автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование технологического процесса фильтрации и параметров соломенного фильтра непрерывного действия для разделения бесподстилочного навоза на фракции

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

' од

■ НА ПРАВАХ РУКОПИСУ

ПРИСЯЖНА Лариса Павлівна

УДК 631.333

ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ФІЛЬТРАЦІЇ ТА ПАРАМЕТРІВ СОЛОМ’ЯНОГО ФІЛЬТРА БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ ДЛЯ РОЗДІЛЕННЯ БЕЗПІДСТИЛКОВОГО ГНОЮ НА ФРАКЦІЇ

Спеціальність 05.20.01 — Механізація сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків — 1996

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства.

Науковий керівник: кандидат технічних наук,

професор Євсюков Т.П.

Науковий консультант: кандидат технічних наук,

доцент Руденко П.Ф.

Офіційні опоненти: академік, доктор технічних наук,

професор Серебряков І.М.

кандидат технічних наук, доцент Пащенко В.Ф.

Провідна установа: Харківський облагропром

Захист дисертації відбудеться '¿5 1996 р. о //7 годині

на засіданні спеціалізованої ради к.02.20.02 Харківського державного технічного університету сільського господарства (ХДТУСГ) за адресою: 310078, м. Харків - 78, вул. Артема, 44, ХДТУСГ.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ХДТУСГ.

Автореферат розісланий ¿.14 А 1996 р.

Вчений секретар ^

спеціалізованої ради, / Л.С.Єрмолов

професор У

Актуальність теми. З інтенсифікацією сільськогосподарського виробництва у тваринництві поряд зі збільшенням продукції виникло ряд проблем, однією з яких залишається утилізація безпідстилкового гною. Вихід гною у великих об’ємах і його постійне накопичування привело до складної екологічної ситуації в районах великих тваринницьких комплексів.

Безпідстилковий гній - це цінне органічне добриво, але використовувати його у непереробленому вигляді не можна, так як це приводить до засолення грунту, забруднення грунтової води та води відкритих водоймищ, зараженню навколишнього середовища продуктами розкладу. З цих причин безпідстилковий гній підлягає переробці, основу якої складає процес розділення на тверду та рідку фракції. Фільтруючі технічні засоби набули поширення у виробництві, але загальним недоліком фільтрів є висока вологість твердої фракції, яка отримується після переробки. Крім того, такі засоби при високій продуктивності мають низький ефект освітлення, або при значному ефекті освітлення мають невелику продуктивність, а вологість твердої фракції 70-80% досягається тільки на енер-гоємких поділювачах. Ефективність робочого процесу може бути підвищена шляхом створення високопродуктивного фільтруючого технічного засобу в технологічному процесі переробки безпідстилкового гною. Виникає необхідність обгрунтування технологічного процесу і створення високопродуктивного фільтруючого технічного засобу з використанням у якості фільтруючого елемента солом’яного шару. Такий засіб поряд із високою ефектівністю очищення безпідстилкового гною забезпечить виробництво органічного добрива у його кращій формі.

Мета дослідження - обгрунтування технологічного процесу фільтрації та параметрів солом’яного фільтра безперервної дії.

Об’єкт дослідження - технологічний процес механічного розділення безпідстилкового гною на фракції, методом фільтрації та солом’яний фільтр безперервної дії. Робота включена до науково-технічної програми та міжвузівської цільової комплексної програми 08 НТП Державного плану УРСР на 1986-1990 p.p. 03.02.06 та програми “Продовольство-95”.

Наукова новизна. У роботі одержані такі нові наукові результати: створена математична модель статики та кінетики процесу фільтрації безпідстилкового гною солом’яним фільтром;

розроблені методики визначення параметрів фільтруючого шару та дослідження солом’яного фільтра безперервної дії;

визначені параметри порової структури фільтруючого солом’яного шару, геометричі та режимні параметри солом’яного фільтра безперервної дії.

Практична цінність. Проведені дослідження дали змогу: розробити і виготовити конструкцію та перевірити працездатність солом’яного фільтра безперервної дії у виробничих умовах;

одержати цінне органічне добриво із соломи та твердої фракції безпідстилкового гною; ...

розробити методику інженерного розрахунку фільтра.

Апробація роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи схвалено на наукових конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників та аспірантів ХІМЕСГ (нині ХДТУСҐ) у 1989-1996 p.p., науково-технічній конференції ВНДТПІМЕСГ за результатами Досліджень 1990 року.; республіканській науково-технічній конференції “Науково-технічні, економічні та екологічні основи механізації процесів підвищення родючості грунту", що проходила в УНДІМЕСГ у 1991 р.

^Впровадження. Експериментальний зразок солом’яного фільтра

безперервної дії пройшов виробничу перевірку на очисних спорудах свинарського комплексу на 54 тис. голів к-пу ¡м.Фрунзе Бєлгородської обл.

Розроблену методику інженерного розрахунку з практичними рекомендаціями передано для впровадження у Харківський облагропром.

Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи опубліковано в 9 друкованих працях, в тому числі в двох авторських свідоцтвах на винаходи ( A.c. 1701142, A.c. 1801293 ) та в патенті Російської Федерації ( 2019945 ).

Об’єм роботи. Об’єм дисертації 204 сторінки, із них 20 таблиць, 49 рисунків, 7 додатків, список використаної літератури 110 найменувань, із них 15 - англійською мовою.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проблеми переробки безпідстилкового гною, викладається наукова новизна, практична цінність роботи, сформульовані основні положення, що виносяться на захист.

1. Аналіз способів, засобів та технологій переробки безпідстилкового гною. Аналіз існуючих способів та засобів переробки безпідстилкового гною показав,що основним напрямком залишається переробка гною на органічні добрива. При цьому в практиці переважно використовують два способи: біологічний та механічний.

Біологічний спосіб переробки безпідстилкового гною, незважаючи на свою простоту, допускає втрати органічної речовини, забруднення навколишнього середовища продуктами розпаду, потребує відторгнення значної території.

Сучасні технології зорієнтовані на механічну переробку, яка забезпечує максимальне збереження органічної речовини та зниження забруд-

нення навколишнього середовища. Очищення здійснюється поетапно і основу його складає розділення на рідку та тверду фракції з використанням процесу осаджування або фільтрації.

Одним із перспективних напрямків переробки безпідстилкового гною за результатами досліджень вітчизняних та зарубіжних вчених є використання фільтрів та компостування твердої фракції. У звязку з цим дослідження повинні бути направлені на розроблення технології і технічного засобу, що забезпечує поряд із фільтрацією безпідстилкового гною отриманя компостної суміші. При цьому доцільним, на наш погляд, фільтруючим матеріалом може бути солома. Вибір соломи пояснюється її високими фільтрувальними властивостями, доступністю, а також тим, що суміш соломи з твердою фракцією є кращою формою органічного добрива, яке забезпечує підвищення родючості грунту, поліпшення повітряної та вологопроникливості, підвищення опору грунту на дію ходових агрегатів.

Аналіз роботи існуючих засобів розділення безпідстилкового гною на фракції показав доцільність використання фільтрів безперервної дії зі змінним фільтруючим елементом. Недостатня вивченість фільтруючої здатності соломи обмежує її використання як фільтра у виробництві. У зв’язку з цим виникла необхідність теоретичного дослідження процесу фільтрації, вивчення фільтруючих властивостей соломи, вибору раціональних параметрів солом’яного фільтруючого елемента та розробки на його основі конструкції виробничої установки.

2. Теоретичні дослідження процесу фільтрації солом’яним фільтром. У задачі теоретичних досліджень входило вивчення статики та кінетики процесу фільтрації солом’яним фільтром, а також оптимізація геометричних та режимних параметрів фільтра безперервної дії.

При теоретичному дослідженні статики процесу фільтрації використана ймовірносна модель процесу. Якщо у детермінованій формі умова затримання часток (рис.1)

T>4 > Т>3 (1)

де Т>ч \Т>з - відповідно розмір частки та діаметр пори, то ймові-рносним еквівалентом даної умови є вираз:

Их

dp= k (z )dz І к (Z )dz

1 и3 З ЗІ VH ч ч

■73«

де - ЩІЛЬНОСТІ

ймовірностей розподілу розмірів пор у фільтрі та розмірів твердих часток у безпідстилковому гної; 72ч , 7- максимальні значення радіусів часток твердої фракції та пор фільтра.

Для ймовірності затримання усіх часток маємо:

Я,

V = jh('z )dt [ f) (t )dz ]

/ U З 3 З** І Vu U uJ

(3)

За допомогою асимптотичних методів статистики екстремальних значень отримуємо вирази цих щільностей через параметри, що характеризують дані розподілення:

А*

tC

Ь (z)

і'<л и

= JOtezp лч тгч.

(4)

(5)

де Па, Пч - число пор і число часток у виділеному об’ємі.

Інтегруючи(З) з урахуванням(4) та (5) одержуємо вираз (6), що визначає ймовірність затримання твердих часток безпідстилкового гною фільтром:

Одержана залежність визначає ймовірність затримання твердих часток фільтром, або очікуваний ступінь очищення безпідстилкового гною в залежності від

розмірів пор та часток, а також від відносної кількості цих пор та часток

мих законах розподілу розмірів пор та часток (4,5), середні значення радіусів пор та радіусів часток визначаються співвідношеннями:

Рис.2. Вплив радіуса часток (Річ) та радіуса пор (Из) на ймовірність затримання часток.

п =

&

Пч.

‘ Лі е (\-ЄПл-І%Єп'\

(7)

(8)

При вивченні кінетики процесу фільтрації використано метод динаміки багатофазних середовищ. За вихідний прийнято закон Дарсі, що визначає швидкість фільтрації в залежності від коефіцієнта проникності фільтра, коефіцієнта динамічної в’язкості рідини та градієнта тиску:

О)

Для визначення проникності солом’яного фільтра використано, одержаний емпіричним шляхом, вираз Козені, який запишеться у вигляді:

К^Ю7і6\У2{і-~4^р} (Ю)

¿з п

де (г}й - пористість фільтра; - товщина міжпорової перегородки;

’ початкова щільність часток у рідині та пор у фільтрі; - шлях, що проходить частка у фільтрі до її зупинки; ¡1 - товщина фільтра.

Розв’язуючи (9) з урахуванням (10) отримуємо вираз швидкості фільтрації у вигляді:

У-=ЦЄГ (11)

швидкість фільтрації в початковий момент часу; ‘Т’-період часу, на протязі якого швидкість фільтрації зменшується в Є. раз.

Величина початкової швидкості фільтрації (початкової питомої продуктивності) є параметром, що визначає працездатність фільтра. Для фільтрації безпідстилкового гною солом’яним фільтром, особливістю якої є малі значення градієнта тиску (безнапорна фільтрація) та незначні коливання коефіцієнта динамічної в’язкості, величина початкової швидкості

еднім

товщиною перегородки між сусідніми порами с/ - середнім діаметром соломинки:

-і/ = ,,2)

Експоненційний характер залежності швидкості фільтрації (V) від часу роботи фільтра (1) передбачає швидке зниження швидкості фільтрації (рис.З)

фільтрації визначається, головним чином, середнім розміром порита

20 40 <5 О 80 ¿с

Рис.З. Вплив часу роботи фільтра (І) на швидкість фільтрації (V) та питому продуктивність фільтра (д).

На інтенсивність зниження суттєво впливає параметр Т - час зниження швидкості фільтрації в 2,72 рази. Величина Т залежить від вологості безпідстилко-вого гною і співвідношення розмірів пор солом’яного фільтра та розмірів твердих часток.

Таким чином, підвищити продуктивність фільтра можна шляхом відновлення порової структури відпрацьованого фільтра, наприклад перерозподілом твердих часток із поверхневого шару по всій товщині фільтра, тобто його рихлєнням, або безперервною зміною фільтруючого шару.

При дослідженні параметрів фільтра безперервної дії визначалась товщина фільтра, його продуктивність та швидкість переміщення фільтруючого шару.

Із рівняння збереження маси фаз для порового середовища та твердих часток щільність пор (^) у будь-якій координаті (х) висоти фільтра по

напрямку руху рідини має вигляд:

о , .о

н:

(13)

де Є

При визначенні товщини фільтра знайдемо його глибину, на якій відно-

• /з

шення щільностей пор = 2,72. У цьому разі товщина фільтра (ї>)

визначиться відношенням:

Іг —

/

(14)

Виразивши ^ та ^ через параметри фільтра та характеристики безпідстилкового гною одержимо вираз для визначення товщини фільтра в остаточному вигляді:

,___________________________________і_

Р2Г— V {- /~и//1 гі'ї ^ ^

де ях - середній розмір твердих часток безпідстилкового гною; ЛМ -

вологість безпідстилкового гною; С - коефіцієнт, який визначає величину відносного шляху частки по товщині фільтра до її зупинки, із (11) одержуємо вираз продуктивності фільтра безперервної дії:

@-ЧВ

/+ (16)

де 5 - ширина фільтра, - довжина зони живлення; и - швидкість

переміщення фільтруючого шару.

При заданій продуктивності величина цієї швидкості визначиться із виразу (16).

и - ■ (17)

ТШЄк-0)

Виконані теоретичні дослідження дали змогу одержати аналітичні залежності основних параметрів солом’яного фільтра безперервної дії, що взаємно ув’язують фізико - механічні властивості безпідстилкового гною, кінематичні та геометричні параметри солом’яного фільтра. Ці залежності дозволили оцінити працездатність фільтра і визначити його конструктивні та режимні параметри.

3. Програма та методика експериментальних досліджень.

Програмою досліджень передбачалось: вивчення фізико-механічних властивостей безпідстилкового гною та його фракцій; визначення пара-

метрів порової структури солом’ яного фільтруючого шару; визначення геометричних та режимних параметрів солом’яного фільтра безперервної дії та перевірка його роботи у виробничних умовах.

Експериментальні дослідження виконувались за загальними та за спеціальними методиками. При дослідженні використовувалось як стандартне обладнання та прилади, так і спеціально виготовлене: лабораторний пристрій для дослідження параметрів порової структури фільтра, установка для дослідження фільтрувальних властивостей солом’яного фільтра та установка для вивчення режимних параметрів фільтра.

Рис.4. Схема солом'яного фільтра безперервної дії: 1 - тяговий ланцюг із скребками; 2 -жолоб; 3 - прийомник фільтрату; 4 - привод; 5 - бункер для соломи; 6 - скатна дошка; 7 -живильник-розполілювач; 8 - пульт управління; 9 - рама.

Перевірка роботи солом’яного фільтра у виробничих умовах виконувалась на очисних спорудах свинокомплексу колгоспу ім. Фрунзе Бєлгородської обл.

В основу конструкції солом’яного фільтра безперервної дії (рис.4) покладено скребковий транспортер, що включає тяговий ланцюг 1 із скребками; жолоб 2, що підтримує робочу вітку транспортера з соломою; прийомник фільтрату 3 для збору та відводу рідкої фракції; привод 4, встановлений в кінці робочої вітки транспортера; бункер для соломи 5; скатна дошка для скидання використаної соломи 6, встановлена в кінці ро-

бочої вітки; живильник-розподілювач

7, що подає безпідстилковий гній на фільтр; пульт управління 8. Усі вузли змонтовані на рамі 9. При експериментальних дослідженнях вивчались однофакторні та багатофакторні моделі. Обробка результатів досліджень виконувалась методами теорії ймовірностей та математичної статистики за допомогою ЕОМ за стандартними програмами. При аналізі багатофак-торних моделей використано метод перерізу та метод градієнтного спуску.

4. Результати експеоементальних досліджень та їх аналіз. Дослідження фізико-механічних властивостей безпідстилкового гною та його фракцій показали, що середній розмір часток гною знаходиться в межах від 1,0 до 1,84 мм і залежить від типу годівлі тварин.

Дослідженнями порової структури солом’яного фільтра встановлено, що розміри пор коливаються в межах від 0,23 до 1,2 мм (рис.5).Для круп-ностебельної соломи натуральної щільності (30-35 кг/м3) максимальні розміри пор дорівнюють 1,2 мм, а середні - 0,67 мм; для дрібностебель-ної відповідно 0,62 - 0,58 та 0,43 - 0,23 мм. Підвищення щільності знижує

і максимальні, і середні розміри пор. Аналіз співвідношення середніх розмірів часток твердої фракції та середніх розмірів пор фільтра дозволяє зробити висновок про високу ефективність роботи солом’яного фільтра при розділенні безпідстилкового гною на фракції.

Це знайшло підтвердження при дослідженні роботи фільтра. Працез

Рис.5. Залежність діаметра пор солом'яного фільтра від його щільності.

О - крупностебельна солома (с!ср=2,65 мм) Д - дрібностебельна солома (сіср=2,13 мм) * - дрібностебельна солома (с1ср= 1,68 мм)

датність фільтра оцінювалась за умовою його остаточного відпрацювання та втрати фільтрувальної здатності в результаті повного закриття пор. Критеріями оцінки були перепускна здатність фільтра (кількість рідини, що пройшла через фільтр до втра-

Рис.6. Вплив щільності солом'яного фільтра на його

пропускну здатність. ти його працездатності);

кількість затриманої твердої фракції та кількість твердої фракції, що проходить через фільтр за цих умов.

Зростання щільності фільтра приводить до зменшення перепускної здатності (продуктивності фільтра) (рис.6) і як наслідок зниження загальної кількості затриманої твердої фракції (рис.7), при цьому знижується і загальна кількість твердої фракції, що проходить через фільтр (рис.8);

поліпшується якість розді-

Рис.7. Вплив щільності фільтра на кількість затриманої твердої фракції.

лення в наслідок зменшення розміру пор, але знижується перепускна здатність, або продуктивність фільтра. Фільтри невисокої щільності ( 25-30 кг/м3), що мають більшу перепускну здатність, затримують більшу кількість твердої фракції, але не затримують значної частини дрібнодисперсних часток.

зо 40 50 />, гг

Рис. 8. Вплив щільності фільтра на кількість твердої фракції, що пройшла через фільтр.

При зростанні щільності понад 40-45 кг/м3, незважаючи на поліпшення якості, значно знижується продуктивність фільтра. Враховуючи те, що у вихідній суміші доля часток розміром до 1 мм складає від 40 до 70%, то слід рекомендувати щільність фільтра 30-35 кг/м3. Така щільність є натуральною для соломи і зручна у практичному використанні.

Фільтри такої щільності з розміром середніх пор від 0,3 до 0,4 мм забезпечать затримання від 50 до 70% часток твердої фракції за умови достатньої питомої продуктивності.

Враховуючи несуттєвий вплив товщини шару соломи на якісні показники та підвищення перепускної здатності фільтра зі зменшенням його товщини, з економічної точки зору слід віддавати перевагу фільтрам невеликої товщини. Але технічно рівномірну щільність фільтра невеликої товщини виконати складно, тому з точки зору забезпечення надійної роботи фільтра слід рекомендувати його товщину в межах 0,10-0,15 м.

Експериментальні дослідження показали, що після забивання поверхневого шару фільтра та утворення шару осаду різко знижується його перепускна здатність. З метою підвищення працездатності фільтра за рахунок більш рівномірного розподілу твердих часток по всій товщині фільтра та збільшення його перепускої здатності досліджувався вплив рихлення поверхневого шару на показники роботи фільтра. Визначено, що рихлення фільтра на глибину третини його товщини забезпечує підвищення пере-

пускної здатності в 2-3 рази при ефекті освітлення 40-60%.

Дослідження режимних параметрів процесу фільтрації показало,що початкова швидкість фільтрації (початкова питома продуктивність фільтра) в зоні робочих щільностей соломи (30-35 кг/м3) для практично безнапорної фільтрації (55 мм вод.ст.) складає від

0,067 до 0,058 м/с. Ця швидкість забезпечить початкову питому продуктивность фільтра від 200 до 240 м/год. При щільностях соломи більше 65 кг/м3 питома початкова продуктивність знижується до 0,005 м/с. Фільтри такої щільності не будуть працездатними через їх низьку продуктивність. Ці результати підтвержують справедливість вибору величини робочої щільності фільтра.

Залежність швидкості фільтрації (миттєвої питоми продуктивності) від часу носить експоненційний характер (рис.9). Вона добре узгоджується з теоретичними результатами (рис.З). На інтенсивність зниження швидкості суттєвий вплив має вологість безпідстилкового гною. Якщо при вологості 99% швидкість фільтрації у перші 20 секунд знизилась у 2,5 рази, то при вологості 98% за той же період швидкість знизилась у 3,4 рази, а при 96% - у 6,9 раз. Таким чином, для дотримання високих значень швидкості фільтрації необхідно забезпечити безперервне переміщення'фільтруючого шару в зоні подачі безпідстилкового гною та рих-лення поверхневого шару солом'яного фільтра. Оцінку збіжності резуль-

!А (о]

А"

З

2

і

- : го 4а бо бо ¿с

Рис.9. Залежність швидкості фільтрації безпідстилкового гною (V) та миттєвої питомої продукції (ц) від часу роботи фільтра (і)

татів теоретичних та експериментальних досліджень виконано за дослідженнями залежності середніх діаметрів пор та початкової продуктивності фільтра від щільності соломи. Експериментальні дані величини розмірів пор та продуктивності фільтра близькі до розрахункових (рис. 10). Адекватність теоретичних та екпериментальних значень оцінювалась критерієм Фішера. Так як в усіх розглянутих випадках розрахункові значення критерія Фішера менші за табличні, то слід зробити висновок про адекватність теоретичних та експериментальних значень. Задовільна збіжність експериментальних даних з теоретичними дає змогу зробити висновок про правомірність математичної моделі та можливість використання одержаних аналітичних виразів прі визначенні основних конструктивних та режимних параметрів солом’яного фільтра.

Результати досліджень були використані при розробці конструкції солом’яного фільтра безперервної дії, що працював у складі технологічної лінії очищення стоків свинарського комплексу на 54 тис.голів Бєлгородської області.

При дослідженні фільтра у виробничих умовах оцінювались продуктивність, ефект освітлення та вологість твердої фракції. Вивчався вплив вологості гною та швидкості переміщення фільтруючого шару на результати процесу розділення.

М /¿од

225

^0

75~

4о бо ао />,*%,*

Рис. 10. Залежність середнього розміру пор (03) ?щ, початкової продуктивності фільтра (О) від щільності соломи (р)

------єксперементальні

------теоретичні

Дослідження показали, що оптимальна питома продуктивність склала 30-35 м/год. При цьому ефект освітлення безпідстилкового гною склав 40-60%. Кращі результати одержані при швидкості переміщення фільтруючого шару 10 м/год. Оцінка результатів роботи солом’яного фільтра у складі технологічної лінії показала, що він забезпечує виділення 50% твердої фракції та отримання компостної суміші вологістю 70-72%.

Порівняльна оцінка параметрів солом’яного фільтра з існуючими засобами виділення твердої фракції фільтруванням показала, що якщо ефект освітлення більшості технічних засобів складає 25-30% і тільки у фільтру-чих центрифуг досягає 45-46%, то ефект освітлення безпідстилкового гною солом’яним фільтром у залежності від складу гною, знаходиться в межах 40-60%. Енерговитрати солом'яного фільтра склали 0,015-0,020 кВт.ч/м3, що у 25-50 раз менше енерговитрат фільтруючих центрифуг, у 5-10 раз менше, ніжу інерційних грохотах і у 2 рази нижчі, ніжу барабанних грохотах.

Аналіз основних робочих параметрів існуючих технічних засобів у порівнянні з солом’яним фільтром, показав його перевагу за основними техніко-економічними показниками.

5. Розрахунок економічного ефекту від використання солом’яного фільтра. Запропонований солом’яний фільтр безперервної дії у порівнянні _ з зарубіжним технічним засобом виділення твердої фракції, динамічним .фільтром італійської фірми “Джі-е-Джі”, дає можливість знизити на етапі виділення великих та грубодисперсних часток капітальні витрати у 4 рази, експлуатаційні витрати на 22,8%, приведені витрати на 40%, отримати річний економічний ефект по свинарському комплексу з^виходом стоків 100 м3/годусумі 176,3 млн.крб.. При цьому солом'яний фільтр забезпечує збільшення виходу товарної продукції - суміші соломи з твердою фракцією безпідстилкового гною у 1,5 рази, що забезпечить господар-

ству додадковий прибуток у сумі 146 млн.крб.. За рахунок зниження величини збитків, що спричиняються річними викидами в атмосферу, річний економічний ефект склав 79,1 млн.крб..

Сумарний економічний ефект від використання солом’яних фільтрів комплексом на 54 тис.голів складає 401,4 млн.крб. у цінах на 1.02,95.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Існуючі технологічні лінії та технічні засоби переробки безпідстилкового гною не знімають проблеми утилізації його на великих тваринницьких комплексах через низьку надійність у роботі, недостатню ефективність та економічність, У зв’язку з цим є актуальним розробка високоефективних засобів великої продуктивності. Комплексний підхід до вирішення завдань утилізації безпідстилкового гною дає змогу забезпечити виробництво додаткової кількості органічних добрів, дефіцит яких має місце у більшості господарств.

2. Аналіз роботи існуючих технічних засобів показав, що найбільш перспективними є засоби безперервної дії з розділенням на фракції фільтруванням з фільтром, що не потребує регенерації. Тому об’єктом досліджень вибрано стрічковий транспортер з використанням як фільтруючого матеріалу солом’яного шару.

3. Розоблено математичні моделі статики та кінетики процесу фільтрації, їх аналіз дозволив оцінити ефективність очищення безпідстилкового гною солом’яним фільтром, очікувана величина якої складає 50-75%, що у 1,5-

2 рази перевищує значення ефективності розділення існуючих технічних засобів. Одержані вирази для визначення середніх розмірів пор фільтра та часток твердої фракції, величини співвідношень яких визначають результат процесу фільтрації. Теоретичні значення початкової питомої про-

дуктивності фільтра (200-300 м/год) свідчать про його високу працездатність. Отримані теоретичні співвідношення основних геометричних та режимних параметрів фільтра дозволили виконати їх оптимізацію.

4. Дослідним шляхом визначені параметри порової структури солом’яного фільтруючого елемента. В залежності від товщини соломинок та щільності солом’яного шару значення діаметрів максимальних пор коливаються в межах від 0,58 до 1,20 мм, а середніх від 0,23 до 0,63 мм; пористість в залежності від щільності фільтра змінювалась у межах від 60 до 90 %. Одержані співвідношення розмірів пор і розмірів часток твердої фракції в межах від 0,15 до 0,63 є необхідною умовою високої працездатності солом’яного фільтра на очищенні безпідстилкового гною. Експериментальні дослідження показали хорошу збіжність із результатами теоретичних досліджень.

Б.Рихлення поверхневого шару фільтра в процесі його роботи забезпечує підвищення продуктивності в 2-3 рази при незначному зниженні ефекта освітлення. Встановленно, що оптимальною буде глибина рих-лення, що дорівнює 1/3 товщини фільтра, при цьому прдуктивність збільшується в 2-2,5 рази, а ефект освітлення знижується на 10-12%.

6. Виконані дослідження дозволили визначити оптимальні параметри солом'яного фільтра: щільність фільтруючого шару 30-35 кг/м3, товщина

0,10-0,15 м; довжина зони живлення 0,6-1,0 м; довжина зони зноевод-нення 4,5-6,0 м; швидкість переміщення фільтруючого шару 0,0028 -

0,0042 м/с (10-15 м/год).

7. Виробнича: перевірка працездатності солом’яного фільтра безперервної дії показала, що при ширині 0,7 м він зебезпечує продуктивність 20 - 25 мУгод, що відповідає питомій продуктивності 30-35 м: /год; ефект освітлення безпідстилкового гною вологістю 97-99% складає 50-60% та вологість твердої фракції у суміші з соломою - 70-72%.

- 19-

8. Порівняльна оцінка результатів роботи солом’яного фільтра з існуючими фільтруючими технічними засобами показала його переваги: ефект освітлення вищий в 1,5 - 2,0 рази, енерговитрати нижчі у 2 - 50 раз, вологість твердої фракції нижча на 5 - 10%. Крім того, солом’яний фільтр забезпечує отримання цінного органічного добрива у вигляді суміші соломи з твердою фракцією безпідстилкового гною в співвідношеннях 1:4 -1:7, що відповідає рекомендаціям до виготовлення компостних сумішей.

9. Розроблені методика інженерного розрахунку і рекомендації до практичного використання солом’яного фільтра безперервної дії на тваринницьких комплексах.

10. Впровадження солом'яного фільтра на свинарському комплексі потужністю 54 тис.голів дозволяє одержати сумарний економічний ефект у розмірі 401,4 млн.крб. у цінах на 01.02.95 р; в тому числі за рахунок підвищення продуктивності праці та зниження енерговитрат - 176,3 млн.крб., за рахунок поліпшення екологічної ситуації в зоні комплексу -79,1 млн.крб., від додаткового прибутку при збільшенні виходу органічних добрив - 146 млн.крб..

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Рекомендується використання солом’яних фільтрів в усіх зонах України на великих фермах і свинарських комплексах з видаленням гною гідрозмивом вологістю гною більше 92%.

2. Солом’яний фільтр встановлювати в закритому неопалювальному приміщенні, розміщеному поблизу тваринницького комплекса, і забезпечити електроприводом, притяжною та витяжною системами вентиляції.

3. Переробку поступаючого безпідстилкового гною можна здійснювати солом'яним фільтром безпосередньо в міру його надходження. Для збору

гною а нічний час доцільно використання накопичувальної ємкості.

4. Солом’яному фільтру безперервної дії продуктивністю 30-35 м3/год на 1м2 площини фільтра, товщиною солом’яного шару 0,10-0,15 м, щільністю соломи 30-35 кг/м3 необхідно забезпечити швидкість переміщення фільтруючого елемента 0,0028-0,0042 м/с (10-15 м/год); довжину зони живлення 0,6-1,0 м; довжину зони зневодення 4,5-6,0 м.

5. Подачу безпідстилкового гною та перекачування рідкої фракції здійснювати фекальним та відцентровим насосами відповідно. Переміщення суміші твердої фракції з соломою після її сходу зі скатної дошки здійснювати бульдозером у бурт.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В ТАКИХ РОБОТАХ:

1.Выбор технологии и технических средств утилизации бесподстилоч-ного навоза /П.Ф.Руденко, Л.П.Присяжная, В.В.Очеретный// Механизация внесения удобрений: Сб.науч.тр. УСХА - Киев, 1990. С. 49-54.

2. Використання солом’яних фільтрів при очищенні тваринницьких стоків /П.Ф.Руденко, В.Ф.Рідний, Л.П.Присяжна// Науково-технічні, економічні та екологічні основи механізації процесів підвищення родючості грунту: Тези допов.респ.наук.-техн.конф.-Київ, 1991.-С. 88-89.

3. A.c. 1701142 AI СССР МК А 01 С 3/00 Устройство для фильтрации бесподстилочного навоза/В.Я.Горин, Т.П.Евсюков П.Ф.Руденко, В.Ф.Рид-ный, Л.П.Присяжная, Н.В.Вислогузов// 1991.-N48.

4. Технология утилизации бесподстилочного навоза /Т.П.Евсюков, П.Ф.Руденко, В.Ф.Ридный, А.В.Солошенко, Л.П.Присяжная// Механизация тех нологических процессов в животноводстве: Сб.науч.тр.ВНИП-ТИМЭСХ.-Зерноград, 1992.-С.61-68.

5. Соломенные фильтры в утилизации бесподстилочного навоза /П.Ф.Ру-

денко, В.Ф.Ридный, Л.П.Присяжная// Механизация технологических про-цесов в животноводстве: Сб.науч.тр. ВНИПТИМЭСХ.-Зерноград, 1992. С. 57-61.

6. A.c. 1801293 А I СССР МК А OI С 3/00 Устройство для фильтрации стоков /Т.П.Евсюков, П.Ф.Руденко, В.Ф.Ридный, В.Я.Горин, Л.П.Присяжная// 1993.-N10

7. Солома тоже удобрение /Л.П.Присяжная// Сільський журнал. 1994,-N6.-C.11.

8. Пат. 2019945 СІ Российская Федерация. МКИ А 01С 3/00. Устройство для фильтрации жидкого навоза /Т.П.Евсюков, П.Ф.Руденко, В.Ф.Ридный, А.И.Рябков, Л.П.Присяжная, Н.В.Слоновский// Открытия. Изобретения. 1994.-N18.

9. Соломенный фильтр:дёшево и выгодно /Т.П.Евсюков, П.Ф.Руденко, Л.П.Присяжная, В.Ф.Ридный//Сільський журнал. 1995.-N1.-C.28.

Присяжная Лариса Павловна.

Обоснование технологического процесса фильтрации и параметров соломенного фильтра непрерывного действия для разделения беспод-стилочного навоза на фракции.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства.

Защищается работа, в которой приведены результаты исследований в области механизации животноводческих ферм.

В работе основное внимание уделено оценке фильтровальной способности соломы и определению параметров фильтра, а также разработке рекомендаций к его использованию.

В работе получены следующие новые научные результаты:

- разработана новая математическая модель статики и кинетики процесса фильтрации;

- определены параметры пористой структуры соломенного фильтра, режимные и рабочие параметры соломенного фильтра непрерывного действия;

разработаны методика инженерного расчета соломенного фильтра непрерывного действия и рекомендации призводству.

Проведенные исследования позволили обосновать параметры соломенного фильтра непрерывного действия, обеспечивающего наряду с качественным разделением бесподстилочного навоза получение ценного органического удобрения - смеси соломы с твёрдой фракцией.

Использование соломенного фильтра непрерывного действия позволяет повысить эффективность очистки на этапе выделения крупных и грубодисперсных частиц на 10-20%.

Ключевые слова: солома, соломенный фильтр, бесподстилочный навоз, фильтрация.

Prisyazhnaya Larisa Pavlovna

Foundation of the technological filtering process and the parameters of the continuous action straw filter used to separate liquid manure into fractious.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences ( Speciality 05.20.01. - Farm Production Mechanization). The Kharkov State Technological University of Agriculture.

On the thesis presented, the results of research in the field of farm production mechanization are summerized.

Filtering capacity of straw is estimated, parameters of the filter are determined and recommendations to its application are given.

The results of the research are as follows: .

- the mathematical model of statis and kinetics of the filtration process is presented;

- porous structure parameters of a straw filter as well as conditions and working parameters of the continnous action straw filter are determined;

- methods of engineering calculation of the continuous action straw filter and production recommendations are developed.

The continuous action straw filter makes possible to produce a valiable organic fertilizer - mixsture of straw and solid fractions, alongside with good separation of liquid manure.

The use of the continuous action straw filter makes possible the 10-20% ingrease in the purification effectiveness on the stage of separating earge and roughly dispersed partides.

Key words: straw, straw filter, liquid manure, filtration.