Киселев Николай Геннадьевич. Повышение эффективности применения органоминеральных удобрений на основе куриного помета путем разработки технологии и технических средств их гранулирования

Краткое описание

Киселев Николай Геннадьевич. Повышение эффективности применения органоминеральных удобрений на основе куриного помета путем разработки технологии и технических средств их гранулирования : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 СПб., 2006 167 с. РГБ ОД, 61:06-5/3367

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ КУРИНОГО ПОМЕТА ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИХ
ГРАНУЛИРОВАНИЯ.
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель - доктор технических наук
Афанасьев Вячеслав Николаевич
Санкт-Петербург - 2006
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Анализ методов производства полнокомпонентных гранулированных удобрений 9
1.2. Характеристика конструктивно-технологических схем и рабочих процессов прессовых устройств . 17
1.3. Анализ методов и средств гранулирования с обоснованием выбранных для органоминеральных смесей на основе компоста из куриного помета 23
Заключение по 1ой главе 28
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ КОМПОСТА ИЗ ПОДСТИЛОЧНОГО ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА 31
2.1. Модель уплотнения при гранулировании сыпучих тел 31
2.2. Теоретическое обоснование технологического процесса гранулирования органоминералъной смеси 40
2.2. Теоретическое обоснование производительности шнекового пресс-гранулятора 53
Заключение по 2ой главе 59
ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ 61
3.1. Определение влаэ/сности компоста и органоминеральных смесей на его основе 63
3.2. Определение гранулометрических и объемно-массовых характеристик 65
3.2.1. Определение объемной массы 65
3.2.2. Определение плотности твердой фазы 66
з
3.2.3. Определение гранулометрического состава 69
3.2.4. Определение угла естественного откоса и угла обрушения 72
3.3. Определение коэффициентов внутреннего и внешнего трения 75
3.4. Исследование компрессионных свойств органоминеральных смесей 85
3.4.1. Определение коэффициента бокового распора 85
3.4.2. Определение коэффициента прессования 88
3.4.3. Определение коэффициента упругого расширения 92
Заключение по 3й главе 95
ГЛАВА 4. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЭКСПЕРМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ШНЕКОВОГО ПРЕСС- ГРАНУЛЯТОРА 96
4.1. Методы определения исследуемых факторов 98
4.2. Планирование эксперимента 103
4.3. Результаты экспериментальных исследований процесса гранулирования 104
4.4. Результаты применения гранулированных органоминеральных удобрений в полевых условиях 115
4.4.1. Сравнение эффективности влияния разных удобрений. . 116
4.4.2. Выявление эффективности грануляции органоминеральных удобрений 117
4.4.3. Эффективность добавки минеральных удобрений при грануляции органоминеральных смесей 117
Заключение по 4ой главе 118
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАНЫХ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ 120
5.1. Технология работ и комплекс машин для поточного производства удобрений 120
5.2. Расчет экономической эффективности технологии производства полнокомпонентных гранулированных органоминеральных удобрений для локального внесения в почву 123
Основные выводы и рекомендации 128
Список литературы 130
Приложение 141
Повышение плодородия почв и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур является одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства.
К неоспоримому звену улучшения плодородия почвы относятся органические удобрения. Одним из основных источников органических удобрений являются отходы животноводства - навоз и помет. Их неполное использование в условиях возросшей стоимости минеральных удобрений наряду с экологическими проблемами приводит к снижению плодородия почв и почти повсеместной потере гумуса [14].
Несмотря на важность и неоспоримость использования навоза и помета в качестве органических удобрений, недостаточно просто внести органические материалы в почву в исходном виде, без соответствующей подготовки. Применение же распространенных методов удаления, подготовки и использования навоза и помета без определенной системы при отсутствии достаточно жесткого контроля над выполнением соответствующих природоохранных требований, приводит к негативному влиянию на основные компоненты природной среды.
Важнейшая роль в процессе переработки органических отходов принадлежит микроорганизмам. Получение качественных органических удобрений возможно путем биотермической ферментации в аэробных условиях. В результате биологического окисления части органического вещества смешанной популяцией микроорганизмов, температура в перерабатываемой массе поднимается свыше +50° С, что губительно влияет на личинки и куколки мух, яйца гельминтов и семена сорной растительности.
Получаемый гумусный компост является устойчивым продуктом, который не представляет трудностей в хранении, у него нет неприятного
запаха, патогенных организмов, вредных сорняков и других фитотоксичных веществ; он улучшает качество почвы и растений, ускоряет обмен питательных веществ между корнями и почвой [95, 97].
Существенным недостатком данных технологий активной ферментации в установках закрытого типа является высокая себестоимость получаемых удобрений. Дозы внесения их остаются значительными 10-20 т/га и применение их с помощью имеющихся средств механизации только в разброс экономически не оправдывается, и данные технологии не находят широкого использования.
Особое значение приобретают комплексные органоминеральные удобрения, включающие основные компоненты питания растений в соотношении, соответствующем биологическим особенностям растений и уровню плодородия почвы. Дозы внесения таких удобрений значительно снижаются и могут быть внесены в почву машинами для минеральных удобрений [94].
Определилось несколько основных путей улучшения физико¬механических свойств минеральных удобрений. Многообещающим является создание медленнодействующих видов последних, например полимерных удобрений с регулируемой скоростью растворения; капсулированных минеральных удобрений с полимерными, органическими и неорганическими покрытиями и, наконец, получение гранулированных удобрений с рядом связующих добавок, замедляющих растворимость, повышающих прочность и тем самым увеличивающих эффективность их действия [57, 117].
Большой практический интерес представляют те методы улучшения качества удобрений, которые не усложняют в заметной степени технологический процесс их производства и не требуют использования дефицитных и дорогих реагентов и кондиционирующих добавок. К их числу относится производство органоминеральных гранулированных удобрений, в которых связующее органическое вещество обеспечивает замедленную растворимость минеральных компонентов в воде, а также является дополнительным источником питательных элементов для растений.
Поэтому дальнейшие исследования в этом направлении должны быть направлены на создание технологии промышленного производства полнокомплектных органоминеральных удобрений на основе органических отходов сельскохозяйственного производства, включающие основные компоненты питания растений в соотношении, соответствующем биологическим особенностям растений и уровню плодородия почвы. Внедрение этих удобрений в практику сельскохозяйственного производства позволит осуществить реальное дифференцированное их использование, исходя из свойств почв и планируемой урожайности сельскохозяйственных культур. Применение новых удобрений снизит потери и повысит коэффициент использования минеральных удобрений [123]. При этом положительное решение получит проблема охраны окружающей среды - очистка грунтовых вод и вод естественных водоемов от нитратов и других химических веществ удобрений.
Комплексные органоминеральные удобрения в гранулированном виде обладают рядом преимуществ по сравнению с порошковидными. Внесение таких удобрений в почву улучшает динамику микробиологических процессов вокруг и в самих гранулах, органическое вещество в составе гранул позволяет снизить поглощение питательных веществ, особенно фосфорной кислоты, почвой и перевод ее в малоподвижные формы, что создает благоприятные условия для взаимодействия удобрений, почвы и растений и, как следствие, обеспечивает более высокий урожай возделываемых культур [82, 115].В связи с вышеизложенным целью данной работы является: разработать технологию и технические средства производства многокомпонентных гранулированных органоминеральных удобрений для повышения эффективности применения навоза и помета как органического удобрения.

Список литературы

Основные выводы и рекомендации.
1. Применение процесса гранулирования для подготовки к внесению переработанного компоста в чистом виде позволяет более полно использовать питательный потенциал, существенно снизить дозы внесения, снизить затраты связанные с его хранением, транспортировкой и внесением. Гранулированная форма удобрений расширяет агротехнические возможности их использования.
2. Рациональным способом гранулирования, позволяющим получать гранулы органоминерального удобрения в соответствии с требуемыми физико¬механическими свойствами является способ влажного прессования (выдавливания).
3. В результате теоретических и экспериментальных исследований обосновано, что в шнековых прессах, предназначенных для получения качественных гранул наиболее приемлемой является форма прессового канала с конической формующей и цилиндрической калибрующей частью, при этом длина калибрующей части 11 мм, при толщине матрицы 30мм.
4. На физико-механические свойства получаемых гранул существенное влияние оказывают физико-механические свойства органоминеральной смеси, давление прессования и качественный состав смеси. Процессы формирования гранулы в канале матрицы описывается уравнениями (2.34) и (2.35).
5. Исследование процесса гранулирования органоминеральных смесей дало возможность определить технологический режим работы гранулятора влажность материала w=42%, рабочее давление Р=4,5 МПа, частота вращения шнека 100 мин"1, удельные энергозатраты Nyzl=60 кВт ч/т и производительность 80 кг/ч.
6. По сравнению с применением негранулированного компоста получаемые органоминеральные удобрения дают прибавку урожая в 1,6 раза. Дальнейшее повышение концентрации минеральных добавок не приводит к существенному повышению урожайности. 
¥
Внедрение участка гранулирования в технологическую линию производства органоминеральных удобрений показало на его преимущество по сравнению с технологией без грануляции, так годовой экономический эффект от внедрения участка гранулирования составляет 140 тыс. руб при сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений 3,5 года.