авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПТИЦЕВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОГАЗОВЫХ

-- [ Страница 2 ] --

Выполнены теоретические исследования процесса сбраживания отходов птицеводства с целью энергосбережения. В качестве базовой методики использована универсальная диаграмма д.т.н Карпова В.Н., подтверждающая целесообразность применения нового организационного механизма энергосбе­режения, в основу которого может быть положена фиксация доли в доходах расчётных затрат на энергию на начало энер­госбережения.

В современных рыночных условиях производства на входе и выходе предприятия вводится параметр, называемый энергетическим индексом К, который равен доле затрат на энергию в доходах, получаемых от реализации

(7)

где Q и П - объёмы потребления энергии и производства про­дукции соответственно;

- цена продукции;

- цена на энергию (тариф).

Непременным условием является также условие постоянства на период реализации мер по энергосбережению начального значения доли энергии в доходах КН. В универсальную диаграмму В.Н. Карпова внесены некоторые дополнения, вызванные производственными условиями (рисунок 4)

Рисунок 4 Универсальная диаграмма

Отсутствие технологии утилизации отходов птицеводства приводит к тому, что предприятия несут огромные убытки, связанные с хранением, транспортировкой, вывозами помета на поля и ближайшие территории, штрафами Роспотребнадзора, санитарно-эпидемиологических служб. В четвертом квадранте диаграммы (рисунок 4) мы отразили убытки, которые терпят птицеводческие предприятия при отсутствии технологии утилизации отходов для этого в четвертом квадранте использована двойная ось координат. На горизонтальной оси координат указаны расходы, связанные с хранением, транспортировкой и штрафами.

В третьем квадранте так же использована двойная горизонтальная ось координат. Она используется для расчета дохода, получаемого от продажи газа населению, если такая потребность возникнет. В этом же квадранте другая горизонтальная ось использована для расчета чистой прибыли, получаемой в случае продажи уже готового высококачественного органического удобрения населению.

Убытки при ликвидации, связаны с демонтажем и монтажом оборудования, отсутствием прибыли.

При продаже высококачественного многокомпонентного готового удобрения предприятиям и населению получается чистая прибыль, зависящая от цены продажи удобрения.

Достоверность основных выводов может быть подтверждена с помощью универсальной диаграммы в пространственной системе координат ( рисунок 5).

 ниверсальная диаграмма в-31

Рисунок 5 Универсальная диаграмма в пространственной системе координат

Рассмотрим верхнее полупространство. В первом октанте отражена энергетическая мощность предприятия. Во втором октанте показана зависимость получения удобрения от энергии, что характеризует энергоемкость продукции. В третьем октанте отражена зависимость выработанного биогаза от объема полученного удобрения. Энергосбережение обеспечивается за счет того, что биогаз, выработанный в результате анаэробного сбраживания биомассы, используется как источник энергии в производстве. Доход, полученный в результате энергосбережения, определяется величиной . Прибыль, полученная от продажи биогаза (если в этом возникнет необходимость), показана в том же октанте и зависит от , определяемого стоимостью биогаза. В основе модели лежит универсальная диаграмма профессора В.Н.Карпова. В ней сохранены основные принципы разделения схемы на доходную и расходную части. Вводится дополнительная ось, отражающая выработку биогаза в пространственной системе координат. Данная модель позволяет учесть синергетический эффект при утилизации отходов продуктов птицеводства.



В четвертой главе «Экспериментальные исследования технологии получения биогаза» представлены результаты экспериментальных исследований в естественных и изотермических условиях.

Достоверность научной предпосылки возможности объединения мезафильного и промежуточного этапов анаэробного сбраживания проверена экспериментально. На первом этапе в естественных условиях на лабораторной установке получены экспериментальные зависимости выработки биогаза и температуры в реакторе от продолжительности процесса и температуры окружающей среды (рисунок 6).

 ависимость изменения-34

Рисунок 6 Зависимость изменения температуры в реакторе и выработки биогаза от продолжительности процесса

Температура в реакторе непрерывно, но незначительно повышается в течение цикла. Повышение температуры происходит даже при понижении температуры окружающей среды. Кроме того, реактор не имел теплоизоляции, поэтому происходили потери тепла в окружающую среду. Непрерывное увеличение температуры процесса объясняется тем, что при сбраживании биомассы освобождается энергия за счет физиологической деятельности мезафильных бактерий.

Обобщенные данные исследований в естественных условиях представлены на рисунке 7.

 зменение выработки биогаза по-35

Рисунок 7 Изменение выработки биогаза по дням исследований в естественных условиях

Второй и третий этапы включают исследования в изотермических условиях. Изменение выработки биогаза по дням в изотермических условиях на втором этапе исследований представлены на рисунке 8.

 зменение выработки биогаза по-36

Рисунок 8 Изменение выработки биогаза по дням исследований в изотермических условиях

Как следует из анализа экспериментальных зависимостей первого и второго этапов исследования, выработка биогаза на втором этапе значительно превышает выработку первого этапа экспериментов. Более интенсивная выработка биогаза на второй стадии цикла свидетельствует о высокой активности бактерий этого периода. Следовательно, возможно объединение мезафильной и промежуточной стадий процесса анаэробного сбраживания птичьего помета в единый цикл.

В соответствии с методикой экспериментальных исследований, рассмотренной в главе 3, на третьем этапе исследования проводились в изотермических условиях. Исследовано влияние параметров процесса утилизации птичьего помета на выработку биогаза. Реализован полный факторный эксперимент типа 24 по плану Draper-lin small composite design и получена математическая модель процесса выработки биогаза. Расчет коэффициентов регрессии модели осуществлён с использованием программы Statgraphics Plus, в результате расчета коэффициентов математическая модель процесса выработки биогаза имеет следующий вид:

Y=0,106698+0,0145X1+0,007X2+0,004X3+0,019X4-0,00675X12+0,00825X1X2-0,0015X1X3+0,00475X1X4-0,007264X22-0,00375X2X3-0,00025X2X4-0,001264155X32-0,003X3X4-0,00626X42

(8)

С помощью программы Statgraphics Plus получены графические изображения поверхностей откликов, изображающие зависимость между критерием оптимизации и двумя независимыми переменными: , , , .

Анализ поверхностей откликов (рисунок 9) удобно проводить с помощью линий равного выхода (изолиний), которые представлены на рисунке 10. Рассмотрение всех возможных изолиний дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании уровней каждой пары факторов. Анализируя рисунок 10, видим, что на зафиксированном нулевом уровне параметра Х1 (температура) область оптимума находится в пределах K = 0,16…0,18%. По результатам экспериментов выработка биогаза составила составила 111 г.

Рисунок 9 Графические изображения поверхностей откликов

Рисунок 10 Комплекс линий равного выхода (изолиний)

После раскодирования факторов модель объекта в физических величинах принимает вид:

Y = -0,69375+0,0035T+0,06525-0,01365+9,31875K+0,00118T-0,8437 K-0,24375K (9)

где T - температура – 54,6°С;

- продолжительность изотермического цикла-128 часов;

– частота перемешивания, 8 раз в день;

K – концентрация, 0,18 %.

По результатам проведённых экспериментов эффективность выработки биогаза с одного килограмма биомассы составила 101…111г, при оптимальных значениях температуры, продолжительности процесса, частоты перемешивания, концентрации активатора процесса.

Научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий анаэробного сбраживания положена нами в основу идеи трехсекционного реактора непрерывного действия (рисунок 12). Запуск установки производится следующим образом. Птичий помет насосом 11 подается из хранилища 12 в наружную секцию 1 через загрузочный люк 10. Биомасса заражается болотной жидкостью через люк подачи активатора процесса 4. Сбраживание биомассы происходит в трёх последовательно расположенных секциях реактора непрерывного действия, в соответствии с тремя этапами анаэробного сбраживания, причём высокотемпературная термофильная секция расположена в центре трёх концентрично расположенных цилиндров; перемещение субстрата по секциям происходит за счёт действия эффекта «труба в трубе», возникающего при сбраживании биомассы, активатором которого является болотная жидкость. Включается обогрев секций реактора. Передача тепла происходит конвективно от теплообменника 16, выполненного в виде труб, омываемых изнутри горячей водой. Теплообменник устанавливается в центральной секции. В результате анаэробного сбраживания в биомассе происходит ряд последовательных превращений, сопровождающихся выделением энергии и биогаза. За счет выделения энергии и возникающего давления образующихся газов создается эффект, называемый «труба в трубе». Под действием выделения энергии и давления газа, а также гидростатического подпора, биомасса из наружной секции реактора перемещается вниз и перетекает в среднюю секцию – в зону низкого давления. Брожение продолжается в средней секции 2 при более высокой температуре 35…45С. Выделение высокотемпературной термофильной стадии сбраживания в центральную секцию 3 повышает эффективность установки за счет снижения потерь тепла через наружную теплоизоляционную стенку 13 реактора. Выгрузка выработанного удобрения производится через выгрузной люк 15, в случае необходимости может быть использован аварийный люк выгрузки 14. При повышении давления в средней секции сбраживаемая масса перемещается в центральную секцию, в которой температура 45…55С. Процессу сбраживания способствуют бактерии болотной жидкости, которыми заражена биомасса. В наружной секции устанавливается перемешивающее устройство 17. Частота вращения крыльчатки определяет интенсивность массообмена в сбраживаемой массе. При превышении установленного давления в секциях, в заданной последовательности срабатывают перепускные клапаны 5, 6, 7 и биогаз перепускается в газосборник 8, откуда через выпускной кран 9 поступает в газгольдер.

1 – наружная секция; 2 – средняя секция; 3 – центральная секция; 4– люк подачи активатора процесса; 5,6,7 – перепускные клапаны; 8 – газосборник; 9 – выпускной кран; 10 – загрузочный люк; 11 – насосная станция; 12 – хранилище; 13 - теплоизоляция; 14 –аварийный выгрузной люк; 15 –выгрузной люк; 16 –теплообменник; 17 –перемешивающее устройство.





Рисунок 11 Конструктивно-технологическая схема установки анаэробного сбраживания отходов птицеводства

В пятой главе «Экономическая и энергетическая эффективность использования энергосберегающей технологии утилизации птичьего помета» дана оценка эффективности результатов при применении утилизации отходов птицеводства на птицефабрике ОАО «Глазовская» ООО «Удмуртского птицеводческого холдинга». Предлагаемый технологический процесс утилизации птичьего помета обеспечит самоокупаемость по энергосбережению в соответствии с методикой д.т.н. Карпова В.Н. Мощность Глазовской птицефабрики 630,9 тысяч кур. При внедрении опытной установки на птицефабрике ОАО «Глазовская» ООО «Удмуртский птицеводческий холдинг» годовая экономия при использовании предлагаемой энергосберегающей технологии составит 348450 руб, годовой экономический эффект 640000 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании исследования микробиологических закономерностей анаэробного сбраживания отходов птицеводства, предложена научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех этапов сбраживания птичьего помета. Научная предпосылка подтверждена результатами экспериментальных исследований. На основе биохимической природы анаэробного распада отходов птицеводства установлена возможность аккумуляции и использования энергии, освобождающийся в процессе утилизации, и энергии, выделяемой биогазом при сгорании.

2. На основе анализа существующих конструкций и поисковых экспериментов, выполнена структурная оптимизация процесса с использованием графа сети Петри. В качестве активатора процесса нами предложена болотная жидкость. Исследована и обоснована энергосберегающая технология выработки биогаза в естественных и изотермических условиях, представляющая интерес птицеводческих хозяйств.

3.Разработана математическая модель процесса выработки биогаза с использованием методики планирования четырехфакторного эксперимента, оптимизированы параметры, отвечающие условиям энергосбережения:

-температура-54,6°С;

-продолжительность процесса-128 часов;

-частота перемешивания-8 раз за восьми часовой рабочий день;

-концентрация активатора-0,18 %.

4. В 2007г. на птицефабрике ОАО « Глазовская » ООО «Удмуртский птицеводческий холдинг» проведены производственные испытания экспериментального реактора, с целью апробации режимов технологического процесса утилизации отходов птицеводства. Материалы теоретических и экспериментальных исследований технологического процесса утилизации использованы при разработке технологии промышленной переработки помета в удобрение по Государственному контракту №1664/13 от 11.11.2008г с Министерством сельского хозяйства Российской Федерации.

5.Расчет энергосбережения по разработанной нами технологии утилизации помета выполнен по методике д.т.н. Карпова В.Н. Внедрение опытной установки в линию утилизации птичьего помета на птицефабрике ОАО «Глазовская» ООО «Удмуртский птицеводческий холдинг» обеспечит годовую экономию за счет мер по энергосбережению в размере 348450 руб, годовой экономический эффект в размере 640000 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Свалова М.В. Использование диаграммной техники в анализе интенсивного энергосбережения./ М.В. Свалова, О.Л. Иванов, С.А. Баранов, //Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы. Материалы всероссийской научн.-практ конф./ 6-9 февраля 2007 года/ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.III.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2007. – c. 14-17.

2. Свалова М.В. Расчет энергоемкости в производственных процессах. / М.В. Свалова, Н.Ю. Литвинюк, В.В. Касаткин, В.И. Широбоков //Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы. Материалы всероссийской научн.-практ конф./ 6-9 февраля 2007 года/ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.III.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2007. – c.70-76.

3. Свалова М.В. Исследования получения биогаза из отходов продукции птицеводства./ М.В. Свалова, В.В. Касаткин, Ф.М. Бурлакова, С.П. Игнатьев // Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.IV.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – c. 26-30.

4. Свалова М.В. Результаты исследования процесса получения топлива из биомассы. / М.В. Свалова // Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.IV.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – 200 c.

5. Свалова М.В. Математическая модель процесса получения биогаза из отходов продукции птицеводства. / М.В. Свалова // Журнал «Вестник ИжГТУ» №3. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2008г.-с.145-146.

6. Свалова М.В. К методике исследования получения топлива из биомассы. / М.В.Свалова // Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.IV.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – c.94-98.

7. Свалова М.В. Энергосбережение на предприятиях АПК/ М.В. Свалова, Н.Ю. Литвинюк, В.В. Касаткин, Ф.М. Бурлакова // Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы. Материалы всероссийской научн.-практ конф./ 6-9 февраля 2007 года/ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.III.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2007. – c.76-80.

8. Свалова М.В. Исследование и разработка технологии получения биогаза из отходов продукции птицеводства./ М.В.Свалова, В.В. Касаткин, Ф.М. Бурлакова, К.Ю.Кузнецов, С.И. Дякин // Журнал Международной славянской академии. – Ижевск: Изд-во МСА,2008г. –№4-с.43.

9. Свалова М.В. Разработка установки для переработки отходов сельхозпроизводства /М.В Свалова, В.В. Касаткин, С.П. Игнатьев, И.В. Решетникова// Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождению Удмуртии в состав России. Всероссийская научно-практическая конференция, 26-29 февраля 2008г./ ФГОУ ВПО ИжГСХА. Т.IV.- Ижевск: Изд-во ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2008. – С.46-50.

10. Свалова М.В. Применение принципа самоокупаемости по энергосбережению на птицефабриках Удмуртии / М.В. Свалова, В.В Касаткин, Н.Ю. Литвинюк, Ф.М. Бурлакова, Т.С. Копысова // Хранение и переработка сельхозсырья, 2009.-№ 1.– С.31 – 33.

Подписано в печать 16.02.2009г.

Тираж 100 экз

Заказ № 9330.Формат 60х841/24.Печ.л.1.

Гарнитура Times New Roman.

Отпечатано с оригинал-макета заказчика

Rex-Rotary РИО Ижевской ГСХА

426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.