Какие задачи решает инженерия частиц азотных удобрений
В 2024 году в Индии планируется запуск нового крупномасштабного завода по производству гранулированного карбамида, при выборе поставщика оборудования термин «инженерия частиц азотных удобрений» сыграл решающее значение. О чем идет речь?
Заказ на поставку гранулирующей машины с номинальной производительностью 3850 тонн гранулированного карбамида в сутки для нового индийского завода получила компания из Нидерландов Kreber, которая разработала установку совместно с фирмой Stamicarbon.
Компания пояснила, что спроектированная машина нового поколения будет производить гранулы карбамида большого диаметра с однородным гранулометрическим составом, и подробно рассказала на своем информационном ресурсе об инженерии частиц в производстве удобрений: «…Предприятие активно занимается инженерией частиц, наукой, которая решает задачи по снижению загрязнения азотом от удобрений, в том числе, в рамках распространенной концепции в современном АПК «правило четырех»: вносить правильный источник, в правильной норме, в правильное время и в правильном месте.
«Правильный источник» означает, что тип удобрения или содержание питательных веществ соответствует конкретным потребностям культуры; «правильная норма» фокусируется на оптимальном количестве питательных веществ для данной культуры; «правильное время» гарантирует, что соответствующие питательные вещества будут доступны в нужное для культуры время; «правильное место» означает, что питательное вещество находится там, где культура может легко его потреблять.
Для снижения нежелательных последствий азотного загрязнения для окружающей среды утечку азота контролируют либо агроэкологическими (правило четырех), либо технологическими методами, включая инженерию частиц.
Инженерия частиц — это наука об изменении или придании твердым телам желаемой формы, распределения по размерам или состава, а также связана с другими аспектами морфологии частиц и характеристик поверхности. Этот тип технологии в основном применяется в области фармацевтики, продуктов питания, косметики и красок, где морфология частиц обрабатывается с особой тщательностью.
Углубленная инженерия частиц влияет на несколько физических аспектов сферических твердых тел:
- Растворимость и/или поведение при растворении
- Текучесть (сыпучесть)
- Однородность и устойчивость к сегрегации
- Равномерность дозы
- Объемная плотность
- Стабилизация смесей
- Гигроскопичность
Для лучшего понимания вот пример из пищевой промышленности. При производстве сухого молока, которое достигается распылительной сушкой, широко используется инженерия частиц в отношении поведения при растворении. Для потребителей растворение пищевого порошка оказывает непосредственное влияние на их восприятие общего качества продукта. Путем изменения размера, формы и пористости при сохранении важных вкусовых характеристик значительно повышается растворимость. До того, как технология частиц была применена в производстве сухого молока, добавление готового продукта в воду приводило к тому, что порошок плавал поверх жидкости. Сухое молоко сегодня легко опускается вниз, в результате чего получается быстро растворяющийся порошок.
Возвращаясь к азотным удобрениям и правилу четырех, инженерия частиц имеет место быть в следующих аспектах.
Для первого условия (правильное время) время последовательного выделения азота может быть связано, среди прочих переменных, со скоростью растворения источника азота. Высвобождение азота достигается либо за счет растворения азота в воде, либо за счет бактериальной жизни, превращающей азот удобрений в нитриты, необходимые для урожая. Доступная площадь поверхности может быть отрегулирована с помощью инженерии частиц, обеспечивая определенный размер частиц или пористость, или путем нанесения покрытия или инкапсуляции источника азота.
В настоящее время уже изучаются инженерные решения для достижения контролируемой скорости высвобождения. Например, нитрат аммония в его более пористой форме с низкой плотностью имеет доступную площадь поверхности примерно в пять раз больше, чем нитрат аммония в его форме с высокой плотностью. То есть, поскольку площадь поверхности связана со скоростью растворения, можно добиться снижения скорости растворения до пяти раз при минимизации пористости. Впоследствии, когда форма нитрата аммония с высокой плотностью инкапсулирована, скорость выделения азота изменится еще больше. Так, в мочевинных удобрениях нанесение покрытия на гранулы мочевины с медленно растворимой серой или полимером привело к явно более медленному высвобождению с дополнительным преимуществом серы в качестве дополнительного питательного вещества для сельскохозяйственных культур.
В фармацевтических применениях, когда скорость контроля высвобождения имеет первостепенное значение, инкапсулирование является наиболее распространенным подходом. Там используется расплав-носитель, в котором суспендировано активное соединение. Затем расплав охлаждают распылением или гранулируют, чтобы получить твердый материал с инкапсулированным активным соединением. Характеристики растворения носителя в расплаве в сочетании с концентрацией активного соединения и размером соединения по отношению к конечному продукту могут быть соответственно изменены для точного получения желаемой скорости высвобождения активного соединения. Аналогичный тип процесса подходит и для азотных удобрений, где порошок мочевины или аммиачной селитры можно суспендировать в воске или другом медленно растворяющемся, биобезопасном соединении, чтобы получить контроль над характеристиками выпуска.
Что касается второго решения (правильное место), чтобы питательные вещества были доставлены в то место, где они нужны культурам, в настоящее время постоянный размер частиц важен для традиционного механического метода распределения удобрений по сельскохозяйственным угодьям».
