Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND REACTOR FOR CARRYING OUT MECHANOCHEMICAL REACTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/065865
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the carrying out of mechanochemical reactions and can be used in the production of organo-mineral fertilizers, in particular humic acid salts, and feed additives for livestock. The method for carrying out mechanochemical reactions is implemented in a reactor by treating a mass produced as a result of the preliminary mixing of starting materials in a mixer. The mass that is to be treated is loaded into a receiver (4) and, with the aid of a screw feeder (2), enters a compression zone via reactor channels provided with combs. In the compression zone the mass is treated with ultrasound from an annular concentrator (8). The design of the mouthpiece (9) provides for the forced return of a portion of the mass undergoing treatment to a repeat compression zone via the reactor channels. At the exit from the reactor the mass undergoing treatment is treated with ultrasound in order to homogenize the mass and produce a high-quality product.

Inventors:
OLKHOVSKY, Eduard Vasilievich (Krasnoselskoye shosse 28-4-20, PushkinSt.Petersburg, 3, 196603, RU)
ОЛЬХОВСКИЙ, Эдуард Васильевич (Красносельское шоссе, 28-4-20 Пушкин, Санкт-Петербург, 3 St.Petersburg, 196603, RU)
Application Number:
RU2010/000675
Publication Date:
June 03, 2011
Filing Date:
November 15, 2010
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSCHESTVO S OGRANICHENOY OTVETSTVENNOSTYU "MONOLIT" (ul. Gagarina, 54Ivangoro, Leningradskaya obl. 0, 188490, RU)
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "МОНОЛИТ" (ул. Гагарина, 54 Ивангород, Ленинградская обл, 0 Ivangorod, 188490, RU)
OLKHOVSKY, Eduard Vasilievich (Krasnoselskoye shosse 28-4-20, PushkinSt.Petersburg, 3, 196603, RU)
International Classes:
C07C63/33; B01J3/00; B01J19/10
Foreign References:
SU308004A
SU998460A1
SU405717A1
RU2058279C1
CN1412223A
Other References:
'Sovetskaya entsiklopediya' KONTSEBTRATOR AKUSTICHESKY. FIZICHESKY ENTSIKLOPEDICHESKY SLOVAR., M. 1983, pages 310 - 311
Attorney, Agent or Firm:
RIBAKOV, Yury Vladimirovich (a/ya 55, St.Petersburg, 6, 197136, RU)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕН™

1. Способ проведения механохимических реакций при сжатии, температуре, давлении и обработке ультразвуком исходного материала в реакторе, при этом обрабатывают массу с помощью шнека, отличающийся тем, что обрабатываемая масса в объёме 10-90% реверсивно поступает по каналам реактора в зону многократного сжатия, а обработка ультразвуком происходит с помощью двухчастотного кольцевого ультразвукового концентратора, частоты которого отличаются друг от друга на 0,01-15%.

2. Способ получения солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи в механохимическом реакторе по п.1, отличающийся тем, что щёлочь составляет 10-20% от массы торфа.

3. Механохимический реактор, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приёмную ёмкость исходного материала, шнек, мундштук и ультразвуковой генератор, отличающийся тем, что корпус реактора выполнен в виде многогранника с каналами вдоль оси корпуса, при этом в каналах расположены гребёнки, а ультразвуковой генератор представляет собой кольцевой ультразвуковой концентратор.

4. Механохимический реактор по п.З, отличающийся тем, что указанный многогранник имеет шесть или более граней, а гребёнка выполнена треугольной.

5. Механохимический реактор по п.З или 4, отличающийся тем, что размеры гребёнки составляют 0,01-0,5 высоты указных каналов относительно окружности механохимического реактора.

6. Механохимический реактор по любому из п.З - 5, отличающийся тем, что соотношение диаметра мундштука и корпуса реактора находится в пределах 1 : 10-1 :2.

7. Механохимический реактор по любому из п.З - 6, отличающийся тем, что ультразвуковой концентратор расположен в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы.

12

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

8. Механохимический реактор по любому из п.З - 7, отличающийся тем, что мундштук выполнен регулируемым по диаметру либо съёмным.

13

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Description:
Способ проведения механохимичес их реакций и реактор для осуществления этого способа

Техническое решение относится к проведению механохимических реакций различных масс и смесей, изготовлению, например, органо- минеральных удобрений, в частности солей гуминовых кислот на основе торфа, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных.

Использование гуминовых препаратов характеризуется гармоничным сочетанием ресурсосберегающих технологий, получением стабильных урожаев качественной продукции и бережным отношением к природе.

В настоящее время во всём мире резко возрос интерес к удобрениям гуматного типа. Гуминовые соединения, являясь физиологически активными веществами, регулируют и интенсифицируют обменные процессы в растениях и почве. Установлено, что гуминовые вещества не только увеличивают урожайность, массу плода и ускоряют сроки созревания, но и улучшают качество продукции, повышая содержание в ней Сахаров, витаминов при этом уменьшая количество нитратов. В 1981 году было принято решение о создании Международного общества по изучению гуминовых веществ (IHSS). Первым президентом общества был избран Р.Л.Маколм (R.L. Malcolm) США. Первая Международная конференция состоялась в 1983 году в штате Колорадо (США). На конференциях IHSS было констатировано, что первенство в исследованиях по технологиям получения гуминовых удобрений принадлежит ученым Советского союза и, прежде всего, Л.А.Христовой (Днепропетровск). Затем эти работы продолжили другие советские и российские ученые. Однако бум развития промышленных технологий производства гуматов начался все же в Европе и других странах мира в 80-90 годах 20 века. В России активный выпуск промышленных гуминовых препаратов начался лишь в конце 90 годов. Накопленный научный опыт позволил обеспечить выпуск препаратов по качеству, не уступающему зарубежным разработкам.

Гуматы - это группа естественных высокомолекулярных веществ, которые, благодаря особенностям строения и физико-химическим свойствам характеризуются высокой физиологической активностью. Механизм действия гуминовых веществ заключается в стимулировании всех биохимических процессов в организме растения не только на начальном этапе прорастания семян и образования корневой системы, но и дальнейшего роста и развития растения. Они изменяют проницаемость клеточных мембран, повышают активность ферментов, содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза, а также стимулируют дыхание, синтез белков, Сахаров, аминокислот и витаминов. Наряду с этим гуматы не токсичны, не канцерогенны и не обладают мутагенным действием, что в свою очередь создает предпосылки получения экологически чистой продукции. Существенное влияние гуматы оказывают на водно-физические и физико-химические свойства почвы:

• повышают влагоёмкость легких почв (в среднем на 30%), способствуя образованию агрономически ценной комковато-зернистой структуры;

• улучшают порозность и водопроницаемость тяжелых почв, препятствуя образованию трещин, корок, цементации пахотного слоя и образованию подплужной подошвы;

• способствуют аэрации и воздухопроницаемости почвенного профиля, оптимизируя корневое дыхание растений и окислительно- восстановительный режим почвы в целом;

• регулируют реакции ионного обмена между почвой и водными растворами;

• влияют на буферную емкость почв, тем самым способствуя поддержанию естественного уровеня рН даже при избыточном поступлении кислых или щелочных агентов. Важным аспектом является взаимодействие гуматов с разного рода

пестицидами и органическими экотоксикантами (нефтепродуктами,

альдегидами, фенолами и т.д.). Гуматы необратимо связывают их в

малоподвижные комплексы, которые выводятся из почвенного круговорота, препятствуя попаданию экотоксикантов в с/х продукцию и, как следствие, в организм человека.

При использовании гуматов в сельском хозяйстве отмечают следующее:

• увеличивается урожайность зерновых, кормовых и овощных культур в среднем на 30-40%;

• повышается всхожесть семян и их прорастание;

• улучшается обмен веществ у растений, повышается поглощение

минеральных веществ, усиливается корнеобразование;

• улучшается приживаемость рассады и растений при пересадке;

• увеличивается сопротивляемость растений к болезням, заморозкам и засухе, благодаря повышению активности фермента нитратредуктазы;

• снижается содержание нитратов, пестицидов, ионов тяжёлых металлов и радионуклидов, что позволяет говорить о возможности применения гуматов для рекультивации и обеззараживания почв.

Обычный способ применения гуматов - предпосевная обработка семян, опрыскивание вегетирующих растений, корневые подкормки. Возможно совместное применение гуматов с пестицидами при обработке посевов и семян.

В настоящее время промышленные гуматы широко применяют в Южной и Северной Америке, Китае, Австралии, Африке, Южных и центральных странах Европы, и конечно в России. При этом, в основном, используют гуматы трёх типов: гумат натрия, гумат калия и гумат аммония. Основным сырьём для промышленного получения гуминовых веществ до настоящего времени являются торф или особые сорта бурых углей. Преимуществом этого сырья является его доступность в различных регионах мира. Гуминовые кислоты в таком сырье представлены в виде высокомолекулярных нерастворимых в воде фракций. Извлечение гуминовых кислот происходит одновалентными катионами натрия, калия или аммония в щелочной среде. При этом получают разбавленные растворы солей гуминовых кислот, которые методом упаривания концентрируют до 2- 8% растворов. Такая технология определяет как хорошие технологические свойства препарата, так и его высокую стоимость в пересчете на содержание действующего вещества. Тем не менее, подобные препараты удобны для растворения и нашли свою рыночную нишу. Экономически более перспективной является так называемая «сухая переработка бурых углей» с получением сухих гуминовых препаратов. Эту технологию из-за её дешевизны используют большинство ведущих производителей мира. В то же время получаемые препараты имеют ряд недостатков, к которым можно отнести:

• неполную растворимость и содержание балластных нерастворимых компонентов: смол, битумов, окаменелостей и т.д. ;

• сложность обеспечения стабильного состава препарата, в том числе по тяжелым металлам, что обусловлено непостоянством сырья в месторождении;

• незначительное количество или отсутствие фульвовых и низкомолекулярных кислот.

Тем не менее, из-за относительной низкой цены эти гуминовые препараты наиболее широко представлены как на мировом, так и на российском рынке. В 80-х годах прошлого века ленинградскими учеными разработана новая технология получения экологически чистых концентрированных солей гуминовых кислот. Особенностью этой технологии является имитация природных процессов гумификации лигнинсодержащих органических веществ. В природе процесс гумификации древесного лигнина длится веками, а разработанный технологический процесс обеспечивает результат за 1-2 часа. При этом обеспечивается получение широкого комплекса высоко- и низкомолекулярных гуминовых соединений, в том числе солей фульвокислот. Широкий комплекс научных и технологических исследований этой технологии позволил с 1999 года предложить потребителям промышленный гуминовый препарат нового поколения - Лигногумат ® . (1)

В промышленности известно также изготовление солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи NaOH, КаОН.

Известны конструкции шнек-прессов.

Так, например, известно устройство для приготовления брикетов.

На выходе пресса установлен формующий узел, выполненный в виде замкнутого ленточного транспортера и формующих камер, а также в виде прессующего элемента, который шарнирно установлен на выходе прямоугольного насадка . Формующие камеры образованы поперечными перегородками с заостренной торцевой кромкой. Прессующий элемент выполнен в виде пластины и подпружинен относительно рамы. Шнек смешивает и перемещает навозную массу. Жидкая фракция удаляется через отверстия перфорации корпуса . Уплотнение завершается в прямоугольном насадке . Транспортер поперечными перегородками сжимает навозную массу, а пластина взаимодействует с кромками перегородок, перетирает волокнистые включения (2).

Шнек-пресс переработки полимерных отходов "ШПППО" предназначен, преимущественно, для раздельной переработки полимерных отходов в виде пакетов, пленочных упаковок, кусков пленок и им подобных в полимерные, преимущественно, трубчатые изделия и отличается от известных применением загрузочного короба с поворотной стенкой, образующей проем для подачи отходов, а также оснащенный упругим элементом, например, резиновым, который создает с крышкой короба герметичную полость с подачей в последнюю сжатого воздуха и снизу которой закреплена подпрессовочная плита принудительно подающая отходы в трубчатый корпус шнекового вала, снабженного в зоне подачи отходов зубчатыми ножами, закрепленными по винтовой линии между шнековыми витками, при этом корпус шнекового вала и его теплоизолированный кожух образуют полость насыщенного пара с температурой 110-120°С, сообщаемую со смежной кольцевой полостью острого пара температурой 130-150°С через отверстия диаметрами 0,002-0,005 м в разделительной стенке и обогревающую формовочный цилиндроконический мундштук, а получаемый расплав полимера, продавливаемый зазоры между мундштуком и цилиндроконическим концом шнекового вала, формируется в полимерное изделие преимущественно трубчатого типа, охлаждаемое на выходе из мундштука и снаружи подачи холодной воды "на проход" посредством вентилей в кольцевую полость и омывающую концевой участок мундштука, а из внутри - подачей сжатого воздуха вентилем через сквозное центральное отверстие в шнековом валу, вращаемому с задаваемой скоростью с помощью ведущего шкива-маховика и клиноременной передачи посредством, например, мотор-редуктора (3).

Наиболее близким аналогом относительно заявляемого технического решения - способа и механохимического реактора - является шнек-пресс, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приёмную ёмкость исходного материала, шнек, мундштук, снабжённый ультразвуковыми излучателями (4). Устройство применяется в коксохимическом машиностроении, в частности в устройствах для брикетирования угольной массы.

Однако, указанные способы и конструкции аналогов, в том числе ближайшего аналога, не могут обеспечить достаточное качество получаемой продукции, в частности солей гуминовых кислот.

Задачей заявляемого решения является разработка способа и реактора для проведения механохимических реакций различных исходных материалов и смесей с использованием шнека, в частности производства солей гуминовых ислот.

Техническим результатом является получение гомогенизированной продукции в реакторе, в котором эффективно протекают механохимические реакции, в частности для получения природного экологически чистого удобрения.

Предложен способ проведения механохимических реакций и реактор для осуществления этой цели.

Способ проведения механохимических реакций при сжатии, температуре, давлении и обработке ультразвуком исходного материала в реакторе, при этом обрабатывают массу с помощью шнека, характеризуется тем, что обрабатываемая масса в объёме 10-90% реверсивно поступает по каналам реактора в зону многократного сжатия, а обработка ультразвуком происходит с помощью двухчастотного кольцевого ультразвукового концентратора, частоты которого отличаются друг от друга на 0,01-15%.

Способ получения солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи в механохимическом реакторе характеризуется тем, что щёлочь составляет 10-20% от массы торфа в сухом эквиваленте.

Механохимический реактор, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приёмную ёмкость исходного материала, шнек, мундштук и ультразвуковой генератор, характеризуется тем, что корпус реактора выполнен в виде многогранника с каналами вдоль оси корпуса, при этом в каналах расположены гребёнки, а ультразвуковой генератор представляет собой кольцевой ультразвуковой концентратор.

Механохимический реактор характеризуется тем, что указанный многогранник имеет шесть или более граней, а гребёнка выполнена треугольной.

Механохимический реактор характеризуется тем, что размеры гребёнки составляют 0,01-0,5 высоты указных каналов относительно окружности механохимического реактора.

Механохимический реактор характеризуется тем, что соотношение диаметра мундштука и корпуса реактора находится в пределах 1 :10-1 :2.

Механохимический реактор характеризуется тем, что ультразвуковой концентратор расположен в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы.

Механохимический реактор характеризуется тем, что мундштук выполнен регулируемым по диаметру выхода массы либо съёмным.

Реактор на выходе перед мундштуком снабжён кольцевым ультразвуковым концентратором, выполненным с ультрозвуковыми излучателями, в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы. Однако, наибольшее сжатие может быть создано и в других зонах реактора.

Механохимический реактор иллюстрируется на фигурах: фиг. 1 - схема реактора, фиг. 2, Б - выноска по фиг.1 , гребёнка в канале, фиг. 3 - разрез фиг. 1 по линии А-А, поперечное сечение реактора, фиг. 4 - схема частотного сложения (по частоте биений) ультразвуковых колебаний концентратора.

Цифрами на фигурах обозначено: 1 - корпус реактора, 2 - шнек, 3 - витки шнека, 4 приёмная ёмкость, 5 - вал, 6 - редуктор, 7 - электродвигатель, 8 - УЗ концентратор, 9 - мундштук, 10 - исходные материалы, например, смесь торфа и щёлочи, 11 - гребёнка, 12 - каналы, 13 - грани корпуса реактора.

Работает реактор следующим образом. Электродвигатель 7 вращает вал 5 через редуктор 6 (фиг.1). Предварительно перемешанные в смесителе (на чертеже не показан) исходные материалы загружаются в приёмную ёмкость 4, откуда по шнеку 2 перемещаются в зоны сжатия и смешения (перетирания), в которых образуется давление от 1 до 300 атм. и температура от 20 до 120 С. Обратываемая масса проходит по каналам 12, имеющим гребёнки И , например, треугольной формы, высотой Н (поз. Б фиг.2 и фиг.З). Масса неоднократно подвергается механохимической обработке за счёт сжатия, перетирания, температуры и давления в каналах 12 (до 90% массы возвращается на повторную обработку). Многогранник реактора в корпусе 1 (фиг.З) имеет шесть или более граней 13, а гребёнка выполнена треугольной причём размеры гребёнки составляют 0,01-0,5 высоты указных каналов относительно окружности механохимического реактора.

Соотношение диаметра мундштука и корпуса реактора находится в пределах 1 :10-1 :2.

Перед мундштуком 9 на массу воздействуют двухчастным ультразвуком кольцевого концентратора 8 (на фиг. 4 показана частота и амплитуда биений ультразвука, U - амплитуда, t - время); частоты ультразвукового концентратора отличаются друг от друга на 0,01-15%.

На выходе из реактора на обрабатываемую массу воздействуют ультразвуком для гомогенизации массы и получения высококачественного продукта.

В механохимическом реакторе вместо кольцевого ультразвукового концентратора может быть применён иной концентратор, но расположение его целесообразно в зоне наибольшего сжатия обрабатываемой массы, т.е. на выходе реактора - перед мундштуком или в собственно мундштуке.

Конструкция мундштука обеспечивает принудительный возврат обрабатываемой массы по каналам реактора в зоны многократного сжатия (мундштук выполнен регулируемым по диаметру либо съёмным). При получении солей гуминовых кислот из смеси торфа и щёлочи в механохимическом реакторе щёлочь составляет 10-20% от массы торфа в сухом эквиваленте.

Жидкая фракция и образующиеся газы в реакторе при обработке массы способствуют интенсификации процесса и повышению качества продукции.

Рассматриваемые способ и реактор могут также успешно применяться для активации и пропорционального распределения по объёму нанодобавок, например, в многокомпонентных строительных (бетонных, штукатурных и других) и иных смесях.

Скорость вращения вала шнека зависит от ряда факторов, одним из которых является качественные характеристики обрабатываемой массы. Материал, из которого изготавливается шнек-пресс - высокопрочная сталь.

Форма готовой продукции в виде непрерывно выходящей из мундштука заготовки определяется контуром и размерами поперечного сечения самого мундштука, преимущественно являющегося сменным элементом реактора.

Преимуществами предложенного решения являются:

- предложенные способ и механохимический реактор являются универсальными и могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства;

- обработка массы в реакторе подобного типа обеспечивает интенсификацию процесса и повышение производительности и качества продукции;

- реактор может быть также использован для производства различных удобрений, например, органо-минеральных удобрений, в частности солей гуминовых кислот на основе торфа, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и т.п.;

- рассматриваемые способ и реактор могут также успешно применяться для активации и пропорционального распределения по объёму нанодобавок.

Источники информации.

1. Интернет: www.humate.spb.ru 2.Патент СССР JY« 1768052, А01СЗ/00, опубл. 15.10.1992.

3. Заявка на изобретение РФ Jfe 2001129679 А, опубл. 27.10.2003.

4.Авторское свидетельство СССР N° 405717, опубл. 05.1 1.1973.