CC BY
117
УДК 631.86
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСАДКА ПРИ ФИЛЬТРОВАНИИ ЖИДКОГО СВИНОГО НАВОЗА
ассистент Б.Н. Строгий
Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering
агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd
Разработаны методика и лабораторная установка для определения удельного объемного сопротивления осадка при фильтровании жидкого свиного навоза. Представлены результаты определения удельного объемного сопротивления осадка. Получена адекватная математическая модель, устанавливающая влияние толщины слоя осадка, высоты столба фильтрата и влажности исходного навоза на величину удельного объемного сопротивления осадка.
These are developed methods and a laboratory device for attribute of specific volume sediment resistance. These are given attribute results of specific volume sediment resistance. It is received an adequate mathematic model which determines an influence of sediment layer thickness, of filter column height and initial manure moisture upon a size of specific volume sediment resistance.
При реализации технологии переработки навоза целесообразно использовать многофункциональную
установку, выполняющую разделение навоза на фракции фильтрованием, обезвоживание получаемой твердой фракции, ее транспортирование и погрузку в транспортное средство. Это позволяет значительно снизить капитальные вложения, энергетические и трудовые затраты.
Целью данной работы явилась разработка методики и анализ результатов определения удельного объемного сопротивления осадка, являющегося важной составляющей уравнения фильтрования.
В задачи исследования входило определение влияния параметров процесса фильтрования (толщина слоя осадка, высота столба фильтрата, влажность исходного навоза) на величину удельного объемного сопротивления осадка.
Процесс фильтрования исходного навоза наиболее достоверно описывается уравнением Рута-Кармана /1/:
dV„„
АР
Sdr <u(Roc + Rn)
(1)
где Уж - объем выделенной жидкой фракции, м3; S - площадь фильтровальной перегородки, м2;
т - время процесса фильтрования, c; АР - разность давлений, Па; ц - динамическая вязкость фильтрата, Па c;
Яос - сопротивление слоя осадка, м-1; Rn - сопротивление фильтровальной перегородки, м-1. Сопротивление слоя осадка
Roc roc hOCi (2)
где гос - удельное объемное сопротивление слоя осадка, м-2;
hoc - толщина слоя осадка, м. Наиболее приемлемым способом определения удельного объемного сопротивления осадка является способ обработки опытных данных по уравнению фильтрования при постоянном давлении и скорости, в котором введена постоянная величина толщины слоя осадка h^ [2]. Поскольку h^= const, ДР= const, то уравнение (1) примет следующий вид:
Кж = APS . (3)
Г ^Гоhoc + R4,n )
Сопротивлением фильтровальной перегородки Яфп в виду ее незначительности можно пренебречь. Тогда уравнение (3) можно представить в виде:
AРSт
ФоУж
Удельное сопротивление осадка гос определялось на лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 1.
Фильтрат фильтрования
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения удельного объемного сопротивления осадка 1, полученный после установившемся процессе фильтрования
замеряем высоту фильтрата над слоем осадка, время фильтрования и объем прошедшего сквозь слой осадка фильтрата. Определяем значение гос по следующему выражению:
Рф Фф ^
исходного навоза на перегородке, аналогичной используемой в установке, заливается в резервуар 2, снабженный задвижкой 3. Под задвижкой располагается приемный резервуар 4, отделенный от мерного цилиндра 5 фильтровальной перегородкой 6.
На фильтровальную перегородку помещается слой ранее полученного осадка 7 толщиной Ьос. После этого задвижка 3 открывается таким образом, чтобы слой фильтрата над осадком 8 высотой Ьф оставался постоянным, что будет соответствовать процессу фильтрования при постоянном давлении и скорости, при котором скорость фильтрования иф равна подаче фильтрата 1 из резервуара 2. При
г =
ос
(5)
^оУж
Величина гос существенным образом влияет на процесс фильтрования. Для нахождения условий, при которых гос принимает наименьшие значения, и определения степени влияния различных факторов на величину гос был реализован полный факторный эксперимент 23.
Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Уровни и интервалы варьирования факторов по критерию оптимизации г,
Наименование факторов Обозна чение Уровн ( и варьирования акторами Интервал варьирован ия
(-1) (0) (+1)
Толщина слоя осадка, Иос, м Х1 0,005 0,0125 0,02 0,0075
Высота столба фильтрата, Иф, м Х2 0,04 0,06 0,08 0,02
Влажность исходного навоза, Wисx, % Хэ 91,87 94,25 96,63 2,38
Эксперименты проводились по известной методике [3, 4].
Таблица 2
Результаты исследования по определению удельного объемного сопротивления осадка
№ Уровни факто ров 010 м-2 по повторностям
Х1 Х2 Х3 1 2 3 ср.
1 +1 + 1 +1 2,79 2,71 2,73 2,7433
2 +1 + 1 -1 3,83 2,75 2,81 2,7967
3 +1 -1 +1 2,39 2,33 2,35 2,3567
4 +1 -1 -1 2,42 2,39 2,41 2,4067
5 -1 + 1 +1 2,45 2,47 2,49 2,47
6 -1 + 1 -1 2,53 2,55 2,51 2,53
7 -1 -1 +1 2,27 2,29 2,34 2,30
8 -1 -1 -1 2,35 2,36 2,31 2,34
В результате обработки экспериментальных данных (таблица 2) по стандартным методикам /3, 4, 5/ было получено адекватное уравнение регрессии:
Гос = 3,1948-9,7867hос+2,7633hф-0,0107Wисх+347,3333 Иос Иф, 1010 м-2. (6)
Используя полученную адекватную математическую модель, были построены кривые (изолинии) равного отклика, показанные на рисунках 2, 3, 4.
0,08 007
£
. 0.06
Ц05
004
-ТГ- ч \ ' \> \ Ч
ч. ..
5 8,75 12:5 16,25 20
Ьасх10~3п
Рис. 2. Изолинии удельного объемного сопротивления осадка при постоянной влажности исходного навоза 94,25% (Хз=0)
8,75 12,5 16,25 20
К 'н
Рис. 3. Изолинии удельного объемного сопротивления осадка при постоянной высоте столба фильтрата 0,06 м (Х2=0)
Рис. 4. Изолинии удельного объемного сопротивления осадка при постоянной толщине слоя осадка 0,0125 м (Х1=0)
Анализа уравнения регрессии и кривых (изолиний) равного отклика показал следующее.
При влажности исходного навоза, равной 94,25%, с увеличением толщины
3 3
слоя осадка от 5^10" до 20^10" м и высоты столба фильтрата от 0,04 до 0,08 м удельное объемное сопротивление осадка увеличивается от 2,32^1010 до 2,77^1010м"2 (рис. 2).
Это объясняется повышением гидростатического давления, приводящего к увеличению степени сжатия осадка.
С увеличением влажности исходного навоза от 91,87% до 96,63% при высоте столба фильтрата 0,06 м и толщине слоя осадка 0,0125 м (рис. 3, 4) удельное объемное сопротивление осадка уменьшается незначительно: от 2,52^1010 до 2,46^1010м"2
Это связано с тем, что в фильтрате навоза большей влажности содержится меньшее количество взвешенных частиц,
которые при фильтровании закупоривают поры осадка.
При наименьших значениях толщины слоя осадка 0,005 м и высоты столба фильтрата 0,04 м, наибольшем значении влажности исходного навоза 96,63% наблюдается наименьшее значение удельного объемного сопротивления осадка 2,34-1010м"2.
Результаты проведенного
исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Методика определения удельного объемного сопротивления осадка может быть использована при проведении исследований процессов фильтрования жидкого свиного навоза.
2. При изменении влажности исходного навоза от 91,87% до 96,63% удельное объемное сопротивление осадка уменьшается незначительно: от 2,52^1010 до 2,46^1010м"2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бацанов, И.Н. Уборка и утилизация навоза на свиноводческих комплексах [Текст] / И.Н. Бацанов, И.И. Лукьяненков. - М.: Россельхозиздат, 1977. - 160 с., ил.
2. Жужиков, В.А. Фильтрование: теория и практика разделения суспензий [Текст] / В.А. Жужиков. - М.: Химия, 1980. - 400 с.
3. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
4. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов [Текст] / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. -2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Колос, Ленингр. отд-ние, 1980. - 168 с., ил.
5. Черноволов, В.А. Процессы и аппараты: практикум [Текст] / В.А.Черноволов, Т.М. Ляшенко: - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. - 167 с.
