WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский ...»

-- [ Страница 12 ] --

Сравнение кривых набухания двух проб семян овса показыва ет, что до 10% воды в семени покрытом шелухой может содержаться между зерном и шелухой в виде тонкого слоя толщиной порядка мкм (Рис. 1). Обратимость набухания семян говорит о том, что уча стие внешней воды в пробуждении семени ограничено в основном реакцией гидратации. При набухании, конечно, возрастает подвиж ность в веществе семени внутренней воды и ферментов и начинают идти биохимические реакции, отвечающие за его прорастание, но при этом масса семени не меняется заметным образом.

Рис. 1. Кривые набухания и сушки (пунктирные линии) семян овса:

a) – набухание семян (1);

зерен (2);

шелухи (3) и разница масс: Мсемян – (Мзерен + Мшелухи) (4). b) – набухание трех образцов семян по 10 г (08.02.2008) и двух образцов по 10 г (с 13 по 15.02.2008). Стрелкой пока Исследования показали экспоненциальную зависимость кине тики набухания и сушки семян от температуры и сложную зависи мость от астрономического времени. В принципе, в процессе фило генеза в растениях должен был развиться механизм реагирования на сезонные изменения электромагнитной и гравитационной ситуации на земле. В основе данного механизма, по-видимому, лежит зависи мость от температуры и других физических факторов физико химических свойств воды, как свободной, так и связанной с биоло гическими молекулами.

Рис. 2. Кинетические кривые набухания (а) и сушки (b) семян овса и их полулогарифмические анаморфозы при различных температурах Скорость набухания семян лимитируется диффузией воды в веществе семени. Самодиффузия воды зависит от ее вязкости, слож ная зависимость которой от температуры определяется концентра цией надмолекулярных образований в воде (динамичных кластеров) [3, 4]. Вязкость воды, например, имеет критическую точку в районе 22оС, при переходе через которую энергия активации самодиффузии воды меняется с 15 на 19 кДж/моль [3]. В согласии с этим зависи мость константы скорости набухания от температуры также имеет излом в районе 20оС и скорость набухания при ~10оС оказывается близка к скорости набухания при 23оС (см. таблицу 1).

Кинетика реакций образования и трансформации водных кла стеров и комплексов особенно в веществе семени может быть чувст Рис. 3. Зависимости ln k 1/T для семян овса (1) и травы Сплошные линии – набуха ние, пунктирные – сушка вительна не только к температуре, но и к другим физическим факто рам. Причем повышенной чувствительностью к действию этих фак торов может обладать вода в слое между зерном и шелухой. Его толщина, а значит и количество воды в нем, будет определяться уп ругими свойствами материала шелухи и капиллярными силами. Не смотря на то, что в пробы отбирались близкие по размеру семена, соотношения между массой шелухи и зерна в них могли различать ся, приводя к невоспроизводимости результатов в пределах ~10%.

Поэтому при исследованиях зависимости процесса набухания от ас трономического времени принимали во внимание либо синхронные изменения кинетики для разных образцов, либо их инверсию в опре деленные моменты времени. Установили, что кинетика набухания снизилась на ~10% в момент захода солнца на второй день после солнечного затмения (07.02.08) и менялась в этих же пределах в ночное время (Рис. 1,b).

Полученные величины энергий активации процессов набуха ния и сушки семян попадают в диапазон энергий диполь-дипольных и ион-дипольных взаимодействий [5], за счет которых и образуются гидраты и другие комплексы в водно-биологических системах.

1. Холманский А.С., Сорокина Е.Ю., Порев И.А., Курганов А.А. // Элек тронный журнал «Исследовано в России» http: //zhurnal. ape. relarn.ru /articles/ 2004/123pdf.

2. Полевой В.В. Физиология растений. – М., 1989.

3. Холманский А.С. // Доклады РАСХН. 2006. № 2.

4. Холманский А.С., Стребков Д.С. // Доклады РАСХН. 2007. № 7.

5. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. М.: Медицина, 1983. С. 68.

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ЭТАНОЛА В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТА

Д-р техн. наук А.П. Левцев, А.А. Бессчетнов (Мордовский госуниверситет, г. Саранск) Спирт является возобновляемым жидким источником топ лива, добавление которого к бензину не требует изменения конст рукции двигателя.

Он может применяться вместо бензина либо в смеси с ним.

Добавление одной части этанола в бензин ведет к экономии трех частей нефти. В то время как цена нефтяного топлива растет, себе стоимость биоэтанола постоянно снижается благодаря внедрению более экономичных сортов растений и инноваций, направленных на удешевление производства спирта. Одно из самых основных дос тоинств этанола в том, что при переходе на это топливо можно ис пользовать существующую инфраструктуру (нефтебазы, автоза правки и т. д.). Ученые считают, что после того как мировые запасы нефти иссякнут, в качестве топлива будет использоваться именно спирт.

Мировым лидером по внедрению биоэтанола является Бра зилия, в которой спирт получают из очень дешевого сахарного тро стника. В результате стоимость этилового спирта не превышает 19 центов за литр (в США – 33 цента, в Европе – 55 центов).

В прошлом году предприятия Бразилии произвели 16,6 млрд. литров этанола – это составило пятую часть топливного рынка страны. Ка ждая вторая машина в Бразилии оснащена гибридным двигателем, который может работать как на бензине, так и на спирте.

По объемам производства биоэтанола с Бразилией конкурируют Со единенные Штаты. В 2005 году в США произвели 16,4 млрд. литров биотоплива, а в этом году будет выпущено 20,6 млрд. литров.

В Северной Америке его производят не из сахара, а из крахмала, в основном – кукурузного. Удешевление производства достигается за счет применения генетически модифицированных сортов кукуру зы и интенсивной технологии выращивания (с использованием пес тицидов). Около половины американских заправочных станций предлагают в ассортименте топливо Е-85 (85% этанола и 15% бен зина). Использовать эту смесь могут шесть миллионов автомобилей, прошедших соответствующую модернизацию.

Самым доступным для нашего региона сырьем для производ ства топливного этанола, может стать солома. С каждой тонны намоло ченного зерна получается примерно восемьсот килограммов соломы, а из тонны соломы получается примерно 350 литров спирта. Солома – воспроизводимый ресурс. Химический состав и питательность зависят от вида растений, климата, способов уборки, обмолота, хранения и дру гих факторов. В соломе 35 – 45% клетчатки и других сложных трудно переваримых углеводов, 2 – 6% протеина (в бобовой 4 – 9%), 1,2 – 2% жира, 4 – 7% золы. В яровой соломе больше протеина, меньше клетчат ки, поэтому питательность её выше, чем озимой.

В данной работе предлагается не традиционная технологи ческая схема переработки соломы (рис. 1). На первой стадии произ водства на завод поставляются тюки с соломой, далее солома прохо дит процесс предобработки, представляющий собой дробление и измельчение исходного сырья. На третьей стадии подготовленное сырьё обрабатывают паром и подвергают воздействию микроорга низмов, под их действием происходит разложение целлюлозных во локон содержащихся в соломе на моносахариды (глюкоза и ксило за). Далее происходит процесс разделения полученной массы, на этой стадии сахара, содержащиеся в массе, после разложения посту пают на спиртовое брожение. Оставшаяся масса, проходя по лен точному конвейеру, высушивается и сжигается в котле утилизаторе для выработки тепловой энергии (пара). Полученный пар поступает на обработку сырья и другие технологические и хозяйственные ну жды завода. После завершения процесса брожения смесь поступает на ректификацию, на которую приходится две третих затрат тепла. В связи с этим предлагается данный процесс производить за счет ути лизации тепла в электроагрегате. Последний будет обеспечивать дешевой электроэнергией как данный процесс, так и отдавать её в общую энергосистему. Принципиальная схема разработанного уст ройства для ректификации представлена на рис. 2.

Такая схема, содержит двигатель внутреннего сгорания с синхронным генератором (бензоагрегат) 1, соединенный через вы хлопной трубопровод 2 с регулирующим органом 3, который через перепускной трубопровод 4 соединен с устройством подогрева в ви де куба 5.

Куб 5 гидравлически соединен с ректификационной ко лонной 6, которая через второй регулирующий орган 7 соединен с дефлегматором 8 конденсатором этанола 9.

В свою очередь конденсатор этанола соединен с накопи тельной емкостью 10, которая далее соединяется через подогреваю щую трубку 11 со смесительным устройством 12, которое далее со единяется с бензоагрегатом 1.

Полученный этанол может использоваться в качестве добав ки в топливо бензоагрегата (в смеси бензина и бензола), из конден сатора этанола он поступает в накопительную емкость 10, через по догревающую трубку 11 попадает в смесительное устройство 12 да лее смесь (бензин, этанол, бензол) попадает в систему топливопода чи бензоагрегата 1. На переходных режимах при изменении нагру зок от больших до малых, регулирующий орган 3 устанавливают так, что часть отработавших газов направляют в куб 5 и после в ат мосферу. А другая часть отработавших газов по перепускному тру бопроводу 4 непосредственно в атмосферу.

Схема реализована на кафедре теплоэнергетических систем Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева. В качестве бензоагрегата выбран карбюраторный двухцилиндровый дви гатель УД-2М1 с синхронным генератором ЕС-52-4У2.IМ2001. В уста новке используется ректификационная колпачковая колонна периоди ческого действия с начальной производительностью 9 л/ч спирта ректификата (наружный диаметр 89 мм, высота 1,5 м, количество таре лок – 15 шт.). Стабилизация температуры в исходном кубе осуществля ется регулятором типа Р25.2.2 с коррекцией по температуре кипения этилового спирта на верхней тарелке. Предлагаемое устройство уста новки защищено патентом на полезную модель [1].

Расчеты показывают, что для завода производительностью одна тонна этанола в сутки потребуется бензоагрегат, работающий на смеси Е85 (85% этанола и 15 % бензина) мощность 100 кВт. Та кой бензоагрегат обеспечит полностью миниспиртзавод электриче ской энергией и почти две трети ее может отдать сторонним потре бителям.

Пат. РФ №56972, МПК7 F 02 G 5/02. Устройство для утизации отработавших газов /А.А. Бессчетнов, А.П. Левцев;

заявитель и патентообладатель Мордов ский госуниверситет им. Н. П. Огарева. – №2006113528/22;

заявл. 20.04.06 //

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАБИЛЬНЫХ

ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ

Канд. экон. наук В.Г. Самосюк, д-р техн. наук В.В. Кузьмич, В.Г. Маркевич (РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации Наличие свободной воды в мазуте – технологическая и эколо гическая проблема. Присутствующая в нем грубодисперсная вода в процессе хранения топлива агломерируется в водяные линзы и осажда ется на дно емкостей хранилищ. Попадая в трубопроводы, а затем и в топливораспределительные форсунки, водяные линзы гасят пламя. В результате седиментации в донной части хранилищ образуется слой замазученной воды, которую недопустимо сбрасывать в окружающую среду без тщательной, а значит, и дорогостоящей очистки.

В результате проведенного анализа потребляемый в респуб лике мазут имеет достаточно высокое содержание воды от 6 до 10%, что связано как с очисткой водой резервуаров хранения мазута, так и с подогревом его при помощи парообработки в ряде котельных. В связи с этим нередки случаи, когда при переводе снабжения котло агрегатов на топливо из новой емкости вследствие большого коли чества влаги, выпавшей в осадок, имеет место срыв процесса горе ния в котлоагрегатах. Производство высокодисперсных топливных смесей позволяет исключить возможность таких срывов процесса горения, при этом снижаются вредные выбросы в атмосферу [1].

Присутствие тонкодисперсной воды в составе водно мазутной эмульсии способствует повышению скорости и эффектив ности сжигания топлива. Если грубые водно-мазутные смеси с раз личным содержанием воды подвергнуть высокоинтенсивной гидро механической обработке в кавитационном поле, они преобразуются в водно-мазутные эмульсии по типу “вода-масло”. Приготовление и сжигание водно-мазутных эмульсий снимает все проблемы, связан ные с наличием воды в мазуте. Содержание воды в таких эмульсиях может достигать 30 – 40%, однако наилучшие показатели горения получены при ее количестве в 15 – 20%. Это в итоге позволяет эко номить от 13 до 17% топлива [2]. Кроме того, тонкодисперсная вод ная фаза оказывает положительное влияние на процесс горения топ лива как на микроуровне (в пределах одной капли), так и на макро уровне (пространстве топки).

На микроуровне при размерах дисперсной фазы воды в пре делах 6 –25мкм в результате ее бурного вскипания происходит мик ровзрыв капли в топочном пространстве, что многократно увеличи вает поверхность контакта топлива с воздухом и интенсифицирует процесс горения. Микровзрывы водно-мазутной эмульсии наиболее часто проявляются при размерах водяных капель в 6 –10мкм. Вски пание мелких включений воды (1 – 20 мкм) и постепенный рост па рового пузыря на месте крупных включений (от 20 мкм и выше) приводит к увеличению объема капли мазута, вследствие чего уси ливаются потоки легких фракций к ее поверхности и их испа рение [3].

На макроуровне при горении водно-мазутной эмульсии во дяные пары выполняют роль физических возбудителей конвектив ной гомогенизации топливно-воздушной смеси, приводящей к сгла живанию неравномерности концентрации газов и температурных полей в топочном пространстве. Суммарный эффект интенсифика ции горения выражается в снижении критического коэффициента избытка воздуха на 5 – 10% [4].

Основные узлы и агрегаты, входящие в состав опытного об разца оборудования: насос НМШ8, насос моноблочный горизон тальный МХН202Е, счетчик мазута, счетчик воды, предсмеситель, кавитационный модуль, диспергатор-гомогенизатор.

Процесс приготовления коллоидной смеси состоит в сле дующем. В предсмесителе происходит предварительное грубое смешение мазута и воды. Грубая смесь мазута и воды из предсмеси теля подается насосом во входную часть кавитационного модуля. В кавитационном модуле жидкость продавливается под избыточным давлением порядка 6 атм. через полость. В поперечном сечении по лость образует конфузор-диффузор (минимальный размер попереч ного сечения кавитационного модуля составляет 10-14 мм, что при избыточном давлении 6-8 атм. обеспечивает производительность установки порядка 5м3/час). Работа кавитационного модуля основа на на явлении кавитации подробно описанном выше. В горловине этого контура жидкость ускоряется, давление в ней понижается и возникает кавитация. В результате кавитации и последовательных механических воздействий, которые характеризуются большим гра диентом скорости, происходит диспергирование и гомогенизация исходной среды. Окончательная обработка смеси происходит в дис пергаторе-гомогенизаторе.

Подобная конструкция установки позволяет получить высо кокачественную стабильную топливную смесь с заданной степенью дисперсности.

Разработана система автоматического управления производ ством стабильных топливных коллоидных смесей, произведен ее монтаж и испытания на испытательном полигоне с опытным произ водством РУП «Научно-практический центр Национальной акаде мии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства» (рис. 1).

Рис. 1. Опытный образец оборудования для производства стабильных Оборудование представляет собой связанный в единую технологическую цепь комплекс машин и аппаратов, последова тельно выполняющих операции переработки сырья в конечный про дукт – стабильные водосодержащие топливные смеси (рис. 2).

Принцип работы оборудования состоит в следующем. Ма зут, насосом М1 закачивается в предсмеситель ПС. Одновременно с этим в предсмеситель насосом для подачи воды М2 через расходо мер воды СВ подается вода. Из предсмесителя грубая смесь прока чивается через кавитационный модуль КМ, где производится интен сивная кавитационная обработка смеси. Из кавитационного модуля смесь поступает в диспергатор-гомогенизатор М3 и через расходо мер готовой продукции СП подается в емкость для готовой эмульсии.

Рис. 2. Принципиальная схема опытного образца оборудования для производства стабильных топливных коллоидных смесей Физико-химические характеристики мазута и полученной топливной п/п 3 Плотность при В настоящее время оборудование работает на котельной одно го из коммунальных хозяйств РБ. Ведутся работы по созданию но вых топливных смесей с использованием сивушных и отработанных масел, нефтесодержащих сточных вод, отходов торфа, нефтешла мов.

Разработанные технология и оборудование для производства стабильных топливных смесей при испытаниях показали, что при добавлении в мазут до 20,8% воды в результате обработки мазута теплота сгорания уменьшается на 11%, массовая доля серы на 60%, стабильность полученной смеси более 1 года.

1. Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности ис пользования газа и мазута в энергетических установках. М., 1991.

2. Корягин В.А. Сжигание водо-топливных эмульсий и снижение вредных выбросов. СПб., 1995.

3. Иванов В.М. Топливные эмульсии. М., 1962.

4. Воликов А.Н. Сжигание жидкого и газообразного топлива в котлах малой мощности. Л., 1989.

РАСЧЕТ КАВИТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭГЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ГОМОГЕНИЗИРУЮЩИХ

УСТРОЙСТВАХ

Д-р техн. наук В.В. Кузьмич (РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, г. Минск), канд. техн. наук В.В. Гиль (ГНУ «Институт тепло-массообмена им. А.В. Лыкова» НАН Беларуси, г. Минск) 1. Основные определения процесса диспергирования Механизм процесса гомогенизации заключается в дисперги ровании частиц более плотной фазы в среде менее плотной фазы.

Для измельчения капель более плотной фазы необходимы значи тельные градиенты скорости в диспергирующей жидкости. Более определенный количественный вывод можно получить из оценки разности скоростей на противоположных сторонах жидкой капли диспергируемой фазы, необходимой для ее разрушения [1]. Разность динамических напоров, действующих на две стороны капли в поле градиента скорости диспергирующей фазы должна быть больше или равна капиллярному давлению в капле, т.е.

где – плотность диспергирующей жидкости, – поверхно стное натяжение на границе раздела дисперсионной и дисперсной сред, d – диаметр рассматриваемой капли.

Оценим разность скоростей, необходимую для дробления ка пли диспергируемой жидкости с диаметром d=3·10-6 м, который яв ляется характерным для дисперсионной среды подвергаемой даль нейшей гомогенизации При этом ясно, что необходимый для дробления градиент скорости будет В рабочей области гомогенизатора при скорости жидкости ~ 250 м/с и ширине щели h~100·10–6 м такие градиенты достигаются Минимальный размер капли, который может быть достигнут Оценка градиента скорости дает порядок величины, при ко торой в потоке жидкости реализуются условия дробления. В лами нарном потоке такие условия могут быть достигнуты только в об ласти течения близкой к стенке. Эта область у границы вязкого слоя весьма мала, поэтому ламинарный режим течения мало эффективен для целей гомогенизации [2].

Основные особенности процесса гомогенизации заключают ся в следующем. Во-первых, диспергирование капель более плотной фазы в дисперсионной среде менее плотной фазы возможно лишь в том случае, если капли находятся в легко деформируемом состоя нии. Во-вторых, капли должны быть посредством деформации при ведены в термодинамически неустойчивое состояние, в котором возможен процесс самопроизвольного дробления под действием по верхностных сил, стремящихся уменьшить поверхность раздела фаз.

В третьих, значительная деформация капель возможна лишь при достаточно высоких локальных градиентах скорости, либо при на личии в среде кавитационных ударов.

Одним из важных факторов, определяющих качество гомоге низации в турбулентном потоке, является гидродинамическая кави тация. Суть этого явления заключается в том, что при резком ло кальном снижении давления в потоке могут появиться разрывы сплошности жидкости (газодинамические зародыши). С восстанов лением давления происходит схлопывание и растворение зародышей в жидкости. Процесс схлопывания пузырьков сопровождается появ лением кумулятивных микро струй и формирующимися в них удар ными волнами (кавитационными ударами). Все это ведет к кавита ционному разрушению капель дисперсной жидкости изнутри, вслед ствие образования и схлопывания зародышей непосредственно внутри капли (так называемый взрыв капли). При небольших объ емных концентрациях дисперсии кавитационные удары в основном дестабилизируют поверхность раздела извне, являясь фактором, со путствующим турбулентности. Эффективность гомогенизации при кавитационном течении зависит от числа кавитационных ударов, которое для определенного устройства гомогенизатора является по стоянным и зависит от количества дисперсных включений, прохо дящих через зону воздействия этих ударов. В турбулентном потоке кавитация может возникать из-за пульсаций давления в жидкости при реализации отрицательной фазы давления [3]. Пульсации давле ния можно подсчитать, зная распределение пульсационной энергии по масштабам длины. Чтобы учесть кавитационный фактор в явной форме необходимо рассчитать корреляционную функцию пульсаций давления и используя ее, определить критерий дробления капель в турбулентном потоке.

Рис. 1. Физико-механическая модель кавитационного I – суперкаверна;

II – кавитационные пузырьки;

III – кумулятивные струйки;

2. Критерий дробления капель в турбулентном потоке Дробление капель в турбулентном потоке происходит в том случае, когда интенсивность турбулентных пульсаций скорости диспергирующей жидкости превосходит некоторую критическую величину, разную для разных размеров рассматриваемой дисперс ной капли. Другими словами, для турбулентного поля заданной ин тенсивности в диспергирующей жидкости существует определенный размер жидких капель диспергируемой жидкости, такой, что капли с радиусом больше критического могут быть раздроблены [4]. Запи шем формулу для критического радиуса капли.

Будем предполагать, что плотность жидкой диспергирующей среды и капли близки друг к другу. Разность динамических напоров, действующих на противоположные стороны капли с радиусом r=a равна где v1 и v2 – скорости среды в точках, удаленных на расстояние 2a друг от друга.

Ясно, что крупномасштабные пульсации, сравнительно мало изменяющиеся на расстояниях порядка размеров капли, не оказыва ют на него воздействия, поэтому деформация и дробление капли производится сравнительно мелкомасштабными пульсациями.

В соответствии с формулой для колмогоровского масштаба скорости на участке = 2a для Q получим где u – диссипация энергии поля скорости, отнесенная к единице массы Используя формулу для Q через коэффициент поверхностного натяжения Из формулы (11) для критического радиуса капли получаем Из формулы (12) следует, что радиус образующихся капель умень шается с ростом разности скоростей и зависит также от масштаба длины l.

Величина – плотность жидкости, в которую погружена рас сматриваемая дисперсная капля. Для воды = 103 кг/м3.

Величина kf – коэффициент сопротивления движущейся кап ли в жидкости, k f = 0,5.

Величина – коэффициент поверхностного натяжения. Для границы жидкость–жидкость = 7, 35102 Н/м.

Величину u можно связать с локальной разностью скоростей в турбулентном потоке и со структурной продольно–продольной функцией Воспользовавшись связью структурной функции DLL(r) с функцией P(r) описывающей распределение турбулентных пульсаций по мас штабам длины, получим Выражение для u через P(r) имеет вид Величина l – это макромасштаб турбулентного пульсационного по ля. Его можно связать с функцией P(r) формулой выражение для критического радиуса принимает вид Можно упростить указанное трансцендентное уравнение при помощи известной приближенной связи между кинетической энер гией турбулентности k и скоростью ее диссипации u для свобод ных течений вдали от стенок Формула для критического размера капли принимает вид Решая эти уравнение можно вычислить aкр как функцию про дольной координаты в тракте гомогенизатора. Условие дробления выглядит как Таким образом, критерий дробления капель является обоб щением формулы для неравновесной ситуации, когда турбулентное поле может быть неразвитым, например, в случае турбулентности в зоне внезапного расширения.

1. Лисиенко В.Г. и др. Усовершенствование методов сжигания при родного газа в сталеплавильных печах. М.,1977.

1. Корягин В.А. Сжигание водо-топливных эмульсий и снижение вредных выбросов. СПб., 1995.

2. Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности ис пользования газа и мазута в энергетических установках. М., 1991.

3. Воликов А.Н. Сжигание жидкого и газообразного топлива в котлах малой мощности. Л., 1989.

ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСТРАКЦИИ

ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ВЕРХОВОГО ТОРФА

ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ

Р.Н. Гартвик, А.В. Гартвик (СПбГУ, г. Санкт-Петербург) В последнее время во многих областях человеческого зна ния, и в том числе в растениеводстве, повышенное внимание уделя ется применению биостимулирующих препаратов, изготовленных на гуминовой основе. Между тем, производство гуминовых препаратов зачастую ведется лишь эмпирически выверенными способами, без комплексного анализа влияния параметров экстракции гуминовых веществ (ГВ) из сырья на свойства этих ГВ. Вопросы энергосбере жения при этом либо вовсе не рассматриваются, либо им придается второстепенное значение.

В работах [1,2] мы продемонстрировали применимость ком плексного систематического подхода к изучению вопросов экстрак ции ГВ из верхового торфа.

Воздействие на торф велось щелочью NaOH различных кон центраций n (0.1, 0.2, 0.5, 1.0 (н)). В широких диапазонах варьирова лись такие параметры экстракции, как температура Т (21, 27, 37, 49, 60, 70, 80, 90 (С)) и длительность воздействия t на торф (1, 2, 5, 11, 24 (ч)). В общей сложности экстракция велась 120-ю различными режимами, каждым режимом – в 4-хкратной повторности. В полу ченных щелочных вытяжках определялось содержание ГВ Собщ и индекс оптической плотности вытяжки Еобщмг/мл, а также содержание гуминовых кислот СГК и индекс их оптической плотности ЕГКмг/мл.

Полученные значения усреднялись по повторностям.

Одним из основных результатов работы [2] является демон страция монотонности зависимости параметров Собщ, Еобщмг/мл, СГК, ЕГКмг/мл от продолжительности экстракции t для любых фиксирован ных n и Т в исследованных диапазонах.

В работе [3] воздействуя тем же реагентом (NaOH) на то же сырье, мы изучали влияние параметров экстракции на физиологиче скую активность (ФА) получаемых препаратов. Для сокращения объема работы мы, во-первых, ограничились использованием лишь децинормального раствора NaOH, во-вторых, избрали в качестве способа обработки только замачивание семян (овса) в испытуемых растворах, и, в-третьих, наблюдали лишь развитие корня на самом раннем его этапе (3-4 сутки). Температура Т и длительность t экс тракции в экспериментах принимали значения: 20, 49, 60, 70, 90 (С) и 2, 5, 11, 24 (ч). Предполагая изменение свойств щелочных вытяжек со временем tпреп, прошедшим с момента экстракции, мы исследова ли только свежеполученные вытяжки (tпреп 4 сут.). В них определя лось содержание ГВ Собщ и затем наводились их растворы разной концентрации nпреп, измеряемой в % Собщ. Величины nпреп принимали значения: 0.00003, 0.0001, 0,0003, 0.001, 0.003, 0.01, 0.03, 0.1, 0. (% Собщ).

Эксперименты показали, что в избранном диапазоне nпреп следует выделять два пика ФА: при 0.001 и при 0.03 (% Собщ), при чем мощность (высота и ширина) первого из них увеличивается с ростом Т, а параметры второго от Т не зависят. Поскольку первый пик при высоких температурах является доминирующим, то влияние на ФА такого параметра, как время замачивания tзамач семян в испы туемых растворах, мы исследовали при фиксированном nпреп = 0. (% Собщ). Среди значений tзамач, имевших место в специально постав ленных экспериментах (4, 8, 12, 16, 24 (ч)) наиболее оптимальным оказалось tзамач = 12 (ч). На Рис.1 приведены результаты исследова ния вытяжек, экстракция которых велась при разных значениях Т (90, 70, 49 (С)) и t (2, 5, 11, 24 (ч)), а применение их растворов осу ществлялось при полученных оптимальных nпреп и tзамач [3]. Как ви дим, длина корней lкорн, действительно, с ростом температуры уве lкорн, % контр.

Рис. 1. Зависимость длины кор- том, что ФА испытуемых рас ней от продолжительности экс- творов прямо не связана ни с од тракции при разных значениях ним из вышеуказанных парамет Т (n = 0.1 н, tпреп 4 сут., nпреп = ров вытяжек. И что также ФА не 0.001 (% Собщ), tзамач = 12 ч). связана с соотношением СГК/СФК, как с линейной комбинацией Собщ и СГК: СГК/СФК = СГК/(Собщ–СГК).

Постановка задачи.

Полученные температурная и временная зависимости длины корней позволили нам в настоящей работе произвести сравнитель ную оценку выгодности режимов экстракции для случаев, когда по лезным параметром считается положительная разница lкорн–100 (% контр.).

Очевидно, что при условии выдерживания оптимальных зна чений прочих четырех параметров (n, tпреп, nпреп, tзамач) получения ис пытуемых растворов, наиболее выгодным является такой режим, при котором произведение (T–Ткомн)t оказывается минимальным, а полезный результат (lкорн–100) – максимальным. Наиболее простым решением в подобной ситуации является последовательный перебор отношений (lкорн|T,t – 100)/(T–Ткомн)/t и выбор из их числа наибольше го. Но мы несколько усложнили себе задачу.

Более детальный анализ результатов работы [2] позволил нам обнаружить корреляцию между ФА испытуемых растворов и крутизной Сn концентрационной зависимости параметра Собщ при фиксированных t и Т. Поскольку оценка ФА препаратов сопряжена с естественными затратами, то нам представилось целесообразным найти максимум отношения (lкорн|T,t – 100)/(T–Ткомн)/t не по непосред ственно полученным величинам lкорн, а по результатам согласования их со значениями Сn, с тем, чтобы контроль за качеством вытяжек был осуществим уже на стадии их получения, а не только по резуль татам оценки ФА растворов препаратов.

С учетом вышеизложенного, целью настоящей работы яви лась, во-первых, демонстрация корреляции между lкорн и Сn, а во вторых, по итогам согласования – выявление наиболее экономично го способа получения положительной разности lкорн–100 (% контр.).

Демонстрация связи lкорн и Сn.

Поскольку значения длины корней получались относитель ным методом исследования, то количественное сопоставление lкорн и Сn смысла не имело. Для качественного же сопоставления достаточ но было рассчитывать Сn по двум крайним точкам в исследованном диапазоне n: 0.1 и 1.0 (н). Для любых фиксированных t и Т, таким образом, Сn Собщ|1.0 – Собщ|0.1. Полученные значения Сn представле ны на рис. 2.

Cn, % торфа Рис. 2. Зависимость крутизны Cn от длительности экстракции t.

Cn.доп, % торфа временах t и температурах Т экстракции. Линейными отрез ками соединены точки, отве (lкорн - 100), % контр.

Рис. 4. Зависимость отклоне ния lкорн от контрольного вари анта от дополнительной кру- в соответствие точку полученной тизны концентрационной за- прямой линии. Мы сделали это, вы висимости Собщ. Каждая точка брав середину отклонения каждой объединяет значения (lкорн-100) точки от прямой по горизонтали и се и Сn.доп, полученные при одних редину отклонения по вертикали.

и тех же t и Т. Прямая проведе- Средние значения и являются иско на по методу наименьших мыми координатами точек прямой, квадратов с учетом веса точек. иными словами – согласованными Рис. 5. Сравнительная оценка выгодности проведения экс тракции в зависимости от ее соответствующих Т (49, 70, 90(С)).

параметров t и Т, при условии, Как следует из рисунка, наиболее что полезным результатом счи- выгодным является получение вы тается положительная разница тяжки, действительно, при высокой lкорн-100 (% контр.). Отрезками температуре (Т = 90С – максималь соединены точки, полученные ная в исследуемом диапазоне), но не Таким образом, в настоящей работе была показана корреля ция между одним из показателей ФА препаратов (lкорн) и определяе мой химическим путем их характеристикой (Сn.доп). (Расчет Сn.доп оказался возможен исключительно благодаря систематичности под хода к изучению процессов экстракции ГВ из сырья.) Кроме того, в предположении, что полезным результатом является положительная разница lкорн-100 (% контр.), с учетом корреляции lкорн и Сn.доп были выявлены закономерности, которым подчиняется эффективность экстракции при изменении таких ее параметров, как длительность t и температура Т.

1. Гартвик Р.Н., Гартвик А.В. Оценка применимости систематическо го подхода к изучению экстракции гуминовых веществ из сырья // Достижения и перспективы применения гуминовых веществ в сельском хозяйстве. Труды международной научно-практической конференции. Днепропетровск, ДГАУ, 19-23 февраля 2008.

2. Гартвик Р.Н., Гартвик А.В. Некоторые характеристики щелочных вытяжек из верхового торфа, полученных при различных парамет рах экстракции, в связи с физиологической активностью // Агро химия и экология: история и современность. Труды международ ной научно-практической конференции. Нижний Новгород, НГСХА, 15-18 апреля 2008.

3. Гартвик Р.Н., Гартвик А.В. Физиологическая активность гумусо подобных веществ из верхового торфа, полученных при различных параметрах экстракции. // Агрохимия и экология: история и совре менность. Труды международной научно-практической конферен ции. Нижний Новгород, НГСХА, 15-18 апреля 2008.

СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ

БИОГАЗОВО-БИОГУМУСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Д-р техн. наук А.М. Эфендиев (СГАУ им. Н.И. Вавилова, г. Саратов) Создание возобновляемых источников энергии и получение эко логически чистых биоорганических удобрений с использованием био технологий при одновременной очистке воздуха, воды и почвы сельских населенных пунктов, животноводческих и птицеводческих ферм, свино комплексов от канцерогенных веществ их отходов является актуальной экономической, экологической и социальной проблемой для регионов РФ. Среди множества биотехнологий наиболее приемлемой для сельско хозяйственного производства является анаэробное сбраживание отходов животноводства и птицеводства на биогаз и удобрение.

За 2003-2007 гг. поток информации по биогазово-биогумусной технологии (Б.Б.Т.) в РФ увеличился на порядок, проводились ряд науч но-практических, в том числе и международных конференций. Однако достоверной, научно-подтвержденной информации о параметрах техно логических процессов и конструктивных разработках в этом потоке не более 2-3%.

Анализ информации о развитии ББТ и технологического обору дования в Европейских странах, в том числе ХI международной выставки «Agritechnica 2005» в Ганновере показывают, что достигнутый уровень индустриализации переработки сельскохозяйственных отходов в Европе такова, что создание биореакторов рабочим объемом менее 200-250 м3, работающих на биосырье только одного вида и продолжительности экс плуатации менее 8000 часов в году с энергетической точки зрения эко номически не выгодно.

В Евространах более тридцати фирм разрабатывают и выпускают высокоэффективное оборудование для ББТ: для предварительной подго товки биосырья к брожению;

различные типы и конструкции реакторов;

загрузочно-разгрузочные средства;

автоматизированные средства обог рева и перемешивания биомассы в реакторе;

системы контроля парамет ров технологического процесса;

сбора, контроля качественного состава и объемного выхода биогаза;

программное обеспечение технологическими процессами от сбора отходов до внесения биоудобрений в почву и т.д.

На основе всего этого лежат государственные законы и норматив ные документы о возобновляемых источниках энергии, субсидии, льготы и вознаграждения, стимулирующие фермеров и фирм-производителей тех нологического оборудования к созданию биогазово-биогумусных устано вок (ББУ) и трансформации биогаза в электроэнергию.

К 2007 году доля РФ в мировом балансе потребления энергии из возобновляемых источников составлял около 0,1%. Причем сведения о промышленном потреблении биоэнергии и биоудобрений получаемых при переработке отходов сельского хозяйства нет вообще. Для РФ, с огромны ми малонаселенными территориями, занятыми сельхозпроизводством, био энергетика конкурентоспособна с привозным топливом и электроэнергети кой. Для экономически развитых, густонаселенных регионов с крупными животноводческими или птицеводческими комплексами использование возобновляемых источников энергии на базе биотехнологий может оказать ся решающим фактором обеспечения экологической чистоты.

В РФ ведущими организациями по разработке и коммерциализа ции блочных биогумусно-биоэнергетических установок являются ЗАО Центр «ЭкоРос» с партнерами в регионах;

«ВИЭСХ»;

ЗАО «ВНИИКОМЖ»;

ООО «СИПРИС» совместно с Омским агроуниверсите том и т.д. Суммарная численность выпущенных установок объемами ре актора 1-5 м3 пока не превышает 0,1% потребного. К началу 2007 года объявленные разными фирмами стоимости биоэнергетических установок объемами реакторов 1…6 м3 (в модульном исполнении) составлял 760 тыс. руб, с дополнительным оборудованием, но без средств сбора, очистки и хранения биогаза от 1,5 млн. рублей, что естественно недос тупно для крестьянского подворья и мелких фермерских хозяйств, мало мощны для средних и крупных сельхозпредприятий. Энергетическая со ставляющая ББТ (стоимость биогаза) составляет лишь 7-12%, 88-93% приходится на долю биоудобрения. Поэтому малые биогазово биогумусные установки (БГУ) более предпочтительны для производства биоудобрений чем для энергообеспечения. Кроме того без достаточно дорогостоящей системы сбора, очистки и хранения биогаза они не могут обеспечить потребности в энергообеспечении одной сельской семьи, равной 12-16 м3/сут биогаза летом и 25-32 м3/сут зимой. Эти объемы био газа может обеспечить реактор полным объемом 15 м3 (модуль), рабо тающий летом на однокомпонентном, зимой – многокомпонентном биосырье.

Нами технологический процесс переработки биоотходов на био гумус и биогаз отрабатывался на двух лабораторных и трех опытно промышленных установках с объемами реакторов Vp=2х30 л.;

250 л;

2х1,5 м3;

1,25 м3 и 3,5 м3.Процессы контроля температурного режима, перемешивания биомассы и откачки биогаза на установках автоматизи ровались. Опытно-промышленные образцы имели трехступенчатую сис тему очистки биогаза. Установка с Vр=1,25 м3 обеспечивал газом тепло электрогенератор (ТЭГ) специальной конструкции, электростанцию мощностью 3 кВт и бытовую газовую плитку.

В качестве сырья использовались куриный помет из птицефабри ки с клеточным содержанием птиц, навоз КРС из фермы с подстилочным содержанием животных и свиные стоки. Их влажности составляли соот ветственно: до предварительной подготовки 65%,80%,98%;

при загрузке – 80%,91%,90%.Температуры брожения были выбраны для птичьего по мета 35-42 0С;

навоза КРС и свиных стоков – 52-57 0С. Перемешивание биомассы в первых четырех установках осуществлялись пропеллерной мешалкой с электроприводом, в последнем – гидравлически. Кислот ность среды составлял для птичьего помета pH=7,1-7,7;

навоза КРС – pH=7,38-8,25;

свиных стоков – pH=5,75-6,7. Птичий помет разбавлялся артезианской водой (жесткой), навоз КРС – водопроводной, свиные сто ки обезвоживались на 9%. Выход биогаза составлял: из отходов КРС 1, 1,8 м3/ м3;

птичьго помета – 2,7-3,1 м3/ м3;

свиных стоков – 1,2-1,7 м3/ м3.

Состав неочищенного биогаза при удалении начальной фракции состоял из 60-67% СН4, 33-40% СО2, СО;

Н2S, NOx и др. При трехступенчатой очистке (барботирование по ГОСТ 5824-79, осушение и циолитовая очи стка) содержание CH4 увеличивался до 89-91%. Низшая теплота сгорания газа составляла 24-28 МДж/м3.

Результаты исследований закреплены патентами на технологию и универсальную конструкцию полезной модели промышленной БГУ.

В биогазово-биогумусных установках вырабатывались также био удобрения. Их качественные составы определялись лицензионными лабо раториями, на основе которых автором разработаны технические условия ТУ9896-001-00493497-2006 «Удобрение органическое, гумуссодержащее «Бальзам роста»». Здесь отметим лишь некоторые результаты использова ния биоудобрений при участии автора. Биоудобрения могут использовать ся круглый год, для любых почв и видов растений, во всех климатических зонах. Повышение урожайности зерновых составляет 15-35%, кукурузы и суданки на силос, овощей, бахчевых и фруктов 2-4 раза. Повышается ус тойчивость растений к засухе и заморозкам. При использовании биоудоб рения разбавленного 1:10 и 1:5 для высаживаемых рассад и пересаживае мых деревьев их приживаемость составляет почти 100%.

В дальнейшем для сокращения объема экспериментальных работ по отработке сравниваемых (сопоставимых) параметров ББУ для любых видов сырья и составов воды, температурных режимов и природно климатических зон, нами была создана полностью автоматизированная четырехреакторная лабораторная установка, позволяющая одновременно изменить температуру брожения в разных реакторах, вести параллельные исследования при различных дисперсностях твердой фазы и плотности субстрата, обеспечить идентичные (или разные) pH среды в реакторах, измерять скорость объемного выхода биогаза с точностью 0,01%, устано вить целесообразные продолжительности цикла брожения для разных видов исходного сырья и составов воды.

Научные основы для продвижения готовой технологии в произ водство выполнены. Однако из-за технических, технологических, органи зационно-финансовых, юридических и маркетинговых трудностей и рис ков разработчиков, потенциальных потребителей и инвесторов создание промышленного образца и мощностного ряда биоэнергетических устано вок остаются пока невостребованными. Наиболее ощутимые трудности следующие:

отсутствие действующей государственной законодательной базы по созданию возобновляемой энергетики для сельского хозяйства и фи нансовой поддержки исполнителей;

отсутствие разработанной и апробированной промышленной технологии и средств ее обеспечения, мощностного ряда установок или типовых проектов;

отсутствие ведущей или координирующей организации по раз работке технической документации элементов технологической цепи или типовых проектов;

- отсутствие материально-технической базы сельского хо зяйства для производства ББУ;

- высокая стоимость экспериментально разрабатываемых и штучно изготавливаемых установок;

- отсутствие нормативных документов по сбору, очистке, хранению и реализации биогаза;

- отсутствие отечественных маломощных электростанций или других средств трансформации биогаза в электричество или жидкое топливо;

- отсутствие регламента, технологии и средств внесения биоудобрения в почву;

- сезонность использования основной доли жидких удоб рений и потребность больших капиталовложений на их разделение, суш ку, расфасовку и хранение;

- невозможность использования на предприятиях РФ ев ропейского биогазово-биогумусного оборудования без дополнения сред ствами очистки и рассортировки биосырья и адаптации к природно климатическим условиям.

На наш взгляд первым шагом в этом направлении должно быть создание координирующего центра или ведущего НИИ для объединения усилий разработчиков всех регионов для решения проблемы создания и реализации мощностного ряда биоэнергетических установок.

КОНЦЕПЦИЯ БЛОЧНО-МОДУЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ

БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Канд. техн. наук Ковалев Д.А., студ. Ковалев А.А.

Бурное развитие животноводства в России в последние годы, связанное с высокими прибылями и быстрой окупаемостью капита ловложений, обусловило возникновение острой проблемы утилиза ции отходов производства.

Наиболее широкое распространение получили свиноводче ские и птицеводческие хозяйства, с поголовьем для свинокомплек сов от 6 до 108 тысяч голов в год, для птицефабрик – от 250 до тысяч голов в год.

Применяемые технологии уборки навоза и помета характе ризуются большим расходом воды и получением в виде отходов жидкого навоза и помета влажностью от 92 до 95% и навозных сто ков влажностью от 96 до 98%.

Вместе с этим навоз и помет являются ценным органическим удобрением, применение которого позволит значительно сократить внесение минеральных удобрений.

Внесение на поля необработанного свиного навоза приведет к закислению почвы, увеличению расходов на борьбу с сорняками, заражению растений и животных болезнетворными микроорганиз мами и яйцами гельминтов.

Однако без предварительной обработки такие отходы оказы вают значительное негативное влияние на окружающую среду. Так, например, птичий помет с влажностью 94% относится к отходам его класса опасности, что сопоставимо с отходами, получаемыми при химической детоксикации боевых отравляющих веществ.

Одним из наиболее рациональных методов утилизации по мета и навозных стоков является их предварительная анаэробная обработка, позволяющая получать жидкие органические удобрения (таблица 1) и, в качестве побочного продукта, биогаз. Состав биога за приведен в таблице 2.

Свойства навоза после анаэробной обработки в метантенке В сброженном навозе практически полностью сохраняются азот, фосфор и калий. При этом значительная часть (10-15%) азота пере ходит в аммонийную форму, которая быстро усваивается растения Улучшение соотношения углерода к азоту С/N за счет конверсии части углерода в биогаз до требуемого уровня Полная потеря всхожести семян сорных трав за период обработки более 5 суток Практически полное обеззараживание навоза при термофильном режиме сбраживания В сброженном навозе полностью уничтожаются гельминты Уменьшился порог запаха фенольных соединений, находящихся в навозе, в среднем на 95% Объемная доля, % Плотность:

Однако существующие конструкции биогазовых реакторов для обработки помета и навозных стоков имеют ряд существенных недостатков:

1 – значительный объем реактора, вследствие чего необходимо про ведение большого объема НИР и ОКР, а также значительных затрат на изготовление и монтаж оборудования.

2 – длительный период запуска, связанный с необходимостью нако пления требуемого количества биомассы.

3 – высокая чувствительность системы к внешним воздействиям, поскольку обработка происходит в одном объеме.

4 – низкая производительность, связанная с неэффективным тепло и массообменном.

5 – низкая ремонтопригодность, т.е. при ремонте требуется останов ка всей системы.

Решить указанные недостатки позволит предлагаемая новая архитектура построения биогазовых установок, основанная на блоч но-модульном принципе.

Суть этого принципа заключается в делении требуемого объ ема реакторного пространства на наиболее эффективные объемы с точки зрения развития микробного сообщества с оптимальными ус ловиями его жизнедеятельности, которые обеспечиваются множест вом реакторов, важнейшим из которых является эффективный тепло - массообмен.

Выбор оптимального объема реактора – модуля осуществля ется исходя из геометрических параметров, обеспечивающих эффек тивный тепло – массообмен и способность максимального удержа ния биомассы в реакторе.

В результате проведенных исследований и расчетов в лабо ратории биоэнергетических установок ГНУ ВИЭСХ нами предло жен наиболее оптимальный объем реактора – модуля равный 77 м3, из которых 57 м3 – объем камеры сбраживания и 20 м3 – объем газо вого пространства. [1]. Реактор вертикального исполнения, высота 11 м, диаметр 3 м. Соотношение d/H = 1/3,5 – по литературным и экспериментальным данным обеспечивает максимальное удержание взвешенно-седиментирующей биомассы в восходящем потоке [2].

Изготовление таких реакторов может быть налажено на мно гих машиностроительных заводах без проведения дополнительных НИР и ОКР, в виду того, что их геометрия совпадает со стандарт ным емкостным оборудованием. Это также обеспечивает удобство их транспортировки и относительную простоту монтажа в хозяйст венных условиях.

Система из нескольких реакторов – модулей обладает значи тельной устойчивостью к внешним воздействиям и высокой ремон топригодностью, поскольку при аварии или ремонте одного реакто ра остальные продолжают нормально функционировать.

Также такая система позволяет осуществлять быстрый и плавный запуск реакторов и вывод всей установки на заданную про изводительность, т.к. обработанный навоз в первом реакторе являет ся инокулянтом для запуска других реакторов – модулей.

Система из шести реакторов-модулей представляет собой блок для обработки жидкого навоза от 400 усл.гол. Работа такого блока происходит в непрерывном режиме в следующей последова тельности:

- навоз из навозоприемников фермы автожижевозом с объемом 4 м подается последовательно в каждый реактор-модуль (доза загрузки реактора определяется выбранным сырьем и режимом обработки);

- сброженный навоз самотеком поступает в хранилище при каждой операции загрузки, при этом он проходит через рекуперативный те плообменник, установленный в корпусе газгольдера, что позволяет сократить затраты на поддержание оптимальной температуры жид кости в газгольдере;

- биогаз образующийся в процессе анаэробной обработки навоза со бирается в мокром газгольдере, из которого поступает в когенераци онную установку, а часть его используется для перемешивания на воза в реакторах;

- горячая вода, образующаяся в когенерационной установке, исполь зуется для обогрева реакторов-модулей.

- для очистки биогаза от углекислого газа применяется мембранная разделительная установка, которая позволяет получать биометан 95% чистоты;

- перемешивание биогазом с применением мембранной раздели тельной установкой позволяет интенсифицировать процесс тепло и массообмена и оперативно регулировать важнейший показатель оп тимальной работы биореактора – водородный показатель (рН) реак торной среды.

Рис. 1. Принципиальная схема биогазовой установки блочно-модульного типа:

1 – реактор-модуль;

2 – газгольдер;

3 – устройство загрузки;

4 – хранилище сброженного навоза;

5– компрессор биогаза;

6 – мембранная разделительная установка;

7 – когенерационная установка Значение рН в реакторе определяет, какая доля СО2 будет удалятся из потока, при прохождении через рециркуляционную ли нию биогаза.

На основании предварительного анализа литературных и экспериментальных данных можно сделать следующие выводы.

Применение блочно-модульной конструкции биогазовых ус тановок позволит:

1.Интенсифицировать тепло и массообмен в реакторах модулях, что в свою очередь приведет к повышению производи тельности в 1,2 раза по сравнению с традиционными метантенками.

2. Оперативно управлять важнейшими показателями опти мальных условий жизнедеятельности микробного сообщества в ре акторном пространстве, что приведет к повышению устойчивости системы к внешним воздействиям.

3.Сократить капитальные затраты на строительство и обес печить высокое качество изготовления и монтажа оборудования.

1. Ковалев А.А. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животновод ческих ферм. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1998.

2. Калюжный С.В., Данилович Д.А., Ножевникова А.Н. Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. М.: ВИНИТИ, 1991. Том 29.

БИОГАЗОВЫЕ ПРОЕКТЫ В АРМЕНИИ

В.В. Апиян, канд. техн. наук В.В. Афян, А.Р. Лалаян Возобновляемая энергетика становится все более конкурен тоспособной по мере истощения и удорожания топливных ископае мых ресурсов. Широко используется малая гидроэнергетика, а в раз витых странах также ветровая и солнечная энергия. Этому способст вует большой опыт разработок и эксплуатации солнечных систем и идентификация путей их более интенсивного внедрения {1}.

Сравнительно менее распространены биогазовые установки, которые позволяют получать не только используемый как топливо биогаз, но и экологически чистое и высокоэффективное органиче ское удобрение. Кроме того, уменьшение выбросов метана в атмо сферу и снижение загрязнения бассейнов рек способствует реше нию экологических проблем.

В Армении, начиная с 90-ых годов прошлого столетия, на средства международных организаций осуществлялись демонстра ционные проекты, имеющие целью пропаганду и распространение идеи использования биогазовых установок. Так, например, в не скольких селах были установлены установки в виде двухсотлитро вой бочки-реактора и автомобильной камеры-газгольдера, в том числе на территории одной из школ, учащимся которой демонстри ровали горение биогаза на газовой плите. Был снят видеоролик, ко торый периодически показывали по местному телевидению. Затем для дюжины сел были изготовлены установки на основе метантенка об'емом 4м3. Было изготовлено также несколько более крупных ус тановок. Однако неверный выбор хозяйств (летний выпас живот ных, недостаточное обслуживание) и непрофессиональные конст руктивные решения (в частности, по газгольдеру) фактически сдела ли неработоспособными эти установки.

Компания СоларЭн свою первую биогазовую установку по строила и сдала в эксплуатацию в июне 2003 году на территории животноводческой фермы. Установка для анаэробного сбраживания состоит из навозоприемника емкостью 3,5м3, теплоизолированных бака-выдерживателя емкостью 5м3 с электро-механическим миксе ром, реактора емкостью 25м3 с гидравлическим перемешиванием и внутренним теплообменником, а также газгольдера емкостью 15 м3, в который нагнетается биогаз под давлением до двух атмосфер по средством компрессора, создающего при этом разрежение около 5кПа в газовой полости реактора. Работа установки управлялась блоком автоматики. Биогаз использовался в контуре котел теплообменник для обогрева реактора, а также для нужд молочного цеха фермы. Установка в летний период вырабатывала до 20м3.биогаза в сутки из одной тонны жидкого навоза крупного рога того скота (КРС) при мезофильном режиме. Эта величина близка к средней величине выхода биогаза равной 25м3 для аналогичных ус ловий {2}. По условиям контракта нами в течение одного года обес печивалась бесперебойная работа установки.

Вторая установка с реактором емкостью 52м3 была изготов лена и запущена в декабре 2004г на другой ферме, где был исполь зован рельеф местности для обеспечения самотека сжиженного на воза КРС из коровника в приемный бак и далее в реактор. Компрес сором осуществлялся отбор биогаза и его накачка в газгольдер. Кон троль и управление работой осуществлялся микропроцессорным блоком автоматики.

На фото показана третья установка с реактором и газгольде ром емкостью 25м3 каждый, сданная в эксплуатацию в декабре 2006г на одной из ферм КРС. Здесь использованы электро механические миксеры в реакторе и баке-выдерживателе и дополни тельно к газовому котлу установлены солнечные коллекторы собст венного производства. Котел и солнечные коллекторы работают по переменно либо одновременно, нагревая циркулирующую через те плообменник реактора незамерзающую жидкость. Тепло от продук тов сгорания газового котла используется для подогрева исходной биомассы в баке-выдерживателе емкостью 4м3. Загрузка реактора осуществляется посредством фекального насоса, а количество за гружаемой порции задается продолжительностью включения этого насоса (около 600л при автоматической работе насоса продолжи тельностью в одну минуту). При достижении избыточного давления 5-6кПа в газовой полости реактора образовавшийся биогаз откачи вается компрессором и подается в газгольдер. Из газгольдера через газовый редуктор и счетчик газ подается потребителям. Отработан ная биомасса сливается в бак емкостью 3м3 и посредством насоса подается в транспортируемую цистерну.

Основные технологические параметры, такие как температу ра в реакторе, баке-выдерживателе и контурах нагрева, время вклю чения и выключения перемешивающих устройств, количество за гружаемой биомассы, давление в реакторе и отбор биогаза контро лируются микропроцессорным блоком автоматики, позволяющим задавать различные режимы работы.

Рис. 1. Биогазовая установка с солнечными коллекторами Несмотря на высокую степень автоматизации эти биогазо вые установки требуют существенных усилий по обслуживанию, включая транспортировку и хранение полученного жидкого удобре ния. Применение новых технологий может значительно увеличить выход биогаза и сделать более привлекательными и рентабельными биогазовые установки такого типа {3}.

Перспективными являются крупные биогазовые проекты, где наряду с получением удобрения используются когенерационные установки с продажей электроэнергии по повышенному тарифу и инвестиционные возможности механизма чистого развития.

Механизм чистого развития (МЧР), как результат Киотского Протокола в рамках Рамочной Конвенции ООН по Изменению Кли мата, является действенным механизмом для продвижения инвести ционных проектов по снижению выбросов парниковых газов, и в частности в области возобновляемой энергетики {4}.

Основными этапами МЧР являются:

1) Подготовка проектной документации 2) Принятие и одобрение проекта страной, где будет осуществ 3) Валидация и регистрация проекта 4) Осушествление проекта и мониторинг 5) Ратификация, сертификация и выпуск сертификатов (серти фикат снижения выбросов).

Проектную документацию обычно подготавливает компа ния, имеющая соотвествующую квалификацию и регистрацию в Совете МЧР (международный орган). Каждая страна, где преду смотрено осуществление проектов МЧР, назначает так называе мый Номинированный Национальный Орган (в случае Армении это министерство по охране природы). Валидация и регистрация проекта проводятся в Совете МЧР. По данным мониторинга про изводится ратификация и сертификация проекта и выпуск серти фикатов, которые можно “продавать” странам, которые по требо ванию Киотского Протокола имеют соответсвующие квоты по снижению выбросов. Последнее обсоятельство и является ключе вым механизмом для привлечения инвестиций для реализации проектов.

В настоящее время в Совете МЧР зарегистрированны два биогазовых проекта МЧР по Армении: проект Нубарашенской (Ереван) муниципальной свалки твердых отходов и проект Луса кертской птицефабрики.

В таблице 1 привeдены некоторые данные по обоим этим проектам.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |
 




Похожие материалы:

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) Открытое акционерное ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ им. Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ Министр сельского хозяйства Президент Российской академии Российской Федерации сельскохозяйственных наук _А. В. Гордеев _Г. А. Романенко 24 сентября 2003 г. 17 сентября 2003 г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ...»

«МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно- производственной конференции Москва 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно-производственной конференции, посвященной 40-летию начала осуществления широкомасштабной программы мелиорации Москва 2006 УДК 631.6 М 54 ...»

«ПЧЕЛОВОДСТВО А.Г МЕГЕДЬ В.П. ПОЛИЩУК Допущено Государственным агропромышленным комитетом Украинской ССР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальностям Пчеловодство и Зоотехния Киев Выща школа 1990 ББК 46.91я723 М41 УДК 638.1(075.3) Рецензенты: преподаватель М. И. Совкунец (Борзнянский совхоз-техникум Черни говской области), И. Ф. Доля (заведующий пчелофермой Республиканского учеб но-производственного комбината по пчеловодству) Переведено с издания: Мегедь О. Г., ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVII Докучаевские молодежные чтения посвященной 110-летию Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева НОВЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения посвященной 130-летию со дня выхода в свет книги Русский чернозем В.В. Докучаева ЗАКОНЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: НОВЫЕ ВЫЗОВЫ 4– 6 марта 2013 года ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения посвященной 150-летию со дня рождения Р.В. Ризположенского ПОЧВА КАК ПРИРОДНАЯ БИОГЕОМЕМБРАНА 1– 3 марта 2012 года Санкт-Петербург ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В.Докучаева ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СТРЕССОВ 1– 4 марта 2011 года Санкт-Петербург ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ АССОЦИАЦИЯ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ЗНАНИЯ МОЛОДЫХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И АПК СТРАНЫ Санкт-Петербург 2012 1 УДК: 619 (063) Материалы международной научной конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых Знания ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ ХІІ МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 18-20 мая 2011 года) В ТРЕХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 3 АГРОНОМИЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ЗООТЕХНИЯ ВЕТЕРИНАРИЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ К 60-летию вуза Гродно УО ГГАУ УДК 63 (06) ББК М Материалы ХІІ Международной студенческой научной конференции. – Гродно, 2011. – ...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Институт проблем экологии и недропользования АН РТ НАСЛЕДИЕ И.В. ТЮРИНА В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ПОЧВОВЕДЕНИИ Материалы международной научной конференции Казань, 15-17 октября 2013 г. И.В.Тюрин (1892-1962) Казань 2013 УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению Ученого совета Института фундаментальной медицины и биологии ФГБОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Наследие И.В. Тюрина в ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издательство Санкт-Петербургского университета 2012 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2012 УДК 631.4 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: Б.Ф. Апарин (председатель), Е.В. Абакумов, ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издательство Санкт-Петербургского университета 2009 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2009 УДК 631.4 + 577.34 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: И.А. Горлинский (председатель), Б.Ф. ...»

«X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 25-27 сентября 2013 г. г. Благовещенск АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ WWF РОССИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЮЗА АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ АФ БСИ ДВО РАН X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ 25-27 сентября ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЫ IX МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ 31 марта 2011 Димитровград 2011 г. УДК 631 Редакционная коллегия: Главный редактор Х.Х. Губейдуллин Научный редактор Т.А. Мащенко Редакционная коллегия И.И. Шигапов А.М. Кадырова ...»

«Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки (Россия) Германо-российский кооперационный проект Развитие и внедрение современных технологий производства молока и говядины в РФ III РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Перспективы развития сельского хозяйства: кормопроизводство и кормление КРС как предпосылка высокой продуктивности в молочном и мясном скотоводстве ...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина В.А. Марков, Е.С. Иванов, Е.А. Лупанов Биоразнообразие и охрана природы Учебное пособие Рязань 2009 ББК 20.1я73 М26 Печатается по решению учебно-методического совета Государ ственного образовательного учреждения высшего профессиональ ного образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина в соответствии с ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.