Обоснование и разработка технологического процесса утилизации отходов птицеводства с использованием биогазовых установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПТИЦЕВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

СВАЛОВА МАРИАННА ВИКТОРОВНА

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» в ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор технических наук Владимир Вениаминович Касаткин

Официальные оппоненты: доктор технических наук Борис Иванович Вагин кандидат технических наук Трутнев Михаил Алексеевич

Ведущая организация - Государственное научное учреждение «Северо - западный научно - исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии)

Защита состоится 31 марта 2009 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д.220.060.06 в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» по адресу: 196601, Санкт - Петербург- Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, СПбГАУ ауд. 2. 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, а с авторефератом на сайте www.spbgau.ru

Автореферат размещен на сайте и разослан «_27_» _февраля___ 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.А. Смелик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В агропромышленном комплексе существуют предприятия повышенной экологической опасности, специфической характеристикой которых в настоящее время является то, что с наращиванием мощностей, увеличением объемов товарооборота, пропорционально возрастает их опасность для окружающей среды.

Представителем такого рода предприятий является птицеводческое хозяйство. Количество органических отходов, таких как куриный помет, скапливающихся на эффективно работающих птицефабриках, фактически превращает их в «экологическую бомбу» огромной разрушительной силы, отравляющую не только атмосферу самой птицефабрики, но и землю, и водные артерии, прилегающие к ней. По данным отечественных и зарубежных исследователей и практиков, используя прогрессивные технологии и правильно организовывая деятельность хозяйственного подразделения, руководители крупных птицефабрик могут превратить свои предприятия из «экологических бомб» в эффективные, экономически целесообразные и, главное, экологически чистые хозяйства. Основой такого перевоплощения является ценность утилизированных отходов, причем ценность многофакторная, так как утилизированный куриный помет используется для получения биогаза, а также является не только высокоэффективным многокомпонентным органическим удобрением, но и белковой кормовой добавкой и используется для выращивания шампиньонов

Актуальность отмеченной проблемы с её недостаточной теоретической и практической изученностью предопределила выбор темы диссертационного исследования.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Цель исследований. Обоснование энергосберегающей технологии утилизации птичьего помета на основе разработки и применении биогазовых установок.

Объект исследования. Птичий помет для получения высокоэффективного многокомпонентного органического удобрения и биогаза.

Предмет исследований. Экспериментальные и аналитические зависимости, характеризующие влияние параметров процесса на утилизацию отходов отрасли птицеводства.

Теоретической и методической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих ученых и специалистов отрасли по исследуемой проблеме. В процессе решения отдельных задач применялись аналитический, графический и расчетно-конструкторский методы, а также методики по оценке экономической эффективности работы.

Информационную базу исследования составляют материалы научных конференций, научно-техническая литература и публикации зарубежных и отечественных изданий.

Научная новизна исследования и технические преимущества по сравнению с аналогичными отечественными и зарубежными достижениями.

Проблема до сих пор решается либо на уровне подходов к созданию опытных образцов разрозненного оборудования, либо формированию завода по переработке помета на основе технологий, недостаточно экологически безопасных.

Исходя из этого научная новизна включает:

- использование методики структурной оптимизации по схеме сети Петри при разработке технологического процесса утилизации отходов птицеводства;

- обоснование научной предпосылки возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;

- обоснование полученных технологических закономерностей на основе микробиологической природы анаэробного распада, аккумуляции и использования энергии, освобождающейся в процессах утилизации отходов птицеводства;

- математическое моделирование процесса и получение научных зависимостей, расширяющих знания о разрабатываемом процессе;

- разработка модели утилизации отходов птицеводства с целью энерго- и ресурсосбережения на основе методики д.т.н Карпова В.Н.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основании проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана, изготовлена и апробирована установка для утилизации отходов птицеводства на Глазовской птицефабрике, удовлетворяющая технологическим требованиям.

Защищаемые положения:

- структурная модель технологии процесса утилизации отходов птицеводства;

- научная предпосылка возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;

- математическая модель процесса выработки биогаза, полученная на основе использования методики планирования четырехфакторного эксперимента;

- результаты экспериментальных исследований;

- теоретическое обоснование технологических закономерностей получения биогаза с использованием установок непрерывного действия;

- технико-экономическое обоснование целесообразности использования энергосберегающей технологии утилизации отходов птицеводства.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях: «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы», Ижевск, 2007; «Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождения Удмуртии в состав России», Ижевск, 2008г.

Публикации. Основные положения работы и результаты исследований опубликованы в 10 печатных изданиях, причем две статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, включая список использованных источников из 131 наименования, содержит 7 таблиц, 54 рисунка и 14 приложений.

энергосберегающий утилизация биогаз птицеводство

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение вопросов исследуемой проблемы, сущность выполняемой работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследования" на основе анализа научных и литературных источников исследуется проблема утилизации отходов птицеводства. В нашей стране недостаточно отработанных промышленных технологий, позволяющих масштабно решать проблему утилизации отходов птицеводства.

В этой связи поставлены задачи научных исследований:

-разработать модель структурной оптимизации процесса утилизации отходов птицеводства с использованием графа сети Петри;

-обосновать научную предпосылку возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия;

-исследовать технологический процесс выработки биогаза в естественных и изотермических условиях и обосновать технологические закономерности на основе микробиологической природы анаэробного распада отходов птицеводства;

-разработать математическую модель процесса выработки биогаза на основе использования методики планирования четырехфакторного эксперимента;

-разработать модель утилизации отходов птицеводства, определяющую условия энергосбережения;

Во второй главе "Обоснование научной предпосылки возможности объединения в единый цикл технологии сбраживания отходов птицеводства на установках непрерывного действия" с учетом микробиологических закономерностей процесса анаэробного сбраживания отходов птицеводства, выдвинута научная предпосылка возможности объединения в единый цикл трех стадий процесса.

В соответствии с научной предпосылкой при анаэробном сбраживании помета имеет место ступенчатость освобождения химической энергии окисляемого субстрата, так как процесс окисления связан с прохождением различных промежуточных стадий. Три стадии анаэробного превращения - мезафильную до 35єС, промежуточную 35…45єС и термофильную 45…55єС предлагается объединить в единую технологию на базе установки непрерывного действия.

К обоснованию научной предпосылки возможности объединения в единый цикл трех стадий технологии сбраживания отходов птицеводства представлены теоретические исследования процесса анаэробного сбраживания птичьего помета.

Фундаментальный вклад в изучение процесса анаэробного разложения помета составили классические исследования В.Л. Омелянского , проведенные им в начале прошлого столетия. Омелянскому В.Л. удалось установить, что в анаэробном разложении клетчатки принимают участие два вида бактерий. Одна из них образует среди продуктов сбраживания клетчатки значительные количества водорода, а другая-- значительные количества метана. Первая форма была названа Омелянским Вас. cellulosae hydrogenicus. Другая форма получила название Вас. cellulosae methanicus.

Наряду с указанными бактериями, вызывающими брожение целлюлозы при температуре 30…35°С, встречаются в природе и целлюлозоразлагающие бактерии, развивающиеся при более высоких температурах. Так, из экскрементов животных удалось выделить Вас. Cellulosae dissolvens, лучше всего разлагающую клетчатку при температуре 45…55єС.

Имшенецким А.А было показано, что ряд органических соединений фосфора способен аккумулировать энергию, освобождающуюся в окислительных процессах; однако подавляющее большинство их чрезвычайно неустойчиво в водном растворе. Только аденозинтрифосфорная кислота обладает определенной устойчивостью, и именно она выполняет основную функцию временного аккумулятора энергии. Каждая макроэргическая фосфатная связь равноценна примерно 40…48 кДж энергии.

Поскольку субстрат заражен инфекционным материалом (болотной жидкостью), споры метанового брожения прорастают с высокой скоростью. Мы полагаем, что в нашем случае на первой стадии утилизации птичьего помета сбраживание обусловлено действием мезафильных бактерий. После 35?С активность мезафильных бактерий угасает. Дальнейшее участие энергии, аккумулированной в фосфатных связях, может происходить различными путями. В этот момент биомасса, зараженная болотной жидкостью, является средой для бактерий переходной стадии. В симбиозе с другими бактериями, когда развитие мезафильных бактерий еще не угасло и микрофлора среды благоприятна для их развития, прорастают термофильные бактерии.

В соответствии с предложенной научной предпосылкой объединения трех стадий цикла разработана модель структурной оптимизации в форме графа сети Петри. Для структурной оптимизации процесса анаэробного сбраживания применена логическая система правил, которая моделирует процессы рассуждения о связях образования из исходных материалов продукции и анализирует структуру процесса. При этом приемлемой теорией является логическая система правил и исчисления высказываний.



Рисунок 1 Модель структурной оптимизации процесса в форме графа сети Петри

₁- отходы птицеводства; ₆-вторая секция реактора;

₂- активатор процесса; ₇-третья секция реактора;

₃- источник подвода тепла; ₈-биогаз;

₄- первая секция реактора; ₉-удобрение;

₅- перемешивающая система; ₁₀-белковая кормовая добавка;

₁₁-шампиньоны.

В модели отражены три этапа процесса сбраживания отходов птицеводства. Показан цикл процесса получения высокоэффективного многокомпонентного органического удобрения, биогаза и использования выработанного субстрата для получения белковой кормовой добавки и выращивания шампиньонов.

Выработку газа в реакторе можно описать математической моделью

(1)

где - общий эффект всего эксперимента;

- эффекты факторов;

-факторы.

Для вычисления коэффициентов модели (1) обычно используют метод наименьших квадратов. При использовании метода наименьших квадратов минимизируется следующая функция:

(2)

где y_u и - соответственно экспериментальные и рассчитанные по уравнению (1) значения у в и-м опыте; N -- общее число опытов.

Минимум функции находят приравниванием нулю частных производных:

После дифференцирования и простейших преобразований получим так называемую систему нормальных уравнений метода наименьших квадратов:

(3)

Решение системы дает оценки неизвестных коэффициентов модели. Каждый коэффициент может определяться независимо от другого из своего уравнения.

 (4)

или в общем виде

i=0,2,3,…,k, (5)

Решение системы дает оценки неизвестных коэффициентов модели (1).

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных исследований энергосберегающего процесса утилизации отходов птицеводства» изложена программа экспериментальных исследований, методика проведения опытов и модель процесса утилизации отходов птицеводства с целью энергосбережения.

Для экспериментального обоснования научной предпосылки проведены исследования трех стадий анаэробного сбраживания птичьего помета. Программа экспериментальных исследований включает несколько этапов, предварительно однофакторных, а в последующем многофакторных экспериментов.

На первом этапе исследования проводились в естественных условиях на лабораторной установке. Одновременно с загрузкой биомассы в реактор, она заражалась болотной жидкостью. Полученный в результате сбраживания биогаз, проходя через водный затвор, подавался в ресивер. Измерение давления биогаза производилось жидкостным манометром.



Рисунок 2 Компоновочная схема лабораторной установки получения биогаза

1 - термошкаф; 2 - термометр; 3 - датчик; 4- реактор; 5 - биомасса; 7,8 - краны; 9,17- шланги; 10 - водный затвор; 11 - трубка; 6,12,13,14 - уплотнения, 15 - вода; 16 - манометр

Второй и третий этапы включают исследования в изотермических условиях. На втором этапе исследований реактор устанавливали в термошкаф. На третьем этапе исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 3).

Рисунок 3 Экспериментальная установка получения биогаза

1 - реактор; 2 - шнек; 3 -бункер; 4- накопитель; 5 - крыльчатка; 6,7 - электродвигатель;

8 - ременная передача; 9 - датчик давления; 10 - датчик температуры; 11 - задвижка; 12 - счетчик газовый; 13 - сливное отверстие; 14 - система обогрева.

В реактор подавалась шнеком сбраживаемая масса из бункера навозохранилища, связанного с накопителем. Для контроля параметров процесса внутри корпуса реактора устанавливались датчики температуры, давления и расходомера. Периодически биомасса перемешивалась крыльчаткой. Полученный биогаз накапливался в ресивере. Удаление отработанной биомассы производилось через сливное отверстие на днище реактора.

Для исследования процесса получения биогаза использована методика планирования многофакторного эксперимента. Реализован план Draper-lin small composite design и получена математическая модель процесса выработки биогаза. Математическая модель, связывающая критерий оптимизации с выбранными факторами, записывается в следующем виде:

г = f(T, ф, х, K) (6)

Для оптимизации процесса входными параметрами выбраны факторы: х₁ - температура Т, ^єС; х₂ - время ф, часы; х₃ - частота перемешивания х, раз в день, X₄ - начальная концентрация активатора в шихте K, % . В качестве критерия оптимизации выбрана выработка биогаза, г (г). При использовании полного факторного эксперимента область определения факторов задана уровнями. Интервалы и уровни варьирования факторов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы	Уровни	Интервал варьирования
	нижний (-1)	Основной (0)	верхний (+1)
х1, ?С	35	45	55	5
х2, часы	8	64	128	1
х3 , раз в день	0	7	14	1
X4 , %	0,1	0,14	0,18	0,02

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

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

(7)

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

- цена продукции;

- цена на энергию (тариф).

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



Рисунок 4 Универсальная диаграмма

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

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

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

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

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

Рисунок 5 Универсальная диаграмма в пространственной системе координат

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

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

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

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

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

Обобщенные данные исследований в естественных условиях представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 Изменение выработки биогаза по дням исследований в естественных условиях

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

Рисунок 8 Изменение выработки биогаза по дням исследований в изотермических условиях

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

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

Y=0,106698+0,0145X₁+0,007X₂+0,004X₃+0,019X₄-0,00675X₁²+0,00825X₁X₂-0,0015X₁X₃+0,00475X₁X₄-0,007264X₂²-0,00375X₂X₃-0,00025X₂X₄-0,001264155X₃²-0,003X₃X₄-0,00626X₄²(8)

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

, , , .

Анализ поверхностей откликов (рисунок 9) удобно проводить с помощью линий равного выхода (изолиний), которые представлены на рисунке 10. Рассмотрение всех возможных изолиний дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании уровней каждой пары факторов. Анализируя рисунок 10, видим, что на зафиксированном нулевом уровне параметра Х₁ (температура) область оптимума находится в пределах K = 0,160,18%. По результатам экспериментов выработка биогаза составила составила 111 г.

Рисунок 9 Графические изображения поверхностей откликов



Рисунок 10 Комплекс линий равного выхода (изолиний)

После раскодирования факторов модель объекта в физических величинах принимает вид:

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

где T - температура - 54,6С;

ф - продолжительность изотермического цикла-128 часов;

х - частота перемешивания, 8 раз в день;

K - концентрация, 0,18 %.

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

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

Рисунок 11 Конструктивно-технологическая схема установки анаэробного сбраживания отходов птицеводства

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

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

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

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

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

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

-температура-54,6С;

-продолжительность процесса-128 часов;

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

-концентрация активатора-0,18 %.

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

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

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru

...