PL249337B1 - Granulator do wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby, sposób wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby oraz granulowany środek ulepszania gleby - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest granulator zawierający obudowę, stożkowy obrotowy bęben granulacyjny znajdujący się wewnątrz obudowy oraz silnik napędzający bęben granulacyjny, przy czym bęben granulacyjny zawiera w swoim wnętrzu dysze do doprowadzenia cieczy granulacyjnej; znamienny tym, że bęben granulacyjny (10) jest wykonany z materiału dielektrycznego i jest elektrycznie izolowany od obudowy (11) granulatora, przy czym na całej długości wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego (10) znajdują się przegrody (15) z polipropylenu, o wysokości od 8 do 10 mm, przy czym średnica wlotowa bębna granulacyjnego (10) jest o 30% większa niż jego średnica wylotowa. Przedmiotem wynalazku jest również granulator do prowadzenia tego sposobu oraz granulowany środek ulepszania gleby wytworzony tym sposobem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest granulator do wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby, sposób wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby oraz granulowany środek ulepszania gleby.

Znane są nawozy, do których należą środki używane w uprawie roślin dla wzbogacenia gleby w celu polepszenia jej właściwości fizykochemicznych.

Znana jest z opisu patentu PL/EP 2496536 mieszanina materiałów stosowana jako nawóz organiczny do ulepszania gleby. Nawóz wg opisu patentu składa się z mikroorganizmów, fosforanów oraz związków mocznika. Wadą tego rozwiązania jest to, że wzbogaca ona glebę w składniki pokarmowe oraz mikroorganizmy, a nie zmienia jej właściwości fizykochemicznych, zwłaszcza retencji wody.

Znany jest z opisu zgłoszenia PL409946 sposób otrzymywania organiczno-mineralnych nawozów i środek ulepszania gleby oraz urządzenie do wykonywania tego sposobu. Wynalazek obejmuje sposób wspólnego dostarczania związków mineralnych i związków organicznych, które dotychczas były dostarczane oddzielnie. Wadą tego rozwiązania jest to, że służy on do wzbogacania gleby składnikami pokarmowymi, a nie polepsza właściwości biologicznych gleby.

Znana jest z opisu zgłoszenia PL399259 mieszanka uniwersalna otrzymywana na bazie osadów ściekowych. Wynalazek obejmuje mieszankę ulepszającą skład granulometryczny, szczególnie gleb piaszczystych. Wadą mieszanki jest to, że zmienia ona tylko właściwości fizykochemiczne i negatywnie wpływa na retencję wody w glebie.

Znany jest sposób i dodatki doglebowe na skuteczne i szybkie polepszenie plonowania w sytuacji krytycznych niedoborów mikroelementów i wody. w celu poprawy retencji wody w suchych, gruboziarnistych glebach, które nie zatrzymują dobrze wody, można stosować polimery pochłaniające wodę (hydrożel, superchłonny polimer, absorbujący wodę polimer).

Hydrożele to usieciowane polimery hydrofilowe, które nie rozpuszczają się w wodzie. Są bardzo chłonne, ale utrzymują dobrze zdefiniowane struktury. Po aplikacji do gleby hydrożel może wchłonąć wodę w ilości odpowiadającej 300-krotności jego wagi.

Znany jest z opisu patentu PL 176656 proszkowy, nierozpuszczalny, pęczniejący w wodzie, polimer absorbujący wodę, sposób jego wytwarzania i zastosowania do absorbowania wody w artykułach sanitarnych, w kablach przewodzących prąd lub światło, jako sposób ulepszania gleby, jako sztuczna gleba do hodowli roślin.

Wadą polimeru jest jego sypka postać (proszek), która wymaga restrykcyjnych warunków jego przechowywania, jak również podwyższa koszt jego zastosowania. Dodatkowo sproszkowany polimer się zbryla i ciężko go aplikować do gleby, zwłaszcza w warunkach podwyższonej wilgotności powietrza. Polimer jest drogi i zawiera w swoim składzie sód, który powoduje nadmierne zasolenie gleby. Ponadto polimer obniża aktywność mikrobiologiczną i wykazuje fitotoksyczność w związku z zawartością monomerów, co daje niekorzystny wpływ na uprawy.

Znany jest z opisu europejskiego PL/EP 3921372 hydrożel białkowy i sposób jego wytwarzania i zastosowanie. Hydrożel ma zastosowanie w hodowlach komórkowych 2D i 3D w dziedzinie biotechnologii. Hydrożel wg wynalazku jest ekologiczny i wytworzony z naturalnych komponentów, ale sposób jego wytwarzania jest skomplikowany i drogi, co ogranicza możliwości wykorzystania go w rolnictwie.

Znany jest ze zgłoszeń patentowych PL438218 oraz PL438217 środek poprawiający właściwości gleby z komunalnych osadów ściekowych oraz skratek. Sposób wytwarzania polega na połączeniu osadów ściekowych oraz innych dodatków (w tym hydrożelu). Ilość hydrożelu w mieszance jest stosunkowo mała. Wadą środka jest zatem jego niska właściwość retencyjna wody. Wadą sposobu wytwarzania jest natomiast długi czas kompostowania, sięgający nawet do 60 dni oraz skomplikowana procedura przetwarzania włókien celulozowych.

Znane jest z opisu zgłoszeń PL436058, PL400949, biodegradowalne podłoże do uprawy roślin oraz sposób wytwarzania biodegradowalnego podłoża do uprawy roślin. Biodegradowalne podłoże do uprawy roślin zawiera wiele złożonych warstw różnego typu włókien oraz hydrożelu. Niedogodnością w tej kompozycji jest stosunkowo mały udział hydrożelu, co osłabia retencyjność wodną tego podłoża.

Ponadto wielowarstwowa technologia sposobu wytwarzania jest pracochłonna i materiałochłonna.

Hydrożel, oprócz korzystnych właściwości retencyjnych ma dodatkowo szereg wad takich jak: krótki czas utrzymania wilgotności, brak składników odżywczych, fitotoksyczność monomerów, skomplikowaną aplikację, specyficzne warunki przechowywania, jak również problem z połączeniem dodatków doglebowych z nasionami w trakcie procesu zaprawiania nasion.

Znany jest z opisu zgłoszenia PL430523 sposób przygotowania masy do biologicznej rekultywacji terenów pozbawionych wszelkiego życia z wykorzystaniem odpadów. Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kompozytu biologicznego z odpadów włóknistych oraz artykułów higienicznych pod wegetację roślin. Sposób przygotowania masy wymaga skomplikowanej procedury w celu separacji do oddzielnego pojemnika zbędnych składników plastikowych od składników pożądanych. Dodatkowo dochodzi procedura dezynfekcji ciężkiego higroskopijnego materiału.

Znany jest z opisu PL414599 sposób przetwarzania środowiska glebowego dla roślin, zwłaszcza na dużych powierzchniach trawników. Wykorzystuje się tu urządzenie z lancami żelującymi zasilanymi mieszanką żelową podawaną do gruntu pod ciśnieniem. Mieszanką żelową jest podawany pod ciśnieniem kompozyt co najmniej dwóch polimerów. Sposób przetwarzania środowiska glebowego dla roślin jest technologicznie skomplikowany oraz zawiera wiele ograniczających elementów konstrukcyjnych oraz ich połączeń.

Znana jest z dokumentów patentowych: PL414598, PL370312 oraz PL209279, lanca urządzenia wtłaczającego do gleby mieszankę żelową dla przetwarzania środowiska glebowego roślin, zwłaszcza dla drzew. Wadą tych rozwiązań jest fakt, iż technologia przystosowana jest głównie do wtłaczania mieszanki żelowej w obrębie aktywnych korzeni i w pasie na obwodzie rzutu koron roślin.

Znany jest ze zgłoszeń patentowych PL406500 oraz PL406402 preparat hydrożelowy, w szczególności zawierający agrochemikalia. Preparat hydrożelowy zawiera polimery kwasu akrylowego lub poliakryloamidu i związki z jonami przyswajalnymi przez rośliny. Wadą tej kompozycji jest stosunkowo mały udział hydrożelu, co osłabia retencyjność wodną tego podłoża.

Znany jest z opisu zgłoszenia PL342204 superabsorbent lub środek uszczelniający glebę, pochodne dwuwinylu mocznika i/lub melaminy. Polimer obniża aktywność mikrobiologiczną i podwyższa fitotoksyczność przez zawartość monomerów, które mają niekorzystny wpływ na uprawy.

Znany jest z opisu patentu PL207458 sposób otrzymywania akrylowych materiałów kompozytowych zawierających hydrożele. Kompozyt hydrożelowy wg wynalazku tworzony przez usieciowanie monomerów po fizycznym połączeniu ich z materiałem, stanowiącym nośnik i/lub napełniacz tworzonego kompozytu. Sposób daje możliwość łatwego tworzenia granulatu zawierającego hydrożele. Wadą tej kompozycji jest to, że napełniacz kompozytu powinien charakteryzować się dużą porowatością, co ogranicza wybór surowców do produkcji.

Znany jest z opisu zgłoszenia PL434301 zmodyfikowany materiał na bazie nanocelulozy do produkcji nowej generacji materiałów, zwłaszcza hydrożeli i aerożeli oraz sposób jego wytwarzania. Zgłoszenie obejmuje sposób wytwarzania materiału na bazie celulozy przez radiacyjne modyfikowanie składników. Sposób jest technologicznie skomplikowany oraz wykorzystuje niebezpieczne źródła radiacyjnego promieniowania.

Znany jest z opisu zgłoszenia PL432395 sposób wytwarzania hydrożelowych nawozów NPK na bazie alginianu sodu oraz soli. Niedogodnością w tej kompozycji jest zastosowanie alginianu sodu, co osłabia retencyjność wodną hydrożelowych nawozów. Ponadto alginian sodu jest drogi i zawiera w swoim składzie sód, który powoduje nadmierne zasolenie gleby.

Znane jest z opisu zgłoszenia PL431132 nowe hydrożele fosforoorganiczne w postaci przenikających się sieci polimerowych do zastosowań w rolnictwie oraz sposób otrzymywania hydrożeli fosforoorganicznych. Hydrożel wg wynalazku nie jest ekologiczny, ma skomplikowaną oraz drogą technologię wytwarzania, co ogranicza możliwości wykorzystania go w rolnictwie.

Znane są z dokumentów patentowych:PL426193, PL2532685, PL413443, sposoby otrzymywania materiałów hydrożelowych. Hydrożele wg wynalazków mają skomplikowaną i drogą technologię wytwarzania, co ogranicza możliwości wykorzystania ich w rolnictwie.

Znane są z dokumentów patentowych: PL196926, PL126256, PL426789, PL430871, PL435587, sposoby wytwarzania mikrokapsułek hydrożelowych. Sposoby wytwarzania mikrokapsułek są zazwyczaj podobne i polegają na tym, że membrany mikrokapsułek tworzy się poprzez wkraplanie, sorpcję roztworów polimeru syntetycznego do roztworu polimeru naturalnego o niskim ciężarze cząsteczkowym. Hydrożele wg wynalazków mają skomplikowaną i drogą technologię wytwarzania, co ogranicza możliwości wykorzystania ich w rolnictwie.

Większość środków ulepszania gleby, zawierających drobne składniki, wymaga granulacji w celu poprawy sypkości, łatwej aplikacji do gleby oraz ułatwienia ich przechowywania.

Mieszanki do granulacji, stosowane przy produkcji środków ulepszania gleby na bazie hydrożelu składają się zazwyczaj z hydrożelu (10-20%) i ze znacznej ilości dodatków (80%-90%). Zarówno hydrożel jak i dodatki to suche proszki.

Granulacja samego czystego hydrożelu jest skomplikowana ze względu na wysoką higroskopijność hydrożelu. Granulacja mieszanki hydrożelu z mniej higroskopijnymi dodatkami jest jeszcze bardziej skomplikowana, bo następuje interakcja hydrożelu z wodą zawartą w dodatkach.

Znanych jest kilka sposobów granulacji, stosowanych przy produkcji środków ulepszania gleby, w farmaceutyce oraz w przemyśle spożywczym. Najbardziej popularnymi procesami granulacji w ramach wytwarzania produktów stałych są granulacja sucha oraz granulacja mokra.

Granulacja sucha - formowanie granulek bez wilgoci, obejmuje ubijanie i zmniejszanie rozmiaru mieszanki w celu produkcji granul.

Do granulacji suchej należy:

• kompaktowanie - polega na prasowaniu proszku i formowaniu brykietów, a następnie ich zmieleniu do cząstek o pożądanej wielkości;

• ekstruzja - polega na ściskaniu masy w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, a następnie ochłodzeniu i mieleniu uzyskanego granulatu;

• peletyzacja - polega na utworzeniu granulatu w formie peletek (sfer) poprzez mieszanie, ekstruzję, a następnie sferonizację i suszenie.

Granulacja mokra - polega na formowaniu granulatu ze zwilżonej rozpuszczalnikiem lub roztworem lepiszcza mieszaniny proszków - masy granulacyjnej.

Do granulacji mokrej należy:

• aglomeracja - łączenie drobnych cząstek sproszkowanych ciał sypkich w większe części przy wykorzystaniu mediów pośrednich, wpływających bezpośrednio na szybkość tworzenia aglomeratów.

• granulacja fluidalna - polega na formowaniu granulatu w wyniku unoszenia cząstek proszku w prądzie ogrzanego powietrza z jednoczesnym natryskiem roztworu lepiszcza od góry lub od dołu. Jest to połączenie procesów mieszania, aglomeracji i suszenia w jednym urządzeniu.

Częste wykorzystanie granulacji przy wytwarzaniu środków ulepszania gleby spowodowało powstanie znacznej ilość rozwiązań w tej dziedzinie.

Znane są z dokumentów: PL437277, PL413462, PL413459, PL413461, PL413460, sposoby granulacji suchej nawozów organicznych i organiczno-mineralnych. Zaletą granulacji suchej (kompaktowania) jest to, że proces przebiega bez udziału wilgoci. Wadą tych procesów jest to, że granulacja sucha nie może być zastosowana do granulacji hydrożelu.

Znane są z opisów patentów sposoby granulacji na mokro, które obejmują zwiększenie masy mieszanki za pomocą dodawania do mieszanki cieczy granulacyjnej. W literaturze patentowej opisano wiele sposobów granulacji nawozów: PL426859, PL421331, PL236493, US4954134A, US62873561B1, US 6413291B1, PL415359, PL415360, PL415361, PL415362, PL440235, PL440230, PL438497,

PL440117, PL1882679, PL1884506, PL2051953, PL430002, PL426344, PL426342, PL426341,

PL426345, PL426343, PL426341, PL424911, PL424190, PL414911, PL414912, PL2167428, PL424077, PL424062, PL424064, PL424067, PL424063, PL424065, PL424066, PL424080, PL424079, PL424078, PL 1595860, PL423740, PL423743, PL423741, PL423739, PL423738, PL421807, PL417848, PL417843, PL417846, PL417845, PL417844, PL417841, PL417840, PL417842, PL417837, PL417121, PL401177, PL404111, PL403440.

Ciecz zawiera rozpuszczalnik, który musi być lotny, aby można go było usunąć poprzez suszenie oraz wyeliminować toksyny. Typowe ciecze jako rozpuszczalnik zawierają wodę lub roztwór na bazie rozpuszczalników organicznych. Woda zmieszana z mieszanką do granulacji umożliwia tworzenie wiązań pomiędzy cząstkami mieszanki, które są wystarczająco mocne, aby je ze sobą łączyć. Wadą tych procesów jest to, że granulacja mokra nie może być zastosowana do granulacji hydrożelu.

Znany jest z literatury proces granulacji typu granulacja adhezji termicznej (ang. Thermal Adhesion Granulation, TAG) i sucha granulacja aktywowana wilgocią (ang. Moisture Activated Dry Granulation, MADG).

Granulacja typu MADG i TAG, dzięki zastosowaniu małych ilości cieczy umożliwiają całkowite pominięcie etapu suszenia.

Sucha granulacja aktywowana wilgocią (MADG) została opracowana w odpowiedzi na trudności napotykane podczas granulacji na mokro, pod względem optymalizacji suszenia i mielenia granulatu. Końcowy proces granulacji na mokro jest bardzo wrażliwy na czas granulacji. Mokry granulat należy suszyć do wąskiego zakresu wilgotności, co jest trudne. Wysuszone granulki należy zmielić, ale zmielone granulki często zawierają nieodpowiednią ilość drobnych lub grubych cząstek - niepożądany rozkład dwumodalny.

W suchej granulacji aktywowanej wilgocią (MADG) stosuje się media pośrednie, wpływające bezpośrednio na szybkość tworzenia aglomeratów. Zaliczamy do nich np. wodę, roztwory cukru itp.

Sposób granulacji typu MADG jest najbardziej korzystnym sposobem w procesie wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby, ale jest to technologia stosowana głównie w przemyśle farmaceutycznym do produkcji tabletek. Aby móc z tej metody skorzystać, należy dokonać w niej poważnych zmian technologicznych.

Na rynku są wciąż poszukiwane środki ulepszania gleby na bazie hydrożelu, nasyconego składnikami odżywczymi dla roślin, które wyróżniałyby się wysokimi parametrami jakościowymi, determinującymi ich przydatność dla wzrostu nawożonych upraw. w ofertach handlowych nie występują środki ulepszania gleby na bazie hydrożelu w postaci granulatu, które powinny być sypkie, niezbrylające się i łatwe do magazynowania oraz rozsiewania za pomocą urządzeń rozsiewających. Produkowane dotychczas środki wykazują bardzo wysoką higroskopijność, co skutkuje zbrylaniem i wysoką kleistością granul co wiąże się z zatykaniem rozsiewaczy nawozowych.

Jedną z niekorzystnych, ale istotnych właściwości granulatów uzyskiwanych przy wykorzystaniu znanych rozwiązań jest mała zawartość hydrożelu, która mieści się w zakresie od 10 do 20%. Pozostałą część stanowią dodatki do tworzenia granul. Tak niska zawartość hydrożelu negatywnie wpływa na retencję wody w glebie.

Znane metody granulacji nie mogą być efektywnie stosowane do przetwarzania absorbujących wodę polimerów (hydrożelu).

Granulacja sucha nie może być zastosowana do granulacji hydrożelu. Słabe sprasowanie hydrożelu z dodatkami w postaci proszku nie daje stabilnego granulatu. Mocne sprasowanie tworzy granulat, ale ten proces powoduje degradację polimeru oraz utratę chłonności wody.

Granulacja na mokro również nie może bez znacznych zmian być zastosowana do granulacji hydrożelu. W procesie granulacji jest możliwe wprowadzenie wody do mieszanki do granulacji poprzez wstępne nawilżanie dodatków, ale hydrożel zawarty w mieszance pochłania tę wilgoć, co powoduje niekontrolowaną granulację w cząsteczki o nieregularnym kształcie, co z kolei skutkuje zapychaniem się matrycy granulatora.

Zastosowany do granulacji hydrożelu obrotowy bęben granulacyjny, obracający się z małą prędkością (mniej niż 80% krytycznej prędkości) powoduje sklejanie granul przy granulacji.

Mieszanka do granulacji jest wysoce higroskopijna i pochłania wilgoć ze wszystkich metalowych powierzchni granulatora jak również z powietrza, co powoduje jej niekontrolowane zbrylanie. Dodatkowo mieszanka do granulacji przykleja się do ścianek bębna granulacyjnego na skutek czego granulator przestaje działać.

Przy kontakcie z mieszanką do granulacji dozowanej cieczy granulacyjnej w postaci strumienia dochodzi do szybkiego wchłaniania wilgoci z cieczy, co powoduje formowanie się długich brył (klusek) o nieregularnych kształtach.

Dodawanie cieczy granulacyjnej w postaci drobnych kropelek równomiernie nawilża mieszankę, ale nie powoduje jej granulacji, gdyż superchłonny polimer (hydrożel) bardzo szybko absorbuje drobne kropelki cieczy. Przy stosowaniu bardzo gęstych substancji wiążących nie można w granulacie uzyskać wysokiej zawartości polimeru.

Wskazane byłoby zatem usprawnienie sposobu wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby celem uzyskania optymalnego produktu i optymalnego procesu jego wytwarzania. Optymalny produkt charakteryzowałby się wysokimi parametrami ekologicznymi i miałby postać granulatu. Granulat charakteryzowałby się trwałością podczas transportu, składowania, wysiewu oraz nie powinien ulegać zbryleniu. Produkt powinien wyróżniać się wysokimi parametrami jakościowymi, obejmującymi w szczególności czas rozkładu granul i związanej z nim reaktywności chemicznej niezbędnej do uzyskania wysokiej retencji wody w glebie.

Jednocześnie proces wytwarzania granul powinien zostać zoptymalizowany pod kątem uzyskania maksymalnej stabilności procesu wytwarzania oraz wydajniejszej granulacji.

Przedmiotem wynalazku jest granulator do wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby, zawierający obudowę, stożkowy obrotowy bęben granulacyjny znajdujący się wewnątrz obudowy oraz silnik napędzający bęben granulacyjny, przy czym bęben granulacyjny zawiera w swoim wnętrzu dysze do doprowadzenia cieczy granulacyjnej; charakteryzujący się tym, że bęben granulacyjny jest wykonany z materiału dielektrycznego i jest elektrycznie izolowany od obudowy granulatora, przy czym na całej długości wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego znajdują się przegrody z polipropylenu, o wysokości od 8 do 10 mm, przy czym średnica wlotowa bębna granulacyjnego jest o 30% większa niż jego średnica wylotowa.

Korzystnie, bęben granulacyjny jest wykonany z polipropylenu o grubości od 3 do 8 mm.

Korzystnie, bęben granulacyjny ma izolację odporną na różnicę potencjałów nie mniejszą niż 30 kV.

Korzystnie, bęben granulacyjny ma wlot usytuowany wyżej niż wylot, a stopień nachylenia bębna granulacyjnego wynosi od 3 do 8 stopni.

Korzystnie, dysze są przystosowane do doprowadzenia do bębna granulacyjnego wody o temperaturze 18-22°C w postaci kropel o średnicy od 3 do 8 mm, przy czym powstawanie kropel wody na końcu dyszy następuje w konkretnie określonym interwale czasu, zależnym od prędkości obrotowej bębna granulacyjnego, tak, aby krople spadały w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic wytworzonej kropli.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę, poprzez przeprowadzenie suchej granulacji aktywowanej wilgocią, z wykorzystaniem granulatora według wynalazku, charakteryzujący się tym, że do granulatora podaje się jako materiał sypki mieszankę zawierającą absorbujący wodę polimer o uziarnieniu do 0,2 mm w ilości między 40 a 50%wag, nawóz mineralny o uziarnieniu do 0,2 mm w ilości między 40 a 50%wag oraz kwas huminowy o uziarnieniu do 0,1 mm w ilości między 5 a 10%wag, po czym wprowadza się bęben w ruch obrotowy, który utrzymuje się do momentu rozprowadzenia mieszanki na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego i rozsypania aglomeratów mieszanki, po czym zwiększa się obroty bębna granulacyjnego i poprzez dysze doprowadza się do bębna ciecz granulacyjną o temperaturze od 18 do 22°C w postaci kropel o średnicy od 3 do 8 mm, spadających w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic kropli, utrzymując obroty bębna i pozwalając na zsuwanie się formowanych granul w stronę wylotu bębna, a następnie tak wytworzone gotowe granule przesypuje się grawitacyjnie na wylot bębna granulacyjnego.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto granulowany środek ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę, wytworzony sposobem według wynalazku, charakteryzujący się tym, że zawiera 45%wag suchej masy usieciowanego poliakrylanu o uziarnieniu 0,2 mm jako absorbującego wodę polimeru, 50%wag suchej masy nawozu mineralnego typu NPK o uziarnieniu 0,2 mm oraz 5%wag kwasu huminowego o uziarnieniu 0,1 mm ekstrahowanego z torfu.

Proces wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby typu sucha granulacja aktywowana wilgocią (ang. Moisture-Activated Dry Granulation, MADG) może być realizowany w mieszalnikach do granulacji materiałów sypkich oraz przy wykorzystywaniu cieczy zwilżającej. Zaletami tego procesu są hermetyczność procesu, usuwanie zbryleń i możliwość powstawania granulek o kulistym kształcie. Sucha granulacja aktywowana wilgocią (MADG) daje możliwość granulacji różnych składników mieszanin, w których każdy ze składników może cechować się różnorodnymi właściwościami. Czynnikiem nawilżającym może być woda.

Środki ulepszania gleby wytworzone sposobem opisanym w zgłoszeniu mają na celu poprawiać strukturę gleby, wprowadzać do gleby budulec biologiczny, stworzyć w glebie warunki do rozwoju roślin poprzez sprawne i skuteczne udostępnianie wody oraz składników pokarmowych.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia przykład wykonania granulatora według wynalazku w widoku w przekroju podłużnym (z lewej strony) i poprzecznym (z prawej strony);

Fig. 2 przedstawia kolejne etapy sposobu wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę z zastosowaniem procesu aglomeracji.

Na fig. 1 przedstawiono przykład wykonania granulatora według wynalazku. Granulator według wynalazku zawiera obudowę 11, stożkowy obrotowy bęben granulacyjny 10 oraz silnik 12 napędzający bęben granulacyjny. Bęben granulacyjny jest dodatkowo wyposażony po swojej wewnętrznej stronie w dysze 13, które mogą doprowadzać do wnętrza bębna granulacyjnego ciecz granulacyjną (np. woda, rozpuszczalniki organiczne itp.). Bęben granulacyjny jest wykonany z materiału dielektrycznego (takiego jak polietylen, polipropylen, polichlorek winylu itp.), korzystnie z polipropylenu o grubości od 3 do 8 mm. Bęben granulacyjny 10 jest izolowany od obudowy granulatora przez izolatory 14, a izolacja powinna wytrzymać różnicę potencjałów nie mniejszą niż 30 kV. Na całej długości wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego znajdują się przegrody 15 z polipropylenu, o wysokości od 8 do 10 mm.

Średnica wlotowa bębna granulacyjnego jest o 25-35% większa niż jego średnica wylotowa. Silnik pozwala na regulację prędkości obrotowej bębna granulacyjnego, korzystnie w zakresie od 30 do 50 obr/min.

Dzięki zastosowaniu takiej konstrukcji granulatora możliwe jest uzyskanie niewielkich sferycznych granul o wysokiej zawartości hydrożelu, korzystnie między 20 a 50%.

W korzystnym przykładzie wykonania bęben granulacyjny ma wlot usytuowany wyżej niż wylot, a stopień nachylenia bębna granulacyjnego wynosi od 3 do 8 stopni. Pozwala to na uzyskanie granul o odpowiedniej wielkości.

W korzystnym przykładzie wykonania dysze wewnątrz bębna granulacyjnego są przystosowane do doprowadzenia do bębna granulacyjnego wody o temperaturze 18-22°C w postaci kropel o średnicy od 3 do 8 mm. Powstawanie kropel wody na końcu dyszy następuje w konkretnie określonym interwale czasu, zależnym od prędkości obrotowej bębna granulacyjnego, tak, aby krople spadały w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic wytworzonej kropli. Dzięki takiemu przystosowaniu dysz możliwe jest uzyskanie optymalnego zwilżenia mieszaniny do granulacji w trakcie wytwarzania granulatu, co pozwala na skuteczną agregację bez ryzyka zbrylania.

Granulator opisany powyżej nadaje się w szczególności do wykorzystania w produkcji granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę z zastosowaniem procesu aglomeracji.

Na fig. 2 przedstawiono kolejne etapy sposoby wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę z zastosowaniem procesu aglomeracji. W sposobie tym wykorzystuje się metodę suchej granulacji aktywowanej wilgocią. Do polimerów pochłaniających wodę wykorzystywanych w tym sposobie można zaliczyć np. usieciowane poliakrylany i poliakrylamidy.

W pierwszym etapie 101 przygotowuje się mieszankę do granulacji oraz ciecz granulacyjną. Mieszanka do granulacji ma sypką postać i zawiera absorbujący wodę polimer oraz dodatki w postaci suchych proszków. Jako dodatki mogą służyć nawozy nieorganiczne (np. nawóz NPK), nawozy organiczne, kwasy organiczne (np. kwas huminowy) i inne substancje występujące w formie suchych proszków, które mogą być wykorzystane do poprawienia właściwości gleby. Korzystnie mieszanka do granulacji zawiera między 20 a 50%wag absorbującego wodę polimeru, a jeszcze korzystniej między 40 a 50%wag. W korzystnym przykładzie wykonania mieszanka do granulacji zawiera między 40 a 50%wag absorbującego wodę polimeru o uziarnieniu do 0,2 mm, między 40 a 50%wag nawozu mineralnego o uziarnieniu do 0,2 mm oraz między 5 a 10%wag kwasu huminowego o uziarnieniu do 0,1. Oprócz mieszanki do granulacji w etapie 101 przygotowuje się również ciecz granulacyjną, którą może być woda lub wodny roztwór kwasów huminowych o stężeniu 10-20%.

W etapie 102 mieszanka do granulacji przygotowana w etapie 101 wprowadzana jest do bębna granulacyjnego. Korzystnie jest to bęben granulacyjny granulatora opisanego powyżej. Wstępnie bęben granulacyjny wprowadzany jest w obroty o prędkości w zakresie między 30 a 35 obrotów na minutę. Nadaną wstępnie prędkość obrotową bębna granulacyjnego utrzymuje się aż do zaobserwowania efektu równomiernego rozprowadzania mieszanki do granulacji na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego oraz efektu elektryzowania przez tarcie mieszanki o dielektryczne ścianki bębna. Etap ten przeprowadza się do czasu aż wstępnie zaobserwowane aglomeraty mieszanki się rozsypią, a mieszanka do granulacji stanie się jednolita i bardziej sypka.

Następnie w etapie 103 zwiększa się obroty bębna granulacyjnego, do prędkości powyżej 85% prędkości krytycznej dla danego bębna granulacyjnego, korzystnie między 85 a 90% krytycznej prędkości dla danego bębna granulacyjnego. Dzięki temu nie dochodzi do niekontrolowanej aglomeracji mieszanki na wczesnym etapie procesu.

W etapie 104 do bębna granulacyjnego poprzez dysze doprowadza się ciecz granulacyjną o temperaturze 18-22°C. Doprowadzona ciecz granulacyjna ma postać kropel o średnicy od 3 do 8 mm. Powstawanie kropel cieczy granulacyjnej na końcu dyszy następuje w konkretnie określonym interwale czasu, zależnym od prędkości obrotowej bębna granulacyjnego, tak, aby krople spadały w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic wytworzonej kropli. Dzięki temu zapobiega się sklejaniu powstających granul.

W etapie 105 dochodzi do aglomeracji mieszaniny do granulacji w granule. Powstałe granule po uzyskaniu odpowiedniej wielkości przesuwają się w kierunku powierzchni mieszanki pod wpływem ich uderzenia o przegrody na powierzchni bębna. Pod wpływem nachylenia bębna granulacyjnego zaobserwować można przesunięcie granul w stronę wylotu bębna z jednoczesnym zwiększeniem średnicy granul.

W etapie 106 ostatecznie uformowane granule opuszczają bęben granulacyjny i mogą zostać poddane dalszym procesom, związanych z ich przygotowaniem do późniejszego wykorzystania. Korzystnie czas liczony od momentu opadnięcia kropli wody na powierzchnię mieszanki do momentu przesypania przez wylot gotowej granulki wynosi od 12 do 15 sekund dla granul o średnicy 4 mm, od 15 do 18 sekund dla granul o średnicy 6 mm, od 20 do 25 sekund dla granul o średnicy 8 mm.

W wyniku realizacji sposobu opisanego powyżej można uzyskać granulowany środek ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę. Środek ten może zawierać między 20 a 50%wag suchej masy absorbującego wodę polimeru oraz między 50 a 80%wag suchej masy dodatków.

W jednym z korzystnych przykładów wykonania granulowany środek ulepszania gleby może zawierać między 40 a 50%wag suchej masy absorbującego wodę polimeru oraz między 50 a 60%wag suchej masy dodatków.

W innym z korzystnych przykładów wykonania granulowany środek ulepszania gleby może zawierać między 40 a 50%wag suchej masy absorbującego wodę polimeru, między 40 a 50%wag suchej masy nawozu mineralnego oraz między 5 a 10%wag suchej masy kwasu huminowego ekstrahowanego z torfu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony poniżej w przykładach wykonania.

Przykład 1 - zrealizowany sposobem według wynalazku.

Przykład przedstawia kolejne etapy sposobu wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę z zastosowaniem procesu aglomeracji.

W etapie 1 przygotowano mieszankę do granulacji poprzez zmieszanie absorbującego wodę polimeru (hydrożelu) w postaci usieciowanego poliakrylanu o uziarnieniu 0,2 mm w ilości 45% wagowo względem masy mieszanki do granulacji, wieloskładnikowego nawozu mineralnego typu NPK (zawierającego przyswajalne związki: azot (N) - 7%, fosfor (P2O5) - 21%, potas (K2O) - 7%, oraz w pozostałej części inne funkcyjne domieszki do nawozów) o uziarnieniu 0,2 mm w ilości 50% wagowo względem masy mieszanki do granulacji, kwasu huminowego o uziarnieniu 0,1 mm ekstrahowanego z torfu w ilości 5% wagowo względem masy mieszanki do granulacji. Ilość mieszanki do granulacji wynosi 5000 g.

W etapie 2 zbudowano granulator ze stożkowym, obrotowym bębnem granulacyjnym. Obrotowy bęben granulacyjny został wykonany z dielektrycznego materiału: polipropylenu typu cPP o grubości 5 mm. Średnica wylotowa bębna granulacyjnego wynosi 500 mm, a wymiar średnicy wlotowej wynosi o 30% więcej, co daje 650 mm. Na całej długości wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego są wykonane przegrody o wysokości 10 mm z polipropylenu typu cPP.

Bęben granulacyjny jest elektrycznie izolowany od obudowy granulatora, a izolacja elektryczna jest wykonana z zastosowaniem izolatorów, które wytrzymują różnicę potencjałów 30 kV.

Obrotowy bęben granulacyjny jest umieszczony w obudowie granulatora tak, że wlot usytuowany jest wyżej niż wylot, a stopień nachylenia bębna wynosi 8 stopni.

W środku bębna granulacyjnego jest zamontowany zestaw dysz, który zawiera 3 dysze o średnicy 5 mm. Do zestawu dysz podłączona jest pompa do dozowania cieczy granulacyjnej z możliwością regulacji przepływu.

W etapie 3 została przygotowana ciecz granulacyjna w postaci wody o temperaturze 20 stopni w ilości 5 litrów.

W etapie 4 prowadzi się suchą granulację aktywowaną wilgocią.

Został uruchomiony granulator zbudowany na etapie 2. Prędkość obrotowa bębna granulacyjnego została ustawiona na 30 obrotów/min. Do bębna granulacyjnego dodana jest mieszanka do granulacji z etapu 1. Po 2 minutach mieszania zaobserwowano efekt równomiernego rozprowadzania mieszanki do granulacji na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego oraz efekt elektryzowania przez tarcie mieszanki o dielektryczne ścianki bębna. Wcześniej zaobserwowane aglomeraty mieszanki rozsypują się, a mieszanka do granulacji staje się jednolita i bardziej sypka. Efekt elektryzacji pozostaje stabilny i utrzymuje się 20 minut, co świadczy o prawidłowej izolacji bębna.

Prędkość obrotowa bębna była podwyższona do 42 obrotów na minutę, co daje 85% krytycznej prędkości dla stosowanego bębna granulacyjnego. Na takiej prędkości obrotowej mieszanka do granulacji zajmuje 70% powierzchni bębna granulacyjnego, skutkiem czego jest to, że granule na wczesnych etapach granulacji nie sklejają się jedne z drugimi.

W następnym etapie jest włączana pompa do dozowania cieczy granulacyjnej. Dzięki regulacji przepływu cieczy granulacyjnej na końcach dysz powstają krople o średnicy 5 mm.

Regulacja przepływu cieczy granulacyjnej pozwala kroplom spadać na powierzchnię mieszanki w odległości jedna od drugiej 15 mm, skutkiem czego jest zapobieganie sklejania się powstających granul.

Następnie jest zaobserwowana aglomeracja mieszanki do granulacji w granule o średnicy 3 mm. Po 10 sekundach dochodzi do sedymentacji granul w kierunku powierzchni mieszanki pod wpływem ich uderzenia o przegrody na powierzchni bębna. Pod wpływem nachylenia bębna granulacyjnego zaobserwowano przesunięcie granul do wylotu bębna z jednoczesnym zwiększeniem średnicy granul do 6 mm w ciągu 17 sekund.

Gotowe granule o średnicy 6 mm grawitacyjnie przesypują się przez wylot bębna do pojemnika. Następnie sortowanie, suszenie i dojrzewanie granul było przeprowadzone znanymi metodami.

Wytworzono 5 kg granulowanych środków ulepszania gleby według wynalazku. Wytrzymałość granul wynosi 20 Niutonów.

Na podstawie przeprowadzonych testów stwierdzono, że w praktycznym zastosowaniu wytworzony granulat zachowuje trwałość przynajmniej w 4 operacjach takich jak: magazynowanie, pakowanie, transport, rozsiewanie.

Ponadto stopień rozpadu granul środka ulepszania gleby w wilgotnym środowisku gleby wynosi od 90 do 100% masy użytego środka w czasie do 24 godzin. W połączeniu z wysokim parametrem retencji wody uzyskany stopień rozpadu granul zapewnia znacząco szybką regulację poziomu wilgotności gleby, przyczyniając się do poprawy warunków wzrostu upraw.

Zastosowany sposób wytwarzania granul według wynalazku umożliwia otrzymanie granul o lepszej wytrzymałości przy przechowywaniu, szczególnie w wilgotnych warunkach.

Niniejszy wynalazek pozwala otrzymać granulat z dużą wydajnością, zwłaszcza w procesie ciągłym.

Otrzymane zgodnie z wynalazkiem granulowane środki ulepszania gleby znacząco poprawiają wzrost nawożonych upraw w rolnictwie, sadownictwie, a także w małych uprawach ogrodowych.

Przykład 2 - przykład porównawczy zrealizowany sposobem zgodnym z obecnym stanem techniki.

Przykład przedstawia kolejne etapy sposobu wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę z zastosowaniem znanych sposobów.

W etapie 1 przygotowano mieszankę do granulacji przez zmieszanie absorbującego wodę polimeru (hydrożelu) o uziarnieniu 0,2 mm w ilości 45% wagowo masy mieszanki do granulacji, nawozu mineralnego typu NPK (azot N - 7%, fosfor P2O5 - 21 %, potas K2O - 7%) o uziarnieniu 0,2 mm w ilości 50% wagowo masy mieszanki do granulacji, kwasu huminowego ekstrahowanego z torfu o uziarnieniu 0,1 mm w ilości 5% wagowo masy mieszanki do granulacji. Ilość mieszanki do granulacji wynosi 5000 g.

W etapie 2 zbudowano granulator ze stożkowym, obrotowym bębnem granulacyjnym. Obrotowy bęben granulacyjny został wykonany ze stali o grubości 5 mm bez przegród na całej długości bębna. Średnica wylotowa bębna granulacyjnego wynosi 500 mm, a wymiar średnicy wlotowej wynosi też 500 mm.

Bęben granulacyjny elektrycznie podłączono do obudowy granulatora.

Obrotowy bęben granulacyjny jest umieszczony w obudowie granulatora tak, że wlot usytuowany jest wyżej niż wylot, a kąt nachylenia bębna wynosi 3 stopnie.

W środek bębna granulacyjnego jest zamontowany zestaw dysz, który zawiera 3 dysze o średnicy 5 mm. Do zestawu dysz podłączona jest pompa do dozowania cieczy granulacyjnej z możliwością regulacji przepływu.

W etapie 3 została przygotowana ciecz granulacyjna w postaci wody o temperaturze 20 stopni w ilości 5 litrów.

W etapie 4 prowadzi się granulację na sucho aktywowaną wilgocią.

Został uruchomiony granulator zbudowany na etapie 2. Prędkość obrotowa bębna granulacyjnego została ustawiona na 30 obrotów/min. Do bębna granulacyjnego dodana jest mieszanka do granulacji z etapu 1. Po 2 minutach mieszania na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego zaobserwowano efekt zbrylenia mieszanki do granulacji. Zaobserwowane aglomeraty mieszanki i mieszanka do granulacji przyklejają się wszędzie na ściankach bębna granulacyjnego, na skutek czego granulator przestał działać.

W następnym etapie przygotowano nową mieszankę do granulacji. Zawartość hydrożelu obniżono do 10% wagowo od masy mieszanki do granulacji.

Do bębna granulacyjnego dodana jest nowa mieszanka do granulacji. Po 2 minutach mieszania zaobserwowano efekt rozprowadzania mieszanki do granulacji na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego, jednak efekt elektryzowania mieszanki nie występuje. Zaobserwowano aglomeraty mieszanki o średnicy od 5 do 10 mm i mieszanka zbryla się.

W następnym etapie jest włączana pompa do dozowania cieczy granulacyjnej. Dzięki regulacji przepływu cieczy granulacyjnej na końcach dysz powstają krople o średnicy 5 mm.

Regulacja przepływu cieczy granulacyjnej pozwala kroplom spadać na powierzchnię mieszanki w odległości 10 mm jedna od drugiej, skutkiem czego jest sklejanie się powstających granul.

Następnie zaobserwowana jest aglomeracja mieszanki do granulacji w cząsteczki o nieregularnym kształcie o średnicy 3-15 mm oraz powstawanie z mieszanki długich brył (klusek). Sedymentacja granul w kierunku powierzchni mieszanki nie zachodzi. Pod wpływem nachylenia bębna granulacyjnego zaobserwowano przesunięcie cząsteczek do wylotu bębna z jednoczesnym ich sklejeniem w bryły o średnicy od 30 do 50 mm.

Gotowe granule i bryły grawitacyjnie przesypują się przez wylot bębna do pojemnika. Sortowanie granul od brył nie powiodło się, gotowego produktu nie uzyskano.

Zastosowany sposób wytwarzania granul według znanych sposobów nie daje możliwości stabilnego otrzymania granul o zawartości hydrożelu powyżej 10%.

Claims (7)

1. Granulator do wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby, zawierający obudowę, stożkowy obrotowy bęben granulacyjny znajdujący się wewnątrz obudowy oraz silnik napędzający bęben granulacyjny, przy czym bęben granulacyjny zawiera w swoim wnętrzu dysze do doprowadzenia cieczy granulacyjnej; znamienny tym, że bęben granulacyjny (10) jest wykonany z materiału dielektrycznego i jest elektrycznie izolowany od obudowy (11) granulatora, przy czym na całej długości wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego (10) znajdują się przegrody (15) z polipropylenu, o wysokości od 8 do 10 mm, przy czym średnica wlotowa bębna granulacyjnego (10) jest o 30% większa niż jego średnica wylotowa.

2. Granulator według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że bęben granulacyjny (10) jest wykonany z polipropylenu o grubości od 3 do 8 mm.

3. Granulator według zastrzeżenia 1 lub 2, znamienny tym, że bęben granulacyjny (10) ma izolację (14) odporną na różnicę potencjałów nie mniejszą niż 30 kV.

4. Granulator według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że bęben granulacyjny (10) ma wlot usytuowany wyżej niż wylot, a stopień nachylenia bębna granulacyjnego (10) wynosi od 3 do 8 stopni.

5. Granulator według jednego z zastrzeżeń od 1 do 4, znamienny tym, że dysze (13) są przystosowane do doprowadzenia do bębna granulacyjnego wody o temperaturze 18-22°C w postaci kropel o średnicy od 3 do 8 mm, przy czym powstawanie kropel wody na końcu dyszy następuje w konkretnie określonym interwale czasu, zależnym od prędkości obrotowej bębna granulacyjnego, tak, aby krople spadały w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic wytworzonej kropli.

6. Sposób wytwarzania granulowanych środków ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę, poprzez przeprowadzenie suchej granulacji aktywowanej wilgocią, z wykorzystaniem granulatora określonego w zastrzeżeniach 1-5, znamienny tym, że do granulatora podaje się jako materiał sypki mieszankę zawierającą absorbujący wodę polimer o uziarnieniu do 0,2 mm w ilości między 40 a 50%wag, nawóz mineralny o uziarnieniu do 0,2 mm w ilości między 40 a 50%wag oraz kwas huminowy o uziarnieniu do 0,1 mm w ilości między 5 a 10%wag, po czym wprowadza się bęben w ruch obrotowy, który utrzymuje się do momentu rozprowadzenia mieszanki na wewnętrznej powierzchni bębna granulacyjnego i rozsypania aglomeratów mieszanki, po czym zwiększa się obroty bębna granulacyjnego i poprzez dysze doprowadza się do bębna ciecz granulacyjną o temperaturze od 18 do 22°C w postaci kropel o średnicy od 3 do 8 mm, spadających w odległości jedna od drugiej nie mniejszej od dwóch średnic kropli, utrzymując obroty bębna i pozwalając na zsuwanie się formowanych granul w stronę wylotu bębna, a następnie tak wytworzone gotowe granule przesypuje się grawitacyjnie na wylot bębna granulacyjnego.

7. Granulowany środek ulepszania gleby z polimerów pochłaniających wodę, wytworzony sposobem określonym w zastrzeżeniu 6, znamienny tym, że zawiera 45%wag suchej masy usieciowanego poliakrylanu o uziarnieniu 0,2 mm jako absorbującego wodę polimeru, 50%wag suchej masy nawozu mineralnego typu NPK o uziarnieniu 0,2 mm oraz 5%wag kwasu huminowego o uziarnieniu 0,1 mm ekstrahowanego z torfu.