Ініціативна тема “Розроблення енергоефективного процесу одержання гуміново-органо-мінеральних добрив (тема № 01/15 ІХФ)”

Мета, призначення НДР та вихідні дані для проведення роботи

Пріоритетний напрям: Збереження навколишнього середовища та сталий розвиток.

Інноваційні напрямки: Удосконалення хімічних технологій, нові матеріали. Високотехнологічний розвиток сільського господарства і переробної промисловості: нові гуміново-органо-мінеральні добрива.

Гранули

Мета: Метою НДР є дослідження закономірностей процесів утворення гуміново-органо-мінеральних добрив при застосуванні техніки псевдозрідження.

Призначення :розроблення високоефективного процесу одержання гуміново-органо-мінеральних добрив із заданими властивостями та обладнання для його здійснення.

Актуальність. Більше 60% від загальної площі України – 600 тис. кв. км становлять орні землі. Але екстенсивний спосіб господарювання в минулому столітті призвів до збільшення розораності ґрунтів до 55%, в той час коли в Німеччині та Франції ці показники становлять 29%, у Великій Британії – 18%, в у США – 15%.

В розвинутих країнах світу збереження родючості ґрунтів проводилось шляхом внесення мінеральних добрив на рівні 300-400 кг діючої речовини на 1 га, в подальшому з 2000 року цей показник зменшився в 9 разів.

Це збільшило винос гумусу до 500-600 кг з 1 га, що привело до суттєвої втрати родючості навіть класичних Українських чорноземів.

Окрім цього, великою загрозою для чорноземів України є неконтрольоване вирощування ріпаку та соняшника. Сільгоспвиробники, користуючись відсутністю нормативної законодавчої бази щодо збереження якості ґрунтів, як це має місце в цивілізованих країнах, по суті, знищують унікальну біохімічну систему ґрунтоутворення, яка утворювалась сотні тисяч років.

На думку фахівців, для збереження родючості ґрунтів необхідно біля 400 млн. т мінеральних добрив, що поки є недосяжним для промисловості України. Окрім того, застосування традиційних мінеральних добрив, які майже всі є солями кислот, спричиняє закислення ґрунтів, що негативно впливає на кінетику біохімічних процесів, тому для запобігання закисленню ґрунтів необхідно проводити вапнування. В умовах високої вартості пального це приводить до подальшого збільшення собівартості сільськогосподарської продукції в цілому.

Україна має великі запаси торфу та бурого вугілля, з яких з використанням аміачної води можна виробляти безбаластний гумат амонію.

Одержання гумінових речовин у вигляді рідких концентратів та порошку, як правило, здійснюється із використанням високовартісних лугів КОН та NaOH в країнах, де є великі запаси рослинної сировини – Китаї, Індії та інших.

Дослідницькі роботи щодо одержання з біостимуляторами проводяться в Російській Федерації та Білорусії.

Створення комплексних добрив підтверджується і роботами American Colloid Company (США)на прикладі виробництва добрив з біостимуляторами.

Попередні агродослідження, проведені фахівцями Національного університету біоресурсів і природокористування України в 2010-2011 роках, показали, що застосування гранульованого сульфату амонію, виготовленого за новим способом авторів роботи, при вирощуванні сої на чорноземах малогумусних, типових для правобережного Лісостепу, виявилось більш ефективним в порівнянні з аміачною селітрою та традиційним сульфатом амонію. Окрім того, суттєво збільшується вміст білків в бобах.

Новизною роботи є те, що з відходів хімічного виробництва пропонується одержати нове екологічно безпечне добриво, застосування якого сприятиме процесам ґрунтоутворення, що сприятиме збереженню родючості ґрунтів.

Розроблення технологічних засад та обладнання для одержання мінерально-гумінових добрив спрямованої дії з вітчизняної сировини сприятиме вирішенню важливої народногосподарської задачі – збереженню та відновленню родючості ґрунтів.

Наукова цінність

Наукова цінність роботи полягає у:

  • обґрунтуванні фізичної та математичної моделей одержання гуміново-органо-мінеральних добрив із заданими властивостями з вітчизняної сировини;
  • розробленні енергоефективного способу одержання гуміново-органо-мінеральних добрив та екологічно безпечного обладнання на базі техніки псевдо зрідження для його проведення.

Основна науково – технічна ідея роботи:

  • визначенні умов формування гуміново-органо-мінеральних добрив з рівномірним розподіленням компонентів по всьому об’єму гранули;
  • створенні фізичної моделі утворення мікрошару мінеральних, органічних та гумінових речовин з рідких композитних систем;
  • створенні математичних моделей утворення мікро- та макроструктур гуміново-органо-мінеральних добрив;
  • визначенні впливу на процес формування мікрокристалів сульфату амонію присутності домішок гумінових та органічних речовин;
  • визначенні умов та технологічних параметрів, які визначають стійку кінетику утворення гуміново-органо-мінеральних добрив;
  • визначенні конструктивних особливостей апарату для реалізації енергоефективного процесу гранулоутворення гуміново-органо-мінеральних добрив.
  • експериментальній перевірці адекватності фізичної та математичної моделей;
  • розробці методики розрахунку промислового апарату для виробництва гуміново-органо-мінеральних добрив.

Вихідні дані:

Робота є продовженням теоретико-експериментальних досліджень щодо одержання мінерально-гумінових твердих композитів з побічних розчинів сульфату амонію, які утворюються при виробництві капролактаму, для збереження екологічної рівноваги та впровадження принципів екологічно-безпечного землеробства.

Робота виконується в рамках наукового напрямку досліджень багатофакторних процесів в дисперсних динамічних системах, які проводяться науковцями і фахівцями кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв.

За цим напрямком за останні 3 роки опубліковано 3 монографії, 18 статей у фахових виданнях, з них 3 у міжнародних, 10 патентів на корисні моделі.

Очікувані результати та порядок реалізації НДР

Рівень роботи відповідає світовому рівню.

Збільшення чисельності населення до 7 млрд. призводить до поглиблення продовольчої кризи. В першу чергу це відбувається внаслідок зменшення родючості ґрунтів, задіяних в сільськогосподарському виробництві.

Існуючі способи призупинення цих негативних тенденцій шляхом застосування мінеральних добрив бажаного результату не дали.

Причина полягає в тому, що мінеральні добрива поповнюють мінеральну компоненту ґрунту і не впливають на біохімічні процеси ґрунтоутворення. У випадку збільшення внесення добрив до 300-400 кг діючої речовини на 1 га відбувається надмірна мінералізація ґрунтів.

Тому для сприяння процесам ґрунтоутворення почали використовувати гумінові речовини.

Виробництво гумінових речовин у вигляді рідких концентратів або порошку поширено в Китаї, Індії та Російській Федерації у вигляді гумату калію або натрію.

Гранульованого сульфату амонію з домішками гумінових речовин та інших мінеральних компонентів, вміст яких визначаться еколого-кліматичними умовами регіону застосування не виявлено.

Робота спрямована на створення тенергоефективної екологічно безпечної технології виробництва нового покоління азотно-гуміново-сірковмісних гранульованих добрив.

Очікувані результати

У зв’язку із ситуацією, яка склалася на світовому продовольчому ринку, радикально зменшити розораність ґрунтів в Україні з 57 до 33% – неможливо, тому виникає необхідність в застосуванні нового покоління мінерально-органічних добрив з розкислювачами, які в поєднанні з відповідними агрокультурами сприяли б накопиченню поживних речовин. Зокрема, як підтверджено вітчизняними науковцями, при вирощуванні сої, в ґрунтів накопичується до 80 кг азоту на 1 га.

Сутність розробки полягає у визначенні умов та технологічних параметрів енергоефективного способу одержання нових ефективних азотно-кальцієво-гуміново-сірковмісних добрив, які сприяли б збереженню родючості ґрунтів та підвищували б якісні характеристики врожаю, а також суттєво зменшили б енерговитрати на утилізацію промислових відходів.

Таким чином, результати цієї роботи дозволяють з вітчизняної сировини, що є відходами виробництва, одержати екологічно безпечні азотно-гумінові, азотно-кальцієво-гумінові добрива, а також при наявності відповідного фінансування запропонувати нову енергозберігаючу екологічно чисту технологію утилізації розчинів сульфату амонію.

В світовій практиці немає випадків одержання гранульованого сульфату, а тим більше комплексних гранульованих твердих композитів – азотно-кальцієво-гуміново-сірковмісних, які за своєю ефективністю перевищують світові аналоги.

За результатами теоретико-експериментальних досліджень планується:

  • розробити системний підхід до фізичного і математичного моделювання процесів утворення композитного мікрошару з мікрокристалів сульфату амонію та суспендованих частинок неорганічних і органінчих сполук;
  • визначити умови утворення мінерально-гумінових твердих композитів, застосування яких сприятиме збереженню екологічної рівноваги та інтенсифікуватиме гранулоутворюючі процеси;
  • сформулювати технологічні умови формування азотно-кальцієво-гумінових сірковмісних твердих композитів при утилізації промислових відходів виробництва капролактаму;

За результатами проекту планується підготувати щонайменше 6 патентів.

При виконанні проекту до наукової роботи будуть залучатися студенти кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв для проведення експериментальних досліджень, результати яких будуть використані при виконанні дипломних проектів бакалаврів, спеціалістів та магістерських робіт.