CC BY
11ни оболочки, при максимальном выходе товарного продукта.
Таким образом, уравнения (4) и (5) даны не в обобщенных переменных и пригодны только для конкретной конструкции аппарата, исследованного автором. Расчет гранулометрического состава по приведенным уравнениям дает удовлетворительную сходимость результатов с данными эксперимента, но он связан с необходимостью знания законов роста драже с семенами и кинетических констант, входящих в уравнения. Поэтому их определение, главным образом, зависит от свойств компонентов драже и технологических параметров процесса дражирования конкретной конструкции установки.
Литература
1. Кухарев О.Н., Гришин Г.Е., Сёмов И.Н. Теоретическое обоснование барабанного дра-
жиратора с вращающимся дном [Текст] // Нива Поволжья. - 2013. - № 26. - С. 51-55.
2. Триандафилов А.Ф., Ефимова С.Г. К обоснованию процесса предпосевной обработки семян трав и овощей однокомпонентным составом в дражираторах барабанного типа [Текст] // Достижения науки и техники АПК. -2006. - № 7. -С. 29-30.
3. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование [Текст]. - М.: Агрохимия, 1991. - 240 с.
4. Спиридонов А.Б., Дородов П.В., Копысо-ва Т.С. Обоснование расчета размеров частиц биогумуса для проведения процесса дражиро-вания семян льна-долгунца [Текст] // Технические науки - от теории к практике. - Новосибирск: НП «СибАК». - 2013. - № 26. - С. 139143.
УДК 631.3.001.4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МАЛЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Фиапшев А. Г., кандидат технических наук, доцент
Кильчукова О. Х., старший преподаватель Хамоков М. М., кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М. Кокова»
PLANNING OF BIOGAS SETTING FOR SMALL AGRICULTURAL ENTERPRISES
Fiapshev A. G., Candidate of Technical Sciences, Associated Professor
Kilchukova O. H., Senior Teacher Hamokov M. M., Candidate of Technical Sciences, Associated Professor
FSBEI HE «Kabardino-Balkarian State Agricultural University named after V. M. Kokov»
В статье приведены результаты научных исследований по разработке высокоэффективного оборудования для получения альтернативной энергии на основе возобновляемых источников, а так же исследования по совершенствованию биогазовой установки с целью повышения её эффективности.
Ключевые слова: альтернативная энергия, био-газ, метантенк, биореактор, биогазовая установка.
In the article the results of scientific research are driven on development of high-efficiency equipment for the receipt of alternative energy on the basis of proceeded in sources, and similarly research on perfection of the biogas setting with the purpose of increase of her efficiency is given.
Key words: alternative energy, biogas, methanetank, fermenter, biogas setting.
В лаборатории «Энергосберегающие технологии» кафедры энергообеспечения предприятий проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по проектированию биогазовой установки для малых
сельскохозяйственных предприятий, а так же работы по оптимизации режимов её работы [1].
Разработанная экспериментальная лабораторная биогазовая установка, технологическая
схема которой показана на (рис.1), состоит из теля пламени (искрогасителя), счетчика газа, метантенка (биореактора), газгольдера, гидро- котла и системы аккумуляции газа. Общий вид затвора, фильтра, обратных клапанов, отсека- установки представлен на рисунке 2.
1 - корпус биореактора (метантенка), 2 - съемная крышка корпуса, 3 - загрузочная горловина, 4 - выгрузная горловина, 5 - выход биогаза, 6 - теплообменник-мешалка, 7 - подшипник, 8 - сальник, 9 - неподвижная цилиндрическая труба, 10 - газовый котёл для подогрева метантенка, 11, 12 - подающий и обратный трубопровод, 13 - шкив, 14 -электродвигатель, 15 - приводной ремень, 16 - вентиль, 17 - термоизоляция, 18 - термодатчик ДТС-105-50М, 19 -резервуар для отработанной массы (биоудобрений), 20 - газопровод, 21 - гидрозатвор, 22 - измеритель регулятор микропроцессорный - ТРМ 202, 23 - фильтр, 24 - газовый счетчик, 25 - обратный клапан, 26 - газгольдер, 27 - манометр, 28 - сливной штуцер, 29 - искрогаситель, 30 - автоматический переключатель, 31 - потребитель газа, 32 -компрессорная установка, 33 - аккумулятор биогаза, 34 - резервуар для перебродившей массы
Исходная масса - птичий помет, через загрузочное устройство поступает в бродильную камеру метантенка, где происходит анаэробное сбраживание по термофильному режиму (50-55°С), влажность массы составляет 80% (20% -птичий помет, 80% - вода). Без доступа воздуха происходит брожение, т.е. разложение содержащихся в субстрате углеводов, протеинов и т.д. и их превращение в метан и двуокись углерода при помощи метанообразующих бактерий. Образование газа переходит в устойчивый режим на 10-11 сутки после загрузки массы [1].
Метантенк (биореактор) - (рис.3) представляет собой металлическую цилиндрическую герметичную ёмкость на 50 литров, установленную на металлических опорах, обеспечивающих свободный доступ к выгрузному устройству, устройству подогрева и обслуживанию всей установки.
При этом метантенк, в рабочем состоянии заполняется на 2/3 объёма т.е. на 33 литра. Подогрев биомассы обеспечивается газовым котлом через теплообменник-мешалку, температура сбраживаемой массы в заданных пределах поддерживается с помощью термодатчика
Рисунок 2 - Общий вид лабораторной биогазовой установки
ДТС-105-50М, установленного в корпус метантенка, и микропроцессорного регулятора ТРМ- 202. Корпус метантенка имеет теплоизоляцию полиуретановым пенопластом ППУ-ЭТ. Нижняя часть метантенка представляет собой скошенный цилиндр, в нижней части которого имеется разгрузочный устройство для удаления отработанной массы в виде ила и твердого осадка.
-V
Рисунок 3 - Общий вид биореактора лабораторной установки
После первой загрузки и начала выделения газа производится ежесуточная загрузка исходной массы в метантенк, которая должна составлять 20% от первоначальной загрузки, (т.е. 6,7 литра), а перебродившая масса, в таком же объёме, всплывает и поступает самотеком через загрузочное устройство в емкость для перебродившей массы.
Такой вариант конструкции метантенка освобождает от застойных зон рабочую часть, что позволяет использовать весь объем метантенка. Объём скошенной части, то есть его геометрические параметры, определяются, исходя из объёма отработанного субстрата, подлежащего удалению из метантенка в течение суток.
Выделяющийся газ, скапливаясь в верхней части метантенка, поступает через гидрозатвор, фильтр, газовый счетчик в газгольдер. Гидрозатвор представляет собой «и» - образную трубку, на треть объема заполненную водой, предназначенную для охлаждения биога-
за, снижения содержания водяных паров и предотвращения выпадения конденсата.
Фильтр предназначен для очистки газа от мелких примесей. Между счетчиком и газгольдером установлен обратный клапан, предохраняющий всю систему от обратного потока газа.
Газгольдер мокрого поплавкового типа, состоящего из трех цилиндрических ёмкостей -два из которых представляют герметичную конструкцию, заполненную жидкостью. Третий цилиндр выполняет роль поплавка, тем самым меняя полезный объем газовой камеры и создавая в нем избыточное давление.
В нижней части камеры имеются устройства для поступления газа из метантенка и отвода его к потребителю.
Между газгольдером и потребителем газа установлен отсекатель пламени (искрогаситель) представляющий собой цилиндр, заполненный металлической стружкой.
В разработанной установке предусмотрена система аккумуляции газа, состоящая из переключателя, компрессора и газового баллона. В случае отключения всех потребителей (в летнее, ночное и т.д. время) система автоматически переключается в режим аккумуляции газа, т.е. заполнение газовых баллонов для их дальнейшего использования при пиковых нагрузках.
В данной конструктивной схеме рассматривается вопрос применения солнечного коллектора для подогрева исходной биомассы и поддержания заданного температурного режима, что позволит исключить из схемы газовый водонагреватель. Нагретый солнечной энергией в коллекторе теплоноситель, при помощи циркуляционного насоса подается в нагреватели или водяную рубашку метантенка, а температурный режим поддерживается теми же термодатчиком и регулятором.
Для проведения лабораторных экспериментов был использован помет из птичника КФХ «Хьэмзэт» Терского района КБР, произведен химический анализ в лаборатории станции агрохимической службы «Кабардино-Балкарская» (ведомость результатов анализов от 09.12.2013 года). Полученные результаты показывают, что содержание общего азота (К) более 100 мг/кг (высокое), оксида фосфора (Р205) более 60,0 мг/кг (высокое), оксида калия (К20) более 600,0 мг/кг (высокое), зольность составляет 34,5% и кислотность 7,4 рН, что является слабощелочной.
В таблице 1 представлены основные показатели лабораторной установки, полученные в ходе проведённых экспериментальных исследований.
Таблица 1 - Основные показатели установки
№ п/п Наименование показателя Величина
1 Первоначальная загрузка: - субстрат 33 л
- помет 6,6 кг
- вода 26,4 л
2 Температура сбраживания 50-55°С
3 Влажность исходного сырья 90%
4 Средний выход биогаза 0,61 м3/кг
5 Ежесуточный выход биогаза при установившемся режиме 4,026 м3
6 Длительность переработки помета 286 ч (12 дней)
7 Ежесуточная загрузка: - субстрат 6,6 л
- помет 1,32 кг
- вода 5,28 л
8 Температура дозагружаемого субстрата 50-55°С
9 Ежесуточный выход биоорганического удобрения 6,6 л
Обобщение результатов научных исследований по агроэкологической оценке биоорганического удобрения показывает, что он является высокоценным и экологически безопасным органическим удобрением. Содержит в своем составе необходимые для растений макроэлементы. С каждой тонной биоорганического удобрения вносится 38-40 кг азота, фосфора и калия, значительная часть питательных веществ представлена подвижными формами, что отличает его от других органических удобрений.
На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований разработана биогазовая установка (БГУ-М), представленная на рисунке 4, объёмом метантенка (биореактора) 3,5 м3 [2].
Для предотвращения расслаивания массы (субстрата) и протекания процесса сбраживания необходимо производить перемешивание установленной в метантенке мешалкой, имеющей как механический, так и электрический привод. Теплообмен в сбраживаемой среде возможен при замене свободного движения массы на вынужденное, в соответствии с закономерностями теплообмена, а определяющей величиной режима движения является частота вращения мешалки.
Для интенсификации процесса сбраживания и оптимизации конструктивных и энергетических параметров метантенка нами предлагается совместить перемешивающее устройство (мешалка) и нагревательный элемент в один узел, т.е. перемешивающее устройство одновременно является нагревательным элементом. Такое совмещение позволяет нагревать и поддерживать заданный температурный режим
более равномерно за счет вращения теплообменника и передачи тепла биомассе (субстрату) по всему объему метантенка, в отличие от всех существующих теплообменников (водяная рубашка, трубчатые неподвижные), которые позволяют нагревать только ограниченные зоны биореактора.
Рисунок 4 - Общий вид биореактора
На рисунке 5 представлена схема биореактора, состоящего из герметичного теплоизоли-
рованного корпуса 1 с крышкой 2, патрубков подвода 3 и отвода 4 биомассы, патрубка отвода биогаза 5, теплообменника-мешалки 6.
Рисунок 5 - Схема биореактора
Теплообменник-мешалка 6 выполнен в виде вертикального трубчатого вала с четырьмя лопастями, изготовленными из труб хромомо-либденовой стали, при этом лопасти, имеющие скобообразную форму, расположены симметрично и жестко прикреплены к вертикальному трубчатому валу с возможностью вращения в горизонтальной плоскости.
Теплообменник-мешалка 6 установлен со-осно с камерой сбраживания, верхняя и нижняя части которого жестко установлены в подшипниках качения 7 с сальниковыми уплотнителями 8, прикрепленных к крышке 2 и корпусу 1 биореактора и соединен с источником теплоты посредством неподвижно закрепленных цилиндрических труб 9, одни концы которых соединены с источником теплоты 10 с помощью труб 11 и 12, а в других установлены концы вертикального трубчатого вала с сальниковыми уплотнителями 8.
Посередине верхней части вертикального трубчатого вала жестко прикреплен ведомый шкив 13, связанный с электродвигателем 14 посредством клиноременной передачи 15. Электр одвигателем 14 управляет микропр о -цессорное реле 17.
Из источника теплоты 10 нагретый теплоноситель поступает по подающей трубе 11 через цилиндрическую трубу 9 в вертикальный трубчатый вал теплообменника-мешалки 6 и
под напором распределяется по всем его лопастям, нагревая биомассу. Через нижнюю часть теплообменника-мешалки 6 нагретый теплоноситель поступает в нижнюю цилиндрическую трубу 9 и по трубе 12 возвращается к источнику теплоты 10. Происходит постоянный нагрев биомассы и циркуляция теплоносителя.
При включении электродвигателя 14 крутящий момент через клиноременную передачу 15 передается на ведомый шкив 13, который приводит во вращение вертикальный трубчатый вал теплообменника-мешалки 6 с частотой вращения 7-8 мин-1, осуществляя равномерный теплообмен и перемешивание биомассы. Перемешивание биомассы осуществляется через 2-3 часа, продолжительностью 10-15 минут, весь процесс контролируется реле 22. Нагрев биомассы для протекания термофильного процесса не должен превышать 50-60°С, а режим работы выбирается конструктивно в зависимости от вида отходов.
Рисунок 6 - Общий вид экспериментального теплообменника-мешалки
Проведенные расчеты энергетических параметров позволяют сделать вывод что, суммарные затраты тепла на подогрев и поддержание заданной температуры при использовании совмещенного теплообменника и мешалки снижаются по сравнению с существующими способами на 25-30%.
Необходимо отметить преимущества биогазовых установок: они удовлетворяют потребность в энергии и способствуют охране окружающей среды так как, в процессе анаэробной переработки отходов получается экологически чистое органическое удобрение; разрушается клетчатка; ускоряется процесс разложения помёта; происходит обеззараживание помета от патогенной микрофлоры и полное подавление всхожести семян сорных трав; сброженный шлам, получаемый в процессе переработки помета, лишен неприятного запаха и готов к непосредственному внесению в почву.
Для определения эффективности использования биогаза предложен энергетический метод, при применении которого производство биогаза будет оправдано только тогда, когда коэффициент воспроизводства энергии будет
больше единицы К >1, в противном случае, если К < 1, вкладывать деньги в ее промышленную разработку нецелесообразно. Расчёты показали, что коэффициент воспроизводства энергии Кг = 1,22, следовательно, проектирование объекта по производству биологического газа можно считать эффективным [3].
Для определения эффективности использования самой биогазовой установки также предложен энергетический метод оценки, в соответствии с которым разработка, изготовление и внедрение установки, с энергетической точки зрения, считается эффективным, если уровень интенсификации процесса будет больше единицы. В данном случае уровень процесса интенсификации, по результатам проведённых расчётов, равен А=1,1, поэтому внедрение установки БГУ-М с энергетической точки зрения считается эффективным.
Литература
1. Фиапшев А.Г., Кильчукова О.Х., Хамо-ков М.М. Экспериментальные исследования модернизированной биогазовой установки. [Текст] // Труды международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». - М., 2014. - Т.4. - С. 281-284.
2. Кильчукова О.Х., Фиапшев А.Г., Хамо-ков М.М. Расчёт параметров биогазовой установки. [Текст] // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы в энергетике и средствах механизации АПК». -Благовещенск: ДальГАУ, 2014. - С.139-144.
3. Фиапшев А.Г., Кильчукова О.Х., Темуку-ев Т.Б., Хамоков М.М. Энергетическое обоснование использования биогаза. [Текст] // «Известия ГГАУ». - Владикавказ, 2014. - Том 51. - №4. - С. 207-211.
УДК 663.43:663.444
ТЕХНОЛОГИЯ ПИВОВАРЕННОГО СОЛОДА И ХМЕЛЯ
Хоконова М. Б., доктор сельскохозяйственых наук, профессор
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М. Кокова»
TECHNOLOGY OF BREWING MALT AND HOPS
Khokonova M. B., Doctor of Agricultural Sciences, Professor
FSBEIHЕ «Kabardino-Balrarian State Agrarian University named after V. M. Kokov»
Представлена технология производства солода и хмеля для пивоварения. Приведен оптимальный режим затирания пивоваренного солода и трансформация хмелевых смол.
Ключевые слова: пивоваренный солод, хмель, технология, экстракт, способ затирания.
The technology ofproduction of malt and hops for brewing is represented. An optimal mashing brewing malt and transformation of hop resins is showed.
Key words: brewing malt, the hops, the technology, the extract, the method of mashing.
В последние годы возросла заинтересованность пивобезалкогольных предприятий в применении усовершенствованных способов производства солода и хмеля для пивоварения. Особое внимание уделяется разработке ускоренных методов солодоращения, рационального использования сырьевых ресурсов, организации малоотходных и безотходных технологий [2].
Важным этапом получения солода является проращивание зерна ячменя высокого качества при влажности 38-40%. Однако для активной работы ферментов амилолитического, протео-
литического и цитолитического действия влажность зерна должна достигать 44-48%, при этом для пробуждения к жизни зародыша необходимо большое количество кислорода для аэробного дыхания зерна [1].
Технологический процесс изготовления пива из солода происходит с добавлением воды, хмеля, дрожжей и включает в себя процесс затирания, в ходе которого производится осаха-ренная жидкость - пивное сусло, а также сбраживание сусла с применением дрожжей. Процесс варки сусла включает этапы измельчения солода (и прочих сырьевых материалов), затирание и получение экстрактивного раство-
