-01 огн- 903К-01 ОМБ-803
Внутренний диаметр ротора м о 0,2 1,0 0,9 0,8
Внутренний радиус кольцевого слоя жидкости м Яв 0,05 0,45 0,4 0,35
Длина ротора м 1 0,8 3,8 1,5 0,4
Мощность привода кВт Р 5,5 110 30 7,5
Частота вращения об/мин ш 1000 1000 1000 1000
Количество центрифуг шт. т 4 2 2 2
Расчетные данные
Интегральная степень очистки % >1 100 100 100 100
Номинальный диаметр частиц, улавливаемых на 100 % мкм Ло 18,4 1,3 2,3 5,1
Фактор разделения - Ф 76,5 484 433 382
Критерий Рейнольдса для 1-й центрифуги - Яе.ж: 8790 3516 3906 4394
Критерий Рейнольдса для батареи из т центрифуг - Яеж 2197 1758 1953 2197
¡ч
ч- Ц
>ь со I. О
Й*
88 ^
® ч Й
о ¡я
2»
21,1 ¡ч о ¡ъ а;
^ ч £ й Ы ч о о
й X °°
к
и о
5 ^ 5 а
й о ¡ь.
* * * * *
¡3
£ §
о
й
*
* * * *
й
Из полученных по результатам аналитического моделирования данных следует, что все выбранные типы центрифуг при заданной производительности по рассолу хлорида натрия теоретически обеспечивают 100 % степень очистки. Такой эффект достигается за счет того, что в центрифугах номинальный диаметр частиц, улавливаемых на 100 % (от 1,3 до 18,4 мкм), значительно меньше наименьшей фракции частиц твердой фазы в осадке (50 мкм). Стоит отметить, что во время центрифугирования возможен унос частиц твердой фазы, который вызван турбулизацией жидкостного потока с образованием завихрений. Для предотвращения данного явления необходимо поддерживать ламинарный режим в направлении осевого течения фугата (осветленного рассола) в роторе центрифуги, при этом критерий Рейнольдса рассматриваемого потока не должен превышать 2300 [8].
Как видно из расчетных данных (таблица 2), ни одна центрифуга в одиночном исполнении не обеспечивает указанного режима работы. Для достижения оптимальных значений Re, при которых унос частиц минимален либо отсутствует полностью, были рассмотрены варианты из батарей однотипных машин. Результаты моделирования показывают, что для достижения ламинарного режима в направлении осевого течения фу-гата в роторе центрифуги типа 0ГШ-202К-03 необходима установка четырех параллельных машин, для остальных типов - по две машины с равным отбором рассола от заданной производительности.
При выборе типа центрифуги также следует учитывать ее энергоемкость. С точки зрения энергоэффективности более целесообразным для модернизации стадии очистки рассола хлорида натрия для получений известьсодержащих удобрений-мелиорантов будет применение центрифуги типа 0МБ-803 (р = 7,5 кВт), при этом общее потребление электроэнергии составит всего 15 кВт/час.
Заключение. Регулирование почвенной реакции относится к важнейшим мероприятиям по химической мелиорации земель, так как восстанавливает положительный баланс кальция в гумусово-аккумулятивном горизонте. Однако отсутствие государственного финансирования работ по поддержанию плодородия привело к резкому снижению объемов проведения мелиоративных мероприятий по раскислению почв - площади произвесткованных земель уменьшились с 6 млн га до 266 тыс. га, в том числе из-за разрушения системы производства, хранения, транспортировки и внесения известковых удобрений-мелиорантов, обновления материально-технической базы.
Создание безотходных технологических линий на действующих предприятиях химической промышленности позволяет не только снизить экологическую напряженность, но и использовать вторичные ресурсы для производства химмелиорантов, необходимых для сельского хозяйства. Предложенная в работе модернизация стадии очистки хлорида натрия на Волгоградском предприятии АО «Каустик» отвечает современным технологиям безотходного производства и не требует высоких капиталовложений, обеспечивает получение известьсодержащих удобрений-мелиорантов для раскисления почв.
Библиографический список
1. Голованчиков, А.Б. Моделирование обратноосмотического процесса в фильтрующих сверхцентрифугах с учетом продольной диффузии [Текст] / А.Б. Голованчиков, М.И. Филимонов, М.К. Доан // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. - 2018. -№ 1(22). - С. 7-12.
2. Голованчиков, А.Б. Вероятность улавливания частиц при двухслойном течении в центрифуге с рециклом [Текст] / А.Б. Голованчиков, М.И. Филимонов, М.И. Ламскова // Известия ВолгГТУ. - 2015. - Т. 8. - № 1 (154). - С. 59-63.
3. Клебанович, Н.В. Известкование почв Беларуси [Текст] / Н.В. Клебанович, Г.В. Васи-люк. - Минск: БГУ, 2003. - 322 с.
4. Литвинович, А.В. История известкования почв [Текст] / А.В. Литвинович // Агрофизика. - 2014. - № 2. - С. 45-51.
5. Моделирование гидродинамических процессов в центробежном поле гидроциклонов [Текст]: монография / А.Б. Голованчиков, А.Е. Новиков, М.И. Ламскова, М.И. Филимонов; ВолгГТУ. - Волгоград, 2017. - 200 с.
6. Надежкин, С.М. Экологические аспекты известкования почв [Текст]: монография / С.М. Надежкин, Т.Б. Лебедева, Е.В. Надежкина. - М.: Агроконсалт, 2005 - 276 с.
7. Небольсин, А.Н. Теоретические основы известкования почв [Текст] : монография: / А.Н. Небольсин, З.П. Небольсина. - СПб., 2005. - 252 с.
8. Процессы и аппараты химической промышленности [Текст]: учебник для техникумов / П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Ю.Я. Мозжерин, Н.Н. Смирнов. - Л.: Химия, 1989. - 560 с.
9. Тимонин, А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник [Текст] / А.С. Тимонин. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. - Т. 2. - 511 с.
10. Чекмарев, П.А. Мониторинг плодородия пахотных почв центрально-черноземных областей России [Текст] / П.А. Чекмарев, С.В. Лукин // Агрохимия. - 2013. - № 4. - С. 11-22.
11. Чекмарев, П.А. Воспроизводство плодородия - залог стабильного развития агропромышленного комплекса России [Текст] / П.А. Чекмарев // Плодородие. - 2018. - № 1. - С. 4-7.
12. Zav'yalova, N.E. The impact of mineral fertilizers and lime on the transformation of humic acids in a soddy-podzolic heavy loamy soil of the Cis-Ural region / N.E. Zav'yalova // Eurasian Soil Science. - 2015. - Vol. 48. - No. 6. P. 627-633.
13. Mechanisms of soil acidification reducing bacterial diversity / X. Zhang, W. Liu, G. Zhang, L. Jiang, X. Han // Soil Biology and Biochemistry. - 2015 - Vol. 81. - P. 275-281.
14. Soil acid cations induced reduction in soil respiration under nitrogen enrichment and soil acidification / Y. Li, J. Sun, D. Tian, J. Wang, D. Ha, Y. Qu, G. Jing, S. Niu // Science of the Total Environment. - 2018. - Vol. 615. - P. 1535-1546.
Reference
1. Golovanchikov, A. B. Modelirovanie obratnoosmoticheskogo processa v fil'truyuschih sverhcentrifugah s uchetom prodol'noj diffuzii [Tekst] / A. B. Golovanchikov, M. I. Filimonov, M. K. Doan // }nergo- i resursosberezhenie: promyshlennost' i transport. - 2018. - № 1(22). - P. 7-12.
2. Golovanchikov, A. B. Veroyatnost' ulavlivaniya chastic pri dvuhslojnom techenii v centrifuge s reciklom [Tekst] / A. B. Golovanchikov, M. I. Filimonov, M. I. Lamskova // Izvestiya VolgG-TU. - 2015. - T. 8. - № 1 (154). - P. 59-63.
3. Klebanovich, N. V. Izvestkovanie pochv Belarusi [Tekst] / N. V. Klebanovich, G. V. Va-silyuk. - Minsk: BGU, 2003. - 322 p.
4. Litvinovich, A. V. Istoriya izvestkovaniya pochv [Tekst] / A. V. Litvinovich // Agrofizika. -2014. - № 2. - P. 45-51.
5. Modelirovanie gidrodinamicheskih processov v centrobezhnom pole gidrociklonov [Tekst]: monografiya / A. B. Golovanchikov, A. E. Novikov, M. I. Lamskova, M. I. Filimonov; VolgGTU. -Volgograd, 2017. - 200 p.
6. Nadezhkin, S. M. Jekologicheskie aspekty izvestkovaniya pochv [Tekst]: monografiya / S.M. Nadezhkin, T. B. Lebedeva, E. V. Nadezhkina. - M.: Agrokonsalt, 2005 - 276 p.
7. Nebol'sin, A. N. Teoreticheskie osnovy izvestkovaniya pochv [Tekst] : monografiya / A.N. Nebol'sin, Z. P. Nebol'sina. - SPb., 2005. - 252 p.
8. Processy i apparaty himicheskoj promyshlennosti [Tekst]: uchebnik dlya tehnikumov / P.G. Romankov, M. I. Kurochkina, Yu. Ya. Mozzherin, N. N. Smirnov. - L.: Himiya, 1989. - 560 p.
9. Timonin, A. S. Osnovy konstruirovaniya i rascheta himiko-tehnologicheskogo i priro-doohrannogo oborudovaniya. Spravochnik [Tekst] / A. S. Timonin. - Izd. 2-e, pererab. i dop. - Kaluga: Izd. N. Bochkarevoj, 2002. - T. 2. - 511 p.
10. Chekmarev, P. A. Monitoring plodorodiya pahotnyh pochv central'no-chernozemnyh ob-lastej Rossii [Tekst] / P. A. Chekmarev, S. V. Lukin // Agrohimiya. - 2013. - № 4. - P. 11-22.
11. Chekmarev, P.A. Vosproizvodstvo plodorodiya - zalog stabil'nogo razvitiya agropromysh-lennogo kompleksa Rossii [Tekst] / P.A. Chekmarev // Plodorodie. - 2018. - № 1. - P. 4-7.
12. Zav'yalova, N.E. The impact of mineral fertilizers and lime on the transformation of humic acids in a soddy-podzolic heavy loamy soil of the Cis-Ural region / N.E. Zav'yalova // Eurasian Soil Science. - 2015. - Vol. 48. - No. 6. P. 627-633.
13. Mechanisms of soil acidification reducing bacterial diversity / X. Zhang, W. Liu, G. Zhang, L. Jiang, X. Han // Soil Biology and Biochemistry. - 2015 - Vol. 81. - P. 275-281.
14. Soil acid cations induced reduction in soil respiration under nitrogen enrichment and soil acidification / Y. Li, J. Sun, D. Tian, J. Wang, D. Ha, Y. Qu, G. Jing, S. Niu // Science of the Total Environment. - 2018. - Vol. 615. - P. 1535-1546.
E-mail: novikov-ae@mail.ru
УДК 004.82; 004.832.23
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ УРОЖАЙНОСТИ НА ОСНОВЕ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ И НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
SYSTEM ANALYSIS AND FORECASTING OF TIME SERIES OF CROP PRODUCTION BASED ON AUTOCORELLATION FUNCTIONS AND NEURAL NETWORK TECHNOLOGIES
А.Ф. Рогачев1'2, доктор технических наук, профессор
1 2
A.F. Rogachev1'2
1Волгоградский государственный аграрный университет 2Волгоградский государственный технический университет
1 Volgograd State Agrarian University 2Volgograd State Technical University
Особенности аграрного производства требуют совершенствования методов адекватного учета их особенностей, реализация которых возможна на основе системного анализа массивов многолетних природно-климатологических статистических данных, связанных с урожайностью сельскохозяйственных культур. Рассмотрены вопросы выбора конфигураций и обучения искусственных нейронных сетей (ИНС) для прогнозирования урожайности на примере зерновых культур на основе системного анализа. Проведенный с применением автокорреляционных функций и частных автокорреляционных функций (ЧАКФ) анализ позволил выявить внутренние закономерности анализируемых ВР и обосновать алгоритмы их предобработки. Проведено сравнение вариантов предварительного преобразования исходных временных рядов (ВР) урожайности, подаваемых на вход ИНС, а также обоснование их структуры с учетом количества слоев. Применение автоматизированно генерируемых совокупностей нейронных систем обеспечивает эффективное решение задачи прогнозирования урожайности зерновых культур на основе системного анализа массивов климатологических и организационно-экономических данных. На основе полученных оптимальных вариантов конфигурации нейросетей разрабатывается программный комплекс, обеспечивающий учет автокорреляционных характеристик при обучении ИНС для прогнозирования урожайности.
The peculiarities of agrarian production require the improvement of methods for adequately taking into account their specific features, the realization of which is possible on the basis of a systematic analysis of arrays of long-term natural climatological statistics related to crop yields. The problems of the choice of configurations and the training of artificial neural networks (ANN) for forecasting yields on the example of grain crops are considered. The analysis with the use of autocorrelation functions and private autocorrelation functions (PACF) made it possible to reveal the internal regularities of the BPs analyzed and to justify the algorithms for their pre-processing. Comparison of the variants of preliminary transformation of the initial time series (TS) of yields applied to the input of the INS, as well as the justification of their structure, taking into account the number of layers, are compared. The application of automatically generated sets of neural systems provides an effective solution to the problem of forecasting
