автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Безотходный животноводческий комплекс с нетрадиционным энергоснабжением



Н АУЧНО-ГН'О ИЗВОД СТНЕШЮЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «СОЛНЦЕ»

АКАДЕМИИ НАУК ТУРКМЕНСКОЙ ССР

На правах рукописи УДК 582:22:523.72.004

АННАЕВ МАМЕД

БЕЗОТХОДНЫ« ЖИВОТНОВОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С Н Е'Г Р А Д И Ц И ОIIН Ы М ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕМ

Специальноегп:

05.11.08 — Преобразование вознобновляемых пинов энергии и установки на их

основе;

03.00.23 — Биотехнология.

диссертации на соискание ученой степени

докюра технических наук

N1 2/2^7-

ат Л 6< 02, 13Э0,-

Ашхабад ~ 1990 г,

НАУЧН0-ПР0ИЗВ0ДСТВЕШ0Е ОБЬШЩШШЕ "СОЛНЦЕ"

АКАДЩШ НАУК ТУРКМЕНСКОЙ ССР

На правах рукописи УДК 582:22:523.72.004

АННАЕВ ШМЩ

ЕЕЗОТХОДЩЙ КИВОТНОВОДЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С НЕТРАДИЦИОННЫМ ЭНЕРГОСНАБКЕПИЕМ

Специальности: 05.14. С©

03.00.23

Автореферат диссертации на ооиокание ученой отодени доктора технических наук

- Преобразование возобновляешь видов энергии и установки па их основе;

- Биотехнологая.

А в х а б а д

- 1950 г.

Работа выполнена в Научно-производственном объединении "Солнце" Академии наук Туркмэьлсой ССР и Туркменском сельскохозяйственном институте им. М.И.Калинина.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: чяэи-корреспоядент АН СССР, доктор технических наук, профессор КРУИ1ЛИН АН. ,

доктор технических наук, старший научный сотрудник ЕАУМ И.В,, диктор технических наук, профессор КАНТЕРЕ В.М.

КАУЧЩЙ КОНСУЛЬТАНТ - доктор технических наук, 'Профессор АМАНОВ Ч.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Всесоюзный научпо-исо<: эдовательокий

институт "Синтвзбедок" Минмедарома ССС1

Защита состоится " *_тддо г. в_.час.

на заседании специализированного ооввта Л 0I4.03.GI при НьучЕо-ароизводсхвенноьа объединении "Солнце" АН ТССР (744032, Ашхабад-ЗГ, м.Никрова, НПО "Солнце").

С диооертацией можно с-)накомитьоя в Центральной научной библиотека АН Туркиеадкой ССР.

Автореферат разоолан "_"_ 1990 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учровдения, просим направить по адреоу: 744032, Адтаба*-32, ы.Бикрова, НПО "Солнце" АН ТССР.

Ученый секретарь специализированного

совета, доктор технических наук, ____

профессор КОРПЕЕВ Н.Р

ОБДАЯ ¡{АРАЛШСТИХА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Удорожание ресурсной базы трздиця-пкой энергетики, потребности перехода ка интенсивные пути раз» ития с эль окохозяй о твекного производства я разнообразные аспек-ц экологических проблем, сопровождающие -общий рост экономкческо-о потенциала страны требуют новых комплексных подхг^ов я соверене твованию различных направлений хозяйственной деятельности. _еди многих нововведений, подготавливаемых общим ходом научно-ехнического прогресса, можно выделить два направления, имеющих рямое отношение к развитию и совершенствованию структур" сель-копзяйственного производства в южных регионах насей страны.

Первое из указанных направлений овязано о использованием ло-онциала нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в том поле наиболее существенного для Средней Азии использования солнеч-зй энергии. Возможные приложен® солнечной энергии охватывают ша-экий спектр технических решений: солнечное горячее водоснабжение, эднечное кондиционирование воздуха, опреснение минерализованных рунтовых вод, автономные энергетические установки для рассредото-эннь... потребителей в районах о низкой плотность» населения, исполь-эваняе селнечной энергии в культивационных сооружениях и систе-IX защищенного грунта. Нетрадиционные солнечные теплоэнергетические электроэнергетические установки могут рассматриваться как особый ■вдел автономной.энергетики. Другой класс технических уст;юНстэ, зпользующих солнечную эяергяв, составляют систем;, в ноторкх исполь-чввнЕО солнечной энергии составляет часть технологического процес-д. До недавнего времени наиболее распространенным технологическим тьзованвем солнечной энергии являлась высокотемпературная ге-юэиергетика, связавная с созданием солнечных печей. Примером тех->логкческого использования солнечной энергии з низкопотенциачьних рсцессах является солнечная термообработка ботона.

Б послздете года развяватся новое сущзотленное направление посредственного использования солнзчной энэргяд в технологически* роцессах, связанное о искусственным вмрзцившшом микроводоросдоК. ¡ироводоросли, з основном хлорелла, являются вэсьха цошшм про-¡лу точным сельсксхознйствешжл продуктом, способным существенно сразить кормовую базу животноводства. Исхусогзонноо .зырпажгсние юреллы требует больших затрат тепловой я электрической экоргки

дая светообеспаченгч и поддержания необходимого температурного режима. Практическое решение этих задач о использованием солнечной энергии, предназначенное для животноводческих хозяйств среднеазиатского региона, было предложено на основании научно-исследовательских и оштно-кокструкторских разработок НЛО "Солнце" ш ТОО Р.

Другим направлением научно-технического прогресса, связанным с развитием сельскохозяйственного производства, является внедрение безотходных технолога!, снижьлцих или полностью исключающих вредине экологические воздействрл кивстноводческих кошлексов на окружавшую срел,/. Концепция безотходных и малоотходных технологий, актуальная в различных областях техники, связана в применены к сельскохозяйственным производствам на только с переработкой отходов, ко и с энергетическим использованием продуктов этой переработки. 1 этом отношения тема безотходных комплексов в кивотиоводстве оказывается тесным образом связанной с нетрадиционной эк ргетикой.

Переработка отходов животноводства позволяет получать биогаз и ценные, обладавшие достаточной .энергетической чистотой, удобрения. В состав биогаза входапригодный для энергетического использования метан, углекислый газ, необходимый для организации газового питания при выращивания микроводоросли, и сухие удобрения, которые могут быть использованы гзлиокульивационнымл сооружениями комплекса или передаваться в качестве промежуточного продукта в соседние с комплексом хозяйства.

Перечисленный круг актуальных проблем нршьгааия нетрадиционных возо новляошх источников энергии г развитие концепции экологически чистых безотходных технологий животноводческих производств составляют основную тему настоящей диссертационной работы, с ту тему менно кратко охарактеризовать как разработку научных основ, теоретическое и экспериментальное исследование особенностей работы элементов и систем безотходного животноводческого комплекса, энергетическое обеспечение которого базируется на использовании нетрадицг ншх возобновляемых источников энергии.

цел«, и аяпачи тяПптм. Использование солнечной энергии и вторичных энергетических ресурсов теоко связано о климатическими особенностями региона. Резкая континентальность климатических условий среднеазиатских республик создает проблемы рехулирования томпера-

турных режимоз культивационных сооружений безотходного комплекса как в холодные, так и в жаркие месяцы года. Комплексное изменение безотходных технологий и нетрадиционных возобновляемых источников их энергообеспечения порождает также ряд специфических системных проблем согласования работы отдельных элементов безотходного животн'водческого гелиокомллекса.

Эти обстоятельства определяют основные цели и задачи данной . дссертациокной работы, которые могут быть сформулированы следующим образом:

- разработка теоретических моделей а методов расчета режимов ра^тты элементов безотходного комплекса с учетом сиотемных связей между отдельными технологиями;

- разработка методов и проведение численного моделирования специфических нестационарных тепловых процессов биотехнологических установок комплекса;

- оптимизация конструктивных и режимных параметров работы установок и сооружений безотходного комплекса;

- экспериментальное исследование и проведение натурных испытана элементов безотходного комплекса и разработка технологического регламента работы этих элементов с учетом специфики их нетрадиционного энергообеспечения;

- разработка практических рекомендаций я технических рекекиЗ по отдельным элемента комплекса с учетом региональных климатических условий ого эксплуатации.

Научная новизна. В ходе реше1шя указанных задач разрабатывались олодувдив составляющие научную новизну данной раб ты вопросы и поправления:

- оистошая структура безотходного животноводческого комплекса на базе кетрадиционных возобновляли* источников энергии;

- обобщенная методика математического «одсллрозаяня производительности солнечных установок с различными талачи передаточных функций, характеризующих зависимость к.п.д. от внешних клямл-тячесних параметров и соблюдения внутренних условий технологического регламента;

- метода решс-няя задач нестационарного уепдообмона с совместным применением интегральных преобразований и ортогональных проекций;

~ численное моделирование) температурных полей б течениях полупрозрачных ¿рад в плоских каналах и трубчатых системах с полупрозрачными стенкой, подвергающимися наружному облучении;

- натурные испытания трубчатых фотореакторов закрытого типа при знсплуатациокных и аварийных режимах систем терморегулирования,

Нтакткчеокая значимость результатов исследования ц их теали-зашш. Б результате проверенных исследований разработан ряд нрак-тичессих предложений и рекомендаций, имеющих прикладное значение, в ток ч~еле:

~ технические решения элементов безотходного коме :екса, защищенные авторскими свидетельствами;

- огштно-промышшнный технологический регламент производства хлореллы е установках с.трубчатыми фотореакторами закрытого типа на основе использования солнечной анергии;

- озытно-дромыгаленный технологический регламент производства биогаза ка базе биотехнологичеокой переработки отходов нивотповод-ческого комплекса.

На основе материалов денной диссертационной работы разработан проект безотходного гатотноводческого комплекса в двух вариантах, выполненный под научным руководством автора в 1985 с. (Легпродаонтаж Минмонтажспбцстроя СССР и СЖЕ Телиопроект").

По заказу Ишиедашкробиопром". СССР создан первый вариант безотходного кивотноводческого комплекса в Туркменской СОР.

Личный вклад автота.в толученкые результаты. Вышеуказанные научло-асоледовательокие работы и разработки практических рекомендаций проведены при не неродственном личном участии и под научным руководством автора, являвшегося:

- ответственным исполнители-! задания 03.09.03 ГКНТ СССР "Построить безотходный кошлеко по переработке отходов животноводства для производства бяомайсн и баогаза";

- научнам руководителем задания 2.30.1.5. "Построить безотходный шгйотноводчоокяй комплекс и провести ошгко-промшаленные иогчтания, провести ресурсные испытания завершенных объектов ЕЖ".

Научшо публикации. По теме диссертации опубликованы: 32 статьи в ^риалах Известил АН ТССГ, Гелиотехника; одна брошюра "Опнт-яо-ир^ молвленный технологический регламент производства хлореллы

и биогаза в системе безотходного производства" 55 с.

Апробация работы. В качестве публичной апробации данная диссертационная работа и отдельные ее разделы докладывались на конференциях: "Контроль и управление биотехническими процессами", г.ГорькиЭ, 1985 г.; "Техническая биоэнергетика", г.Саратов, 1985 г.; "Промышленное культивирование микроводоросл^й", г.Ашхабад, 1935 г.; "Энергетика океана", г.Владивосток, 1985 г.; "Биотехника - 86", г.Грозный, IS86 г.; Всесоюзных совещаниях: в г.Цущзно, 1987 г.; "Актуальные проблемы современной альгологии", г.Черкесск, 1987 г.; "Основные направления я on: л использования нетрадиционных источников энергии", г.Душанбе, 1988 г.; "Проблемы и перспективы использования нетрадиционных источников энергии", г.Кишинев, 1989 г.; на семинарах Отдела гелиобиотехнологии института солнечной энергия НПО "Солнце" АН ТССР, Туркменского сельскохозяйственного института им. М.И.Калинина.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глас, 310 страниц машинописного текста, в том числе иллюстраций - 50, таблиц - 17. Список использованных литературных иотогтеков оодержит 168 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ'

Во вводепкии обосышваетсл актуальность рассматриваемого круга проблем теш диссертации, излагаются основные задачи г цели работы, дается характеристика научной новизны полученных результатов и формулируются положения, имеющие прикладное значена?.

В первой главе излагаются общие принципа использования нетрадиционных источников энергии и применения современных бпо-технологическях доотииен?И при организации безотходных животноводческих комплексов в условиях пгшх республик. Рассмотрены бло-ппоргвтичоониэ установки по переработке отходов сельскохозяйственного производства, процессы бноконверсии солнечной янергпи при искусственном выращивании млкровсдорослей. Излагается концепция использования мккроводорсслей для укрепления кортовой базы отзог-позодотва. Дается характеристика клпптическг.х ус.иовкй рябсты

элементов безотходного комплекса на территории Туркменской ССР.

Отходы животноводческих комплексов могут использоваться в растениеводстве и парниковых хозяйствах в качестве удобрений. Поэтому их можно перерабатывать без стадии химической обработки. Шбор технологии переработка зависит от вида и происходаения отходов, способа их V. Jopa и длительности предаирительного хранения.

Безотходное производство применительно к ниастноЕОДч-скоцу комплексу может быть орг шизовано о разлдчнцмк степенями безот-ходг эсти и замкнутости. Е любом случае безотходное производство ца мож т сыть полностью замкнутым и должно выдавать деловой и . полезные побочные продукты, допускаквдш дальнейшее использование ? качестве готового продукта или сырья без дополнительной обработки, Основной задачей безотходного производства является производство высококачественного целевого продукта на заданном уровне с обеспечением минимального потребления сырья из~не и выдачи минимального количества вредных побочных продуктов во внешнюю эко-структуру. Отношояие количества целевого продукта к количеству, потребляемого сырья, а такие наличие полезных побочных продуктов определяют эффективность всего комплекса и зависит как от типа производства, так и от степени его замкнутосы.

Попытки создать по ноотью замкнутое хозяйство применительно к кивотным а человеку предпринимались давно. Оообенно интенсивно варианты таких систем .начали прорабатываться с началом космических исследований.

На рис. 1.1 доказан* схема организации безотходного производства для сельского хозяйства. Схема для космооа значительно слояшэе схемы для наземного комплекса и имеет большую отепонь замкнутости, Масштабы наземного комплекса должн", очевидно, во много раз превосходить масштабы его космического аналога. Лишь в этсм случае безотходный животноводческий комплекс моает стать у.озяйр.твешю значимой производственной единицей» Роэто.му применительно х; безотходному комплексу возникает немаловажная проблема рациональной организации его анергеткчзокого обеспечения.

Климатичоскиа условия ряда юашах регионов страны создают благоприятные условия для сочетания принципов бозотходного производства с техническими возможностями нетрадиционной энергетики. Применительно к климатическим условиям Туркменской ССР в

Ряс. I.I. Схема безотходного яизотноэодческого комплекса.

;:ачэстве главных источников энергообеспечения безотходных, животноводческих комплексов могут использоваться солнечная энергия и вторичные энергоносители, получаемые при обработке отходов самого животноводческого комплекса.

Биоэнергетика как направление фундаментальных и технических исследований I -зникла з середине 70-х годов. Это направление связало с разработкой и технической реализацией ыззгцов биококверскя биомассы и "олнечиой энергии в топливо и энергию.

■Из методов биоконверсии по общепринятым оценкам в ближайшие 15 20 лет практически будут развиваться направления, связанные о производством биогаза из отходов сельскохозяйственного производства, твердых бытовых отходов городов и осадков городских сточных вод и промышленности.

Бноконверсля практически может оказаться полезной при решении грех основных современных проблем:

1) экологической - охрана окружающей срода;

2) продовольственной - получение высококачественных удобрений (при аиаярэбяом сбраживании азот и фосфор практически сохраняются полностью, з то время как при традиционном приготовлении органических удобрений из навоза терявия до 30-40? азота);

3) энергетической • получение топлива.

В целом в стране для получения биогаза (70% метана, 30% углекислого газа) с теплотворно? способностью 5500-6000 ккал/нм5 потенциально можно попользовать по сельскому хозяйству до £0 млн. т/гсд (по сухому веществу) отходов крупных животноводческих комплексов и птицефабрик. Их переработка по существующим технологиям эквивалентна ежегодаоцу замещению до 15 млн.тонн органического топлива.

Технический уровень современной биоэнергетической установки по производительности, выходу товарного Сиогаза, удельной материалоемкости и трудоемкости технического обслуживания определяется лучшими мировыми аналогами представленными в таблице ГЛ.

Метод анаэробной переработки биомассы в биогаз и удобрения о инженерной точки зрения довольно хорошо изучен в лабораторных условиях. Полученные результаты удельной производительности по биогазу порядка 4 ма с I м° реактора, позволяют действительно эффективно получать товарную энергии из органических отходов в виде биогаза.

Таблица I.I. Технический уровень современных био энерге тяческих ус тановок

Основные показателя j _r'Bsmifi ! I'tT .

1. Объем одного метаатенка,м3 120 120 120

2. Производительность по биогазу, м3/сут. 360 420 700

3. Получение товарного биогаза, м3/сут. 216 252 420

4. Удельная материалоемкость,

т/м3 0,083 0,071 0,043

5. Удельная трудоемкость тех.

чед.ч/м3 0,066 0,057 0,034

Первоочередной задачей сегодняшнего дня является созданяз биоэнергетических установок для переработки жидкого казоза ка крупных животноводческих фермах и комплексах.

Иитенсификг-да процесса метанового сбраживания биомассы можно осуществить за счет совершенотвоьания конструкции патентен™ ка в части более равномерно: э распределения температурного поля по объему реактора, максимального исклпчения тзялошх потерь поверхностями, использования активных заквасок и раздельного способа сбраживания навоза о его предварительным разделением и анаэробной очиской жидкой фракции.

Учитывая особенности структуры животноводства, в значительной мере определяемые географическими и климатическими особонно-отями республики, разработку и создание безотходного животновод-ческс комплекса о использованием солнечной энергии и энергии биомассы можно рассматривать как одно из перспективных направлений решения важной региональной проблемы.

Существенным звеном этой задачи является укрепление кормо-. вой базы на основе искусственного выращивания микроводорослей. Недостаток шеоковитаишшых кормов является своеобразным лямя-тирующим фактором, сдерживающим развитие животноводства и сникающим потенциальгую эффективность этой ваякоЗ подотрасли -хозяйственного производства. Положительное решение проблемы укре-

u..ei'.ta кормовой базы нмзет вачное и самостоятельное народшхо-зяйстиокиоа значение. .Комплексное решение этой-проблемы в рамках концепции бозотходдого ккзотноьодческого производства обладает рядом преимуществ и можзт значительно повысить стабильность производства мясо-молочной продукция сельского хозяйства в условиях ТОО?.

Анализируя особенности слежавшийся структура яивотноводствз, ' гетто отметить, чте овцеводство в республике бази^егся а основном кл отгекшх пас тс игах, то1*да как разведшие крупного рогатого скота и птицы проводится в условия?. стационарного содержания. Б овява с: этим разработку и создание Сезоюкщюх комплексов правомерно оряектяравать на содержание коров, кур ¡г часткчгэ на откормочное содержание овец. Только в сяучао стойлового содержания кивоиих мокно говорить о беэотходаостк производства.

3 условиях безотходного ко1..ллелоа для снижения общих затрат на производство мокко существен*о сбалансировать и обогатить корма sa счет использования микроводорослей, выращиваемых внутри xosî&ctbù ка счрьз, состоящем в основном из отходов от животных.

Скармливание хлореллы животным приводит к увеличению колоч-ной а мясной нродуктя&носте, яИценоокости кур, Яаолуаквгет внимания случаи использования хлорелл» для профилактики госскпяоеого о-гравлс-яал крупного рогатого скота при откорме ого отходами хлопкового производств. Хсоралла б этом случае попользуется как ви-тпилнао-млиеральная добавка к рациону кявокшх, способствугсцая улучшении усюяемости кортов к нейтрализации токсичоского действия , гоосипода, и повышает прлвас lia 10-25%. Полоаитолыгаэ розультати в n-тш чаараалзЕаи получены на нескольких откормочных пунктах Узбекистана.

. Б условиях Турямонии полажитольнка результаты были подучены о оокхоза "ии:ардок", колхозе "40 лот ТССР", колхозе "Социализм" к друг« хезлйотаах. При «опо" Ьоовглии хлореллы в рациона хлиот-iiu:c улучшались на только показателе прироста, ко к качнетво що-

1&ЗрабйГКа бвЭОТХОДНОГО 0рОИЗЙСДСТБЭ. пролукхтки Г-ШЗОТНОБОД-атва гройуот решения проблем; элергообопечоцкл. В значительной море ьтц проблема в условиях КОР можот быть рош.зна за счет использования солпочной ппнргки. Работа отдельны?: составляющих бэгоуходного комплекса, таких как биоэнергетические установки

по производству хлореллы, требует поддержания определенных условиями технологий, заданных температурных режимов. Тькш образом, проблема энергообеспечения безотходного комплекса э основном сводятся к решению ряда г^плоянэргеигтескта задач.

Установки, использующие солнечную энергию, как прзгияо, имев-г развитую цриелшуй поверхность, нолоиродственно контактирующую с окдоетгаей средой. Поэтому режимы работы этих установок определяются климатическими факторами,и период ах активного использования в годовом разрезе связан со среднестатистическими климатическими характеристиками района расположения. Глазными факторемц в комплексе климатических зоздейегвиЯ на установки, ¡го— пользующие солнечную энергию, являются солнечная радиация и температура окружающей среда.

Климат Туркмении - континентальный и исключительно сухой. Такой климатический раяим обусловлен особенностями циркуляция атмосферы, расположением республики в глубине огромного материка, южным ее положением, характером подстилающей поверхности а наличием на юго-востоке и юге горных систем. Коятатэнтльность к-има-та проявляется е резких изменениях метеорологических элементов в суточном и годовом ходе, а засушливое-ь - в очень малом количестве атмосферных осадков, значительной сухости воздуха и малой облачности. Открытость к сзвору позволяет холодным воздушным массам беспрепятственно проникать на территорию республики и вызкврть резкие похолодания, особенно в зимнее время.

Среди стандартных справочных климатических характеристик ни одна не может быть использована непосредственно для вычисления производительности шш иных харктеристик работы солнечных установок, так как каждая установка обладает своей зависимостью к.п.д от комплекса климатических факторов. Згот к.п.д. изменяется во времени вместе с климатическими параметрами и его среднее значение за день не равно расчетному значена», вычисленному пои арздцеднавшх значениях климатических факторов. Коккрэкил растет производительности установок по известным рядам ежедневных значений метеолараметров тг эретячоски возможен, но чрезан-. чайно трудоемок. Поэтому для проведения теоретических цоследоаа-, нкй, как правило, приходится состэеляо;ь опявдасьнае магзмьг:-гч(з—V • ские модели климата, которые при соблюдений гре£оганай адетаалю« сти обладают большей емкость а сокращают объем хмчволс-яш«..

13 " ' • Г с

Несмотря па указанную сложность непосредственной интерпретации штаоданшх, можно указать некоторые ключевые климатические характеристики, уровни значении которых корродируют с режимными и итоговыми дарами грам:<1 работы солнечных установок и которые могут быть положены в основу математических моделей климата. Перечислим пекоторыз общие принципы отбора таких характеристик. Прежде всего отмети..., что с теплоэнергетической точки зрения' бояьшхкетво солнечных установок и сооруженш" типа солнечных ютллектсров, фотсроакторов, геляотеддиц характеризуются избыточной температурой относительно температуры окружающей среда. Избыток температуры- л'хшорционален уровню солнечной радиации и обратно пропорционален значению коэффициента потерь . Отсчет этой избыточной температуры ведется от температуры окружающей среда Т0 ..

. Иэлагаашй подход является сообщением известного в гелиотехнике метода эквивалентной температуры- окружающей среда Т , примененного ранее т' солнечному коллектору и фотореактору. Схему этого ыотода можно представить в виде следующие соотношений.

.Пусть - плотность потока солнечной радиации на входе в приемное устройство солнечной установки (поверхность солнечного коллектора, прозрачное ограждение гелиотеплищ ила фоторяак-тора), величина (Т'оС ) - обобщенная пропускатеяьно-поглощатель-нал способность приемника, а С/с - коэффициент потерь, разный среднему коэффициенту теплопередачи от рабочего объема установки в окружающую сроду, приведенный к единице площади приемной поверхности. Пусть также рабочий объем установки ь номинальном режиме характеризуется температурой Тн . Тогда балансовое уразнение, определяющее работу установки принимает вид

(Т(Х)Ч ~Чпап + ии(Тн - То) • , (Ы)

.'•'Де Цпол - плотность потока полезной тепловой энергии в расчете на единицу площади приемной поверхности.

Сулмаряая полезная анергия, снимаемая с единицу площацд .пра-омиоЯ поверхности ралаа

Епоп"/<НЧпол~ .Ц./<П(Т*-Т„) , (1.2)

где интегрирование ведется лишь по интервалам о полокительнами значениями подинтегралыгой Функции,

Режимные и теплотзхнкческио характерно теки установки однозначно определяются на стадии проектирования, а климатические параметры изменяются в широких лредалах, особенно в х'одозом разре*» 06, Поэтому для большинства солнечных установок, расчесанных на эксплуатацию в услов/.ях континентального климата с резгигы перепадали средних температур зша-лзто, характерна сезонная работа.

Б этом случае для рабочего сезона можно приближенно (для грубых предварительных оценок) считать, что интегрирование ло враиа-ни при определении среднедневных значений/ к.хх.д. теплового .использования солнечной радиации распространяется практически на весь . световой день Д^св • Во всяком случае, основной вклад а интеграл (1,2) дадут те дневные часы, для которых при правильно еггроек'-ч-' роъанной установке и правильно определенном периоде эксплуатацш по дин т егрэ ль ная фушещя окажется заведомо положите, лной.

Окончательное приближенное оценочное выражение для полезной энергии, снимаемой о едигощы площади приемкой поверхности солнечной установки за ясный день, приобретает следующий вид

—ст

Епол = да; фде'нь - и^[тн ~(Тср+ ^ Ц-й^. (1.3)

Исхода из изложенных обобщениях соображений об оценках тепловой производительности различных типов солнечных установог, входящих в качестве элементов в безотходный аивотнозодчоензй комплекс, можно заключить, что. основными рзясииообсазующими характерно тиками климатических факторов, определяющими сезонность и эффективность работы гелиотехнического оборудован»!, является следующие четыре характеристики:

^зр - среднесуточная температура воздуха;

. —у— (Я/

А/ср - суточная амплитуда температуры Еоздуха при ясном ^ небо;

Одень - приход суммарной радиации на горизонтальную яс~-' ворхкость за день лря ясном небе; - вероятность отсуа ,твкя облачности.

На рис.1,2 и 1.3 показаны символические карта распределения этих характеристик по различным районам ТССР. Значения характеристик приведены для пяти пунктов шзЛяйдвяги за январь- и '

года мэояцы. Укаашою хзрадтэрдазтя ¡шу? шишзеяатьея и качеств® кдатшх прк ощша жрнодбз рабеш уетодоэ^, дзд чего требуегея их оомосячяво вера4!»*?«»«, * томи» лрв aoos-p-» екик более детальных кдвдмадвчаойах к-одоло" н/Ж^а к ®иь

моделей щ4от самих „атновеа о м них оооЗйкноотйЙ п ноштплътх язагверачрршх рёжамйз,

So второй главе Излагаются основный положения теорий математического моделирования системных связей и режямоз работы элементов безотходного комплекса.

lía рис. 2.1 изображена примерная схема безотходного хавот-новодческого комплекса. По принятой классификации объектов яявое- ' новодства данный комплекс относится к малым комплекса:.;. Он рассчитан на одновременное содержание 100 голов крупного poravcro окота» 1000 голов овец и 5000 штук кур. Схема поясняет основные связи движения кормов, питательных сред и переработанных з удобрения отходов между отдельными элементами безотходного комплекса.

Безотходный комплекс не являотся полностью замкнутой системой и часть основны:. и побочных продуктов оказывается избыточной s либо после дополнительной переработки посту.лег на хранение, либо передается внешнему потребителю, Кроме того, отдельные звенья кома-лекса имеют ярко Быраженный сезонный характер работа, тогда как другио сравнительно стабильно работают в течение всего годе Поэтому кормовые связи и производство удобрений не являются сбалансированными .

Так например, избыточным является производство сухих удобрений. Не все они потребляются внутри комплекса, ввиду огракичанно-сти площадей гелиотаплицы и открытой площадки. Дакпкй ¿опрос не явля-тся принципиальным, так как увеличение указанных площадей могло бы правоота производство и иярзблание удобрений в подноо соответствие. Опытный харогавр безотходного кошяикса а необходимость отработки в nspsy» очородь оовсшшх чтмлвгтвааях мыт-тов дедаот кзцелвсообразкам расшрвнво уяжщ'мх здощадей, удобреши удобш а транспорте! тч и язе избыток mmv бш гшщш«-лен для использования а ооошшэ хозшотьа,

Вмруй систему оиязей еламенгоя. беэогходвдго etips-jy-.

«-«'-•<• > ...........%

| кормоцех !

--т——|

| (хпод кормоГ|

откормочный комплекс--

ИЗ--

т

оацы ЮОО голов

Гксрэеы "1 | . ЮО голов I }

—— -4- —

иуры 5ООО штук

сушка, хранена© хлореллы

оь

| теплица ДСОм1"

емкое Чпя сусп

эсть , \ спензииу

Уста новка биогаза

I

.3

цех тутового . шелкопр^а

бассейн _

для рь;5

Фото- ! реактор |

Отделение чистой

культуры

п

Тепло-обменник

Сочнечный •коллектор

М Культиватор —имокулятор

емкость питатель, -юй срес;ы Гра^ирни

Склац минеральных солей |

Источник тепла

Рис. 2.1. Схема двзг-вяня кормов, питательных сред и удобрений мезду элементами оеэогходкого зязогководчйси'ого комплекса.

ют энергетические потоки, Ира более общем подходе схема движения кормов и питательных сред такте может быть включена в схему экер-гетичеоких потокое. Однако зи потоки касаются энергетики биологических процессов, а мы но будем проводить в дальнейшем такого широкого обобщения. Под энергетическим потеками ш будем понимать в основном тепловые потоки, рассматриваемые в промышленной теплоэнергетике. 3 нашем случае эти потоки связаны с обеспе-чзнлем номинальных температурных режимов элементов безотходного комплекса.

Полного разделений биоэнергетических и теплоэнергетических потоков в комплексе провоста нельзя, так как принцип безотходно— сти связывает переработку биологических отходов с теплоэнергети-.ческими процессами. Поэтому одна и та же биогазовая установка оказывается включенной з обе схемы. Б качество исходного материала в нее поступают отходы откормочного комплекса. А в качестве продуктов процесса переработки отходов в ней получаются сухие удобрения, частично вывозимые за пределы комплекса, углекислый газ, используемый в системе газового питания фстореактора для выращивания хлореллы, и метан, используемый в качэстзе топлива в теплоэнергетическом хозяйстве комплекса.

Схема энергетическтх потоков в безотходном животноводческом комплексе представлена на рис. 2.2. Здесь указаны е же элемента комплекса, что и ка рис, 2.1. Энергетические связи охватываю? только элементы, соединенные теплотехническими коммуникациями, и связи откормочного комплекса с газовой установкой, соответствующие поток. отходов, перерабатываемых в топливо. Топливо утилизируется в самой жо биогазовой установке, снабженной водогрейным котлом.

Целью математического моделирования системных связей безотходного животноводческого комплекса, использующего солн чную энергий для частичного удовлетворения энергетических потребностей и светообеспэчения фотореакторсв, является определение рациональных пропорций между его элементами. Рациональный выбор пропорций означает согласование размеров (производственных мощностей) элементов комплекса таким образом, чтобы по большинству типов связей между элементами, отражающих потоки энергии, питательных сред яля отходов, в комплексе достигалась необходимая степень замкнутости производства.

г; о

от нерыночный комплекс

С

кормоцех

{ склод кормов |

коровы ТОО голов оэц.ы 1000 голое

, —— |

куры I 5 ООО штук I

РЗР

суш; 3 , хранение хлореллы

| площодмд 0,5 го | ^

Емкость «^ля суспензии

Установка биопаза

| теплиууз ДООм2 |

[

140х тутового шелкопряда

Фотореактор

бассейн С|ля рыб

Емкость питательной среды

Теплообменник.

| Солнечный I кс ллектор

Отделение

чис—ой культуры

Культиватор -инокулятор

— Грасрлрмя

I Ист«

Источник тепло

| склад минеральных солей

Рис. 2.2. Схема энергетических потоков в безотходном животноводческом комплексе.

Укономачэски оптимальная степонь замкнутости наьзмисго безотходного комплекса ¡южан быть а на очень высокой. Цаянэ дишь, чтобы возиояше избыточнее промежуточные проекты элементов комплекса могли бы без потерь использоваться сторонками потребителями, а врэдные отхода:, напротив, полностью перерабатывались бы б пределах производственных циклов комплекса и не взносилась бы во внешнюю экострукту£у.

.Вопрос согласования производственных мощностей отдельных элементов не представляет проблемы, если системные связи элементов образуют линейную цепочку, И этом случае промежуточный продукт каждого предыдущего элемента в цепочке, используемый в качестве исходного материала для работы последующего элемента, свяок- • вает производственные мощности этих элементов однозначно а соответствии с удельными показателями производительности'я расхода исходных компонентов. Однако при замыкании и закольцошвания системных связей между элементами пропорции между элементами не образуют такого прост го соответствия.

В общем случае соответствующая система однородных динойшх уравнений является неразрешимой л согласование элементов комплекса требует либо отвода части избыточных промекуточных продуктов, производимых элементами ыомплскса от отдельного участка замкнутой цеми системных связей, лаоо подвода извне дополнительных исходных материалов, обеспечивающих работу выделенных элембктоз,.недополучающих ыи исходные продукты от предыдущих элементов цепочки.

Обращаясь к рис. 2.1, молено отметить, что в изображенном на нем слое системных связей меяда тремя элементами образуется холь- ' цеасй цикл: отходы' откормочного комплекса обеспечиваю: исходным ■ материалом биогазовую установку, углекислый газ как один аз продуктов работа биогазовой установки используется для организации газочого питания микроводоросли, культивируемой В фэторсакторэ, а продукция £отор?аятора саь?а используется в качестве одной из,, компонент кормового обеспечения работы откормочного комплекса.

для количественной оценки согласованности указанных элементов по кольцевой структуре, системных связей в табл.2.1 при- ; ведена характерные удельняе показатели производительности г. расхода исходных катариалов в элементах комплекса, Пря многомерной ■

Таблица 2.1. /дальше характеристики по суточной

производительности и оуто-лой потребности в исходном материале трах элементов безотходного комплекса (откорме-шыл комплекс, биогазовая ус.ановка, фотореактор)

Т

Условное

ооозна- , чекле \

Единица измерения

; Значение ; хаоакте-, ристики

<5*

9Р£ 9Рз 9*

Ь„

о д. откорма

кс сух.веса отходов ед. откорма х сутки

кг оух.веса отходов мэ метантенка х сутки

м3СО.

. п^ и... I .......

м^метантенка х сутки

м3С02_

м3фотореактора х сутки

5,0

0,5

6,00 7,5

0,75 0,025

1С

0,5/3,5*'

УШ удррод^ц_

м9фсторэактора х сутки

5С0

с учетом использования продуктов сгорания биогаза

модели тгкормочногс зае::а с несколькими видами животных и птица в общем случае условие разрешимости системы уравнений согласования элементов комплекса примет следующий вид

£ с .р.Г э* -к-с, _ = 0 .

Г->*11д„'Ън-ср. ] (ал)

Рассматриваемая кольцевая системная саязь может быть сбалансирована за.счет преимущественной ориентации безотходного комплекса ка откорм овец при незначительном числе крупного рогатого скота и не слишком боль-том отдалении по откошу птпцы. Из этлх соображений и была выбрана укзакная на рло. 2.1 и 2.2 примерная структура откормочного комплекса, расчитанного на одновременный сткорг.1 .100 голов крупного рох'ят-ого скота, 1000 голов оьец и 5000 стук кур.

В практически интересных случаях для расчета пропорций проектируемого безотходного комплекса врлш не сами ежедневные значения производительности гелиотехнических элементов, а их средние значения для данного перни?, (месяца) года. Причем усреднение подразумевается производимым но многолетней статистике метеоданшх за одноименные месяш различных лет.

/7 ~ /' с/± ( ер-?] )

«/. г • (2.2)

Врем шыо ряды солнечной радиации <£(*), и комплекса метеопараметров (р ( £ ), от которых зависит к.п.д. установки Ц , могут быть представлены через гас среднестатистические значения и отклонения от этих значений

Дусть известна аналитическая зависимость к.и.д. как ёунтии метеопараметроз. Вазлояим чту пункцию ^ ( <р ) в ряд в окрестности характерных для данного месяца средних значений (р , и удержим в разложении только члены первого порядка малости .

Г)((рИ)) « +• А^П) (2.4)

Рас. 2.3. Схема взаимодействуя ооляечных установок безотходного жязотнойодчоокого комплекса

Подставляя это разделение в интеграл (2.2) и производя операции усреднения с учетом статистики ясных дней и соотношения = получим

. (2.5)

Е ряде случаев зависимость у от ^ :,!о:.се? быть разрывной . функцией. Например, производи?, ельнссть фэтореактсров оказывает-. ся пропорциональной приходу солнечной радиации со сравнясельяо стабильным к.п.д. в те периоды времени, когда выполняется основные условия технологического регламента по производству хлореллы, Еклочая температурные условия. Напротив, в периода нарушения технических, в частности, оптимальных температурных условий, к. . ц.д. резко падает и процесс; культивирования практически оогакад-¿дзается вне зависимости от уро-зня радиации. В таких случаях к.п.д. ижет бзтъ црздегавлен з виде произведены номинального к.п.д. установка на ^ядцив Хевасайда

Ч(?<*>) ■/(?(*>) ' ^

которая оказывается равной I при комбинации значений кяиматоте-ских параметров. допускеюг^х техническое достижения регламентных условий, и равна 0 в периоды, когда внешние условия при оу- ■ ществующлх технических возможностях установки не позволяют ей выйти на ЕОкакаяьаиП резцам работы.

Г» за-тачешш данной главы рассматривается магемаическая... ■ модель комплекса климатических параметров, используемая а дальнейших расчетах, и схегю взаимодействия соянечшх установок без~ отходного комплекса, пзобраяенная па рис. 2.3.

В третьей гсавп рзск.из-рквгвгоя .мотоды лагемаютвож -о коде'шроваяия нестационарных ретимоэ топлоочэна, характерных доя течения полупрозрачной среда з плоских, каначах п трубах с по*"-прозраишми стенками, водеергшчпмноя наигжвовдг теплоаоцу на-' груъешк за счот конвективного теялообмона с окрукаюс.ей средой . и облучения солнечл.Я: радиацией.

Параду с балансовыми саотнокеняями, определяющими общгй . яемяяргицуряый ро>ои ^ото.о^акхоров, для виргуикшия диореяди бодь-ЫО'Э значениз имеют лск-.лькыз тепловые услоаия. ВвлДГ срагки- :" ' ■

только язбольаюЁ величины оптгс. ильного бкотехнологического температурного диапазона развития клеток хлореллы £35-37°С) температурные условия во всем рабочем объеме фотороактора должны и-держиважься достаточно жестко.

МзнрорнЕнья циркуляция суспензии едо.чп требуемого тракта фотореактора. прязодят к циклическому тепловому нагруж .няа элементов объема жидкости. Коне тру кишнне и рея змкые параметры фотореачтора • должда подбираться таким образом, чтобы циклические колебания температур б циркулирующие но тр. бчатому тракту элементарных объемах суспензии не шходили за пределы оптимального биотехнологического диапазона. Важность этого условия связана не только о паданием прсд/ктяЕносги культуры при.отклонении температура от оптимума, но и с ухудшением качестза продукции при периодических температурных колебаниях, изменениях морфологии клеток, приводящих к снижению их усваемости яри скапливании яивотшм в качестве бел-козо«Еита\52нных добавок. - • '

Основным способом снижения температурных колебаний в объеме суспензии является увеличение скорости ее течения вдоль трубчатого тракта и. секционирование фотореакторов с целью ограничения дли-

облучаемой части трубопроводов, заключенных между тедлообмен-хкми участками. Проводившиеся ранее расчетные исследования были выполнены с рядом упрощающих предположений, в частности, с предположенном о постоянстве температуры в сечения трубопровода. Жесткость температурных требований, предъявляемых к процессу кудьтпзирова-кял хлореллы, делает необходимым более детальное исследование том-паратурних полей з рабочих объемах фотореактора, в частности, требует оцанхи возможных температурных перепадов между ядром но-тола и цркстеыочшми областями. А это, в свою очередь, требует углубленной проработки методов расчета температурных полей в дви-кущдхся полупрозрачных средах, иодевргаицпхея как поверхностному, так и оСъо:,1Н'л.у тепловому нзх-ррхени».

В успсштом применении методов математического моделирования, 'ддл реаошгя инженерных задач значительное место занимает разработка оцгреккжшис приближенных аналитических методов расчета, с но-

кофрах находятся ращения в простой форме, даже цзнов умэнь-вйыи ¿х точности. Сдан из таких аналитических методов приводится

в нас то.г ¡ей работе применительно к задачам математического моделирования теалофизических процессов при различных тепловых на-грукенинх на объект от внешнего источника.

Нетод основан на совместном праменеппи интегральных преобразований по односторонним параболическим переменные и метода конечных, элементов с реализацией ортогональной проекции взвешенной невязки по всей области изменения двухсторонний эллиптической координате в терминах Патанкара и сполдкнга. Такой подход к решениям поставленных задач математической физики позволил весь алгоритм определения приближенного аналитического решения, как и при реализации численных методов, еффзктивно перпоиить на 33Ч.

В данной главе приводится общая теория интегральных преобразований, Интегральные преобразования над температурным полем с заданным ядром рассматриваются как интегральные уерзднвлия с нехо-.>. торш весом. Ка основе этих теоретических исследований впервые приводятся физические толкования интегрального преобразования Лаплаоа-Кар юна и двух теорем о предельных свойствах.

Для разработки элективных гибридных чиолеино-ааалктпчесяпх методов расчета краевых задач нестационарного теплообмена £эно теоретическое обоснование целесообразности применения точных методов расчета по односторонним параболическим пераменккм и приближенных численных или аназйТлгеасгаяг методов по двухсторонним эллиптическим координатам.

Приведены тагско репенял задач яеетадгонарпой теплопроводности в трг\ классических фигурах, когда гело омывается внешней средой с заданной температурой и кроме того поверхность подвергается лучистому обогреву по заданно:,у закону изменения удельного теплового потока. Сгрз.ч этих задач при различных нестационарных. иамо- .' ионяях внешнего теплового нагруыенил приводится впервые.

рассмотрены задачи теплопроводности для полупрозрачных тел при совместных граничных условиях второго и третьего рода, когда-ipor-рез тела происходит кроме теплопроводности зщэ внутреннем асточником тепловыделения по закону Еугера. Рассмотрены также ■ задачи теалоЗязшсл но определенна тзмпэратурнсго поля в одкослой- , юй п двухслойной стенках при постоянной температуре па в ну трек-. ;ей поверхности и переменных.-зо времени (экспоненциальных, гар-,тонических) температурах нару:жого воздуха. ,

Б качестве иллюстрации разработки другого гибридного числен-ноанэлитяческого мзтсда приводится рэшэлио стандартной задачи теплопроводности путам применения конечно-разностной схемы по эл яз-тической переменной и интегральных преобразований Лапласа по парабол отеской переменкой. Рассматривается ряд внутренних задач конвективного теплообмена при течении полупрозрачной жщкой суспензия хлореллы з трубчатых фотореакторах.

Лоле температуры внутри тел трех классических форм (пластина, цклвдр, aap) при экспокэнтциадьн^ подъеме удельного теплового потека и постоянной температуре окружаадой среда представляется а виде

Т(£,(ъ,^,т)~Тс +§[r-exP(Pd-F0)] +

При расчете температурного поля в потоке суспензии хлореллы используется среднеинтегральная температура по живоцу с чению трубы фотореактора

я sr

T*(x,t) Jdrdf rTir.t.x) = (3.2)

Для непрозрачной жидкости при малой по сравнению о поперечным размером характерной глубине проникновения солнечной радиации е обгем суссэнзид срзднеинтегральная температура имеет вид

T%\^)^Di'F°HTc^§-)[i--cXp(--2Brr0)] . (3.3)

Относительная и? бы точная температура, определяемая соотношением

O(^,X,F0,Bi) = — ' (3.4)

приводит к ввду

в 0.8

0,4

,1—

0,4 0,8 1.2 1,е я.о X

Рио. 3.1. Изменение относительной избыточной температуры при Еч~и5и Вс^-!

в о,в

О, л

о

1

0-1

// г

и

о, а

1.2

2,0 X

Рис. 3.2. Изменение в вдоль трубы на поверхности и внутри потока.

£

о,е о,4

,оУ / ///

/ АгА

40 /О

/

1 1

0,2

О.А

о,е ода

1,о &

Рио. 3.3. Изменение профилей темпера: ,-ры при &1-И для различных X .

Мзыензяаз избыточной температур« Q для B¿ « 0,5 приводится на рис. 3.1. Жкйнение относительной избыточней температуры по длине трубы на поверхности смачивания (^ = I) и з ядра потока кидкости ( *» !.|) при ¿Ü£ га I, которпя нсв'чя в адбу только после начала процесса ( X F^ ) и сравнение о точный решением криво™ да гея 1'л рал. 3.2. Изменение прс-омлай температуры при — 1 з зонах X « 0,1; 0,3; 0,5; 2,0 приводится на рис. 3.3.

Теоретические определения температурных полей з потоке нед-кости внутри круглой трубы простой функциональной зависимостью при различных внешних тепловых нагрухениях внешней средой (воздухом) а радиационным потоком нд прозрачную стенку трубы позволяет- произвести конструктивные расчеты при проектировании гёоторе-актороз закрытого типа для варадквания шкроьодоросли хлорелл».

f¡ чстзортой. глава приводятся результаты численного моделирования z оптимизации режимов работы и производительности трубчатых «то то реакторов установок дая выращивания хлореллы.'Производитель-кость этих устанозок зависит от большего числа факторов. Большинство из них влияет на производительность установки по схеме лимптяру-з:цех факторов. Пека тот или иной параметр находится з пределах корт,и, он не оказиваег непосредственного влияния на рабств- фото-огактора. Как только нормативные соотнош ния нарушаются, производительность установки резко падаот. Совокупность нормативных соотношений составляет технологический регламент.

При заполнении всех условий технологического регламента пр -цесс фотосинтеза идет со сравнительно стабильным к.я.д. Однако и в этом случае не удается точно определить функциональную связь «езду приходов редзацш а выработкой оломассa. ¡¿ногочисленше на-гурныз испытания фотореакторов показывают, что к.п.д. преобразо-какая световой энергии в экергшо химических связей биологического продукта составляет 4-8$ для спектра фотоагатетичоскиактийной ■радиации (ФА?) илл 2-45» для всего спектра солнечной радиации. В •¿тих дашмх к.п.д. ис .иоляется как отношение химической энергии - биомассы к световой.энергии, поступающей на вход сЕетоприежюй позорхчооти. Химическая энергия оценивается по средне^' знерге-: ук^еокомзг эквиваленту абсолютно сухого вещества биомассу (AGB), составляющему 6,15 ккал/гЛСВ.

Такой заметный разброс значений к.п.д. при практически

идентичных биотехнических условиях объясняется фазовой неоднородностью стадий развития клеток хлореллы в составе культивируемой биомассы. При длительном мнсгосуточном культивировании в стабильных условиях количественное соотношение между клетками, находящимися на различных стадиях развития, приходит к некоторому динамическое равновеоно:.5у распределению и значения к,т.д. стабилизируются на уровен средних значений,около 6% для САР и около 3% "ля всего солнечного спектра. Е этих условиях можно считать, что технологический регламент соблюдается и единственным лимптиру-вции фактором, определяющим конечную продуктивность установки, является приход солнечной радиации.

Соблюдение части условий технологического регламента, связанной с минеральным п газовым питанием, периодическим сливом готовой продукцией обеспечением биологической чистоты культур::, зависят да основном от качества сксплуатацаонногс обслуживания установки. Удобным внешним факторе;.;, определяющим длительность сезонной эксплуатация установки в годовом разрезе являются климатические параметры. Они определяют температурную часть условий технологического регламента. 3 тепловых процессах, определяющих работу трубчатых фотореактороз, можно выделить два аспекта. Первый связан с пкто-гральным тепловым балансом фотореактора и определяет границы активНой наработки биомассы в суточном и сезонном разрозо. Второй касается локального тепловс^о состояния суспензии при периодическом Прокачивании ее вдоль трубопроводного тракта рабочего объема ус-'¿анозки. Этот второй аспект связан также о массообменом внутри рабочего объема и обеспечением газового питания клеток в пристеночных наиболее интенсивно облучаемых слоях суспензии.

Численное моделирование проводилось для типовых модулей фотореакторов, из которых могут быть смонтированы установки произвольного размера с теми ко удельными характеристиками, что и у типового модуля. Площадь Фроктачьной проекции жюзого модуля - 5,2 а;2. ,Масса суспензии тс= 286 кг с теплоемкостью Ср«= 4,2 кД*/Скг,о0). Среднеэксплуаташокше^оптичоские нозффацяентк ^сГв 0,1'; Т" = 0,50;

Кр - 0,13 - 0,15; 9РТКр=* 0,24. Коэффициент тепловых потерь « 15 Зт/(м2.°С).

рис. 4.1 и 4.2 показан дневной ход ресчотяоЗ равновесной температуры фотсреахтора 7ф в различные месяцы первого и второго полугодия. По этим данным можно рассчитать среднестатиоткадсхке

Pre. 4.1. Дневной ход расчетной разновесной температуры íoto-рэактора в различные месяцы первого полугодия.

Рас. 4.2. ;'(Ц0Шэ2 ход расчетной равновесной температур*;

фотсреахтсра Тф а различные месяцы второго полугодия

интервалы вромс чи активной работа установки э течение ясного дня. Результгти этого расчета представлена на рис. 4.3.

Период активной дневной работы фоторсактора несимметричен относительно истинного полдня по двум причина, каждая из кото-рих обусловлена своеобразным аккумулирующим эффектом, Первый аффект связан о аккумулированием солнечного тепла земной поверхностью, в результате- которого приземные слои воздуха, получающие тепло m непосредственно от солнечного излучения, а от этой поверхности, достигает максимума своей температуры в послеполуденные, час— с запаздыванием относительно хода солнечной радиации. Второй Э'й-ект связан с аккумулирующими свойством самого фотореактора, благодаря котором максимум равновесной температуры Tp3f наступает еще лозме максимума температуры воздуха. В результате интервал активной работы фстореактора заметно смещен в пределах светозого дня в сторону, послеполуденных часов.

Проведенный анализ позволяет представить к.п.д. работы фотореактора в форме (2.S). Номинальный к.п.д. фотореактора по преобразовании солнечной радиации, посыпающей на вход светоприемной поверхности фотороактора, в конечный продакт составляет /Д. *= з£. Ппи отом ^нкция Хэвисайда X (y>(t)) из (2.в) определяется границами рабочего дня фото^еактсра, приведенными на рис. 4.3. Б пределах рабочего дня / = вне его границ = 0. Tait что выработка установки определяется по-туплением радиации на светопрп-емную поверхность в течение-рабочего дня.

Обозначим интервал рабочего дня, когда выполняются номинальные условия технологического регламента, через AtH . 2сли площадь светоприемкой позер, яоети установки (плошадь фронтальной проекции) равна F , а интенсивность (плотность потока) солнечной радиации на входе сватоприемкой поверхности в ясный день составляет величину

(Я) , _

y(t)~J0<t)'(r+scr<t)Kp) , (41)

то суммарная наработка продукта за среднестатистический ясшй день составит

nr^ F jrJt ^t) • (4.2)

4w

№. 4.3. Среднестатистический рабочий день ^отореахтора при ясно« небе.

Удельндл производительность установи; П в среднем за любой день месяца, включая ясные а пасмурные .дни составляет

Ч

Таким образом, удельная и интегральная производительность фотораактора определяется интегралом

%"> ~ [л-<}»Н) , (4.4)

¡Значения этого интеграла для среднестатистических ясна* дцеЛ, в различимо иеслци года жлсазаны на ряс. 4.4. Макеималь-шД приход радиации за интервал рабочего дня установки й'рлходит-сл на тих., хотя максимапьнэя проложителькость свет вого дня наступает в йене. Этот £акт является сладок гем более высоких средних температур воздух, и, соответственно, равновссих тем-пехтур ТфК э ¿шло. Он таксе связан с проявлением эффоктоп аккумулирования, однако эти аффекты касаются более долгосрочных процессов сезонного аккумулирования солнечного тепла в поверхностных слоях грунта. В то же время, приход радиация только ш интервалу арекеьи определяется равновесными температурами, но внутри отсго интервала пропорционален интенсивности радиации. Поэтому при равных для нюня к августа границах рабочего .дня ло номинальным температурим приход рад, ходи в ивнэ за день оказиваэтея выше, чем в августе из-за большей интенсивности солнечной радиации в июне.

Коккурярушзз влияние радиационных п температурных факторов проявляется еще через один параметр, а имение, через ве-роятностл отсутствия облачности Ре . Эта вероятность вшм в августе, чем в июне. Лоэшду суммарный меоячккй ардаюд к, ос-тэатвенно, месячная производительность установки в илкс и августе выравниваются. Это южно проследить но результатам рцо-чэ'^ов, представленным на рис. 4.5, где дшш ¿иогсгао показатели

в , иВтп- ч/мг-сфнъ

4

?

О

од 05 ое 07 ое оз ьл е с я ц. ы

Втс. 4^4. Приход солнечной радиации

на оветопряемчув поверхность фотореактора.

ОД 05 Об Or OB 09

м et с я ц. ы

Рис. 4.5. среднестатистическая производительность фотореактора.

расчетной среднестатистической выработки биомассы для различных месяцев в расчете на I м^ фотолряешой поверхности. Суммарная годовая расчетная выработка с I лг приемной поверхности фотореактора при 7JH » составляет 3,S кгАСВ.

Представленный алгоритм численного- моделирования может быть реализован на произвольном наборе метесданных и использоваться для определения эффективности эксплуатации установок но производству хлореллы и анализа их режимных характеристик в различных климатических зонах ¡огжнх регионов страны.

Теоретическая зависимость, полученная в третьей главе, может быть использована для определения геометрических характеристик свегопрозрачного фотопрязмкика, в частности, для определения длины фотопряемншса, при которой текущая температура суспензии не превосходит заранее заданной критической технологической температуры, превышение которой не допускается.

Длина трубопровода, рассчитанная для облученности ц -0,8 кЗт/м" при изменении ОС от 10 до 20 Вт/(м2-°С), величина ÏJ от 0 до 0,3, числа В/ от 0,25 до 7,5, скорости прокачивания пуснензил от 0,6 до г м/с, температуре суспензии от 30 до 34°С, температуре окружающей среды = 45°С и критической температуре Т„ = 37° находится в интервале от 35 до 189 метров. При малых скоростях теплообменники должны быть установлены чалю, чем при больших скоростях. Зависимость длины сзетспрпеынила от свойств суспензии, материала трубопровода, облученности, скорости движения суспензии и окруяадщел темпераруры представлена на рнс 4.6.

Условия .развития клеток, утилизация элементов питания и образования биомассы в значительной степени зависят от интенсивности перемеилБания, степени турбулнзацал среды, 0буслаэд1гояк>~ щта скорость транспорта веществ к клеткам микроорганизмов. Tai: из общего уравнения конвективной диффузии с учетом потребления веществ клетками можно получить выражение вида:

garnie) -ff(с) X , U.SÎ

где С - концентрация потребляемых платой компонентен з кгдкой фазе,D - коэффициент длффуэки, W - ззвтор скорости аотска А - удольпая скороогь роста ялоток» X - кс.чцэнттцпч клеток*.

а .Вт

loo

о зоо ббо <fc,Bm

Рио. 4.6. зависимость минимального теплооомеяняками от W , Тиар = 45 ü, Тцусп.крит г

расстояния между ск , Bu .с^сХпря = 3V°C.

Реальным путем интенсификации процессов е биореакторе является оптимизация коацентршщснного ноля {grade) в нем и скоростных характеристик потока W . Суть оптимизации сводится к выбору такого значения W , которое удовлетворяет кзко-торо:»у критерию оптимальности. Решая данную задачу боз ограничений нельзя получи'"* рациональное значение W , так как при любом возможно неотрицательное воздействие на массо-

"б.ченше эффекты в биороакгс>р<з. Однако, введение в «ачэскзе критерия такого показателя, как уделыше энергозатраты или удельная эффективность процесса позволяет свести задачу к экстремальной и подойти к набору рациональной скорости потока.

Используя экспериментальные донные о работе установок, где процесс фотосинтеза млкроводороелл хлореллы (штамм ЛАРГ-3) протекает при концентрации клеток Jf«2 гАСВ/л, получим значение определяющего характерного комплекса ("ЗС/f) ~ 2,4*1С~® 1/сек. Погрешность описания тлеющихся для трубчатого фотореакгора дан-1шх составляет ¿103.

Оценим величину оптимальной скорости И^^. для рассмагрсза-емог- трубчатого фотореактора. Примем следующие^ чвевбвние значения пара?-зтров: 0,058 м, V a O.SS'IO"^ м^/сек, J? = - (3,3 - 5,6)*10~14 i^/сек.

Для лажреорганизков размера (5 10)* 1С43 м подучим И^^ = 0,45 0,6 м/с. У.тазг шое значение скорости является оппг.галз-шм с точки зрения эффективности энергозатрат на работу уоторезк-тора.

1'. пдто'л...гл?р'? приводятся результаты эксперииэктйлт чого яс-сле.лозания формирования температурного поля трубчатого фотореаз-тора. Теоретические осеойы я численный анализ Формирования том-перЯтуршх яоязА тел различной геометрическа! -iopia, прозрачно'.! и полупрозрачно}; клдкостк представляет практлчеокд:! интерес ц могут быть роалазорпда з конкретных предложениях ктж конструирования и проектировании установок для культиварозашш мгткроэодоросло;!.

Проведенные теоретические исследования процессов форииро-вакся TuMcspareypMUx полеЛ п основном преследуя? цлль мп'паютичоокого аппарата прз ргапына кочкропш.ч задач гмцдстэг-нихи солнечных уотановок до шрпщавашш хлореллы. Тсччоз рвении этих задач с привлеченном слоаного математического штларлга

онт.ъ проведено методами, изложенными в работах Лыкова А.З. 3 условиях проектных и конструкторски, организаций, когда на проведение работ отводится ограниченное время, возникают трудности в использовании общего математического аппарата, особенно, в связи с многоплановостью работ проектных и конструкторских организаций. Поэтов основной задачей теоретической части дайной работы являлось получение достаточно корректных упрощенных методов рекехшя теплотех1.ачоских задач, сведенных до урозш ин-женердих расчетных методик.

Опробование работоспособности полученных математических зависимостей частично молсет быть проведено путем их сравнения с точными аналитическими решениями, полученными в основополагающих работах по теории теплотехнических процессов. Эта работа проводилась по ходу решения теоретических задач третьей главы в виде оценки разброса результатов, полученных на основе точных и лря-блияенетх решении. Для некоторых задач, которые по своему уровню предназначены для решения конкретных прикладных вопросов культивирования микроводсрослей для проверки адекватности математических моделей и их приближенных решений могут быть использованы непосредственные результаты натурных испытаний.

На основании оптимизационных исследований, приведенных выше, установлено, что скорость суспензии в трубопроводе должна бить равна 0,6 м/с или быть близкой к этому значению. В экспериментах изучался тепловой режим -фстореахторов трубчатого типа при скорости продольного перемещения оуопекзии близкой к оптимальной. Исходные данные для проведения испытанна приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Исходные данные для проведения йены анкП

опытной установки

Наименование -параметре,

! Прингтая велачина

1

2.

1

I. Скорооть продольного перемещения

0,5-0,6 к/о

20-45°С

20-37°С

20,&«10®*250* Ю6кл/ил

суспензии

2. Температура окруааздёй среды

3. Температура суспензии

4. Шптносгь суспензии

т ;

1

ю.

5. Теплоемкость стекла

6. Теплопроводность

7. Внутренний диаметр трубопровода 0. Внешний диаметр трубопровода

9. Длина трубопровода единичная

осцая

0,67 дк/кг ri 1Д 0,72 вт/м град. • 0,05 м 0,06S м■ 3 и

100 - 200 M

Схема опытной установки для определения завиопмости температуры суспензии от облученности и температуры окруканяией срэды представлена на рис. 5.1. '¿отоприомная поверхность опытной установки расположена горизонтально. Ориентация продольных осей труб п лини ссвор-юг.

Установка состоит из сборного бака, двух центробежных насосов Hj и Но, теплообменников ТОТ и Т02, двух сватоприемных, поверхностей, набраннах из стандартных стеклянных труб, общая длина которых в одной свзтоприекной поверхности составляет около 200 метров, баллона с двуокисью углерода, распределительных крзчов, регулирующих и контрольно-пзюергтельнах приборов. Гота-метр И измеряет расход двуокиси углерода.

Прибор I - измеритель температура, потенцта.метр. Работает с теруояарамн Т^-Ту. Прибор Z совместно о прибором 3 позволяет определить температуру в местах установки термометров сопротивления TCI-TGTÏ. Прибор 2 преобразует сигнал от термометра г,опро-тквдения в уни£и(ироваш!Ы«1 сигнал (ИГО , который записывается регистрирующим прибором типа !ССП4. Количество регулируемых сигпаюя - J2.

Пр'-тоор 4 предназначен для определения веллчтк рН суспоп-зглт в ходе эксперимента. Комплект приборов 5 дргдназилчйп для определения прямой и рассеянной радиации во время йкепесрмента. Приборы 6 и 7 предназначены для определения с помощью датчики Д1 и Д2 расхода охлаэдшацой вода в теплообменниках.

Kpaici Д1, К2, КЗ установлены на л.(тип подачи С0.,{ ïtpasa K-lf KG - кз. линия подач;! охлая..х>э"ой воды, а краны KG, К7 установлены на линии перекачка суспензии.

ъ-С

tôt

Дг

У*ге

>7¡

лЛ-

Ы

Э

i охл.водо - - i

ТСЮ рн^тТСг ¡rc9 »-1 г

^^ ) I

7Г,

72

3—

ГСс

[

[

рис. 5.1. Схема опытной установки.

Температура отмеряется а едкой из светопрпелных поверхностей термопара® П-ТВ а термопарами ТС1-ТСП. Термопара предназначена для периодического точного опредоленпя темграту^ч. Термометры сопротивления совместно с преобразователем а потенциометром ¡ИП регистрируй? таптературу постоянно. Предполагается, что тепловые процесса в сватсчрвемншсах поверхностях протекаете одинаково.

Испытанца проводились аа плотностях суспензии 200-250-Ю6 кл/ /мл, что состамаег 2,0-2,5 РАС2/& и близко я оптимальной плот-костя дзя усгадавок подобного класса.

Лэоле вваверки рабогоспосо&гостк установка заполнялась пи-тэтальной срядсй на основа удобрений и вносился иноиулят. Первоначальная аловаоать кетроводорсслл хлореллы составляла 40-

кл/мл. Црароет р^отяоети до 150-200'Ю6 кл/мл преходил за 4-5 Дней в эаяЕСЯк&отн от сезона и метеорологических условий.

йепоередстэенао реаям измерения зависимости тестература суспензии о? у<здо£Кй ойяукжия и температуры окружающей среды прово-дмгел а твчетш® 5 лней в месяца май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь а ге'шггй двух лет. 3 наиболее жаркие месяцы - июль, ав-.гу'с'т, #йш» яраведено две серии испытаний по определении тзкпе-еуепекзм: в отсутствии ох_аадения при под-навой и иепод-зкхтШ суспензии. Суммаршй объем экспериментальной информации составил около 9,5 тыс.единичных измерений отдельных параметров.

УЛаксямальнак скорость биосинтеза у термофильных штаммов ыикроводоросли хлорелла происходит при температурах, близких к температуре 36сС. Так как период освещения в естественных условиях ограничен суточным ходом, то время достижения температур« -Зб°С,в конечном счете, определяет экономичность процесса биосинтеза. СП]' удаление времени выхода фоторэактора на режим ва пчот энергии Солнца в различные сезоны представляет поэтому зяочитсль-яыЛ лрактетеский интерес.

На основании приведенных теоретических зыподов .таше бела проведено определение времени шхода фотореякгорев на ролкл. Зто ае время определялось пкепериментально в натура.-к кекмга-нялх. Результаты расчетов и измерений приведены на рис, 5.2 -- 5.7.

Jn Втп/м 700 SÔ °с май Jn ,--

500 ■40 рн г—1-

ЗОО зо Тстаб ■ч ^^

ТОО но уТс 9 —Т(Х, /р)эисп.

1 Л чао.1

Рис. 5.2. ?аочетное л экспериментальное значения температуры суспензии.

Рис. 5.3. Расчетной и екопериментальнои значения температура суспензии.

ЗОО

1 оо

50 ь июль Тстабу. Оп т--

•40 /

Л _| / я

ЗО

20 • I ! © -Т(Х,^)эксп. ..... I ' I ...............

Рис. 5.4. Расчетные и экспериментальные значении температуры суспензии.

аагусг .

юо

' 5" 11 час.

Рис. 5.5. расчетные и экспериментальные значения температуры суспензии.

5.6. Расчетные и экспериментальные значения температуры суспензия.

Рис. а.?, почетные и акс п еримэн талыше значении температуры суопензяи.

На каждом рисунке приведены три кривые, полученные расчетным путем с использованием данных почасовых замолов температуры и прямой радиации. Точками показаны экспериментально полученные температуры суспензии. Все приведенные точки а расчетные кривые получены на основе усредненных данных 5-7 замэров. Для подтверждения правильности учета энергии, поступающей з слой суспензии, в июле 1986 г. были проведены соответствующие испытания, во время которых поступающая в суспензию анергия оценивалась по нагреву контролируемого количества охлаждающей змдкостк в теплообменниках. Расхождение результатов нб превышало 5%.

Как видно из графиков рис. 5.2 - 5.7 с достаточной для инженерных расчетов точностью, модно использовать результаты математического моделирования для оцепки динамики выхода температуры суспензии ка номинальный режим. Из проведению: кспытаг. Л можно сделать практические качественные вывода, которые характеризуют технологичность проведения процесса культивирования. Так, из графиков видно, что в летние месяцы фстореактор выходит ка номинальный реким к S-II часам, a в поздние осенние месяцы не выходят во-о&це. Для поддредания работы установок в ати моояды одной естественней радиации недостаточно я желательно, а в ссениио месяцы не-сбхг дало, использование для этих ;елей посторонних источников тепла. С технической точки зре-пия нагрев в целью повышения производительной хи установок цедесообразон, однако это мероприятий трзбует значительного расхода дополнительной энергии в переходит в область экономических соотношений получаемого дополнительного продукта и добавочных энергозатрат.

Исследование процесса работа фотореактора без охлаждения прскодялооь ка той же установке, 3 испытаниях проводились измерения драмой радиации, температуры окружающей сред'/, температуры сускензчя, скорости ветра, Б качество начального условпл принято. что ü начальный момент при угловой высоте Сотаца над горпзо?:тсм .че более Г0°С, температура оуспо.чанп, темтерьтура ок~ ругающей среда и температура стабилизированная равны друг другу.

Для обеспечения возможности получения максимальной температуры суспензии тпрморегуднруюцая система была езилачечта.

Результаты испытаний и расчетов приведены isa рио. 5.6. Как видно, максимальная стабилизированная температура при данных конкретных метеоусловиях наблюдается з 13 чесов по декоо«>-

ному временя. Температурная кривая суспензии по фазам разогрев-остывание отстает от стабилизированной температуры, что свидетельствует о влиянии собственной теплоемкости скетеш фотореактора. Температура суспензии по своей абсолютной величине не достигает максимума стабилизированной температуря. Следует отметить, что даме при температуре окружающего воздуха, не достигающей температурного оптимума хлореллы, общая продолжительность превышения температурного оптимума составляет 10-11 часов. Про- , долтательность превышения температуры, вызывающей гибель 50,15 популяции микроводоросли составляет 0,5 часа. В дал, когда днэвная температура превыиаат 35°С, время превшпеняя теглпературне го оптимума будет увеличено.

Как видно из рис.5.8 экспериментальные точки ложатся на расчетную кривую с разницей, не превышающей 10% от диапазона изменения температур, что вполне достаточно для качественной и в первом приближении количественной оценки температурного режима з случае аварийного о-'саза системы терморегулирования.

В шестой главо описываются конкретные технические решения, примененные в конструкциях нодсиотем безотходного животноводче- -ского комплекса.

Рассмотрены конструкции модулей гелиореакторов для выращивания хлореллы. Приводятся параметры опытных и опытно-прошшлэн-кых установок и их элементов: батареи культиваторов, коллекторных узлов, газоеборнкков, систем счистки ввдтреюшх поверхностей стеклотрубчого тракта, система приготовления питательной среда, . системы терморегулирования. Дается упрощенная инженерная методика расчета теплообменников. Списывается автоматика оистеш терморегулирования и измерительная аппаратура, предназначенная для про- 1 ведения экспериментальных исследований и штатного контроля параметров в процессе культивирования хлореллы.

Рассматривается технология культивирования микроводоросли о использованием продуктов сгорания биотоплива для обеспечения 1а- ' зовего питания суспензии хлореллы. Анализируются возможные схемы использования продуктов сгорания и сбросного нлзкопотеэдиального тепла крупных энергетических и промышленных объектов (тепловые эдектроотакцяк в городах Мары, Безмеин и суперфосфатный завод в

01 го

Ей«. 6.1.

Бгог-с-злн реактора по производству микроводороолеЗ о питанием СОо за счет сжигагвя биогаза: 1-сялад навоза, 2-устро5с'гво подачи, 3-£ерыэнтер, 4-ус?ройс'лвс идгрузка, 5-у до Зрение, З-оагуллтор температур, ?-бпоггз, 8-регулятор давления, 9-оОакшс биогаза, 10-регудя?ор ■расхода, !и-<5лзк подаэд продуктов горения, 12-устройство етзгангя Зпогаза, 13-сллв волы, .Т4-схлаэдоняе продукта гореняя, 15-охяавдавсцая вода, 16-возврат продукта сгорания, 17-фо-соуеактср, ХВ-газообмзннгх, 1Э-$отопраеыаая поверхность, 20-тешюобмэзяик, 21-ае.оос, ¿З-устиеЯство подачи продуктов с^оранпя, 23-ёзльтр счкстжи продуктов сгорания.

' городе Чардаоу) для организации круглогодичного культивирования хлореллы и обеспечения номинального температурного режима культивирования вкз зависимости от погодшх условий.

Бюк-схша реактора ко производству ыикров^ дорос лей о питанием С02 «а счет сжигания биогаза представлена на рис. 6.1.

' В дополнение к слисагага уже опребозэяных экспериментально и Еопытаннх в натурных условиях конструкций фотореакторов рассматривается оиотсш поддержания номинального температурного режима с использованием теслоакк! .лулярущих устройств на базе со-акечнкх коллекторов. Схема фоторэактора с подогревом суспензии

• с помощью солнечных нагревателей представлена на рис. 6.2.

приложениях к основной^ содержанию диссертации представлены следующие технические документа:

- техническое задание на оштио-прошшленнуп установку по производству хлореллы с использованием биогаза в системе безотходного животноводческого комплекса;

- оштно-промышленный технологически:! регламент производства хлореллы;

- опытно-лромышленний технологический регламент производства

. биогаза.

Техническое задание на опатно-прог-шленнув установку по производству хлореллы содержит описание состава установки, общих технических требований в состава необходимой технической документации.

Опытнонпрошшленный технологический реглаыект производства

• хлореллы включает в себя следующие разделы:

- характеристика изготавливаемой продукции;

' • - технологическая схема производства;

- характеристика материалов и исходного сырья;

■ схема производства и спецификация оборудования;

- техкологпчеоккД процесс;

- подготовка срья;

- приготовление,чистой культуры;

• " >" - цроцвсо яультявирования;

• . / обиззарашшаниа технологического оборудована,.;

- нормы технологического роккма;

V' - аозчюкныо яелаладки технологического процесса, их причина и споообн устранения;

- отхода производства и внбросн в атмосферу;

- техника безопасности ведения процесса;

- характеристика химзчэегч вредных веществ, применяемых в биосинтезе хлореллы;

- правила приема к пуска в эксплуатацию оборудования после остановки и ремонта;

чяштно-прошшленный технологический регламент производства биогаза содержит описание характеристик продукции, технологической схемы, характеристик исходного сырья, аппаратной схе:.1Ы про- • изводства и спецификации оборудования, технологического процесса, правил безопасности ведения процесса, расходных норм сырья и энергетических средств.

выводи

1. В соответствии с обким« тенденциями технической политики энергоснабжения в целях интенсификации сельскохозяйственного производства и уменьшения экологически вредных воздействий па окрукащую срелу .для внедрения в народное хозяйство среднеазиатских республик могут быть рекомендованы безотходные кпвотно-водческие комплексы на базе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и современных достижений биотехнологий.

2. Безотходный животноводческий гелиохсошгокс сочетает в себе переработку отходов откормочного блока комплекса в ценные экологически чистые удобрения и товарный биогаз, производство микро-водорослп хлореллы з шэствэ биологически ценной белково-вята»', минной кормовой добавки, покрытие большей части собствешшх энергетических нужд культивационных сооружений комплекса за счет солнечной энергии и вырабатываемого биогаза, пспояьзсванк& продуктов переработки отходов для организации минерального я газового питания в процессе выраищвания хлореллы, возможность использования сбросного низкопотенциального тепла крупных энергетических и промышленных объектов для организация круглогодичного производства хлореллы.

3. Разработана системная математическая модель совместной работы откорг,¡очного блока, биогазовой установки и гзлиокультива-. ционкых сооружений. кошхлекоа. Показана невозможность полного согласования циклических энергетических и трофических овязсЛ мезду

элемента.',и комплекса. Определены оптимальные пропорции элементов комплекса и секций откормочного блоха мшшшзярукцие дополнительные потребности объектов комплекса в неходких продуктах и обеспечивающие полную переработку экономически вредаьл отходов.

4. Построена обобщенная математическая модель оценка среднестатистической теплоэнергетической производительности и продуктивности геляокульткзацяоюшх Элвменюв безотходного комплекса.

' Расчетная годоззя производительность фотореахторов при средне эксплуатационном к.п.д, фотосинтеза в 6% по отношении к фотосантетл-чески активной части спектра солнечного излучения в климатических условиях ТСС? составляет 3,9кг ЛСЗ с I м2 'фотопрнемяой поверхности.

5. Разработаны методы решения задач нестационарного теплооб-' мена на основе совместного применения интегральных преобразований и ортогональных проекций и приведено численное моделирование температурных полей в течениях полупрозрачных сред в плоских канала?: и трубчатых системах с полупрозрачными стенками, подвергавшимися наружному облучению. В результате анализа гидродинамических и газообмоншх условий! культивирования хлореллы з трубчатых фотореакторах закрытого типа определен диапазон оптимальи-х с точка зрения эффективности энергозатрат скоростей прокачивания су-

■ спеязии, составляющей 0,45-0,6 м/с. Допустимая длина облучаемой

,' части гидравлического тракта единичной секции фоторегктора во избежание локального перегрева суспензии и отклонения ее температуры от оптимального температурного диапазона в 35-38°С при стан-• ' дартиых' конструктивных размерах используемых стзхдотрубных изделий ие долина превышать 18С-200 м.

6. Проведены длительные двухлеяшо натурныз испытания опытно-прошвлеияах фотороакторов, охватывавдиэ эксплуатационный период

с мая по октябрь месяцы, с немеиое, чо.м 5 сериями наблюдений в месяц. Ч испытаниях подтверждены расчо тдао параде три темперазур-

■ шх ро&имов е агатных и аварийных (при отключена" системы тер-морегудироваши) уолояиях и сезонный ход расчетной производитель. ■'. кости фотореактора. Время выхода установок на номинальный темпе-

г У ратурный реши в летние масящ соответствует 9-11 часам утра. Имитация аварийных ситуаций показывает, что при томив.атуре ок; : рукахв'.зго воздуха около 35°С отклонение терморегулирования ири~ зодиг к табели ие менее 80$ лопулядшт ьикроводоросли.

7. В процессе теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд защищенных автстокпма свидетельствами технических решений по конструктивному исполнению и организации технологаче-ского процесса в элементах безотходного животноводческого голко-комплекся.

0. На основе получешшх результатов разработаны норматиз-ше документы по опытно-промшзленному технологическому регламенту производства хлореллы и походные данные для проектирования, выполненного в СГЕСБ "Гелиопроэкт".

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ даСЕРТАЦИИ:

1. Аманов Ч.А., Аннаев М., Береснева ¿{.С., Цой П.В. п др. Температурное поле в полупрозрачной суспензии гелпобдореакторэ// Сб. "Гидродинамика и процессы прекоса в бксреакторах".чГовссл-бирск,- IC00.- С.99.

2. Аманов Ч.А., Аннаев ;Vi., Зинаров А.И., Шитиков 3.0. к др. 1С сценке пдродянимического к кассообмепяого реатаа работы фотореактора // Изд.ЗАП.- Гелиотехника,- I960.- JS 5.- С.44.

3. Аманов Ч.А., Аннаэв '¿5,, Цсй П.Б., Бэреснзва М,С. // Теплообмен в трубках фоторзактора при течении полупрозрачной иидкой суспензии,- Изд. Ж1.~ Гелиотехника.- .4 6.- С.27-33

4. Аманов Ч.А., Аннаев ..!.,//Производство мияроводорослп хлореллы с использованием солнечной энергии в системе безотходного животноводческого комплекса; 'Гез.донл. Всесоюзной нонфзрэн-' ции "Прошгаенное культивирование микроводорослей".- Ы.~ 1385.--' С. 39.

5. Аманов Ч.А., Аннаев :,{., Амельченко Л.И., Иианкулыез Э. // Оптимальное управление биоскитетическими процессами при организации безотходного комплекса.// Всесоюзная конференция "контроль и управление биотехническими процессами"; Тез.докл.- Горький.» 1985.- С.ill.

6. Аманов Ч.А., Аннаев , ¿мальчонке Л.И., Ипанкулнев Э. Автоматизация микробиологического процесса при крупнотоннааном производства сухого вещества хлореллы // Всесоюзная конференция. : Контроль и управление бис технологическими процессами; Тез.докл.-Горький,-IS85.- 0.162.

7. Аманов Ч.А., Апнаев il., Карпов A.M., Альбяц.ая О.Н. Опнтно-прошшлениыЗ технолегичеокай регламент производства хло-

57 С'

реллы и биогаза а системе безотходного производства // Ашхабад,.-I9Ü5.- 55 с.

8. Аманов Ч.А., Аннаев М,, Тепловой режим фотореактора /'/ ВсесоЕЭЯое совещание; Тез .докл. - Цуэдпго.- 1987.- С.33.

9. Лманоа Ч.А., Аннаев М. Поддервализ температурного рекима пилотной установки по производству микроводороолей с использованием солнечных коллекторов в системе ЖК // Всесоюзное совещание. Создание и производство пилотных установок для бяотехнологиче-ских процессов; Тез.докл.- Цуши^о.- I9B7.- С.24.

10. Аманов Ч.А., Аннаев М., Сейитгальдыов Н., Акыев А.Я. СраЕнзшхе плотностей суспензии хлореллы в реакторах различных конструкций о использованием солнечной энергии // I Всесоюзная

. конференция. Актуальные проблемы современной альгологии; Тез. докл.- Черкесск,- 1987.- С.256-257.

11. Аманов Ч.А., Аннаев М., Рогов Б.М., Еатырова А. и др. Использование возобновляемых и нетрадиционных источников энергии в процессе сутки продуктов микробиологического синтеза // Науч- ыо-практическая конференция; Тез.докл.- Душанбе.- 1088.- С.53.

12. Аманов Ч.А., Аннаев М., ¡¿аредова II. Эффективное т., по- • . пользования безотходного животноводческого комплекса // Научно -техническая конференция. Проблемы я перспективы использования нетрадиционных источников энергии; Тез.докл.- Кишинев.-

. I969.-c.I8.

13. Аманов Ч.А., Байрамов Р.Б., Аннаев М. Безотходный животноводческий кошлекс // Всесоюзное совещание. Техническая биоэнергетика; Тез.докл.- ы,- 1285.- С.41.

14. Аманов Ч.А., Аннаев М., Сейитгельдыез К. Перспектива производства продуктов микробиологического синтеза о использованием

. нетрадиционных и возобновляемых источников внэргки //Сб.Исполь-зованио в народном хозяйстве возобновляемых источников энергии.-Изд. Ылым,- Аихабд,- 1989.- C.II3-II5.

15. Аннаев М. Производство хлорелла б натай страна и за рубажоы //Воосоюзная конференция по промышленному культизарова-

:г juro шкховодорослой; Тез.докл.- Лихабад.- 1985.- С.12.

16. -Аянасз .4, Получение шеокобелкозых кормовых ояцентра-• . тов «ля сельскохозяйственных животных на ооиовв макроводорослвЙ '.. о использованием солнечной анергии // Всесоюзная конфорглгдия

по промышленному культивированию макроводорослей; Тез.докл.-. ..А&хайад.- 1985»« 0.85«.

17. Аннаев М., Вересаева М.С. Распределение температуры оуспеньии хлореллы в фотореакторах JJ Всесоюзная конференция; Тез.докл,- Грозный, 1986.- C.vt.

18. Аннаев м. Аппараты микробиологического производства в системе безотходногс комплекса // Всесоюзная конфэреяция.-Грозпый.- 1986.- 0.4?.

£9. Аннаев Влияние значений солнечной радиации ка яро-дуктивностъ в аппаратах по производству ыикроводсроолей хлореллы // Всесоюзная конференция; Тез докл.- Грозный,- 1986,- С.49.

20. Аннаев М. Тепловой баланс фотореактора // Изв.АН ТССР, сер.й'ТХиГН.- 1988.- & 4.- С.94-06.

21. Аннаев AI. Терморехударование и контроль среда в фото-раакторах по производству хлореллы в системе безотходного комплекса // II3S.AH ТССР, сер.ЙХяГ!!.- 1983.- № 5,- 0.103-105.

22. Аннаев ;л. Научло-прот^водственная база безотходного кявотководческого комплекса по производству сельскохозяйствен« ной продукции с использованием солнечной энергии //Об. Использование в народном хозяйство возобновляемых источников энергии.-Изд. <ШЛ.~ Аихабад,- 1909.- С. 149-153.

23. Аннаов а. ¡Лежэлекентные оптимизации безотходного sn-вотноаодческого комплок' а // Научная конференция профессорско-преподавательского состава TCJII; Тез.докл.- Ашхабад,- 1988.0.40,

24. Аннаев ¿Л- Судка прод/ктов микробиологического синтеза // IliECKö, Комитет с о та Европейского сотрудничества по оолночной .... энерготике.- Ашхабад.- 1985.

25. A.c. Я I342I58 СССР, ¿ПГИ4 Р 24 I 2/42 Животноводческий . комплекс / Еайрамов р.Б. (СССР), Аманов Ч.Л. (СССР), Аннаов М. (СССР), Корпеев Н.Р. (СССР), Карпов A.M. (СССР), Чугуеаец Т.П. (СССР) - 4с.: ил.

26. Аманов Ч.А., Ahhsöb !Л., Батарова A.Ii!., Берэснета ;>5.С., Мередова H.a. Проблема крупнотоннажного производства цродуктов альгологии // Конфэрэнцзя. Теоретические я практические аспекты изучения флоры Молдавии; Тез.докл. - Кишинев.- 1989.- С.б.

2?. Аннаев м. Терморегулироаанна и контроль среда в фотореакторах по производству хлорелла в системе безотходного комплекса // Научная конференция профессорско-преподавательского ооогава; Тез. докл.- Ашхабад.- 1987.- 0.22. ' :

28. Аннаen i,l., Бабаев С. Использование солнечных воздухонагревателей ь 'процессе сушки хлореллы // Всесоюзная конференция; Тез.докл.- Грозный.- I98G.- С.85-85.

£9. Анкаев М. Безотходный комплекс по nej работке отходов животноводства для производства биомасса и биогаза // Научная, конференция профессорско-преподавательского сост.ла я аспирантов, посвященная ХХУП съезду КПСС, Тез.докл.- Ашхабад.- 1986,- • С.24.

30. Аманов Ч.А., Аннаев Овазов А. Автоматическое регулирование температурного режима при культивировании хлореллы. // Всесоюзаня конференция. Автоматизация микробиологического производства; Тез.докл.- Иваново.- 1386,- С.33-34.

31. Шрамов P.E., Аманов Ч.А., Аннаев М., Амельченко Л.И., Аманов А. Производство биомассы хлореллы с использованием солнечной энергии на водной поверхности /Й Всесоюзная конференция

по энергетике океана; Тез.докл.- Владивосток.- 1985.- С.81-82.

32. Байрамов Р.В., Аманов Ч.А., Анкаев М., Амельченко Л.К., Туйлиев О.Х, Использование энергии океана в процессе ыикробио- , логического синтеза // П Всесоюзная конференция по энергетике океана; Тез.докл.- Владивосток,- 1386,- С.02-83.

33. Аннаев У., Овезов А., Кузнецова И.А., Аманов Ч.А. производство михроводорооли хлореллы при прерывистом облучении // Всесоюзная конференция. Промышленное культивирование микроводорослей; Тез.докл.- Ашхабад,- 1985.- С.50-Ы.