ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КАПСУЛЮВАННЯ НІТРОАМОФОСКИ В АПАРАТІ КИПЛЯЧОГО ШАРУ

TECHNOLOGICAL FEATURES OF NITROAMOFOS CAPSULATION IN THE VEHICLE OF BOILING LAYER

The basic technological parameters of capsulation of nitroammofos tapes are defined on the basis of polymeric materials in the vehicle of pseudofluidized type of  periodic action. The kinetics of freeing of mineral fertilizers from the encapsulated particle is investigated.

Key words: polymeric wastes, encapsulated mineral fertilizers, nitroamofos, a pseudofluidized layer .

1.Вступ

Високопродуктивне сільськогосподарське виробництво основане на інтенсивному використанні мінеральних добрив, що є необхідним для компенсації виносу разом із урожаєм біогенних елементів. В той же час відомо, що з добрив, внесених в ґрунт, тільки частина засвоюється рослинами. В середньому для усіх сільськогосподарських культур коефіцієнт використання добрив становить: азотних – 50-60%, фосфорних 10-25%, калійних – 50-60% [1-7]. З цим пов’язано ряд екологічних проблем, таких як: засолення ґрунтів, проникнення компонентів добрив у підземні водні горизонти, їх змив поверхневими водами, забруднення водойм, тощо. Одним із шляхів запобігання забруднення навколишнього середовища мінеральними добривами є використання добрив пролонгованої дії, зокрема капсульованих.

 Для нанесення покрить на синтетичні мінеральні добрива, які представляють собою гранульовані матеріали із розміром частинок 1÷5 мм найбільш доцільним є напилення у псевдозрідженому стані. Реалізація процесу в апратах псевдозрідженого стану дозволяє досягати його максимальної інтенсивності, що є особливо актуальним в умовах великотонажних виробництв, до яких належить і виробництво синтетичних гранульованих мінеральних добрив.

2.Аналіз попередніх досліджень. Проблемам капсулювання дисперсних матеріалів в стані псевдозрідження присвячено ряд праць [8-11]. Показано, що процес нанесення покрить є складним тепломасообміном між дисперсним матеріалом, псевдозріджуюючим повітрям та плівкоутворювачем, який залежить від фізико-хімічних властивостей цих матеріалів. Для успішного проведення капсулювання необхідним є вивчення закономірностей його проходження у кожному конкртному випадку.

3.Мета роботи. Метою роботи є визначення особливостей нанесення полімерного покриття на поверхню гранул нітроамофоски.

4.Матеріал і результати дослідження. Як об’єкт досліджень використовували легкорозчинне синтетичне гранульоване висококонцентроване універсальне азотно-фосфорно-калійне добриво – нітроамофоску, що редставляє  полідисперсну суміш округлих гранул розміром 1÷4 мм.

Для отримання плівкоутворюючої композиції використовували відходи полістиролу (одноразова посуда, пакувальна тара). З метою запобігання вторинного забруднення грунтового середовища після розчинення добрив до плівкоутворювача додається природній полісахарид, який підвищує здатність полімеру до біодеструкції [12].  Для цього використовували відходи переробки деревини на паперово-целюлозному виробництві – гідролізний лігнін. Застосування цих речовин дає можливість вирішувати декілька задач – утилізації відходів та зниження вартості капсульованих добрив.

Нанесення функціональної оболонки на поверхню гранул мінеральних добрив передбачає використання плівкоутворюючої композиції в рідкому агрегатному стані. Полістирол не розчиняється у воді, а лише в ряді органічних речовин. Як розчинник вибрали чотирихлористий вуглець, оскільки він є найменш токсичною, негорючою і незаймистою речовиною.

Для проведення процесу капсулювання мінеральних добрив необхідно визначити:

-                       інтенсивність подачі плівкоутворюючого розчину в шар матеріалу;

-                       швидкість  псевдо зріджуючого повітря;

-                       час здійснення процесу капсулювання.

Всі ці параметри теоретично можна визначити за відомими залежностями [13]. Однак це будуть дані, що не враховують властивостей субстанції, з якої формується покриття. Найбільш негативний вплив на якість покриття має явище злипання частинок, спричинене наявністю на поверхні частинок в’язкої полімерної композиції, з якої випаровується розчинник. Сили щеплення між часинками перевищують сили відштовхування і в результаті утворюється конгломерат. Уникнути цього можна надавши частинці матеріалу додаткової енергії. Реалізується це шляхом застосування спеціальних секціонованих апаратів, де частинки в зоні напилення рухаються з більшою швидкістю [8-10]. В апратах неперервної дії жолобчатого типу, які використовуються у великотонажних виробництвах і де неможливо механічно розділити функціональні зони, додаткову енергію частинкам можна надати збільшуючи швидкість псевдозріджуючого повітря. Найбільш простим методом встановлення основних технологічних параметрів капсулювання є теоретичні розрахунки, результати яких приймаються за основу, та корекція цих величин за допомогою експериментальних досліджень.

В результаті отримали наступні технологічні параметри, за якими здійснювали капсулювання:

-           витрата плівкоутворювача – 0,334 мл/(кг×с);

-           швидкість псевдозріджуючого повітря – 8,1 м/с;

-           тривалість процесу – 62 хв.

В роботі наненсення покриття проводили в циліндричному апараті псевдозрідженого типу періодичної дії. В робочу камеру завантажували 0,25 кг нітроамофоски. Маса покриття становила 10% від маси добрива. Плівкоутворююча композиція складалася із відходів полістиролу та  гідролізного лігніну у співвідношені 8:2. Концентрація розчину - 5 % мас. Температура повітря на вході в апарат - 65^оС. Нагрівання нітроамофоски вище цієї температури не рекомендується для запобігання термічному розкладу [14].

В результаті капсулювання отримали частики, рівномірно покриті суцільною оболонкою. Для визначення їх властивостей проводили експериментальні дослідження процесу вивільнення активної фази через оболонку.  Для цього відбирали частинки діаметром 2,5 мм і поміщалі їх у ємність із дистильованою водою об’ємом 150 мл. Процес вивільнення твердої фази через полімерну оболонку контролювали кондуктометричним методом за допомогою електронного портативного кондуктометра Sension 5. Результати досліджень у графічному виді приведені на рис.1.

Рис.1.Кінетика вивільнення нітроамофоски з капсульованої частинки

      Як видно із отриманих результатів кінетична крива процесу вивільнення проходить плавно без різких спадів чи підйомів. Це може бути доказом рівномірного якісного покриття, яке дає можливість отримувати мінеральні добрива пролонгованої дії із заданим часом вивільнення.

      Висновки. В результаті проведених  досліджень встановлено основні технологічні параметри капсулювання нітроамофоски із застосуванням відходів полістиролу та гідролізного лігніну в апараті киплячого шару. Результати роботи можуть використовуватись в технологіях створення капсульованих мінеральних добрив пролонгованої дії.

Література

1.                Білявський Г.О. Падун М.М. Фурдуй Р.С. Основи загальної екології:2-ге вид.-К.,1995.-368с.

2.                Кучерявий В.П. Екологія:Львів.-“Світ”.-2001.-500с.

3.                Назарук М.М. Основи екології та соціоекології: Львів. - “За вільну Україну”.-1997.-210с.

4.                Охорона навколишнього середовища та використання природних ресурсів. Статист. Довідник.-К.,1992.

5.                Теоретические и прикладные исследования в области технологии минеральных удобрений. Сборник статей, Л., Химия, 1984.

6.                Реймерс Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М.-1994.

7.                Сільськогосподарська екологія (під редакцією В. К. М’якушенко), К., Урожай, 1992р., 264с.

8.                Рощин Н.И. Псевдоожижение в производстве лекарств. – М.:Медицина, 1981. - 288 с.

9.                Є.Устянич Теоретичні основи капсулювання дисперсних матеріалів. Навчальний посібник // Львів. Академія друкарства, 2008. – 400 с.

10.           Демчук И.А. Разработка технологии и моделирования процессов капсулирования твердых лекарственных форм в псевдоожиженном слое: дис. к. т. н. : 05.17.08 – Львов, 1991 – 203с.

11.           Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. - М.: Химия, 1980. – 216 с.

12.           Ващук В.В., Нагурський О.А. Утилізація відходів споживання виробів з полістиролу у виробництві капсульованих мінеральних добрив. Збірник матеріалів міжнародної наук-пр конф «1-й всеукр з’їзд екологів. Вінниця «УНІВЕРСУМ», 04-07.10.06, с.135-138.

13.           Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. – М.: Химия, 1981. – 812 с.

14.           Кононов А.В., Стерлин В.Н., Евдокимова Л.И. Основы технологии комплексных удобрений - М.: Химия, 1988. – 320 с.