Результаты экспериментального исследования процесса разделения жидкого навоза многофункциональной установкой

УДК 631.86

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОГО НАВОЗА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ

В настоящее время отечественная и зарубежная наука предлагает широкий спектр технологий и оборудования, позволяющий эффективно и выгодно перерабатывать органические отходы животноводческих предприятий. Как правило, это оборудование и технологии являются высокозатратными, и в зависимости от конечного продукта переработки навоза могут стоить от половины до полной стоимости самого животноводческого предприятия. В этой связи разработка низкозатратных, высокоэффективных технологий и технических средств, обеспечивающих производство обеззараженных органических удобрений на основе бесподстилочного навоза приобретает важное значение в вопросах повышения плодородия почвы, охраны природы, повышения безопасности труда обслуживающего персонала и здоровья населения, рентабельности производства.

Анализ современных средств механического разделения навоза показал, что наиболее перспективными являются устройства, совмещающие в одной конструкции две ступени обезвоживания и обеспечивающие эффективное разделение жидкого навоза на фракции в одном устройстве.

В связи с этим разработана и обоснована конструктивно-

технологическая схема

многофункциональной [1] установки и проведено теоретическое исследование процесса ее работы [2], в результате которого были определены ее основные конструктивные и режимные параметры. Было установлено, что расчет процесса отжима осадка может быть проведен только по результатам экспериментального определения кинетики отвода влаги.

Б.Н. Строгий ФГОУ ВПО АЧГАА

Целью данной работы явилось проведение экспериментального

исследования процесса разделения жидкого свиного навоза на фракции. В задачи исследования входило определение влияния различных факторов на этот процесс.

Для проведения исследований была изготовлена лабораторная

экспериментальная установка для разделения жидкого свиного навоза на фракции (рис. 1).

Процесс разделения навоза на фракции многофункциональной

установкой проходит в два этапа: разделение под действием силы тяжести и обезвоживание посредством

механического отжима. Для облегчения проведения экспериментальных

исследований эти этапы рассматривались отдельно друг от друга, но при этом учитывалась их взаимосвязь.

Исходный навоз с известными физико-механическими свойствами

тщательно перемешивался в резервуаре посредством механической мешалки. Затем влажность навоза доводилась до необходимой в опыте, и после отбора контрольных проб навоз подавался в бункер установки. После открытия заслонки навоз равномерно распределялся по ширине фильтровальной перегородки. В зоне фильтрования происходило разделение его на твердую и жидкую фракции. Фильтрат по наклонной поверхности поступал в накопитель фильтрата, осадок транспортировался по фильтровальной перегородке и поступал в накопитель твердой фракции. Отбор проб для определения качественных

показателей происходил при

установившихся режимах работы установки. Для исследования процесса обезвоживания твердой фракции под

действием механического отжима осадок, полученный в процессе фильтрования, дозировано подавался непосредственно на

фильтровальную перегородку и подвергался воздействию отжимных элементов.

Рис. 1. Лабораторная многофункциональная установка для разделения жидкого свиного навоза на фракции:

1 - рама; 2 - фильтровальная перегородка; 3 - поддон для сбора жидкой фракции; 4 - бункер; 5 - бесконечный тяговый орган (цепная передача); 6 - эластичный скребок; 7 - двуплечий рычаг; 8 - упор; 9 - фильтровальная перегородка отжимного элемента; 10 - груз; 11 - механизм привода

Для оценки работы

многофункциональной установки

основным качественным показателем была выбрана влажность твердой фракции.

В результате анализа работ, посвященных процессу разделения жидкого свиного навоза, проведенного

теоретического исследования и результатов предварительных опытов, были выделены основные факторы, влияющие на влажность твердой фракции, определены уровни и интервалы их варьирования (табл. 1, 2).

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов при фильтровании навоза под действием сил гравитации по критерию оптимизации

Наименование факторов Уровни варьирования факторами Интервал варьирования

Исходная высота слоя навоза, Ьисх , м 0,03 0,045 0,06 0,015

Исходная влажность навоза, '^сх, % 91,87 94,25 96,63 2,38

Время фильтрования, 1 с 4,6 6,9 9,2 2,3

Таблица 2

Уровни и интервалы варьирования факторов при механическом отжиме осадка

по критерию оптимизации Wтф.

Наименование Уровни варьирования факторами Интервал

факторов (-1) (0) (+1) варьирования

Диаметр отверстий

отжимных элементов, 1,5 2,0 2,5 0,5

dотв, мм

Масса груза, mгр, кг 15 20 25 5

Кратность отжима, N 2 4 6 2

Эксперименты проводились по известной методике [3, 4].

В результате обработки экспериментальных данных по стандартным методикам [3, 4, 5] было получено адекватное уравнение регрессии для процесса фильтрования

= 285,0799-4575,2636hисх-2,1269Wисх-27,2276tф+50,1768hисхWисх+

+672,2324hисхtф+0,2906Wисхtф-7,2720hисхWисхtф, %

и для процесса отжима

Wтф = 119,6358 - 17,454 d - 1,1092 mгр - 4,2519 N - 0,2408 d mгр -- 1,128 d N - 0,0735 mгр N + 5,752 d2 + 0,0402 mгр2 + 0,7278 N ,%

На основании полученных уравнений регрессии (3) и (4) были построены кривые (изолинии) равного отклика (рис. 2 - фильтрование; рис. 3 - отжим).

Рис. 3. Изолинии влажности твердой фракции при постоянном диаметре отверстий отжимных элементов 2 мм

Анализ уравнения регрессии (3) и кривых (изолиний) равного отклика (рис. 2) показал следующее.

При влажности исходного навоза 94,25%, времени фильтрования 6,9 с увеличение исходной высоты слоя навоза от 0,03 до 0,06 м ведет к увеличению влажности твердой фракции от 87,63% до

89,52%. Это объясняется увеличением толщины слоя образующегося осадка и, как следствие, увеличением сопротивления фильтрованию.

При исходной высоте слоя навоза 0,045 м, времени фильтрования 6,9 с увеличение влажности исходного навоза от 91,87% до 96,63% ведет к уменьшению

влажности твердой фракции от 88,86% до 88,29%. Это связано с тем, что толщина слоя образующегося осадка уменьшается, и, следовательно, скорость фильтрования увеличивается за счет уменьшения сопротивления фильтрованию.

При исходной высоте слоя навоза 0,045 м, влажности исходного навоза 94,25% увеличение времени фильтрования от 4,6 до 9,2 с ведет к снижению влажности твердой фракции от 89,56% до 87,58%.

Как показали экспериментальные исследования, в процессе фильтрования под действием сил гравитации влажность твердой фракции 87% является наименьшей и дальнейшее увеличение времени фильтрования не ведет к снижению влажности твердой фракции. Как показали экспериментальные исследования по обезвоживанию твердой фракции с помощью механического отжима, влажность осадка, получаемого в процессе фильтрования должна быть не более 88,5%. В противном случае в процессе отжима будет создаваться вертикальный градиент давления, что приводит к продавливанию твердых частиц сквозь фильтровальную перегородку и снижению влажности фильтрата. При значениях Ьисх=0,06м и '^сх=91,87% время, необходимое для получения твердой фракции с влажностью 88,5%, составит 11,6 с. Исходя из этого и зная скорость движения скребков, можно рассчитать необходимую длину зоны свободного фильтрования.

Анализ уравнения регрессии (4) и кривых (изолиний) равного отклика (рис. 3) показал следующее. Существенное влияние на влажность твердой фракции оказывает размер отверстий отжимного элемента. С увеличением диаметра отверстий отжимного элемента от 1,5 до 2,5 мм при массе груза 25 кг и кратности отжима, равной 6, влажность твердой фракции уменьшается от 74,27% до 67,04%. Это объясняется тем, что сквозь фильтровальную перегородку с большими размерами отверстий в процессе отжима в фильтрат продавливается большее

количество мелкодисперсных включений высокой влажности.

Понизить влажность твердой фракции можно путем увеличения массы грузов, создающих давление. Так, при диаметре отверстий 2 мм, кратности отжима, равной 6, увеличение массы груза от 15

до 25 кг приводит к уменьшению влажности твердой фракции от 73,46% до 69,22%.

Влажность твердой фракции можно понизить путем увеличения кратности отжима. При массе груза 20 кг и диаметре отверстий отжимного элемента 2 мм увеличение кратности отжима от 4 до 6 приводит к снижению влажности твердой фракции от 71,73% до 70,33%, в то время как увеличение кратности отжима от 2 до 4 приводит к снижению влажности твердой фракции от 78,95% до 71,73%.

Наименьшая влажность твердой фракции 67,04% получена при диаметре отверстий отжимного элемента 2,5 мм, массе груза 25 кг и кратности отжима, равной 6. Однако при данных значениях факторов получен фильтрат низкого качества, влажностью 95,44%. При анализе влияний факторов на влажность фильтрата было установлено, кратность отжима и масса груза существенно не влияют на влажность фильтрата. При диаметре отверстий 2 мм изменение массы груза от 15 до 20 кг и кратности отжима от 2 до 6 приводит к изменению влажности фильтрата от 97,83 до 97,19%.

Результаты проведенного

исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Твердая фракция, получаемая в процессе разделения жидкого свиного навоза многофункциональной установкой, отвечает агротехническим требованиям ^тф<75% при Wф>96%).

2. Для получения твердой фракции, влажностью 70%, необходимая кратность отжима равна пяти, при диаметре отверстий отжимного элемента 2 мм и массе груза, создающего давление отжимного элемента, равной 22 кг.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко, А.М. Обоснование конструктивно-технологической схемы многофункциональной установки для разделения жидкого свиного навоза на фракции [Текст]

/ А.М. Бондаренко, В.Ф. Яламов, Б.Н. Строгий // Совершенствование технологий в АПК: межвуз. сб. науч. тр. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. - С. 112-116.

2. Бондаренко, А.М. Теоретические исследования процесса разделения навоза многофункциональной установкой [Текст] / А.М. Бондаренко, В.Ф. Яламов, Б.Н. Строгий // Вестник аграрной науки Дона. - 2008. - № 3. - С. 4-7.

3. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.

4. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов [Текст] / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. -2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос Ленингр. отд-ние, 1980. - 168 с., ил.

5.Черноволов, В.А. Процессы и аппараты [Текст]: практикум / В.А.Черноволов, Т.М. Ляшенко. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГА, 2007. - 167 с.