2. Експеремнетальні дослідження роботи поршневого насоса.
Основним завданням підготовки експериментального мікробіологічного реактора до твердофазної анаеробної ферментації органічної сировини було оцінка роботоздатності та визначення параметрів поршневого насосу (рис. 1, 2) для подачі органічної маси в реактор.
За результатами проведених експериментів отримано математичну модель – рівняння регресії у вигляді полінома другого порядку для визначення питомої енергомісткості подачі органічної маси поршневим насосом, яке має вигляд:
η=2,540 – 1,4050W – 1,0638V + 1,1313t + 0,9950W2 + 0,6475V2 –– 0,4025t2 + 0,4125W·V – 0,3325W·t – 0,4850V·t (1)
Рис. 3. Функціональна схема поршневого пристрою для подачі органічної сировини.
1 – гвинт; 2 – поршень; 3 – поршнева камера; 4 – трубопровід;
5 – розподілювач органічної маси.
Аналіз отриманих залежностей (рис. 4) показує, що зі збільшенням максимального об’єму поршневої камери V і часу подачі органічної маси у ферментер t, питома енергомісткість η змінюється за параболічною функцією, яка має оптимум – мінімальне значення функції відгуку знаходяться в діапазоні зміни об’єму поршневої камери від 0,0025м3 до 0,0035м3 та дорівнює 1,1; 3,2; 4,2 кВт·год./т для відповідних значень часу подачі органічної маси 5, 10, 15 с, що пояснюється зростанням витрат енергії на процес подачі органічної маси спричинених наявністю додаткового опору під час її переміщення по трубопроводу.
Рис. 4. Залежність питомої енергомісткості від максимального об’єму поршневої камери та часу подачі органічної маси.
Встановлено збільшення питомої енергомісткості подачі органічної маси в ферментер залежно від зменшення об’єму поршневої камери та збільшення часу подачі органічної маси за незмінних показників продуктивності.
Зокрема у разі зменшення об’єму поршневої камери до 0,002м3 та збільшення її до 0,004м3 питома енергомісткість збільшиться відповідно з 1,1 кВт·год./т до 2,3 кВт·год./т це пояснюється тим, що в першому випадку зменшується продуктивність насосу, а в другому хоч і збільшується його продуктивність, але при цьому опір подачі органічної маси дещо зростає при цьому затрати енергії залишаються незмінними.
Мінімальне значення питомої енергомісткості за час подачі органічної маси протягом 15 с дорівнює 2,5; 3,5; 5,8 кВт·год./т, що відповідає об’єму поршневої камери 0,002; 0,003; 0,004м3.
Аналіз залежностей (рис.5) показує, що зі збільшенням часу подачі органічної маси питома енергомісткість змінюється за параболічною функцією, яка має оптимум – мінімальне значення функції відгуку знаходиться в діапазоні зміни часу подачі органічної маси від 7,5 до 12,5 с та дорівнює 2,0; 2,5; 5,0 кВт·год./т для відповідних значень вологості органічної маси 50; 60; 70%.
Рис. 5. Залежність питомої енергомісткості від максимального часу подачі органічної маси та вологості органічної маси.
Встановлено, що зі збільшенням вологості органічної маси питома енергомісткість змінюється за параболічною функцією, яка має оптимум – мінімальне значення функції відгуку знаходяться в діапазоні зміни максимальної вологості від 60 до 70% та дорівнює 0,91; 0,62 та 1,0 кВт·год./т, для відповідних значень подачі органічної маси 5; 10; 15 с.
Аналіз залежності (рис 6) показує, що зі збільшенням вологості органічної маси відбувається зменшення питомої енергомісткості. Зокрема при вологості органічної маси 70% енергомісткість подачі органічної маси становитиме 2,1 і 3,5 кВт·год./т відповідно до часу подачі органічної маси 10 с.
Рис. 6. Залежність питомої енергомісткості від вологості органічної маси та об’єму камери.
Встановлено, що зі збільшенням об’єму поршневої камери питома енергомісткість змінюється за параболічною функцією, яка має оптимум – мінімальне значення функції відгуку знаходяться в діапазоні зміни об’єму поршневої камери від 0,0025 до 0,0035м3 та дорівнює 2,5; 2,1 та 2,0 кВт·год./т для відповідної вологості органічної маси 50; 60 і 70%.
Таким чином, на основі рівняння (1) встановлено, що для процесу подачі органічної маси у ферментер показник питомої енергомісткості з урахуванням надійності виконання технологічного процесу поршневим насосом набуває мінімального значення при вологості органічної маси W=70%, часу подачі органічної маси 10 с та об’ємі поршневої камери V=0,003 м3.