Введение
В 2017 году население Земли оценивалось в 7,5 миллиарда человек. Ожидается, что к 2030 году оно составит от 8,5 до 8,9 миллиарда человек (Источник: База демографических данных ООН). Мы стоим перед лицом огромных перемен. Вероятно, самой большой проблемой для ученых и фермеров в будущем станет поиск способов прокормить такое количество людей. Существует несколько способов увеличения мирового сельскохозяйственного производства. Одним из них является увеличение количества пахотных земель, и это уже стало одной из главных тем общественных дискуссий. Другим не менее важным способом является повышение продуктивности сельского хозяйства за счет использования удобрений или защиты культур.
В этой статье мы сосредоточимся на последнем пункте: производстве средств защиты растений и, в частности, на таком важном этапе процесса их производства, как измельчение.
Состояние дел
Процесс производства
Производители пестицидов разрабатывают специальные составы или формулы таким образом, чтобы активные молекулы воздействовали на нужную цель (насекомое, сорняк или грибок...) с нужной интенсивностью, в нужный момент, когда культура нуждается в защите. Таким образом, средства защиты растений представляют собой смесь различных компонентов. В основном их можно разделить на 3 категории:
- Активные ингредиенты, которых может быть один или несколько в одной формуле.
- Сухие наполнители, такие как глина, тальк, каолин или кремнезем для разбавления активного вещества.
- Адъюванты и добавки, придающие определенные качества (стабилизирующий агент, смачивающий агент, репеллент, антипенообразователь...)
Таким образом, процесс производства пестицидов начинается с дозирования ингредиентов и интенсивного перемешивания. На следующем этапе требуются различные мельницы, которые представлены ниже. Цель состоит в том, чтобы добиться однородного размера всех различных частиц, полученных из различных ингредиентов, и получить конечную тонкость, совместимую с конечным применением. После измельчения, когда безопасное просеивание устраняет возможные чрезмерно крупные частицы, на втором этапе смешивания происходит повторная гомогенизация продукта и смешивание добавленных ингредиентов, которые не нужно измельчать.
В конце производственной линии мы получаем конечные продукты: Смачиваемые порошки (WP), готовые к упаковке. Если добавляется дополнительная стадия гранулирования или грануляции, то полученный конечный продукт называется водно-диспергируемыми гранулами (WG).
Причины тонкого измельчения пестицидов с острым верхним срезом распределения частиц по размерам
Более мелкий порошок способствует более эффективному воздействию пестицидов на объекты. Поэтому для получения одинакового результата после обработки можно использовать меньшее количество действующих веществ в препарате.
Это выгодно с точки зрения безопасности, экологии и экономики.
- Менее токсичный продукт для фермера и соседей в зоне распространения.
- Меньшее количество загрязнений в окружающей среде после обработки.
- Поскольку активные молекулы являются самым дорогим компонентом, увеличивается прибыль производителя пестицидов.
Пестицидные порошки без крупных частиц упрощают конечное применение фермером на посевах:
- Перед внесением на культуру порошок диспергируется в воде. Если частицы мельче, суспензия более стабильна, и в процессе работы не происходит осаждения.
- Распыление на посевах осуществляется с помощью распылительной системы с рядом форсунок. Засорение форсунок крупными частицами не позволяет проводить регулярное опрыскивание и даже может сделать его невозможным.
Решение от NETZSCH
В зависимости от тонкости и спецификации, требуемой производителями средств защиты растений, компания NETZSCH разработала и предлагает различные технологии сухого помола. Выбор подходящей мельницы должен быть тщательным.
Condux® механические ударные мельницы
Эти роторные ударные мельницы используются для тонкого измельчения мягких и среднетвердых материалов. Типичный диапазон тонкости для среднего размера частиц составляет от 20 до 500 мкм. Окружная скорость составляет от 25 до 150 м/с. Предлагается также версия со встречным вращением до 250 м/с. Поток воздуха, зависящий от типа ротора, обеспечивает температурную стабильность измельчения. Ротор установлен на горизонтальном летучем валу. Уплотнение вала основано на высоких окружных скоростях на валу с бесконтактными лабиринтами.
Механические ударные мельницы могут быть оснащены различными шлифовальными инструментами. Это позволяет им выполнять 2 различные задачи по защите растений:
Мельница Condux® с абразивным ротором в сочетании со статором (ситом или размольной дорожкой) производит предварительное измельчение. Эти измельчающие инструменты создают эффект обдува с большим потоком воздуха и минимально возможным повышением температуры. Таким образом, сохраняется эффективность термочувствительного активного ингредиента. Наименьшая тонкость, которую можно достичь с помощью этой комбинации, составляет до < 100 мкм.
Мельницы Condux® с размольным диском и встроенным динамическим воздушным классификатором производят стандартную тонкость, требуемую для пестицидов, которая составляет около < 30 мкм. При этом конструкция машины остается простой, с одним приводом для размольного диска и классификатора. Верхний срез определяется путем регулировки высоты классификационного диска, а доступ к размольной камере очень прост для быстрой очистки между двумя различными продуктами.
Механический ударный классификатор типа CSM
Эта так называемая мельница-классификатор предлагает возможность измельчения и классификации в одной системе. Мельница-классификатор CSM представляет собой комбинацию мельницы тонкого измельчения и классификатора с отклоняющим колесом. Благодаря двум независимым приводам, одному для размольного диска и другому для классифицирующего колеса, CSM может быть отрегулирована с высокой точностью и обеспечивает большой диапазон тонкости конечного продукта, от d97 = 9 мкм до 200 мкм (см. табл. 1). Геометрия классифицирующего круга, а также зазор для продувки воздухом между вращающимся классифицирующим кругом и крышкой стационарной мельницы обеспечивают высокую точность верхнего среза и получение измельченного продукта, не содержащего негабаритных частиц.
Таблица 1: Справочные данные для мельницы-классификатора
| Продукт | Машина | Тонкость [мкм] | Производительность [кг/ч] |
| Фунгициды и пестициды | CSM 360 | d99 = 45 | около 400 |
| Сера | CSM 165 | d99.9 = 63 | около 200 |
Струйные мельницы с псевдоожиженным слоем типа CGS
Эта воздушно-струйная мельница используется для сверхтонкого измельчения мягких и очень твердых материалов в псевдоожиженном слое. Измельчение происходит в воздушной струе без инструментов, динамический классификатор ограничивает максимальный размер частиц. Тонкий помол частиц достигается благодаря высокой скорости воздушных струй на выходе из сопел внутри помольной камеры: от 500 до 600 м/с. Высокий уровень доступной энергии и скорость соударения частиц в псевдоожиженном слое позволяют достичь тонкости d50 от 1 до 5 мкм (см. табл. 2).
Таблица 2: Справочные данные для струйной мельницы с псевдоожиженным слоем CGS:
| Продукт | Машина | Тонкость d50 [мкм] | Тонкость d99 [мкм] | Производительность [кг/ч] |
| Пестициды | ПГС 71 | 5.5 | 23 | около 620 |
| Гербициды | ПГС 50 | 2.7 | 18 | около 248 |
| Фунгициды | ПГС 16 | 2.2 | 18 | около 6,5 |
Очень интересным моментом для применения в защите растений является то, что энергия, получаемая продуктом при разрушении частиц, не выделяет тепла. Расширение воздуха физически вызывает снижение его температуры. Поэтому, несмотря на выделение тепла при ударе частиц друг о друга и их разрушении, эти два явления уравновешиваются, и температура остается постоянной. Таким образом, активные молекулы не повреждаются.
Классификация происходит в верхней части мельницы CGS, в тихой зоне, хорошо отделенной от зоны размола. Особая конструкция круга Convor позволяет добиться острого верхнего среза даже на уровне нескольких микрон. Легкое управление скоростью вращения с помощью частотного преобразователя обеспечивает мельнице типа CGS широкий диапазон возможной тонкости помола (см. рис. 5).
Независимо от выбранной технологии измельчения, необходимо также уделить внимание проектированию всей помольной установки. Ниже мы расскажем о двух важных аспектах, которые необходимо учитывать: Безопасность в связи с риском взрыва пыли и очистка для ограничения загрязнения.
Пылевзрывозащита мукомольной установки
В большинстве случаев пестициды включают органические компоненты, представляющие опасность взрыва пыли. Характеристика полной формулы, проведенная сертифицированной лабораторией, определяет применимые значения для взрыва пыли. В основном это касается минимальной энергии воспламенения, температуры воспламенения и значения KSt. В зависимости от этих данных и при превышении предельных значений фрезерная установка должна быть оснащена соответствующей защитой. Решение с использованием ударной нагрузки, включающее специальные элементы, такие как взрывные клапаны и разрывные мембраны, имеет то преимущество, что оно ограничивает производственные затраты и упрощает эксплуатацию. Второе решение - измельчение в инертном газе с контролем содержания кислорода в установке. Третьим решением является система подавления взрыва с использованием огнетушащего порошка, распыляемого в установке.
Легко очищаемая конструкция машин и всей установки
Очень часто один и тот же завод используется для производства нескольких продуктов с совершенно разными формулами и, возможно, антагонистическими действующими веществами. В таких случаях производители пестицидов должны уделять особое внимание очистке своих размольных установок между двумя кампаниями.
Как производитель оборудования, компания NETZSCH интенсивно работала над конструкцией своих размольных установок. Удобный доступ к внутренним частям достигается благодаря крышке, которая открывается полностью, включая колесо сепаратора, поворотному корпусу мельницы и удачно расположенным дверям. Благодаря конструкции из нержавеющей стали, тонкой полировке и нижнему разгрузочному клапану на мельнице, мытье водой становится возможным и легким.
Резюме
В настоящее время производство средств защиты растений приобретает все большее стратегическое значение. Необходимо пересмотреть его, уделив больше внимания экологическим ограничениям как в химическом производстве, так и в сельском хозяйстве при внесении на посевы. Однако проблема обеспечения населения планеты продовольствием по-прежнему актуальна. Роль химической промышленности заключается в производстве средств защиты растений наилучшим образом. Выбор наиболее подходящей технологии измельчения способствует этому.
Condux® механические ударные мельницы хорошо подходят для относительно грубого помола и для предварительного измельчения. Оснащенная классификатором, эта машина имеет простую конструкцию и отвечает стандартным требованиям к конечному продукту. Для оптимального верхнего измельчения без крупных частиц рекомендуется использовать мельницу с классификатором типа CSM. Для производства высококачественных пестицидов струйная мельница с псевдоожиженным слоем типа CGS дает ключевые преимущества, а именно: более высокую степень измельчения, конечный продукт без крупных частиц и наилучшую сохранность активных ингредиентов. Независимо от выбранной технологии, конструкция установки должна отвечать специфическим ограничениям, связанным с применением, которые в основном включают риск взрыва пыли и загрязнения.