СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СУШКИ МАТЕРИАЛА, СОДЕРЖАЩЕГО ВОДУ
METHOD AND SYSTEM FOR DRYING OF MATERIAL CONTAINING WATER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе для сушки водосодержащей массы, такой как навоз.
Уровень техники
В последнее время свиноводческие фермы сталкиваются с проблемами, связанными с неприятными запахами, образованием пыли, аммиака и негативным воздействием на население прилегающих территорий. Чтобы вести работу свиноводческой фермы, не сталкиваясь с проблемами запаха, образования пыли и аммиака, необходимо инвестировать средства в системы и процессы, поддерживающие выбросы указанных факторов на уровне ниже граничных требований.
Дополнительной проблемой, связанной с эксплуатацией свиноводческой фермы, является образование навоза. В типичном свинарнике свинья производит от одного до пяти кубических метров навоза в год. Важной особенностью такого навоза является то, что содержание твердой фракции в нем очень низкое (3-10%). Поэтому транспортировка невысушенного навоза является очень дорогостоящим мероприятием.
Из-за низкого содержания твердой фракции навоз требует сравнительно большого количества энергии, а следовательно, и финансовых средств для удаления воды.
В связи с обозначенной проблемой, которую приходится решать для рентабельной эксплуатации свиноводческой фермы, задачей настоящего изобретения является создание процесса сушки водосодержащей массы, такой как навоз, чтобы указанный процесс можно было бы эффективно использовать при эксплуатации свиноводческой фермы.
Раскрытие изобретения
В своем первом аспекте настоящее изобретение касается способа сушки водосодержащей массы, такой как навоз, с получением одного конечного сухого продукта, предусматривающего кондиционирование воздушного потока для придания воздушному потоку способности к отбору влаги; и создание границы раздела между массой и воздушным потоком, чтобы дать возможность воздушному потоку на границе раздела отбирать влагу от указанной массы, осушая тем самым последнюю. Способ содержит этапы, на которых нагревают воздушный поток; подают водосодержащую массу из резервуара в сепаратор; разделяют массу на фракцию со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей и на жидкую фракцию; используют фракцию со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей для создания первой, статической границы раздела «масса/воздушный поток»; используют жидкую фракцию для создания второй, динамической границы раздела «масса/воздушный поток»; подводят воздушный поток к первой, статической границе раздела «масса/воздушный поток» для осушения фракции водосодержащей массы со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей, а затем подводят воздушный поток ко второй, динамической границе раздела «масса/воздушный поток» для предварительного осушения жидкой фракции водосодержащей массы; подают предварительно осушенную жидкую фракцию обратно в резервуар и смешивают предварительно осушенную жидкую фракцию с водосодержащей массой в резервуаре, причем просушенную массу через регулярные интервалы времени высвобождают со дна первой, статической границы раздела масса/воздушный поток, а мокрую массу добавляют сверху указанной границы.
В соответствии с настоящим изобретением, в способе сушки водосодержащей массы, такой как навоз, в качестве основного принципа используется граница раздела между потоком навоза и воздушным потоком для извлечения влаги из навоза в воздух. Чтобы воздух мог отбирать влагу от навоза, он (воздух) должен быть подвергнут кондиционированию, а точнее, воздух должен иметь низкую относительную влажность, чтобы его осушающая способность была более высокой.
В соответствии с настоящим изобретением, поток кондиционированного воздуха вначале используют для дополнительной сушки фракции водосодержащей массы со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей. Затем данный воздушный поток, который уже отобрал определенное количество воды, используют для предварительного просушивания жидкой фракции водосодержащей массы. После предварительного просушивания жидкой фракции, эту жидкую фракцию смешивают с водосодержащей массой с целью увеличения содержания в водосодержащей массе твердой составляющей.
Согласно настоящему изобретению производят нагревание воздушного потока за счет тепловой энергии низкого уровня. В случае применения рассматриваемого способа для сушки навоза, этой энергией является, например, тепло, создаваемое самими животными. Есть возможность вносить дополнительную энергию в виде остаточной энергии от других процессов или в форме солнечной энергии. После использования воздуха для сушки части навоза, всякую остаточную теплоту, имеющуюся в воздушном потоке, извлекают из этого воздуха с целью повторного использования на другом этапе процесса сушки.
В целях увеличения производительности системы сушки, для нагревания границы раздела «воздушный поток/навоз» желательно использовать дополнительную теплую жидкость, например, теплую воду, пропуская сравнительно теплую жидкость и навоз через теплообменник, желательно во встречных направлениях, тем самым непрямым образом подогревая навоз, и пропуская подогретый навоз и воздушный поток через материал наполнителя. При этом происходит прямое нагревание воздушного потока, и воздушный поток получает возможность отбирать влагу от навоза. Остаточную теплоту от сравнительно теплой жидкости накапливают с целью повторного использования на другом этапе процесса сушки.
В соответствии с настоящим изобретением, в целях увеличения содержания в навозе твердой составляющей, навоз подвергают предварительной сушке. Затем, сравнительно сырой навоз смешивают с сухим навозом, чтобы дополнительно увеличить содержание твердой составляющей, после чего концентрированный навоз формуют в навозные сгустки округлой формы - нитевидные волокна или гранулы. Затем сформованные навозные сгустки подвергают сушке с целью получения сравнительно сухих частиц навоза.
В своем другом аспекте настоящее изобретение касается системы сушки водосодержащей массы, такой как навоз, содержащей резервуар для водосодержащей массы, вентилятор для создания воздушного потока, средства нагревания воздуха для кондиционирования указанного воздушного потока, границу раздела «масса/воздушный поток», оборудованную резервуаром для размещения водосодержащей массы и приспособленную для пропускания кондиционированного воздушного потока через резервуар, чтобы дать возможность воздушному потоку отбирать влагу от указанной массы. Система также содержит магистраль для направления водосодержащей массы из резервуара в сепаратор; сепаратор для разделения водосодержащей массы на жидкую фракцию, по существу свободную от твердых включений, и на фракцию со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей; магистраль для транспортировки фракции со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей в пресс; магистраль для подачи фракции со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей из пресса к первой, статической границе раздела масса/воздушный поток; пресс для формовки фракции со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей; первую, статическую границу раздела «масса/воздушный поток» для сушки отформованной фракции водосодержащей массы со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей; магистраль для подачи жидкой фракции из сепаратора ко второй, динамической границе раздела масса/воздушный поток; вторую, динамическую границу раздела «масса/воздушный поток», предусмотренную по ходу процесса после первой, статической границы раздела «масса/воздушный поток», для предварительной сушки жидкой фракции водосодержащей массы; и магистраль для подачи предварительно осушенной жидкой фракции назад в резервуар.
В соответствии с настоящим изобретением, система для сушки массы может быть использована в сочетании с солнечной нагревательной системой. С другой стороны, в системе может использоваться остаточная теплота, например, от другого промышленного процесса. Возможна генерация тепла от сжигания (части) высушенного навоза.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует обратить внимание, что в представленном тексте использованы фразы «фракция со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей» и «жидкая фракция». Способ и система, соответствующие настоящему изобретению, обычно эффективны при сушке водосодержащей массы с низким содержанием твердой составляющей. В случае применения соответствующих настоящему изобретению способа и системы для сушки навоза, содержание твердого в жидкой фракции в типичном случае составляет около 4-5%. Важным является то, чтобы данная фракция не содержала никаких примесей, таких как шерсти, фрагментов копыт и других твердых включений, которые могут засорять фильтры и подобные аппараты. «Фракция со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей» - это все еще не более чем пульпа с типичным содержанием твердого вещества порядка 10-40%.
В представленном тексте упоминается граница раздела «масса/воздушный поток». Согласно настоящему изобретению, имеет место прямой контакт между водосодержащей массой, которая подлежит сушке, и потоком воздуха, который используется для осуществления процесса сушки. На границе раздела «масса/воздушный поток» приняты меры для увеличения площади контакта водосодержащей массы с воздушным потоком. Что касается жидкой фракции, то увеличения указанной площади поверхности можно добиться, если дать возможность жидкой фракции течь под действием силы тяжести, так чтобы создавалась пленка жидкой фракции, подверженная действию воздушного потока. В случае фракции со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей, увеличение площади поверхности достигается формовкой твердой фракции в сгустки, имеющих форму, например, нитевидных волокон или гранул.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой общую схему процесса сушки водосодержащей массы, такой как навоз;
фиг.2 изображает возможный вариант осуществления пылевого фильтра для применения в процессе, соответствующем настоящему изобретению;
фиг.3а изображает возможный вариант осуществления пресса для формовки навоза в навозные сгустки, например, гранулы;
фиг.3b изображает пресс фиг.3а с открытой нижней стороной;
фиг.4 изображает возможный вариант осуществления устройства для высвобождения просушенного навоза из постели сушилки; и
фиг.5 изображает башенный охладитель для извлечения остаточной теплоты из насыщенного водяными парами воздуха, используемого для сушки навоза.
Осуществление изобретения
Основным принципом процесса и системы, согласно настоящему изобретению, является создание поверхности контакта между некоторым количеством водосодержащей массы и воздушным потоком. Воздух этого потока подвергается кондиционированию, чтобы увеличить его способность отбирать воду из водосодержащей массы.
В качестве примера, нижеследующее описание ссылается на использование изобретения для сушки навоза. Следует понимать, что процесс, соответствующий изобретению, может быть также использован и для других водосодержащих продуктов, например, для отделения шлама от воды, или потоков осадков в процессах ферментации или в технологии производства пищевых продуктов.
Процессы и система, соответствующие настоящему изобретению, будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Часть «А» описания касается воздушного потока, проходящего через процесс и систему.
В части «В» описывается прохождение через процесс и систему потока навоза.
Часть А
На фиг.1 схематически, в целом показан процесс сушки водосодержащей массы, такой как навоз. В свинарнике 2 содержится некоторое количество животных. Животные выделяют значительное количество тепла и создают существенную влажность. Свинарник 2 нуждается в вентиляции. Не только, чтобы дать животным свежий воздух, но также для регулирования температуры и относительной влажности в свинарнике 2. Без такой вентиляции температура и относительная влажность в свинарнике 2 поднялись бы до нежелательного уровня.
Подача наружного воздуха в свинарник 2 производится по магистрали 51. Данный воздух подается в свинарник 2 с относительно низкой скоростью, обычно 1-2 м/с.
Температура поступающего воздуха в свинарнике 2 будут возрастать из-за тепла, выделяемого животными. В свинарнике 2 поток воздуха будет также захватывать пыль, аммиак и влагу. Поток воздуха выходит из свинарника 2 по магистрали 52. При выходе из свинарника 2 воздух в потоке будет теплее, и, поэтому, будет иметь более низкую относительную влажность, чем наружный воздух, который подавался в свинарник 2. Это означает, что тепло, производимое животными в свинарнике 2, используется, как источник «бесплатной» энергии для нагревания воздуха.
Воздух, уходящий из свинарника 2 по магистрали 52, способен забирать на себя влагу.
Чтобы использовать данный воздушный поток для процесса сушки, и чтобы иметь возможность выпускать такой воздушный поток после процесса сушки, указанный воздух должен быть подвергнут обработке с целью удаления из него частиц пыли и аммиака перед выпуском в окружающую среду.
Согласно фиг.1, процесс и система включают в себя сушилку 4 с отсадочной постелью. В данной сушилке 4 предусмотрен контейнер для приема навоза. Возможные варианты осуществления сушилки 4 с отсадочной постелью будут описаны в соответствии с фиг.3а, 3b и 4. Основной принцип действия сушилки с отсадочной постелью, с одной стороны, заключается в удержании водосодержащей массы, а, с другой стороны, в возможности прохождения воздушного потока через водосодержащую массу, чем обеспечивается непосредственный контакт между водосодержащей массой и потоком воздуха.
Согласно фиг.1, воздух, выходящий из свинарника 2, может быть подан через вентиляционный ствол 3, по магистрали 53 в сушилку 4 с отсадочной постелью. С другой стороны, этот воздушный поток или его часть может быть направлен по магистрали 54 к солнечному коллектору 13. В случае сушилки для навоза, обычно выгодно устанавливать такой солнечный коллектор 13 на крыше свинарника 2. Крыша свинарника располагает сравнительно большой площадью поверхности для приема солнечной энергии и ее передачи. В случае, если свинарник оснащен двухскатной крышей, эти две половины крыши будут иметь различную ориентацию относительно падающих солнечных лучей. Это означает, что температура воздуха на одной половине крыши будет отличаться от температуры другой половины. При помощи температурных датчиков осуществляется управление прохождением воздуха через солнечный коллектор 13, так чтобы воздушный поток пропускать через ту часть солнечного коллектора, которая имеет лучшую ориентацию относительно солнца.
Солнечный коллектор 13 используется для дополнительного нагревания воздушного потока, перед его пропусканием через магистраль 61 к сушилке 4. В процесс сушки можно вводить и дополнительный воздух, пропуская свежий воздух через магистрали 60 и 61 и через солнечный коллектор к сушилке 4. Возможность подачи в процесс сушки дополнительного воздуха является очень важной, поскольку количество воздуха, выходящего из свинарника 2, ограничено количеством воздуха, необходимого для регулирования условий в свинарнике. Через магистраль 60 дополнительный воздух может быть подан в сушилку 4 с целью оптимизации процесса сушки, без влияния на условия в свинарнике 2.
Все магистрали 53, 54, 60 и 61 оснащены клапанами для регулирования потока воздуха, поступающего в сушилку 4.
В случае, если наружный воздух имеет сравнительно низкую температуру, например, ниже 10°С, то он может быть предварительно подогрет в первом теплообменнике 1. В соответствии с фиг.1, первый теплообменник 1 соединен с выпускной магистралью вентиляции системы. Выпускная магистраль вентиляции оборудована третьим теплообменником 8. За счет использования третьего теплообменника 8, производится извлечение остаточного тепла из воздуха, выпускаемого из системы в окружающую среду.
За счет предварительного нагрева сравнительно холодного наружного воздуха, поступающего в свинарник 2, температура воздуха внутри свинарника будет увеличена, а относительная влажность уменьшена. За счет увеличения температуры воздуха, поступающего в свинарник 2, и снижения его относительной влажности, автоматически увеличится температура воздуха, выходящего из свинарника, и уменьшится его относительная влажность. Сушилка 4 с отсадочной постелью и пылевой фильтр 5, работа которых будет описана ниже, действуют более эффективно, когда воздух, выходящий из свинарника 2, имеет увеличенную температуру, поскольку работа указанных устройств может происходить при использовании воздуха с повышенной температурой и пониженной относительной влажностью. Повышенная температура воздуха в свинарнике 2 и пониженная относительная влажность также благоприятны для самочувствия животных, которые в нем содержатся. Другим следствием предварительного нагрева воздуха, поступающего в свинарник 2, является то, что процесс, соответствующий фиг.1, можно проводить при увеличенном расходе воздуха. Причина этого в том, что сравнительно теплый воздух, поступающий в свинарник 2, будут быстрее достигать уровня температуры, необходимого для эффективного использования этого воздуха в сушилке 4 и пылевом фильтре 5. Извлечение теплоты, использованной для предварительного нагрева наружного воздуха, осуществляется за счет применения третьего теплообменника 8. Указанный третий теплообменник 8, через тепловой буфер 20 соединен с первым теплообменником 1. Если требуется, извлечение указанной теплоты может быть повышено за счет теплового насоса. Использование остаточного тепла имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что для обогрева свинарника не требуется никакого природного топлива или газа.
Сушилка 4 с отсадочной постелью содержит резервуар или лоток для приема навоза. Резервуар оснащен днищем, в котором выполнены отверстия или перфорация, чтобы дать возможность воздушному потоку через указанное днище входить в резервуар и течь в вертикальном направлении вверх. Прямой контакт между воздушным потоком и навозом дает возможность воздуху отбирать влагу из навоза, и тем самым высушивать навоз.
Возможный вариант осуществления сушилки с отсадочной постелью будет описан далее, согласно фиг.3, 4 и 5.
Из-за того, что в сушилке 4 воздушный поток вступает в контакт с навозом, относительная влажность воздуха будет дополнительно увеличиваться. И воздух потока будет частично насыщаться парами воды. При контакте с навозом, по меньшей мере, часть пылевых частиц из воздушного потока будут удалена. Однако, в воздухе, выходящем из сушилки 4 через магистраль 55, все еще будут содержаться аммиак и частицы пыли. Эти элементы придется удалять из воздушного потока, прежде чем воздух можно будет выпустить из системы. Поэтому, воздушный поток подается на пылевой фильтр 5.
В пылевом фильтре 5 воздушный поток приводится в непосредственный контакт с жидкой фракцией навоза. Как будет разъяснено ниже, в соответствующих настоящему изобретению процессе и системе навоз, производимый животными, при помощи сепаратора разделяется на жидкую фракцию и фракцию со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей. Сепаратор на фиг.1 обозначен индексом 10. Фракция со сравнительно высоким содержанием твердой составляющей содержит все его твердые элементы и прочие твердые включения, такие как фрагменты копыт животных и шерсть. Такие твердые включения способны засорять фильтры, магистрали и другие части системы. Жидкая фракция, напротив, не содержит ни одного из указанных включений, и ее можно транспортировать в системе, используя обычные трубы, насосы, магистрали и фильтры. Жидкая фракция навоза, подаваемая в пылевой фильтр 5, отличается сравнительно высоким содержанием воды. Благодаря непосредственному контакту между жидкой фракцией навоза и воздушным потоком, будут одновременно происходить два процесса. Воздушный поток будет отбирать влагу от жидкого навоза, и, тем самым, снижать содержание воды в жидкой фракции. Жидкая фракция навоза будет собирать пылевые частицы из воздушного потока. Для оптимального контакта воздушного потока и навоза, воздушный поток можно пропускать через пылевой фильтр снизу вверх (встречным потоком) или с одной стороны на противоположную сторону (поперечным потоком).
Следует отметить, что в соответствии с фиг.1, в процессе и системе, указаны первый фильтр 5 жидкой фракции и второй фильтр 15 жидкой фракции. В работе оба фильтра жидкой фракции аналогичны друг другу в том отношении, что жидкая фракция навоза приводится в контакт с потоком воздуха с целью отбора влаги от указанной фракции. Чтобы осуществить передачу влаги из жидкой фракции навоза в воздушный поток, жидкая фракция по магистрали 81 перекачивается насосом из сепаратора 10 к обоим фильтрам жидкой фракции: первому фильтру 5 и второму фильтру 15. Первый фильтр 5 и второй фильтр 15 используют различные воздушные потоки системы. Воздушный поток, подводимый к первому фильтру 5, исходит из сушилки 4, и передается к первому фильтру 5 посредством магистрали 55. Для второго фильтра 15 используется наружный воздух. Далее, в соответствии с фиг.2, приводится возможный вариант осуществления второго фильтра 15 жидкой фракции. Вариант осуществления первого фильтра 5 жидкой фракции будут аналогичным, но некоторые детали, которые должны присутствовать во втором фильтре 15, в конструкции первого фильтра 5 могут быть опущены.
Возможный вариант осуществления второго фильтра 15 жидкой фракции приведен на фиг.2. Фильтр 15 жидкой фракции содержит наполнитель 25 с проницаемой структурой. Материал наполнителя 25 расположен так, чтобы жидкий навоз мог двигаться под действием силы тяжести с верхнего уровня материала наполнителя к нижнему уровню в виде пленки жидкости. Жидкий навоз (обозначенный штриховыми линиями 22) разбрызгивается на наружную сторону материала наполнителя 25 посредством форсунок 23, или капельно поступает на несущий материал через отверстия в линии циркуляции, где происходит постоянная циркуляция жидкого навоза, чтобы предотвратить его осаждение в указанной линии. Форсунки 23 соединены посредством линии 94 циркуляции (показана частично) со вторым теплообменником 18. Для подогрева линии циркуляции, в теплообменник 18 через магистраль 91 подается сравнительно теплая жидкость, например, вода. Данный теплообменник посредством магистрали 96 соединен с коллектором 29 жидкости, который оснащен погружным насосом 28 для подачи жидкого навоза из коллектора 29 в теплообменник 18. Коллектор 29 посредством магистрали 81 соединен с сепаратором 10. Фильтр 15 жидкой фракции дополнительно оборудован магистралью 70 для подачи к фильтру 15 наружного воздуха.
Жидкий навоз 22 под действием силы тяжести просачивается с верхнего уровня материала наполнителя на нижний уровень в виде пленки жидкости. В противоположном направлении, из магистрали 70, вверх через фильтр 15 направляется воздушный поток. Этот поток сравнительно теплого воздуха способен отбирать влагу от жидкого навоза 22, осуществляя, тем самым, концентрирование последнего.
При помощи фильтра 15 жидкой фракции жидкий навоз 22 может быть концентрирован на выходе из фильтра 15 до уровня содержания твердой составляющей 16%. В то же самое время, благодаря присутствию жидкого навоза 22 со сравнительно высоким содержанием воды, фильтр 15 будет действовать, как динамический фильтр, способный удалять из потока воздуха частицы пыли.
В другом варианте осуществления изобретения, разделение навоза на жидкую фракцию и на фракцию со сравнительно высоким содержанием твердого, а также последующая предварительная сушка жидкой фракции в фильтре 5 опущены. В этом случае, свежий навоз из резервуара смешивается с частью навоза, который уже прошел сушку в сушилке 4 с отсадочной постелью. Аналогичным образом, как будет рассмотрено в части «В», смешанный навоз, который имеет повышенное содержание сухого твердого, затем формуется в нитевидные волокна или гранулы, и откладывается в виде постели на сушилке 4. Благодаря проницаемости формованного навоза, толщина постели может быть увеличена до 30-50 см без увеличения сопротивления воздушному потоку, проходящему через постель, до неприемлемого уровня. Непрерывное отложение сравнительно сырых волокон или гранул навоза на постель создает градиент, позволяющий воздуху в потоке, при его прохождении через постель от ее дна (со сравнительно сухими гранулами) до верха, достигать насыщения водяными парами, при этом в верхнем слое постели происходит улавливание пыли.
На фиг.2 второй теплообменник 18, который используется для подогрева жидкого навоза 22, питается через тепловой буфер 20 теплой водой через магистраль 91, которая соединена с третьим теплообменником 8. Работа данного теплообменника 8 будет рассмотрена ниже, согласно фиг.5.
Первый фильтр 5 жидкой фракции действует аналогично второму фильтру 15, как было описано выше. В отличие от второго фильтра 15, первый фильтр 5 питается от магистрали 55, которая транспортирует воздух, исходящий из сушилки 4, в направлении указанного фильтра. Это означает, что первый фильтр 5 жидкой фракции снабжается сравнительно теплым воздухом, который исходно был согрет в свинарнике 2, и который уже был использован при первом теплообмене с навозом в сушилке 4. В первом фильтре 5 жидкой фракции остаточная теплота потока воздуха может быть использована для отбора влаги от жидкой фракции навоза. Теоретически, первый фильтр 5 можно было бы присоединить к дополнительному теплообменнику для предварительного подогрева жидкой фракции навоза, аналогично теплообменнику 18, используемому во втором фильтре 15 на фиг.2. Практически же, такой дополнительный теплообменник для первого фильтра 5 может быть опущен.
Следует отметить, что подачу навоза в первый фильтр 5 жидкой фракции и второй фильтр 15 жидкой фракции можно производить либо постоянно, либо (в другом варианте) периодически.
3
2
4
4
2
4
3
Возвращаясь к фиг.1, воздух, выходящий из пылевого фильтра по магистрали 56, уже забрал влагу, находясь внутри фильтра 5. Этот воздух уже не содержит пылевых частиц. Однако в нем по-прежнему будет содержаться аммиак. Поэтому данный воздушный поток направляется в воздухоочиститель 6. В воздухоочистителе 6 указанный поток принудительно пропускается через наполнитель, аналогично пылевому фильтру 5. Материал наполнителя орошается жидкостью, содержащей серную кислоту. Присутствующий в потоке воздуха аммиак (NH) будет связываться серной кислотой (HSO), которая в жидком виде просачивается вниз через материал наполнителя, и будет образовываться сульфат аммония ((NH)SO). Данный сульфат аммония будет растворяться в жидкости, которая используется в воздухоочистителе. Как только произойдет насыщение указанной жидкости сульфатом аммония, жидкость может быть удалена из воздухоочистителя и помещена в нейтрализатор 7 для нейтрализации остаточной серной кислоты. Нейтрализатор 7 очень похож на воздухоочиститель и установлен перед воздухоочистителем 6, где воздушный поток принудительно пропускается через материал наполнителя, содержащий данную жидкость. Содержащийся в потоке воздуха аммиак (NH) будет нейтрализовать остаточную серную кислоту в жидкости, и дополнительно будет образовываться сульфат аммония. Как только жидкость будет нейтрализована, она может быть удалена из нейтрализатора, и использоваться в качестве удобрения. В другом варианте, жидкость может быть добавлена в буфер 17 навоза, чтобы быть подвергнутой сушке в качестве составной части навоза.
Воздухоочиститель 6 может быть соединен с биологическим фильтром (не показан). Этот дополнительный биологический фильтр используется для удаления запаха из потока воздуха. Воздух в потоке имеет неприятный запах, объясняющийся присутствием летучих жирных кислот. Биологический фильтр содержит микроорганизмы, способные разлагать жирные кислоты.
Поток воздуха, выходящий из воздухоочистителя 6, проходит через магистраль 58 к теплообменнику 8. Воздух, выходящий из воздухоочистителя 6, будет насыщен водяными парами. Прежде чем выпустить поток воздуха по магистрали 59 в окружающую среду, теплообменник извлекает из воздушного потока остаточную теплоту, которая состоит из теплоты, содержащейся в воздухе, и теплоты конденсации водяных паров в воздушном потоке. Поскольку данный воздушный поток не будет содержать частиц пыли, теплообменник 8 не будет загрязняться и, в конечном счете, полностью засоряться налипающей на него пылью.
Для отбора тепла от проходящего через теплообменник 8 воздуха в теплообменнике используется водяной контур. Подогретая таким образом вода по магистрали 91 подается в другой теплообменник 18, где нагревает жидкий навоз 22, который разбрызгивается в пылевом фильтре 15. Отдельная часть воды из теплообменника 8 подается по магистрали 92 в теплообменник 1, где используется для подогрева наружного воздуха, дополнительно подаваемого в свинарник 2 через магистраль 50 (показано частично).
Водяной контур теплообменника 8 соединен с тепловым буфером 20. Любая излишняя теплота, производимая в солнечном коллекторе 13, и напрямую не использованная в процессе сушки, может накапливаться в тепловом буфере 20. За счет солнечного коллектора 13 теплота может производиться и накапливаться в дневное время суток. А в ночное время эта теплота может быть использована в теплообменнике 18, подогревающем жидкий навоз 22, который разбрызгивается в пылевом фильтре 15. Таким образом, используя солнечное тепло, накопленное в дневное время суток, можно осуществить испарение влаги в ночное время.
Благодаря извлечению тепла из воздушного потока магистрали 58 в теплообменнике 8, часть влаги из насыщенного парами воды воздуха будет конденсироваться с образованием воды. Конденсированная вода будет собираться в резервуаре 21 и может быть использована для целей ирригации, или в качестве технологической воды.
Часть «В»
Выше, согласно настоящему изобретению, были рассмотрены вопросы, касающиеся использования потоков воздуха в технологическом процессе. Далее, будет подробно рассмотрено движение потоков водосодержащей массы, такой, как навоз.
Производимый животными навоз собирается в резервуаре 17 навоза. Чтобы осуществить обработку навоза, на первом этапе навоз подают в сепаратор 10. В сепараторе навоз разделяется на жидкую фракцию с типичным содержанием твердого 4-5%, и на фракцию со сравнительно высоким содержанием твердого, обычно 10-15%.
Жидкая фракция по магистрали 81 подается в пылевой фильтр 5. В пылевом фильтре 5, как было описано выше, происходит концентрирование навоза. После выхода из пылевого фильтра 5 навоз, по магистрали 87, подается обратно в резервуар 17. Это позволяет осесть пене, которая образовалась в пылевом фильтре. Такой возврат концентрированного навоза может увеличить эффективность процесса сепарации, так как концентрированный навоз выступает в роли «клея» для твердой составляющей свежего навоза. К данному концентрированному навозу можно по магистрали 88 добавлять насыщенную жидкость из нейтрализатора 7.
Фракция со сравнительно высоким содержанием твердого по магистрали 82 подается в смеситель 11. Фракция со сравнительно высоким содержанием твердого содержит навозные примеси, такие как шерсть и фрагменты копыт. Эти примеси способны засорять магистрали в пылевом фильтре 5 и последующих элементах системы, и поэтому должны быть извлечены из жидкой фракции навоза.
В смесителе 11 содержание твердой составляющей в навозе увеличивается за счет смешения фракции со сравнительно высоким содержанием твердого с частицами пыли и высушенным навозом, собранным из сушилки 4.
Фракция со сравнительно высоким содержанием твердого по магистрали 83 транспортируется в пресс или измельчитель 12. В прессе 12 фракция навоза со сравнительно высоким содержанием твердого посредством механической операции прессуется в навозные сгустки одинакового диаметра. Навозные сгустки могут иметь форму нитевидных волокон или гранул. Целью формовки навоза в сгустки одинакового диаметра является возможность выкладывания указанных сгустков в виде постели в сушилке 4, и тем самым, формирования сравнительно проницаемой и однородной навозной постели, которая дает возможность воздуху проходить сквозь нее. Таким образом, задача состоит в формировании однородной пористой постели с большой контактной поверхностью, которая способствует контакту между воздушным потоком и навозом, что обеспечивает осуществление процесса однородного просушивания.
Чтобы иметь возможность прессовать концентрированный навоз в волокна или гранулы, содержание твердой составляющей в навозе должно составлять минимум около 25%.
Навозные сгустки подаются в сушилку 4 по магистрали 84. Ниже, согласно фиг.3, 4 и 5, будет рассмотрен возможный вариант осуществления сушилки с отсадочной постелью.
Навозные сгустки, высушенные в сушилке, удаляются из сушилки 4 по магистрали 85. Высушенный навоз через установленное в поточной линии сито 14 транспортируется в буфер 18 для временного хранения. Сито 14 поточной линии отделяет мелкие частицы навоза от крупных высушенных сгустков. Крупные высушенные сгустки навоза можно удалять из буфера и накапливать в контейнере 19. Эти высушенные сгустки и составляют конечный продукт процесса сушки. Конечный продукт можно использовать, либо в качестве удобрения, либо в качестве топлива.
Мелкие частицы, собранные в буфере 18, могут быть поданы в смеситель 11 и использованы для увеличения содержания твердой составляющей навоза в смесителе. Если необходимо, то с той же целью может быть использована и часть крупных высушенных сгустков навоза.
На фиг.3a схематически в сечении показан возможный вариант осуществления пресса 12. Пресс размещен на тележке (не показана), оснащенной колесами (также не показаны). Тележка приспособлена для перемещения по краям стенок сушилки 4. Ширина пресса 12 соответствует ширине сушилки 4 с отсадочной постелью.
Пресс 12 содержит приемный бункер 151 с двумя наклонными стенками по существу V-образного профиля (показаны частично). Снизу бункер оснащен днищем 153, которое можно закрывать на стяжной вертлюг. Такое днище не является абсолютно необходимым элементом, но на практике очень полезно. Днище может быть удлиненным и полукруглым, как показано на фиг.3a и 3b. По всей длине днища 153 предусмотрены отверстия или перфорация 155, которые предпочтительно должны быть выполнены с одинаковым интервалом. Внутри полукруглого днища размещается удлиненное зубчатое колесо 157. Зубчатое колесо 157 может свободно вращаться вокруг центральной оси вращения, как в одном (первом) направлении, например, левом, так и в другом (втором) направлении вращения, например, правом. Свободное вращение означает, что во время вращения касания днища 153 колесом не происходит. Специалистам понятно, как можно привести во вращение зубчатое колесо 157 с помощью шестерен и средств привода, например, привода от электродвигателя. Навоз подается в приемный бункер 151 и с усилием проталкивается через перфорационные отверстия 155 в полукруглом днище 153 за счет вращения зубчатого колеса 157. Зубчатое колесо 157 сжимает навоз. Сочетание зубчатого колеса 157 и перфорации 155 формует навоз в виде нитевидных волокон цилиндрической формы. Под действием силы тяжести волокна обрываются, образуя навозные гранулы. Зубчатое колесо 157 способно вращаться в двух противоположных направлениях, с целью освобождения механизма от всяких примесей, таких как шерсть, которая попадает в перфорационные отверстия 155.
На фиг.3b схематически в сечении показан пресс 12 фиг.3a, в котором днище 153 открыто отпусканием гайки 159. В открытом положении можно легко извлекать примеси, такие как камни, фрагменты копыт и т.п., которые могут блокировать зубчатое колесо 157. Кроме того, облегчается обслуживание зубчатого колеса 157. После удаления примесей или технического обслуживания днище снова закрывают, навинчивая гайку 159 на вертлюг 160 и затягивая ее.
Тележка оборудована колесами и двигательным приводом для перемещения тележки по боковым стенкам сушилки 4, от одного ее конца до другого. Тележка перемещается, одновременно выкладывая навозные сгустки на сушилку 4, и равномерно распределяя навоз по всей длине и ширине навозной постели сушилки 4 без привлечения дополнительных механических средств для такого распределения. Это снижает риск размазывания сравнительно мягких навозных волокон и гранул и закупоривания сушилки.
Как говорилось выше, сушка навоза в сушилке 4 осуществляется потоком воздуха, идущим снизу постели в направлении ее верха. Поток сравнительно теплого воздуха подается к нижнему слою навозных гранул и перемещается вверх, сквозь гранулы, в направлении верхнего слоя навозной постели сушилки. Это означает, что самая сухая и самая твердая фракция навоза будет находиться внизу сушилки. Чтобы высвобождать эту сухую фракцию из постели сушилки 4, тележка оборудована одним или несколькими лопастными механизмами 80, как показано в перспективной проекции на фиг.4. Каждый лопастной механизм 80 оснащен двигателем 81, предназначенным для плавного вращения лопасти 82. Лопастной механизм 80 также оснащен средствами перемещения лопасти 82 из первого положения на некотором расстоянии от днища сушилки во второе положение, ближе к днищу сушилки. В этом втором положении лопасть 82 может быть использована для высвобождения навоза из нижней части сушилки. При помощи лопасти более крупные фракции навоза будут разбиваться на более мелкие элементы. Сухие навозные сгустки, высвобождаемые из сушилки 4, в типичном случае, имеют содержание твердой составляющей минимум 85%, и, поэтому, не будут подвержены образованию грибка (плесени).
Вышеописанный процесс сушки протекает в непрерывном режиме. Через регулярные интервалы времени часть высушенного навоза высвобождается со дна сушилки, а одновременно с этим на верхнюю сторону постели в сушилке добавляются мокрые навозные сгустки.
На фиг.5, схематически, в сечении, показан вариант осуществления теплообменника 8, который построен в форме башенного охладителя. Башенный охладитель 8 оснащен слоем наполнителя 35. Охлаждающая среда 33, например, сравнительно холодная вода подается на материал наполнителя через магистрали 32. Указанные магистрали могут быть оборудованы разбрызгивающими форсунками или отверстиями, которые подобны описанным в отношении пылевого фильтра 5, что позволяет жидкости под действием силы тяжести просачиваться сквозь материал наполнителя вниз в виде пленки. Снизу наполнителя жидкость по каплям стекает в жидкостной коллектор 36. Снизу от материала наполнителя 35 предусмотрено впускное отверстие 37 для воздуха. Данный башенный охладитель отличается от обычных градирен, в которых сравнительно теплая вода охлаждается за счет принудительной конвекции наружного воздуха. В башенном охладителе 8, в том виде, в каком он используется в соответствующих настоящему изобретению вариантах осуществления сушилки навоза, сравнительно холодная вода используется для отъема тепла от сравнительно теплого потока воздуха, насыщенного водяными парами. Тем самым, указанная сравнительно холодная вода нагревается и смешивается со сравнительно теплой конденсированной водой.
Сравнительно теплый и насыщенный водяными парами воздух из воздухоочистителя 6 по магистрали 58 подается к впускному отверстию 37, и проходит вверх через материал наполнителя 35. Сравнительно холодная вода 33 подается на материал наполнителя, как было описано выше, и нагревается до температуры, очень близкой температуре того сравнительно теплого потока воздуха, который подается во впускное отверстие 37. Теплую жидкость из коллектора 36 можно временно хранить в тепловом буфере 20 или непосредственно использовать в теплообменнике 18, и частично в теплообменнике 1, как было описано выше.