Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние экосистемы в зоне деятельности птицефабрик 11
1.1. Сельскохозяйственное производство и его влияние на окружающую среду 11
1.2. Основные загрязнители и стандарты качества природной среды 16
1.3. Вторичное сырье-его использование с целью охраны природы и создания нового продукта 25
1.4. Плодородие почвы и повышение урожайности сельскохозяйственных культур при применении органических и минеральных удобрений 32
1.5. Анализ вещественного состава сырого птичьего помета и возможности его дальнейшего использования 39
1.6. Постановка проблемы, ее содержание и исходные положения 53
Глава 2. Методология обоснования технологических решений в утилизации отходов птицеводства ... 57
2.1. Технологии переработки птичьего помета 57
2.2. Технологический процесс приготовления компостов 66
2.2.1. Приготовление компостов в стационарном механизированном цехе 71
2.2.2. Приготовление компостов на установке СДС-1 73
2.2.3. Установка проготовления компостов с использованием термического воздействия 74
2.3. Сущность термической обработки помета (сушка) 77
2.3.1. Метод барабанной сушки 80
2.3.2. Метод пневмотермической сушки 92
2.4. Технология пневмотермическойсушки помета на УПС-1 103
2.5. Пневмотермическая установка с рекуперацией тепла 105
2.6. Моделирование отдельных технологических вариантов термической сушки для производства органических удобрений 112
Глава 3. Моделирование процессов, выполняемых пневмотермической установкой 123
3.1. Модель пневмотермической сушки 128
3.1.1. Гидродинамика восходящего потока газовзвеси 138
3.1.2. Теплообмен полидисперсного материала и сушильного агента .149
3.1.3. Сушка полидисперсного материала (степенная аппроксимация внутренних полей влагосодержания) 154
3.1.4. Упрощенные модели процесса сушки 165
3.2. Модель движения газовой фазы в пылеулавливателе (циклоне) со встречными закрученными потоками 181
3.3. Модель сепарирования сыпучего материала на наклонной поверхности (грохот) 189
3.4. Модель уплотнения порошков при их непрерывном прессовании 203
Глава 4. Испытание и промышленное освоение пневмотермическоЙ установки 210
4.1. Результаты экспериментальных исследований рабочих параметров пневмотермическоЙ сушки 210
4.2. Усовершенствование горелочного узла топки пневмотермическоЙ установки 221
4.3. Пылеулавливание во встречных закрученных потоках 224
4.4. Технологическая схема и конструктивные элементы пневмотермическоЙ установки 228
4.5. Технологический комплекс по утилизации птичьего помета на птицефабрике 233
Глава 5. Роль органических удобрений в воспроизводстве плодородия почвы 240
5.1. Влияние сушеного птичьего помета на урожайность сельскохозяйственных культур и качество урожая ...243
5.2. Объекты и методы исследований 247
5.3. Методика закладки и проведения опытов 252
5.4. Способы внесения и воздействия сушеного птичьего 257
помета на урожайность и плодородие почвы 257
5.5. Основное внесение СПП и ГСПП 258
5.6. Применение СПП и ГСПП в качестве подкормки 271
5.7. Влияние СПП и ГСПП на реакцию почв 277
5.8. Влияние СПП и ГСПП на содержание подвижных соединений фосфора и калия 279
5.9. Сушеный птичий помет, как кормовая добавка 282
5.10. Выводы и рекомендации по применению высокоэффективного продукта - сушеный птичий помет 286
Глава 6. Методы и средства контроля качества технологических процессов 289
6.1. Метод контроля качества продукции (сушеный птичий помет) на основе многоуровневой системы управления 294
6.2. Метод оперативного контроля эффективности функционирования технологических процессов 297
6.3. Алгоритм контроля эффективности функционирования технологических процессов машин и агрегатов 301
6.4. Моделирование и прогнозирование агротехнических критериев эффективности технологического процесса КСМ-4 ...307
6.5. Метод обратных причинно-следственных связей 328
Основные выводы 336
Список литературы 339
- Анализ вещественного состава сырого птичьего помета и возможности его дальнейшего использования
- Моделирование отдельных технологических вариантов термической сушки для производства органических удобрений
- Модель движения газовой фазы в пылеулавливателе (циклоне) со встречными закрученными потоками
- Технологическая схема и конструктивные элементы пневмотермическоЙ установки
Введение к работе
В окружающем мире возникли новые условия взаимодействия живой и неживой материи - взаимодействие человека с техносферой, взаимодействие техносферы с биосферой (природой) и др. Правомерно говорить о возникновение новой области знаний - «Экология техносферы», где главными «действующими» лицами являются: человек, созданная им техносфера, и окружающая природная среда. Произошли, и происходят, значительные изменения в окружающей человека среде обитания. Биосфера постепенно утрачивает своё господствующее положение, и в населённых людьми регионах Земли всё больше превращается в техносферу.
В новых техносферных условиях биологическое взаимодействие человека с окружающей средой (наблюдалось примерно до XVIII в.) все чаще стало замещаться процессами физических и химических факторов взаимодействия, которые резко возросли в XX в., сопровождаясь негативным влиянием на человека и природу. Перед обществом возникла потребность в защите природы и человека от негативных влияний техносферы и стихийных проявлений самой природы. Первопричиной многих негативных процессов в природе и обществе явилась антропогенная деятельность, не сумевшая создать техносферу необходимого качества как по отношению к человеку, так и по отношению к природе. Человек должен совершенствовать техносферу, чтобы решать возникающие проблемы, снизив её негативное влияние, как на самого себя, так и на природу, до допустимых уровней.
Проблема взаимодействия человека с окружающей его природной средой объективно требует анализа современного состояния, оценки тенденций развития, предпосылок, факторов, обуславливающих характер особенности воспроизводства используемых ресурсов и составляющих сфер
биосферы с учётом главнейших аспектов: политических, экономических, социальных, экологических и др.
В современном мире экологические проблемы по своей общественной значимости вышли на одно из первых мест, оттеснив даже опасность ядерной войны. Бурное развитие хозяйственной деятельности людей привело к интенсивному, часто разрушительному, воздействию на окружающую среду. Влияние человека на природу происходит путем преобразования сложившихся в течение тысячелетий естественных систем и в результате загрязнения почв, вод, воздуха, что привело к резкому ухудшению состояния природы, зачастую с необратимыми последствиями. Экологический кризис представляет собой реальную опасность, поскольку в каждом регионе Земли человечество становится свидетелем стремительного развития кризисных ситуаций.
Это касается и нарушения агроэкосистемы, включающей в себя сознательно спланированные территории со сбалансированным получением сельскохозяйственной продукции, и возврат ее составляющих на поля.
Многие современные способы промышленного сельскохозяйственного производства антиэкологичны и обусловлены наличием монокультуры, перепасом скота, широкомасштабным применением ядохимикатов и чрезмерно высокими дозами минеральных удобрений, сплошной распашкой почв и т.д. Они приводят к нарушениям нормальной деятельности экосистем, упрощению их структуры, неустойчивости к катастрофическим изменениям в природе.
Для стабилизации экономики страны необходим коренной пересмотр сложившихся к концу XX века порочных подходов, - к природопользованию, природоохране, к возобновлению продуктивности земель, лесов, восстановлению биоразнообразия, к реновации основных фондов промышленного и сельского хозяйства.
Наиболее передовым направлением современного сельского хозяйства является переход от принципов противоборства с природой к принципам сотрудничества с ней. Это означает максимальное следование экологическим законам в сельскохозяйственной практике.
Цель охраны природы двояка: 1) обеспечить сохранность таким качествам окружающей среды, которые не должны меняться; 2) обеспечить непрерывный урожай полезных растений, жизнь животным, а также необходимые человеку ресурсы - путем сбалансирования цикла изъятия и возобновления.
За последние 50 лет из сельскохозяйственного оборота России вышло свыше 1 млн. га пахотных земель. Большой урон землям России нанесен при разработке полезных ископаемых, строительными, дорожными и иными работами, загрязнением земель свалками твердых отходов, газовыми выбросами, ядерными испытаниями, кислотными дождями, пестицидами и минеральными удобрениями. Проверка на нитраты показывает, что шестая часть растительной продукции, производимой в Российской Федерации, содержит их больше нормы. Серьезное отрицательное последствие для всего живого на Земле влечет за собой загрязнение воздуха, загрязнение водоемов приводит к дефициту пресной воды. Во всех экологических проблемах немаловажная роль отведена и птицефабрикам России.
Отходы птицефабрик практически не перерабатываются, и, как следствие, происходит загрязнение ближайших от птицефабрик земель, водоемов, воздуха. Для птицефабрик необходимо создание и внедрение безотходных технологий. Безотходные технологии ценны сходством с процессами, происходящими в биосфере, где отходов не существует, так как все биологические выделения утилизируются различными звеньями экосистем. Проведенные научные разработки, с целью улучшения экологического состояния в зоне деятельности птицефабрик и получения высокоэффективных органических, органоминеральных удобрений и
торфокомпостов, с последующим внесением их в почву, связаны с созданием комплекса машин.
Процесс переработки отходов птицефабрик представляет собой сложную систему взаимодействия человека с природой, технологиями и техникой. При этом большинство факторов, оказывающих влияние на процесс производства органических удобрений, имеют вероятностный характер.
В механизации сельскохозяйственного производства, как в
теории, так и в практике, в настоящее время нет научно-обоснованной
интегрированной информационной управляющей системы
проектирования технологий, адаптированных к агроэкосистемам, особенностям рыночных отношений и различным формам собственности, позволяющей в полной мере использовать современные вычислительные средства.
Данное исследование посвящено непосредственно решению теоретических, методологических проблем и практических задач проектирования и создания адаптивных технологий по утилизации отходов птицеводства с целью получения высокоэффективного органического удобрения, повышающего плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, а также снижению экологической нагрузки в районе птицефабрики.
В связи с этим, разработка методов проектирования адаптивных технологий утилизации отходов птицеводства, с целью производства на их основе высокоэффективных органических удобрений, а также -обоснование критериев оценки качества их функционирования, обеспечивающих повышение эффективности процессов утилизации птичьего помета, за счет быстрого модифицирования технологий и технических средств, в соответствии с конкретными условиями хозяйства или региона, составляет актуальность сформулированных научно-
технических решении, которые имеют оолыпое научное и практическое значение.
На защиту выносятся следующие научные положения:
многоуровневая, иерархически организованная технологическая схема производства органоминеральных удобрений (сушеный птичий помет), базирующаяся на совокупности моделей отдельных явлений и процессов, моделей технологических операций и технологических вариантов;
математические модели процессов гидродинамики восходящего потока газовзвеси и теплообмена полидисперсного материала в пнемотермической сушилке;
математические модели пневмотермической сушки полидисперсного материала и движения газовой фазы в пылеулавливателе;
методы и средства контроля качества технологических процессов при внесении органоминеральных удобрений в почву.
Научную новизну работы составляют:
-методология многокритериальной оценки сушки птичьего помета, обеспечивающая получение множества паретооптимальных решений качества функционирования технологий и машин для утилизации отходов птицефабрик и производства органических удобрений;
-теоретическое обоснование и математические модели для установления рациональных технологических и схемотехнических решений для машин и агрегатов утилизации отходов птицефабрик, с учетом влажности исходного сырья, при использовании пневмотермической сушки и торфопометного компостирования;
-математические модели процесса сушки и пылеулавливания готового продукта в пневмотермических установках, включенных в технологию утилизации птичьего помета.
Практическую значимость работы представляют: -предельно допустимые нормы антропогенного действия на
окружающую среду в процессе эксплуатации пневмотермических
установок, а также выпускаемого продукта (сушеный птичий помет); -технические решения, реализующие технологические процессы
пневмотермической сушки, очистки, сепарации и гранулирования
сушеного птичьего помета; -конструктивные параметры пневмотермической установки и
характеристики теплоносителя для процесса пневмотермической сушки
в зависимости от влажного исходного сырья и скорости потоков
газовзвеси в трубе-сушилке; -результаты полевых испытаний сушеного птичьего помета и
установление пороговых доз внесений порошкообразного и
гранулированного сушеного птичьего помета; -функциональная схема контроля и поднастройки устройств контроля
качества процесса внесения порошкообразного и гранулированного
сушеного птичьего помета при посадке технических культур; -комплекс мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность
регионов с концентрированным расположением птицефабрик.
Личный вклад автора. Формулировка проблемы научного
исследования, проведение теоретических и экспериментальных
исследований, анализ полученных результатов - проведены автором лично,
или с участием соавторов совместных публикаций, по следующим разделам:
-способ переработки отходов птицефабрик - с сотрудниками ЗАО
«Холдэкс»: Кудрявский Ю.П., Трапезников Ю.Ф., Бельбов Н.Н.,
Бойчук Д.Н., Шац Н.Я.;
-роль органических удобрений в воспроизводстве плодородия почвы - с
сотрудниками кафедры почвоведения им. Л.Н.Александровой С-Пб
ГАУ (зав. кафедрой Чернов Д.В.) и Пермской СХА (зав. кафедрой
Пискунов А.С.); -методы и средства контроля качества технологических процессов - с
сотрудниками проблемной лаборатории С-Пб ГАУ: Лурье А.Б.,
Теплинский И.З., Абелев Е.А. Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: «Загрязнение окружающей среды» (Москва-Пермь 1993); «Вода, экология и технология» (Москва 1994); «Вода, экология и технология» (Санкт-Петербург, Петергоф 1998); на научных чтениях МАНЭБ «Белые ночи» (Санкт-Петербург, 2003); «Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК» (Ярославль 2004).
Построены и функционируют цеха по утилизации отходов птицефабрик «Соликамская» и «Комсомольская» (Пермская область), и налажен выпуск органоминеральных удобрений.
Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 29 опубликованных работах, в двух монографиях - «Птичий помет и технологии его переработки в высокоэффективное удобрение» издательство С-Пб ГАУ, 2000, и «Утилизация отходов птицеводства — решение проблем безопасности и ресурсосбережения» издательство ОГУП «Соликамская типография», 2002, в том числе в центральных научных журналах и 10 патентах РФ.
Анализ вещественного состава сырого птичьего помета и возможности его дальнейшего использования
В животноводческих помещениях в окружающую среду поступает аммиак, сероводород, наблюдается повышенное содержание углекислого газа. Большие массы навоза создают проблему по удалению их из производственных помещений. Удаление навоза мокрым способом приводит к резкому усилению развития микроорганизмов в жидком навозе, создает угрозу эпидемии. Применение жидкого навоза, в качестве удобрения, малоэффективно и опасно с экологической точки зрения. Данная проблема также требует решения с позиции охраны окружающей природной среды.
Следует отметить, что яйценоскость птицы зависит от таких факторов, как прирост поголовья и его продуктивность, а для увеличения производства мясной птицы, в основном, бройлеров необходимо увеличение поголовья. Вследствие чего, весьма заметно, возрастает выход птичьего помета. На современных птицефабриках выход помета на одну голову, при идеальном содержании птицы, зависит от вида, возраста птицы и качества кормов [107].
Однако, из-за несовершенства системы поения, технологии уборки с добавлением для разжижения помета воды, различных других производственных упущений, количество сырого птичьего помета может возрасти, при этом естественная влажность меняется, и процент влажности резко увеличивается. Дополнительную величину пометной массы (воды) можно определить по формуле:
В зависимости от влажности помет подразделяют: твердый с влажностью до 70 %; полужидкий - 71-92 %; жидкий - 93-97 %; стоки -более 97 %. От влажности помета зависит сила его прилипания к различным поверхностям. Максимального значения она достигает при влажности сырого помета 73-78 %, и колеблется в пределах 7-60 г/см2. Наименьшее значение сила прилипания приобретает при соприкосновении помета с такими материалами как стекло, пластик, нержавеющая сталь; наибольшее - с резиной, деревом, бетоном, асфальтом. Фазовое состояние и насыпная масса помета определяются влажностью (табл. 1.6). Неразбавленный водой помет способен усыхать. Усушка помета от молодняка в возрасте 1-40 дней: за 8ч - 12 %; через 12ч - 16 %; через 24ч -32 %. При клеточном содержании усушка помета кур и молодняка старшего возраста составляет через 8ч - 10 %; через 12ч - 13 %; через 24ч - 27 %. В условиях напольного содержания птицы процесс усушки ускоряется. За 12ч усушка помета у индеек, уток и гусей составляет 35 %, у кур - 50 %.
По общепринятой оценке суточный выход помета от одной птицы равен, примерно, удвоенной норме потребляемого, за то же время, сухого корма. По данным начало 90-х годов, выход помета, по птицеводческим предприятиям России, составлял 28 млн. т., около 15 млн. т. использовалось на полях как органическое удобрение. Остальные 13 млн. т., в качестве переходящих остатков, оставались в хранилищах или на площадках компостирования, являясь источником возможного заражения окружающей среды. Однако следует отметить, что птичий помет не только высокоэффективное удобрение, но и сырье для получения различных химических препаратов, кормовых белковых добавок для крупного рогатого скота, горючего биогаза и т.д. На птицефабриках с различным способом содержания птицы получают различные виды помета [154]:
- бесподстилочный;
- подстилочный;
- полужидкий и жидкий.
Бесподстилочный помет получают при напольном содержании птицы на сетчатых или планчатых полях, а также в клеточных батареях, оборудованными проточными желобковыми поилками (КВН-2, КБР-2, БКН-3, СН-Ф-2.8, 2Б- 3, ККТ, ЕКТ). При таком содержании птицы помет не разбавляется водой, и в процессе временного хранения подсыхает. Содержание помета: влаги, примерно - 70%; органического вещества - 24%; золы - 6%; общего азота - 1,6%; Р205 - 1,1%; К20 - 0,75%; рН 6,9 [21,155].
Подстилочный помет получают при напольном содержании птицы, с применением в подстилке различных видов органических материалов: опилки, измельченная солома, волокнистый торф. Влажность торфа не должна превышать 50%, а других видов подстилки - 30% (табл. 1.7).
Моделирование отдельных технологических вариантов термической сушки для производства органических удобрений
Моделирование технологических установок для производства органических удобрений на основе отходов птицефабрик (модели второго уровня) реализуется посредством моделирования отдельных технологических операций, последовательное выполнение которых приводит к получению определенного вида органического удобрения.
Для описания системы рассмотрим информационную модель функционирования системы по производству органических удобрений (рис.2.26.). Такая система обычно имеет / входных и у выходных процессов. Часть входных процессов является управляющими и определяется и-мерным вектором В (Ъ],Ь2,...,Ьп) включающим объемы работ в заданных технологических параметрах и р-мерным фактором X (xhx2, —,хр), представляющим набор технологических систем и агрегатов. Другая часть входных воздействий представляется т мерным вектором Е (еі,Є2,...,е„), является неуправляемой помехой и характеризует зональные природно-климатические условия, такая помеха оказывает влияние на выходные характеристики системы. Выходные характеристики системы определяются и-мерным вектором В (Ъ \,Ъ 2,—,Ь ц}, представляющим объем выполненных технологических операций в оптимальные сроки. Выходной к-мерный вектор со ((01,002,...,(0]) содержит критерии комплексной оценки эффективности функционирования системы.
Составляющие вектора со являются дополнительные оценки со , которые устанавливаются в зависимости от структуры построения технической оснащенности и временного интервала функционирования системы. Если часть выходов В и X зависят от Е, Х и В, то должны иметь место неравенства вида xjiS (X, Е, В) 0. Это неравенство отражает ограничения, накладываемые на свободу выбора параметровХ(хц,х12, ...,xjj, выделенных в пространстве управляемых параметров в области D, где определены их допустимые значения. Границы этой области зависят от неуправляемых факторов Е, т.е. от природно-климатических условий влияющих на выбор технологий, состав и структуру технических средств, а также их использование. Таким образом, задача проектирования адаптивных технологий, имеющих оптимальные показатели в заданных условиях, заключается в максимизации или минимизации критерий комплексной оценки эффективности функционирования системы со путем соответствующего выбора управляемых векторов, удовлетворяющие заданные требования.
Для проектирования предлагаемых технологий (на основе адаптивных технологий) нами рассмотрен процесс их формирования и наиболее эффективные способы технических операций для их выполнения.
В данной работе освещена разработка метода, обеспечивающего проектирование технологий наиболее приспособленных к природно-климатическим и экономическим условиям, имеющих высокую экологичность и наибольшую ресурсоэкономичность, при ограниченной априорной информации и изменяющихся условиях работы.
При проектировании сложной системы необходимо стремиться, чтобы система в целом была оптимальной, а полученное проектное решение иерархически согласованным. При проектировании мы стремимся увеличить производительность, надежность, гибкость, универсальность технологии при снижении удельных энергозатрат, металлоемкости, себестоимости продукции и др. Как правило, улучшение одних показателей приводит к ухудшению других.
Поэтому при проектировании технологий по утилизации отходов птицеводства необходимо из всего множества вариантов определить допустимое подмножество, которое удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к технологии в заданных условиях и имеющим наилучшие показатели. Только обеспечение данных условий позволит сделать конкурентоспособной проектируемую технологию и получаемую в результате ее реализации продукцию (сушеный птичий помет).
При оптимальном проектировании мы основываемся на единстве следующих операций: формализация технологий по переработке отходов птицеводства с целью производства органических удобрений; построение обоснованной математической модели или иерархии моделей; обоснование вектора критерия качества, учитывающего все необходимые показатели технологии; формирование необходимых баз исходных данных для проектирования технологий; проектирование допустимого и паретооптимального множества вариантов проекта, их анализ и выбор наиболее предпочтительного для заданных условий. При этом процесс проектирования должен быть по возможности строго формализован. Однако жесткая фиксация структуры и характера исходной информации, и информации получаемой в результате анализа, приводит к низкой эффективности процесса анализа и проектирования. Эффективность процесса проектирования технологий повышается при использовании диалогового режима работы ЭВМ, позволяющего сочетать огромные вычислительные ресурсы с опытом и способностями специалиста, проектирующего адаптивные технологии.
11 Структура проектирования технологий должна содержать следующие основные этапы:
- первый этап - производится формализованное описание системы при постановке задачи, раскрывающей алгоритм функционирования системы, взаимодействия входных и выходных показателей;
- второй этап - предусматривает разработку математической модели. Для больших многопараметрических систем это, как правило, комплекс математических моделей различного вида, обеспечивающих моделирование процессов происходящих в отдельных составляющих системы и взаимосвязи с ними;
- третий этап - обосновываются вектора критериев оценки эффективности функционирования системы, учитывающих все основные показатели объекта;
- четвертый этап - сбор и обработка информации об условиях функционирования системы. В нашем случае это информация о природно-климатических, экологических, экономических и др. условиях и ее статистический анализ;
- пятый этап - основной этап, предусматривает проектирование технологий и технических операций в диалоговом режиме, что является ординалистической трактовкой проектирования, предусматривающей участие человека в выборе варианта практически на этапе проектирования. При этом, ЭВМ, в основном, отводятся функции оперативного расчета элементов системы на основе существующих математических моделей.
Диалоговый режим работы позволяет проектировать типовые или планируемые технологии, как для основных природно-климатических зон, так и для отдельных хозяйств на основе заданных условий реализации технологий. На последующих этапах проектирования осуществляется анализ результатов проектирования и проверки адекватности математических моделей.
Для формирования технологии сделаем следующие предпосылки:
- на всех ее этапах в качестве предмета труда выступает один и тот же продукт (сырой птичий помет), физико-механические и агробиологические свойства которого изменяются целенаправленно в сторону необходимого конечного показателя; начальное состояние помета Хо имеет один и тот же вектор содержания птицы и технико экономическими затратами на ее содержание;
вид получаемого органического удобрения в результате использования технологий определяется вектором конечного показателя физико-механических и агробиологических показателей полученного сушеного птичьего помета ХТ. Процесс получения сушеного птичьего помета из отходов птицефабрик является сложной многопараметрической системой, модель функционирования которой имеет многоступенчатую структуру включения в себя моделей отдельных процессов, явлений и их взаимосвязь. На всех этапах функционирования технологии она подвержена действию случайных возмущений, обусловленных как объективными природно-климатическими факторами, так и субъективными - спецификой хозяйственной деятельности человека. На каждом из этапов создания и функционирования технологии принимаются решения: при проектировании - по обоснованию основных параметров; при эксплуатации - по управлению режимами и параметрами. Решения, принимаемые при проектировании, относятся к стратегическим, так как они определяют основные прогнозные параметры, 117 техническое обеспечение технологии и нацелены на обоснование и выбор технологий. Решения, принимаемые при эксплуатации технологии, направлены на корректировку отдельных технологических вариантов или операций в зависимости от изменяющихся объективных и субъективных условий. Проектирование технологий является основным этапом при создании технологии, так как от него зависят основные показатели, как производительность, стоимость продукции, ее качественный состав. Рассмотренные выше структурные схемы технологий (см. рис.2.25.) реализуются при помощи технических средств, предназначенных для выполнения конкретных операций. Эффективность каждого варианта зависит от уровня их адаптации к природно-климатическим и социально-экономическим условиям. В качестве типовых вариантов технологий берутся установки, разработанные творческими коллективами ученых НИИ и специалистами птицеводческих хозяйств РФ.
Модель движения газовой фазы в пылеулавливателе (циклоне) со встречными закрученными потоками
Из вспомогательного оборудования сушильной установки особое значение имеет пылеулавливающие аппараты, тем более что почти все сушилки с активными гидродинамическими режимами работают с частичным или полным выносом из сушилки готового продукта [5].
Для осаждения пыли и высушенного продукта применяют пылеулавливатели следующих типов: камерные, инерционные, центробежные (циклон) и др.
Наибольшее распространение в системах пыле очистки получили простые в изготовлении циклоны (рис.3.12), надежно функционирующие при высоких давлениях и температурах (до 500 С) газов при почти постоянном гидравлическом сопротивлении [64].
Циклон работает следующим образом: в цилиндрическую часть аппарата с большой скоростью, тангенциально вводится запыленный поток. Опускаясь вниз, он делает сначала несколько оборотов по периметру цилиндра, а затем ряд спиралей меньшего диаметра и выходит из аппарата по центральной трубе. Частицы пыли отделяются под действием центробежной силы в процессе вращения потока в аппарате, оседает на внутренней стенке и сползает в суженную коническую часть, откуда попадает в пылесборник.
Особое место в пылеулавливающей технике занимают пылеулавливатели со встречными закрученными потоками (ВЗП), которые отличаются от высокоэффективных циклонов более высокой степенью генерации [72]. На (Рис.3.13) приведена схема физической модели движения очищаемого газа в сепарационной зоне аппарата ВЗП. В данной модели приняты следующие основные допущения. Жесткая граница раздела потоков - первичного, подаваемого из нижнего входа и вторичного из верхнего тангенциального входа. Вторичный поток подразделен на две части. Одна часть идет до отбойной шайбы, на поверхности шайбы меняет направление движения и далее, совместно с первичным потоком, выходит из сепарационной зоны через выхлопной патрубок. Другая часть вторичного потока газа, продвигаясь по сепарационной зоне, постепенно переходит в первичный поток на границе раздела г и, смешиваясь с ними, выводится через выхлопной патрубок [133].
Принимаем допущение, что эта часть вторичного потока полностью переходит в первичный на уровне отбойной шайбы.
Обозначим эту часть потока aL2, где а - доля вторичного потока газа переходящий в первичный через границу раздела потоков ч . Расход газа, переходящего по высоте сепарационной зоны, характеризуется радиальной компонентой скорости вторичного потока на границе раздела потоков ч . Апроксируем изменение радиальной компоненты скорости на границе раздела потоков по высоте сепарационной зоны аппарата в виде квадратичной параболы
Выбор квадратичной зависимости определен по аналогии с тем, что уравнение поверхности массы жидкости, находящейся во вращающемся вокруг своей оси цилиндре, описывается квадратичной зависимостью. Исходя из того, что принята граница раздела первичного и вторичного потоков в виде цилиндра, сохранения линейной зависимости убывания энергии вторичного потока по высоте (omz = Hdoz = 0) принимаем расход массы вторичного потока по высоте в виде квадратичной зависимости.
Изменение расхода вторичного потока газа L2(z) по высоте сепарационной зоны можно выразить в виде
dL2 (z) = Wr2 (r, )2mdz = -2яг.к(Н - z)2. (3.84)
Интегрируя уравнение (3.84) при граничных условиях L2 =H) = L2;
L2(z=o) = (1- a)L2 определим значение коэффициента к
Технологическая схема и конструктивные элементы пневмотермическоЙ установки
Технологическая схема и макет цеха по производству высокоэффективного удобрения представлены на рис. 4.7. Комплексные исследования, выполненные автором и сотрудниками ЗАО "Холдэкс" показали, что пневмотермическая технология сушки помета позволяет получать обеззараженный сушеный птичий помет со значительным содержанием питательных веществ, для растений [146,179,183].
По данной технологии нашей фирмой завершены основные НИР и ОКР, изготовлено и смонтировано технологическое оборудование для оснащения производства по переработке 150 тонн сырого птичьего помета в сутки (птицефабрика "Родниковская" и "Комсомольская" Пермской обл.).
Бункер - накопитель (поз. 2) объемом 75 м обеспечивает работу производства в трехсменном режиме, независимо от сменности работы технологического транспорта подвозящего сырой помет. Технические решения и особенности внутренних узлов бункера - накопителя позволяют:
- перемешивать помет, смешивать (растворять) его с минеральными удобрениями и другими добавками;
- дозировать помет (смесь) за счет открывания горловины подающей трубы;
- предохранять от попадания в технологический процесс инородных предметов;
- уменьшать влажность исходного сырья.
Бункер - накопитель герметичен, следовательно отсутствуют запахи в цехе (поз.4).
Топка (поз.8) представляет собой цилиндрический сварной аппарат, который состоит из двух концентрично расположенных обечаек, футерованных изнутри огнеупорным кирпичом. В пространстве между обечайками, через специальные окна в наружной обечайке, поступает воздух, который охлаждает внутреннюю часть ее и в нагретом состоянии поступает в топочное пространство. В топочном пространстве нагретый воздух смешивается с продуктами сгорания топлива, образуя сушильный агент. Типы горелочных устройств и приборы контроля факела горения устанавливаются в зависимости от вида (дизельное топливо, мазут, природный газ) и количества сгораемого топлива. Максимальная тепловая напряженность топочного объема 350 кВт/м .
Труба - сушилка (позії) выполнена из стальной трубы диаметром 800 мм, теплоизолированная снаружи минераловатным утеплителем и защищена алюминиевым листом, общая длина 25 м, снабжена люками для чистки и ревизии. Гидравлическое сопротивление трубы-сушилки 200 мм.вод.ст. В зоне входа эжектора - диспергатора в трубу - сушилку имеется технологический отсек, используемый для ревизии и наладки оборудования.
Питатель-шнековый (поз. 5) предназначен для подачи сырья в эжектор и снабжен редуктором, приводимым в движение электродвигателем постоянного тока (позволяющий регулировать частоту вращения) мощностью 1,1 кВт. Обороты шнека, а, соответственно, количество проходимого сырья через шнек, меняются при помощи реостата.
Эжектор - диспергатор (поз.7) подает в сушилку сжатым воздухом сырой птичий помет, в диспергированном виде, в газовоздушный поток, который высушивает его и транспортирует к пылеосадительной камере. Эжектор устанавливается с торца трубы-сушилки на расстоянии 1,0-1,5 м и оснащен съемными головками диаметром 8-12 мм.
Пылеосадительная камера (поз. 12) предназначена для осаждения крупных частиц (до 10 мм.) готового продукта. Пылеосадительная камера выполнена в виде отбойной камеры, расположенной в верхней ее части, и осадительной камеры прямоугольного сечения, снабженной двумя конусными емкостями. В нижней части, каждой из них, смонтированы ячейковые разгрузители сухого продукта. Пылеосадительная камера теплоизолирована минераловатными плитами.
Циклоны (поз. 13), со встречными закрученными потоками (ВЗП), являются второй стадией очистки от технологической пыли, которая через разгрузители поступает на грануляцию и фасовку, предварительно пройдя решетную сепарацию.
Дымосос (поз. 21) создает рабочий процесс в трубе-сушилке, протягивая газовоздушную смесь через осадительную камеру, циклон, затем обеспыленную газовоздушную смесь выбрасывает через дымовую трубу в атмосферу.
Гранулятор (поз. 9) после решетного сепарирования методом прессования производит гранулы пригодные для машинного внесения в почву. Гранулятор переоборудован из отечественного гранулятора витаминной муки с изменением рабочего хода материала в матрице.
Фасовочная машина (поз. 17) отечественного производства «Иж-пак», производительность расфасовки 1,5 т/час.
Компрессора (поз. 2 7) объединены через ресивер объемом 10 м в общую систему и обеспечивают, сжатым воздухом, основные технологические агрегаты (топка, эжектор) и вспомогательное оборудование (фасовочную машину, гранулятор).
Автоматическая система (пуск-остановка) позволяет поддерживать необходимое давление в ресивере и, при необходимости, производить ревизию и осмотр каждого из компрессоров без остановки технологического процесса.
- жидкий (W 96%) - на биоэнергетической установке для метанового сбраживания с целью получения биогаза и использование его при пневмотермической сушке в качестве топлива [176]. Строительство технологического комплекса по утилизации птичьего помета позволит улучшить экологическую обстановку в районе птицефабрик и производить высококонцентрированное органическое удобрение. Ввод в действие данного производства позволит уменьшить радиус распространения загрязнений атмосферного воздуха от мест хранения и утилизации птичьего помета на 30-40%, полностью ликвидировать выплод мух, неприятный запах, в 3-4 раза уменьшить химическое и бактериальное загрязнение атмосферного воздуха, в 100-1000 раз уменьшить микробное загрязнение помета, полностью уничтожить яйца гельминтов, лишить всхожести семена сорняков находящихся в помете. Важным вопросом технологии сушки дисперсных материалов, во взвешенном состоянии, является выделение высушенного продукта из потока теплоносителя, и санитарная очистка последнего перед выбросом в атмосферу. Особенно тщательная очистка газа от пыли продукта требуется при применении схем сушки с рециркуляцией сушильного агента.
Расчет динамики дисперсной фазы в потоке газа, совершающего вращательное движение в циклоне, показывает возможность осаждения на стенку самых мелких пылевидных частиц всего за несколько циклов. Однако, на практике, даже самые лучшие по конструкции циклоны не обеспечивают 100%-ной степени очистки газов от сравнительно грубодисперсных продуктов. Поэтому, в производственных условиях применяют громоздкие схемы пылеулавливания, включающие циклоны (одиночные и батарейные), рукавные фильтры, скрубберы. При таком аппаратурном оформлении узлы пылеулавливания требуют значительные производственные площади и затраты на обслуживание [138].
