автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка установки для утилизации быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства

• и са

и

о СЩ КАЗАХСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

и СЕЛЬСКОХОЗЯПСТВеК !ЫЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АХМЕТОВ Махмут Алневич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И.РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ БЫСТРОПОРТЯЩИХСЯ И ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ ПТИЦЕВОДСТВА

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматн - 1995

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного • Знамени сельскохозяйственном институте.

НаучлыЯ руководитель - кандидат .технических наук,

профессор Ш.Н.НУРТАЕВ

Официальные оппоненты: академик КазАСХН, доктор технических наук, профессор

л.с.сеЛтееков

кандидат технических наук, доцент Ч.Ь.ШСЫБАЕВ

Ведущее предприятие - Казахская машиноиспытательная

станция

/Защита диоаертации состоится 28января 1996 г. в 14 часов на васедании специализированного Совета К 18.02.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Казахском сельскохозяйственном институте по адресу: 480021, Алматы, пр,Абая,8, ауд.84.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 25» декабря 1595 года.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических

доцеят ' ----■ М.И.ХАЙИОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Птицеводство - одна из скороспелых отраслей животноводства Республики Казахстан. Интенсивное бе развитие вредусыатряЕзет использование высокопродуктивной птицы, сбалансированное кормление, рациональное содержание с механизацией и автоматизацией технологических процессов, а также применение эффективных экологических и ветеринарно-санитярных мероприятий.

В птицеводческих хозяйствах необходимо осуществлять специфические мероприятия по переработке и использованию помета, приготовлению мясокостной муки, кормовых добавок и удобрения из птицеотходов с позиции малоотходного производства и охраны окружающей среды. Известно, что животноводческие фермы и птицефабрики являются основными загрязнителями водных источников как органическими, так и биогенными элементами. IIa их долю приходится 43...465? обпей биологической нагрузки на природные системы. Они неблагоприятно воздействуют не только на санитарно-гигиекэтескув обстановку, но н на атмосферный воздух прилегающих территорий. В тех случаях, когда решению вопросов переработки и использования отходов отрасли не уделяют должно-: го внимания, птицеводческие предприятия становятся источником загрязнений окружающей среди, а такие ценные отходы, какими являются павпая птица, инкубационные и боенские отходы, не находят рационального применения в народном хозяйстве. В настоящее время в некоторых хозяйствах применяются отдельные, приспособленные для утилизации отходов птицеводства, установки и технологические линии.

Промышленный выпуск оборудования для переработки отходов птицеводства до настоящего времени не налажен в связи с отсутствием соответствующих научных разработок и несовершенством существующих способов и технических средств.

Данная работа по разработке новой установки для утилизация быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства (а.с.887883) выполнена по плану ШОКР Казахского сельскохозяйственного института в 1978...95 гг. в лабораториях кафедр МЭСЯ1, Охраны труда, MÜS и в условиях птицехозяйств агрофирмы "40 лет Октября" Панфиловского раДона ТаддыкорганскоЯ области, совхоза "Алексееэсккй" Энбекзж-Казахского района Алматанской области.

Цель работы - совершенствование технологии и разработка установки для полной утилизации быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства-, а также уменьшение загрязнения окружакцей среды.

Объект исследование - технологический процесс утилизации птице-

отходов, заключавдеЯся в.механическом обезвоживании и термической обработке их с одновременным обезвреживанием вредных запахов и жидких выделений.

- Методика асследования . 3 работе использованы типовые и частные методики, устройства, приборы и установки- Исследования базировались на основных положениях теоретической механики, теплофизики, прикладной математики. Результаты теоретических исследований были проварены на экспериментальной установке с использованием методов Теории математического планирования эксперимента, а обработка и анализ результатов осуществлялась методами математической статистики с применением ПЭВМ Ш РС/АТ-266.

¡Научная новизна. Осуществлена классификация отходов птицеводства и сути их утилизации в народном хозяйстве после соответствующей переработки. Усовершенствован процесс а разработана технологическая схема новой установки для утилизации отходов птицеводства (а.с.8Б7883), выявлены закономерности протекания процесса тепловой обработки птицеотходов с предварительным механическим обезвоживанием. Получены данные о выходе, составе и физико-механических характеристиках трупов птицы применительно к процессам механического обезвоживания и термической обработки. Разработаны мнегофакторные ■ математические модели процесса, осуществлен их анализ ка ЭШ IBM РС/АТ-286 и получены значения основных параметров предлагаемой установки. Предложены конструктивно-технологические решения, направленные на снижение температуры, загазованности и токсичных вспаре-най вокруг установки, значительно удучааящке экологические и эргономические покавате-йа условий труда оператора утилизационного цеха. Разработана принципиальная схека оценки аколого-экономической эффективности утиялзацйк птицеотходов непосредственно в хозяйствах.

Практическая значимость а реализация результатов исследований. & основе исследований разработаны две производственные установка, вюшчвшша в поточннз лмхШ утилизационных цехов в колхозе "40 лет Октября" Панфадоасйого района Талдыхоргансаой области и цлемптице-С0В2080 "Ллокссеас;';^" Знбешшз-Казахсного района Алиатакской области. Сосгаалено техяачесхое задание на производственную уотановнз а ш^одаа инженерного расчета её параметров использована s конструкторском б»ро Алматинсхого завода котеяьно-всиомогательного обе рудаяания и трубопроводов (КВОаТ) и щшмакявтея в учебном процессе шшяер'ш факультетов КаеС2й.

кщд&япгл. Основные положения диссертации доложены и одобрен на наушак канфзрендаех колодых ученых Казахстана (г.КостЗнай,

1982 г.), профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ленинградского СХИ (г.Пушкин, 1983 г.), Казахского СХИ (1978...1995 гг.) и на 2-й Международной конференции "Экология и образование" (1993 г.). Установка для утилизации быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства экспонировалась на ВДНХ СССР и КазССР.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, п том числе авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы 107 наименований и приложения. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 49 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и изложена основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" осуществлена классификация отходов птицеводства в пути их утилизации в народном хозяйстве после соответствующей переработка (рис.I).Дан анализ работы применяемых технических средств к технологий переработки отходов птицеводства, систематизированы исследования по утилизации органических отходов в соответствии с экологическими требованиями к машинам и аппарата«. Выявлены их преимущества а недостатки.

Изучению вопросов производства сухих белковых кормоз из отходов птицеводства посвящена работа Ьодолажчснко С.А., а проблемами утилизации птичьего помета заши-'ллксь Малофеев В.И., Тоторайтес Э.А., Ив к о И.И., '¡Салтыков H.H., Абакумов A.B., Лысенко В.Я., Рассошхия Г.К. л другие. Кз анализа этих работ установлено, что суша одян из наиболее распространенных методов решения сложной проблеки утилизации отходов птицеводства. Полное обеззараживание сарнх птяцеотходов происходит при высокотемпературной его обработке (при температурах 6Ь0...750°С, экспозицией 45...50 минут) в против от очи сЯ барабанной сушилке.

Из обюей структуры энергозатрат при тер,-теской обработке помета расходы ш».топливо составляют 30...45%. Известно, что ме*сш-ческое измельченге в обезвоишакае органических отходов перед сув-кой, значительно сокращают суммарные энергозатраты.

Исследовании процессов измельчения к обезвоживания мясопродуктов, тушек животных неред термаче'скЬз обработкой яосвяксни работы Мельникова С.В.. Гарбзрец Б.В.. Чкжакоиоя''Т.В., Багкаа Б.М., Барсова И.А,, Сейтбекоаа Л.С., Пуртаева IL.П., Осваяова A.A., Хазкмова

> il § §

/г

¿I y 'S V> S Ç § £ M

«g ?

tfrwddçogfi

дЛНдЖОШпПНп j

охр Dçopoudox i

Duc/au мдог/эр dnyfío

Qi/ñH ВОНШЭОХ

dnx оюээ/>пнхдш\ üxfiH ffo$3<Hfdu j

ar/W мдв^ди-оош

VXfib/ BDHQtSW j

ояпы вышэохоохТГ\

"" согопр ( n3(fçogfi anNwoddHnbf |

nxgvpop diQQOhrcfOX U/Oot/MQJ/ I

X3 8. 8,

3 K

к

I

cu а

а я

S

M

3 У

i S

?

я

CL,

M.S., Алямбетова C.S. и других. Анализ выполненных исследований я передового опыта позволяет сделать вывод, что утилизация мясокоот-ных отходов, в частности птицеотходов, является ответственным мероприятием по профилактике заболеваний птиц и охране окружающей среды, переработка их в сухие белковые корма перспективна для крупных птицефабрик; применяемые в настоящее время на малых птицефермах способы сжигания неэффективны, сильно загрязняют окружающую среду, так как содержание вредных газов в воздухе превышает более 5 раз их предельно допустимой концентрации (ПДК) и отрицательно влияют на здоровье обслуживающего персонала.

Существующие усьройства для тепловой обработки птичьего помета не применимы, в основном, из-за большого расхода тепловой энергии и не учитывают свойства трупов павшей цтици. Дании?: о фазиео-механических свойствах птицеотходов, как объекта утилизации, в литературе встречается »«ало. Вопросы оценки условий труда в утильцехах и экологических факторов почти не рассматриваются.

Исходя из вывеизложенного и в соответствии с поставленной целью, предусматривается решение следующих задач:

1. Определить выход, сос;ав и исследовать физико-механические свойства быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства как объекта утилизации.

2. Предложить новое конструктивно-технологическое решение устройства и выполнить теоретический анализ процесса утилизация мтицеотходов с предварительным механическим обезвоживанием.

3. Разработать математические модели процессов механического обезвоживания и термической обработки сырья и выявить■оптимальные значения параметров и режимов работы установки, влияющие на эффективность ее функционирования.

4. Провести хозяйственные испытания установки, определить экологические и.эргономические' показателя процесса полной утилизация птинеотходов.

5. Оценить эколого-экономическую эффективность внедрения утилизационной установки и разработать методику инженерного расчета

ее параметров.

lio второй главе "Теоретические црсдпосылки" обоснован технологический цроцесе утилизации стицестходоо, ароз'еден теоретический анализ процесса механического обезвоживания трупов птицы л лх сушки, а также дано обогнова.чке основных уфамстров и режимов работы утилизационной установки и технологической цепи. . '

С позиции охраны окружающей среды, энергосберегающей и малоотходной технолога!! целесообразно механическое обезвоживание трупов птицы и последующая их термическая обработка с одновременным обезвреживанием неприятных запахов и хидких выделений (рис .2). тмнсптиро*** отиодо» ь амрытвм *вжу»с

ИЛ ИМР18 ВОДЫ

потея» теп

глзвзмй.

отсос бредны* эайахэя

АД в атмосферу ) \ » » 1 1 »

н и( \

^ К <\ л

-II И 1 \ I 1

____I I 1 I

вцциыЫса ин^ У ['[![■

/■> 'Я 1 /7/Н',*

УТ»м)м»оеьнныг «иолы

пипящние

Рис.2. Рациошлькая схема процесса утилизации птицеотходов.

Отходи птицеводства (трупы) с Физической точки зрения можно рассматривать кьк систему, состоящую из трех ¿еа: твердого вещества, воды и газа. Каздая из получаемых з процессе механического обезвоживания твердая Р (мясокостный фарш) и ьвдкая S (сок) Фракции также включают три указанные фазы.

Объемные показателя можно выразить, обозначив объемы фарша )/г , о ока , газа и.суммированный обьем V , а шссовые показателя - ^ Мг и И соответственно. Додо объема, которая занимает та или икая фаза биологической массы, будем называть ее фазовым объекоы -<РТ9 Ут/У>, ' = ; ^г = К-/К ■»)

Характеристики Фг , <РГ для трегфазшх систем называются тачке показателями Когда и, как это следует из (I), онл связаны соотношением Фг V- Р^-ё- Я>г~ 1 , (2)

Последнее позволяв? отразить графически процесс механического обезвоживания а треугольинх координатах Гкббса, в которых каздое фазовое состояние изобрааается фягураяьной точкой (рис.3). Наприпер.для исходного материала А посла разделения его ка сок и фарш будет ссответотзсвать точка 5 и Р . Таксы образом, в координатах Гкббса процессу механического обезвоживания соответствует разделение фигуральной одноЗ точки в две другие, отражающие фаэовце состава

жидкой 5 и твердой Р составляющие, зить в виде кривых А 5 и А ^ .

Весь процесо модно отра-

Рио.З. Изображение процесса механического обезвоживания в координатах Гиббса:

А - исходный материал; р - $арт; 5 - сох.

Установлено, что уплотнение материала под действием внешнего давления Р Р = Рт + Рж , (3) где Рт - давление в структурном каркасе (скелете);

Рж - давление в жадности.

Тушку павяей птицы, рассматривая как среду, состоявши из твердых частиц к пор, заполненных жлдкостьв а газом, введец понятие пористости трупов /7- I^/К?» (4) где \/гт - объем, ззнюлаемай порами (жидкостью и газами);

Уо~ объем, занимаемый твердыми частицами л порами (общий объем).

Так как общий объем и объем пор в процессе сжатм материала изменяется, а объем твердых частиц почти не мелется, то удобнее отнести объем пор V,) к объему твердых частиц . Такое отношение будем называть коэффициентом £ пористости (вдагоеикоотн) £--Уп/Ут. (5)

Для математического описания протекания процесса прессования, птицеотходов используем дифференциальное уравнение

Зг _, <$п (6)

п дх - дт ' -

где // - пористость эттерг,ала; £ - скорость фальтрадал ацдаости;

X - толц^на прессуемого материала; Т - время прессования.

Лодсгавляя н уравнение (6) найденные значения — я Ш. перенеся постоялице.'величины а правую часть, получим^'*' А"

дг

а(1 + £)рж дх''

В данном уравнении множитель (1+£ ) характеризует степень обезво-аивания прессуемого материала. Полученное уравнение принадлежит к виду уравнений, часто встречающихся в теплопроводности, гидромеханике, механике грунтов и т.п.

Обозначим постоянный множитель правой части уравнения (7) одной буквой А ,то есть -

где К - коэффициент фильтрации; а. - -д£/ЗРт - коэффициент уплотнения (1+<Г )~( ~ степень обезвоживания; рж - плотность выделенной'жидкости.

Ко&ффициент А характеризует скорость выравнивания давлений в прессуемой среде и по аналогии с коэффициентом температуропроводности может быть назван коэффициентом напоропроводности. Окончательно, дифференциальное уравнение процесса механического обез--возышания трупов птицы алеет следующий вид

ЗРг _ А (9)

дТ дК* '

Данное уравнение решали для следующих условий, при:

г* а . Ь Рт «¡(х) V > О X = о РТ* М*) т > о х* А. Рг* /?<Ч)>

где к - толщина слоя кате риала.

При постоянном внешней давлении на прессуемый материал, решение (9) можно представить в следующем виде

Р ( Л > Ь2/'

Оквда видно, что давления в скелете распределяются по толщине слоя материала и времени прессования. Относительная осадка материала иоаех быть определена из уравнения

(II)

■ «Г Ьф '

где 5Г - осадка слоя иатериала к данному моменту времени;

5 — полная осадка при Т*е ©о . Р полное давление. Полной осадке 5 соответствует коэффициент пористости £ по кои-црессионвоа хрявой. Рсвение уравнения (10) приводит к зависимости

Зт V /Ат \ «а)

В свою очередь, осадка материала связана с уменьшением объема, занятого жидкостью, т.е. изменением пористости. Относительная осадка связана с пористостью (относительной влажностью) следующей зависимостью Л ~<5

Т~ = - <г2 7 <13> "

где €( - первоначальная пористость; £г - конечная пористость; £ - промежуточная пористость. Следовательно:

Данное уравнение решалось аналитическим путем с помощью бескопеч-нцх рядов. С достаточной для практических расчетов точностью это решение можно представить в следующем виде

£,-Е , 8 Л / лг Ат\ (15)

Как видно, каждому значению относительной осадки соответствует определенное значение критерия Ат/Ь2 , независимо от физических свойств дисперсной среды, толщины слоя и времени прессования.

Результаты решений уравнения (15) приведена в табл.1. По данным строится график зависимости мезду критериями относительной влажности птицеотходов п времени прессования.

Таблица I

Численные значения параметров в (12)

-.-__-;-Й--.---

Ат

( Г • 1 •: ; 0,05: 0,10. 0,20. 0,30. 0,40. 0,50 . 0,70

0,20. 1,00 0,84: суз

:0Р002:0,008:0,002:0,068:0,124:0,196 . 0,40

'Сушка отходов птицеводства протекает в области влажного я гигроскопического состояния, причем аналитически невозможно представить модель изотермы сорбцзЯ для конкретного продукта, в силу чего изотерма сорбции должна быть получена экспериментально.

Дли обоснования параметре;) .чг.дьцов для гохакпческого обезвоживания трупов птицы рассмотрим схему (рис.4). ко ней видно, что для втягивания отходов между еллмшмя необходимо, чтсСи

Гу > //у Ч < У , <"> '

У - угол гтходов о поверхность вадмра. И а р:;е.4

но, что после соответствующих подстановок, можно получить выражение

— . i+Z/Яо <" ..

C0S^lTdJF0

Рис.4. К обоснованию параметров вальцов для механического обезвоживания птицеотходов: гу - вертикальная составляющая силы треьия F трупов птицы о поверхность вальцов; / Л/у - вертикальная состав-• ляющая коршльяой силы N давления трупов птицы на поверхность вальцов,возникавшего от и;, веса:; G0 ; оС. - угол захвата; do -приведенный диаметр птицеотходов; - зазор ыекду вальцами.

С учетом (16), (17) диаметр вальцов определяется по вира ее низ я - do-cos^- ^ (18>

Щ {-COS if

Расстояние иззду вальцами, исходя из условий измельчения костег, определяется по выражению

. ВЩцТ»»М>й н], <»>

■ . < COS f/2f J

где Ji - угол излома костей; у - угол перекрытия зубьев вальцов; Jjp - диаметр зубчатых вальцов. Усилла Рпр - сстрачшшемое ке привод вальцов расходуется иа преодоление слсдугщих видов сопротивлений:' Р} - затаскЕвашш отходов; Pg - швдепля (раздавливав), - ивлока костей; Рц ~ треяия в подшшшиезж л

Рп0*Р,*Ь+Р3 + Рч. (20)

Производительность (подача отходоа) вальцов определяется

Qb-MV-p , (21)

гдэ 6 - зазор мгдду вальцами; £ - рабочая длина вальцов; V - окружная скорость вальцов. Объем барабана V^ определяется по формуле

1/ А* 7" --fi.fi-60 '

где - время сушки, мин; - плотность птицеотходов (трупов), кг/м3; ~ коэффиниёкт заполнения барабана. Число оборотов барабана утилизационной установки

п6 ^ Ш-\ПЕ£ (23)

где л - коэф£циеят режима сушки; Н - радиус барабана.

Длина барабана ' определяется исходя из времена пребывания трупов птицы в зоне высоких температур до момента их абсолютной сушки или выгорания-органической части (рис.5).

Рис.5. К определению длины барабана утилизационной установки

¿^т^М, (24)

¿ц

где Т - время сушки; - угол наклона барабана; "¿ц - продолжительность одного цикла "подъем - падение".

Основу технологического процесса утилизации птицеотхов составляет механическое обезвоживание и термическая сушка, на что расходуются электрическая и тепловая энергии. . .

Удельные затраты электроэнергии Эз на привод вальцов //3 ', г.а'процесс механического обезвоживания Ммо '-я на привод барабаня вращающейся печи Нв определяются как ■

Л Ма Мб' Ээ--ГГ~^-:— >

(25)

К- П,

см

где К - к;;-;4;:циент использования времени смену; Пс , - сменная

выработка продукции, т.

Тепловая энергия расходуется в основном на термическую обработку втицеотходов и удельные затраты ее Эт определяются

-5__ . (26)

Зг-

К-Псм

где Ц - расход теплоты за смену, кДж.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" описаны: методика определения выхода, состава и основных физико-механических свойств птицеотходов; методики исследования процессов механического обезвоживания и высокотемпературной суеки трупов птицы; разработки и анализ математических моделей указанных процессов., а также методока исследования экологических и эргономических показателей технологического процесса утилизации быстропортядосся и токсичных птице отходов.

•Выход отходов птицеводства определяли расчетным методом в различные ¿оэрастше периоды, уточнением их статистическими данными итицехоаяйотв Птицепрома MCi PK.

Анатомический и химический состав, массовые и обьемные показатели, а также влажность отходов птицеводства нами определялись по известным методикам.

Углы трения птицеотхода по стала и птицеотходу, а также угод излома костей определяли на созданных нами устройствах.

Высокотемпературную с у L-лу отходов птицеводства проводили иа экспериментальной сушильной установке барабанного типа, смонтированной на птицеферме колхоза "40 лат Октября". Установка имеет следующие габариты: длина барабана 3,0 м, диаметр - 0,6 ы. Время пребывании птицеотходов в сушилке варьировали в зависимости от изменения угла наклона барабана ж скорости его вращения. Сушку вели при различных температурных режимах (от Ю5°С до 960°С) и скоростях движения теплоносителя от 1,0 до 2,5 м/с.

Для контроля температура на входе и выходе использовали термопары, соединенные с милливольт-миллиамперметром MI98 я пультом управления. Скорое.« потока сушильного агента определялась чашечным ручкам анемометром ЬЗС - 13, с пределом измерений 1,0,..20 ц/о. йродолкятельность процесса сушки зафиксировалась секундомером "Агат". Подучаемый продукт анализировали по снижению «асев (влажности) на содержание органических и минеральных составляющих.

Исследование процесса механического обезвоживания труиов птиц) проводились на специальной экспериментальной установке (рис.6).

Отыскание оптимального сочетания факторов, обеспечивазвщх максимальное удаление влаги с минимальными энергозатратами, проводились использованием методов теории планирования эксперимента.• Исходя из априорных данных, в качестве факторов, определяющих качество процесса механического обезвоживания трупов птицы, были выбраны: подача отходов ¿7 . .т/ч (Х^); зазор между вальцами <$" , мм (Э^); частота вращения вальцов /7 , об/мин (Хд); шаг между зубьями t , мм (Хд) и угол при вершине зуба у ,гр:д (Хд).

В качестве параметров, характе^кзузадх процесс механического обезвожизания, выбраны; потребляакая мовдюсть вэльцаш /V „кВт; относительный выход влаги из трупов птица Д , кг/кг; удельнке затраты энергия Э , аЗт.ч/кг влаги.

Измерение потребляема ясности вальцакн осуществляла с по-когаью кмсваттметра типа ¿-539. Частоту врасения вальцов контролировали тахометром ТЭ-305Р.

Процесс- термической обработки, механически обезвоженных птице от хо доз , исследовали во врзшахшгЯся печя. Нави исследования бы-

Рис.6. Схема экспериментальной установки для исследования процесса механического обезвоживания трупов птицы; I - механизм

прпводо; 2.- транспортер; 3 - бункер:

« ~ 11

4 - задвюка; 5 -зубья конусные сменные; 6 - вальцы; 7- влаго-йборалк; 8- влагопресм-ник; 9- питатель;

1ША, 3— и-ПЕИСШ,

10 - накопитель; II - влагосборнш4

ли направлены на разработку и получение математической модели процесса термической обработки птицеотходов, которая бы обеспечила максимальную влагонапряженность барабана В (кг.исп.влап^м3.ч), минимальный удельный расход теплоты Q (кД^кг.исп.влаги) в зависимости от температуры сушки в начале tf (Xj-) и конце t¿ (Xg) сушильного барабана, а также скорости движения сушильного агента ,

Обработку результатов экспериментов осуществляли по общепринятой методике о использованием пакета прикладных программ на ПЭВМ IMB РС/АТ-286.

Экологические и эргономические показатели технологического процесса утилизации птицеотходов определяли по известным методикам с соответствующим аппаратурным оформлением.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследования и их анализ.

• - В птицеводческих хозяйствах о начала закладки яиц до момента сдачи птш отхода наиболее разнообразны. Масса битых, тухлых яиц в пределах 0,012...0,098 кг, их плотность 889...1600 кг/м3. Масса трупов птицы О,163...2,36 кг, а их плотность 911...1200 кг/м3. Среднесуточный выход птицеотходов НО...380 кг.

. Влажность трудов взрослых кур 76,2%, а утят 56,3$. Между влажностью Wy * массой трупов утят Му установлена зависимость

Wi¡ « 65,5 - 5,45 Му. (27)

Важной характеристикой птицеотходов являются углы трения по стали У , внутреннего трения fi и угол излома костей у . líala установлены их величины соответственно: У «¿0 ± 16° , J3 -г 84 ¿.24° в f ж 46...6 J0.

Высокотемпературная сушка трупов птицы при температурах 105.., 960°С (рис.7) позволила определить то, что с нарастанием температуры в жаровой камере, прежде всего, в любом случае происходят три разные по смыслу процесса. Первый - активное испарение влаги, выгорание пуха и полное обезвоживание поверхностных слоев тела. Второй - выгорание органической части трупов. Третий - догорание . (окисление) минеральных составляющих.

'• » • Исследования динамики сушки трупов птицы ложатся в основу определения скорости их перемещения вдоль осевой линий барабана - печи (экспозшш! пребывания объектов обработки в зоне высоких-температур), температуры теплоносителя, числа циклов "подъем - падение", режима оборотов и .даны барабана установки.

«! и».

Рис.7. Динамика сушки и снккеяия массы трупов птивд от температурного режима утилизационной установка. I - 1аза испарения влаги; ¡1 - фаза вигорания органических составляющих; ¡¿я фаза вигорания минеральных частей. При t « 370 С оппсмаятся: 1 - фаза .4^00-4,5831 + 0,13912 - 0,00171 Й --фага Яд »

^2253,3-160,1Т * 3.64Т2- 0,02«®; Ш- фаза Мш «

е0,0Ю417Гэ + 104.33Т - 1,8125т2 - 1983.

В результате обработки матрица эксперимента (план) получили уравнение регрессии, адекватно описывающее удельные затрата энергии Э на механическое обезвоалваниа трупов птицы 1,517 - 0,364ХХ- 0,236^ + + 0,093Х4 *

4 0,ПЭХ5 - 0,047Х-[Х2- 0,235%Х3 « 0,074ЦЦ 4- О.ОШ^ ♦

,082X3X3- О.Об?^ - 0,067X3X5 - 0,029X^4О.ОЗбХз^ <.

* 0,080Х4Х5ч. 0,Г/27Х| + 0,0431х| -О.ШХЦ « 0,20х| - 0,16Х| (28)

Изучение поверхности отклика проводила о помогаю двумерных сеченай. Для этого строили линия равномерного выхода, которыо соответствовали определениям значениям критерии ооткш&ацки. Вое двумерные сечения поверхности отклика пряводенц на рас.8. Кап выдам,все сня имеют форму эллипсов и гиперболоидов с центром а области эксперимента.

Оптимальные значения параметров процесса механического обезвоживания трупов птица даны в основных выводах.

Исследования процесса термической обработки птицеотходов, направленные на минимальный удельный расход теплоты Q и максимальной влагокадряженности барабана ñ , позволили получить математические модели

Q .»- 10392,23 - 1,81 f, + 66,53 tz ♦ 164,67 (29)

В « 75,16 + 0,0372 Í, - 0,156 tg + 2,00 Va . (30)

Оптимальные значения параметров процесса термической обработки птицеотходов, полученные в результате анализа этих уравнений даны в основных выводах.

В датой глаз? "Внедрение результатов исследований в производство и кх околого-экономическая эффективность" приводятся описание устройства и работы установки, результаты его испытания в производственных условиях; экологические и эргономические показатели условий труда оператора при утилизации птицеотходов; сравнительные технико-экономические показатели утилизационных установок применительно к отходам птицеводства; экологический аспект и окоаомачесиая эф£ект1шность утилизации птицеотходов, а такав игтодкка инженерного расчета основных параметров установка.

Ш основами теоретических и лабораторных sitenеримеиталытх исследований нами разработан и сконструирован опытный образец установки для утилизации птицеотходов (а.с. Б87683), результаты ее исштания показали надекнуа сходимость теоретических а экспериментальных данных (погрешность 5...8Й).

IJam предлагаются коиструктано-технологическке решения, направленные на снижение температуры, загазованности к токсичных испарений отходов в зоне контакта оператора с утилизационной аечь». Для этого определялись экологическая характеристика и эргономические показатели рабочих процессов егшганил отходов в бурте' открытым способом, в подовой печи и переработки г, утилизационной установке. Результата' исследований пркоеденц в табл.2.

При оценке Р4фективпости предлагаемых технических рояеииВ, не всегда учитывается экологический аспект. Памп прчдвзгается яршщвпг.адьк8я скема оценка Я!олого-зкономи.ческой »Активности оз утилите;;;'.;' птяцеотходол (рис.9).

га M

» £

V О W

о m

_ f

р* я

о £

% Д 'fagonia ом>1оц

"Л ö 'fpoxuto BbBgey

15 S S

or «t er

*Л0 »¿Ù'fcptwtocw

Таблица 2

Экологические я эргономические показатели условий Труда операторов при утилизации птицеотходов (температура воздуха 28-..32°С, относительная влажность 68...75%)

___С£ОС ОбУ_П^£Р&0ОТ£И_______

Показатели «в буртах ; в подовой 'в утилизацион-

'•яа откры- :печи на от- ;ной установке

¡той цло- ¡крытой ало- :(а.с.887883)

¡шадке ;щадке :

Температура воздуха в зоне, °С

Содержание окиси угле да в зоне дыхания, мг/м

Потовыделение (влагопоте-ри), г/ч

Артериальное давление, ш.рт.ст.

Частота пульса, шш.

Температура тела, °С

Температура ковд лба, 0£

Температура ксха ккстип рук, С

до работы

через 3 часа

до работы

через 3 ч£са

до работы

через 3 часа

до работы

через 3 часа

до работы

через 3 часа

54,544,5

116^12,2

182,0^5,О 132,2/80,6

146,6/61,0 72 93

36,6 36,8

32.6 33,8 31,1

34.7

48,043,5

83,6^,5

166*6,0 130,^81,6

150,0/85,2 73 106 36,6 36,8 32,3 34,2

30.6

33.7

41,2*1,5

14,5±6,5

20,5^2,0 134,0/82,2 132,4/82,0 72 74

36,6 36,6 . 32,4 33,1 30,8 31,4

ОСНОВНЫЕ ЬиБОДУ И РЕКШЕ1ЩАЦИИ

I. Из отходов птицеводства на удобрения и корт перерабатываются птичий помет-к убойные отходы. Использование инкубационных отходов,, трупов заразнобольной и павшей птицы в качестве сьрья для производства удобрений к кораодобавок ограничивается из-за ¡¡х высокой эпвдемкологической - этсяостн. Необходимо такие изучить физико-механические и другие свойства трупов птицы применительно' к процессам их утилизация.-Современное птицеродство не располагает соответствующие оборудованием, приспособленный: для утгшзацви

ПТИЩВОйШНОЕ ХОЗЯЙСТВО h ~

Отходы ПТИЦЕВОДСТВА (трупы)

Затраты на лроиз вод, УиКЦиегоис/т*

I

Утилизация ОП на удобрения и кармедошп

Эколотуетг'' аспект

У и КЛ

Получение при -были за счет реализации

И M

Получение дополнительного дохада за счет

X $

0/ л

Ъ зег.

о» 0»

Ц

и <ч/

Минеральных удоорелий

Гербицивав

МикрозлеменяоЗ

Утилизация атхо-j JoS лял/цебо^арба fmpt/лы) исключает ] а/пчуж'Зениг ! ли noâих закат/бя I ние и хранете.

щщаетсь распространение болезнетворных начал.

Предупреждает аагр/а нение окружающей среды, способствует снижению îaùaneSaai людей ижи£отных.

S комплексе с сани -тарно-бемвринарышги зоотехническими uw-жсхерными неролриа ■ яшями новая аехноло гия положительно влияет на с огромность и аросухтяиЯ-

НОСЯГЬ Г7/Л1/ЦМ

Pzc.9. К оценке зколого-вкококичвсиой еффсктивноста от утилизация птщеотходеа

быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства.

2. С позиции охраны окружающей среды, энергосберегающей и безотходной технологии целесообразно механическое обезвоживание трупов птицы и последующая их термическая обработка с одновременным обезвреживанием вредных запахов и жидких выделений. Анализ существующих технологий и технических средств позволил рекомендовать новую конструктивно-технологическую схему установки для утилизации быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства

(а.с. 887863), обеспечивающую вышеуказанные требования.

3. Аналитические зависимости (16)...(24), полученные из условий максимального выделения влаги из трупов птицы я минимального времени пребывания их в зоне повышенных температур, позволяют определять кинематические и геометрические параметры установки, а также осуществить энергетический анализ процесса (25), (26)и найти массовую производительность (21), (22).

4. Полученные данные о выходе, составе, влажности и физико-механических характеристиках трупов птицы используются при расчете параметров вальцов дяя механического обезвоживания и барабана враирадейся печи.

5. Оптимальными условиями протекания технологического процесса механического обезвоживания трупов птицы являются: подача отходов 0,150...0,160 т/ч, зазор мекду вальцами 6...8 мм, частота вращения вальцов 1,9...2,0 об/мин, шаг аезду зубьями 33...35 ш, угол при вершине зуба 64...66°. Удельные затраты энергии 1,3«..2,0 кВт.ч/т влага.

6. Для термической обработки пткцеотходов во вращающейся печи, оптимальным рек им ом является; температура на входе 1060°С,

на выходе 230°С. Скорость сушильного агента внутри барабана 1,0 к/о. Удельный расход тепла составляет 3155,74 кДж на I кг испаряемой влаги. Влагонапряженность барабана печи составляет 80,71 кг вспаренной влаги на I ы3 в час. Тепловой КПД установки составляет 0,63.

7. Конструктивно-технологические решения, направленные на снижение температуры, загазованности и токсичных испарений покруг установки, значительно улучшают экологические и вproномические показатели условий труда оператора при утилизации отходов птицеводства.

8. Производственные испытания установки показали производительность 0,100 т/ч, мощность привода 6 кВт, расход топлива на

I кг отходов 0.2У2 кг. Продукт переработки составляет: при с у г--; 0,355 кг обезвреженной массы, при сжигании 0,161 кг золы im I кг загружаемых отходов. Результаты теоретического прогнозирования подтверждаются, расхоздения между расчетными и производственными данными - не более * Ъ%.

9. Годовой экономический эффект от внедрения одной установки в сравнении с подовой печью составляет 2G43I20 тенге при полном соблюдении экологических и экономических требована^ к процессу утилизации быстропортящихся и токсичных отходов. Нами предложена схема оценки эколого-экономкческой эффективности от утилизации органических отходов отрасли.

OCHOBHUE ПУЬЛШЩИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ахиетов i.i.A., Соснин Ъ.А. К обоснованию величин параметров установки для утилизации отходов птицекомплекса //В кн.:Научные труды КазСШ. Том Ш, вып.З.- Алма-Ата,1978.- 0.162»..168.

2. Ахметов М.А., Айтуреев A.M., Сосннн В.А. а др. Установка-для сжигания быстропортящихся и токсичных отходов сельскохозяй-. с таенного производства. Буклет ВДНХ. CCGP. 1978. - 3 о,

3. Соснин В.А., Ахметов М.А., Айтуреев A.M. и др. Установка для сжигания быстропортяпдосся и токсичных отходов сельскохозяйственного производства,- Информационней листок h 261.- Алма-Ата: ИазНИИНТИ, 1978.- 6 с.

4. Разработка установки для уничтожения биологических отходов птицеводческого комшгехса колхоза "40 лет Октября" Таэднкор-ганской области. Руководитель работы- к.т.н.,доцент Соснин В.А. Исполнители - Айтуреев A.M., Ахметов М.А. Деп. ВНГИЦ, Ä госреги-страцлл 78008169. Инз. Ä Б769488. 1978.- 96 с.

5. Ахметов М.А., Вине З.И., Соснин В.А. Исследование физико-нехаиических свойств отходов птицекомплекса применительно к их утилизации //В кн.: Вопросы комплексной механизация овцеводства

в Казахстане,- Алма-Ата, 1980.- C.I5Q...I56.

6. Соснин В.А., Ахметов М.А. Установка для переработки отходов птицекомплекса //В кн.! Результаты законченных НЛР КазСХИ-

Kl X пятилетку.- Алма-Ата, 1980,- С.58...59.

7. A.c. 887883 (СССР). Вращающаяся печь для огневой обработки отходов птицеводства // Авт.изобрет. В.А.Соснин, М.А.Ахметов, Н.Н.ГолоьацкпЗ, З.И.Кхнс.- Заязл. 08.04.80 А 2907291/29-33; опубл. в Е.й. 45, 1У82.- 3 С.

8. Ахметов М.А., Саснш В. А. Установка для утилизации быстропортящихся и токсичных отходов птицеводства //Проспект МСХ СССР, ВДНХ СССР, 1982.- 6с.

9. Ахметов М.А. Некоторые результаты исследования режима работы и параметров установки для переработки отходов птицекомплекса //В кн.; Тезисы докладов на республиканской научно-практической конференции молодых ученых к специалистов КазССР в г.Кустаиае. -Алма-Ата, 1982. - С.III.. Л12.

10. Разработать и изготовить пункт для переработки отходов Алексеевского племптицесовхоза Алматинской области. Руководитель работы - к.т.и., доцент Соснин В.А., исполнитель Ахметов М.А. Дед. ВНГИЦ. а госрегистращи 01840007065. Инв. И 02840010104. 1982.- 78 с.

11. Ахметов И.А. Условия труда оператора прм утилизации отходов птицеводства на колхозно-совхозных фермах //В кн.: Тезисы докладов Ка зСХК.- Алма-Ата, 1990.- С.64...65.

12. Ахметов М.А., Соснин В.А. Установка для утилизации отходов птицеводства //В кн.; Аннотированный перечень НИР, внедренных и рекомендованных к внедрению в сельскохозяйственное производство в 1986-1990 годах.- КазСХИ.- Алма-Ата: 1991.- С.27.

13. Ахметов (¿.А. К вопросу об утилизации отходов птицеводства колхозно-совхозных ферм //В кн,: Повышение эффективности процессов механизации к электрификации сельскохозяйственного производства.- Алма-Ата: 1992.- С.85...88.

14. Нуртаев Ui.IL, Ахметов М.А. Результаты сушки отходов птицеводства во вращающейся печа //В кн.: Сборник статей научной коррекции КазСХИ, часть П.- Алматы, 1993.-СЛ04. ..107.

15. Нуртаев Ш.Н., Ахметов М.А., Рустембаев Б.Е. Утилизация отходов птицеводства с позиции охраны окружающей среды //В кн.: ^ Тезисы докладов 2-й Международной конференции "Экология и образование", 1993.- СЛ27.. .128.

16. Ахметов М.А. Результаты исследований процесса механического обезвоживания трупов птицы. // В кн.: Материалы научно-практической конференции, посвящркной 60-летию факультета механизации С.-Х. КазСХИ.- Алматы, 1994.- С.57...59.

AXMETGB аАХМУГ АЛИУЛЫ

Th3 БУЯШТИЧ Ж.-ЯЕ УЫТШ к ve кдлдакгАРьп ОНДКУ КСОД№ГШШ! ПАРАМЕТРJiEPI4 ЧЕГ13ДЕП ®\САУ

- . РЕЗЮМЕ

Зертгчуд]^ макс»ты-твз бузылатыц жэ*»? уытаы кус калдода&рын Ottney К0>»дыргь!сь!н .icacan.ovurç Ti¿*eAoru«wn »э'Нлдхру «;аршвгаи ортаии л&стауда адмендвту /азайту/ болып т&был&ды.

Яумыста куй кал,»ь!н;тарыныц тгрлерх жУйвлвн1П,кажэтт1 оцпаудзн отк9«нвн квйгмг! паЯлалану жолдары чаргсгырылган. Процес« аэт{л-дгрглгп.кус калдыгим енпву тахт» кажетт! яйца камдыргымл^ /а.к.887®3/ канструктивтх-техмзлогиялых сулбасы жасалынып,оt;ыд опг'мель тлориялык тургыда^.ал к'уицс трвт1-7Эжрибио

иуэ verJaj^rev.

Кус кал,Екктагьт механикалнд цургату дЗ)»э кыэдырып erçnsy процас-CTepit»« rceç ететгн от« (,,изикалнк-меха»ч1кялык иуг®-",'ы,сипаттамад;н яа«в алыиатат* мвлэер} келтгр ¡лг«н. Аталгаи процесетврдщ катена-такалык модел! мегчэдвлхтгцусииылыи отыргам квппыргыяыц pgpfari паргшвтрлерМи млт'Д-р i кзп факторлы адгспви IBM FC/AT-286 электроды есвптву талд&нгли.

Ycviw^rav нояструктордык-твхиологиаящ шэш темпер ату т> в w, яуь чурпмы"лагы уытты эаттардын молперЬ» томеядэтуга ясекэ оцдву кеэтлэ оператчрлзрдьц жумыс жагдаЯкгда экологишдак жэда■эргвноми-яялын корс0тк!штер}ч» жацеартуга mymkíp^ík борвд1.

1Сл»«дырпл»ы Chiwsy т»дтв.1слэрxî ет»|мд{лtri 0,100.».

0,150 т/car. ,0ji I кг. палдыпта овдзуг-з куксг-татьт ядатрмай мэлкгарт 0,28. ..О,'¡3 кгДкп кал,чккт<1и кургату яээтедд 0,35 ... 0,44 К£* ор!м ,ал жАКда^а 0,1 ... 0,72 кг кул эидгрЬтад!.

Таз 'J уз^'-ать-н тэт уытты пус Калякдтсрнп <mnrîR fçy® фврмасы »агдайкм^а ortpçy бармсычда «лыяатыт» явддкц эхологаюшк-окороника-лык 26-0120 Tsnrewî курайда.

Basle of psraaatrss end working of the plant for utilisation of fast damaging and toxins paste of poultry-keeping.

Akhm^tov lakhsiut Aliycvich

Abstract

The purpose of the research is ths technology improvement and working of the plant for utilisation of fast damaging and toxine v<aste of poultry-keeping and also diminishing of envi-Tonasnt pollution.

The classification of poultry-keeping waste and the r/aye of their utilization efter suitable processing are realized.

The procsse la improved and constructive-technological ocheae of mw plant for utilization of poultry-keeping waste is worked out (a.s. 887633) its optimal paraactres and programme of vorfc have been theoretically-sxpcrimentally grounded.

The information about going out, structure, physical and mechanical characteristics of dead poultry, applied to the processes of Bochanical depriving and thermal processing is received. •

XJultifsctor mathematical models of mentioned processes hara besn porked out, their analysis on electronic calculatins machines (computers) 1KB PS/AT-286 is realized and significance of naia paraatetres of offered plant is revealed.

Constructive-technological deoleions, directed on temperature fall,, gastoxication and toxim fucus improve conoidorubly ecological and ergonoaicel Indexes of labour conditions o* ope • rator during waste processing.

Test results show, that plant productivity is 0,100.. .0,1.$ t par hour, fuel outlay to I.kg of waste is 0,28...0,43 k£. The product of processing is: during drying 0,35...0,44 ks of harmless mass, during burning 0,1...0,2 kg of eahes per 1 kg of loaded waeto.

geological and economical effects of utilisation of fast damaging and tosino waste of poultry-keeping are 2643120 tfm~c In a year on one typical farm.