автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности биокомпостов путем их гранулирования

На правах^ру^уНси

Смирнов Алексей Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОКОМПОСТОВ ПУТЕМ ИХ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

8 АПР 2015

Чебоксары — 2015

005567134

005567134

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия".

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Малаков Юрий Фёдорович

Максимов Павел Леонидович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Тракторы, автомобили и сельскохозяйственные машины" ФГЪОУ ВПО "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия".

Костромин Денис Владимирович,

кандидат технических наук, доцент кафедры "Эксплуатация машин и оборудования" ФГБОУ ВПО "Поволжский государственный

технологический университет".

Ведущая организация: ФГБНУ Всероссийский научно-

исследовательский институт

органических удобрений и торфа (ФГБНУ ВНИИОУ).

Защита состоится 5 июня 2015 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д220. 070. 01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд. 222. Факс: (8352) 62-23-34; e-mail: info@academy21.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО ЧГСХА сети интернет по адресу: academy21.ru в разделе "Диссертационные советы" от 2 февраля 2015 г.

Автореферат разослан » 2015 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного

совета, д-р техн. наук Г" Алатырев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Повышение плодородия почв и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур является одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства.

Снижение интенсификации земледелия за последние десять лет в мире привело к уменьшению содержания гумуса в почве с 2,2 - 2,0 до 1,8 — 1,4%, начался процесс подкисления почв, заметно падает содержание подвижных форм фосфора и обменного калия. Резкое снижение применения органических удобрений, естественным образом отражается на почвенном плодородии и в конечном результате, на урожайности всех сельскохозяйственных культур и качестве продукции растениеводства.

С 1991 года положение с плодородием почв в Российской Федерации стремительно ухудшается. Применение минеральных удобрений снизилось в 10 раз, а в отдельных зонах РФ - в 20...30 раз, органических удобрений - в 3,6 раза. За последние 11 лет отмечено уменьшение содержания гумуса в среднем по России на 0,4%. Снижение этого показателя только на 0,1% приводит при прочих равных природно-экономических условиях к уменьшению урожайности зерна на 0,8...1 ц с 1 га .

К одному из направлений по улучшению плодородия почвы относят применение органических удобрений. Основными источниками органических удобрений являются отходы животноводства и птицеводства -навоз и помет. Их неполное использование в условиях возросшей стоимости минеральных удобрений наряду с экологическими проблемами приводит к снижению плодородия почв и почти повсеместной потере гумуса.

В условиях активного применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве органические удобрения не только не теряют своего значения, но их роль в повышении плодородия почв, получения высококачественной, экологически чистой продукции растениеводства, возрастает. Поэтому необходимо обеспечить сельское хозяйство высокопроизводительными и экономически выгодными способами и технологиями производства высококачественных органических удобрений, решая тем самым задачу утилизации отходов производства животноводческих предприятий и птицефабрик.

Целью научного исследования является обоснование конструкционно-технологических параметров узла гранулирования, увеличивающих ассортимент органических удобрений.

Объект научного исследования. Процесс гранулирования биокомпостов, с применением шнекового и вальцового пресса.

Предмет научного исследования. Параметры технологического процесса гранулирования биокомпостов в шнековом и вальцовом прессе.

Гипотеза научного исследования. Если сделать узел гранулирования, на основе синтеза двух прессующих устройств, такие как шнековый и вальцовый пресс, то это позволит увеличить ассортимент органических удобрений, эффективность применения которых, осуществляется за счет уменьшения затрат на хранение и транспортировку.

Методы научного исследования. В исследовании использованы методы математической статистики, теории эксперимента. Использование данных методов основывалось на применении современных технических средств и измерительных приборов.

Экспериментальные методы исследования реализованы на физических моделях и опытном образце узла гранулирования в производственных условиях. Результаты экспериментов были обработаны методом математической статистики в среде специализированного пакета по статистическому анализу и обработке данных STATGRAPHICS PLUS для Windows, а также редактора электронных таблиц MS Exel.

Научная новизна. Научная новизна состоит в:

• разработке конструктивно-технологической схемы узла гранулирования биокомпостов;

• получении уравнений регрессии, описывающих зависимости между выходными и конструктивно-технологическими параметрами узла гранулирования.

Достоверность основных положений и выводов подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных с использованием стандартных методик, положительными результатами производственных испытаний разработанного узла гранулирования, а также протоколом ФГУ ГСАС « Костромская».

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Разработан узел гранулирования биокомпостов (патент № 2415828). В лаборатории кафедры «Технические системы в АПК» Костромской ГСХА изготовлена лабораторно - производственная установка, которая испытана в производственных условиях ОАО «БХЗ» Буйского района Костромской области.

Результаты диссертационной работы нашли также применение в учебном процессе ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА при чтении лекций и выполнении практических занятий студентами, обучающимися по специальности 100304.65 и направлению подготовки бакалавров 35.03.06 — Агроинженерия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФБГОУ ВПО "Костромская ГСХА" в 2007...2014гг, и СПб-ГАУ г. Санкт - Петербург в 2008 и 2011гг. С 2008 г. по 2011г. работа выполнялась в рамках программы НИР ФГОУ ВПО «Костромская ГСХА» и программы СТАРТ 08, финансируемой государственным фондом содействия развития малых форм предприятий в

научно - технической сфере. В 2008 году технологическая линия по переработке органических отходов в биокомпосты, была отмечена золотой медалью на 10-ой выставке «Золотая осень» в номинации «За производство высокоэффективных экологически безопасных удобрений: почв, грунтов, подкормок, технологий улучшения плодородия почв».

Защищаемые положения:

конструктивно-технологическая схема и конструктивно-технологические параметры узла гранулирования биокомпостов;

- результаты экспериментальных исследований процесса гранулирования и влияния технологических параметров на энергетические показатели привода прессующего шнека и обжимных вальцов;

- результаты производственных испытаний узла гранулирования;

- оценка экономической эффективности узла гранулирования.

Публикации. Основная часть работы изложена в 9 научных

публикациях, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК и в патенте РФ на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, приложений и списка использованных источников. При общем объеме 122 страницы, содержит 97 страниц основного текста, 49 рисунков, 18 таблиц, 13 приложений. Список использованных источников включает 105 наименований. В приложениях приведены: данные экспериментальных исследований; протокол исследований ФГУ ГСАС «Костромская»; документы отражающие уровень технического использования результатов исследования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и представлена общая характеристика работы, обозначена цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования»

рассматривается влияние органических удобрений на плодородие почв, агрохимические и агроэкологические свойства компоста, физико - химические и микробиологические характеристики биокомпоста, полученный методом аэробного ферментирования. Проведен анализ методов гранулирования, применяемых в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. К этим методам относятся:

1) окатывание;

2) диспергирование жидкости в свободный объем;

3) диспергирования жидкости на поверхность частиц во взвешенном состоянии;

4) чешуирование;

5) пресование;

6) формирование или экструдирование.

Представлена характеристика процесса гранулирования и классификация прессующих устройств в зависимости от рабочих органов. Проанализировав

прессующие устройства различного типа действия и конструкций, выявили их основные недостатки: малая производительность, что не позволяет их использовать на предприятиях с большим выходом отходов производства, это приводит к их накоплению и загрязнению окружающей среды; зависимость процесса от неравномерности влажности, что приводит к нестабильной работе гранулирующего устройства; сложность аппаратурных решений основных процессов требует высокой квалификации оператора, большая энергоёмкость узла гранулирования; низкая степень уплотнения, что приводит к снижению качества выходного продукта; отсутствует контроль над параметрами процесса, что не позволяет выполнять оптимального управления рабочими органами.

Приведенный обзор работ по теме диссертации позволил сформулировать цель научного исследования и определить задачи для ее достижения:

1) разработать конструктивно-технологическую схему, изготовить опытный образец и обосновать конструктивно-технологические параметры узла гранулирования;

2) провести экспериментальные исследования процесса гранулирования и исследовать влияние технологических параметров на энергетические показатели привода прессующего шнека и обжимных вальцов;

3) провести натурные испытания опытного образца узла гранулирования в условиях производства;

4) провести анализ эффективности узла гранулирования.

Во втором разделе «Анализ технологического процесса работы узла гранулирования» описывается модель функционирования, а также технологическая схема работы и его конструкция.

Конструктивно - технологическая схема узла гранулирования (рис.1) (патент на изобретение № 2415828) представляет собой загрузочный бункер 1, через который биокомпост поступает в шнеково-вапьцовый пресс. По мере прохождения биокомпоста через межвитковое пространство нагнетательного шнека 2 происходит его уплотнение, в следствии чего образуется жидкая фракция (акватроф), которая через проточки в корпусе аккумулируется в сборной емкости 3. Проходя через усеченный конус 4 биокомпост дополнительно подпрессовывается и формируется обжимными вальцами 5,6.

Биокомпост у1 / У* ,/ / Рисунок 1 - Схема узла

гранулирования:

1 - загрузочный бункер; 2- нагнетательный шнек;3 — сборная емкость;4 - усеченный конус 5, 6— обжимные вальцы.

Процесс гранулирования протекает в условиях постоянно изменяющихся воздействий, которые влияют на качество получаемых гранул. В реальных условиях функционирования процесс гранулирования описывается совокупностью переменных, представляющих собой векторную функцию У,

определяющих качественное выполнение процесса в некоторый момент времени. На устройство, в котором протекает процесс, действуют и внешние возмущения, образующие вектор-функцию возмущений Р, которые стремятся нарушить желаемое протекание процесса.

Внешними возмущениями являются:

- влажность биокомпоста V/ вх (Ч),

- плотность биокомпоста р вх(Х).

В качестве выходной переменной У может рассматриваться любой из параметров, характеризующих качественный показатель протекания процесса гранулирования в устройстве или их совокупность. Одним из таких параметров гранулированной массы является влажность У/вых. (1), а другой плотность получаемых гранул (брикетов) рвих (1).

В качестве управляющих параметров выступают: частота вращения нагнетательного шнека Пшн, шаг шнека в зоне сжатия I, частота вращения обжимных вальцов п. , зазор между вальцами Ь, мм.

Таким образом, процесс, протекающий в узле гранулирования, можно представить в виде информационной модели (рис. 2).

Рисунок 2 - Информационная модель процесса работы узла гранулирования.

Внешние возмущения Б такие как, частота вращения нагнетательного шнека и обжимных вальцов задается оборотами привода гранулирующего устройства в зависимости от его производительности, шаг шнека в зоне сжатия и зазор между вальцами, подтверждаются теоретическими расчетами и устанавливаются конструктивно.

Реализация представленной информационной модели процесса работы гранулирующего устройства позволит найти соотношение между возмущениями, качественными показателями и управляющими параметрами процесса гранулирования.

Технологический процесс, выполняемый узлом гранулирования, можно представить в виде развёрнутой информационной модели, представленной на рисунке 3.

/7-| Щ Л]

Рисунок 3 - Модель функционирования технологического процесса узла гранулирования.

Поскольку модель процесса функционирования гранулирующего устройства биокомпостов представляет собой многомерную систему, то для индетификации ее разбиваем на двумерные частные модели. Частные модели представлены в виде схемы, на которые на входе действует два возмущающих воздействия, а на выходе - один случайный процесс.

На рисунке 4 изображена модель, показывающая преобразование входящих возмущений в выходящий параметр, влажности \Увых(1). На данную элементарную модель действуют возмущающие воздействия: это частота вращения нагнетательного шнека пшн, шаг шнека в зоне сжатия I.

W6x.lt}

pbx.lt}

Ав

/

п

Wbbix.lt}

Рисунок 4 - Частная модель процесса формирования, влажности в гранулируемой массе.

Оператор Ав описывает формирование параметра влажности ХУвыхЦ) в зависимости от частоты вращения нагнетательного шнека Пшн и шага шнека в зоне сжатия I.

Оператор А„ является двумерной моделью, поэтому она может быть разбита на две элементарные модели АПш"в , А'„, представляющие собой систему:

1к:г о=л"- к. 1

(1)

Оператор А„ модели процесса формирования влажности Wвыx(t) в гранулируемой массе \Vbux .ф запишем в виде матрицы - столбца:

Л =

АЧг А'

(2)

преобразование входных \Увх(1:) воздействий в выход \\^ых(1) запишем в виде выражения:

"Мвых ^) =Ав[Пш„ Д]. (3)

На рисунке 5 изображена модель, показывающая преобразование входящих возмущений в выходящий параметр, плотности получаемых гранул (брикетов) р,ых (0- На данную элементарную модель действует возмущающее воздействие, это частота вращения обжимных вальцов п», зазор между вальцами Ь.

Рисунок 5 -Частная модель процесса формирования плотности получаемых

гранул (брикетов). Оператор Ас описывает формирование параметра плотности получаемых гранул (брикетов) рдых (I) в зависимости от частоты вращения обжимных вальцов пв. и зазора между вальцами Ь.

Оператор Ас является двумерной моделью, поэтому она может быть разбита на

две элементарные модели А""с, Аьс представляющие собой систему:

= (4)

\р1Л0 = 4['] 1

Оператор Ас модели процесса формирования плотности получаемых гранул (брикетов) Рвых (0 запишется в виде матрицы — столбца:

а:-

А"

(5)

и описывает преобразование входных воздействий Рвх (0 в выход Рвых (О запишем в виде выражения:

рвых (1) =Ас [пв., Ь]. (6)

Аналитические зависимости процесса гранулирования определим, рассмотрев процесс прессования в шнековом и вальцовом прессе.

Условия продвижения биокомпоста вперед по цилиндру, будет зависеть от трения материала о поверхность цилиндра и поверхность шнека. Если сила трения материала о поверхность цилиндра будет больше, чем о поверхность шнека то исходный материал будет вращаться вместе со шнеком на одном и том же месте. Сила, заставляющая продвигаться материал вперед, вдоль спирального канала шнека, зависит от коэффициентов трения материала о цилиндр и шнек, от угла подъема винтовой линии и глубины нарезки шнека.

В зоне загрузки угол подъема винтовой линии рассчитаем по формуле:

ср3 =аг(7) ж-и

где 1з. - шаг навивки в зоне загрузки.

Далее материал поступает в зону сжатия и постепенно сжимается за счет уменьшения шага навивки шнека. Данная зона характеризуется возрастанием плотности до некой предельно-возможной р к и ростом давления до значения,

соответствующего давлению прессования Рп.

Тогда угол подъема винтовой поверхности в зоне сжатия будет равен:

<РСЖ (В)

п ■ В

где 1:сж. — шаг навивки в зоне сжатия.

Для практического применения выражения (8) экспериментальным путем определим шаг шнека в зоне сжатия.

Основной показатель, характеризующий данный процесс - это давление прессования. Для определения давления прессования составим общее уравнение равновесие для сил, действующих на элементарный слой сжатого материала толщиной <3х находящегося на расстоянии х от начала усеченного конуса (рис. 6).

Рисунок 6 - Схема сил, действующих в канале усеченного конуса.

~ (Рх + )-Б—/-дх-Пх-сИх= 0, (9)

где Рх - осевое давление, действующее на элементарный слой биокомпоста; с1Рх - приращение осевого давления; Б - площадь поперечного сечения канала; Пх - периметр сечения канала; / - коэффициент трения биокомпоста о стенки канала; цх - боковое давление; 1х - длинна усеченного конуса; <Лх — ширина элементарного слоя, контактирующего с каналом.

Разделим переменные и получим дифференциальное уравнение для определения осевого давления:

¿р =_Г-Пх.дх.*та-<Их ^ Б

где а - угол наклона образующей конической части канала к горизонтали.

Угол наклона образующей конической части сформируем с учетом угла внутреннего трения материала.

Интегрируя левую часть в пределах от Р до Рх, а правую- от 0 до х и решая уравнение относительно Рх, получим закономерность изменения осевого давления по длине канала:

р= I

5 _1ос_. (И)

£ ) $ Данное уравнение позволяет найти осевое давление в любой точке усеченного конуса.

При выходе из канала усеченного конуса материал имеет большую плотность, чем насыпная, а нагнетательный шнек будет обеспечивать стабильное давление подпора. Аналитическую зависимость плотности получаемых гранул (брикетов) р 0) определим с помощью выражения:

Рвых. — Р под. +

180 ■ рв ■ ufi

где R - радиус вальца, мм;«0- угол подачи материала (обычно 70°-80°); ов -окружная скорость вращения вальцов, об/мин.; vn - скорость движения Пуансона, об/мин; р6 - плотность биокомпоста, кг!мъ.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований технологического процесса узла гранулирования» описана программа исследований, составленная в соответствии с поставленными задачами, представлено описание лабораторно-производственной установки, представлены методики экспериментов и производственных испытаний опытного образца узла гранулирования, описаны применяемые приборы и оборудование.

Основные конструктивные параметры узла гранулирования, а именно, шаг шнека в зоне сжатия, частота вращения обжимных вальцов, зазор между вальцами были обоснованы в результате обработки данных, полученных при проведении двухфакторного эксперимента. При этом, шаг шнека в зоне сжатия варьировался в пределах 50...70 мм., зазор между вальцами - 10...20 мм.

Эксперимент был проведен на лабораторно-производственной установке (рис. 7) в лаборатории кафедры «Технические системы в АПК». Для эксперимента использовался биокомпост, полученный методом аэробной ферментации.

Для обоснования технологических параметров узла гранулирования, а именно: частоты вращения нагнетательного шнека и частоты вращения обжимных вальцов проведен двухфакторный эксперимент по изучению энергетических параметров на производственном образце (рис. 8). Изменение энергетических показателей проводили косвенным методом при помощи частотного преобразователя фирмы Delta VFD-C и щитового ваттметра марки СТ 3021, при следующих уровнях варьирования факторов:

частота вращения нагнетательного шнека варьировалась в пределах 60...90 об/мин., частота вращения обжимных вальцов - 10...30 об/мин.

Производственные испытания узла гранулирования проводили с целью определения его технико-эксплуатационных характеристик. Результаты исследований обрабатывались на ЭВМ методом вариационной статистики и регрессионного анализа. Оценку адекватности экспериментальных зависимостей проводили по критерию Фишера.

Рисунок

Рисунок 7 - Схема лабораторно-производственного образца узла гранулирования:

I - рама;

2- корпус;

3- загрузочный бункер;

4 - нагнетательный шнек; 5,9- мотор - редуктор; 6, 10 —ременная муфта; 7- усеченный конус; 8 — вальцы;

II - регулировочный винт; 12- -проточки.

12 - проточки

13 - сборная емкость

8 — Общий вид лабораторно - производственной экспериментальной установки.

В четвёртом разделе «Результаты экспериментальных исследований технологического процесса узла гранулирования» приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

По данным лабораторных исследований построены поверхности отклика, показывающие влияние частоты вращения и шага шнека в зоне сжатия на влажность и частоты вращения и зазора вальцов на плотность получаемых гранул (брикетов) (рис.9, рис.10.). В соответствии с методикой были получены уравнения регрессии в раскодированном виде:

\Увых =295,15-2,37-5,95•/ +0.016 2 + 0,05-/2, (7) рвых =-605,92 + 64,27-пш+149,53-А-1,54-и,2 -5,27-/г2, (8)

где Пшн.- частота вращения нагнетательного шнека, об/мин.; I - шаг шнека в зоне сжатия, мм.; пв. - частота вращения вальцов, об/мин.; Ь - зазор между вальцами, мм.

В результате исследования влияния технологических факторов на энергетические показатели узла гранулирования были получены уравнения регрессии в виде полиномов второй степени, из которых были исключены менее значимые члены, описывающие зависимости мощностей на привод нагнетательного шнека и вальцов, а также удельной энергии на выжим одного килограмма влаги.

Nш = -3,68 + 0,063 • пшн + 0,063 • Г - 0,00031 • пшн2 - 0,0005 • , (9)

= 0,053 + 0,0065 -Ь + 0,000408 -л,2, (10)

У = 4189,42- 45,65 • пши - 84,185 • I + 0,245 • пшн 2 + 0,546 ■ /2 + 0,29 ■ пши -<.(11)

Значение удельной энергии на выжим одного килограмма влаги, определено с учетом оптимальных значений управляющих параметров Пшн.=72 об/мин., 1=57 мм (рис.11).

Экспериментальные исследования производственной установки для гранулирования биокомпостов проводились в летний период 2012 г. в ОАО «БХЗ » Буйского района Костромской области.

Экспериментальные исследования на производственной установке предполагают синхронную регистрацию входных и выходных параметров процесса гранулирования согласно разработанным частным моделям функционирования. При проведении экспериментов получены следующие показатели: производительность 57 кг/ч, удельный расход энергии на выжим 1 кг. влаги 378 кДж., энергопотребление на единицу массы полученного продукта -0,023кВт ч/кг.

16 69 72 75 78 81 84 87 90 частота вращения шнека, об/мчн.

Рисунок 9 - Зависимость влажности получаемых гранул, от частоты вращения и шага шнека в зоне сжатия.

В 11001150

□ 10501100

■ 10001050

□ 9501000

□ 900-950

о 555-605

■ 505-555

□ 455-505

□ 405-455

■ 355-405 0 305-355

60 63 66 69 72 75 79 81 84 87 90 Частота вращения шнека,об/мин.

Рисунок 11- Зависимость затрат удельной энергии на выжим одного килограмма влаги от частоты вращения и шага шнека в зоне сжатия.

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Частота вращения вальцов, об/мин.

Рисунок 10- Зависимость плотности получаемых гранул от частоты вращения и зазора вальцов.

Плотность, КГ/мЗ

Зазор между вальцами, мм.

Удельные затраты энергии, кД*

Шаг шнека в

Полевые эксперименты проводили в ОАО Минское Костромского района Костромской области совместно с кафедрой «Ботаника, физиология растений и кормопроизводство» для яровой пшеницы сорт «Дарья». Общая площадь опыта составила 2,5га, повторность была 3-х кратной. Обработка семян проводилась непосредственно перед посевом (расход рабочего раствора акватрофа 5 л на гектарную норму семян), обработка растений проводилась в фазу кущения при помощи опрыскивателя (расход рабочего раствора из расчета 150л/га). Норма внесения биокомпоста составляла 8 т/га, а биотрофа 4т/га, элементы структуры урожайности представлены в таблице 1.

Таблица 1

Элементы структуры урожая яровой пшеницы сорт Дарья

Вариант -а с; о Ё" н о о а 2 о ы •во & м •е- о е- о

« я ю < ш

1 2 3 4 5

Количество растений, шт/м2 261,33 290,33 256,67 276,67

Кустистость общая, шт 490,67 552,00 514,67 551,67

Кустистость продуктивная, шт 425,33 455,00 485,33 505,67

Масса 1000 зерен, г 42,70 42,97 41,37 42,13

Высота растений, см 65,87 63,53 65,67 64,00

Масса растений, г 2,53 2,40 2,42 2,46

Масса соломы, г 1,06 0,91 0,94 0,92

Масса колоса, г 1,47 1,49 1,48 1,54

Количество зерен в колосе, шт. 28,13 30,13 28,9 27,83

Масса зерен в колосе, г 1,19 1,17 1,19 1,17

Масса побочной продукции, г 0,28 0,32 0,29 0,37

Биологическая урожайность, ц/га 47,22 52,07 55,74 57,58

В пятом разделе «Экономические показатели результатов исследования» выполнена оценка технико - экономической эффективности

работы узла гранулирования в технологической линии производства биопродукции». Экономическое обоснование производилось по следующим показателям: капитальные вложения, эксплуатационные издержки, приведенные затраты, годовая экономия затрат при хранении и транспортировке органических биопродуктов, срок окупаемости проектируемой установки.

В результате расчетов получены следующие показатели: затраты на амортизацию - 15558 руб.; затраты на ремонт и ТО - 7807 руб.; затраты на электроэнергию - 20291 руб.; число обслуживающего персонала - 2 человека; фонд заработной платы - 177269 руб.; цеховая себестоимость (без исходного сырья) - 1712 руб.; себестоимость единицы продукции с учётом исходных компонентов - 2000-3000 руб/т.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате произведённого анализа существующих методов и технических средств по гранулированию удобрений выявлены основные недостатки узлов гранулирования. В связи с этим была разработана конструктивно-технологическая схема (патент РФ №2415828) и изготовлен узел гранулирования. Обоснованы рациональные конструктивно-технологические параметры разработанного узла гранулирования: частота вращения нагнетательного шнека Пшн.=72 об/мин., шаг шнека в зоне сжатия г =57мм., частота вращения обжимных вальцов Пв =21 об/мин, зазор между вальцами Ь =14мм.

2. По результатам экспериментальных исследований получены зависимости влажности полученных брикетов (7) от шага шнека в зоне сжатия и частоты вращения нагнетательного шнека, плотности полученных брикетов (8) от зазора между вальцами и частоты вращения вальцов. Изучено влияние технологических факторов на энергетические показатели электроприводов. Получены уравнения регрессии для определения мощности на привод нагнетательного шнека (9) и вальцов (10).

3. По данным производственных испытаний лабораторно -производственного образца узла гранулирования: производительность по выжатой влаге 11,5 кг/ч, удельные затраты энергии на выжим 1 кг. влаги

378 кДж., производительность по биотрофу 57 кг/ч.; энергопотребление на единицу массы полученного продукта - 0,023кВт ч/кг.

4. Установлено, что использование узла гранулирования в технологической линии по производству биокомпостов позволяет: сократить затраты на хранение на 37% и затраты на транспортировку на 53%; увеличить ассортимент выпускаемой продукции. Экономические расчеты показывают, что при внедрении в технологическую линию по производству биокомпостов одного узла гранулирования годовой экономический эффект составит 81010 руб. и срок окупаемости -1,13 го да.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТАХ В изданиях перечня ВАК:

1. Смирнов, А.Н. Переработка органических отходов в биопродукты [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Известия Международной академии аграрного образования.- 2012.-№13.-С. 16-18.

2. Смирнов, А.Н. Результаты лабораторных исследований узла гранулирования в линии по производству биопродуктов [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, И.С. Зырин, А.Н.Смирнов // Известия Международной академии аграрного образования..- 2013.-№19.-С.68-72.

3. Смирнов, А.Н. Оценка эффективности применения узла гранулирования в линии по производству биопродуктов. [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, Т.М. Василькова, А.Н.Смирнов// Известия Международной академии аграрного образования..- 2013.-№19.-С.65-67.

Патенты:

4. Пат. 2415828 Российская Федерация, МПК 7 С 05 Р 3/00, Линия переработки органических отходов в биопродукты [Текст]/В.С. Виноградова, Ю.Ф. Малаков, А.Н. Смирнов; заявитель и патентообладатель ООО НПП Природный ресурс № 2009101818/09;заявл. 22.01.09 г.

В других изданиях:

5. Смирнов, А.Н. Обзор технических решений переработки органических отходов птицеводства и животноводства в экологические чистые удобрения [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 59-й международной научно-практической конференции в 4т. Т. 4- Кострома: КГСХА. 2008.-С163-165.

6. Смирнов, А.Н. Схематическое решение гранулирования биокомпостов в технологии переработки органических отходов птицеводства и животноводства [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 60-й международной научно-практической конференции в Зт. Т. 3- Кострома: КГСХА. 2009.-С.71.

7. Смирнов, А.Н. Модель функционирования гранулирующего устройства биокомпостов [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов // Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 61-й международной научно-практической конференции в Зт. Т.2- Кострома: КГСХА. 2010.-С.142-144.

8. Смирнов, А.Н. Гранулятор биокомпостов [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов// «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования» сборник научных трудов Санкт-Петербурского Аграрного университета,- 2011.-С.346-348.

9. Смирнов, А.Н. Методика и результаты экспериментальных исследований производственного образца узла гранулирования [Текст]/ Ю.Ф. Малаков, А.Н.Смирнов// Актуальные проблемы науки в АПК. Материалы 65-й международной научно-практической конференции в Зт. Т. 2- Караваево: КГСХА. 2014.-С.152-154.

СМИРНОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОКОМПОСТОВ ПУТЕМ ИХ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 20.03.2015 г. Форат60х84\16 Бумага для множительных аппаратов. Уч.печ.л.-1 Заказ №18. Тираж 100 экз.

Отпечатано:

Салон оперативной печати "GUT" ИП Ульрих С.А. г. Кострома, ул. Щемиловка д.15 т.8(4942) 37-16-41 e-mail:gut-po!y@koshet.ru