Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава І. СОСТОЯНІ-ГГ ВОПРОСА И РАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ . . 9
Общая характеристика бесподстилочного навоза крупного рогатого скота (КРС). Способы обработки и использования сесподстилочного навоза КРС для удобрения 9
Анализ различных методов разделения жидких неоднородных систем (суспензий). Вормы связи влаги с материалом 1*7
Обзор и анализ теоретических исследований по центробежному фильтрованию суспензий .... 22
Анализ существующих конструкций машин и аппаратов для разделения жидких неоднородных систем 29
Анализ путей усовершенствования фильтрующей центрифуги с ножевым съемом осадка 46
1.6. Выводы. Цель и задачи исследования 49
Глаза 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПІ^ПОСМЛКИ ПРОЦЕССА РАВШЕНИЕ
рд-ргрд п 4th*VP'D7V Н;т?~ црцфртдт/ф]? с;р
Кинетика процесса обезвоживания навоза в фильтрующей центрифуге 52
Определение производительности центрифуги . . 62
Определение производительности шнека для транспортирования осадка 66
Определение энергетических показателей центрифуги 67
Выводы 71
Глава 3. ПРОГРАММА И СТОЛИКА СЕСПЕ?лМЕЧТАІІЬНІ!Х
Ї/ТП Г ЦТ? ТГ]Ъ Д цт,г? 7)
Программа экспериментальных исследований . . 73
методика определения физико-механических свойств навоза КРС и его Вракций 74
Методика определения зависимости скорости фильтрования навоза КРС от основных параметров процесса 83
Методика исследования процесса обезвоживания навоза КРС в центробежном поле 89
Методика экспериментальных исследований фильтрующей центрифуги при разделении навоза К?С 92
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЗНСП^РИМЕНТЛЛЬНИХ ИССЛЕДОВАНИИ" И
ИХ АНАЛИЗ ТОО
Результаты определения физико-механических свойств жидкого навоза КРС и его фракций . . 100
Результаты определения параметров, характеризующих процесс фильтрования навоза КС? С . . . НО
Результаты исследований процесса обезвоживания навоза КРС в центробежном поле 117
4.4.Результаты экспериментальных исследований
центрифуги при разделении навоза Т{РС 121
4.4.1. Исследование сопряжения пары: "чож-фильтрую-
щая перегородка" 121
Влияние основных параметров на производительность и мощность центрифуги 129
Влияние исследуемых факторов на влажность твердой Фракции навоза 134
4.5. Выводы 144
г: Г\ітцГ\1'.іпгАЯ *^. п~тгт-ГТ1 т,т"5Ттр-/"*«рт, тлго^тттл1 лфлг>
ИССЛЕДОВАНИИ" 147
5.1. Выбор базового оборудования для расчета эко
номической эффективности результатов исслело-
л . X о
ваний 147
Расчет оптовой цены Фильтрующей центрифуги У0Н-Є35 \ . . . . 148
Расчет экономической эффективности применения центрифуги УОН-і'ЗН 149
б. ОБЩЕ ВИВОДИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 156
ЛИТЕРАТУРА 158
ПРИЛОЖЕНИИ 170
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" / 2 /, утвержденных ХХУІ съездом КПСС и Продовольственной программой, принятой майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС /3/ ставится задача всемерного увеличивания производства мяса и молока. Реализация поставленной задачи требует перевода животноводства на промышленную основу, его интенсификации путем специализации и концентрации поголовья. В условиях индустриального метода ведения животноводства весомым резервом органических удобрений является бесподстилочный навоз, накапливающийся в жидком виде в хранилищах животноводческих комплексов. В 1990 году в колхозах и совхозах Российской Федерации ожидается следующая структура производства навоза /98/:
Бесподстилочный полужидкий навоз влажностью 90^-391 млн.т
Бесподстилочный жидкий навоз влажностью более 95^-65 млн.т
Подстилочный навоз - 40 млн.т
Однако при создании крупных животноводческих ферм и комплексов промышленного типа возник ряд проблем, требующих скорейшего решения. Одной из таких проблем является переработка и использование жидкого навоза, получаемого в огромных объемах. Навозные стоки могут быть источниками загрязнения поверхностных и грунтовых вод, поскольку содержат яйца гельминтов и целый ряд возбудителей различных болезней /35,118,115/. Навозные стоки содержат ценные органические вещества, однако использование их в неперера-ботанном виде весьма ограничено из-за целого ряда отрицательных явлений /18,31,41,122/.
Следует отметить, что и в экономически высокоразвитых капиталистических странах вопросы утилизации жидкого навоза являются
острой проблемой /89,114/.
Известно несколько типов систем утилизации жидкого навоза, однако наиболее экономичными для крупных ферм и комплексов, позволяющими решить проблему защиты водных источников от загрязнения и получившими наибольшее распространение ^являются системы с разделением навоза на фракции, их последующей обработкой и использованием. Только при условии разделения на фракции бесподстилочного навоза можно использовать для удобрительных поливов и орошения по оросительным системам его жидкую фракцию, которая обеспечивает надежную работу дождевальных установок /48,76/.
Поскольку основным элементом системы, предусматривающей разделение навоза на фракции, является разделительная установка, то от ее эффективной работы зависит и эффективность всей системы. До настоящего времени серьезным сдерживающим фактором дальнейшей интенсификации животноводческих комплексов путем концентрации поголовья животных является отсутствие надежного и высокопроизводительного технического средства для фракционирования жидкого навоза. В типовых проектах животноводческих комплексов для механического разделения бесподстилочного навоза на фракции предусмотрено применение инерционного грохота ГР0І-52 из угольной промышленности, фильтр-пресса ВПО-20 (ЖН-68.) из пищевой промышленности, а также осадительной центрифуги 0ГШ-502К-4 из химической промышленности /86/. Как показал опыт эксплуатации, эти машины работают неэффективно и ненадежно при разделении жидкого навоза, в особенности навоза крупного рогатого скота, поскольку не учитывают особенности физико-механического свойства последнего /7,76,78,
Недостаточно высокий уровень механизации переработки и использования навозных стоков, несмотря на высокую стоимость сооружений (до k0% сметной стоимости строительства комплекса), не поз-
воляет рационально использовать стоки как органическое удобрение, обеспечивающее эффективность собственной кормовой базы /7/.
Внедрение, как выше отмечалось, эффективной технологической линии, предусматривающей разделение навоза на твердую и жидкую фракции, позволит с минимальными капиталовложениями /42/ и объемами строительных работ значительно улучшить использование бес-подстилочного навоза на удобрение /7,55,67/; "...уменьшение издержек производства обязано тому обстоятельству, что, ... применяются лучшие методы труда, новые изобретения, усовершенствованные машины, химические средства и т.д., короче, новые, усовершенствованные, стоящие выше среднего уровня средства производства ..." /I/.
Отсутствие надежных разделительных устройств для жидкого навоза крупного рогатого скота и недостаточность теоретических разработок, посвященных изучению процесса его разделения, определило направление данной работы, целью которой является исследование закономерностей процесса разделения навоза крупного рогатого скота и поиск эффективных технических средств, решающих эту задачу.
Проведенный анализ (стр. 36...49 диссертации) позволил выбрать в качестве объекта исследования фильтрующую центрифугу с ножевым съемом осадка, как наиболее отвечающую особенностям структуры навоза крупного рогатого скота.
Теория центробежного фильтрования материалов, способных к значительным изменениям плотности, каким является навоз, в непре-рывнодействующих центрифугах до настоящего времени изучена недостаточно.
Теоретическое изучение кинетики процесса фильтрования суспензий в непрерывнодействующей центрифуге позволило глубже понять
и составить приближенную 'модель процесса. Экспериментальные исследования подтвердили обоснованность принятой модели и допущений. Методика расчета технологического процесса центрифугирования основывалась, в соответствии с учением В.П.Горячкина /25/, на учете взаимосвязи физико-механических свойств продукта и конструктивно-режимных параметров, влияющих на рабочий процесс. В связи с этим экспериментально исследованы физико-механические свойства жидкого навоза КРС и его фракции. Лабораторные исследования процесса разделения навоза КРС через перфорированные перегородки позволили определить численные значения констант, входящих в аналитические выражения.
Практическим результатом исследований явилась разработка новой конструкции центрифуги производительностью до 100 м /ч., обладающей высокой надежностью, простотой конструкции, небольшими габаритами и металлоемкостью.
В результате экспериментальных исследований центрифуги усовершенствована конструкция ножевого механизма и определены оптимальные типоразмеры фильтровальной перегородки, а также получено уравнение зависимости ожидаемой влажности осадка от основных параметров процесса обезвоживания навоза.
Расчеты экономической эффективности центрифуги подтвердили ее высокие технико-экономические показатели. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения одной центрифуги от 3 тыс. до 8 тыс.руб. в зависимости от условия эксплуатации.
Реализацией исследований является внедрение центрифуги УОН-835 во Владимирской области на комплексе "Владимирский" по откорму молодняка КРС на 18 тыс. скотомест. Комиссией Президиума Совета Министров РСФСР по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов принято решение о выпуске 300
центрифуг в 1985 году для утилизации животноводческих стоков /80/.
Результаты исследований апробированы на научных конференциях МИИСП и ВНИИМ1.
По материалам исследований опубликовано 5 печатных работ.
На защиту выносятся следующие основные вопросы:
Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса разделения навоза КРС.
Результаты исследований физико-механических свойств жидкого навоза КРС и его фракций.
Результаты производственной проверки фильтрующей центрифуги при разделении навоза КРС на твердую и жидкую фракции.
Тематика исследований диссертационной работы отвечает задачам, поставленным "Долговременной программой мелиорации и повышения эффективности использования мелиорированных земель" принятой октябрьским (1984 г.) Пленумом ЦК КПСС /4/.
