Экстрагирование гуминовых и фульвовых кислот в роторном импульсном аппарате тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Алешин Андрей Владимирович

• Алешин Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Алешин Андрей Владимирович

1.1. Свойства и применение гуминовых веществ, гуминовых и фульвовых кислот

1.2. Методы получения гуминовых веществ, гуминовых и фульвовых кислот из природного сырья

1.3. Анализ моделей, описывающих кинетику процесса экстрагирования из твердого в жидкость и определение основных факторов, влияющих на эффективность процесса экстрагирования

1.4. Интенсификация процесса экстрагирования в роторном импульсном аппарате

1.5. Конструктивные приемы повышения эффективности роторных импульсных аппаратов

1.6. Выводы по первой главе и постановка задач исследования

Глава 2. Анализ процесса экстрагирования

2.1. Анализ процесса экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость»

2.2. Анализ процесса экстрагирования из торфа и биогумуса при обработке в роторном импульсном аппарате

2.3. Выводы по второй главе

Глава 3. Экспериментальные исследования процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот в роторном импульсном аппарате

3.1. Описание экспериментального стенда на базе роторного импульсного аппарата

3.2. Экспериментальные исследования процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот из биогумуса и торфа

3.3. Определение дисперсного состава частиц торфа и биогумуса

3.4. Определение затрат энергии роторного импульсного аппарата на обработку суспензий торфа и биогумуса

3.5. Определение коэффициентов в кинетическом уравнении процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот из торфа и биогумуса

3.6. Расчет коэффициента массоотдачи для процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот из торфа и биогумуса

3.7. Статистическая обработка экспериментальных данных

3.8. Выводы по третьей главе

Глава 4. Разработка и расчет новых конструкций роторных импульсных аппаратов для интенсификации процесса экстрагирования

4.1. Разработка новых конструкций роторных импульсных аппаратов для интенсификации процесса экстрагирования

4.2. Расчет и компьютерное моделирование скорости и давления потока суспензии в роторном импульсном аппарате

4.3. Экстрагирование гуминовых и фульвовых кислот при обработке суспензии торфа в роторном импульсном аппарате новой конструкции

4.4. Обеззараживание суспензии торфа при обработке в роторном импульсном аппарате

4.5. Исследование расслоения суспензий торфа и биогумуса, обработанных в роторном импульсном аппарате

4.6. Разработка рекомендаций по технологии получения гуминовых суспензий из

торфа и биогумуса

Выводы по четвертой главе

Основные результаты и выводы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

149

Приложение 1. Протоколы испытаний ФГУ Государственный центр

агрохимической службы «Тамбовский»

Приложение 2. Протоколы испытаний ФГБУ Станция Агрохимической Службы

«Рязанская»

Приложение 3. Зависимость весовой доли частиц от их диаметра

Приложение 4. Листинг расчета коэффициента характеристического уравнения

^

Приложение 5. Зависимости коэффициента массоотдачи от удельной энергии при

экстрагировании ГК из суспензии биогумуса

Приложение 6. Зависимости логарифма коэффициента массоотдачи от удельной

энергии при экстрагировании ГК из суспензии биогумуса

Приложение 7. Зависимости коэффициента массоотдачи от удельной энергии при

экстрагировании ГК из суспензии торфа

Приложение 8. Зависимости логарифма коэффициента массоотдачи от удельной

энергии при экстрагировании ГК из суспензии торфа

Приложение 9. Зависимости коэффициента массоотдачи от удельной энергии при

экстрагировании ФК из суспензии торфа

Приложение 10. Зависимости логарифма коэффициента массоотдачи от удельной

энергии при экстрагировании ФК из суспензии торфа

Приложение 11. Патент РФ на полезную модель №130877

Приложение 12. Патент РФ на полезную модель №147138

Приложение 13. Патент РФ на полезную модель №159457

Приложение 14. Справка о практическом использовании результатов

исследований в ООО «Амальтеа-сервис»

Приложение 15. АКТ о принятии к внедрению результатов НИОКР в АО «Газдевайс»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экстрагирование гуминовых и фульвовых кислот в роторном импульсном аппарате»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее распространенных типов химического оборудования являются емкостные аппараты с перемешивающими устройствами, которые используются многие десятилетия. Методики их расчета давно являются общепринятыми, и обладают высокой степенью достоверности. Однако емкостное оборудование обладает рядом существенных недостатков, таких как неравномерность распределения вводимой энергии по объему аппарата, перемешивающие устройства локализованы в небольшом объеме аппарата, широкий разброс времени пребывания частиц в активной зоне. Все это приводит к снижению показателей массообмена, неоправданно большим потребляемым мощностям и росту стоимости конечных продуктов. В последние несколько десятилетий, во многих областях техники получили применение аппараты с интенсивным импульсным многофакторным воздействием на обрабатываемую жидкость. К таким аппаратам относятся роторные импульсные аппараты, которые широко применяются для интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования, растворения, экстрагирования, деструкции веществ. Важной задачей химической технологии при реализации процесса экстрагирования является максимальное извлечение компонентов из сырья, при одновременном снижении энергетических затрат на проведение процесса.

Актуальность работы. В промышленности гуминовые кислоты (ГК) и фульвовые кислоты (ФК) используются в качестве компонентов лекарственных препаратов, красителей, ингибиторов коррозии, удобрений и стимуляторов роста растений. Большую ценность имеют водорастворимые ГК, так как они относятся к активным биологическим и химическим веществам. Для получения водорастворимых ГК применяют обработку природного сырья, при которой происходит уменьшение молекулярной массы ГК и обогащение их молекул полярными функциональными группами. К таким методам обработки относятся интенсивное гидродинамическое воздействие, кавитация, механодеструкция гуматосодержащего природного сырья. Экспериментальные исследования

закономерностей процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот в водные растворы из природного сырья позволят уточнить расчетные зависимости для технологий и оборудования, которые имеют большую актуальность для химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. Перспективным оборудованием для процессов экстрагирования ГК и ФК зарекомендовали себя роторные импульсные аппараты (РИА). Разработка и расчет новых конструкций РИА для интенсификации процесса экстрагирования, исследование комплексного воздействия РИА на суспензию гуматосодержащего сырья, разработка технологий для получения ГК и ФК является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Большинство научных работ по кинетике переноса веществ из твердой фазы в жидкость посвящено описанию процесса экстрагирования при обработке суспензии в емкостных аппаратах с мешалками. Детально разработаны кинетические зависимости и физические модели для внутридиффузионного и внешнедиффузионного режимов процесса экстрагирования при извлечении веществ из твердых частиц с капиллярной и капиллярно-пористой структурой при механическом перемешивании в аппаратах большого объема. Большинство методов извлечения ГК и ФК из природного сырья основано на применении химических реагентов и извлечения гуминовых вществ в виде солей ГК и ФК. Большой вклад в развитие методов расчета процессов экстрагирования внесли: Г.А. Аксельруд, В.М. Лысянский, П.Г. Романков, М.И. Курочкина, С.П. Рудобашта, Е.Н. Коптелова, В.Т. Казуб, Н.А. Кутакова, И.В. Новикова, Р.Ш. Абиев, Г.В. Агафонов, И.Е. Шабанов, Ю.И. Шишацкий, С.Ю. Плюха, E. Piret, H. Crosier, J.B. Rosen, L. Brownell, J.Crank и другие исследователи.

Цель работы. Разработка и экспериментальное обоснование расчетных зависимостей, повышающих точность расчета технологических параметров и интенсификация процесса экстрагирования гуминовых кислот и фульвовых кислот из торфа и биогумуса в роторном импульсном аппарате.

Задачи исследования:

- экспериментальные исследования кинетических закономерностей процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа и биогумуса в РИА;

- экспериментальные исследования по диспергированию частиц торфа и биогумуса в РИА и расслоению полученных суспензий;

- определение коэффициентов кинетического и критериального уравнений, описывающих процесс экстрагирования ГК и ФК в РИА;

- разработка новых конструкций роторных импульсных аппаратов и технологии для получения гуминовых суспензий из природного сырья.

Объектом исследования является процесс массопереноса гуминовых и фульвовых кислот из частиц торфа и биогумуса в водный раствор при обработке суспензии в роторном импульсном аппарате.

Научная новизна.

Определены коэффициенты кинетического уравнения, которое позволяет рассчитать коэффициенты эффективной диффузии и концентрацию извлекаемого вещества в водном растворе при экстрагировании ГК и ФК из торфа и биогумуса при обработке в РИА;

Экспериментально определены коэффициенты критериального уравнения для расчета массоотдачи в процессе экстрагирования ГК и ФК из суспензий торфа и биогумуса при обработке в РИА;

Получены новые экспериментальные данные по влиянию кратности обработки, соотношения твердой и жидкой фазы на интенсивность процесса массопереноса ГК и ФК из частиц торфа и биогумуса в водный раствор при обработке в РИА.

Определено влияние гидродинамической кавитации на эффективность процесса экстрагировании ГК и ФК из торфа и биогумуса в водный раствор при обработке в РИА;

Теоретическая и практическая значимость.

Определены коэффициенты в кинетическом уравнении, описывающем процесс экстрагирования целевых веществ из капилярно-пористых частиц в форме шара, позволяющего определять коэффициент эффективной диффузии и

концентрацию ГК и ФК при их экстрагировании в водный раствор из частиц торфа и биогумуса при обработке в РИА.

Получено критериальное уравнение, позволяющее рассчитать величину числа Био в зависимости от критериев Фурье и Рейнольдса, соотношения жидкой и твердой фаз в суспензии для определения коэффициента массоотдачи при экстрагировании.

Уточнено уравнение для определения потребляемой мощности РИА, учитывающиее особенности внутренней конфигурации и геометрические параметры ротора.

Предложен алгоритм расчета процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа и биогумуса при обработке их суспензий в РИА с учетом соотношения твердой и жидкой фаз, основных геометрических и режимных параметров РИА.

Экспериментально доказано, что при многофакторной механической, гидродинамической и кавитационной обработке суспензии торфа в РИА происходит ее обезараживание без добавления химических реагентов. Установлено, что содержание клеток бактерий кокки и бактерий палочки в пробах суспензий после обработки суспензии торфа в РИА, уменьшилась в 8 раз. Содержание спор, мицелия грибов и колониеобразующих единиц грибов сократилось в 12 раз.

Разработаны новые конструкции РИА для обработки суспензий, защищенные патентами РФ на полезную модель №130877, №147138, №159457. Показана эффективность применения РИА новой конструкции для безреагентного экстрагирования ГК и ФК из торфа, увеличивающего выход ГК и ФК на 22%.

Разработаны рекомендации по технологии обработки суспензий, величине удельной энергии (е=140-160 Вт/кг), количеству циклов обработки (/=30-40), соотношению твердой и жидкой фаз в суспензиях (1/0=4-5), технологии процесса экстрагирования гуминовых веществ из торфа и биогумуса в РИА, принятые к внедрению в ООО «Амальтеа-сервис» (г. Москва) и в АО «Газдевайс» (Московская обл.).

Методология и методы исследования основаны на теории массопереноса в системах «твердая фаза-жидкость», использованы методы численных решений уравнений, методы компьютерного моделирования, методы корреляционного анализа.

На защиту выносится:

1. Критериальное уравнение для расчета процесса экстрагирования ГК и ФК в суспензиях торфа и биогумуса при их обработке в РИА.

2. Алгоритм расчета процесса экстрагирования ГК и ФК при обработке суспензий торфа или биогумуса в РИА.

3. Кинетическое уравнение с уточненными коэффициентами, описывающее процесс экстрагирования ГК и ФК в водный раствор из частиц торфа и биогумуса при обработке в РИА.

4. Конструкции роторных импульсных аппаратов, повышающих эффективность обработки суспензии в полости ротора.

5. Рекомендации по технологии получения гуминовых суспензий в РИА.

Степень достоверности полученных результатов подтверждается

обоснованным применением метрологически поверенного оборудования, выполнением анализов в аккредитованных лабораториях, применением апробированных методов корреляционного анализа при обработке экспериментальных данных с помощью прикладных компьютерных программ.

Апробация результатов.

Основные положения диссертационной работы были доложены на восьми международных научных конференциях: VII Всероссийской школе -конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» («Крестовские чтения»), Иваново», 2012 г.; Международной научной конференции «Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития», Тамбов, 2013; Международной научно-технической конференции «Перспективные энерго- и ресурсосберегающие технологии. ПРЭТ-2014», Иваново, 2014 г.; Международной научно-инновационной молодежной конференции «Современные твердофазные технологии», Тамбов, 2014 г.;

Международной конференции «Машины и аппараты 21 века. Химия. Нефтехимия. Биотехнология», Воронеж, 2015 г.; XXVII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Тамбов, 2015г; Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности процессов и аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности». Москва, 2016 г.; Международной научно-практической конференции «В. И. Вернадский: устойчивое развитие регионов», Тамбов, 2016 г.

Глава 1. Анализ процесса экстрагирования гуминовых и фульвовых кислот

из природного сырья

1.1. Свойства и применение гуминовых веществ, гуминовых и фульвовых кислот

Гуминовые вещества (ГВ) - смесь высокомолекулярных природных органических соединений тёмно-коричневого или тёмно-бурого оттенка, образующихся при разложении животных и растительных организмов. ГВ широко распространены в природе и в больших количествах содержатся в почвах и торфах, в бурых углях и сланцах, в морских и озёрных отложениях.

Общепринятая классификация гуминовых веществ показана на рисунке 1.1, она основана на различной растворимости ГВ в воде, в кислотах, щелочах и спиртах. Согласно данной классификации ГВ разделяют на прогуминовые вещества, гумусовые кислоты и гумин. Гумусовые кислоты включают в себя гуминовые кислоты (ГК), гиматомелановые кислоты (ГМК) и фульвокислоты (ФК) [1].

Рисунок 1.1 - Классификация гуминовых веществ

ГВ и их производные как соединения природного происхождения, имеют сходные структуры и близкие физико-химические свойства. К производным ГВ обычно относят 3 группы веществ - это гумусовые кислоты, гумин и прогуминовые вещества [2].

Прогуминовые вещества (меланины) представляют собой

высокомолекулярные темноокрашенные пигменты биогенного происхождения, образующиеся при окислительной полимеризации фенольных соединений, включая азотсодержащие соединения.

Гумин - остаток, появляющийся после извлечения гуминовых кислот, гумин не растворим в воде, и представляет собой совокупность ГК и ФК, которые прочно связаны с минералами, а также некоторые соединения целлюлозы, хитина, лигнина, углистых частиц и др. [3 - 5].

Гумусовые кислоты - комплекс высокомолекулярных органических соединений, азотсодержащих оксикислот с ароматическим ядром. Экстракт, гумусовых кислот, выделяемый из почв, торфов и илистых водных осадков представляет собой темноокрашенную гомогенную систему с коричневым, бурым или желтым цветовым оттенком. Гумусовые кислоты в почве и в биосфере выполняют большое количество регулирующих, транспортных, физиологических и других функций [6 - 8].

Согласно ГОСТ 27593-88 «Почвы. Термины и определения» гумусовые кислоты подразделяют на гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты и фульвокислоты из-за различной растворимости в воде, кислотах, щелочах и в этаноле.

Гуминовые кислоты (ГК) - группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кислотах. ГК выделяются путем экстракции из бурых углей, сланцев, торфа, сапропеля. ГК имеют разветвленную молекулярную структуру, включающую большое количество функциональных групп и активных центров, содержащих азот, калий, фосфор, а также ряд микроэлементов (молибден, медь, цинк, железо), совокупность которых обуславливает физические, химические и биологические свойства ГК, а также их благотворное влияние на растения и почву [9].

Гиматомелановые кислоты (ГМК) - группа гумусовых кислот, растворимых в метаноле и этаноле. ГМК выделяются экстракцией из гуминовых кислот органическими растворителями (бензол, метиловый и этиловый спирты). ГМК похожи по своим свойствам на ГК, но отличаются высоким содержанием

углерода и имеют светлый вишнево-красный окрас.

Фульвокислоты (ФК) - группа гумусовых кислот, растворимых в воде, щелочах и кислотах. Данная фракция остается после осаждения гуминовых кислот. ФК можно рассматривать либо как продукты разложения ГК, либо их предшественников. ФК хорошо растворимы в воде, по сравнению с ГК имеют более светлые по окраске тона, и содержат меньшее количество углерода [10; 11].

Элементный состав ГК, ФК, ГМК и их характеристики в сухом виде и в виде растворов представлены в таблице 1.1.

_Таблица 1.1 - Элементный состав ГК, ФК, ГМК_

ГК ФК ГМК

В сухом виде представляют собой порошок темно-бурого или черного цвета. Сухие порошки фульвокислот бурого цвета. В сухом виде имеют буро -вишнёвый окрас.

Растворы в зависимости от концентрации имеют цвет от светло-бурого до темно- бурого. Растворы в зависимости от концентрации имеют окраску от соломенно-желтой до оранжево-вишневой. Растворы имеют красно-вишневую окраску.

Хорошо растворимы в щелочах и нерастворимы в минеральных кислотах и воде. Хорошо растворимы в кислотах, щелочах и органических растворителях. Легко растворяются в воде Хорошо растворяются органическими растворителями (бензол, метиловый и этиловый спирты).

Элементный состав: Углерод 52-62 % Водород 3-6 % Азот 2-6% Кислород 31-39 % Элементный состав: Углерод 36-45 % Водород 3-6 % Азот 2-6 % Кислород 40-50 % Элементный состав: Углерод 58-64 %, Водород 5-8 %, Азот 2-2,5 %, Кислород 5-35 %

К основным сферам применения ГВ относят, агрохимическую, медицинскую, фармацевтическую, химическую, текстильную и нефтяную отрасли промышленности.

В агрохимической отрасли гуминовые препараты применяют в основном в форме легкорастворимых солей гуминовых кислот. Такие препараты действуют на клеточном уровне, изменяют проницаемость клеточных мембран, повышают активность ферментов и скорость физиологических и биохимических процессов, стимулируют процессы дыхания, синтеза белков и углеводов у растений [12 - 16].

Применение гуминовых удобрений решает задачу по восстановлению почвенного плодородия. При внесении в почву гуминовых удобрений по определенным методикам, происходит рекультивация сильно загрязненных почв со связыванием тяжелых металлов, радионуклидов, ядохимикатов и нефтепродуктов. ГВ переводят загрязняющие вещества в малорастворимую форму, снижают их токсичность, миграционную способность и угнетающее воздействие, ограничивают их поступление в растения и предотвращают накопление патогенных веществ в тканях растений [17 - 24].

Применение ГВ в качестве добавок к кормам в птицеводстве и животноводстве приводит к ускорению роста массы, снижению заболеваемости, повышению устойчивости к заболеваниям птицы или животных [25 - 28].

Эффективные протекторные функции ГВ позволяют применять их в различных направлениях по противодействию коррозии. Так, модифицированные аммиаком гуминовые кислоты проявляют ингибиторные свойства, замедляющие процесс коррозии металлов. Исследования показывают, что эффективность ингибирования возрастает с увеличением концентрации гуминовых кислот, но уменьшается с увеличением температуры [29]. ГВ дают хороший защитный эффект при их использовании в составе преобразователей ржавчины и консервационных составах [30].

ГВ используются в качестве красящих веществ для выявления текстуры и усиления естественной окраски, а также выравнивания тона и имитации малоценных пород под ценные породы дерева. Модифицирование гуминовых

кислот торфа водным раствором аммиака позволяет получить высококачественный гуминовый краситель. К свойствам получаемого таким способом красителя относят светостойкость, высокую прокрашивающую способность, отсутствие раздражающего воздействия при контакте и способность смешивания с синтетическими красителями [31].

ГВ обладая свойствами поверхностной активности, способностью стабилизировать коллоидные системы и хорошей совместимостью с полимерами различного молекулярного строения, пригодны для использования в текстильной промышленности. Их включают в составы для окрашивания текстильных материалов - колорирования, а также при шлихтовании пряжи. При введении малых количеств торфяных гуматов в шлихтующие крахмальные составы, получают повышенную устойчивость крахмала к ретроградации и возможность хранения шлихты без потери кондиций (расслоения) [32 - 36].

Наряду с поверхностно-активными свойствами, гуминовые вещества также обладают эффективными связывающими свойствами. Гуминовые кислоты, обработанные аммонием, теряют в текучести, и обладают связывающими свойствами. Комплексный реагент, получаемый на основе водорастворимых солей гуминовых кислот и извести применяется при обработке глинистых буровых растворов с повышенной минерализацией. Применение подобных растворов приводит к уменьшению показателей фильтрации, улучшению реологических свойств и улучшению смазывающих способностей [37 - 41]. Для лучшей растворимости гидрофобных органических веществ и удаления ароматических углеводородов из загрязненных водоносных горизонтов используют ГК с растворами йода [42; 43].

В медицинской промышленности наиболее распространенными областями применения ГВ является производство биологически-активных добавок, косметология (грязелечение) и фармацевтика. ГВ также полезны в профилактике, лечении и устранении последствий множества желудочных и кишечных заболеваний, могут использоваться в качестве детоксикантов в противомикробных, противовоспалительных и противовирусных средствах. Ряд

исследований выявил перспективы применения ГК и ФК в качестве стимуляторов иммунной системы, сдерживающих рост некоторых раковых клеток и противоопухолевых средств [44 - 50]. В косметологическом применении растворы, содержащие ГВ, проникая в неповреждённую кожу, оказывают положительное воздействие, питают клеточные мембраны, стимулируют ферментную и метаболическую деятельность, восстанавливают нервные волокна, удаляют из кожи ионы тяжелых металлов, токсины [51 - 53].

Основным подходом к решению задач разделения ГВ на составляющие элементы служит использование методов прямого межфазного массообмена с вариантами растворения-осаждения, основывающимися на распределении макромолекул между раствором и осадком в зависимости от их размера и состава. Эти варианты обычно включают разделение щелочного раствора гуминовых веществ на сложную смесь веществ, одни из которых, выделяющиеся из фазы раствора при его подкислении, - гуминовые кислоты, а компоненты, остающиеся в надосадочной жидкости - фульвокислоты [2].

1.2. Методы получения гуминовых веществ, гуминовых и фульвовых кислот

из природного сырья

Выделяют несколько основных методов экстрагирования гуминовых веществ из природного сырья, к которым относятся химические (механохимическое, биохимическое экстрагирование) и безреагентные методы, основанные на развитии поверхности контактирующих фаз с изменяемыми параметрами температуры, давления, скорости потока (механическое, кавитационное, ультразвуковое воздействия, электрогидравлическая обработка), а также комбинации данных методов [54 - 56].

Химические методы экстрагирования проводятся путем щелочной экстракции ГВ из гуматсодержащего сырья. Данные методы основаны на растворении ГВ в водных растворах щелочей с образованием растворимых гуматов и последующем подкислении раствора для осаждения свободных

гуминовых кислот. При этом ГК и ГМК выпадают в осадок, а в растворе остаются ФК и неспецифические вещества [57; 58]. Для реализации данного метода экстрагирования, применяются следующие щелочные реагенты: гидроксиды натрия и калия, аммиак, сода, фтористый натрий, уксуснокислый, щавелевокислый и пирофосфорнокислый натрий, щавелевокислый аммоний, а также органические растворители: бромистый ацетил, водный диоксан, фурфурол и амины [59 - 65].

Механохимические методы получения ГВ из продуктов растительного происхождения основаны одновременно на диспергировании и стадии щелочного экстрагирования. Развитие поверхностей контактирующих фаз происходит путем механической обработки растительного сырья, а добавление специально подобранных реагентов увеличивает выход целевых веществ. Преимуществами механохимического подхода является исключение из технологии большого количества химических реагентов [66 - 69].

Методы выделения ГВ с применением химических реагентов имеют существенные недостатки. Применение щелочной экстракции оказывает негативное воздействие на структуру ГВ, и снижает их биологическую и химическую активность, разрушает природную структуру гуминовых препаратов, при этом часть ГВ не переводится в водорастворимую форму. Безреагентные методы экстрагирования представляют интерес за счет простого аппаратурного оформления процесса и экологичности получаемого продукта. Экстрагирование реализуется в основном в аппаратах с мешалками, при повышенной температуре среды, повышенном давлении и с высокой скоростью обтекания твердых частиц экстрагентом [70 - 74].

Биохимические технологии основаны на щелочной экстракции гуминовых веществ из почвы с последующей очисткой микроорганизмами. Например, способ приготовления жидких гуминовых удобрений путем бактеризации ГВ штаммами микроорганизмов, способных видоизменять органическое вещество, и разрушать внутреннюю оболочку органической структуры торфа или биогумуса [75 - 79].

Электрогидравлическая технология обработки суспензии торфа основана на

действии гидравлических импульсов в зоне создания искрового разряда в жидкой среде. Для создания электрогидравлических ударов происходит повышение напряжения на конденсаторе до самопроизвольного пробоя формирующего промежутка, и энергия, запасенная в конденсаторе, поступает на рабочий промежуток, где и выделяется в виде короткого электрического импульса большой мощности, что сопровождается обильным газо- и парообразованием, кавитацией [80; 81].

Использование кавитации и ультразвукового воздействия на обрабатываемые суспензии в безреагентных технологиях получения гуминовых препаратов обеспечивает высокую степень измельчения частиц, а также приводит к большому выходу водорастворимых органических веществ в экстрагент. Перешедшие в экстрагент вещества обладают высокоактивными физиологическими свойствами и высокой скоростью протекания реакций гидротермального синтеза [55]. Для реализации кавитационного и ультразвукового экстрагирования применяют роторные импульсные аппараты (РИА), кавитаторы, а также ультразвуковые устройства, в которых происходят процессы диспергирования и экстрагирования, интенсифицируется выход ГВ из внутренних структур обрабатываемого материала [82 - 91]. При кавитационном экстрагировании увеличивается физиологическая активность гуминовых препаратов, сохраняется нейтральный уровень водородного показателя рН получаемого раствора ГВ.

Безреагентный метод экстрагирования ГВ в воду показывает меньший выход ГВ по сравнению с методами химического экстрагирования, однако ГК и ФК, получаемые безреагентным методом, наиболее востребованы, т.к. в воду переходят водорастворимые кислоты без химической модификации.

Для повышения эффективности безреагентного экстрагирования, в первую очередь необходимо предварительное измельчение частиц сырья. Использование РИА для безреагентного экстрагирования является одним из перспективных направлений, так как в процессе экстрагирования в РИА реализуются ударно-сдвиговые, срезывающие и кавитационные виды воздействия на частицы,

сопровождаемые измельчением и изменением структуры обрабатываемого материала, что значительно облегчает выход целевых веществ из частиц сырья.

Для определения технологических характеристик процесса безреагентного экстрагирования ГВ из природного сырья в РИА, необходимо определение основных факторов, влияющих на интенсивность процесса экстрагирования, расчет кинетических зависимостей процесса извлечения ГВ из твердой фазы в жидкость.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алешин Андрей Владимирович, 2017 год

// // // //

// и // // // 7

3 ---- /' / / Л______ У

1 а2

соКр, м с

0 5 10 15 20 25 30 35 40 Рисунок 4.12 - Зависимость потребляемой мощности при обработке суспензий

торфа от линейной скорости внешней поверхности ротора: РИА новой конструкции - кривая 1, РИА с цилиндрической полостью ротора - кривая 2, насос - кривая 3. 1,2 - мощность, потребляемая РИА (N0. 3 - мощность, потребляемая насосом ^2).

0,7

Расчетные значения потребляемой мощности для аппарата новой конструкции выше в среднем на 4%, по сравнению с потребляемой мощностью аппаратом с цилиндрической полостью ротора. Указанное расхождение не

превышаает погрешность измерений. На основании данных по мощности РИА и насоса, определим зависимость удельной энергии от линейной скорости внешней поверхности ротора, и покажем на рисунке 4.13.

1000 900 800 700 600

$ 500

а

400

со

300 200 100 о

/ /

/ / / / /

/ / / / / /

У У У 4 У г ✓

/ ✓ / / // *

/ г // 2

/' /

соЯр, м/с

40

0 5 10 15 20 25 30 35 Рисунок 4.13 - График зависимости удельной энергии от линейной скорости внешней поверхности ротора при обработке суспензий торфа 1 - РИА по патенту № 159457; 2 -РИА с цилиндрической полостью ротора.

На основании полученных данных по коэффициенту диффузии, потребляемой мощности и сообщаемой удельной энергии при экстрагировании ГК и ФК из суспензий торфа, выполним расчет коэффициента массоотдачи и покажем сравнение кинетических коэффициентов, влияющих на эффективность процесса при кратности обработки (/ = 40) для РИА различных конструкций по таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Сравнение основных коэффициентов кинетики процесса экстрагирования ГК и ФК из суспензий торфа

Извлекаемое вещество РИА с цилиндрической полостью ротора РИА по патенту №159457

4 4

ГК, суспензия торфа d, мкм 28 27

С, кг/м3 19,6 21,42

D, м2/с 1,710-11 1,9610-11

Fo 5,56 6,9

Рг 65290 56709

в, м/с 1,1410-5 1,2610-5

ФК, суспензия торфа d, мкм 28 27

С, кг/м3 6,44 7,58

D, м2/с 1,1-10-11 1,210-11

Fo 3,4 4,2

Рг 105617 92767

в, м/с 7,9-10-6 8,9-10-6

С использованием данных по давлению в потоке жидкости и скорости жидкости, полученных с помощью расчета РИА в программном продукте ANSYS, а также на основании расчетных и экспериментальных данных по кинетике экстрагирования ГК и ФК в РИА различных конструкций, установлено влияние числа гидродинамической кавитации на эффективность процесса экстрагирования. Значения концентраций ГК и ФК при экстрагировании из торфа в РИА при рассчитанных в контрольных сечениях числах гидродинамической кавитации (%), приведены в таблице 4.4.

Осредненные по сечению скорость и давление в потоке жидкости для расчета числа гидродинамической кавитации определяли в полости ротора на радиусе Я2, в канале ротора на радиусе Яр, и на входе в канал статора, на радиусе Яр+д, (рисунок 4.6). Число кавитации определяли по формуле (4.1).

Таблица 4.4 - Значение числа гидродинамической кавитации (%) и концентраций ГК и ФК при экстрагировании из торфа в РИА

Число гидродинамической кавитации % РИА с цилиндрической полостью ротора РИА по патенту №159457

В полости ротора 5,68 1,01

В каналах ротора 1,05 0,83

В каналах статора 0,94 0,65

С, кг/м3 (ГК) 19,6 21,42

С, кг/м3 (ФК) 6,44 7,58

Применение РИА по патенту РФ на полезную модель №159457 интенсифицирует процесс экстрагирования ГК и ФК из суспензий торфа, за счет изменения конфигурации полости ротора и создания зоны предварительной механической и гидродинамической обработки суспензии в полости ротора. Увеличение потребляемой мощности РИА по патенту № 159457 объясняется наличием дополнительных сопротивлений по ходу потока суспензии и затрат на трение в зазоре между выступом на роторе и выступом на крышке аппарата. Увеличение потребляемой мощности на 4% при увеличении показателей выхода ГК на 10% и ФК на 17% из торфа в водный раствор можно считать энергетически оправданным.

4.4. Обеззараживание суспензии торфа при обработке в роторном

импульсном аппарате

Торф как органическое вещество природного происхождения, образуется в результате биохимических процессов отмирания и разложения болотных растений и останков организмов животного происхождения, имеет достаточно

5 8

развитую бактериальную микрофлору, часто содержащую - 10 - 10 клеток микроорганизмов/г сухого вещества, а также спор грибов в количестве, 104 - 105 спор/г сухого вещества. Зачастую такая микрофлора находится в малоактивном покоящемся состоянии, однако при «благоприятных» условиях, например, при приготовлении удобрения в виде суспензии торфа и при внесении торфяных суспензий в грунт в качестве удобрения, возможно нарушение баланса микрофлоры, что вызывает развитие плесеней и фитопатогенной микрофлоры. При длительном хранении торфяных суспензий патогенная микрофлора способна активно расти и размножаться, развитие и накопление продуктов жизнедеятельности приводят к снижению качества торфянной суспензии.

Большинство микроорганизмов наиболее активно в нейтральной среде (рН = 7,0), а рост и развитие спор грибов происходят и в более кислой среде (рН = 5,0). Для снижения бактериальной микрофлоры торфа часто используют реагентные методы обезараживания, основанные на изменении водородного показателя рН, например известкование. Применяются также безреагентные методы, основанные на температурном, ультрафиолетовом или кавитационном воздействии на патогенную микрофлору. Безреагентные методы обеззараживания наиболее перспективны в настоящее время, т.к. не загрязняют природную среду химическими веществами, не оказывают вредного воздействия на почву или раздражающего воздействия на организм человека. Одним из перспективных методов очистки суспензий и жидкостей от патогенных микроорганизмов является кавитационная обработка в гидродинамических реакторах [196 - 200].

Нами была исследована возможность применения РИА для кавитационного обеззараживания суспензий на основе торфа. Обработку суспензий торфа

проводили в установке на базе РИА, описанной в главе 3, линейная скорость ротора составляла wRp=39 м/с. Обработку проводили при пятикратном прохождении суспензии через РИА. Исследование влияния многофакторной обработки в РИА оценивали по изменению содержания клеток бактерий и спор грибов, и также по изменению численности и состава жизнеспособных микроскопических грибов в пробах суспензий до и после обработки по результатам микробиологических анализов. Пробы для микробиологических анализов отбирали из необработанных суспензий торфа, а также из проб суспензий, прошедших кавитационную обработку в РИА.

Влияние многофакторной обработки в РИА оценивали по изменению содержания клеток бактерий и спор грибов, и также по изменению численности и состава жизнеспособных микроскопических грибов в суспензии до и после обработки. Микробиологические исследования проводили в лаборатории факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Подсчет содержания бактериальных клеток, грибного мицелия и спор осуществляли прямым люминесцентным методом на микроскопе Axioskop 2+ (Karl Zeiss) с использованием красителя Акридин Оранжевого из разведения 1:10. Образцы просматривали в 3-кратной повторности препаратов по 30 полей зрения в каждом при 320-кратном увеличении для подсчета содержания грибных спор и мицелия, и при 800-кратном увеличении для подсчета содержания бактериальных клеток и актиномицетного мицелия.

По результатам анализа, показанным в таблице 4.5, установлено, что содержание клеток бактерий - кокки, палочки, а также спор грибов в пробах суспензий, после их импульсного гидромеханического обеззараживания многократно уменьшилась.

Таблица 4.5 - Результаты обработки суспензий на основе торфа в РИА

№ Измеряемый параметр Значение до обработки Значение после обработки Кратность уменьшен ия

1 Количество бактерий кокки, кл/мл 2109 0,25109 8

2 Количество бактерий палочки, кл/мл 0,75 109 0,1109 7,5

3 Длина актиномицетного мицелия, м/мл 1 0,15 6,6

4 Количество спор грибов диаметра менее 3 мкм, сп/мл 13,7106 2106 6,8

5 Количество спор грибов диаметра более 3 мкм, сп/мл 15106 2,1 ■ 106 7,1

6 Длина мицелия грибов, м/мл 8 1 8

7 Количество грибов Trichoderma, КОЕ/мл 210 10 12

8 Количество плесени Pénicillium, КОЕ/мл 600 300 2

9 Количество колониеобразующих единиц бактерий Fusarium, КОЕ/мл 90 20 4,5

10 Количество колониеобразующих шц бактерий Pénicillium, КОЕ/мл 145 46 3,2

Таким образом, эффективность дезинфицирующего воздействия РИА на суспензии торфа, была подтверждена сокращением общего содержания клеток бактерий, спор и мицелия грибов.

4.5. Исследование расслоения суспензий торфа и биогумуса, обработанных в

роторном импульсном аппарате

Одним из показателей качества суспензий является их стабильность, устойчивость к расслоению и образованию осадка. Структура осадка определяется различными факторами, к числу которых относятся размер составляющих его твердых частиц, удельная поверхность или сферичность этих частиц. На стабильность суспензий влияет также ряд физико-химических факторов: степень коагуляции твердых частиц суспензии; содержание смолистых и коллоидных примесей, закупоривающих поры; электрокинетический потенциал на границе раздела твердой и жидкой фаз; наличие сольватной оболочки на твердых частицах [201].

Скорость расслоения суспензий напрямую зависит от размера частиц. Чем мельче размер частиц, тем устойчивее суспензия к расслоению. Образцы суспензий торфа и биогумуса, приготовленные без добавления химических реагентов были исследованы на устойчивость к расслоению. Для этого 100 мл каждого образца суспензии наливали в градуированные прозрачные стеклянные цилиндры с линейной шкалой, и наблюдали за выделением воды в верхней части цилиндров. В нижней части цилиндров собирался осадок, содержащий твердые частицы торфа или биогумуса.

После первых суток наблюдений, все образцы суспензии, полученные безреагентным методом экстрагирования, начинают расслаиваться, и твердые частицы выпадают в осадок. После трех суток у всех образцов суспензии образовалась чёткая граница раздела фаз, свидетельствующая о полном осаждении взвешенных частиц. Результаты дальнейшего наблюдения в течении десяти суток показал лишь равномерное уплотнение осадка. В ходе эксперимента наблюдалось ярко выраженное осветление столба жидкости в цилиндрах с пробами. Наиболее прозрачным был образец с массовым соотношением фаз 1/в=15.

У всех образцов на основе торфа, в течении десяти суток четкая граница раздела фаз не обозначилась, осветление столба жидкости в цилиндре с пробами не происходило, отмечена значительно устойчивая мутность. Результаты и фотографии процесса расслоения суспензии на основе торфа показаны на рисунках 4.14 - 4.15, суспензии на основе биогумуса на рисунках 4.16 - 4.17.

100 о° 90 §80

I 70 1 60

¡50

1 40 з 30

Ш

§20 Й 10

о

2 ------ ■ —■ ^ к -

< > -

►

0 12 3

4 5 6

Время, сут.

7 8 9 10

Рисунок 4.14 - Расслоение суспензий торфа: 1-1/в=15: 2-Ш=10; 3- 1/в=5: 4-L/G=4.

Рисунок 4.15 - Фотографии процесса расслоения суспензии торфа для L/G=4

90

- о 80

0х-

3 70

ч:

о и 60

о эН 50

0)

а со 40

к

ч (и 30

ч.

Л и 20

«

о 10

«

0

—"

с* 2

— " к

3 —" < • \

► ► 4

0 12 3

4 5 6 7

Время, сут

8 9 10

Рисунок 4.16 - Расслоение суспензий биогумуса:

1-Ь/0=15; 2-Ь/0=10; 3- Ь/0=5; 4-L/G=4

Рисунок 4.17 - Фотографии процесса расслоения суспензии биогумуса при Ь/0=4

Формирование осадка зависит от параметра L/G. В пробах суспензии торфа отмечен быстро формирующийся уплотненный осадок, без четкого разделения граничащих фаз. В пробах суспензии биогумуса образовавшийся осадок был рыхлый с ярко выраженной границей разделов фаз. Быстрое расслоение суспензий происходит из-за использования экологически чистого безреагентного метода экстрагирования, без добавления связывающих щелочных агентов. После интенсивного перемешивания, происходит восстановление суспензий и твердые частицы размерами 30...40 мкм легко переходят во взвешенное состояние.

4.6. Разработка рекомендаций по технологии получения гуминовых суспензий из торфа и биогумуса

На основании результатов исследования определен вид и коэффициенты основного уравнения кинетики для расчета процесса экстрагирования в РИА из капиллярно- пористых частиц торфа и биогумуса. Анализ полученных данных о закономерностях процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа и биогумуса с использованием РИА позволил определить кинетические зависимости процесса.

Целью расчета кинетики процесса экстрагирования является установление времени проведения процесса для достижения заданной концентрации экстрагируемых веществ, или обратная задача - определение достигаемой концентрации экстрагируемых веществ при заданном времени проведения процесса. Экспериментальные данные по экстрагированию ГК и ФК из торфа и биогумуса с использованием РИА описываются уравнением кинетики (3.3) и критериальным уравнением (3.6).

Для расчета основных кинетических характеристик процесса экстрагирования на основе уравнения кинетики (3.3), необходимо определить величину начальной концентрации извлекаемого вещества в порах твердого тела (Со), начальную концентрацию извлекаемого вещества в экстрагенте (Сн), значение равновесной концентрации извлекаемого вещества в растворе (Ср), величины эмпирических коэффициентов к2, kз. Должна быть известна зависимость изменения среднеарифметического размера (гранулометрического состава) частиц суспензии от количества циклов обработки.

Концентрация С0 определяется по результатам лабораторных анализов, концентрация Сн в большинстве случаях принимается равной нулю. Для определения Ср, необходимо проведение экспериментальных исследований по экстрагированию (например в емкостном оборудовании с мешалкой). В сосуд содержащий L массовых единиц жидкости, загружают О массовых единиц твердой фазы и проводят процесс экстрагирования. При достаточно длительном

эксперименте устанавливается равновесие и определяется равновесная концентрация целевого вещества в жидкости Ср.

Расчет выполняется с использованием данных, приведенных в таблице (3.4). В соответствии с зависимостью изменения среднеарифметического размера частиц (гранулометрического состава) суспензии от количества циклов обработки определяется радиус твердых частиц в суспензии при заданном количестве циклов обработки, выбираются соответствующие значения коэффициента диффузии (D) и эмпирических коэффициентов kj, k2, k3.

Затем рассчитывается значение диффузионного критерия Фурье Fo = D -г/R2 и по уравнению (3.3) выполняется расчет концентрации извлекаемых веществ в растворе в заданный момент времени С1.

Рассчитываются значения критерия Рейнольдса Re = с - Rp • рjß и по

критериальному уравнению (3.6), значению эмпирического коэффициента k4 из таблицы (3.7), определяется значения числа Био. При этом значения критериев Фурье и Прандтля должны удовлетворять соответствующим диапазонам их изменения, указанных в таблице (3.7).

Коэффициент массоотдачи определяется из критерия Био Bi = ß- R/D . Количество перенесенного вещества определяется по основному уравнению массоотдачи M = ß - S -г- АС. Необходимо отметить, что расчет количества перенесенного вещества затруднен из-за сложности определения площади поверхности контактирующих фаз S.

На основании вышеописанных зависимостей и уравнений составим блок-схему алгоритма расчета основных кинетических параметров процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа и биогумуса в РИА (рисунок 4.18).

Рисунок 4.18 - Блок-схема алгоритма расчета процесса экстрагирования

Для технологического процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа или биогумуса, а также для получения тонкодисперсных, гуматсодержащих суспензий предлагаются следующие практические рекомендации.

1. Процесс экстрагирования и приготовления тонкодисперсных суспензий рекомендуется реализовывать в РИА по патенту на полезную модель РФ №159457. Предлагаемая конструкция проста в изготовлении, не требует особых условий сборки и пуско-наладочных работ. По сравнению с РИА традиционной конструкции, предлагаемый аппарат существенно интенсифицирует процесс экстрагирования за счет интенсивной кавитации в полости ротора.

2. Соотношение твердой и жидкой фаз для приготовления гуминовых суспензий в РИА рекомендуется выбирать в диапазоне L/G = 4...5. При меньшем содержании твердой фазы выход гуминовых веществ будет небольшим. Увеличивать концентрацию твердых частиц более 25% по массе нецелесообразно из-за большой вероятности заклинивания ротора, большого износа рабочих поверхностей ротора и статора и большой потребляемой мощности.

3. Величину удельной энергии при обработке суспензий торфа и биогумуса в РИА рационально поддерживать в диапазоне в = 140...160 Вт/кг. При значениях удельной энергии в >>160 Вт/кг прирост коэффициента массоотдачи в незначителен и обработка суспензий для процесса экстрагирования при в >>160 Вт/кг является нецелесообразным по критерию энергоэффективности. При в < 140 Вт/кг величина коэффициента массотдачи невелика.

4. Обработку суспензий торфа и биогумуса в РИА необходимо организовывать по замкнутому контуру в циклическом режиме, достигая количества циклов обработки суспензии i = 30.40. При количестве циклов обработки суспензии торфа или биогумуса более 30 происходит эффективное измельчение твердых частиц материала до среднего размера около 30 мкм, и достигаются высокие концентрационные значения ГК и ФК в экстрагенте.

5. Для реализации технологии процесса экстрагирования гуминовых веществ из торфа и биогумуса в РИА предлагается проект технологической линии для получения гуминовых суспензий. Технологическая схема линии представлена на рисунке 4.19.

ю/ 6Т 11/

Рисунок 4.19 - Технологическая схема линии для получения гуматсодержащих суспензий 1- инерционный грохот; 2 - конвейер-питатель; 3- емкость исходной суспензии; 4 - истирающая мельница; 5 - промежуточная емкость; 6 - насосы; 7 - роторный импульсный аппарат; 8 - емкость готового продукта; 9 - рамная мешалка; 10 -

лопастная мешалка; 11 - вентили.

Установка содержит инерционный грохот (1), конвейер-питатель (2), подающий торф или биогумус в емкость исходной суспензии (3), в которой установлена рамная мешалка (9), насос (6), предназначенный для порционной подачи воды из магистрали в емкость исходной суспензии (3). Истирающая мельница (4) осуществляет предварительный помол частиц суспензии до 2 мм и соединена своим входным патрубком с емкостью исходной суспензии (3), а выходным патрубком с промежуточной емкостью (5). В промежуточную емкость (5) установлена лопастная мешалка. Промежуточная емкость (5) соединена выходным патрубком с входным патрубком насоса (6), обеспечивающим подачу суспензии в РИА (7). Выходной патрубок РИА (7) одновременно соединен с емкостью готового продукта (8) и с промежуточной емкостью (5). Для направления и регулирования потоков в гидравлической системе установлены вентили (11).

Принцип работы установки заключается в следующем. Сухой торф или биогумус поступает со склада на инерционный грохот, где равномерно распределяется по калибровочному ситу, и просыпается сквозь его ячейки. Частицы крупного калибра и инородные частицы собираются и поступают в отсев. Частицы прошедшие калибровочное сито, собираются в бункере, из которого поступают на конвейер-питатель. Конвейер-питатель порционно подает гуматсодержащий материал в емкость исходной суспензии, куда насосом подается вода в заданной пропорции. Для предварительного смешивания компонентов и создания однородной грубодисперсной суспензии, в емкости исходной суспензии предусмотрена рамная мешалка. По достижению заданного соотношения твердой и жидкой фаз (Ь/О) грубодисперсная суспензия из емкости исходной суспензии, поступает в истирающую мельницу, где происходит первичное измельчение частиц суспензии до размеров 2 мм. Далее, из истирающей мельницы суспензия самотеком поступает в промежуточную емкость, с установленной лопастной мешалкой, которая предотвращает оседание твердых частиц суспензии. Затем из промежуточной емкости суспензия перекачивается насосом в РИА, в котором происходит окончательная обработка суспензии. Кратность обработки суспензии в РИА достигается путем организации движения суспензии по циркуляционному контуру через промежуточную емкость. По достижению заданной кратности обработки, суспензия из РИА направляется в емкость готового продукта, и может быть направлена на розлив и фасовку.

Регулирование потоков суспензии осуществляется с помощью вентилей. На технологической схеме условно не показаны приборы контроля технологических параметров обработки (манометры, термометры, расходомеры) и системы автоматизации производства. Расчетная производительность линии зависит от необходимой кратности обработки суспензии в РИА и производительности насоса и РИА.

Рекомендации по проектированию, расчету РИА и изготовлению технологической линии по обработке суспензии торфа на базе РИА используются в ООО «Амальтеа-сервис» (г. Москва), (Приложение 14).

Технологическая схема установки на базе РИА и рекомендации по процессу обработки суспензии торфа для экстрагирования гуминовых веществ приняты к внедрению в АО «Газдевайс» (Московская обл.), (Приложение 15).

Отработка технологии проводилась на испытательном стенде, описанном в главе 3.

Выводы по четвертой главе

1. Разработаны новые конструкции РИА, защищенные патентами РФ на полезную модель №130877, №147138, №159457. Новые конструкции РИА обеспечивают интенсивную обработку жидкости в полости ротора, за счет исполнения профиля внутренней полости ротора в форме последовательного сужения и расширения или в форме профиля трубки Вентури.

2. Результаты компьютерного моделирования в ANSYS для РИА с цилиндрической формой внутренней полости ротора и РИА с профилированной полостью ротора, показали уменьшение числа гидродинамической кавитации в среднем на 30%, что вызывает усиление кавитационного воздействия в аппаратах новой конструкции. Исполнение внутренней полости ротора РИА в форме профиля сечения трубки Вентури увеличивает число активных зон аппарата, генерирует дополнительные пульсации давления и срыв вихрей, тем самым интенсифицируя процесс экстрагирования ГК и ФК из торфа.

3. Экспериментально доказано, что многофакторная механическая, гидродинамическая и кавитационная обработка суспензии торфа в РИА обеспечивает ее обеззараживание без добавления химических реагентов. Содержание клеток бактерий кокки и бактерий палочки в пробах суспензий после обработки суспензии торфа в РИА, уменьшилось в 8 раз. Содержание спор, мицелия грибов и колониеобразующих единиц грибов сократилось в 12 раз.

Исследование по осаждению полученных суспензий показало, что расслоение суспензий происходит в течение 10 суток, что достаточно для использования суспензии по назначению. При длительном хранении более 10 суток перемешивание или встряхивание суспензии приводит к восстановлению ее первоначальной структуры и консистенции.

4. Разработаны рекомендации по расчету и технологии процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа или биогумуса и схема технологической линии на базе РИА для безреагентного экстрагирования ГВ. Предлагаемая технология позволяет получать экологически чистые, мелкодисперсные и однородные гуминовые суспензии с высокой концентрацией ГК и ФК.

5. Рекомендации по проектированию и расчету РИА для процесса экстрагирования, технологии обработки суспензии торфа для экстрагирования гуминовых веществ используются в ООО «Амальтеа»-сервис (г. Москва) и в АО «Газдевайс» (Московская обл.) при разработке установок для получения гуминовых суспензий и экстрагирования гуминовых веществ.

Основные результаты и выводы

1. Выполнен анализ процесса экстрагирования в системе «твердое тело-жидкость» на основе диффузионной модели извлечения вещества из капилярно-пористой твердой частицы в форме шара. Сформулированы допущения, позволяющие применять диффузионную модель для описания кинетики процесса экстрагирования веществ из природных пористых материалов в РИА.

2. Обоснован выбор уравнений, описывающих кинетику переноса экстрагируемого вещества из твердого тела в жидкую фазу, позволяющих определить концентрацию извлекаемого вещества в растворе в заданный момент времени, коэффициенты диффузии и массоотдачи при экстрагировании в системе «твердое тело - жидкость» при обработке суспензии в РИА.

3. На основе экспериментальных данных по концентрациям ГК и ФК в водном растворе, определены коэффициенты кинетического уравнения для процесса экстрагирования ГК и ФК из торфа и биогумуса в РИА. Расхождение расчетных и экспериментальных данных по концентрациям ГК и ФК в растворе не превышает 15%.

4. Определен диапазон рационального значения удельной энергии в=140-160 Вт/кг при обработке суспензий торфа и биогумуса в РИА, выше которого рост коэффициента массоотдачи в процессе экстрагирования незначителен. Уточнена зависимость для расчета потребляемой мощности РИА при обработке суспензий.

5. Определены коэффициенты в критериальном уравнении процесса экстрагирования ГК и ФК. Уравнение позволяет определить значения числа Bi при известных расчетных значениях критериев Re и Fo, соотношения твердой и жидкой фаз в суспензиях торфа и биогумуса при их обработке в РИА.

6. Разработан алгоритм расчета процесса экстрагирования ГК и ФК в водных суспензиях торфа и биогумуса при обработке в РИА, позволяющий определить коэффициент массоотдачи, концентрацию целевого вещества в растворе в заданный момент времени.

7. Разработаны новые конструкции роторных импульсных аппаратов (патенты РФ на полезную модель №159457, №147138, №130877), которые обеспечивают интенсивную обработку жидкости в полости ротора, за счет исполнения профиля внутренней полости ротора в форме последовательного сужения и расширения. При обработке суспензии торфа в модернизированном РИА выход ГК в водный раствор увеличился на 10%, выход ФК - на 17%.

8. Экспериментально доказано, что многофакторная механическая, гидродинамическая и кавитационная обработка суспензии торфа в РИА обеспечивает их обеззараживание без добавления химических реагентов. Установлено, что содержание клеток бактерий кокки и бактерий палочки в пробах суспензий после обработки суспензии торфа в РИА, уменьшилась в 8 раз. Содержание спор, мицелия грибов и колониеобразующих единиц грибов сократилось в 12 раз.

9. Рекомендации по соотношению твердой и жидкой фаз в суспензии (ЬЮ = 45), количеству циклов обработки ^>30), удельной энергии (е=140-160 Вт/кг), технологии обработки суспензий торфа и биогумуса в РИА для экстрагирования гуминовых веществ используются в ООО «Амальтеа-сервис» (г. Москва) и в АО «Газдевайс» (Московская обл.) при разработке установок для получения гуминовых суспензий и экстрагирования гуминовых веществ.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

¿§а - угловой коэффициент прямой; в - коэффициент массоотдачи, м/с; в - удельная энергия, Вт/кг;

8 - радиальный зазор между ротором и статором, м;

8'- зазор между выступом на роторе и выступом на крышке, м;

V - кинематическая вязкость, м2/с; у=л/р;

Л - коэффициент динамической вязкости, Па-с;

р - плотность суспензии, кг/м3;

т - продолжительность процесса экстрагирования, с;

XI - время однократного прохождения всего объема суспензии через РИА, с;

ш - угловая скорость ротора, рад/с;

X - число кавитации;

ар - ширина канала ротора, м;

ас - ширина канала статора, м;

/р - толщина стенок ротора, м;

1с - толщина стенок статора, м;

2 - число каналов;

h - высота канала ротора и статора, м; h= \= т - масса обработанной суспензии, кг; I - количество проходов всего объема суспензии через РИА; k1, k2, ^ - эмпирические коэффициенты; Ап - параметр, определяющий форму частицы; В - коэффициент, В = Ь Ап;

С0 - начальная концентрация извлекаемого вещества в порах твердого тела,

3

заполненных жидкой фазой, кг/м ;

3

Сн - начальная концентрация распределяемого вещества в жидкости, кг/м ; Ск - конечная концентрация распределяемого вещества в жидкости, кг/м ; Ср - равновесная концентрация извлекаемого вещества в растворе, кг/м ; С1 - концентрация жидкости в текущий момент времени, кг/м ;

__3

С - средняя по объему концентрация в текущий момент времени, кг/м ;

Ст = Сн - для переодического процесса и прямотока; Ст = Ск - для противотока;

С - расчетная концентрация извлекаемых веществ в растворе, кг/м ;

D - эффективный коэффициент диффузии, м /с;

L - количество массовых единиц жидкости, кг;

G - количество массовых единиц твердой фазы, кг;

L/G - параметр соотношения масс исходных компонентов;

N - мощность, затраченная на перемешивание, Вт; Ы=Ы1+Ы2 ;

Ы1 - мощность, затраченная на вращение ротора РИА, Вт;

N2 - мощность, затрачиваемая насосом на подачу суспензии в РИА, Вт;

R - радиус частиц в форме шара, м;

Rр - радиус внутренней поверхности ротора, м;

Rк - радиус внутренней поверхности рабочей камеры, м;

R1,2 - радиусы выступов на роторе и крышке, м;

АР - перепад давления, АР=Р1- Р2;

Р1 - давление на входе в РИА, Па;

Р2 - давление на выходе из РИА, Па;

Рс - давление в сужении профиля сечения, Па;

PV - давление насыщенных водяных паров, Па;

3

Q - расход суспензии через РИА, м/с;. V- скорость потока жидкости в сужении РИА, м/с; Усусп - объем суспензии, л; R - радиус частицы в форме шара, м;

Безразмерные критерии:

со- ^ -р

Re - критерий Рейнольдса, Re

£-т

Fo - критерий Фурье, Рв = 2 5

R

Рг - критерий Прандтля, Рг =

р-£

£ '

В1 - число Био, В\ =

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Орлов, Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации / Д.С. Орлов. - М.:Изд-во МГУ, 1990. - 325 с.

2. Попов, А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / А.И. Попов; под ред. Е.И. Ермакова. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. - 248 с.

3. Орлов, Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, Н.И. Суханова. - М.: Высшая школа, 2005. - 558 с.

4. George, R. Humic substances in soil, sediment, and water: geochemistry, isolation, and characterization / R. George, Aiken, M. Diane, Mcknight, L. Robert, Wersha. - New York, 1985. - 691p.

5. ГОСТ 27593-88 (2005). Почвы. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2005. - 11 с.

6. Ghabbour, E.A. Humic substances: structures, models and functions / E.A. Ghabbour, G. Davies. - Boston, 2001. - 404p.

7. Горовая, А.И. Гуминовые вещества. Строение, функции, механизм действия, протекторные свойства, экологическая роль / А.И.Горовая, Д.С.Орлов, О.В.Щербенко.- Киев: Наука думка,1995.- 304с.

8. Дюшофур, Ф. Основы почвоведения. Эволюция почв / Ф. Дюшофу; пер. с фр. М.И. Герасимовой. - М.: Прогресс, 2012. -614 с.

9. Гостищева, М.В. Характеристика химических и биологических свойств различных фракций гуминовых кислот торфов и сапропелей / М.В. Гостищева // Материалы пятой научной школы «Болота и биосфера». Томск: ЦНТИ. 2006. - с. 168-175.

10. Орлов, Д. С. Органическое вещество почв Российской Федерации / Д. С. Орлов, О. Н. Бирюкова, Н.И. Суханова. - М.: Наука, 1996. - 256 с.

11. Славинская, Г.В. Фульвокислоты природных вод. Воронеж / Г.В. Славинская, В.Ф. Селеменев. - Воронеж : Ун-т., 2001. - 165 с.

12. Ghabbour, E.A. Humic substances. Versatile components of plants, soils and water/ E.A. Ghabbour, G. Davies. - Bodmin, 2000. -328p.

13. Куликова, Н.А. Защитное действие гуминовых веществ по отношению к растениям в водных и почвенных средах в условиях абиотических стрессов: автореферат д.б.н./ Куликова Наталья Александровна. - МГУ, Москва, 2008, 48 с.

14. Карпухин, А.И., Влияние фульвокислот и их органо-минеральных производных на рост и развитие сельскохозяйственных растений. В сб. Гуминовые удобрения / А.И. Карпухин // Теория и практика их применения. -Днепропетровск. 1983. С.65-68

15. Безуглова, О.С. Эффективность гуминовых удобрений различной природы / О.С. Безуглова, Е.А. Самоничева // Труды 4 всероссийской конференции - Гуминовые вещества в биосфере. - Москва 19-21 декабря.- 2007.-С. 393- 398.

16. Кадыров, С. В. Изучение новых препаратов для обработки семян и растений / С.В. Кадыров, Н. Н. Коновалов //Агрохимический вестник.- № 5.2008. - С. 38-40.

17. Иванов, А. А. Исследование биостимулирующих и детоксицирующих свойств гуминовых кислот различного происхождения в условиях нефтезагрязненной почвы / А.А. Иванов, Н.В. Юдина, Е.В. Мальцева, Е. Я. Матис // Химия растительного сырья. - 2007. - №1. - С. 99-103.

18. Выделение гуминовых кислот из бурых углей и их применение для рекультивации нефтезагрязненных земель/ И.А. Потапова [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «XIII конгресс Экология и здоровье человека».- 2008. - Т.1. - С. 215-218.

19. Блудова, Л.Н. Детоксицирующая способность гуминовых препаратов по отношению к нефтяному загрязнению почв / Л.Н. Блудова // Природообустройст-во. - 2009. - № 5. - С. 39-43.

20. Пушкина, Е.Г. К вопросу о биологической очистке загрязненных сельскохо- зяйственных земель / Е.Г. Пушкина // Естественные науки. - 2015. - № 3. - С. 32-36.

21. Гаврилов, С.В. Адсорбционные свойства торфа и продуктов его переработки/ С.В. Гаврилов, З.А. Канарская// Вестник казанского технологического университета. - Казань. - 2015. - Т.18(2). - С. 422-427.

22. Fukushima, M. Functionalities of humic acid for the remedial processes of organic pollutants/ M. Fukushima, K. Tatsumi // Analyt. Sci. - 2001. - Уо1.17. - P. 1821-1821.

23. Lesage, S. Humic acids enhanced removal of aromatic hydrocarbons from contaminated aquifers: developing a sustainable technology/ S. Lesage, K.S. Novakowski, S. Brown, K. Millar // J. Environ. Sci. Health A. - 2001. - Vol.36. - № 8. - P. 1515-1533.

24. Sannino, F. Remediation of highly contaminated soils from an industrial site by employing a combined treatment with exogeneous humic substances and oxidative biomimetic catalysis/ F. Sannino, R. Spaccini, D. Savy, A. Piccolo // Journal of Hazardous Materials. - 2013. - Vol. 261. - P. 55-62.

25. Лукьянова, И.А. Переваримость питательных веществ кормов и физиологические показатели организма цыплят-бройлеров при использовании гумина HS-1500. Автореф. дисс. к.б.н./ Лукьянова И.А. -М., 1996. - 16 с.

26. Шарова, Л. Г. Показатели неспецифической резистентности бычков при введении в рацион гумата натрия / Л. Г. Шарова // Аграрная наука. 2003. № 3. С 25-26.

27. Kucukersan1, S. The effects of humic acid on egg production and egg traits of laying hen/ S. Kucukersan1, K. Kucukersan, I. Colpan, E. Goncuoglu// Vet. Med. Czech. 2005. Vol. 50 (9). P.406-410.

28. Сухих, О.Н. Повышение качества шкурок молодняка пушных зверей/О.Н. Сухих, Н.В. Пронина, А.Е. Кокорина, О.Ю. Беспятых// Пермский аграрный вестник. Т. 4 (12). 2015. С. 78-84.

29. Орлов, Д.С. Практикум по химии гумуса/ Д.С. Орлов, Л.А. Триш. - М.: Изд-во МГУ. - 1981. - 272 с.

30. Гаврильчик, А. П. Ингибиторы коррозии металла на основе гуминовых кислот торфа / А. П. Гаврильчик [и др.] // Торфяная промышленность. -1991. - № 8. -С. 30-33.

31. Гаврильчик, А. П. Торфяной краситель/ А. П. Гаврильчик // Торфяная промышленность. -1991. - № 5. -С. 31-34.

32. Кричевский, Г. Е. Химическая технология текстильных материалов: учебник для вузов. - в 3 т. Т. 2. Колорирование текстильных материалов / Г.Е. Кричевский. - М. - 2001. - 540 с.

33. Шарова, Н.Е. Оценка возможности применения гуминовых кислот для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи/ Н.Е. Шарова, И.Ю. Вашурина, Ю. А. Калинников // Текстильная химия. - 2000. - №1 (17). - С. 30-34.

34. Погорелова, А.С. Эффективность применения гуминовых кислот в щелочно-восстановительной технологии крашения текстильных материалов кубовыми красителями / А.С. Погорелова, И.Ю. Вашурина, Ю.А. Калинников // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. - 2003. - №6. - С.57-61.

35. Вашурина, И.Ю. Природные гуминовые кислоты как средство совершенствования шлихтования хлопчатобумажной пряжи/ И.Ю. Вашурина, Н.Е. Кочкина, Ю.А. Калинников // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. - 2004. - №2. - С. 39-43.

36. Вашурина, И.Ю. Особенности влияния торфяных гумусовых кислот на структуру крахмальных шлихтующих гелей/ И.Ю. Вашурина, Н.Е. Кочкина, Ю.А. Калинников // Журнал прикл. Химии. - 2006. - Т.79. - Вып.2. - С. 322-325.

37. Пат. 3359594. СССР. Способ обработки буровых растворов солями гуминовых кислот 24.11.81.

38. ТУ У 24.6-24709453-002-2001. Буровой реагент «Полигум-К» марок «Б» и «С».

39. Cha, Ma. Synthesis and characterization of substituted-ammonium humic acid fluid loss additive for oil-based drilling fluids / Cha Ma, Long Li, Gang Wang, Xubo

Yuan // Trans Tech Publications. - Switzerland. - Advanced Materials Research. - Vol.

- 1004. - 2014. - pp 623-626.

40. Cha, Ma. Study on the Effect of Humic Acid Acetamide on the Rheological Properties of Diesel Oil-Based Drilling Fluids/ Cha Ma, Long Li,Hu Lu, Xubo Yuan, Gang Wang// Trans Tech Publications. - Switzerland. - Applied Mechanics and Materials. - Vol. - 620. - 2014. - pp 449-452.

41. Long, Li. Study on the Effect of Humic Acid Acetamide on the Rheological Properties of Gas-to-Liquid Based Drilling Fluids / Long Li, Xu Bo Yuan, Cha Ma, Rong Chao Cheng, Yu Ping Yang // Trans Tech Publications. - Switzerland. - Applied Mechanics and Materials. - Vol. - 620. - 2014. - pp 468-476.

42. Lesage, S. Humic acids enhanced removal of aromatic hydrocarbons from contaminated aquifers: developing a sustainable technology/ S. Lesage, K.S. Novakowski, S. Brown, K. Millar // J. Environ. Sci. Health A. - 2001. - Vol. 36. - № 8.

- P. 1515-1533.

43. Дагуров, А.В. О механизме действия гуматов на углеводороды нефти/ А.В. Дагуров, Д.И. Стом // Естественные науки. -2008. - №4. - С. 15-18.

44. Ziechmann, W. Humic substances and their Medical Effectiveness / W. Ziechmann// 10th International Peat Congress. - Stuttgart. - 1996. - Vol. 2. - pp. 546554.

45. Сухих, А.С. Перспективы применения гуминовых и гуминоподобных кислот в медицине и фармации/ А.С. Сухих, П.В. Кузнецов // Медицина в Кузбассе. - 2009. - № 1. - С.10-14.

46. Бузлама, А. В. Анализ фармакологических свойств, механизмов действия и перспектив применения гуминовых веществ в медицине / А. В. Бузлама, Ю. Н. Чернов // Экспериментальная и клиническая фармакология. -2010. - Т.73. - № 9. - С. 43-48.

47. Потапова, И.А. Выделение и исследование токсических и терапевтических свойств солей гуминовых кислот и возможности применения их как пищевой добавки/ И.А. Потапова, Е.В. Бурова, П.П. Пурыгин // Башкирский химический журнал. - 2012. - Т 19. - № 5. - С. 15-19.

48. Зыкова, М. В. К вопросу об исследованиях биологической активности гуминовых кислот / М. В. Зыкова // Материалы VIII Всероссийской с международным участием научной школы «Болота и биосфера». - Томск: ТГПУ. - 2012. - С.47-56.

49. Пат. 2264371. Российская Федерация. Сапропелевый концентрат, содержащий гуминовые кислоты, и способ его получения/ Новицкий, А.А.; заявл.17.10.2003; опубл. 11.20.2005.

50. Пат. 2172176. Российская Федерация. Способ получения противовирусного средства / В.А. Трофимов, В.П. Шипов, Е.С. Пигарев и др.; заявл. 19.06.2000; опубл.20.08.2001.

51. Аввакумова, Н.П. Биохимические аспекты терапевтической эффективности гумусовых кислот лечебных грязей /Н.П. Аввакумова. - Самара: СамГМУ. - 2002. - 124 с.

52. Касьянова, 3. Ф. Химическая характеристика гуминовых кислот тамбуканской лечебной грязи и их противовоспалительная активность/ 3. Ф. Касьянова, А. Л. Шинкаренко, К. С. Тихомирова //Материалы к VIII Всесоюзному съезду физиотерапевтов и курортологов. Сочи-М. - 1983. - С. 111-112.

53. Агапов, А.И. ДЭНС-форез раствора лечебной грязи курорта «Сергиевские минеральные воды» - перспективы использования в гериатрии/ А.И. Агапов [и др.] // Серноводск. - 2008. - С.22-23.

54. Наумова, Г.В. Гуминовые препараты и технологические приёмы их получения/ Г.В. Наумова// Гуминовые вещества в биосфере. - М. - 1993. - С 178188.

55. Денисюк, Е. А. Технологии получения гуминовых веществ/ Е. А. Денисюк, И. А. Кузнецова, Р. А. Митрофанов// Вестник НГИЭИ. - 2014. - № 2, (33). - С. 66-80.

56. Гостищева, М.В. Сравнительная характеристика методов выделения гуминовых кислот из торфов с целью получения гуминовых препаратов/М.В. Гостищева, И.В. Федько, Е.О. Писниченко //Доклады ТУСУРа. - 2004. - С 66-69.

57. Stevenson, E. J. Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions, Second Edition/ E J. Stevenson. - New York. - 1994. - 496 p.

58. Раковский, В.Е. Общая химическая технология торфа / В.Е. Раковский. М., -1949. - 363 с.

59. Лиштван, И.И. Физико-химические свойства торфа. Химическая и термическая его переработка/ И.И. Лиштван // Химия твердого топлива. - 1996. -№3. - С. - 3-23.

60. Марыганова, В.В. Воздействие вида экстрагента на структуру извлекаемых из торфа гуминовых кислот / В.В. Марыганова, Н.Н. Бамбалов, С.В. Пармон // Химия твердого топлива. - 2003. - № 1. - С. 3-10.

61. Роганов, В.Р. Исследование способов извлечения из низинного торфа гуминовых препаратов/ В.Р. Роганов, Л.В. Касимова, А.В. Тельянова, И.В. Елисеева // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 14111411.

62. Пат. 2001038 Российская Федерация, С05F11/02. Способ получения жидких суспендированных торфогуминовых удобрений / Лясин Ю.М.; заявитель и патентообладатель Лясин Ю.М. - № 4940012/15; опубл. 15.10.1993, Бюл. № 3738.

63. Martinez-Balmori, D. Molecular characteristics of humic acids isolated from vermicomposts and their relationship to bioactivity/ D. Martinez-Balmori, R. Spaccini, N.O. Aguiar, F.L. Olivares, L.P. Canellas, // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2014. - Vol. - 62. - Р. 11412-11419.

64. Kholodov, V. A. Preparative Yield and Properties of Humic Acids Obtained by Sequential Alkaline Extractions /V. A. Kholodov, N. V. Yaroslavtseva, A. I. Konstantinov, I. V. Perminova// Eurasian Soil Science, 2015. Vol. 48. №10. Р. 11011109.

65. Hanc, A. Properties of vermicompost aqueous extracts prepared under different conditions/ A. Hanc, J. Boucek, P. Svehla, M. Dreslova, P. Tlustos // Environmental Technology, 2017. Vol.38. P. 1428-1434.

66. Бутюгин, А.В. Изучение влияния механохимической активации на процесс извлечения гуминовых веществ из землистых бурых углей/ А.В. Бутюгин, А.С. Иванов // Материалы научно-технического семинара стран содружеств. -1992. - С. 26-28.

67. Кашинская, Т.Я. Механохимические превращения гуминовых кислот торфа/ Т.Я. Кашинская [и др.] // Весщ АН Беларуси Сер. хiм. навук. - 2001. -№1. - С. 89-92.

68. Юдина, Н.В. Механохимические превращения торфах различных типов/ Н.В. Юдина, А.В. Зверева, О.И. Ломовский // Химия твердого топлива. - 2002. -№5. - С. 3-10.

69. Кашинская, Т.Я. Механохимические превращения гуминовых веществ торфа / Т.Я. Кашинская [и др.] // Химия твердого топлива. - 2003. - №1. - С. 2129.

70. Хоняк, В.П. Влияние диспергирования на свойства торфа и активных углей/ В.П. Хоняк, О.П. Мазина // Химия твердого топлива. - 1987. - №3. - С. 8692.

71. Гирина, Л.В. Изменение физикохимических свойств бурого угля при механических воздействиях различного характера / Л.В. Гирина [и др.] // Химия твердого топлива. - 1991. - №5. - С. 37- 42.

72. Rocha, J.C. An alternative methodology for the extraction of humic substances from organic soils/ J.C. Rocha, A.H. Rosa, M. Furlan // Journ. Braz. Chem. Soc. -1998. -Vol. 9. - №1. - Р. 51-56.

73. Наумова, Г. В. Изменение биологической активности гуминовых кислот при их окислительно-гидролитической деструкции / Г. В. Наумова, Т. Ф. Овчинникова, Н. А. Жмакова, Н. Л. Макарова // Природопользование. - 2001.-вып. 7. - С. 123-125.

74. Пат. 2081857 Российская федерация, C02F11/18. Продукт окислительно-гидролитической деструкции осадков сточных вод и способ его получения/ Калинин Е.П., Кононов В.Е., Трофимов В.А., Шипов В.П.; заявитель и патентообладатель «Невская линия». - № 95114537/25 опубл. 20.06.1997.

75. Порываева, О.В. Биоудобрение на основе микробиологически обработанного торфа/ О.В. Порываева, Н.Н. Терещенко //Труды регион, научн.практич. конф. - Томск. - 1994. - С. 32-34.

76. Андреюк, Е.И. Биоторфяное удобрение - новый комплексный бактериальный препарат/ Е.И. Андреюк, А.Ф. Антипчук, В.Н. Рангелова, Е.В. Тацюренко // Микробиол. журнал. - 1999. - Т. 61. - № 2. - С. 45-51.

77. Порываева, О.В. Влияние нового микробного инокулята на агрохимические свойства, состав органического вещества и биологическую активность торфа/ О.В. Порываева, Л.В. Касимова, Н.Н. Терещенко // Торф в сельском хозяйстве: Сб. научн. тр. -Томск. - 2002. - С. 66-77.

78. Касимова, Л. В. Органическое вещество торфа. Микробиологическая активация торфа как основа создания нового вида органического удобрения: монография/ Л. В. Касимова, О. В. Порываева. - СибНИСХиТ Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2005. - 294 с.

79. Robert, L. Evaluation of conceptual models of natural organic matter (humus) from a consideration of the chemical and biochemical processes of humification/ L. Robert. - Reston. - 2004. - 49p.

80. Юткин, Л. А. Электрогидравлический эффект / Л. А. Юткин. - М.: Машгиз., 1955. -52 с.

81. Денисюк, Е. А. Особенности электрогидравлической обработки торфа/ Е. А. Денисюк, Р. А. Митрофанов, И. А. Носова // Вестник НГИЭИ. - 2013. - № 6 (25). - С. 36-46.

82. Ефанов, М.В. Получение оксигуминовых препаратов из торфа кавитационным методом / М.В. Ефанов, А.А. Латкин, П.П. Черненко, А.И. Галочкин // Современные наукоемкие технологии. - 2008. - №2. - С. 39.

83. Ефанов, М.В. Окислительный аммонолиз торфа в условиях кавитационной обработки/ М.В. Ефанов, В.А. Новоженов, В.Н. Франкивский//Химия растительного сырья. - 2010. - №1. - С. 165-169.

84. Соколов, Г. А. Влияние гидродинамической кавитации на выход гуминовых веществ из торфа/ Г. А. Соколов, Н. Н. Бамбалов, В. В. Смирнова, Л. Ю. Цвирко // Весц НАН Беларусi. Сер. хш. навук. - 2010. - № 4. - С. 112-117.

85. Москаленко, Т.В. Воздействие ультразвуковым полем на торф при экстрагировании гуминовых кислот// Москаленко Т.В., Михеев В.А., Данилов О.С.//Горный информационно-аналитический бюллетень «Горная книга», М. -2010. - С. 209-213.

86. Москаленко, Т. В. Структурные превращения гуминовых кислот торфов при экстрагировании под действием магнитного и ультразвуковых полей / В. А. Михеев, О. С. Данилов // Химия растительного сырья. - 2011. - № 4 - С. 283-286.

87. Dudkin, D. V. Formation of Humic Acids under Cavitation Impact on Peat in Aqueous Alkaline Media/ D. V. Dudkin, A. S. Zmanovskaya // Chemistry for Sustainable Development. - 2014. - Vol. 22. - P. 119-121.

88. Liangliang, WEI. Application of ultra-sonication, acid precipitation and membrane filtration for co-recovery of protein and humic acid from sewage sludge/ Liangliang WEI, Kun WANG, Xiangjuan KONG, Guangyi LIU, Shuang CUI, Qingliang ZHAO, Fuyi CUI// Front. Environ. Sci. Eng. Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin. -Heidelberg. - 2014. - pp 1-9.

89. Андреев, А. В. Ультразвуковая технология получения гуматов/ А.В. Андреев [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень, «Горная книга» (Москва). - 2016. - Т.38. - С. 53-56.

90. Пат. 2411224 Российская Федерация, C05F11/00. Способ получения жидкого торфогуминового удобрения/ П. П. Буркове, А.Н. Комаров, С.П.Павленко; заявл. 13.08.2009 ; опубл.10.02.2011.

91. Пат. 2491266. Российская Федерация, C05F11/02 Способ получения гуминовых препаратов и вещество - ультрагумат/ В.С. Аникин; заявл. 15.06.2011 ; опубл.27.07.2013.

92. Piret, E.L. Diffusion rates in extraction of porous solids. II. Two-phase extractions/ E.L. Piret, R.A. Ebel, С.Т. Kiang, W.P. Armstrong // Chem. Eng. Prog. -1951. - Vol. 47. - № 12. - P. 628-636.

93. Crosier, H.E. Washing in porous media/ H.E. Crosier, L.E. Brownell // Ind. Eng. Chem. -1952. -Vol. 44. - № 3. -P. 631-635.

94. Товбин, М.В. Динамика извлечения иода из слоя силикагеля/ М.В. Товбин [и др.] // Укр. хим. журн. - 1963. -Т. 19. - №2. - С. 119-124.

95. Лыков, A.B. Теория теплопроводности/ A.B. Лыков. - М.: Высшая школа, 1967. - 600 с.

96. Берлинер, Л.Б., Решение задачи определения коэффициента диффузии по кинетическим данным о перемещении поверхности фронта растворения в гладкостенном капилляре/ Л.Б. Берлинер, Л.Д. Берлинер // Журн. физ. химии. -1973. - Т. 47, Вып. 9. - С. 2357-2360.

97. Аксельруд, Г.А. Введение в капиллярно-химическую технологию/ Г.А. Аксельруд, М.А. Альтшулер. - М.: Химия. - 1983. - 264 с.

98. Аксельруд, Г.А. Массообмен в системе твердое тело—жидкость/ Г.А. Аксельруд. - Львов: Изд. Львовского университета. -1970. -188 с.

99. Лысянский, В.М. Процесс экстракции сахара из свеклы. Теория и расчет/ В.М. Лысянский. -М.: Пищевая пром-сть. - 1973. -224 с.

100. Аксельруд, Г.А. Экстрагирование (система твердое тело—жидкость)/ Г.А. Аксельруд, В.М. Лысянский. - Л.: Химия. - 1974. - 256 с.

101. Crank, J. The mathematics of diffusion/J. Crank. - Oxford University Press, second edition, 1975. - 414 p.

102. Романков, П.Г. Экстрагирование из твердых материалов / П.Г. Романков, М.И. Курочкина. Л.: Химия, 1983. -256 с.

103. Лысянский, В.М. Экстрагирование в пищевой промышленности / В.М. Лысянский, С.М. Гребенюк. -М.: Агропромиздат, 1987. -187 с.

104. Рудобашта, С.П. Диффузия в химико-технологических процессах / С.П. Рудобашта, М.И. Карташов. -М.: Химия, 1993. -209 с.

105. Новикова, И. В. Исследование скорости экстрагирования компонентов из древесного сырья/ И. В. Новикова, Г. В. Агафонов, Т. С. Корниенко, О. Ю. Мальцева// Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. -2012. -№3. -С. 99-103.

106. Коптелова, Е. Н. Исследование кинетики массопереноса в процессе экстрагирования бересты/ Е. Н. Коптелова, Н. А. Кутакова, С. И. Третьяков// Известия высших учебных заведений, «Лесной журнал». -2013. -№ 4. -С. 119-128.

107. Рудобашта, С.П. Исследование кинетики экстрагирования сырья под воздействием импульсного поля высокой напряженности/СП. Рудобашта, В.Т. Казуб, А.Г. Кошкарова// Вестник ФГОУВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина». -2016. № 4 (74). - С. 16-21.

108. Казуб, В.Т. Кинетика и основы аппаратурного оформления процессов экстрагирования биологически активных соединений с применением электрических разрядов. /В.Т. Казуб. - Пятигорск. Изд. Печатный салон «Граффити».- 2009. - 320 с.

109. Шишацкий, Ю.И. Определение коэффициентов диффузии экстрактивных веществ в люпине/ Ю.И. Шишацкий, С.Ю. Плюха, С.С. Иванов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2014. -№ 2 (60). - С. 28-32.

110. Рудобашта, С.П. Расчет кинетики процессов экстрагирования из однородно-пористых материалов/ С.П. Рудобашта, А.М. Климов, Ю.А. Тепляков, В.М. Нечаев// Вестник ТГУ. - Т.15. - вып. 2. - 2010.- С. 594-598.

111. Островский, Г.М. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. Ч. 2./ Г.М. Островский. - СПб.: НПО «Профессионал». -2006. -916 с.

112. Rosen, J.B. General numerical solution for solid diffusion in fixed beds/ J.B. Rosen // Ind. Eng. Chem. -1954. - Vol. 46. - № 8. -P. 1590-1594.

113. Веригин, Н.Н. Растворение и выщелачивание горных пород/ Н.Н. Веригин. - М.: Госстройиздат. - 1957. - 271 с.

114. Товбин, М.В. Динамика диффузионного извлечения веществ из алюмогеля/ М.В. Товбин [и др] // Коллоидн. журн. - 1963. - Т. 25. - №4. -С. 472477.

115. Товбин, М.В. О динамике извлечения вещества из пористых материалов/ М.В. Товбин [и др] // Укр. хим. журн. - 1963. - Т. 29. - № 11. - С. 1135-1142.

116. Веригин, Н.Н. К расчету промывания засоленных почв / Н.Н. Веригин и др] // Тр. координационного совещания по гидротехнике. - 1967. - №35. - С. 27-36.

117. Лысянский, В.М. Процесс экстракции сахара из свеклы. Теория и расчет/ В.М. Лысянский. -М.: Пищевая пром-сть, 1973. -224 с.

118. Лысянский, В.М. Экстрагирование в пищевой промышленности / В.М. Лысянский, С.М. Гребенюк. - М.: Агропромиздат, 1987. - 188 с.

119. Малышев, P.M. Влияние наложения ноля низкочастотных колебаний на эффективность экстрагирования и математическая модель процесса/ P.M. Малышев [и др.] // Докл. АН СССР. - 2001. - Т. 381. - №6. - С. 800.

120. Абиев, Р. Ш. Исследование процесса экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой / Р. Ш. Абиев // Журн. прикл. химии. - 2000. - Т. 74. - № 5. - С. 754-761.

121. Абиев, Р. Ш. Моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой/ Р. Ш. Абиев, Г.М. Островский // Теор. основы хим. технологии. - 2001. - Т. 35. - № 3. - С. 270-275.

122. Иванов, Е.В. Элементарные модели экстрагирования из пористых частиц под действием импульсов давления/Е.В.Иванов, Ю.И.Бабенко// Журнал прикладной химии. - 2005. - Т.78. - №9. - С.1487-1492.

123. Аксельруд, Г.А. Растворение твердых веществ/ Г.А. Аксельруд, А.Д. Молчанов. М.: «Химия». - 1977. - 272 с.

124. Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: Теория и практика/М.А. Промтов. - М.: Машиностроение, 2001. - 260с.

125. Балабышко, A.M. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности. A.M. Балабышко, В.Ф. Юдаев. - М.: Недра. -1992. - 176 с.

126. Балабудкин, М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности/ М.А. Балабудкин. - М.: Медицина, 1983. -160 с.

127. Звездин, А.К. Использование аппаратов типа РАМП для получения высокодисперсных эмульсий в режиме акустической кавитации/А.К. Звездин// Автореф. дис. канд. техн. наук. М. - 1983. - 16 с.

128. Ермилов, П. И. Диспергирование пигментов / П. И. Ермилов. М.: Химия. - 1971. - 300 с.

129. Зайцев, А. М. Теория и практика переработки сыпучих материалов / А. М. Зайцев, Д. О. Бытев, В. Н. Сидоров // Журнал Всесоюз. хим. общ-ва им. Д. И. Менделеева. - 1988, т. 33, № 4. - С. 390.

130. Юдаев, В.Ф. Гидромеханические процессы в роторных аппаратах с модуляцией проходного сечения потока обрабатываемой среды /В.Ф.Юдаев//Теорет. основы хим. технол. - 1994. - Т.28, №6. - С. 581. - 590.

131. Юдаев, В.Ф. Методы расчета роторных аппаратов с модуляцией потока. /В.Ф.Юдаев// Разработка, исследование и расчет машин и аппаратов химических производств: Межвуз. сб.науч. тр. М.: МИХМ, 1984. С. 139 - 143.

132. Юдаев В.Ф. Гидромеханический анализ структуры нестационарных переходных процессов течения обрабатываемой среды в аппаратах химической технологии // Нестационарная гидромеханика: теория, эксперимент, практические приложения: Сб. науч. тр. - М.: СВС-Технология, 1997, - С. 50 - 54.

133. Зимин, А.И. Нестационарные гидромеханические процессы в роторном аппарате с модуляцией потока рабочей среды - основные свойства, технологическое использование/А.И. Зимин//М., 1995. - 34 с.

134. Зимин, А.И. Прикладная механика прерывистых течений/А.И. Зимин//М.: Фолиант, 1997. 308 с.

135. Червяков, В.М. Использование гидродинамических и кавитационных явлений в роторных аппаратах: монография / В.М. Червяков, В.Г. Однолько. М.: Машиностроение, 2008. 116 с.

136. Зимин А.И. Линейный анализ пульсирующего течения через канал с колеблющейся задвижкой. - М., 1995. - 18 с. (Препр./МВОКУ; 5-95).

137. Карепанов С.К., Юдаев В.Ф., Зимин А.И. Гидродинамический анализ структуры течения в аппаратах с прерыванием //Создание и внедрение

современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон: Тез. докл. 2 Всесоюзн. научно-техн. совещ. - М., 1981. - С. 18.

138. Пат. 2225250 RU В0№ 7/28, 7/00, 3/08. Роторный аппарат / В.М. Червяков, Ю.В. Воробьев, В.Ф. Юдаев, Е.С. Шитиков ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2002107488/15 ; заявл. 25.03.2002 ; опубл. 10.03.2004, Бюл. № 7.

139. Пат. 2230616 RU В06В 1/20. Роторный аппарат / В.М. Червяков, Е.С. Шитиков, А.А. Коптев, В.И. Галаев ; Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2002107487/28 ; заявл. 25.03.2002 ; опубл. 20.06.2004, Бюл. № 17.

140. Пат. 2397793 Российская Федерация, МПК В0Ш 11/02 В0№ 7/00 Роторно-пульсационный экстрактор с направляющими лопастями / А. Н. Потапов; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - № 2009126346/15;заявл. 08.07.09;опубл. 27.08.10, Бюл. № 24 (II ч.). - 5 с.

141. Пат. 2445143 Российская Федерация, МПК В0Ш 11/02 В0№ 7/00 Роторно-пульсационный экстрактор с промежуточной обработкой продукта / А. Н. Потапов; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности - № 2010132595;заявл. 03.08.10;опубл. 20.03.12, Бюл. № 8 (II ч.). - 5 с.

142. Пат. 2354461 Российская Федерация, МПК В06В 1/20 Генератор кавитационных процессов / С. П. Лесков; заявитель и патентообладатель С.П. Лесков- № 2007126127/28; заявл. 09.07.07; опубл. 10.05.09, Бюл. № 13 (II ч.). - 6 с.

143. Пат. на пол. мод. 70154 Российская Федерация, МПК В0№ 7/00 Роторно-пульсационный аппарат / Н. П. Мидуков; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров- № 2007127205/22;заявл. 16.07.07;опубл. 20.01.08, Бюл. № 2 (II ч.). - 1 с.

144. Пат. на пол. мод. 113173 Российская Федерация, МПК В0№ 7/28 Роторный аппарат / Н. В. Мотин; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт

природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ»- № 2011125510/05;заявл. 27.07.11;опубл. 10.02.12, Бюл. № 4 (II ч.). - 2 с.

145. Пат. на пол. мод. 129 840 Российская Федерация, МПК B01F 7/28 Роторно-диспергирующий аппарат / Д. Я. Носырев; заявитель и патентообладатель Самарский государственный университет путей сообщения-№ 2013100928/05; заявл. 09.01.13;опубл. 10.07.13, Бюл. № 19 (II ч.). - 2 с.

146. Пат. на пол. мод. 92361 Российская Федерация, МПК B01F 7/00 B01F 5/06 Регулируемый роторно-пульсационный аппарат / Л. А. Климов; заявитель и патентообладатель Е.В. Игнатьев- № 2008121845/22;заявл. 02.06.08;опубл.

20.03.10, Бюл. № 8 (II ч.). - 2 с.

147. Пат. на пол. мод. 106849 Российская Федерация, МПК B01F 7/26 Устройство роторно-пульсационного аппарата / С. Г. Карташов; заявитель и патентообладатель Российская акад. сельскохоз. наук Госуд. научное учрежд. Всероссийский науч.-исслед. институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохоз. наук- № 2011112963/05;заявл. 05.04.11;опубл.

27.07.11, Бюл. № 21 (II ч.). - 3 с.

148. Pat. US 7066106 United States, int. CL. G10K 7/00 Reverberating mechanical siren/ James Frederick Giebeler; inventor and assignee / James Frederick Giebeler- № 10/409002 filed. Apr. 8, 2003; dateofpatentJun. 27, 2006. - 8 pages.

149. Пат. 2448438 Российская Федерация, МПК B01J 19/00 В06В 1/18 B01F 7/00 Устройство для физико-химической обработки жидкой среды / С. В. Мищенко; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет- № 2011128251/05;заявл. 07.07.11;опубл. 27.07.13, Бюл. № 21 (II ч.). - 7 с.