Совершенствование технологического процесса выращивания свиней на 1000 голов в условиях СООО "Победа" с разработкой биогазовой установки

Дипломный проект на тему: «Совершенствование экологобезопасного технологического процесса выращивания свиней на 1000 голов в условиях СООО "Победа" Полянского района Хмельницкой области с разработкой биогазовой установки", включает в себя расчетно-пояснительную записку, которая выполнена на __ страницах печатным текстом согласно ГОСТ 2.102 – 68 из 6 разделов и графическую часть, которую выполнено на 6 листах формата А1.
Усовершенствование технологического процесса позволит:
1. Повысить степень экологической безопасности.
2. Повысить уровень механизации технологических процессов.
3. Уменьшить себестоимость полученной продукціїє
Конструктивная часть проекта заключается в разработке индустриального экологобезопасного пункта по утилизации навоза с разработкой биогазовой установки. Был проведен технологический расчет метантенка и теплообменника.
Ключевые слова: животноводство, животное, производительность, технология, ферма, корм, схема, биогазовая установка, метантенк, газгольдер, теплообменник, сбраживания, гноївка, утилизация, пункт.



СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ
Введение
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И НЕОБХОДИМОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА
1.1. Анализ деятельности
1.2. Характеристика животноводства
1.3. Необходимость использования биогаза
РАЗДЕЛ 2. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВИНАРНИКА-ОТКОРМОЧНИКОВ
2.1. Анализ и выбор системы содержания и кормления свиней.
2.2. Проектирование генерального плана.
2.3. Раздача кормов.
2.4. Расчет микроклимата.
2.5. Уборки, удаления и утилизация навоза.
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ
3.1. Анализ конструкций и способов применения биогазовых установок
3.2. Анализ существующих технологий сбраживания навоза
3.3. Обоснование технологического процесса анаэробного сбраживания
3.4. Расчет метантенка
3.5. Расчет теплообменника
3.6. Разработка конструкции теплообменника
ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
РАЗДЕЛ 5. ОХРАНА ТРУДА
5.1. Общие положения
5.2. Основные требования по безопасности труда к конструкции агрегатов по уборке и утилизации навоза
5.3 Техника безопасности при выполнении процесса уборки и утилизации навоза
5.4. Определение воздухообмену и вида вентиляции в помещении.
РАЗДЕЛ 6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Анализ конструкций и способов применения биогазовых установок
Биогазовая установка» КОБОС-1 "(создана КТИСМ) ["предназначена для производства высококачественных органических удобрений и биогаза. «КОБОС» (рис.3.1, см. табл.3.1) состоит из двух реакторов, подогревателя, фекального и винтового насосов, газгольдера, компрессора, водогрейного котла. В состав реактора входит горизонтальный резервуар, газовый колпак, мешалка, загрузочная труба, три аварийных ливни.
Подогреватель-витримувач — это цилиндрический резервуар с теплообменником, выполненным по принципу «труба в трубе», где навоз нагревается до необходимой температуры.
Установка работает так. Гной из коллектора насосом подается в измельчитель, в котором перерабатываются довговолокнисті и другие частицы, затем — до подогревателя-витримувача для подогрева до температуры брожения. Выдержанный навоз винтовым насосом-дозатором через шланговый затвор подается в реакторы, где и проходит анаэробное брожение, в результате которого выделяется биогаз и компрессорами-собирается в блок очистки. Очищенный биогаз через обратный клапан и гидрозатвор поступает для использования на комплексе «КОБОС-1». Остатки газа направляются для хранения.
Сброженная масса навоза является качественным орган



РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Анализ конструкций и способов применения биогазовых установок
Биогазовая установка» КОБОС-1 "(создана КТИСМ) ["предназначена для производства высококачественных органических удобрений и биогаза. «КОБОС» (рис.3.1, см. табл.3.1) состоит из двух реакторов, подогревателя, фекального и винтового насосов, газгольдера, компрессора, водогрейного котла. В состав реактора входит горизонтальный резервуар, газовый колпак, мешалка, загрузочная труба, три аварийных ливни.
Подогреватель-витримувач — это цилиндрический резервуар с теплообменником, выполненным по принципу «труба в трубе», где навоз нагревается до необходимой температуры.
Установка работает так. Гной из коллектора насосом подается в измельчитель, в котором перерабатываются довговолокнисті и другие частицы, затем — до подогревателя-витримувача для подогрева до температуры брожения. Выдержанный навоз винтовым насосом-дозатором через шланговый затвор подается в реакторы, где и проходит анаэробное брожение, в результате которого выделяется биогаз и компрессорами-собирается в блок очистки. Очищенный биогаз через обратный клапан и гидрозатвор поступает для использования на комплексе «КОБОС-1». Остатки газа направляются для хранения.
Сброженная масса навоза является качественным органическим удобрением. Во время дозированной загрузки она самотеком проходит в коллектор для последующего использования.


Из наполнителя насосом НЦИ-Ф-100 навоз подают на дуговое сито СД-Ф-50 для разделения на твердую и жидкую фракции. Густую массу навоза обезвоживают пресс-фильтром ПШ-75 к влажности 72-75 % и транспортируют в бурты для биотермического обеззараживания.
Жидкую фракцию направляют в навозохранилище и в нужные сроки цистернами-разбрасывателями РЖТ-8 или поливочными установками типа ДКЭ-80 вносят под сельскохозяйственные культуры.


Рис.3.1. Технологическая схема комплекса оборудования для анаэробного
сбраживание «КОБОС»:
1 — ферма; 2, 6 — насосы для жидкого навоза; 3 — коллектор; 4 — измельчитель; 5 — подогреватель-витримувач; 7 — дуговое сито; 8 — пресс-фильтр; 9— цистерна-разбрасыватель; 10 — навозохранилища; 11 — насос; 12 — оросительная система; 13—транспортер; 14 — прицеп; 15 — винтовой насос; 16 — реактор; 17 — компрессор; 18— газгольдер; 19 — котел; 20 — трактор, который работает на биогазе

Технологический процесс работа установки двухстадийный.
Первая стадия процесса (гидролиз и кислотообразование) осуществляется в подогревателе выдерживатели (25 м3), вторая — в реакторе (125 м3).
Запуск комплекса осуществляется так. Как засівний материал используют заброджений ил метантенка коммунальных очистных сооружений. Процесс брожения осуществляется при температуре +40 °С, смешивание массы — механическое (лопастной мешалкой).
Для стимуляции газообразования, повышение эффективности смешивания и предупреждения коркообразования в газовой камере реактора должно поддерживаться невысокое разрежение за счет постоянного отвода биогаза.
В 1995 году «УкрНДІагропроект» разработал установку для анаэробного збродження жидкого навоза со свинокомплексов мощностью 24тис. гол. на год (рис. 2, см. табл.1). Она смонтирована в СООО «Россия» Золотоношского района Черкасской области.
Суточный выход навоза на комплексе составляет 280-350 м3. Жидкий навоз подлежит механической и биологической обработке. При механической обработке выделяют твердую фракцию после дугового сита и осадок после первого отстойника, при биологической — активный ил. Общее количество осадка 100-150 м3/сутки. Установка перерабатывает 20 м3/сут осадка после биологической обработки. При этом исходный осадок подается в открытую емкость (30 м3)для смешивания и нагревания в специальном теплообменнике типа «труба в трубе»). Рециркуляция массы производится с помощью фекального насоса по схеме емкость для смешивания — теплообменник — емкость для смешивания. Нагретый до температуры 35 °С осадок тем же насосом подается в метантенк объемом 200 м3, где тоже подогревается теплообменником до температуры 30-35°С. Источником теплоты для подогрева осадка является водогрейный котел (КВ-800 М), который работает на жидком топливе. Осадок в реакторе постоянно перемещается за счет перекачки массы насосом из нижних слоев в верхние.

Установка «Биогаз-301С» научно-производственного объединения им. Фрунзе, г. Суммы, предназначена для обеззараживания и переработки жидкого навоза из свинофермы на 3000 голов. Она является составной частью фермы и представляет собой комплекс технологического оборудования для переработки жидкого, навоза методом анаэробной ферментации с получением органического удобрения и биогаза (рис. 1, см. табл. 1).
Технологический процесс осуществляется в строго анаэробных условиях без доступа кислорода воздуха в двухстадийном режиме работы при температуре +40 °С безпримусовим отъемом газа с циклом брожение — 8 суток.
Ферментер (метантенк) представляет собой цилиндрический резервуар объемом 310 м3, высотой 18 м и диаметром 6 м. В ферментере установлены две механические мешалки шнекового типа. Кроме того, метантенк оборудован гідромішалкою (насос ФГ 144/46 забирает биомассу из нижней части метантенка и перекачивает ее в верхнюю). В нижней части метантенка размещены шнековые выгрузчики осадка и посторонних предметов, а также вмонтированы электронагревательные элементы для подогрева биомассы. Подогрев массы осуществляется также с помощью трубчатого секционного теплообменника, размещенного в средней части метантенка.
В верхней части метантенка установлено устройство для
пеногашение, а также выводные газотрубопроводы, соединенные с газгольдером.
Подогреватель-витримувач представляет собой цилиндрический резервуар, в котором вмонтирован теплообменник для подогрева навоза до 40 °С. После него биомасса направляется в метантенк.
В цехе переработки размещены фекальные насосы типа ФГ, центрифуга ОГШ-502 и система трубопроводов, а также выгрузной транспортер.
Технологический процесс работы установки такой. Из помещений свинофермы скрепером жидкий навоз влажностью 92— 94 % подается в коллектор, откуда насосом НЖН-200 — в подогреватель для подогрева до температуры +40 °С, в ме-тантенк и отстойник. Из отстойника отферментированная масса поступает в центрифугу, где разделяется на фракции, используемые в растениеводстве как удобрения






3.2. Анализ существующих технологий сбраживания навоза

На практике получили распространение две технологические схемы сбраживания навоза:
- одноступенчатая;
- двух, или многоступенчатая.
Одноступенчатые метантенки изначально использовались как низконагруженные. Они имели продолжительность сбраживания 30-50 суток и нагрузку по бензольному веществу 0,1-1,3 кг/ м3, работали без перемещения и с незначительным подогревом. В этих условиях в метантенках достигался глубокий разряд органического вещества (до 50%). Большие объемы низьконавантажених метантенков связанные с ними большие строительные затраты, заставили перейти к использованию высоконагруженных метантенков в которых интенсификация достигается за счет хорошего подогрева навоза и непрерывного перемешивания. Это позволило перейти на непрерывное загрузки метантенков или сократить интервал загрузкой.
Существуют такие способы сбраживания:
- мезофильное;
- термофильное.
Мезофильное сбраживание протекает при температуре навоза равной 33-350 С. Процесс мезофильного сбраживания длится 7-10 суток. При мезофильном сбраживании происходит разделение навоза на фракции.
Термофільне сбраживания протекает при температуре навоза 53-550 С. процесс термофильного сбраживания проходит разложение органического вещества, не происходит разделения навоза на фракции. Процесс термофильного сбраживания происходит в основном в двухступенчатых метантенках.
На первом этапе процесс сбраживания продолжается в термофильном режиме. Проходит интенсивное брожение с большим выделением биогаза, на второй стадии, которая протекает в мезофильном режиме идет прекращение процесса сбраживания биогаз почти не выделяется.
Биогаз, полученный в процессе сбраживания используется на поддержку самого брожения и на другие хозяйственные нужды. На себестоимость производимого биогаза влияют в основном затраты на строительство биогазовой установки.


3.3. Обоснование технологического процесса анаэробного сбраживания

Метановое сбраживание представляет собой процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, это в основном метан и углекислый газ, в результате жизнедеятельности сложного комплекса микробов в анаэробных условиях. При оптимальных условиях эти газы могут образовываться в количестве 90-95% биологического вещества. Остальные 5-10% расходуются на восстановление бактериальных клеток.
Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанных стадии:
1) стадия ферментативного гидролиза нерастворимых сложных органических веществ с образованием более простых веществ;
2) стадия кислотообразования с выделением короткоцепочечных летучих жирных кислот аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа;
3) стадия, которая превращает летучие жирные кислоты аминокислоты и спирт в уксусную кислоту, которая диссоциирует на анион ацетита и катион водорода.
4) метановая стадия – образование метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа.
В процессе анаэробного сбраживания навоза принимают участие пять групп бактерий;
К первой группе относятся ферментативные бактерии, осуществляющие ферментативный гидролиз и кислотоутоврение. Почти все бактерии этой группы относятся к быстрорастущих. Они выделяют в среду биологические катализаторы – екферменти, при участии которых происходит гидролиз и переход нерастворимых веществ в растворимые. Скорость гидролиза влияет на весь процесс сбраживания и зависит от природы органических веществ, оптимальной температуры и значения рН = 6,5-7,6.
Кислотная стадия осуществляется указанными выше группами гетерогенных микроорганизмов для которых углерод растворимых веществ является источником питания. Стадия кислотообразования не лимитирует скорости процесса, так как осуществляя ее бактерии растут с высокой скоростью, но интенсивный рост этих бактерий может привести к снижению рН и прекратить рост бактерий последующих стадий.
Ацетогенная стадия осуществляется двумя группами ацетогенных бактерий.
Первая группа образует ацетат с выделением водорода из растворимых продуктов предыдущих стадий.
Вторая группа ацетогенных бактерий приводит к образованию уксусной кислоты путем использования водорода для восстановления СО2.
На IV метаногенній стадии брожения, метановые бактерии образуются путем расцепления ацетану (5-гурпа) и восстановления углекислоты водородом. Первым путем образуется 72% метана, вторым 28%.
Таким образом, анаэробное разложение органического вещества осуществляется обществом микроорганизмов, составляющих трофическую цепь анаэробов.
Так при метановому сбраживании необходимо всегда рассматривать не отдельные группы бактерий, а все общество в целом.