12.4 Розрахунок самопливної системи видалення гною

Самопливна система видалення гною ґрунтується на здатності рідкого гною (вологістю 88 – 92%) пересуватися самопливом. Система складається з повздовжніх самопливних каналів, поперечного змивного, гноєзбірника і насосної станції.

Для забезпечення працездатності самопливної системи необхідно знати довжину , ширину , глибину каналів і ухил дна , які залежать від фізико-механічних (реологічних) властивостей екскрементів і передусім, від їх в'язкості і опору зсуву.

Довжина самопливного каналу в приміщенні для утримання свиней з економічних міркувань не повинна перебільшувати 50 м. Для великої рогатої худоби довжина каналів не повинна перевищувати 30 м при ширині 0.7 – 1 м і не більше 60 м при ширині 1.5 – 2.5 м.

Мінімальна ширина каналів дорівнюватиме:

, м (12.31)

де – опір зсуву, Па;

– ухил дна каналу;

– щільність гною, кг/м³.

Із зміщенням ширини каналу збільшується висота шару гною в ньому внаслідок бокових дотичних напруг перешкоджаючих витіканню. При мм рух взагалі припиняється. Максимальна ширина каналу визначається з урахуванням початку бродіння гною з інтенсивним виділенням аміаку, метану та ін.

, м (12.32)

де – вихід гною від однієї тварини за добу, кг/доб;

– кількість тварин, яких обслуговує один канал, гол;

– число діб до початку бродіння гною ( діб);

– довжина каналу, м;

– висота шару гною, що витікає з каналу, м.

Глибина повздовжнього самопливного каналу, ухил його дна, кут зсуву гнойової маси можна визначити виходячи із таких міркувань (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Схема до розрахунку параметрів самопливної системи видалення гною.

Уявляючи рух гною по каналу як наслідок його руйнування під дією власної маси, знайдемо необхідну глибину каналу:

, м (12.33)

де – мінімальна висота шару гною під площиною зсуву при якій починається його переміщення, м;

– кут зсуву гнойової маси;

– висота поріжка, м.

У формулі (12.33) дві невідомі і . Для визначення скористаємося основним законом динаміки для цього випадку:

(12.34)

де – складова сила ваги гною, що діє вздовж площини зсуву, кг;

– сила тертя по бокових стінках, кг;

сила опору зсуву, кг;

– маса переміщуваного шару гною, кг;

прискорення, м/с².

Після відповідних припущень і перетворень, отримаємо:

, (12.35)

, м (12.36)

де – коефіцієнт опору руху гною по бокових стінках;

– прискорення сили тяжіння.

12.5. Розрахунок установок для переробки гною для одержання біогазу

Застосування біогазових установок для метанового зброджування гною (посліду) сприятливо позначається на захист навколишнього середовища, так як виключає витрати азоту, забезпечує дегельмінтизацію, дезодорацію гною, знешкоджує схожість насіння бур'яну. Одна тона зброджуваного гною метантенка збільшує урожайність на 10 – 15% порівняно з застосуванням буртового гною.

Застосовуються комплекти обладнання біогазових енергетичних установок (БЕУ), призначених для молочнотоварних та інших ферм. Для ферм з поголів'ям до 400 корів комплект складається із двох реакторів ємністю 125 м³, одного підігрівача і трьох блок-контейнерів. Виробнича можливість переробки рідкого гною – 30 – 50 м³, а вихід біогазу – 750 м³ за добу, у той час як для господарства необхідно понад 300 м³. Температурний режим роботи реакторів – 45°С, при цьому вихід біогазу із 1 кг гною складе 12 м³. Одержаний газ збирається в газгольдери. В термофільних установках зброджування гною і виділення біогазу відбувається в 2.5 – 3 рази швидше (54 – 55°С), ніж в мезофільних (32 – 35 °С). Оптимальне значення для метанових бактерій складає 7 – 7.6 і необхідно порціями подавати гній з внесенням екзогенних добавок (метанол, ацетат, целюлозу).

Розрахунок метанового зброджування гною виконується в такій послідовності:

1. Об'єм гноєприймальника:

, (12.37)

де – щільність гною, кг/м³;

– час накопичення гною ( доби);

– коефіцієнт, враховуючий застосування гною в залежності від початкової вологості ).

2. Об'єм ємкості для підігрівання гною

, (12.38)

де – добовий вихід гною вологістю 92%;

– час нагрівання;

– коефіцієнт, враховуючий зміну об'єму в залежності від температури нагріву.

3. Об'єм метантенка

, (12.39)

де – добова доза навантаження метантенка, %.

4. Тривалість зброджування

, (12.40)

де – вихід біогазу з 1т переробленого гною, м³ ( ).

5. Об'єм газгольдера

, (12.41)

де – час накопичення біогазу за добу, год;

– теплотворна можливість біогазу.

6. Витрати теплоти на нагрівання гною з температури до (мезофільний режим), (термофільний режим)

, (12.42)

де – теплоємкість гною ( );

– ККД нагрівального пристрою ( ).

7. Витрати теплоти на власні потреби

, (12.43)

де – витрати теплоти на компенсацію тепло затрат.

8. Загальна кількість біогазу, яка потрібна на власні потреби

, (12.44)

9. Вихід товарного біогазу

. (12.45)

10. Коефіцієнт витрати біогазу на власні потреби

, (12.46)

11. Мінімальна теплова потужність

, (12.47)

де – сама низька теплота горіння природного газу.

12. Теплова потужність котла (наприклад КГ – 1500)

. (12.48)

13. Час праці котла на власні потреби

. (12.49)

Теплова спроможність 1 м³ газу відповідає 0.6 л рідкого палива, а один кВт/год електроенергії відповідає витраті 0.7 – 0.8 м³ газу. Для підігрівання води для 100 корів за добу необхідно 5 – 6 м³ газу.