Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Применение озонированного воздуха в сельском хозяйстве 10
1.2. Обоснование необходимости обеззараживания кормовых смесей . 14
1.3. Существующие методы обработки зерна и кормосмесей. 17
1.4. Получение озонированного воздуха 19
1.5. Использование озонированного воздуха в процессе обработки и обеззараживания зерна и кормосмесей 21
1.6. Выводы по главе 26
ГЛАВА 2. Теоретическое и экспериментальное обоснование процесса обработки озоном зернопродуктов . 27
2.1. Математическая модель взаимодействия озона с зерновым материалом 27
2.2. Исследование изменения концентрации озона в обрабатываемом объёме во времени 31
2.3. Исследование сорбционных свойств озона 34
2.4. Исследование процесса обработки озоном стационарного слоя зернистого материала 38
2.5.Исследование процесса воздействия озона на основные составляющие сухих кормовых смесей 43
2.6. Выводы по главе 47
ГЛАВА 3. Разработка установки для обеззараживания кормовых смесей и исследование режимов ее работы 49
3.1 Методика исследований 49
3.2 Схема экспериментальной установки 49
3.3. Расчет основных параметров экспериментальной установки 56
3.4. Разработка схемы управления озонаторной установкой 60
3.5. Исследование процесса обработки озоном комбикорма при ссыпании 65
3.6. Математический анализ результатов исследований 74
3.7. Техника безопасности при работе с озоном 78
3.8. Выводы по главе 80
ГЛАВА 4. Исследование процесса обеззараживания озоном кормовых смесей в производственных условиях и оценка технико-экономического эффекта 81
4.1. Испытание опытной установки для обработки озоном кормовых смесей в комбикормовом цехе действующего предприятия 81
4.2. Расчет экономической эффективности от внедрения установки для обеззараживания сухих кормовых смесей озоном 89
4.3. Методика расчета параметров установки для обеззараживания озоном кормовых смесей и рекомендации по использованию озонированного воздуха 95
4.4. Выводы по главе 97
Заключение 99
Список используемой литературы 1
- Обоснование необходимости обеззараживания кормовых смесей
- Исследование изменения концентрации озона в обрабатываемом объёме во времени
- Разработка схемы управления озонаторной установкой
- Расчет экономической эффективности от внедрения установки для обеззараживания сухих кормовых смесей озоном
Введение к работе
Актуальность исследований. Известно, что от качества кормов и их биологической ценности зависит жизнеспособность и продуктивность сельскохозяйственных животных. Изыскание средств и способов улучшения основных показателей кормов имеет большое значение, т.к. является способом интенсификации внутренних ресурсов организма животных, заложенных природой.
В настоящее время во всем мире проявляется интерес к озону. Обработка озоном позволяет увеличить сроки безопасного хранения зерна и кормосмесей, не ухудшая их питательных качеств. Наиболее распространенным способом озонирования является обработка насыпи зернового материала. Однако при применении данной технологий имеется ряд проблем связанных со значительным перерасходом озона, неравномерностью обеззараживания и сравнительно высокой трудоемкостью процесса. Предлагается проводить обработку озонированным воздухом кормовых смесей в подвижном слое при ссыпании материала с использованием озонаторов коронного разряда. В отличие от существующих способов, это позволит повысить эффективность и равномерность обработки при сохранности питательных свойств и снижение трудо- и энергозатрат.
Цель работы - разработка электротехнологической озонаторной установки с обоснованием режимных параметров обработки озоном кормосмесей в подвижном слое с использованием озонаторов коронного разряда.
Объект исследования: процесс обработки озоном кормовых смесей и их составляющих на установке с озонатором коронного разряда.
Предмет исследования: выявление закономерностей влияния режимов обработки озоном кормовых смесей на степень их обеззараживания и питательные свойства.
Основные научные задачи:
- провести анализ существующих способов обработки озоном зерна и зернопродуктов;
- исследовать процесс взаимодействия озона с обрабатываемым материалом при обеззараживании кормовых смесей и сравнить адекватность теоретических предпосылок с результатами экспериментальных исследований;
- разработать способ обработки озоном кормовых смесей, обеспечивающий высокую эффективность обеззараживания при сохранении питательных качеств материала;
- исследовать обеззараживающее действие озона на микрофлору кормовых смесей при обработке их в свободно падающем потоке, влияние озонирования на качество получаемого продукта, а также определить режимные параметры и технические требования к разрабатываемой электротехнологической озонаторной установке;
- разработать установку для обработки озоном кормовых смесей и провести ее испытания в производственных условиях, а также оценить экономическую эффективность использования озона в процессе обеззараживания;
- разработать методику расчета озонаторной установки и рекомендации по обеззараживанию озоном кормовых смесей и зерновых материалов.
Методика исследований. Поставленные задачи решены на основе системного анализа ранее разработанных способов озонирования. Использовано математическое и физическое моделирование процесса озонирования. Оценка микробиологических показателей получаемого продукта проведена согласно ГОСТ 10444.15-94, аминокислотный состав определялся согласно ГОСТ 13496.4-93.
Научную новизну результатов исследования представляют:
математическая модель взаимодействия озона с зерновым слоем, связывающая основные значимые факторы, влияющие на степень обеззараживания;
технологическая схема озонаторной установки, позволяющая проводить обработку озоном кормовых смесей непосредственно в потоке, в процессе их ссыпания и позволяющая встраивать ее в существующие технологические процессы;
режимы и конструктивно-технологические параметры озонаторной установки, позволяющие эффективно проводить процесс обеззараживания, не оказывая отрицательного влияния на биохимические свойства и качество получаемого продукта;
методика расчета озонаторной установки для обеззараживания кормовых смесей и зерновых материалов.
Практическая значимость. Разработанный и проверенный в производственных условиях способ обеззараживания кормовых смесей озонированным воздухом в свободно падающем потоке позволяет:
- снизить зараженность кормовых смесей до требуемых норм с сохранением питательных свойств;
- обеспечить экологическую чистоту процесса обработки кормовых смесей и снизить загрязненность окружающей среды и обработанного продукта за счет отказа от использования ядохимикатов;
- существенно снизить (на порядок) энергозатраты на обеззараживание кормовых смесей.
Получен патент на изобретение «Устройство для обработки озоном сыпучих материалов».
Основные положения, выносимые на защиту:
- установлено, что озон при обработке стационарного слоя расходуется в основном на химическое взаимодействие и разложение на поверхности, что ведет к перерасходу озона и увеличению энергозатрат;
- разработанный способ обеззараживания кормовых смесей встречным потоком озона в их свободно падающем потоке, обеспечивает высокую равномерность обработки и повышает экологичность процесса;
- разработанные режимы обеззараживания кормовых смесей озоном с использованием разработанной озонаторной установки, обеспечивают снижение микробной обсемененности на порядок и сохранность питательных свойств;
- процесс обеззараживания кормовых смесей с использованием озона позволяет существенно повысить экономическую эффективность процесса по сравнению с применением традиционных химических препаратов.
Реализация результатов исследований. Определены основные технологические параметры процесса обеззараживания, разработана и изготовлена экспериментальная установка для обработки кормовых смесей озоновоздушными смесями. Изучено влияние режимов обработки на обеззараживание и качественные показатели кормовых смесей нескольких марок при различных экспозициях обработки. Проведены испытания в производственных условиях в комбикормовом цехе ОАО «Хлебная база №9» г. Александров.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены и одобрены на Международной научно-практической конференции «Инновационные и энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве» (ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2012г.); на тридцать втором Всероссийском семинаре «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии» (Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 2012г.); на 8-й Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2012г.); на 2-й Конференции молодых ученых и специалистов Отделения механизации, электрификации и автоматизации «Научное обеспечение инновационных процессов в агропромышленной сфере» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2013г.); на 9-й Международной научно-технической конференция «Энергосбережение и энергообеспечение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ РАСХН, 2014г.).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 9 опубликованных работах, в том числе 3 – из перечня ведущих периодических изданий, определенных ВАК при Министерстве образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 112 страницах, включает 31 рисунок, 13 таблиц, список литературы из 103 наименований, в том числе 12 на иностранных языках.
Обоснование необходимости обеззараживания кормовых смесей
Кормовые смеси, имеющие исключительное значение в развитии животноводства и обеспечивающие сокращение затрат всех видов корма на единицу продукции, являются более сложными и трудными объектами хранения, чем зерновые массы, мука и крупа. Объясняется это большим числом компонентов, входящих в их состав, и различными физическими, химическими и биологическими свойствами каждого компонента. Большинство комбикормов содержит не только несколько родов зерна, животных белков и жира (в виде рыбной, мясной, кровяной и мясо-костной муки и т. п.), травяную муку, жмых или шрот, свекловичный жом, минеральные добавки (поваренную соль, соединения кальция, костную муку и др.), но и специальные добавки в виде сложных премиксов, содержащих витамины, незаменимые аминокислоты, антибиотики, ферментные препараты, антиоксиданты и т. д. [41]. Известно, например, что устойчивость зерновых масс при хранении зависит от их исходного состояния. Так, если до закладки на хранение в них активно развивались микроорганизмы, то и возможность возникновения в них нежелательных процессов (плесневения, самосогревания и т. п.) резко возрастает. Это практически относится ко всем видам растительного сырья. Подобная картина характерна и для многих видов сырья животного происхождения [67].
Причинами потери качества зерна являются: снижение культуры земледелия; монокультурное ведение фермерских хозяйств; нарушение агротехники; исключение из ассортимента многих кормовых и технических культур. Снижение объемов производства привело к свертыванию защитных мероприятий более чем в три раза, что отрицательно сказалось на фитосанитарном состоянии сельскохозяйственных угодий [89].
Все комбикорма являются исключительно благоприятной питательной средой для многих бактерий и особенно плесневых грибов. При наличии достаточного количества влаги (на уровне критической и более) и положительных температурах (выше 10 С и особенно выше 20 С) плесени быстро развиваются, выделяют много тепла и являются основной причиной самосогревания комбикорма. Большая скважистость как рассыпных (56...58 %), так и гранулированных (50...54 %) комбикормов обеспечивает запас воздуха (а в нем кислорода), необходимого для интенсивного развития аэробной грибной флоры.
Основным источником ухудшения качества кормов являются микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности - токсины. Наибольшую опасность в качестве возбудителей болезней представляют фитопатогенные грибы, вызывающие микозы и выделяемые ими микотоксины [38, 32]. Микроорганизмы попадают в корма еще при уборке зерна, а потом развиваются при хранении, особенно во влажном, недостаточно просушенном зерне. Мясокостная и рыбокостная мука, добавляемые в комбикорм перед скармливанием, также могут являться источником заражения комбикормов. Но особенно опасны плесени, от которых портится почти половина заготавливаемых кормов. Возбудители грибной и бактериальной этиологии, имеют широкое распространение и высокую вредоносность, которая наряду со снижением урожайности, выражается в инфицировании зерна. Более того, большинство представителей фитопатогенной микрофлоры способны продуцировать микотоксины, представляющие большую угрозу здоровью животных и человека [61].
Микотоксикозы зерна – основной показатель ухудшения фитосанитарной ситуации в стране и качества продукции. В условиях птицеводческих хозяйств микотоксикозы принимают хронический характер без выраженных симптомов заболевания, которые проявляются в ухудшении яйценоскости, снижении потребления корма, высокой эмбриональной смертностью на последней неделе инкубации и в конечном итоге приводят к гибели цыплят в возрасте до оного месяца [11, 65].
Наиболее опасны токсины представителей рода Fusarium, Aspergillus, Penicillium. Над проблемой микотоксинов интенсивно работают во многих странах мира [42]. В Российской Федерации пока отсутствуют единая государственная программа по мониторингу микотоксинов и разработке мер по снижению токсичности сельскохозяйственной продукции [45].
Опыты по результатам скармливания заплесневелого зерна молодняку птицы показывают, что присутствие в рационе цыплят зерна пшеницы, пораженного грибами Penicillium на 7%, даже при отсутствии в нем токсинов, привело к снижению их прироста на 20-6-% по сравнению с использованием здорового зерна [47].
Эффективным окислителем микотоксинов является озон [1, 71]. Для деконтаминации зерна используют насыщенную озоном воду. При воздействии озона происходит деградация афлатоксинов B1, B2, G1 иG2, циклопиазоновой кислоты, фумонизина B1, охратоксина А, патулина, секаловой кислоты и зеараленона, [98]. Вследствие модификации озоном зеараленон теряет эстрогенную активность [95]. Обработка озоном естественно контаминированной афлатоксином кукурузы предотвращает развитие афлатоксикоза у индеек [98]. Показано, что трихотеценовые микотоксины тоже разрушаются при воздействии озона. Наиболее активно молекула озона атакует молекулу трихотецена по двойной связи между атомами С9 и С10, в результате чего образуются нестабильные промежуточные соединения, молозонид и озонид трихотеценов, с сопутствующим гидролизом связи С9-С10 [103].
Существующие методы обработки зерна и кормосмесей. В настоящее время для уничтожения фитопатогенных микроорганизмов и их токсинов используются методы детоксикации фунгицидами [53, 69]. После фумигации в зерне остаются ядовитые вещества, вероятность попадания которых в пищу человека и животных весьма высока, одновременно происходит загрязнение окружающей среды.
Химические способы (гидролиз, обработка щёлочью, кислотами, каустической содой и аммиаком, известкование, консервирование и др.) используют реже из-за трудностей, связанных с использованием и хранением активных веществ. Химическое обеззараживание зерна имеет избирательный характер, трудоемко, требует большого расхода дорогостоящих реагентов и экологически небезопасно [46].
Исследование изменения концентрации озона в обрабатываемом объёме во времени
Концентрация озона изменялась регулированием электрического режима озонатора. Расход озоновоздушной смеси через колонку создавался вентилятором 4 и регулировался ЛАТРом 5. Расход смеси выбирался достаточно высоким (до 140 м3/ч, с тем, чтобы отбор озоновоздушной смеси в озонометр (1 литр в минуту) не влиял на измерения. Для устранения попадания озона в помещение, в верхней части колонки был установлен деструктор озона. Общая высота слоя составляла 240 - 280 мм, диаметр колонки – 97 мм. Высота каждого модуля составляла 100 мм. Для равномерного распределения озоновоздушной смеси по сечению колонки, в нижней части был установлен рассекатель. На рисунке 2.9 представлены результаты одного из опытов.
Горох и галька были выбраны из-за близких размеров этих материалов, так что гидродинамические условия в слое были практически одинаковы (рисунок 2.10). Рисунок 2.10. Горох и шлифованная галька
Предполагалось, что, с течением времени, концентрация озона по высоте слоя будет выравниваться. В таком случае, для расчета времени контактирования можно будет применять методику расчета адсорбционных аппаратов, [30]. Поэтому была проведена серия экспериментов по измерению концентрации озона по высоте слоя во времени.
Рисунок 2.11. Изменение концентрации озона по высоте слоя зернистого материала (горох) с течением времени (первой точке отбора проб соответствует высота слоя 40 мм)
Из результатов опытов стало видно, что тенденция к выравниванию концентрации имеется, однако выравнивания ее не происходит. Более резкое уменьшение концентрации озона в течение первой минуты объясняется адсорбцией его в порах. В дальнейшем, по завершению адсорбции, концентрацию озона по высоте слоя можно считать постоянной и неизменной во времени. Также на поверхности идет химическая реакция разложения озона, зависящая от многих факторов. На рисунке 2.12 представлена зависимость изменения концентрации озона при обработке зёрен просо.
Здесь хорошо видно, что после 9-ой минуты концентрация озона на выходе из слоя снижается, что объясняется увеличением хемосорбции при диффузии озона через оболочку зёрен.
Для оценки воздействия озона на основные составляющие сухих кормовых смесей было проведено исследование по следующей схеме (рисунок 2.13): озоновоздушная смесь из озонатора 3 вентилятором 4 подавалась в колонку, которая состояла из одного модуля с испытуемым материалом располагавшимся на мелкой сетке, с ячейками 2 х 2 мм. За слоем располагался штуцер пробоотборника, который на время измерения подключался к озонометру 2. Остальное время он был заглушен. Концентрация озона изменялась регулированием электрического режима озонатора. Расход озоновоздушной смеси через колонку создавался вентилятором 4 и регулировался ЛАТРом 5. Расход смеси выбирался достаточно высоким (до 140 м3/ч, с тем, чтобы отбор озоновоздушной смеси в озонометр (1 литр в минуту) не влиял на измерения. Для устранения попадания озона в помещение, в верхней части колонки был установлен деструктор озона. Общая высота слоя составляла 100 мм. Для равномерного распределения озоновоздушной смеси по сечению колонки, в нижней части был установлен рассекатель. Рисунок 2.13. Схема экспериментальной установки для оценки адсорбционных свойств испытуемых материалов: 1 – колонка; 2 - озонометр; 3 – озонатор; 4 – вентилятор; 5 – ЛАТР; 6 – деструктор
Свободный объем над слоем зернистого материала был уменьшен до минимума. В этом случае изменение концентрации озона в результате смешения остаточного и поступающего из слоя будет меньше влиять на результат. Рисунок 2.14. Изменение концентрации озона во времени при очередном пропуске озоновоздушной смеси через слой зернистого материала (рис) в течение первых трех минут
Известно, что процесс адсорбции экзотермичен и протекает достаточно быстро, а десорбция адсорбированного вещества требует затраты энергии. Поэтому можно считать, что часть озона адсорбируется при первом прохождении озоновоздушной смеси через слой и, в дальнейшем, сохраняется неопределенное время. Дальнейшее изменение концентрации озона на выходе из слоя зависит от характеристик самого слоя и изменения концентрации озона в свободном пространстве между зернами. В таком случае время адсорбции озона (основная часть озона) в зернистом слое составляет не более двух-трех десятков секунд. При очередном прохождении озоновоздушной смеси через слой, концентрация его на выходе повышается и достигает практически постоянной величины после 3-4 раза.
Полученные данные показали, что повышение концентрации на выходе до установившегося значения происходит в течение первой минуты следовательно, нет
Процесс обработки озоном зерна и зернопродуктов нельзя проводить в стационарном слое из-за неравномерности обработки слоя по высоте и значительного влияния процессов хемосорбции протекающих в слое при достаточно большом времени обработки. Обработку необходимо проводить в подвижном слое и как можно быстрее в течение короткого времени, для чего технические средства должны обеспечивающие максимальную поверхность контакта озоновоздушной смеси и объекта обработки. Также необходимо учесть, что озон является токсичным газом и в связи с этим необходимо обеспечить безопасность персонала при обработке кормовых смесей. При обработке озоном не должны снижаться питательные свойства кормосмесей.
Анализируя результаты проведенных исследований можно предположить, что обработка материала при ссыпании в течение нескольких секунд может способствовать эффективному снижению микробной обсемененности, к тому же будет обеспечена низкая энергоемкость процесса за счет снижения затрат энергии на перемещение материала. В качестве источника озона для этих целей целесообразно использовать озонаторы коронного разряда, т.к. в данном случае нет необходимости в высоких концентрациях, к тому же данный тип озонаторов не требователен к качеству используемого для выработки озона воздуха, что важно при эксплуатации на сельскохозяйственных предприятиях.
Разработка схемы управления озонаторной установкой
Для определения оптимальных режимов работы установки и определения необходимой дозы озона, проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях по обеззараживанию комбикорма озоновоздушными смесями при ссыпании в бункер. План проведения эксперимента:
Определение времени ссыпания обрабатываемого материала через смесительную камеру без включения озонатора; Подбор скорости подачи озоновоздушной смеси в смесительную камеру для обеспечения нормального ссыпания материала и предотвращения образования пыле-воздушной смеси на выходе; Определение концентрации озона в озоновоздушной смеси в различных точках установки без подачи обрабатываемого материала; Определение времени ссыпания обрабатываемого материала при включенном озонаторе; Проведение опытов по озонированию комбикормов при концентрациях озона 50-200 мг/м3; Проведение микробиологического анализа отобранных образцов в специализированной лаборатории; Анализ полученных результатов, сравнение с контрольным материалом, определение соответствия уровня микробной обсемененности нормативным данным; Проведение дополнительных экспериментов для определения промежуточных данных; Анализ обработанных партий на состав общих аминокислот в специализированной лаборатории;
Определение оптимальных параметров установки и проведение окончательного эксперимента с этими параметрами в лабораторных и производственных условиях. Озонированию подлежал комбикорм для кур-несушек марки Пк-1-1. В ходе опыта измеряли температуру окружающей среды и относительную влажность воздуха, которые были в пределах 18-20С и 45-53% соответственно. Обработку комбикорма проводили по следующей схеме: - производили отбор проб до обработки; - включали озонатор и заполняли емкость до заданной концентрации; - загружали комбикорм в верхнюю часть установки и включали дозатор, продолжая подавать озон; - производили отбор проб. Общую микробную обсемененность определяли по естественному уровню общей микрофлоры в Испытательной лаборатории «МОЛОКО» ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. Контролем служили необработанные озоном пробы.
Первую серию опытов проводили при концентрации озоновоздушной смеси 50 и 80 мг/м3.Скорость воздушного потока была ограничена 0,5 м/с с целью предотвращения уноса мелкой фракции вместе с отработанной озоновоздушной смесью. Озоновоздушную смесь в установку подавали противотоком снизу вверх. Температура составляла 19 С, влажность 50%. Объем обрабатываемого комбикорма 2,5 л. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.2 и 3.3.
Из графика видно, что последующие партии комбикорма получают меньшую дозу озона, чем в начале обработки. Концентрация озона падает в течение первой минуты до установившегося значения 0,03-0,02 г/м3 и в дальнейшим концентрация медленно «плывет» в течение всего времени ссыпания. Это происходит в результате адсорбции озона в первой трети высоты колонки, хемосорбции и отчасти из-за разложения озона на объекте обработки. На изменение концентрации озона действует множество внешних факторов таких, как температура, влажность и запыленность, а также изменение напряжения питающей сети и нагнетаемого воздуха. При этом концентрация озона может значительно колебаться, изменяя заданные дозы обработки.
Для оценки степени обеззараживания комбикорма при работе установки в установившемся режиме был произведен микробиологический анализ проб комбикорма на начальном этапе ссыпания и в установившимся режиме. Концентрация озона на входе повысили до 210 мг/м3. Первые пробы отбирались сразу после начала ссыпания, последующие спустя 2 минуты. Контролем служили необработанные образцы. Результаты представлены в таблице 3.5.
Таблица 3.5. Микробиологические показатели комбикорма до и после озонирования при концентрации озоновоздушной смеси 210 мг/м3
С целью убедится в том, что озонирование комбикормов никак отрицательно не влияет на качество получаемого продукта, был проведен анализ обработанных партий на состав общих аминокислот в лаборатории Испытательного центра «ВНИИМП им. В.М. Горбатова». Результаты анализа представлены на рисунке 3.8.
Было важно выявить возможности влияния обработки озоном на качество получаемого продукта, т.к. опыт предыдущих исследователей показал, что при высоких концентрациях озона наблюдается падение содержания витаминов и некоторых других составляющих, [33]. Озон активно реагирует со всеми структурами клетки и активно окисляет свободные и входящие в состав белков аминокислоты, [13]. Как видно из полученных данных, концентрации озона до 0.21 г/м3, что соответствует дозе озона 1000 смг/м3, не влияют на аминокислотный состав комбикорма.
Известно, что температура весьма существенно влияет на скорость химических реакций. Изменение температуры на 10оС меняет скорость химической реакции в 2-4 раза. Естественно это не может не сказываться на эффективности обеззараживания [15], так взаимодействие озона с микроорганизмами – процесс химический [13]. Все экспериментальные исследования в лабораторных условиях проводились в диапазоне изменения температуры от 17 до 26 оС и удовлетворительное качество обеззараживания было получено при концентрации озона от 30 до 50 мг/м3. Однако, при проведении испытаний в зимний период, результаты обеззараживания оказались неудовлетворительными. В таблице 3.5 и 3.6 представлены результаты воздействия озона на микрофлору, проведенные при обработке рисовой лузги и отрубей (составляющие комбикормовой смеси) на силосах ОАО КХП им. Григоровича (г. Челябинск).
Расчет экономической эффективности от внедрения установки для обеззараживания сухих кормовых смесей озоном
В данном разделе решается задача, связанная с проверкой экономической оправданности использования установки для обеззараживания кормовых смесей с использованием озона.
В связи с тем, что на сегодняшний момент на сельскохозяйственных предприятиях России применение озоновых технологий носит разовый, промышленно-экспериментальный характер, выполнить технико-экономическое сравнение известных способов озонирования с вновь разработанным, не представляется возможным. Наиболее популярными средствами обеззараживания для увеличения сроков хранения и зерна и кормосмесей являются химические препараты на основе пропионовой кислоты. Для определения экономической эффективности проведено сравнение метода обеззараживания с использованием озона (1 вариант) и обеззараживания с использованием химического препарата Лупро-Микс (2 вариант). Данный химический метод по трудо-энергозатратам и способу внесения действующего вещества схож с разработанным методом озонирования. Характеристики препарата Лупро-Микс:
Описание: жидкий препарат на основе органических кислот для очистки и профилактики загрязнения систем подачи воды и подкисления питьевой воды, для консервации зерновых и комбикормов перед закладкой; где, цена приобретения, руб; расходы на монтаж и наладку оборудования, руб; накладные расходы, руб; Для первого варианта (обеззараживание с использованием озона), цена приобретения определяется стоимостью озонатора и смесительной камеры с дозатором и составляет 45000руб. Для второго варианта цена приобретения составляет 35000 руб., включая стоимость насосно-дозирующего комплекса НДК-12 (21200 руб.) и вспомогательного оборудования (13800 руб.).
В первом варианте установка (озонатор) работает непрерывно в течении рабочей смены 8ч., при потребляемой мощности 100Вт и производительностью 325 кг/ч.
Так как производительность насосно-дозирующего комплекса НДК-12 составляет 15-180т/ч, а время замены емкости с химическим препаратом составляет 15мин., то время работы установки в сутки в среднем составляет 1,5 ч.
Сч.фор.=140015/5=4200 руб. Сч.фил.=140010/5=2800 руб. Затраты на химические препараты (действующие вещества) для первого варианта отсутствует, для второго варианта определяются ценой израсходованного препарата Лупро-Микс. где, Нрм– норма расхода химичесгого препарата, л/т; Црм – цена за литр химичесгого препарата, руб., Qкк – объем обрабатываемого комбикорма в год, т. Объем обрабатываемого комбикорма в год для сравнения был выбран исходя из производительности озонаторной установки 325кг/ч и времени работы 8ч/день 365 дней/год.
Методика расчета параметров установки для обеззараживания озоном кормовых смесей и рекомендации по использованию озонированного воздуха
Методика разработана для определения основных конструктивных параметров установки для обеззараживания озоном кормовых смесей и выбора озонатора для этих целей. 1. Определяются основные физические свойства обрабатываемого материала: насыпная плотность, угол естественного откоса, скорость витания, средний размер частиц, максимальный размер частиц, коэффициент внутреннего трения. 2. Исходя из качества обрабатываемой кормовой смеси, принятой технологии ее обработки принимается максимальная доза озона на единицу продукции D едоз . 3. Рассчитывается необходимая суточная производительность установки Qсут. 4. Определяется суточный расход озона: (4.11) 5. При равномерной круглосуточной работе озонаторной установки часовой расход озона, кг/ч, составит: (4.12) 6. Рассчитывается диаметр проходных отверстий и основные геометрические параметры бункера-загрузчика исходя из физических свойств обрабатываемого материала. 7. На основании заданной производительности выбирается дозатор сыпучих продуктов и количество смесительных камер. Для смесительной колонки диаметром 200 мм, дозатор следует выбрать с пределами регулирования 0,1- 1 т/ч. 8. Определяется скорость воздушного потока озоновоздушной смеси в смесительной камере из условия, не выше скорости витания обрабатываемого материала. Для россыпного комбикорма скорость воздушного потока следует принять не выше 0,5м/с. 9. Рассчитывается производительность озонатора Gоз из условия необходимой минимальной дозы озона для выбранного материала. Производительность озонатора следует выбрать на три ступени больше необходимой, с возможностью регулирования. 10. Выбирается тип и марка озонаторов. Предпочтение следует отдать озонаторам коронного разряда, так как данный тип озонаторов не требователен к качеству используемого воздуха. Число рабочих озонаторов находится по формуле:
Данная методика носит рекомендательный характер и требует экспериментальной проверки с целью привязки к конкретным условиям производства в связи с многообразием факторов, влияющих на процесс озонирования. Пример расчета геометрических параметров установки выполнен в главе 3 диссертации.
На основании результатов проведенных исследований были разработаны следующие рекомендации: - обработку проводить встречным потоком озонированного воздуха в подвижном слое при ссыпании кормосмеси; - в качестве источника озона использовать озонатор коронного разряда производительностью не менее 5г/ч, с возможностью ее регулирования; - скорость потока озоновоздушной смеси в смесительной камере установить не выше скорости витания кормосмеси (для комбикорма Пк-1-1 - 0,5м/с), при использовании сухой кормосмеси с большим процентом мелкой фракции, на выходную трубу установки дополнительно установить циклон для сбора мелкой фракции и пыли в отдельный контейнер; - рабочие дозы озона от 300 до 1000 смг/м3 (выбираются в зависимости от начальной зараженности кормосмеси на основе микробиологического анализа) - оптимальный температурный режим – 10…20 0С, при обработке в условиях пониженной температуры с целью компенсации влияния температуры на степень обработки кормовой смеси необходимо увеличить концентрацию озона в озоновоздушной смеси выше 40 мг/м3; - для защиты обслуживающего персонала от воздействия озона помещение следует оборудовать вытяжной вентиляцией; - для удаления остаточного озона экономически целесообразно использование
Произведен сравнительный анализ двух способов обеззараживания комбикормов: с использованием озона и химический способ на примере использования препарата на основе пропионовой кислоты. Из результатов расчета видно, что внедрение установки для обеззараживания кормов с помощью озона дает значительно низкие затраты на единицу продукции при прочих равных капиталовложениях и затратах на ремонт и обслуживание. При использовании химического способа обеззараживания, основную статью затрат составляет стоимость приобретения и хранения самих химических препаратов. Озон же производится на месте из атмосферного воздуха без предварительной подготовки. Также следует отметить, что озон в расчетных концентрациях (до 300 мг/м3) является экологически безопасным при использовании, и работа с ним не требует средств индивидуальной защиты персонала. Также нет необходимости в складских помещениях для хранения химических препаратов, что также снижает эксплуатационные издержки.
