Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1 Анализ современных способов переработки птичьего помета 7
1.2 Безотходная энергосберегающая технология переработки птичьего помета 15
1.3 Использование птичьего помета переработанного в условиях анаэробного сбраживания... 19
I.4 Классификация существующих способов и средств обезвоживания дисперсных средств 22
1.5 Анализ работы барабанных фильтров 33
1.6 Краткий анализ исследований по центробежному фильтрованию 40
1.7 Выводы по разделу 48
1.8 Цель и задачи исследования 49
2. Экспериментально-теоретическое исследование процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане 52
2.1 Особенности процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане 52
2.2 Теоретическое исследование рабочего процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане 57
2.3 Определение режимных и конструктивных параметров работы обезвоживающего устройства 64
2.4 Определение производительности обезвоживающего устройства 68
3. Программа и методика экспериментальных иследований 76
3.1 Программа исследований 76
3.2 Условия и место проведения экспериментов 78
3.3 Методика определения физико-механических свойств сброженного птичьего помета и его фаз 78
3.4 Методика определения параметров фильтрующего элемента 89
3.5 Описание экспериментальной установки и методики исследования процесса фильтрования 92
3.6 Техника обработки экспериментальных данных 97
4. Результаты эксперементальных исследований и их аналиЗ 101
4.1 Результаты определения физико-механических свойств сброженного птичьего помета и его фаз 101
4.2 Результаты экспериментов по выбору параметров фильтрующего элемента 111
4.3 Результаты определения оптимальных режимов работы установки для обезвоживания сброженного помета 114
4.4 Результаты экспериментального исследования фильтрующего барабана при обезвоживании сброженного птичьего помета 121
4.5 Выводы 121
5. Технико-экономическое обоснование применения фильтрующего барабана для обезвоживания сброженного помета 124
5.1 Описание существующей и предлагаемой технологических линий по переработке отходов птицеводства 124
5.2 Технико-экономический расчет технологической линии по переработки отходов птицеводства 128
Общие выводы и предложения 135
Литература 137
Приложения 149
- Анализ современных способов переработки птичьего помета
- Теоретическое исследование рабочего процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане
- Методика определения физико-механических свойств сброженного птичьего помета и его фаз
- Результаты определения оптимальных режимов работы установки для обезвоживания сброженного помета
Введение к работе
Одним из наименее изученных вопросов и нерешенных проблем птицеводства России, является утилизация огромных объемов птичьего помета. И хотя возникшие в стране и отрасли экономические трудности отодвинули эту тему на задний план, она не потеряла своей актуальности.
Несмотря на то, что с 1990 года объемы производства продукции птицеводства сократились более чем на 60% [35], выход сырого птичьего помета только в Ставропольском крае оценивается цифрой около 300 тыс. т в год. Причем основная часть этого количества отходов накапливается в виде переходящих остатков в хранилищах [61]. Для многих птицефабрик характерно, что огромные пометные массы скопились в оврагах, вблизи рек и населенных пунктов, представляя серьезную опасность для людей, животных и растительности. Практикуемый остаточный принцип планирования природоза-щитных мер, конструктивные и эксплуатационные недостатки технологического оборудования, просчеты проектировщиков, отсутствие законодательной базы - вот далеко не полный перечень причин сложившейся ситуации.
Помет обычно рассматривается как неизбежные, вредные и не имеющие особой ценности отходы производства. Однако мировой опыт [48, 65, 126] доказывает, что при использовании прогрессивных технологий, новейшего оборудования и рациональных форм организации труда он становится весьма ценным и дешевым сырьем для получения продукции, дающей значительную прибыль.
К такой продукции можно отнести высококачественные органические удобрения, энергоносители, кормовые добавки и т. п. Разработано множество различных способов переработки отходов птицеводства, однако их общий недостаток - отсутствие комплексного подхода к решению этой проблемы. Так, наиболее перспективным способом, является метановое сбраживание, которое, несмотря на все свои положительные стороны, оставляет нерешенными вопросы дальнейшей утилизации побочного продукта - жидкого сбреженного помета.
Использование жидкого сбреженного птичьего помета, учитывая его эпизоотическую безопасность и высокую питательность [75] в качестве жидкого органического удобрения, сдерживается сезонностью внесения и большими расходами на хранение и транспортировку. Эти обстоятельства диктуют необходимость разделения сбреженного птичьего помета на жидкую и твердую фазу с их последующим раздельным использованием.
Анализ способов и средств обезвоживания дисперсных сред с малой гидравлической крупностью частиц, характеризующей этот материал, показывает, что наиболее рациональным для этой цели способом является фильтрование. Однако потенциальные возможности метода фильтрования в существующих фильтрующих барабанах используются неэффективно. Конструктивное устройство известных устройств для обезвоживания не учитывают физико-механические особенности сбреженного птичьего помета и его фаз. Поэтому процесс обезвоживания жидкого сбреженного птичьего помета в фильтрующем барабане требует проведения дальнейших исследований, которым и посвящена данная работа.
Целью работы разработка научно обоснованных конструктивно-технологических параметров и режимов процесса обезвоживания сбреженного помета, обеспечивающего максимальное количество выделяемой влаги при сокращении времени обработки сырья.
Объектом исследований является технологический процесс обезвоживания сброшенного помета с помощью фильтрующего барабана.
Научная новизна исследований заключается в разработке конструкции фильтрующего барабана, а также исследование и обоснование его параметров и режимов работы. Впервые были изучены физико-механические свойства сбреженного помета в интервале 60...94% влажности.
Достоверность выводов и предложений подтверждается итогами экспериментальных испытаний и опытов в лабораторно-производственных условиях, а также результатами специальных измерений. Практическая ценность заключается в рекомендациях по обоснованию процесса обезвоживания сбреженного птичьего помета. Установлены режимы работы установки.
Результаты исследований апробированы на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК» г. Ставрополь, международная школа-конференция «высокие технологии энергосбережения» г. Воронеж, в материалах научно-практической конференции и школы семинара «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» г. Санкт-Петербург, в журнале «Известия вузов. Северо-Кавказский регион. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» г. Новочеркасск, в Центре информации и технико-экономических исследований АПК г. Москва, научно-технических конференциях СтГАУ.
По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных статей.
На защиту выносятся следующие вопросы.
1. Изучить количественное соотношение видов влаги в сбреженном птичьем помете и обосновать способ интенсификации процесса обезвоживания сбраживаемого помета.
2. Разработать конструкцию обезвоживающего устройства, а также рабочего органа и механизма привода для создания колебательного движения.
3. Исследовать физико-механические свойства сбреженного птичьего помета и его фаз, установить их влияние на интенсивность процесса разделения сбреженного помета.
4. Теоретически и экспериментально исследовать и обосновать режимы и параметры устройства для обезвоживания сбреженного помета и его фаз (осадка) в фильтрующем барабане, который совершает колебательное движение с определенной амплитудой и частотой.
5. На основе экспериментальных данных разработать номограмму для выбора параметров и режимов процесса обезвоживания сбреженного помета с максимальным выделением влаги.
Анализ современных способов переработки птичьего помета
Эксплуатация птицеводческих предприятий в настоящее время показала, что как ранее, так и на данный момент наиболее узким местом в технологии содержания птицы является утилизация птичьего помета. В результате на территории птицефабрик постепенно накапливаются огромные объемы птицеводческих отходов, которые негативно влияют на жизнедеятельность человека и создают угрозу окружающей среде.
Выход помета в отрасли птицеводства по данным [90] составляет около 22млн. тонн в гад. Свежий помет представляет собой массу серо-зеленого цвета пористой структуры. По своему механическому составу помет на 90...95% состоит из относительно твердых комочков, которые обладают большой внутренней и наружной пористостью. Его основу составляют мелкие фракции, остатки органических и минеральных кормов, семена различных растений [65].
Основная масса птичьего помета включает частицы размером 0,1... 1,0мм. Около 30% общей массы его составляют частицы размером менее 0,1мм. Мелкие фракции содержат больше органических веществ, чем крупные [17,65, 84]. В помете содержится значительно меньше воды, чем в навозе крупного рогатого скота и свиней. Влажность помета взрослой птицы при клеточном содержании колеблется от 80 до 94%. Этот показатель в основном зависит от возраста и породы кур, условий их содержания, кормления, применяемого оборудования, а также от температуры окружающей среды. Химический состав помета представляет собой сложную и неоднородную структуру, которая схематически представлена на рисунке 1.1. В пересчете на сухое вещество (СВ) в птичьем помете содержится 30,2...35,6% сырого протеина, 12,3...14,3% сырой клетчатки, 30,0...37,6% безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ), 3,4...5,0% жира и 11,5...16,6 % золы [30].
Наличие в исходном помете высокой концентрации питательных веществ (табл. 1.1), причем большей частью (до 70%) в форме органических соединений, делает его наиболее ценным органическим удобрением по сравнению с навозом других сельскохозяйственных животных [80].
Содержащиеся в помете гумусовые вещества улучшают структуру почвы и способствуют увеличению плодородия. Количество питательных веществ в птичьем помете также зависит от массы примесей (перьев, пуха) и микроэлементов, входящих в рацион птицы. В помете, где отсутствуют пух и перо, содержание азота составляет 1,57%, фосфора - 0,40%, калия - 0,35%). В помете с указанными примесями азот составляет 1,69%, фосфор - 0,62%, калий - 0,64%, т. е. присутствие в помете пуха и перьев способствует увеличению содержания азота, фосфора и калия [64,65].
Ценность помета как удобрения зависит от рациона кормов, потребляемых птицей. Для предварительных расчетов, согласно ОНТП 17-81, следует руководствоваться следующими данными по содержанию азота, фосфора и калия в процентах от массы свежего помета: азот общий - 6,2%, фосфор (Р2О5) - 3,5%, калий (К20) - 2,1% [64, 84]. Для определения удобрительной ценности помета рекомендуется рассчитывать количество биогенных веществ, учитывая содержание жидкого и сухого вещества в каждой фракции. При этом общее содержание азота в жидкой фазе помета принимают 50%, фосфора 40...50%, калия 70...80%. Содержание аммонийного азота составляет 25%.
Сырой птичий помет - быстродействующее эффективное органическое удобрение, и в то же время опасный источник загрязнения окружающей среды, почвы, водных источников, воздушного бассейна, создающего неудобства для населения при его транспортировке, хранении и внесении в почву в необработанном виде.
По физическому состоянию птичий помет включает в себя нерастворимые примеси, находящиеся в виде крупной взвеси размерами З...5мм и в виде суспензии с размерами частиц до десятых долей миллиметра и менее, коллоидные и растворимые включения, представляющие молекулярно-дисперсные частицы, образующие однофазные истинные растворы.
По своей природе входящие в птичий помет включения можно разделить на органические, минеральные и биологические. К органическим включениям (растительного и животного происхождения) относятся остатки корма из кормушек и кормовых веществ, не усвоенные организмом птицы, остатки мускульных тканей, клеевого вещества, перьевого покрова птицы и т.п. [17, 64, 66, 91]. Вещества органического происхождения являются основным компонентом птичьего помета.
К минеральным включениям относятся растворы минеральных солей, кислот и щелочей, частицы цемента из каналов пометоудаления, песка добавляемого в корм. Минеральные частицы составляют от 5...20% всех взвешенных веществ птичьего помета.
Биологические включения представляют собой различные микроорганизмы и бактерии, в том числе болезнетворные. Количество их зависит от распределения кислорода, состава загрязнения, температурного и гидродинамического режимов. Таким образом, птичий помет, по сравнению с отходами других сельскохозяйственных животных, обладает наибольшим энергетическим и питательным потенциалом и поэтому из него можно получить не только органические удобрения, но и другие полезные продукты.
Наиболее распространенным направлением утилизации помета, как ранее, так и на данный момент является его использование в качестве органического удобрения. Содержащиеся в помете гумусовые вещества улучшают структуру почвы и способствуют увеличению плодородия. Однако непосредственное внесение в почву помета с птицеводческих комплексов затруднено вследствие:
1. Неудовлетворительного состояния санитарно-гигиенических (наличие микрофлоры опасной для здоровья людей и животных) и агротехнических (присутствие большого количества семян сорных трав) характеристик птичьего помета;
2. Содержания огромного количества питательных веществ и потенциальной энергии (20000кДж/кг АСВ), вызывающих при внесении помета стрессовое состояние у почвенных микроорганизмов, призванных завершить деструкцию отходов;
3. Отрицательного воздействия на окружающую среду - распространение резкого запаха, загрязнение грунтовых вод и заражение почвы болезнетворными микроорганизмами.
Для решения проблемы обработки и утилизации птичьего помета разработано множество различных способов (рис. 1.2), отличающихся по конечному результату реализации их питательного и энергетического потенциала.
Из физических способов наиболее распространенными являются обезвоживание помета механическими (отстаивание, центрифугирование) и тепловыми (искусственная сушка) способами.
Механическое обезвоживание помета значительно отличается от обезвоживания навоза КРС и свиней в силу специфики физико-механических характеристик и химического состава помета. Способы, основанные на механическом действии должны решить задачу разделения помета на фазы: твердую и жидкую. Проведенный анализ современных устройств и оборудования не выявил таких, которые бы качественно выполнили данную задачу [67]. Поэтому применение фильтров, прессов, сепараторов и других аналогичных устройств не дает положительного эффекта.
Теоретическое исследование рабочего процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане
Анализ движения, которое совершает осадок, сформированный из твердой фазы сброженного помета, показывает, что это механическое колебательное движение, причем с одной степенью свободы. Сам осадок представляет собой систему, состоящую из твердых частичек органического вещества сброженного помета. Положение системы определяется одной обобщенной координатой S, а движение системы под действием приложенных к ней сил - изменением этой координаты с течением времени. Система совершает колебания в вертикальной плоскости . Расстояние, пройденное системой, определяется одной обобщенной координатой - углом
О между конечными плоскостями Оа и Ob , проходящими через центр тяжести осадка. Колебательное движение системы с одной степенью свободы относится к периодическим колебаниям, при которых значения физических величин S, изменяющихся во времени в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени Т: s{t) = s{t + T), (2.5) где t - время, с; Т - период колебаний, с. За период Т осадок совершает одно полное колебание. Число полных колебаний в единицу времени определяется как: _ 1 V-j, (2.6) где V - частота периодических колебаний, с"1. a) Поскольку осадок совершает периодические колебания, при которых изменение во времени физической величины происходит по закону синуса или косинуса, тогда такое движение можно представить в виде: s(t)=As\n(G) + p0)} (2.7) где s - отклонение колеблющегося осадка от его начального положения, м; А - амплитуда колебания, рад; о - начальная фаза периодических колебаний, рад; СО - частота колебания, рад/с. Колебательное движение передаются осадку посредством фильтрующего барабана, который в свою очередь приводится в действие от механической системы. Характер колебаний формируемых механической системой является вынужденным. Вследствие этого начальная фаза колебания теряет свой смысл, и движение осадка описывается уравнением: s(t)=Asm(a ). (2.8) Частота периодических колебаний связана с периодом колебаний соотношением: -у. (2.9) Выражение под синусом \р) ) является комплексной величиной и определяет фазу периодических колебаний.
Следовательно, фильтрующий барабан совершает периодические вынужденные колебания с частотой возмущающей силы. Амплитуда вынужденных колебаний барабана не зависит от начальных условий и времени. Предварительные поисковые опыты позволили определить значения основных величин, характеризующих периодическое колебательное движение осадка, состоящего из твердой фазы сброженного помета в фильтрующем барабане. Так, частота колебаний осадка составляет 4,89рад/с, амплиту 60 да колебаний равна 2,44рад, период колебания осадка равен 1с, при этом линейная скорость осадка находится в пределах 0,5.„0,7м/с.
На основании общей схемы работы устройства в фильтрующем барабане происходит фильтрование сброженного помета с образованием осадка при изменяющемся давлении и периодической подаче в барабан перерабатываемого материала. Движущей силой процесса фильтрования с образованием осадка является гидростатическое давление создаваемое над осадком и в его порах. При прохождении жидкой фазы через поры осадка развиваемое давление полностью расходуется на преодоление сопротивления слоя осадка и на сообщение жидкой фазе некоторой кинетической энергии. Значение величины этой энергии настолько мало, что ею можно пренебречь. Гидростатическое давление слагается из давления, создаваемого центробежным полем и давления, создаваемого гравитационным полем.
При постоянной скорости сброженный помет в фильтрующем барабане будет находиться в состоянии относительного покоя. Для установления закономерностей этого состояния используем дифференциальное уравнение гидростатики Эйлера: dp = p-(Xdx + Ydy)y (2.11) где Р - давление в любой точке сброженного помета, Па; Р - плотность сброженного помета, кг/м ; л,У - проекция ускорения на координатные оси. В нашем случае на произвольно выбранную элементарную частицу сброженного помета будет действовать центробежная сила, проекции которой на координатные оси равна: Х = 0)2 -х. (2.12) Кроме того, на эту частицу будет действовать сила тяжести по направлению оси Y: Y = g. (2.13) Подставляя эти значения ускорений в уравнение (2.11), и интегрируя его, получим: _, U\UJ A I _ = 4—[+P-g-y+c {2M) Постоянную интегрирования найдем из условия, что при значении координат X — у = 0 избыточное давление на поверхности сброженного помета равно нулю, следовательно, постоянная интегрирования С = 0 . Далее, заменив плотность Р удельным весом У и текущую координату X радиусом вращения V фильтрующего барабана, найдем: Xі =Г2, (2.15) 2 2 У 2g 2Л6 Выражение (2.16) дает представление о мере соотношения центробежных и гравитационных сил. Давление центробежных сил найдем, умножая правые части выражений (2.15) и (2.16) на удельный вес У и вычитая почленно, получим: 2 2 2g (2-17 Радиус Г в выражении (2.17) является средним радиусом сечения гс осадка сброженного помета, который равен половине сумме радиусов всей высоте осадка в барабане и определяется выражением: rc- 2 , (2.18) а полная сумма радиусов осадка равна высоте всего слоя осадка и обозначается h, т. е. /-,+г2 =А( (2.19) где г\ - расстояние от оси барабана до нижнего слоя осадка, м; J 2 - расстояние от оси барабана до верхнего слоя осадка, м. После подстановки новых значений в уравнение (2.17) и соответствующих преобразований запишем: Q)2-r-h-rc g . (2.20) Величина представляет собой фактор разделения Fr для среднего радиуса гс осадка. В итоге полное давление на осадок в центробежном и гравитационном поле можно определить выражением: P = Fr-Pr, (2.21) где Рг - гидростатическое давление осадка, Па; Fr фактор разделения. Гидростатическое давление высоты слоя осадка определяется выражением: PT=Y-h. (2.22)
Следовательно, при центробежном осаждении давление увеличивается по сравнению с гидростатическим давлением в гравитационном поле пропорционально фактору разделения. Совместное действие давлений является движущей силой процесса, от которой зависят его технологические параметры.
Методика определения физико-механических свойств сброженного птичьего помета и его фаз
Из физико-механических характеристик сброженного птичьего помета и его фаз экспериментально исследовали: влажность, количественное соотношение влаги различных видов, плотность, гранулометрический состав, вязкость, количественное соотношение влаги различных видов и фрикционные свойства.
Методика определения влажности сброженного птичьего помета и его фаз Влажность исходного сброженного помета, твердой и жидкой фаз определяли по общепринятой методике в соответствии с ГОСТ 13496.3-80 в лабораторных условиях, путем высушивания проб (массой 15г) в сушильном шкафу при температуре 105С до постоянной массы [28]. Для получения не 79 обходимой влажности массу увлажняли. При этом количество увлажняемой влаги определяли по формуле: где Мв - масса добавляемой воды, кг; Мм - масса увлажняемого материала, кг; " - заданная влажность материала, %; "1 - влажность материала до увлажнения,%.
Методика определения количественных соотношений влаги.
Изучение количественного соотношения видов влаги в сброженном помете имеет немалое значение, позволяющее оценить возможности механических средств при его обезвоживании [91] и наметить пути интенсификации процесса обезвоживания.
В основу проведения опытов был положен метод тепловой сушки. В состав лабораторной установки входят: инфракрасная обогревательная лампа 250Вт, регулятор напряжения, весы ВЛК-500, термопара и плоская фарфоровая чаша. В качестве прибора для измерения времени, использовали секундомер. Температура воздуха в помещении составляла 20...22С. Влажность сброженного птичьего помета изменялась в диапазоне 88...95%. Опыт проводился следующим образом. После установки шкалы весов ВЛК-500 на ноль замеряли массу фарфоровой чашки, затем в нее заливали порцию тщательно перемешенного осадка слоем 10мм. После определения массы навески одновременно включали лампу и секундомер. В процессе сушки исследуемой навески через каждые 120 секунд производили отчет показаний шкалы весов и замеряли температуру в зоне сушки, которая на протяжении всего опыта оставалась постоянной Ю4...105С. После полного выпаривания вла 80 ги, о чем судили по прекращению изменения массы, опыт прекращали. После каждого опыта по результатам замеров расчетным путем определяли влажность каждой навески в заданный промежуток времени и интенсивность сушки. По результатам опыта строили графики.
Методика определения плотности сброженного помета
Плотность жидкой фазы помета Ржф определяли весовым методом с помощью пикнометра, а сухого вещества, твердой фазы и исходного помета различной влажности с помощью мерной колбы [79, 109]. Так как твердая фаза помета содержит частицы с плотностью меньше, чем плотность жидкой фазы, то в качестве жидкости для измерения объема пробы, помещенной в мерную колбу при определении плотности сухого вещества, твердой фазы и исходного помета, использовали керосин. При определении плотности использовали следующие приборы и оборудование: весы аналитические ВЛКТ-500 с точностью до ОДг; пикнометры емкостью 500... 1000мл; шкаф сушильный. Численное значение плотности определяли по следующей методике. Плотность жидкой фазы помета определяли как: ЖФ у , (3.2) п где М. п __ масса пикнометра вместе с пробой, кг; Мпс -масса высушенного пикнометра, кг; п - объем пикнометра, м3. Плотность сухого вещества, твердой фазы и исходного субстрата: где "Я. мсум - суммарная масса мерной колбы, пробы и объема керосина, кг; Ммс -масса высушенной мерной колбы, кг; м - объем мерной колбы, м3; к - объем керосина, м3. При определении плотности сброженного помета указанным способом, основным условием является постоянная температура окружающей среды, которая поддерживалась в пределах 20С.
Методика определения гранулометрического состава
Выбор фильтрующей перегородки во многом зависит от гранулометрического состава частиц сброженного помета. Размер частиц влияет не только на скорость движения их в среде, а также, в конечном счете, на качественные показатели установки.
Существует несколько способов определения размера частиц [31]: микроскопический анализ; метод с использованием зависимости скорости движения твердых частиц в среде от их гидравлической крупности; метод ситового анализа. Наиболее эффективным из перечисленных методов в нашем случае является метод ситового анализа [63]. В процессе исследования использовали оборудование представленное на рис. 3.1.
Методика определения вязкости сброженного помета.
Для исследования реологических свойств дисперсных сред, в частности помета, в экспериментальной практике используются различные типы вискозиметров [I, 12, 32, 113]. Наиболее совершенными приборами являются вискозиметры ротационного типа (РВ), в основу разработки которых положена теория пластического потока [71,93,94,108].
Методика определения фрикционных свойств сброженного помета и его фаз Фрикционные свойства птичьего помета: коэффициенты трения скольжения J с и покоя J п остальную поверхность, поверхность фильтрующей перегородки и коэффициенты внутреннего трения покоя помета в зависимости от его влажности, нормального давления и скорости перемещения кома, определяли на специальной лабораторной установке. Аналогичная схема установки использована рядом исследователей для определения коэффициентов трения различных материалов [51].
Результаты определения оптимальных режимов работы установки для обезвоживания сброженного помета
На основании теоретических исследований, а также отсеивающими экспериментами установлено, что наибольшее влияние на процесс обезвоживания оказывают следующие факторы: - амплитуда колебаний фильтрующего барабана А , град; - частота колебаний фильтрующего барабана V, с"1; - время фильтрования одной порции t, с. Факторы и их уровни варьирования представлены в таблице 4.1. Опыты проведены по матрице плана Бокса-Бенкина (табл, 4.2) в последовательности, имеющей случайный характер.
Пользуясь таблицей случайных чисел, была принята следующая последовательность опытов: 3й, 2й, 7й, 9й, 12й, Iй, 4й, I Iй, 13й, 10й, 5й, 8й, 15й, 6й, 14й. За критерий оптимизации были взяты влажность твердой фазы субстрата " Тф и влажность жидкой фазы Жф. Результаты реализации некомпозиционного плана Бокса-Бенкина представлены в приложении 12.
Пользуясь матрицей планирования полного трехфакторного эксперимента, была проведена обработка данных известным методом и составлена статистическая математическая модель в кодированном виде: Уи-шф = 67,92385-1,07Хг 6,49125Х$+0,055Х}Х2 + , - jmv2 , A OJ- V2 » (4-1) + 0,3875Х2Х3 + 4,03987X1 +2,402Х22 + 4,842Х2 (4.2) уІГжф=97,91857 + 0,00367Х, - 0,08125Х2-0,3325Х3 - 0,625XtX2 -0,1Х,Х3+0,095Х2Х3 + 0,05303Х23 В натуральном виде: Wm =395,60358-2,8975644-A-173,05753-v-0,234465 t+0,016l7&A-v+ +0,0I8995-vt+0,0100996-А2+83,117023V+0,0003 362, (4.3) Ww4 =94,15495+0,0285498-A+3,2132I3-v+0,00715 t-0,018382-A-v -0,0000416-A - 0,0046568-vt+0,000003frt2. (4.4) Полученные уравнения регрессии устанавливают зависимость между параметром оптимизации - влажности твердой фазы - "Жф, влажностью жидкой фазы - тф и амплитудой колебания, частотой колебаний и временем 1-го цикла фильтрования.
С помощью критерия Кохрена была определена оценка однородности дисперсий. С помощью критерия Стьюдента проверена гипотеза о значимости коэффициентов уравнения рефессии. Установлено, что коэффициенты Ь%тф, Ь ф, Ь [жфу Ь%2жф являются незначимыми. Пользуясь критерием Фишера, проверена адекватность математической модели. Выяснено, что полученная математическая модель адекватна.
Используя адекватную математическую модель, геометрической интерпретацией которой является поверхность отклика, были составлены в кодированном и натуральном видах уравнения сечений поверхности отклика, и построены двумерные сечения поверхностей отклика.
Из анализа уравнения кривых (изолиний) равного отклика следует:
1. Из трех регулированных факторов в исследуемых пределах наибольшее влияние на параметр оптимизации WTB ф оказывает время одного цикла Хз, а наименьшее частота колебаний Х2.
2. Из трех регулированных факторов в исследуемых пределах наибольшее влияние на параметр оптимизации W ф оказывает время одного цикла Хз, а наименьшее амплитуда колебаний Хз 3. С увеличением времени цикла более 240...250 с, влажность твердой фазы приближается к некоторому предельному значению и остается постоянной (рис. 4.11), это объясняется удалением свободной и физико-механической влаги. Полученные результаты хорошо согласуются с данными экспериментов по определению соотношений влаги различных видов в сброженном помете.
4. При увеличении амплитуды колебаний влажность твердой фазы WTB1f, увеличивается, влажность жидкой фазы W ф также увеличивается.
5. При увеличении частоты колебаний влажность твердой фазы WTBfl увеличивается, а влажность жидкой фазы WK ф уменьшается. Двумерные сечения, наиболее значимые для дальнейшего исследования, представлены на рис. 4.11 -4.17.
В результате определения рациональных конструктивно технологических параметров экспериментального фильтрующего барабана при помощи построения поверхности отклика выявлено, что высокое качество обезвоживания сброженного птичьего помета (У№теф 68%, уІУжф 98%) обеспечивается при линейных размерах фильтрующего барабана диаметра D - 0,17 м, длины / = 1 м, наименьшее время обезвоживания и в следствии этого высокая производительность обеспечивается при угле наклона фильтрующего бара -1 бана 3, амплитуде А=140, частоте v=1с" и времени одного цикла t = 240с
