Изучение массообмена в процессе анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья

1. Обзор научно-исследовательских разработок.

2. Методика выполнения исследований, анализ и обработка результатов.

2.1 Описание технологической схемы процесса анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья.

2.2 Методика проведения эксперимента.

2.2.1 Описание эксперимента.

2.2.2 Подбор рецептуры сырья.

2.3 Описание математической модели массообмена процесса анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья и анализ полученных результатов.

3. Выработка рекомендаций по результатам исследований.

4. Расчетная часть.

4.1 Расчет привода.

4.2 Прочностной расчет реактора.

4.2.1 Определение геометрических параметров аппарата.

4.2.2 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного внутреннего давления.

4.2.3 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного наружного давления.

4.2.4 Расчет рубашки при действии избыточного внутреннего давления.

4.2.5 Расчет рубашки при действии избыточного наружного давления.

4.2.6 Расчет плоского круглого днища при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления.

4.2.7 Расчет плоской круглой крышки при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления.

5. Вопросы безопасности при выполнении НИР и реализации рекомендаций.

6. Технико-экономические расчеты Заключение Список использованных источников.

Рост выбросов парниковых газов, увеличение потребления воды, ее загрязнение, истощение земель и запасов природных энергоресурсов вынуждают искать новые источники энергии. Одним из них являются биогазовые технологии.

Биогаз получают путем анаэробного брожения биомассы. В качестве биомассы могут выступать свалочные отходы, отходы животноводства (навоз) и сельского хозяйства, отходы скотобоен, некоторые культуры, например, рапс. В результате брожения биомасса разлагается под воздействием гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих бактерий. В состав газа входят 55−65% метана, 35−45% углекислого газа и около 1% водорода и сероводорода.

В нашей стране во многих населенных пунктах нет полного обеспечения природным газом. Биогазовые установки станут неплохим подспорьем в хозяйстве. К тому же сырьем для нее станет то, чего всегда в избытке: навоз, пищевые отходы, опавшая листва, сгнившее зерно, ботва и т. п., то, что обычно идет в компостную яму. Такая культура, как топинамбур, является отличным сырьем для биотоплива, а в нашей стране можно засевать им до 160 тыс. га площади. При производстве спирта как побочный продукт получают послеспиртовую барду, из которой можно производить и биогаз и добавки с витамином B12 для применения в животноводческой отрасли, повышающие ее продуктивность. Поэтому производство биогаза особенно эффективно в агропромышленных комплексах, где обеспечивается практически замкнутый технологический цикл.

Биогаз можно накапливать, перекачивать, излишки продавать.

Из 1 куб. м биогаза можно получить около 2 кВт электроэнергии. Тепло от сжигания газа можно тратить на обогрев помещений, содержание теплиц и скота в сельской местности, для работы рефрижераторов на предприятии. В переброженной массе минерализация составляет 60%, в обычном навозе — 40%. Такие сбалансированные удобрения повышают урожайность на 30−50%. Их, также как и избытки газа либо электричества, можно продавать.

В настоящее время в большинстве случаев отходы просто собираются для захоронения на полигонах, что ведет к отчуждению свободных территорий в пригородных районах и ограничивает использование городских территорий для строительства жилых зданий. Также совместное захоронение различных видов отходов может привести к образованию опасных соединений. Это прежде все связано как с отсутствием необходимой инфраструктуры, так и самих предприятий — переработчиков, которых по стране насчитывается всего порядка 400 единиц (389), из них: комплексов по переработке ТБО всего 243, комплексов по сортировке — 53, мусоросжигающих заводов — около 10.

В соответствие с «Основами государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года», утвержденными Президентом Российской Федерации 28.04.2012 г. № Пр-1102, 10 основным направлениями обращения с отходами являются: предупреждение и сокращение образования отходов; развитие инфраструктуры их обезвреживания и поэтапное введение запрета на захоронение отходов, не прошедших сортировку и обработку в целях обеспечения экологической безопасности при хранении и захоронении.

Ранее на кафедре проводилась НИР, целью которой являлось изучение методов адаптации сырьевых комплексов к технологическим условиям переработки анаэробными бактериями, подбор рецептур обеспечивающих наибольшую эффективность процесса биосинтеза, а так же наиболее полная переработка органических отходов пищевых и кормовых производств с понижением их опасности для окружающей среды. Были получены экспериментальные данные по функционированию анаэробных систем обработки отходов, определены основные характеристики и параметры процессов при различных условиях, выявлены пути совершенствования систем и оптимального управления ими в условиях промышленного применения.

Целью данной НИР является изучение массообмена в процессе анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья. Необходимо получить математическую и физическую модели массообмена, которые могли бы описать процессы, происходящие в биореакторе, помочь разработать универсальные рекомендации по ведению биоконвесии органического сырья в биотопливо при изменении различных параметров. Анализ этих процессов усложняется многокомпонентностью исходного сырья и его неоднородностью. Биомасса в конечном итоге представляет собой три фазы различной плотности: суспензия с высокой концентрацией твердых частиц, суспензия с низкой концентрацией твердых частиц и водно-маслянистая эмульсия, а так же зоны перехода. И, несмотря на то, что реактор оснащен перемешивающим устройством, «идеальное» перемешивание не является возможным.

Таким образом, для понимания физико-химической природы процесса необходимо построение математической модели массообмена. Для апробации ее корректности, необходимо повести физическое моделирование процесса анаэробного сбраживания.

Полученные результаты математического моделирования, позволят спрогнозировать процессы, протекающие в проектируемых производственных линиях по переработке органического сырья анаэробным методом сбраживания, подобрать оптимальные значения параметров, в большей мере влияющих на процесс, с целью интенсификации работы биореактора.

1.

1. Обзор научно-исследовательских разработок.

Биотехнология является одним из наиболее перспективных и эффективных процессов переработки отходов, и обезвреживания на сегодняшний день. В результате переработки отходов пищевой и кормовой промышленности методом биосинтеза получаем биотопливо, которое позволяет вести процесс на собственном энергообеспечении. При утилизации получается также жидкий экстракт, который предназначается для полива кормовых трав, овощей и т. п. Сухое удобрение используется по прямому назначению. Кроме того, утилизация отходов пищевых и кормовых производств методом биосинтеза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метод анаэробного сбраживания наиболее приемлем для переработки животноводческих отходов с точки зрения гигиены и охраны окружающей среды, так как обеспечивает наибольшее обеззараживание остатка и устранение патогенных микроорганизмов.

Применение этого метода представляется уместным и в сельской местности: в небольших фермерских и тепличных хозяйствах он будет особенно эффективным. Метод биодеградации широко применяется в хозяйственной практике европейских стран. Многие фермерские хозяйства Западной Европы удовлетворяют свои потребности в энергетических и органических удобрениях посредством его применения.

Метод биодеградации органических отходов в бытовых и промышленных целях используется в Норвегии и Канаде. В Китае указанный метод также получил распространение (75 млн. установок).

Все вышеизложенное позволяет судить об экономической эффективности данного метода. Прибыль при его внедрении может быть получена за счет реализации биоудобрений, которые являются ценным продуктом. При серийном выпуске специальных установок объем удобрений может быть значительным. Одна установка способна производить до 250 кг биоудобрений за 4−6 дней. За счет реализации газов энергоносителей и их применения в деградационной установке один фермент объемом 150 л может производить 10−15 м3 бытового газа за утилизацию с содержанием метана в нем до 75%. Таким образом, затраты на обслуживание и ремонт установки будут полностью возмещены в течение приемлемого периода. Итогом является значительное уменьшение объемов органических отходов. Технология метода совместима с городской индустрией.

В результате использования биогазовой установки получают:

— биогаз (биометан);

— электроэнергию, тепло;

— биоудобрения;

— горячую воду.

Биогаз — газообразный продукт, получаемый в результате анаэробного сбраживания веществ самого разного происхождения. В его состав входят метан (СН4) — 55−70% и углекислый газ (СО2) — 28−43% и другие газы, содержащиеся в малых количествах, например — сероводород (Н2S).

На рисунке представлена схема работы промышленной биогазовой установки.

Рисунок. Схема промышленной биогазовой установки (zorgbiogas.ru).

Состав оборудования и сооружений промышленной биогазовой установки:

— емкость гомогенизации;

— загрузчик твердого сырья;

— реактор (другое название биореактор, метантенк, ферментатор);

— мешалки;

— газгольдер (хранилище газа);

— система смешивания воды и отопления;

— газовая система;

— насосная станция;

— сепаратор;

— приборы контроля;

— КИПиА с визуализацией;

— аварийные факельные горелки и система безопасности.

Структура бытовой биогазовой установки представляет собой упрощенную конструкцию. В ее состав входят:

— биореактор-метантенк;

— газгольдер мокрого типа;

— лестница-эстакада;

— ковш-тележка;

— ручной подъемник (таль);

— бак для хранения удобрений.

Промышленные биогазовые установки работают по следующему принципу: с помощью насосной станции или загрузчика в реактор периодически подаются отходы. Реактор — это подогреваемый и утепленный железобетонный резервуар, оборудованный миксерами, в котором живут полезные микроорганизмы, питающиеся отходами. В результате работы реактора образуется биогаз, который скапливается в хранилище (газгольдере). Далее газ проходит систему очистки и подается в котел или генератор. Для сбраживания некоторых видов сырья (например, спиртовой барды) необходим дополнительный реактор гидролиза, так как в обычном реакторе он не может быть переработан.

Известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, включающая многосекционный реактор, дно которого имеет уклон от узла загрузки к узлу выгрузки, причем последние выполнены в виде конвейеров с приводами мешалки, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, расположенные в каждой секции реактора и кинематически связанные с приводом узла загрузки, и газгольдер. Установка снабжена насосом и водонагревательным котлом с газовыми горелками, сообщенными с газгольдером. Узлы загрузки и выгрузки выполнены в виде винтовых конвейеров, состоящих из кожуха и вала со спиралью, причем вал конвейера узла загрузки выполнен полым и перфорированным. Кожух конвейера узла выгрузки снабжен герметичной цилиндрической емкостью, установленной выше уровня биомассы и образующей с ним кольцевую полость, сообщенную с полостью вала конвейера узла загрузки через водонагревательный котел и насос, при этом в месте расположения емкости кожух выполнен перфорированным.

Данное решение показано на рисунке.

Рисунок. Схема биогазовой установки Известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, содержащая реактор, разделенный на сообщающиеся между собой секции, имеющие колоколообразные сборники газа с лопастями, узлы загрузки и выгрузки. Каждая секция содержит стаканы, в которых установлены с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга посредством привода колоколообразные сборники газа, имеющие в верхней части регулируемые клапаны и сетку. Стаканы в нижней части имеют отверстия с клапанами, между которыми установлена перегородка с лопастями, расположенными в шахматном порядке относительно дополнительных лопастей, установленных на стенках колоколообразных сборников газа, где нижняя лопасть выполнена длиннее верхних. Узел загрузки выполнен в виде емкости с входным патрубком для подачи исходного сырья, лотком для отвода нерастворимых твердых легких фракций и выходными патрубками на нижнем уровне для сброса излишней жидкости, твердых тяжелых нерастворимых фракций и подачи сырья на переработку через отверстия в стакане.

Данное решение показано на рисунке.

Рисунок. Схема биогазовой установки Известен так же способ получения биогаза и удобрения из органических отходов. Техническим результатом является упрощение способа переработки органических отходов в биогаз и удобрение, обеспечение надежности отбора биогаза из массива биомассы и цикличности процесса переработки отходов. Способ включает подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж газодренажной конструкции из жестко связанных труб, совмещающей функции вертикального и горизонтального газового дренажа. Сортировку и измельчение отходов, засеивание их метаногенными микроорганизмами и увлажнение, укладку послойно насыпкой с верхней части газодренажной конструкции с пересыпкой слоев газоводонепроницаемым материалом; биогаз отводят через газодренажную конструкцию, а фильтрат — гидродренажной системой, вмонтированной в основание. Переработанную анаэробными микроорганизмами биомассу можно использовать в качестве удобрения.

Для утилизации отходов животноводческих производств известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов. Сущность изобретения заключается в том, что, с целью повышения эффективности процесса сбраживания, биогазовую установку выполняют в виде расположенного под землей реактора 1, разделенного на секции 2 и узлов загрузки и выгрузки 3 и 4. Секции реактора 1 снабжены мешалками 10, связанными между собой и приводом 7 загрузочного транспортера 5 цепной передачей. Загрузочный 5 и разгрузочный 6 транспортеры введены в донную часть крайних секций 2 реактора 1. Реактор 1 выполнен в виде емкости.

Данное решение показано на рисунке.

Рисунок. Схема биогазовой установки Для использования в сельском хозяйстве известен способ анаэробного сбраживания органических отходов и устройство для его осуществления. Применим для анаэробного сбраживания навоза, помета, фекалий и различных растительных отходов с выработкой на них высококачественных обеззараженных от патогенной микрофлоры и семян сорняков органических удобрений и горючего биогаза. Сущность изобретения состоит в том, что анаэробное сбраживание органических отходов осуществляют последовательно во внешней и внутренней камерах метантенка, а перемешивание сбраживаемых отходов во внешней камере осуществляют путем подачи в нее вводимых в метантенк органических отходов. В резервуаре устройства для осуществления способа на куполе закреплена не доходящая до днища концентрическая перегородка, образующая сообщающиеся снизу внешнюю и внутреннюю камеры. Расположенный в нижней части резервуара и разделяющий камеры элемент выполнен в виду усеченного конуса, с прикреплением большего его основания к боковым стенкам корпуса, а меньшим — обращен с линии резервуара. Диаметр меньшего основания разделительного элемента выполнен меньше диаметра концентрической перегородки, патрубок подачи отходов введен во внешнюю камеру и имеет разнонаправленные отходы.

Данное решение показано на рисунке.

Рисунок. Схема биогазовой установки Предлагается для непосредственного выделения CO2 из биогаза (с содержанием его до 60 об.%) использовать колонку с размерным соотношением длина — диаметр=10−20, в которую засыпаны шарики из полипропилена диаметром 5−8 мм с контактной площадью 600−1200 м2/м3. Биогаз подается снизу, а сверху промывная жидкость, содержащая воду и 20 вес.% диэтиламина. Скорость прохождения биогаза в колонке должна составлять >25 м3/час. CH4 собирается в верхней части колонки. После такой очистки и обезвоживания содержание метана в биогазе составляет 99,8%, а CO2 0,12% (содержание метана в биогазе до очистки составляло 40−50 об.%). Преимущество такой конструкции и метода в том, что она позволяет проводить процесс отделения при комнатной температуре и атмосферном давлении, что приводит к значительной экономии энергии по сравнению с известными методами.

Патентуется конструкция устройства по переработке органических отходов [11], благодаря которому большие объемы отходов подвергаются непрерывной ферментации в аэробных условиях, превращаясь в компост.

Изобретение предназначено для производства биогаза из пищевых отходов предприятий. Упрощенная конструкция данного биореактора позволяет повысить его производительность. Биореактор содержит корпус в виде стальной трубчатой емкости, разделенной на три части: загрузочную, рабочую и выгрузочную с перегородками-сегментами, не доходящими до дна емкости. Внутри рабочей части, подключенной к газгольдеру, установлена горизонтально мешалка, смещенная от центра емкости. Торцевая стенка правой секции рабочей части снабжена дополнительно резервуаром для горячей воды.

Недостатками данных устройств является громоздкость конструкции и возможность переработки моно сырья. В данной дипломной работе разработана и исследована методика утилизации комплекса отходов пищевой и кормовой промышленности в пропорциях производства разные по дисперсному составу и агрегатному состоянию.

2.

2. Методика выполнения исследований, анализ и обработка результатов.

2.1 Описание технологического процесса биоконверсии многокомпонентного органического сырья в биотопливо и азотосодержащее удобрение.

Схема экспериментальной установки представлена на чертеже.

Пуск установки осуществляется с продувки системы «реактор-трубопроводы-газгольдер» азотом из баллона 36. Она осуществляется открытием вентилей 17, 20, 19, 27, 29 и 26, после чего происходит продувка системы азотом из баллона 36, открыв вентиль 11 и добавив давления на редукторе 4 до 2 атм. избыточного. Далее осуществляется герметизация систем. Перекрывается вентиль 20, на редукторе 4 баллона 36 устанавливается давление 0,5 атм., после чего перекрывается вентиль 26, затем вентиль 11. Для перевода установки в стационарный режим необходимо закрыть вентили 23 и 27. После этого осуществить регулировку давления азота в газгольдере и загрузку сырья в реактор. Далее шкафом управления 2 устанавливаются режимы частоты вращения преобразователя и интервалы включения перемешивающего устройства посредством таймера. Выставляются режимы контроля и управления УЗ датчиком 32, датчиком давления 46, расходомером 21 и 24. С помощью систем управления шкафа 1 осуществляется регулировка систем регистрации и записи показаний при помощи компьютера 15. Выводятся в режим работы датчики метана.

Следующий этап — загрузка биомассы. Загрузка и выгрузка питательной среды осуществлялась два раза в сутки. Питающий трубопровод должен быть оборудован загрузочной воронкой, шаровым краном и заглублен ниже уровня жидкости в реакторе. Приготовленная масса загружается в загрузочную воронку до верхнего уровня, открывается вентиль 42, по мере перетекания из воронки загружаемого сырья в реактор, добавляется оставшаяся масса. После визуального контроля загрузки массы реактор вентиль 42 закрывается. В реакторе осуществляется анаэробное сбраживании органические вещества разлагаются. «Метановое сбраживание» происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, называемая кислотообразующими или бродильными бактериями, расщепляет сложные органические соединения в более простые. Эти простые органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий, которые превращают органические кислоты в требуемый метан. Уровень и состояние среды визуально контролируются через смотровые окошки, находящиеся на уровне жидкости и в крышке аппарата. С целью предотвращения образования пленки на поверхности биомассы и выпадения осадка осуществляется перемешивание винтовой мешалкой с регулируемой скоростью по заданной программе. Ввод мешалки в аппарат осуществляется через манжетное уплотнение, проверяемое на герметичность перед началом эксперимента. Для выгрузки шлама емкость 52 при помощи фланцев закрепляется на разгрузочном патрубке, выключается вакуумный насос 53, открывается вентиль 7, при этом вентиль 9 должен быть перекрыт. Закрывается вентиль 7, выдерживается одна минута, после чего открывается вентиль 43 на 30 секунд. Далее отключается вакуум насос 53. Емкость 52 снимается с фланца, отбирается шлам для анализа, остальное удаляется на утилизацию.

Образующийся биогаз поступает в газгольдер.

Управление давлением азота в газгольдере осуществляется следующим образом: редуктором 4 азотного баллона 35 устанавливается минимальный расход, обеспечивающий требуемой избыточное давление в газгольдере 33 на уровне 0,2 атм., которое визуально контролируется показывающим манометром 13 и управляется и регистрируется датчиком давления 46, показания которого выводятся на цифровой датчик шкафа управлениия1 и на экран управляющего компьютера 15. При этом вентиль 48 должен быть постоянно в положении «открыт». Дроссель 50 должен быть закрыт, регулирующий дроссель 49 находиться в состоянии минимального расхода сбрасываемого азота через электромагнитный клапан 14 в автоматическом режиме. Регулировка расхода газа на вентиле 49 осуществляется вручную. Возможен режим регулирования давления в газгольдере путем постоянного стравливания азота через дроссель 50, при этом расход азота подстраивается вручную согласно показаниям на манометре 13 в соответствии с требуемым давлением 0,2 МПа.

При нормальной работе реактора получаемый биогаз содержит 60 -70% метана; 30 — 40% двуокиси углерода, а так же примеси. Соотношение СН4 и СО2 зависит от исходного субстрата и характеристик процесса брожения (температуры, времени пребывания массы в реакторе). Биогаз содержит также незначительное количество Н2, H2S, N2. Теплотворная способность биогаза 21−29 МДж/м3; 1 м³ его эквивалентен 0,7−0,8 кг условного топлива. В результате брожения из 1 т органического вещества (по сухой массе) получается 350−600 м3 биогаза. КПД превращения энергии органических веществ в биогаз 80−90%.

2.2 Методика проведения эксперимента.

Целью эксперимента является получение необходимых исходных данных, необходимых для построения математической модели массообмена в биореакторе. А так же апробация результатов математического моделирования на экспериментальном образце установки анаэробного сбраживания многокомпонентного сырья.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи: проследить интенсивность выхода биогаза из объема реактра; при перемешивании определить поля распределения метана по объему реактора, сделать выводы.

2.2.1 Описание эксперимента.

Исследуемый процесс анаэробного сбраживания органического сырья является многофакторным. Ключевыми параметрами течения процесса биоконверсии являются: температура, давление, интенсивность перемешивания, и как следствие фазовый переход органической составляющей сырья в метан. Вследствие чего, важно иметь четкое представление о процессах и протекании реакций в аппарате анаэробного сбраживания. Анализ этих процессов усложняется многокомпонентностью исходного сырья и его неоднородностью. Биомасса в конечном итоге представляет собой три фазы различной плотности: твердый осадок, суспензия и водно-маслянистая эмульсия, а так же зоны перехода. И, несмотря на то, что реактор оснащен перемешивающим устройством, «идеальное» перемешивание не является возможным (рис.). Таким образом, для понимания физико-химической природы процесса необходимо построение математической модели массообмена.

Рисунок. Расслоение многокомпонентной системы на фракции Для проведения эксперимента, с целью сравнения полученных данных с имеющимися, нами используется реактор анаэробного сбраживания (рис.) объемом 300 литров, оснащенный перемешивающим устройством, рубашкой обогрева и датчиками температуры и давления, а также пробоотборниками.

Рисунок. Реактор для получения биогаза:1 — корпус реактора, 2 — рубашка, 3 — мешалка; H1 — твердый остаток, H2 — суспензия, H3 — водно-маслянистая эмульсия.

2.2.2 Подбор рецептур сырья.

В ходе ранее проводившейся НИР были использованы отходы предприятия «КАРГИЛЛ»: соапсточные жиры, осадок со станции очистки соапсточных вод, отходы отбеливающей глины, сплав (осадок с фильтра очистки воды с солодовенного производства), кизельгур отработанный, отходы кукурузного экстракта, отходы кукурузного зародыша, мезга сырая (брак), мучка аспирационная (пыль кукурузная), пшеничные отходы (отсорт пшеницы, ячмень 2-го класса (брак)), фильтрат паточного сиропа (промои с пропарки), вода после флотатора на станции пропарки, комбикормовая пыль.

Нами по аналогии были подобраны модельные среды из четырех компонентов: кизельгур, отруби, вода и масло — которые по своим свойствам не будут отличаться от отходов предприятия «КАРГИЛЛ», и могут быть использованы для экспериментов. Для этих компонентов введем специальное обозначение, характеризующее их фазовый состав:

1 — масло;

2 — вода;

3 — твердая легкая фаза (отруби);

4 — твердая тяжелая фаза (кизельгур).

Для более полной картины сырье составляется в нескольких вариантах, с различным процентным содержанием воды, твердой фазы и масла.

Эксперимент проводится с десятью вариантами рецептур. Загружаем первую рецептуру. Определяем вязкость и плотность среды. Включаем перемешивающее устройство. Измеряем давление в каждом образовавшемся слое. Регистрируем выход газа. Выключаем перемешивающее устройство. Таким образом, исследуем все десять рецептур, устанавливая оптимальное соотношение для интенсификации протекания процесса.

Получив данные, мы сможем смоделировать процесс массобмена и на основе полученной модели обосновать уже имеющиеся данные по процессу получения биогаза методом анаэробной биоконверсии.

Процесс переработки многокомпонентного органического сырья сложен и требует тщательного анализа. К каждому комплексу отходов необходим индивидуальный подход и метод подбора рецептур.

В НИР, проводившейся ранее, процесс подбора рецептур осуществлялся в 3 этапа. Проанализируем полученные рецептуры.

Первый этап подбора рецептур.

На первом этапе первоочередной задачей стояла утилизация отходов органического происхождения с целью снижения их опасности для окружающей среды. Что избавляло бы предприятие от затрат на захоронение или утилизацию отходов сторонними организациями. Так же проходила апробация рецептур на предмет выявления компонентов негативно сказывающихся на протекании процесса.

Рисунок. Диаграмма компонентов рецептур на первом этапе Далее представленные диаграммы для большей наглядности будем представлять и в табличном виде.

Таблица 1 — Компоненты рецептур на первом этапе.

На основе таблицы 1 составим модельные среды компонентов сырья на первом этапе. Для этого выясним фазовый состав каждого из компонентов и их процентное соотношение в сырье.

Общая масса сырья на первом этапе:

Мобщ=?Мi, (1).

где Мобщ — общая масса сырья, г;

Мi — масса компонента сырья, г.

Общая масса сырья для модельной среды № 1 (01.11.2010г.) на первом этапе:

г Общая масса сырья для модельной среды № 2 (04.12.2010г.) на первом этапе:

г Общая масса сырья для модельной среды № 3 (23.12.2010г.) на первом этапе:

г Расчет модели № 1.

1. Соапсточные жиры Содержание компонента в сырье К, %:

К=(МiЧ100%)/Мобщ (2).

Содержание соапстока в сырье К, %:

Масса фазового состава в сырье рассчитывается как:

Мj=(МiЧКj)/100%, г, (3).

где Мjмасса фазового состава в сырье, г;

Кjсодержание фазового состава в компоненте, %.

В соапсточных жирах содержание воды — 50%, жиров — 20%, твердого остатка — 30%.

Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание фазового состава в сырье рассчитывается как:

Кi=(МjЧК)/Мi, % (4).

Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

2. Отходы отбеливающей глины.

2.1 Подсолнечник Содержание подсолнечника в сырье К, %:

В подсолнечнике содержание воды — 15%, жиров — 25%, подсолнечника — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса подсолнечника:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание подсолнечника:

Тропик Содержание тропика в сырье К, %:

В тропике содержание воды — 15%, жиров — 25%, тропика — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса тропика:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание тропика:

3. Отход кизельгура Содержание кизельгура в сырье К, %:

В кизельгуре содержание воды — 42,4%, жиров — 13,5%, кизельгура — 44,1%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса кизельгура:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание кизельгура:

4. Пшеничные отходы Содержание пшеничных отходов в сырье К, %:

В пшеничных отходах содержание воды — 13,8%, жиров — 3%, отсорта пшеницы — 83,2%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса отсорта пшеницы:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание отсорта пшеницы:

5. Осадок со ст. оч. ст. вод Содержание осадка со ст. оч. ст. в сырье К, %:

В осадке со ст. оч. ст. вод содержание воды — 92%, жиров — 1%, твердого остатка — 7%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

6. Сплав Содержание сплава в сырье К, %:

В сплаве содержание воды — 50%, частичек ячменных зерен, шелухи — 50%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса частичек ячменных зерен, шелухи:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание частичек ячменных зерен, шелухи:

На основе полученных данных составим таблицу модели № 1.

Таблица 2 — Модель № 1 компонентов сырья на первом этапе.

Расчет модели № 2.

1. Соапсточные жиры Содержание соапстока в сырье К, %:

В соапсточных жирах содержание воды — 50%, жиров — 20%, твердого остатка — 30%.

Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

2. Отходы отбеливающей глины.

2.1 Подсолнечник Содержание подсолнечника в сырье К, %:

В подсолнечнике содержание воды — 15%, жиров — 25%, подсолнечника — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса подсолнечника:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание подсолнечника:

2.2 Тропик Содержание тропика в сырье К, %:

В тропике содержание воды — 15%, жиров — 25%, тропика — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса тропика:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание тропика:

3. Отход кизельгура Содержание кизельгура в сырье К, %:

В кизельгуре содержание воды — 42,4%, жиров — 13,5%, кизельгура — 44,1%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса кизельгура:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание кизельгура:

4. Пшеничные отходы Содержание пшеничных отходов в сырье К, %:

В пшеничных отходах содержание воды — 13,8%, жиров — 3%, отсорта пшеницы — 83,2%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса отсорта пшеницы:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание отсорта пшеницы:

5. Осадок со ст. оч. ст. вод Содержание осадка со ст. оч. ст. в сырье К, %:

В осадке со ст. оч. ст. вод содержание воды — 92%, жиров — 1%, твердого остатка — 7%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

6. Сплав Содержание сплава в сырье К, %:

В сплаве содержание воды — 50%, частичек ячменных зерен, шелухи — 50%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса частичек ячменных зерен, шелухи:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание частичек ячменных зерен, шелухи:

На основе полученных данных составим таблицу модели № 2.

Талица 3 — Модель № 2 компонентов сырья на первом этапе.

Расчет модели № 3.

1. Соапсточные жиры Содержание соапстока в сырье К, %:

В соапсточных жирах содержание воды — 50%, жиров — 20%, твердого остатка — 30%.

Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

2. Отходы отбеливающей глины.

2.1 Подсолнечник Содержание подсолнечника в сырье К, %:

В подсолнечнике содержание воды — 15%, жиров — 25%, подсолнечника — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса подсолнечника:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание подсолнечника:

2.2 Тропик Содержание тропика в сырье К, %:

В тропике содержание воды — 15%, жиров — 25%, тропика — 60%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса тропика:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание тропика:

3. Отход кизельгура Содержание кизельгура в сырье К, %:

В кизельгуре содержание воды — 42,4%, жиров — 13,5%, кизельгура — 44,1%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса кизельгура:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание кизельгура:

4. Пшеничные отходы Содержание пшеничных отходов в сырье К, %:

В пшеничных отходах содержание воды — 13,8%, жиров — 3%, отсорта пшеницы — 83,2%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса отсорта пшеницы:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание отсорта пшеницы:

5. Осадок со ст. оч. ст. вод Содержание осадка со ст. оч. ст. в сырье К, %:

В осадке со ст. оч. ст. вод содержание воды — 92%, жиров — 1%, твердого остатка — 7%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса жиров:

Масса твердого остатка:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание жиров:

Содержание твердого остатка:

6. Сплав Содержание сплава в сырье К, %:

В сплаве содержание воды — 50%, частичек ячменных зерен, шелухи — 50%.

Масса фазового состава в сырье Масса воды:

Масса частичек ячменных зерен, шелухи:

Содержание фазового состава в сырье Содержание воды:

Содержание частичек ячменных зерен, шелухи:

На основе полученных данных составим таблицу модели № 3.

Таблица 4 — Модель № 3 компонентов сырья на первом этапе.

Наиболее удачной на данном этапе являлась рецептура № 2. При ней уровень СЖК был в приделах нормы. Так же по завершению этапа была достигнута главная цель — переработка отходов с целью снижение их экологической. Более того, полученный шлам можно использовать в качестве удобрения благодаря высокой минерализация азота и снижению вредной микрофлоры.

Второй этап подбора рецептур.

На втором этапе целью эксперимента стало получение биогаза и минеральных удобрений. Осуществлялся подбор оптимальных рецептур. Было предположено, что соапсток и кукурузный зародыш негативно влияют не процесс. Они были исключены из рецептур.

Рисунок 6 — Диаграмма компонентов рецептур на втором этапе Таблица 5 — Компоненты рецептур на втором этапе.

На основе таблицы 5 составим модельные среды компонентов сырья на втором этапе. Расчеты проводятся аналогичные, как для первого этапа. Из полученных данных составили таблицы модельных сред (таблицы 6 и 7).

Таблица 6 — Модель № 1 компонентов сырья на втором этапе.

Таблица 7 — Модель № 2 компонентов сырья на втором этапе.

Анализируя результаты второго этапа, было принято решение к третьему вернуть в питающую смесь все компоненты, изменив их пропорции.

Третий этап подбора рецептур.

На третьем этапе главной целью стало получить наибольшее количество биогаза и выход процесса на стационарный режим.

Рисунок. Диаграмма компонентов рецептур на третьем этапе Таблица 8 — Компоненты рецептур на третьем этапе.

На основе таблицы 8 составим модельные среды компонентов сырья на третьем этапе. Расчеты проводятся аналогично первому этапу, а полученные необходимые данные заносятся в таблицы 9−11.

Таблица 9 — Модель № 1 компонентов сырья на третьем этапе.

Таблица 10 — Модель № 2 компонентов сырья на третьем этапе.

Таблица 11 — Модель № 3 компонентов сырья на третьем этапе.

Третий этап был самым удачным. Из всех предложенных рецептур заключительная оказалась самой приемлемой.

Поскольку нас интересует процесс массообмена, то мы выборочно проанализируем модели сырья. По первому этапу проанализируем модель № 2 и модель № 3; по второму этапу — модель № 2; по третьему этапу — модель № 1 и модель № 3.

Первый этап Модель № 2.

Поскольку эксперименты ранее проводившейся НИР проводились с разными массами исходного сырья, то для составления различных комбинаций рецептуры сырья, мы должны перейти к одной массе сырья. За единую массу примем 10 000 г. Следовательно, мы должны сделать пересчет суммарной массы и процентного содержания компонентов сырья для выбранных моделей. Для данной модели пересчет суммарной массы и процентного содержания не требуется.

1. Вода.

1.1 Суммарная масса воды в сырье.

?Мв, где? Мв — суммарная масса воды в сырье, г;

Мiв — масса воды в i-ом компоненте сырья, г.

1.2 Суммарное процентное содержание воды в сырье.

?Кiв, где? Кв — суммарное процентное содержание воды в сырье, %;

Кiв — содержание воды в i-ом компоненте, %.

2. Масло.

2.1 Суммарная масса масла в сырье.

?Мм = ?Мiм, где? Мм — суммарная масса масла в сырье, г;

Мiм — масса масла в i-ом компоненте сырья, %.

2.2 Суммарное процентное содержание масла в сырье.

?Км = ?Кiм, где? Км — суммарное процентное содержание масла в сырье, %;

Кiм — содержание воды в i-ом компоненте, %.

3. Твердая легкая фаза.

3.1 Суммарная масса твердой легкой фазы в сырье.

?Мт.л. = ?Мiт.л.,.

где ?Мт.л. — суммарная масса твердой легкой фазы компонента в сырье, г;

Мiт.л. — масса твердой легкой фазы в i-ом компоненте сырья, %.

3.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

= ?Кiт.л.,.

где ?Кт.л. — суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье, %;

Кiт.л. — содержание твердой легкой фазы в i-ом компоненте, %.

4. Твердая тяжелая фаза.

4.1 Суммарная масса твердой тяжелой фазы в сырье.

?Мт.т. = ?Мiт.т.,.

где ?Мт.т. — суммарная масса твердой тяжелой фазы компонента в сырье, г;

Мiт.т. — масса твердой тяжелой фазы в i-ом компоненте сырья, %.

4.2 Суммарное процентное содержание твердой тяжелой фазы в сырье.

= ?Кiт.т.,.

где ?Кт.т. — суммарное процентное содержание твердой тяжелой фазы в сырье, %;

Кiт.т. — содержание твердой тяжелой фазы в i-ом компоненте, %.

Модель № 3.

Поскольку общая масса сырья модели № 3 составляет 9829 г, то мы будем проводить пересчет суммарной массы и процентного содержания компонентов сырья.

1. Вода.

1.1 Суммарная масса воды в сырье.

1.2 Суммарное процентное содержание воды в сырье.

1.3 Пересчет суммарной массы воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

1.4 Пересчет процентного содержания воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2. Масло.

2.1 Суммарная масса масла в сырье.

2.2 Суммарное процентное содержание масла в сырье.

2.3 Пересчет суммарной массы масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2.4 Пересчет процентного содержания масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3. Твердая легкая фаза.

3.1 Суммарная масса твердой легкой фазы в сырье.

3.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

3.3Пересчет суммарной массы твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3.4 Пересчет процентного содержания твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4. Твердая тяжелая фаза.

4.1 Суммарная масса твердой тяжелой фазы в сырье.

4.2 Суммарное процентное содержание твердой тяжелой фазы в сырье.

4.3 Пересчет суммарной массы твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4.4 Пересчет процентного содержания твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

Второй этап Модель № 2.

Поскольку общая масса сырья модели № 2 составляет 9992 г, то мы будем проводить пересчет суммарной массы и процентного содержания компонентов сырья.

1. Вода.

1.1 Суммарная масса воды в сырье.

1.2 Суммарное процентное содержание воды в сырье.

1.3 Пересчет суммарной массы воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

1.4 Пересчет процентного содержания воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2. Масло.

2.1 Суммарная масса масла в сырье.

2.2 Суммарное процентное содержание масла в сырье.

2.3 Пересчет суммарной массы масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2.4 Пересчет процентного содержания масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3. Твердая легкая фаза.

3.1 Суммарная масса твердой легкой фазы в сырье.

3.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

3.3 Пересчет суммарной массы твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3.4 Пересчет процентного содержания твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4. Твердая тяжелая фаза.

4.1 Суммарная масса твердой тяжелой фазы в сырье.

4.2 Суммарное процентное содержание твердой тяжелой фазы в сырье.

4.3 Пересчет суммарной массы твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4.4 Пересчет процентного содержания твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

Третий этап Модель № 1.

Поскольку общая масса сырья модели № 3 составляет 10 040 г, то мы будем проводить пересчет суммарной массы и процентного содержания компонентов сырья.

1. Вода.

1.1 Суммарная масса воды в сырье.

1.2 Суммарное процентное содержание воды в сырье.

1.3 Пересчет суммарной массы воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

1.4 Пересчет процентного содержания воды в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2. Масло.

2.1 Суммарная масса масла в сырье.

2.2 Суммарное процентное содержание масла в сырье.

2.3 Пересчет суммарной массы масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

2.4 Пересчет процентного содержания масла в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3. Твердая легкая фаза.

3.1 Суммарная масса твердой легкой фазы в сырье.

3.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

3.3 Пересчет суммарной массы твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

3.4 Пересчет процентного содержания твердой легкой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4. Твердая тяжелая фаза.

4.1 Суммарная масса твердой тяжелой фаза в сырье.

4.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

4.3 Пересчет суммарной массы твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

4.4 Пересчет процентного содержания твердой тяжелой фазы в расчете на общую массу сырья в 10 000 г.

Модель № 3.

Для данной модели пересчет суммарной массы и процентного содержания не требуется.

1. Вода.

1.1 Суммарная масса воды в сырье.

1.2 Суммарное процентное содержание воды в сырье.

2. Масло.

2.1 Суммарная масса масла в сырье.

2.2 Суммарное процентное содержание масла в сырье.

3. Твердая легкая фаза.

3.1 Суммарная масса твердой легкой фазы в сырье.

3.2 Суммарное процентное содержание твердой легкой фазы в сырье.

4. Твердая тяжелая фаза.

4.1 Суммарная масса твердой тяжелой фазы в сырье.

4.2 Суммарное процентное содержание твердой тяжелой фазы в сырье На основе полученных данных составим таблицу 12.

Таблица 12. Массовое и процентное содержание различных фаз в модельных средах.

Для проведения экспериментальных исследований процесса массообмена в процессе биосинтеза мы будем использовать:

· в качестве модельной среды для компонента 1 (жиров) — масло с минимальным его содержанием с сырье 3,73% и максимальным — 7,09%;

· для компонента 2 (воды) — воду с минимальным ее содержанием 70,14% и максимальным — 78,62%;

· для компонента 3 (твердый легкий) — отруби с минимальным содержанием 7,54% и максимальным — 14,98%;

· для компонента 4 (твердый тяжелый) — кизельгур с минимальным содержанием 8,46% и максимальным — 12,59%.

Зная максимальное и минимальное содержание веществ с сырье, мы составили таблицу с различными комбинациями процентных содержаний веществ. Опытным путем мы можем узнать, при какой комбинации гидравлическое сопротивление среды наиболее благоприятно для процесса массообмена. Таблица составлена из десяти вариантов рецептур в расчете на 10 кг загрузки сырья, так как в предыдущей НИР загрузка сырья осуществлялась последовательно по 10 кг. В данной НИР мы загружаем сырье в полном объеме. Поскольку экспериментальный биореактор имеет объем 300 л, то требуется пересчет массы всех десяти вариантов таблицы рецептур с учетом настоящего объема.

Расчет массы вариантов рецептур Формула для расчета массы, кг:

где — полезный объем биореактора, м3;

— плотность рецептуры, кг/м3.

Полезный объем биореактора, м3 можно найти по формуле:

где — объем биореактора, м3.

Плотность рецептуры, кг/м3 можем определить по формуле:

где, , , — массовые доли масла, воды, отрубей и кизельгура в смеси;

, , — плотности масла, воды, отрубей и кизельгура, кг/м3.

Подставив значения формул (6.2.2) и (6.2.3) в формулу (6.2.1), получим массу рецептуры. Массу отдельного компонента рецептуры, кг можно определить по формуле:

где — массовая доля i-го компонента.

Поскольку мы имеем десять рецептур, то и расчет проводим десять раз для каждой рецептуры соответственно.

6.2.1 Расчет массы рецептуры № 1.

Найдем полезный объем биореактора по формуле (6.2.2):

Определим плотность рецептуры № 1, используя формулу (6.2.3) и таблицу рецептур:

Подставив полученные значения в формулу (6.2.1), получим массу рецептуры № 1:

Найдем массы отдельных компонентов рецептуры № 1, кг, используя формулу (6.2.4):

— для масла:

— для воды:

— для отрубей:

— для кизельгура:

Аналогичным образом просчитываются остальные варианты рецептур, и данные сводятся в таблицу. Полученную таблицу можно использовать в эксперименте.

2.3 Описание математической модели массообмена процесса анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья и анализ полученных результатов.

биореактор массообмен сырьё органический Рассматривается реактор с рубашкой и мешалкой, внутри которого осуществляется процесс анаэробного сбраживания органической массы (рисунок 1).

Рисунок 1 — Реактор для получения биогаза:

1 — корпус реактора, 2 — рубашка, 3 — мешалка Водный раствор органической массы периодически загружается в реактор с одновременным отводом продуктов разложения. Образующийся биогаз отводится через верхний штуцер. Рабочая среда при работе биогазового реактора расслаивается на три области:

— суспензия, состоящая из твердых частиц органической природы, взвешенных в слое воды;

— светлый слой, состоящий, преимущественно, из воды;

— масляный слой.

После первоначальной загрузки реакционная среда нагревается теплоносителем, циркулирующим в рубашке, до температуры 37оС. При такой температуре процесс анаэробного сбраживания протекает наиболее интенсивно. В результате жизнедеятельности бактерий вырабатывается биогаз, состоящий на 70% из метана и примерно на 30% из углекислого газа с теплотой сгорания примерно 25−29 МДж/нм3. Производительность биореактора при оптимальном режиме составляет 2−7 м3/сутки на 1 м³ реакционной смеси.

Эффективность работы биореактора определяется многими параметрами [13], важнейшими из которых являются температура, интенсивность перемешивания, показатель рН и др.

Субстрат подается в реактор в непрерывном режиме или мелкими порциями, а прореагировавшее сырье выводится из реактора.

Газовые пузыри зарождаются, преимущественно, в нижней части реактора на поверхности твердых органических частиц субстрата и стенках. При достижении радиуса отрыва Rо газовый пузырь отрывается от твердой поверхности и всплывает. По мере движения его радиус увеличивается из-за массообмена с жидкой фазой. Закон изменения радиуса пузыря и скорость всплытия существенно влияют на процессы тепломассообмена и производительность реактора.

Радиус пузыря, при котором происходит его отрыв от твердой поверхности, определяется соотношением [14]:

(5.1.1).

гдекраевой угол в момент отрыва;

у.

сж, сгплотности жидкости и газа.

После отрыва газовый пузырь всплывает. В процессе всплытия количество газа в нем увеличивается пропорционально коэффициенту массоотдачи и площади поверхности газового пузыря.

Закон изменения объема газового пузыря определяется соотношением:

(5.1.2).

в — коэффициент массоотдачи от жидкости;

Rг — газовая постоянная газа;

Т — абсолютная температура;

?Ргперепад парциальных давлений газа;

— плотность газа;

S — площадь поверхности пузыря;

С учетом выражений для объема газового пузыря.

(5.1.3).

и площади его поверхности.

(5.1.4).

из (2.2) получим.

(5.1.5).

Коэффициент массоотдачи к поверхности пузыря определяется уравнением Буссинеска [15].

(5.1.6).

где — число Шервуда;

— число Рейнольдса;

— число Шмидта;

— диаметр пузыря;

D — коэффициент диффузии биогаза в жидкости;

Vп — относительная скорость пузыря в жидкости.

С учетом (5.1.6) преобразуем уравнение (5.1.5) к виду:

где — коэффициент пропорциональности, зависящий от режимных параметров.

Относительная скорость газового пузыря в начальный период движения зависит от его радиуса [15]:

(5.1.8).

При достижении максимальной скорости, скорость газового пузыря остается неизменной независимо от его радиуса R.

(5.1.9).

где.

— коэффициент гидравлического сопротивления газового пузыря.

Из выражения (5.1.7) получим величину радиуса Rж, при котором достигается максимальная относительная скорость пузыря :

. (5.1.10).

С учетом выражений (5.1.8), (5.1.9) интегрируем дифференциальное уравнение (5.1.7):

при R.

(5.1.11).

где ;

при R.

(5.1.12).

— время, за которое газовый пузырь достигает максимальной скорости, находится по формуле:

Коэффициент поверхностного натяжения и кинематической вязкости реакционной смеси определяется соотношением [16]:

(5.1.14).

(5.1.15).

где СВ — доля сухих веществ в сырье, поступающем в реактор в процентах;

Трабсолютная температура в реакторе.

Коэффициент пропорциональности определяется по радиусу газового пузыря на выходе из слоя реакционной массы:

(5.1.16).

откуда следует:

(5.1.17).

Моделирование процессов теплообмена в биогазовом реакторе.

Поскольку теплофизические свойства жидкости в слоях 1,2,3 существенно отличаются, коэффициенты теплопередачи рассчитываются для каждого слоя отдельно, а затем определяется средний коэффициент теплоотдачи.

1 слой Плотность среды:

(5.1.18).

где Ф — объемная доля твердых взвешенных частиц;

— плотность твердых частиц;

— плотность жидкости.

Динамическая вязкость среды [4]:

Теплоемкость и теплопроводность среды:

(5.1.20).

(5.1.21).

Где ст, сжтеплоемкости твердых частиц и жидкости;

лт, лжтеплопроводности твердых частиц и жидкости;

— массовая доля твердых частиц, находится по формуле:

Число Рейнольдса для мешалки:

где — частота вращения мешалки, 1/с;

— диаметр мешалки, м;

— кинематический коэффициент вязкости.

Число Нуссельта:

(5.1.24).

где ;

Коэффициент теплоотдачи:

Аналогично определяются коэффициенты теплоотдачи для слоев 2,3. Критериальная формула для числа Нуссельта в этих случаях имеет вид [14]:

(5.1.26).

где — динамическая вязкость жидкости при температуре стенки.

Средний коэффициент теплоотдачи:

(5.1.27).

Определим закон изменения температуры реакционной смеси от времени из уравнения теплового баланса:

(5.1.28).

где — общая масса реакционной смеси, находится по формуле:

— общий объем реакционной смеси, находится по формуле:

— коэффициент теплопередачи от теплоносителя к реакционной смеси, находится по формуле:

— средняя температура теплоносителя в рубашке;

— начальная температура сырья, подаваемого в реактор;

— температура наружного воздуха.

Разделив (5.1.28) на получим:

(5.1.32).

Где.

(5.1.33).

(5.1.34).

(5.1.35).

. (5.1.36).

Преобразуем (5.1.32) к виду:

(5.1.37).

где (5.1.38).

Интегрируя (5.1.37) по времени при начальном условии.

(5.1.39).

получим:

(5.1.40).

где — температура реакционной смеси, при .

В качестве исходных данных для математической модели берутся значения:

Массовая доля метана в биогазе ;

содержание сухих веществ в жидкости СВ = 10%;

рабочая температура в реакторе ;

;

внутренний диаметр реактора D = 1 м;

высота нижнего слоя жидкости ;

высота среднего слоя жидкости ;

высота верхнего слоя жидкости ;

объемная доля твердых частиц в нижнем слое Ф = 0,34;

плотность твердых частиц 3;

теплоемкость твердых частиц ;

теплопроводность твердых частиц ;

плотность жидкости в среднем слое = 992 кг/м3;

плотность жидкости в верхнем слое 868 кг/м3;

;

;

динамическая вязкость жидкости в верхнем слое Па*с;

теплопроводность жидкости в среднем слое ;

теплопроводность жидкости в верхнем слое ;

частота вращения мешалки 1/с;

диаметр мешалки ;

коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к наружной поверхности реактора Вт/м2*К;

теплопроводность материала стенки реактора 16 ;

толщина стенки реактора м;

теплоемкость сырья 3700;

расход сырья = 10−3 кг/с;

интенсивность внутренних тепловыделений Вт/м3;

коэффициент теплопередачи от теплоносителя через рубашку к окружающей среде 2*К;

диаметр рубашки средняя температура теплоносителя в рубашке ;

= 10;

начальная температура сырья на входе в реактор = 20;

начальная температура реактора с сырьем = 20 ;

коэффициент гидравлического сопротивления пузыря .

Расчеты выполняются в следующей последовательности.

1. Определяются молярная масса и плотность газовой смеси:

(5.1.41).

где , — молярные массы газов.

где P — давление в реакторе ;

— универсальная газовая постоянная;

— абсолютная температура в реакторе.

2. По формулам (5.1.14), (5.1.15) определяются коэффициенты поверхностного натяжения и кинематической вязкости.

3. Плотность среды в нижнем слое — по (5.1.18).

4. Динамическая вязкость жидкости во втором слое:

5. Динамическая вязкость жидкости в первом слое — по (5.1.19).

6. Кинематические вязкости:

В нижнем слое В среднем слое В верхнем слое.

7. Радиус отрыва пузырей — по формулам (5.1.1).

8. Газовыделение реактора:

где — общая высота слоя.

9. Частота выхода газовых пузырей из слоя:

10. Скорость всплывания газового пузыря — по (5.1.8), (5.1.9).

Относительная скорость газового пузыря.

11. Радиус пузыря, соответствующий максимальной скорости всплывания — по (5.1.10).

12. По формуле (5.1.23) определяется число Рейнольдса для нижнего слоя.

13. Число Прандтля определяется по формуле:

(5.1.46).

Где теплоемкость и теплопроводность среды определяются по формулам (5.1.20) и (5.1.21).

14. Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для нижнего слоя — по (5.1.24), (5.1.25).

15. По формуле (5.1.23) определяется число Рейнольдса для среднего слоя.

16. Число Прандтля определяется по формуле (5.1.46).

17. Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для среднего слоя — по формулам (5.1.26) и (5.1.25).

18. По формуле (5.1.23) определяется число Рейнольдса для верхнего слоя.

19. Число Прандтля определяется по формуле (5.1.46).

20. Число Нуссельта и коэффициент теплоотдачи для верхнего слоя — по формулам (5.1.26) и (5.1.25).

21. Средний коэффициент теплоотдачи — по формуле (5.1.27).

22. Зависимость рассчитывается по формуле (5.1.40). Для этого необходимо посчитать значения, по формулам (5.1.33) и (5.1.34), а так же найти значение .

Где значения коэффициента теплопередачи от теплоносителя к реакционной смеси, общей массы реакционной смеси определяются по формулам (5.1.29) и (5.1.31).

Средняя теплоемкость реакционной смеси определяется по формуле:

Значение найдем по формуле (5.1.38). Для этого предварительно найдем значения и по формулам (5.1.35) и (5.1.36).

Где общий объем реакционной смеси найдем по формуле (5.1.30):

Рис. 5.1. Зависимость радиуса газового пузыря от координаты z.

Рис. 5.2. Зависимость температуры реакционной смеси от времени Газовый пузырь быстро, за время достигает радиуса и дальше всплывает с постоянной скоростью (рис. 5.1).

Необходимо поддерживать мягкий режим нагревания или охлаждения реакционной смеси, поскольку резкие процессы нагревания-охлаждения неблагоприятно сказываются на жизнеспособности бактерий.

На рисунок 5.3, 5.4 показано влияние числа оборотов и температура теплоносителя на характер зависимости температуры среды от времени.

Уменьшение частоты вращения мешалки в 2 раза (до 0,1 1/с) приводит к увеличению времени нагревания реакционной смеси до 40 °C с 4400 до 5100 с. (Рисунок). Увеличение температур теплоносителя с 40 до 60 °C уменьшает необходимое время нагревания реакционной смеси до 1200 с (Рисунок).

РисунокЗависимость температуры реакционной смеси от времени при n=1 1/с РисунокЗависимость температуры реакционной смеси от времени при nм=1 1/с и tтн=60 0С На рисунке показано влияние средней температуры теплоносителя на необходимое время разогрева реактора.

Рисунок — Зависимость времени нагревания реакционной смеси от температуры теплоносителя Таким образом, разработанная программа позволяет смоделировать температурный режим реактора и разработать рекомендации по оптимальным величинам основных параметров процесса.

2.4 Выработка рекомендаций по результатам исследований.

Существуют определенные требования к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и воду. Необходимо, чтобы среда без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, ПАВ, антибиотиков.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе сбраживания жидкость в реакторе имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части реактора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать. Отбора проб на анализ так же рекомендуется производить из центральной части реактора по высоте. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы. Для перемешивающего устройства должен быть реализован контроль скорости вращения.

4 Расчетная часть.

Экспериментальная установка предназначена для получения биотоплива из органических отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях. Нами так же был разработан промышленный образец установки, расчет которого приведен ниже.

4.1 Расчет мощности привода.

Рисунок 10. Силы взаимодействия между мешалкой и средой Рассмотрим силы, действующие между витком мешалки и средой. При перемешивании среда, равномерно вращаясь под действием окружной силы, приложенной по касательной к окружности среднего диаметра витка, перемещается вдоль оси мешалки под действием осевой силы F. Развернем виток мешалки в наклонную плоскость, а среду представим в виде ползуна. При равномерном перемещении по наклонной плоскости ползун находится в равновесии под действием системы сил F, Fnи Fтр, из которых Fn — нормальная реакция наклонной плоскости, Fтр = fFn — сила трения. Результирующая сила R отклонена от силы Fn на угол трения .

Определим осевую силу F, Н:

(4.1.1).

где — сила поступательного давления большого витка, Н;

— сила поступательного давления малого витка, Н;

— сила тяжести, Н.

Силу поступательного давления большого витка найдем по формуле:

(4.1.2).

где P — величина давления, Па;

S1 — площадь давления большого витка мешалки, м2.

Величина давления определяется как:

(4.1.3).

где — плотность смесикг/м3;

— средняя высота мешалки из условия, что давление будет определяться как средняя величина воздействия витков на биомассу (давление распределяется по закону треугольника — возрастает линейно по высоте), м.

Площадь давления большого витка мешалки можно найти по формуле:

(4.1.4).

где L — длина витка мешалки, м;

b — ширина витка мешалки, м.

Длина большого витка мешалки находится по формуле:

(4.1.5).

где — количество витков;

— радиус витка, м;

— ход витка, м.

Подставив значение формулы (4.1.5) в формулу (4.1.4) получим:

Зная значение выражения (4.1.4), можем найти силу поступательного давления большого витка из формулы (4.1.2).

Найдем угол подъема витка Ш, т. е. угол, образованный разверткой винтовой линии по среднему диаметру витка и плоскостью, перпендикулярной оси вала мешалки.

(4.1.6).

Откуда.

— угол трения.

— диаметр большого витка мешалки, м.

Аналогично проведем расчет для малого витка.

Откуда.

Длина малого витка мешалки находится по формуле:

(4.1.7).

Силу поступательного давления малого витка найдем по формуле:

(4.1.8).

(4.1.9).

где — сила тяжести большого витка, Н;

— сила тяжести малого витка, Н;

— сила тяжести вала, Н.

, (4.1.10).

где — ширина большого витка, м;

— толщина витка, м;

— плотность материала витка, кг/м3.

Аналогично проведем расчет силы тяжести малого витка.

(4.1.11).

где — радиус вала, м;

— длина вала, м;

— плотность материала вала, кг/м3.

Найдем окружную силу, Н.

(4.1.12).

Определим требуемый момент М,.

(4.1.13).

Найдем угловую скорость ,.

(4.1.14).

Определим требуемую мощность, Вт.

(4.1.15).

Найдем установленную мощность привода.

(4.1.16).

С учетом сил трения в подшипниках принимаем. Выбираем двигатель АИР160S4 мощностью .

Передаточное отношение найдем из выражения:

(4.1.17).

где — число оборотов мешалки, об/мин;

— синхронная частота вращения, об/мин.

Зная передаточное число, подберем редуктор червячный одноступенчатый типа Ч-100.

4.2 Прочностной расчет.

Целью данного расчета является проектирование биореактора. Для решения поставленной цели, необходимо решить ряд задач: рассчитать цилиндрическую обечайку, рубашку, плоские днище и крышку корпуса на внутреннее и внешнее избыточное давление.

Аппарат предназначен для анаэробного сбраживания органических отходов, имеет сварной корпус, плоские круглые днище и крышку. Корпус соединен с крышкой с помощью фланцев. Также имеет наружную рубашку, состоящую из цилиндрического корпуса. Внутри аппарата находится биомасса. В рубашке теплоноситель с температурой 40 °C.

Исходя из технологического задания, руководствуясь экономичными факторами и технической целесообразностью, выбираем для элементов аппарата, непосредственно контактирующих со средой, материал 08Х18Н10Т с величиной допускаемого напряжения [у]=140 МПа при 20? С.

4.2.1 Определение геометрических параметров аппарата.

По выбранному базовому диаметру аппарата D= 2,6 м выбираем по ГОСТ 12 623–78 плоские круглые днище и крышку с размерами:

D = 2,6 м — внутренний диаметр плоских днища и крышки;

Vд=0,317 м3- вместимость днища;

Fд = 5,69 м2 — площадь днища.

Рассчитываем объем обечайки.

Vоб=Vап = 20 м³ (5.3.1).

где Vапп — объем всего аппарата, м3.

Диаметр рубашки:

(5.3.2).

где Dвнвнутренний диаметр аппарата, м Высоту обечайки рассчитываем по формуле:

(5.3.3).

Тогда.

(5.3.4).

где — расстояние от кромки обечайки до уровня биомассы, м;

0,1м — рубашка должна быть ниже 50−100 мм уровня биомассы;

0,3м — рубашка от фланца, либо от шва должна быть не менее 100 мм.

(5.3.5).

где — высота биомассы.

По исходным данным из таблиц были выбраны материалы для корпуса аппарата — сталь 0Х18Н10Т — и рубашки — сталь ВСт3.

4.2.2 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного внутреннего давления.

Рисунок 11. Схема для расчета обечайки аппарата на внутреннее избыточное давление Определяем толщину стенки из условия:

(5.3.6).

где R-расчетная толщина стенки, м;

cприбавка к расчетной толщине, м.

(5.3.7).

где pRрасчетное давление, МПа;

Dвнутренний диаметр аппарата, м;

цкоэффициент сварного шва, ц =1, так как обечайка сваривается автоматической сваркой.

Так как внутри аппарата находится жидкость, следовательно, расчетное давление определяем:

(5.3.8).

где гидр — гидростатическое давление, МПа;

(5.3.9).

где с — плотность биомассы, с=633;

g — ускорение сил тяжести, g=9,81.

— высота биомассы в аппарате, м.

Учитываем гидростатическое давление, т. к. оно составляет более 5% от внутреннего давления.

Прибавка к расчетной толщине:

с = с1 + с2 + с3, (5.3.10).

где с1 — прибавка на коррозию, м с1 = n.=1.10−3 м (5.3.11).

где n=0,1.10−3 м/год — величина коррозии в год;

ф=12 лет — время эксплуатации аппарата.

с2 — прибавка на эрозию, м с2 =10.10−3м — поскольку в аппарате находится абразивная среда;

с3 — минусовой допуск на материал, м. Значения минусового допуска определяем по в зависимости от толщины стенки.

с3=0,22.10−3 м Подставив цифровые значения, получим:

с =1.10−3 +10.10−3+0,22 =11,2210−3 м.

Подставим полученное значение в формулу (5.3.6):

1,3· 10−3+ 11,22· 10−3 = 12,52· 10−3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки.

=14.10−3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле:

[р]=МПа, (5.3.12).

где — толщина стенки из стандартного ряда, м;

с — сумма всех прибавок, м.

При этом должно выполняться условие прочности:

0,5 МПа > 0,24 МПа — условие выполнено.

На этом расчет обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, заканчиваем. Предварительно без учёта наружного давления, принимаем толщину стенки обечайки s =14.10−3 м.

4.2.3 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного наружного давления.

Рисунок 12. Схема для расчета обечайки аппарата на внешнее избыточное давление Определим толщину стенки обечайки S, м, нагруженной наружным давлением по формуле (5.3.6) и формуле:

R = max {K2· Dвн · 10−2; }, (5.3.13).

где K2 — коэффициент определяемый по рис. 6.3. в зависимости от коэффициентов K1 и K3. Их определим по зависимостям (5.3.14) и (5.3.15):

где (5.3.14).

где — коэффициент запаса устойчивости, =2,4;

Eмодуль продольной упругости, (с. 14 [19]);

(5.3.15).

где — расчетная длина обечайки, м.

При определении расчетной длины обечайки используем конструктивные схемы (с. 101 [19]).

Тогда.

По расчетной номограмме на рис. 6.3 принимаем К2 = 0,71. Полученное значение подставляем в формулу (5.3.13):

Принимаем максимальное из значений sR= 12· 10 м.

По табл. 2.15 для стали марки 0Х18Н10Т с расчетной толщиной стенки 12.10−3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10): с =11,8.10−3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки.

= 24· 10 м.

Выбираем допускаемое давление по формуле:

(5.3.16).

где — допускаемое давление из условия прочности, МПа. Определяется по формуле (5.3.17);

— допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, МПа. Определяется по формуле (5.3.18).

[р]Р=, МПа (5.3.17).

.

[р]Е=,(5.3.18).

где, (5.3.19).

.

.

Принимаем минимальное из значений В1=1,0. Подставим полученное значение в формулу (5.3.18):

Тогда:

Подставим полученные значения в уравнение (5.3.16) и проверим выполнение условия:

Проверяем условия >pR: 0,24 МПа 0,25МПа — условие не выполнено.

Увеличим толщину стенки обечайки до=, тогда.

0,35 МПа 0,25МПа — условие выполняется, следовательно, толщина стенки выбрана правильно = .

Были произведены расчеты толщины стенки обечайки при действии внутреннего и избыточного наружного давления. По результатам расчетов видно, что при действии наружного давления требуется большая толщина стенки. В дальнейших расчетах и при конструировании будем использовать S= .

4.2.4 Расчет рубашки при действии избыточного внутреннего давления.

Рисунок 13. Схема для расчета рубашки под действием избыточного внутреннего давления Толщина стенки определяется по формуле (5.3.6):

sR+ c.

По формуле (5.3.7):

pR — расчетное внутреннее избыточное давление, МПа.

pR=0,25 МПа Находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10):

с = 11,22· 10−3 м Подставим полученные значения:

s=1,15· 10−3 + 11,22· 10−3 = 13,37· 10−3 м По сортаменту принимаем толщину стенки рубашки S =14.10−3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле (5.3.12):

При этом должно выполняться условие прочности: >pR ,.

0,46 МПа > 0,25 МПа — условие выполнено.

На этом расчет рубашки, нагруженной внутренним избыточным давлением заканчиваем. Предварительно без учёта наружного давления, принимаем толщину стенки рубашки s =14.10−3 м.

4.2.5 Расчет рубашки при действии избыточного наружного давления.

Рисунок 14. Схема для расчета рубашки под действием избыточного наружного давления Определим толщину стенки рубашки S, м, нагруженной наружным давлением по формуле (5.3.13):

Выбираем.

Находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10): с = 11,8.10−3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки обечайки s = 22.10−3 м.

Допускаемое давление из условия прочности и устойчивости, МПа. Определяются по формулам (5.3.17) и (5.3.18):

.

где В1 определяется по формуле (5.3.19).

Выбираем В1 = 1.

Определяем допускаемое давление по формуле (5.3.16):

После определения и расчёта толщины стенки аппарата, стенку аппарата проверяют на допускаемое давление [p] >pR: 0,14 МПа > 0,1 МПа — условие выполняется, следовательно, s=.

Были произведены расчеты толщины стенки рубашки при действии внутреннего и избыточного наружного давления. По результатам расчетов видно, что при действии наружного давления требуется большая толщина стенки. В дальнейших расчетах и при конструировании будем использовать s=.

4.2.6 Расчет плоского круглого днища при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления.

Рисунок 15. Схема для расчета плоской крышки аппарата Толщина днища или крышки рассчитывается по формуле:

(5.3.20).

где — значение коэффициента зависит от конструкции днищ и крышек и определяется по табл. 7.15[7];

K0 — коэффициент ослабления днища или крышки отверстиями, если отверстие отсутствует, то:

(5.3.21).

— расчетный диаметр днища таврового соединения.

Находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10):

с = 12,2· 10−3 м.

S1 = 42 · 10−3 + 12,2· 10−3 = 54,2· 10−3 м По сортаменту принимаем толщину крышки S = 56.10−3 м.

Толщина днища толщины сопрягаемой с ней обечайки.

Определяем допускаемое давление по формуле:

При этом должно выполняться условие [p]? PR: 0,26? 0,24 МПа — условие выполнено.

На этом расчет толщины днища заканчиваем. Принимаем толщину днища S1=56.10−3 м.

4.2.6 Расчет плоского круглой крышки при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления.

Рисунок 16. Схема для расчета плоской крышки аппарата Толщина днища или крышки рассчитывается по формуле:

(5.3.20).

где — значение коэффициента зависит от конструкции днищ и крышек и определяется по табл. 7.15[7];

K0 — коэффициент ослабления днища или крышки отверстиями, при наличии нескольких отверстий определяется по формуле:

(5.3.23).

где — расчетный диаметр днища таврового соединения;

— диаметр отверстия.

Расчетное давление определяется по формуле:

Находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10):

с = 2,2· 10−3 м.

S1 = 47 · 10−3 + 2,2· 10−3 = 49,2· 10−3 м По сортаменту принимаем толщину крышки S = 50.10−3 м.

Толщина крышки толщины сопрягаемой с ней обечайки.

Определяем допускаемое давление по формуле (5.3.22):

При этом должно выполняться условие [p]? PR: 0,23? 0,22 МПа — условие выполнено.

На этом расчет толщины крышки заканчиваем. Принимаем толщину крышки S1=50.10−3 м.

5. Безопасность при выполнении НИР.

5.1 Безопасность при работе в лаборатории.

Исследовательская часть дипломной работы проводилась в лаборатории кафедры МАХП ВГУИТ. При работе в лаборатории могут действовать различные опасные и вредные производственные факторы (ОВПР).

5.1.1 Физические ОВПР.

Факторы физической опасности являются наиболее распространенными и характерными для любого рабочего места в лаборатории. Существенное влияние на тепловое самочувствие исследователя оказывают микроклиматические условия. В лабораторном помещении необходимо поддерживать оптимальные параметры микроклимата СанПиН 2.2.4.548−96. Характеристика параметров микроклимата представлена в таблице 1. [Производственная безопасность пищевых предприятий].

Таблица 1 — Микроклиматические условия в лаборатории.

Правильная ориентация систем вентиляции обеспечивает нормальные микроклиматические условия и чистоту воздуха на рабочих местах. Лаборатория оснащена смешанной системой вентиляции. Искусственная вентиляция представляет собой вытяжную вентиляцию. Естественная вентиляция в лаборатории осуществляется через форточки. Отопление помещений в зимний период осуществляется через центральную отопительную систему.

Одним из важнейших элементов благоприятных условий труда является рациональное освещение помещений и рабочих мест. От степени освещенности напрямую зависит не только здоровье глаз и работоспособность человека, но еще и его физическое и психоэмоциональное состояние.

Исследовательские работы, проводимые в лаборатории, можно отнести к 3 разряду зрительных работ.

В лаборатории используют естественное и искусственное освещение. Для защиты от слепящего действия прямых солнечных лучей используют шторы.

В лаборатории используется общее равномерное освещение люминесцентными лампами. Характеристика освещения рабочего места (СНиП 23−05−95) представлена в таблице 2.

Таблица 2 — Характеристика освещения рабочего места.

Исследовательская работа в лаборатории проводилась на установке с мешалкой и ультразвуковым генератором, работа которой сопровождается шумом и незначительной вибрацией. Так же при включении общей вытяжной вентиляции наблюдается шум. Шум, исходящий от установки вызван работой электродвигателя и генератора ультразвука. Шум может привести к снижению работоспособности, в первую очередь умственной, так как уменьшается концентрация внимания, увеличивается число ошибок, развивается утомление. Такое состояние неблагоприятно отражается на сердечно-сосудистой системе: изменяется частота сердечных сокращений, повышается или понижается артериальное давление и др.

Шум, возникающий при работе установки и включении общей вентиляции в лаборатории, находится на уровне 75−85 дБА. В лаборатории уровень шума не должен быть более 70 дБА (СНиП 23−03−2003). В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется использовать ушные вкладыши. Снижение на 5−20 дБА. Так же к мероприятиям по снижению шума применяются средства коллективной защиты, например, использование средств звукопоглощения.

Ультразвук, при высоких мощностях, (производственных) негативно влияет на здоровье и самочувствие человека: повышение температуры, головная боль, онемение и покалывание конечностей, плохое самочувствие. При длительном и интенсивном воздействии ультразвук может вызвать разрушение клеток тканей.

Установлены допустимые уровни звукового давления на рабочих местах (СанПиН 2.2.4/2.1.8.582−96). В лаборатории, при работе оборудования уровень ультразвука составлял 20 кГц, что не превышает предельно допустимых — таблица 3.

Таблица 3- Предельно допустимые уровни ультразвука для работающих [Производственная безопасность пищевых предприятий].

Помещение лаборатории, согласно ГОСТ 12.1.038−82 относится ко второй категории по степени опасности поражения людей электрическим током, то есть к помещениям с повышенной опасностью. Электрические сети лаборатории работают под напряжением 220 В и 380 В. Источником электротравматизма может являться различное электрооборудование: сушильный шкаф, влагомер, весы технические и аналитические, магнитная мешалка.

Электрический ток является одним из наиболее опасных и вредных производственных факторов: он может вызвать местные поражения тканей и органов, судорожное сокращение мышц, нарушение сердечной деятельности и дыхания, потерю сознания, клиническую смерть и даже летальный исход. Мероприятия по защите от электрического тока приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Основные мероприятия по защите от воздействия электрического тока [Производственная безопасность пищевых предприятий].

В лаборатории так же установлен компьютер. Неправильная организация труда за компьютером может навредить здоровью: нарушение зрения и внимания, расстройство нервной системы, заболевания опорно-двигательного аппарата, кистей рук и т. д. Условия работы на рабочем месте с компьютером должны соответствовать СанПиН 2.2.2/2.4.1340−03.

5.1.2 Психофизиологические ОВПР.

Одним из условий рациональной организации рабочего места является предупреждение или снижение преждевременного утомления работающего человека, предотвращение у него психофизиологического стресса, появления ошибочных действий. Для психологической разгрузки предусмотрена специальная комната. Более конкретные меры будут зависеть от количества и уровней психофизических факторов на конкретном рабочем месте, в данном случае в лаборатории кафедры. Так же в течении рабочего времени рекомендуется изменение рабочей позы в процессе работы, непрерывная работа должна составлять не более 1 часа. Организация труда и его безопасность должна строиться на основе учета закономерностей не только физиологических, но и психологических реакций работающего на те или иные условия окружающей его среды.

5.2 Пожарная безопасность в лаборатории.

В соответствии со СНиП 21−01−97 с изм. 2002 должны быть предусмотрены конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие пожарную безопасность. В соответствии с НПБ 105−03 помещение относится к категории В — пожароопасное.

Пожар в лаборатории так же может возникнуть при эксплуатации ЭВМ и другого оборудования, возможны возникновения короткого замыкания, перегрузки, перенапряжение. При возникновении аварийных ситуаций происходит резкое выделение тепловой энергии, которая может явиться причиной возникновения пожара. Тушить такие установки необходимо пенными огнетушителями. В помещении, где установлен компьютер, должна быть обеспечена пожарная безопасность в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004−91.

В целях обеспечения безопасной работы в учебной лаборатории выполняются следующие мероприятия: разработана инструкция по технике безопасности, установлен железный ящик для легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), обеспечивается очистка, обезвреживание и улавливание вредных выбросов, отходов и отбросов в атмосферный воздух, воду и почву. Отходы химических реактивов выносятся на склад.

В целях пожарной безопасности у входа в лабораторию установлен ящик с песком и имеется огнетушители ОП-1,ОУ-2 для тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и газов, различных растворителей и других сгораемых материалов, а также асбестовые одеяла, прилагается противогаз марки «Б».

5.3 Первая медицинская помощь.

Основной целью в оказании первой медицинской помощи является умение оказать помощь человеку, получившему травму или страдающему от внезапного приступа заболевания, до момента прибытия квалифицированной медицинской помощи.

ПМП при порезах. Промыть рану антисептическим средством (например, спиртовой раствор йода или раствор перекиси водорода) или водой с мылом. Для очистки загрязненных ран использовать чистую салфетку или стерильный тампон. Очистку раны начинать с середины, двигаясь к ее краям. Наложить небольшую повязку.

ПМП при кровотечении. Наложить давящую повязку, для чего полностью забинтовать поврежденное место, накладывая бинт спирально. При наложении повязки на руку или ногу, оставлять пальцы открытыми: по пальцам можно определить, не туго ли наложена повязка — если пальцы начинают холодеть, неметь или изменять цвет, слегка ослабить повязку.

Наложение жгута является эффективным способом полной остановки артериального кровотечения. Жгут накладывается на конечность выше поврежденной части примерно на 5 см. В качестве жгута можно использовать широкую полосу материи. Завяжите жгут на один узел совершенно свободно. Затем в петлю вставьте какую-нибудь палку или дощечку, или ножницы и закрутите повязку до необходимой степени, пока кровотечение не прекратится. Зафиксируйте предмет (палку, дощечку) двойным узлом. Запомните время наложения жгута — нельзя оставлять жгут более двух часов ввиду опасности омертвления конечности.

ПМП при ожогах. Необходимо осторожно удалить одежду с поврежденной поверхности тела. Ожоговую поверхность необходимо охладить холодной водой. После охлаждения накройте пораженную область чистой влажной салфеткой, чтобы предотвратить попадание инфекции и облегчить боль. Волдыри не прокалывать.

7.

7. Технико-экономические расчеты.

7.1 Бизнес-план.

Резюме ООО «Партнер» специализируется на оказании инженерных услуг для предприятий различных отраслей промышленности. Целью организации является: проведение локальных и комплексных работ по разработке новых технологий, проектированию, изготовлению и поставке нового оборудования для предприятий различных отраслей промышленности; деятельность по проведению экспертиз существующего и разрабатываемого оборудования, подбор необходимого оборудования для как вновь организованных, так и для действующих производств, включая поставку оборудования, техническое сопровождение (надзор) при запуске в эксплуатацию; активное участие в проведении научно-исследовательских работ в области инновационных и наукоемких технологий и оборудования.

ООО «Партнер» инициирует старт проекта по организации серийного производства оборудования для получения биотоплива на арендуемых площадях в г. Воронеж.

Данное оборудование предназначено для получения биотоплива и минеральных удобрений из многокомпонентных органических отходов методом анаэробного сбраживания. Разработанная нами технология уникальна тем, что позволяет утилизировать комплекс отходов пищевой и кормовой промышленности в пропорциях производства разные по дисперсному составу и агрегатному состоянию.

Ввиду уникальности оборудования, в настоящее время конкурентов, предлагающих подобную продукцию на внутреннем и внешнем рынке нет.

Основным предполагаемым рынком сбыта будут являться предприятия пищевой и кормовой промышленности, а так же фермерские хозяйства и сельскохозяйственные угодья.

Организация провела необходимые испытания продукции и готова к производству. Проведение дополнительных исследований не требуются.

В настоящем бизнес-плане рассматривается производство оборудования для получения биотоплива и минеральных удобрений из многокомпонентных органических отходов методом анаэробного сбраживания. Из финансовых прогнозов следует, что проект окупится через 0,4 года начала реализации проекта.

Характеристика оборудования.

Разработка промышленных образцов установки для переработки и утилизации отходов животноводства, растениеводства, пищевой (кормовой) промышленности и канализационных стоков с получением биотоплива и минеральных удобрений на собственном энергообеспечении обеспечивают:

— эффективную утилизацию отходов пищевых и кормовых производств;

— снижение уровня загрязнения окружающей среды и повышение степени экологической безопасности;

— потенциальную экономию расхода традиционных видов топлива (газ, мазут, бензин и др.);

— потенциальное снижение себестоимости продукции и как следствие рост эффективности промышленного производства и соответствующих ему макроэкономических показателей;

— высокий потенциал готовности к транспортировке и использованию конечного продукта;

— интенсификацию спроса на биотопливо в непромышленных секторах экономики;

— рост потенциала возобновления используемых видов топлива;

— апробированную базу для создания серийного производства биоэнергетических установок.

Развитие биогазовой энергетики способно принести существенные экономические выгоды всем заинтересованным участникам сельскохозяйственного и энергетического рынков:

— для инвестора — при условии комплексного использования продукции биогазовой станции, срок окупаемости таких проектов составляет порядка 0,5 года;

— для фермеров и сельскохозяйственных организаций — сокращение издержек за счет покупки дешевого биошлама, а так же возможность существования на собственном энергообеспечении;

— для промышленных предприятий — снижение экологических платежей, собственная генерация электроэнергии и тепла.

Внедрение биоэнергетических проектов позволит:

— для государства — снижение нагрузки на региональный и муниципальный бюджеты, увеличение налоговой базы за счет развития сельскохозяйственных предприятий;

— для российской энергетики — оптимизация энергетического баланса, высвобождение дополнительных объемов природного газа для экспорта на европейские рынки, где цены выше, снижение нагрузки на сети и генерирующие мощности, снижение затрат на развитие и ремонт сетевого хозяйства.

Обоснование рынков сбыта.

86% потребляемой в мире энергии получено из традиционных источников (нефть, газ, уголь). Доля возобновляемых источников в мировом энергопотреблении — менее 9%. С точки зрения динамики и объемов потребления основными сегментами мирового рынка альтернативной энергетики являются биотопливо (биоэтанол и биодизель), солнечная и ветряная энергетика.

Рынок биогаза на сегодняшний момент наиболее развит в Европе, что объясняется тем, что именно развитые страны ЕС первыми внедрили программы перехода к альтернативным источникам энергии и планомерно поддерживали инициативы, направленные на внедрение новых технологий.

В настоящее время европейский рынок биогазовых установок оценивается в 2 млрд долларов, по прогнозам он должен вырасти до 25 млрд к 2020 году.

В европейской практике 75% биогаза производится из отходов сельского хозяйства, 17% - из органических отходов частных домохозяйств и предприятий, еще 8% - канализации (установка в канализационно-очистных сооружениях).

Сегодня первое место по количеству действующих биогазовых заводов принадлежит Германии — в 2010 году их насчитывается более 9 000. Только 7% производимого данными предприятиями биогаза поступает в газопроводы, остальное — используется для нужд производителя. В перспективе 10−20% используемого в стране натурального газа может быть заменено биогазом.

С точки зрения масштабов применения биогаза лидирует Дания: данный вид топлива обеспечивает почти 20% энергопотребления страны.

Среди других европейских стран с высокими темпами развития рынка биогаза стоит выделить Великобританию, Швецию, Норвегию, Италию, Францию, Испанию, Польшу и Украину.

Рынок биогаза в США развивается значительно медленнее, чем в Европе. Например, несмотря на наличие большого числа ферм, на территории страны действует всего около 200 биогазовых заводов, работающих на сельскохозяйственных отходов.

При этом в США довольно высокий уровень утилизации биогаза свалок — около 50%, биогаза канализационных стоков — около 10%.

Рынок биогаза в Азии характеризуется меньшими масштабами проектов (в основном, мини-установки для индивидуального использования: для получения газа для приготовления пищи и реже обогрева одного домохозяйства) и меньшей технологичностью используемого оборудования. Тем не менее, темпы роста индустрии в Китае, Индии, Непале, Вьетнаме, некоторых африканских странах впечатляют.

Основной объем биогаза в Азии и Африки подучают из пищевых отходов и отходов жизнедеятельности человека (канализация).

Лидером по использованию биогаза среди развивающихся стран является Китай, где на постоянной основе работает более 20 млн биогазовых установок, размещенных на свалках и канализациях. Весь выработанный газ идет на частное применение, не ведется работ по подключению малых установок к газопроводу. При сохранении текущих темпов роста биогазовой индустрии (а это практически ежегодное удвоение рынка), Китай выйдет в мировые лидеры уже к 2020 году.

В африканских странах сегодня работает 2 млн биогазовых предприятий, которые обеспечивают газом около 10 млн человек. 80% твердого остатка, образуемого в результате работы установок идет на удобрения. По расчетам экспертов, емкость биогазового рынка в Африке — 20 млн установок.

В Непале используются свыше 150 тыс. биогазовых установок, во Вьетнаме — 25 тыс. В программах данных стран внедрение около 2 млн установок к 2020 году.

Российский рынок биогаза.

На фоне того, как большинство стран мира обратило свое внимание на развитие альтернативной энергетики, Россия, напротив, продолжает наращивать темпы добычи и экспорта традиционного топлива. В структуре топливно-энергетического баланса страны ведущая роль принадлежит таким энергоресурсам, как газ (53% совокупного потребления энергии) и нефть (18,9%). Кроме того, около 18% энергобаланса приходится на долю твердого топлива (угля и пр.). Нетопливные источники энергии занимают только 10,4% спроса.

Из 1066,7 млрд кВт-ч выработанной электроэнергии в 2009 году:

· более 68% произведено тепловыми станциями;

· около 15−16% - гидроэлектростанциями;

· около 17% - атомными станциями.

С использованием возобновляемых источников энергии в России ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд кВт-ч электрической энергии (без учета гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт), что составляет менее 1% совокупного объема.

Общая мощность электрогенерирующих установок и электростанций, использующих возобновляемые источники энергии, не превышает 2200 МВт. Основной вклад в производство электроэнергии вносят тепловые электростанции на биомассе (62%) и малые гидроэлектростанции.

Российские электростанции на биомассе в качестве топлива используют древесину, растительные отходы, торфяные брикеты.

На биогазе работают, главным образом, тепловые станции: на них приходится 3% выработки тепловой энергии в России на базе возобновляемых источников, что эквивалентно 1,8 млн Гкал тепла.

Выбранный сегмент рынка, его объем и динамика, целевая группа потребителей.

Развитию рынка биогаза, а также прочих видов альтернативной энергии, в России препятствуют низкие тарифы на газ и энергию, отсутствие современной системы управления отходами и государственной поддержки, низкая экологическая сознательность населения и предпринимателей.

Тем не существуют и положительные моменты, которые в будущем должны способствовать росту производства и потребления биогаза.

Можно выделить ряд предпосылок для развития рынка биогаза в нашей стране.

1. Истощение запасов традиционных нефти и газа и возникающий дефицит газа, увеличение стоимости разработки оставшихся месторождений, повышение тарифов на газ и электроэнергию.

Данная тенденция является общемировой, но в России проявилась относительно недавно. Сегодня можно наблюдать ежегодный рост тарифов на газ на ~ 25%, на электроэнергию от 10 до 15%. В ближайшие 5−6 лет Россия по величине цен на энергоресурсы приблизится к уровню европейских стран, что, при отсутствии культуры эффективного использования со стороны населения и недостаточном развитии российской промышленности негативно скажется на экономической обстановке в стране.

2. Наличие в России регионов, которые до сих пор не имеют газоснабжения и постоянного энергоснабжения.

Проблема низкой плотности покрытия газовых и электрических распределительных сетей традиционна для нашей страны: многие населенные пункты, даже в центральной России, не имеют газопроводов, отдаленные от центра территории иногда не имеют даже света.

Но даже на тех территориях, которые газифицированы и элетрофицированы, подключение к коммуникациям стоит очень дорого. Это, в частности, сдерживает развитие рынка малоэтажного домостроения, сельскохозяйственных частных предприятий, других небольших производств.

3. Веяние времени.

России трудно игнорировать общемировые тенденции к увеличению использования альтернативных источников энергии. Конечно, развитие рынка идет заметно медленнее, чем в других странах, лишенных запасов традиционного топлива, однако, государство все же наметило ориентиры развития отрасли — альтернативные источники энергии должны вырабатывать 2% потребляемой энергии к 2014 году.

Перспективы рынка биогаза в России.

В случае активизации использования энергии из возобновляемых источников в России, рынок биогаза имеет большой потенциал для роста: достаточно как сырья для производства биогаза (наша страна имеет значительные сельскохозяйственные площади и высокую численность населения), так и потенциальных потребителей энергии и тепла (многие населенные пункты не имеют централизованного энергоснабжения, газоснабжения, теплосетей).

Общий годовой объём органических отходов в России составляет порядка 625 миллионов тонн, из которых можно получить 31 млн куб. м биогаза, который в свою очередь может быть использован для выработки 69 ГВт энергии или 86 ГВт тепла.

Конкурентная ситуация на рынке (степень насыщенности рынка, основные конкуренты, острота конкуренции).

Среди крупных производителей биогазовых установок в России можно выделить компании: ЗАО «Центр ЭкоРос», ООО «Гринтек», ОАО «Волжский дизель имени Маминых», ООО «Мелькомпинжинеринг», ООО «Сибирский институт прикладных исследований», ЗАО «Энерг-биогаз», ОАО «Концерн КОНАТЭМ», Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой» и др.

Анализ конкурентоспособности продуктов, их преимущества перед российскими и зарубежными аналогами (сравнение научно-технических, экономических показателей, эксплуатационных характеристик и т. п.).

Мировая практика переработки отходов методом анаэробного сбраживания базируется на научно-теоретических и конструкторских решениях позволяющих использовать в качестве исходного — моносырье с высокой влажностью. Однако пищевые и кормовые отходы представляют собой сложные, многокомпонентные комплексы, требующие научно-исследовательского подхода для их переработки. Нами разработана и исследована установка для утилизации комплекса отходов пищевой и кормовой промышленности в пропорциях производства разные по дисперсному составу и агрегатному состоянию.

Установка проста в обслуживании и не требует высококвалифицированного персонала и достаточно двух человек для сменной работы.

Потенциальные покупатели и планируемые объемы продаж.

Разработанная установка может быть востребована предприятиями масло-жировой, масло-экстракционной, мукомольной, сахарной, крахмало-паточной, пивоваренной и прочими пищевыми и кормовыми отраслями.

Планируется продажа в количестве 10 шт. в 1 год серийного производства, 20 шт. в следующие 2 года.

Стратегия реализации продуктов.

Методы продвижения продукции на выбранный сегмент рынка.

Цель продвижения — создать устойчивый или растущий спрос на продукцию. Для данного вида продукции возможно использования как самостоятельных, так и комплексных форм продвижения. Организацией планируется проведение конференций, выставок, семинаров, презентаций, пресс-конференций, круглых столов, переговоры. Кроме этого предприятие принимает участие в подобных событиях, проводимых другими организациями. Самым основным видом коммуникаций являет реклама. Информационная реклама доводит до сведения потребителя информацию о производителе, товаре и его качествах, способах приобретения товара или получения дополнительной информации. Проводится работа по нахождения предприятий и организаций нуждающихся в подобном продукте, и предложение своих услуг через электронную рассылку информации.

Наша установка удовлетворяет потребности покупателя: утилизация органических отходов, получение топлива и удобрений. Главным преимуществом нашей продукции является то, что при наличии принципиально новой технологии, цена значительно ниже, чем у конкурентов.

Ценообразование (предполагаемая цена за единицу продукции, цены на аналогичную продукцию в стране и за рубежом, предполагаемая ценовая политика).

7300 тыс. руб. За рубежом средняя цена 1 280 000 евро Сервис и гарантии (предоставление гарантий на продукцию после реализации, сервисное обслуживание после реализации).

На новые биогазовые установки дается гарантия сроком на 1 года, которая распространяется на поломки и неисправности оборудования. Гарантийный срок эксплуатации 24 месяца с момента ввода в эксплуатацию. В период гарантийного срока находится на гарантийном обслуживании.

Сервисное обслуживание включает:

— предпусковой монтаж,.

— обучение персонала работе с установкой,.

— доставка,.

— консультирование по телефону по всем возникающим в течение гарантийного срока эксплуатации вопросам,.

— выезд при неисправности специалистов по ремонту на место эксплуатации,.

— ремонт и замена вышедших из строя узлов и деталей,.

— по окончании гарантийного срока эксплуатации возможно заключение договора об обслуживании, проведение технического осмотра, тестирования и освидетельствования, замена отработавших ресурс узлов и деталей.

Предполагается проведение работ по модернизации, направленные на:

— улучшение условий и характера труда,.

— улучшение потребительских свойств продукции,.

— расширение параметрического ряда за счет изменения мощности,.

— повышение надежности продукции,.

— улучшение сервисного обслуживания,.

— улучшение ремонтопригодности.

При возникновении форс-мажорных обстоятельств (перечень оговаривается дополнительно) в процессе изготовления и транспортировки, изготовитель ответственности не несет.

Требования к количеству и квалификации персонала, необходимого для обеспечения продаж продукции и сервисного обслуживания, его наличие.

Система сервисного обслуживания позволяет потребителю выбрать для себя оптимальный вариант приобретения и потребления изделия, а также экономически выгодно эксплуатировать его в течение разумно обусловленного срока.

Для обеспечения продаж продукции необходим менеджер по продажам (образование высшее), функции которого привлечение покупателей, поддержка и развитие продаж товара, информирование покупателя — заказчика всей интересующей информацией. Для проведения сервисного обслуживания необходим слесарь 5 разряда, сварщик 5 разряда и инженер 1 категории. Сервисное обслуживание производит персоналом, который задействован на сборочном участке: приведение изделия (техники) в рабочее состояние на месте эксплуатации (установка, монтаж) и демонстрация его в действии, обеспечение полной готовности изделия к эксплуатации в течение всего срока нахождения его у потребителя, оперативная постановка запасных частей.

Оценка риска выполнения проекта.

Рассмотрим возможные основные варианты риска.

1. Риск отсутствия сбыта. Его вероятность невелика, учитывая актуальность данного оборудования. Но для уменьшения данного вида риска необходимо постоянно работать в направлении налаживания взаимовыгодного сотрудничества и заключения договоров на поставку с руководителями предприятий пищевой промышленности и сельского хозяйства.

2. Риск неплатежеспособности покупателей. Вероятность риска средняя. Страховку от этого риска может дать активный маркетинг (расширение круга покупателей в разных сегментах, стимулирование заключения долгосрочных контактов) и жёсткие договоры при долгосрочном партнёрстве.

3. Риск появления конкуренции. ООО «Партнер» имеет уникальную разработку, которая патентуется в установленном порядке. Аналогов на рынке в настоящее время нет. Для снижения конкурентных рисков необходимо проводить активную маркетинговую политику для увеличения рыночной доли и укрепления позиций компании на рынке.

7.2 Технико-экономический расчет.

Таблица 1. Перечень основных комплектующих.

ООО «Партнер» является правообладателем «НОУ-ХАУ» «Технология процесса утилизации многокомпонентных органических отходов методом анаэробного сбраживания с целью получения биотоплива» по лицензионному договору № 52/11.

На проведённую научно-исследовательскую работу было затрачено более 11 000 000 рублей. Для организации серийного выпуска оборудования необходимо субсидирование в размере 5 000 000 рублей в рамках реализации постановления правительства Воронежской области от 08.10.2010 № 839 «О предоставлении государственной (областной) поддержки субъектам малого и среднего предпринимательства, осуществляющим разработку и внедрение инновационной продукции».

Планируется продажа в количестве 10 шт. в 1 год серийного производства, 20 шт. в следующие 2 года.

Реализация на российском рынке будет осуществляться первоначально по цене 8389,5 тыс. рублей (без НДС) — 10 штук и далее по цене 7222,5 тыс. рублей — 20 штук с выплатой 50% аванса.

Чистая прибыль за первый год составит 22 370,4 тыс. руб., 38 517,2 тыс. руб. во второй год и третий год.

Таблица 2. Потребности в материальных ресурсах на годовой выпуск (при полном освоении).

Всего материальных затрат: 20 шт. х 4 600 000 руб. = 92 000 000 руб. = 92 000 тыс.р.

Sm основные материалы на годовой выпуск = 92 000 тыс.р.: 100% х 70% = 64 400 тыс.р.

S вспомогательные материалы = 92 000 тыс.р.: 100% х 5% = 4 600 тыс.р.

S топливо = 92 000 тыс.р.: 100% х 25% = 23 000 тыс.р.

Таблица 3. Материальные затраты на производство продукции (при полном освоении производственной мощности).

На годовой объем:

S основные материалы переменные = 92 000 тыс.р. х 100% = 92 000 тыс.р.

S вспомогательные материалы переменные = 4 600 тыс.р. х 20% = 920 тыс.р.

S вспомогательные материалы постоянные = 4 600 тыс.р. х 80% = 3 680 тыс.р.

S топливо переменные = 23 000 тыс.р. х 60% = 13 800 тыс.р.

S топливо постоянные = 23 000 тыс.р. х 40% = 9 200 тыс.р.

На единицу продукции:

S основные материалы переменные = 92 000 тыс.р.: 20 шт. = 4 600 тыс.р.

S вспомогательные материалы переменные = 920 тыс.р.: 20 шт. = 46 тыс.р.

S вспомогательные материалы постоянные = 3 680 тыс.р.: 20 шт. = 184 тыс.р.

S топливо переменные = 13 800 тыс.р.: 20 шт. = 690 тыс.р.

S топливо постоянные = 9 200 тыс.р.: 20 шт. = 460 тыс.р.

Определение размера первоначальных инвестиционных издержек и суммы амортизационных отчислений.

Расчет потребности в технологическом оборудовании ведется на основе общей трудоемкости программы выпуска продукции (исходные данные) и режима работы предприятия по формуле где Nобj — потребность в оборудовании j-го вида, шт. (определяется путем округления расчетного значения в большую сторону);

Q год — годовая программа выпуска изделий (при полном освоении производственной мощности), шт.;

tj -трудоемкость работ, выполняемых на j-м оборудовании, нормо — часов (из исходных данных);

kвнj — коэффициент выполнения норм при работе на оборудовании j-го вида.

Fэфj- эффективный фонд времени работы оборудования j-го вида где Dр — число рабочих дней в году (Dр = 260);

m — число смен работы оборудования (обычно работа ведется в одну или две смены);

tр — продолжительность рабочего дня (принять равной 8 ч.);

Кпотерь — плановые потери рабочего времени на ремонт и наладку оборудования (Кпотерь — от 5 до 10%).

Fэф = 260 дней в году х 2 смены х 8 ч. х (1 — 10%: 100%) = 3744 ч Таблица 4 — Расчет потребности в технологическом оборудовании.

Nоб токарное =.

Nоб фрезерное =.

Nоб сверлильное =.

Nоб шлифовальное =.

Nоб сборочное =.

Определить первоначальную стоимость технологического оборудования можно, принимая во внимание его оптовую цену (исходные данные), а также затраты на его транспортировку (kтр = 5−15%), затраты на строительно-монтажные работы по подготовке фундамента (kсм = 20%), затраты на монтаж и освоение оборудования (kм = 10−15%). Принятые в расчет проценты используют как упрощенные, укрупненные данные для предварительных расчетов.

Таблица 5 — Расчет стоимости технологического оборудования.

Фпер токарное = 94,2 тыс.р.х1 шт. + 94,2 тыс.р.х1 шт. х0,15 + 94,2 тыс.р.х1 шт. х0,2 + 94,2 тыс.р.х1 шт. х0,15 = 141,3 тыс.р.

Фпер фрезерное = 128,3 тыс.р.х1 шт.+ 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 + 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,2 + 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 = 192,45 тыс.р.

Фпер сверлильное = 128,3 тыс.р.х1 шт. + 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 + 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,2 + 128,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 = 192,45 тыс.р.

Фпер шлифовальное = 141,5 тыс.р.х1 шт. + 141,5 тыс.р.х1 шт. х0,15 + 141,5 тыс.р.х1 шт. х0,2 + 141,5 тыс.р.х1 шт. х0,15 = 212,25 тыс.р.

Фпер сборочное = 92,3 тыс.р.х1 шт. + 92,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 + 92,3 тыс.р.х1 шт. х0,2 + 92,3 тыс.р.х1 шт. х0,15 = 138,45 тыс.р.

Общая потребность в основных средствах распределена по элементам их видовой структуры. Используя приведенную в таблице 6 информацию по аналогичным предприятиям отрасли и данные о стоимости рабочих машин и оборудования, определенные в таблице 5, можно определить общую сумму и видовую структуру основных средств проектируемого предприятия.

Ф раб. машины = 876,9 тыс.р.

Итого основных фондов = 876,9 тыс.р. х 100%: 42% = 2087,86 тыс.р.

Ф здания = 2087,86 тыс.р.х 30% = 626,36 тыс.р.

Ф сооружения = 2087,86 тыс.р.х 7% = 146,15 тыс.р.

Ф сил. машины = 2087,86 тыс.р. х 3% = 62,64 тыс.р.

Ф изм. приборы = 2087,86 тыс.р. х 2% = 41,76 тыс.р.

Ф выч. техника = 2087,86 тыс.р. х 6% = 125,27 тыс.р.

Ф машины и об. = 2087,86 тыс.р. х 53% = 1106,57 тыс.р.

Ф транспорт = 2087,86 тыс.р. х 5% = 104,34 тыс.р.

Ф инструмент = 2087,86 тыс.р. х 1% = 20,88 тыс.р.

Ф инвентарь = 2087,86 тыс.р. х 1% = 20,88 тыс.р.

Ф прочие = 2087,86 тыс.р. х 3% = 62,64 тыс.р.

Таблица 6 — Структура основных фондов.

Расчет годовой стоимости амортизационных отчислений выполняется на основании первоначальной стоимости по соответствующему элементу основных средств и норм амортизационных отчислений и сводится в таблице 7.

Коэффициент нормы амортизации рассчитывается по формуле: К = (1: n) х 100%,.

Где К — норма амортизации в процентах к первоначальной стоимости объекта,.

n — период полезного использования в месяцах На здания =.

На сооружения =.

На машины и обор =.

На транспорт =.

На инструмент =.

На инвентарь =.

На прочие =.

А здания = 626,36 тыс.р. х 3,33% = 20,86 тыс.р.

А сооружения = 146,15 тыс.р. х 10% = 14,62 тыс.р.

А машины и обор = 1106,57 тыс.р. х 20% = 221,31 тыс.р.

А транспорт = 104,34 тыс.р. х 20% = 20,868 тыс.р.

А инструмент = 20,88 тыс.р. х 14,29% = 2,98 тыс.р.

А инвентарь = 20,88 тыс.р. х 14,29% = 2,98 тыс.р.

А прочие = 62,64 тыс.р. х 14,29% = 8,95 тыс.р.

Таблица 7 — Расчет годовой суммы амортизационных отчислений.

Расчет потребности в трудовых ресурсах и средствах на оплату труда.

Оценивается предполагаемая потребность в трудовых ресурсах с разделением по категориям промышленно-производственного персонала (рабочие, специалисты, служащие, руководители, прочие). В результате выполнения данного раздела вы получите сумму ежегодных расходов на трудовые ресурсы.

Расчет потребности и в персонале начинается с расчета численности рабочих на нормируемых работах. Если программа производства N задана на год, фонд времени одного рабочего при 40-часовой рабочей неделе, продолжительности отпуска 24 дня составляет 1780 ч (Fэф) и сложившийся показатель выполнения норм (kвн), то численность рабочих (Чр):

Таблица 8 — Расчет численности основных рабочих.

Ч ток =.

Ч фрез =.

Чсвер =.

Чшлиф =.

Ч сбор =.

Таблица 9 — Структура персонала предприятия.

Общее кол-во персонала = 5,2 чел. х 100%: 50% = 10,4 чел.

Кол-во вспомогательных рабочих = 10,4 чел. х 11% = 1,14 чел.

Кол-во руководителей = 10,4 чел. х 6% = 0,62 чел.

Кол-во специалистов = 10,4 чел. х 7% = 0,72 чел.

Кол-во служащих = 10,4 чел. х 3% = 0,31 чел.

Кол-во прочего персонала = 10,4 чел. х 3% = 0,31 чел.

Определение расходов на оплату труда персонала начинается с оплаты производственных (основных) рабочих. Если известны программа производства N, технологическая трудоемкость (tшт), разряд работ (Т), тарифная ставка Стi, то основная заработная плата производственных рабочих-сдельщиков на i-й операции (Зсдi) составит:

где N — количество изделий производимых в год, шт.;

tштi — норма времени на i-й операции;

kтi — тарифный коэффициент, соответствующий разряду на i-й операции;

Стi — тарифная ставка соответствующего разряда.

З токарные = 20 шт. х 800 ч. х 12,91 руб./ч = 20 656 р.= 206,56 тыс.р.

З фрезерные = 20 шт. х 800 ч х 9,63 руб./ч = 154,08 тыс. р.

З сверлильные = 20 шт. х 800 ч х 11,09 руб./ч = 177,440 тыс.р.

З шлифовальные = 20 шт. х 800 ч х 9,63 руб./ч = 154,08 тыс.р.

З сборочные = 20 шт х 800 ч х 11,09 руб./ч = 177,440 тыс.р.

З производственных (основных) рабочих = 869,6 тыс.р.

Премии основным рабочим: 869,6 тыс.р. х 25% = 217,4 тыс.р.

ДЗ производственных (основных) рабочих = (869,6 тыс.р. +217,4 тыс.р.) х 10% =108,7 тыс.р.

Всего оплата труда производственных (основных) рабочих= 1195,7 тыс.р.

З вспомогательных рабочих = 869,6 тыс.р. х 8%: 68% = 102,3 тыс.р.

Премии вспомогательных рабочих = 102,3 тыс.р. х 25% = 25,5 тыс.р.

ДЗ вспомогательных рабочих = (102,3 тыс.р. + 25,6 тыс.р.) х 10% = 12,788 тыс.р.

Всего оплата труда вспомогательных рабочих = 140,67 тыс.р.

З руководителей = 869,6 тыс.р. х 13%: 68% = 166,2 тыс.р.

Премии руководителей = 166,47 тыс.р. х 25% = 41,56 тыс.р.

ДЗ руководителей = (166,2 тыс.р. + 41,56 тыс.р.) х 10% = 20,0 тыс. р.

Всего оплата труда руководителей = 228,5 тыс.р.

З специалистов = 869,6 тыс.р. х 7%: 68% = 89,5 тыс.р.

Премии специалистов = 89,5 тыс.р. х 25% = 22,3 тыс.р.

ДЗ специалистов = (89,5 тыс.р. + 22,3 тыс.р.) х 10% = 11,1897 тыс.р.

Всего оплата труда специалистов = 123,0 тыс.р.

З служащих = 869,6 тыс.р. х 2%: 68% = 25,5 тыс.р.

Премии служащих = 25,5 тыс.р. х 25% =6 тыс.р.

ДЗ служащих = 3 тыс.р.

Всего оплата труда служащих = 35 тыс.р.

З прочих = 25,5 тыс.р.

Премии прочих = 6 тыс.р.

ДЗ прочих = 3 тыс.р.

Всего оплата труда прочих = 35 тыс.р.

Фонд заработной платы персонала = 1758,3 тыс.р.

Дополнительная заработная плата составляет от 10% от суммы основной заработной платы (оплаты труда по сдельным расценкам, тарифным ставкам и окладам) и премии.

Расчет текущих издержек на производство и реализацию продукции.

Данные о текущих затратах на производство и реализацию продукции по результатам ранее выполненных разделов оформлены в таблице.

Таблица 10.

Затраты на производство продукции (в расчете на годовой выпуск при полном освоении производственной мощности).

Прочие затраты = 94 676,77×5,5%: 94,5% = 1626,72 тыс.р.

Поскольку график реализации работ предполагает увеличение объема выпускаемой продукции, можно, выделив переменную и постоянную часть в составе затрат, рассчитать себестоимость единицы продукции и всей выпущенной продукции для периода освоения и полной загрузки производственной мощности.

Таблица 11 — Затраты на годовой выпуск продукции.

Таблица 12. Затраты на единицу продукции.

Определение выручки от реализации продукции и критического объема производства.

Выручка от реализации продукции определяется как произведение объема производства для соответствующего периода и цены реализации продукции без учета налога на добавленную стоимость.

Предположив, что все изготовленные за год на предприятии изделия будут реализованы, выручку от реализации продукции можно рассчитать по формуле:

В = Ц * V ,.

где Ц — цена единицы продукции, р;

V — объем производства и реализации, шт.

Таким образом, для определения выручки необходимо определить цену реализации единицы продукции. На практике наиболее распространены следующие методы установления цен товаров:

1) на основе издержек производства. Данный метод широко используется в предпринимательской практике и отражает традиционную ориентацию на производство и в меньшей степени — на рыночный спрос.

Модель определения цен этим методом имеет вид:

где С — себестоимость единицы продукции в период полного использования мощности (во второй год), р.;

Рс — рентабельность продукции, %.

2) по доходу на капитал. Данный метод базируется на издержках производства продукции, а также на получении запланированного дохода на капитал. Метод основан на том, что к суммарным затратам на единицу продукции добавляется процент на вложенный капитал.

3) с ориентацией на спрос. При данном методе предприниматели ориентируются при установлении цен не на издержки производства, а на восприятие товара потребителем. Реакция покупателей на изменение цен может быть учтена посредством:

— анализа данных предыдущего периода методом регрессионного анализа и экстраполяции полученных результатов на будущее;

— проведение на рынке эксперимента с различными ценами на свою продукцию.

4) по уровню текущих цен. Данный метод применяется на рынках чистой или олигополистической конкуренции. Цена на продукцию устанавливается чуть выше или чуть ниже уровня цены конкурентов.

При установлении цены в курсовой работе рекомендуется воспользоваться методом на основе издержек производства. Расчет цены на выпускаемую продукцию предлагается выполнить исходя из 40−80% уровня рентабельности продукции. Сделаем предположение, что цена изготавливаемой продукции на создаваемом предприятии по годам реализации проекта меняться не будет.

Ц (полная мощность) = тыс.р.

Ц (освоения) = тыс.р.

Далее необходимо определить финансовые результаты деятельности предприятия. Положительный финансовый результат, характеризующий превышение доходов над расходами, называется прибылью. Убыток — это отрицательный финансовый результат, отражающий превышение расходов над доходами.

Выручка от реализации рассчитывается без учета косвенных налогов. Результаты расчета заносятся в таблицу 14, и далее в ней же показывается расчет прибыли от реализации продукции и чистой прибыли. Ставка налога на прибыль принимается по действующему законодательству (24%).

Таблица 13- Отчет о прибылях и убытках.

Выручка от реализации продукции без НДС и акцизов (Освоение) = 8389,5 тыс.р. х 10 шт. = 83 895 тыс.р.

Выручка от реализации продукции без НДС и акцизов (Полная мощность) = 7222,5 тыс.р. х 20 шт. = 144 450 тыс.р.

Для обоснования целесообразности создания предприятия и оценки уровня предпринимательского риска целесообразно рассчитать точку безубыточности, запас финансовой прочности и срок возврата вложенных средств.

Расчет точки безубыточности осуществляется по формуле:

где FC — совокупные постоянные затраты за период;

VCедпеременные затраты на единицу продукции;

Цед — цена реализации единицы продукции.

N =.

Расчет точки безубыточности следует проиллюстрировать графиком (рисунок 1).

Три главные линии показывают зависимость переменных затрат, постоянных затрат и выручки от объема выпуска. Точка критического объема выпуска показывает объем производства, при котором величина выручки от реализации (Вр) равна ее полной себестоимости (vЧN +FC). При данном объеме выпуска предприятие имеет прибыль равной нулю.

Для построения точки безубыточности необходимы следующие данные:

— совокупные постоянные затраты (FC);

— переменные затраты на единицу продукции (v);

— цена единицы продукции (Цед).

Прокомментируем порядок построения графика безубыточности.

График необходимо начать строить с линии совокупных постоянных затрат. Так как постоянные затраты не меняются при изменении объема производства в пределах производственной мощности, то линия постоянных затрат будет параллельна оси Х.

Переменные затраты зависят от изменения объема выпуска, поэтому уравнение прямой переменных затрат имеет вид: у = v ЧN. Данное уравнение — это уравнение выходящее из 0.

Совокупные затраты на производство и реализацию продукции включают в себя переменные и постоянные затраты, поэтому уравнение имеет вид: у = v ЧN +FC ..

Линия выручки описывается следующим уравнением:

y = Цед Ч N.

Точка безубыточности определяется путем пересечения линии выручки и суммарных затрат.

Запас финансовой прочности определяется как отклонение объема продаж, планируемого в проекте предприятия от точки безубыточности (в процентах к планируемому объему продаж). Запас финансовой прочности покажет предел безопасности: на сколько процентов можно снизить объем продаж, не получая убытков.

Переменные затраты зависят от изменения объема выпуска, поэтому уравнение прямой переменных затрат имеет вид: у = v ЧN. Данное уравнение — это уравнение выходящее из 0.

у = 4037,07Ч10 = 40 370,7 тыс. р. (Освоение).

у = 4037,07Ч20 = 80 741,4 тыс. р. (Полная мощность).

Совокупные затраты на производство и реализацию продукции включают в себя переменные и постоянные затраты, поэтому уравнение имеет вид:

у = v ЧN +FC ..

у =40 370,7 + 15 561,588 = 55 932,29 тыс. р. (Освоение).

у = 80 741,4 +15 561,588 = 96 302,99 тыс. р. (Полная мощность).

Линия выручки описывается следующим уравнением:

y = Цед Ч N.

у=8389,5Ч10 = 83 895 тыс. р. (Освоение).

у = 7222,5Ч20 = 144 450 тыс. р. (Полная мощность).

Расчетный срок окупаемости = 38 517,2/96 303,5=0,4 года Рентабельность капиталовложений в проект = 96 303,5/38 517,2•100%= 250%.

ЗФП в период Освоения = 4,9Ч100%/10=49%.,.

ЗФП в период полной мощности = 4,9Ч100%/20 = 24,5%.

Расчет потребности в оборотных средствах.

Расчет потребности в оборотных средствах требует точных данных об условиях поставки материалов, организации расчетов с поставщиками, нормах запаса и множества других данных.

Оборотные средства — это совокупность денежных средств, авансированных для создания оборотных производственных фондов и фондов обращения, обеспечивающих непрерывный кругооборот денежных средств.

Расчет потребности в оборотных средствах требует точных данных об условиях поставки материалов, организации расчетов с поставщиками, нормах запаса и множества других данных.

Для нашего укрупненного расчета используем прямой метод для расчета потребности в оборотных средствах для создания производственных запасов сырья, материалов, вспомогательных материалов, запчастей, топлива (оформим расчет в таблице и косвенный метод расчета по всем остальным составляющим.

Потребность в оборотных средствах для создания запасов определим по нормативу производственных запасов:

Ннз = Qсут (Nтз+ Nпз+ Nстр) = Qсут Nз,.

где Qсут — среднесуточное потребление материалов;

Nтз — норма текущего запаса, дни;

Nпз — норма подготовительного запаса, дни;

Nстр — норма страхового запаса, дни;

Nз — норма запаса, дни.

Таблица 14. Расчет потребности в оборотных средствах в составе производственных запасов (освоение).

Среднесуточный расход = Годовой расход: 260 суток Потребность = Среднесуточный расход х Норма запаса дней Среднесуточный расход Осн. Мат. = 32 200,00 тыс.р.: 260 суток = 123,85 тыс.р./сутки Среднесуточный расход Вспом. Мат. = 2300 тыс.р.: 260 суток = 8,85 тыс.р./сутки Среднесуточный расход Топливо, энергия = 11 500 тыс.р.: 260 суток = 44,23 тыс.р./сутки Потребность Осн.мат.= 123,85 тыс.р./сутки х 30 суток = 3715,5 тыс.р.

Потребность Вспом. Мат.= 8,85 тыс.р./сутки х 60 суток = 531 тыс.р.

Потребность Топливо, энергия = 44,23 тыс.р./сутки х 60 суток = 2653,8 тыс.р.

Таблица 15. Расчет потребности в оборотных средствах в составе производственных запасов (полная мощность).

Среднесуточный расход Осн. Мат. = 64 400 тыс.р.: 260 суток = 247,69 тыс.р./сутки Среднесуточный расход Вспом. Мат. = 4600 тыс.р.: 260 суток = 17,69 тыс.р./сутки Среднесуточный расход Топливо, энергия = 23 000 тыс.р.: 260 суток = 88,46 тыс.р./сутки Потребность Осн.мат.= 247,69 тыс.р./сутки х 30 суток = 7430,7 тыс.р.

Потребность Вспом. Мат.= 17,69 тыс.р./сутки х 60 суток = 1061,4 тыс.р.

Потребность Топливо, энергия = 88,46 тыс.р./сутки х 60 суток = 5307,6 тыс.р.

Таблица 16. Таблица денежных потоков.

Доход от продаж (освоение) = 10 шт. х 7222,5 тыс.р./шт. = 72 225 тыс.р.

Доход от продаж (полная мощность) = 20 шт. х 8389,5 тыс.р./шт. = 167 790 тыс.р.

Расчет основных технико-экономических показателей работы предприятия Таблица 17. Основные технико-экономические показатели.

Выработка на одного работающего (тыс. р.) = Объем реализации продукции (руб.) /Среднесписочная численность ППП.

Выработка на одного работающего, тыс. р. на человека в год = 83 895/10,4= 8066,83 тыс. р. (Освоение) Выработка на одного работающего, тыс. р. на человека в год =144 450/10,4 = 13 889,42 тыс. р. (Полная мощность) Выработка на одного рабочего — сдельщика, тыс. р. = 83 895/5,2= 1613,37 тыс. р. (Освоение) Выработка на одного рабочего — сдельщика, тыс. р. = 144 450/5,2= 27 778,85 тыс. р. (Полная мощность).

Фондоотдача основных производственных фондов, тыс. р. =.

Стоимость произведенной за период (за год) продукции (тыс.р.) /.

Среднегодовая стоимость основных фондов (тыс.р.).

Фондоотдача = 83 895/2087,82= 40,18 тыс. р. (Освоение) Фондоотдача основных производственных фондов, тыс. руб. = 144 450/2087,82= 69,19 тыс. р. (Полная мощность).

Фондоемкость, тыс. р. = Среднегодовая стоимость основных фондов (тыс.р.) / Стоимость произведенной за период (за год) продукции (руб.).

Фондоемкость, тыс. р. = 2087,82/83 895= 0,025 тыс. р. (Освоение) Фондоемкость, тыс. р. = 2087,82/144 450= 0,0145 тыс. р. (Полная мощность).

Рентабельность производства, процент Рn = Прибыль от основной продукции / Среднегодовая стоимость основных и оборотных средствЧ 100%.

Рn = 27 963/2087,82Ч100% = 13,39% (Освоение).

Рn = 48 146,5/2087,82Ч100% = 23% (Полная мощность).

Рентабельность деятельности, процент = Прибыль / Выручка от реализации продукции (Объем продаж) Ч 100%.

РД = 27 963/ 83 895Ч100% = 33% (Освоение).

РД =48 146,5/144 450Ч100% = 33% (Полная мощность).

Заключение.

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках поисковых НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты.

Проведенный патентный поиск подтвердил тот факт, что предлагаемый в НИР метод комплексной переработки отходов станет новым этапом в решении проблемы охраны окружающей среды от исследуемого перечня материалов (отходов) и загрязняющих атмосферу выбросов.

Проведен анализ сырья на процентное содержание компонентов. Исходные тринадцать компонентов были заменены на четыре модельные среды. Для проведения экспериментов были составлены десять вариантов рецептур с различным процентным содержанием модельных сред.

Разработана математическая модель массообменных процессов в реакторе анаэробного сбраживания. В математической модели учтены различия газовыделений в трех слоях биомассы на основе особенности массотдачи к поверхности образуемого пузырька генерируемого в процессе биосинтеза газа при помощи коэффициента массооотдачи в уравнении Буссинеска.

Также в модели учтены гидродинамические характеристики течения реакционной массы в зависимости от интенсивности перемешивания посредством параметров определяющих значения чисел Нуссельта и Рейнольдса.

Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов. Использование предлагаемой технологии переработки пищевых отходов позволит одновременно решить пять важнейших проблем:

экологическую (полная утилизация пищевых отходов, что приведет к снижению негативного воздействия на окружающую среду);

энергетическую (получение биогаза);

агрохимическую (получение удобрений);

социальную (дополнительные рабочие места для осуществления работ по переработке отходов: операторы, автоматчики, механики, управленческий персонал);

экономическую (рост объем услуг, оказываемых в сфере обращения с отходами; получение прибыли от реализации вторичной топливной продукции — биогаза и жидких удобрений).

Получены экспериментальные данные по функционированию анаэробных систем утилизации пищевых отходов, определены основные характеристики и параметры процессов при различных условиях, выявлены пути совершенствования систем и оптимального управления ими в условиях промышленного применения. Получены экспериментальные данные по функционированию процессов анаэробного сбраживания различных сырьевых комплексов. Изучен механизм биохимических превращений в системах анаэробного сбраживания.

Анаэробная обработка отличается высоким качеством очистки высококонцентрированных отходов, возможностью получения источника энергии (горючего газа), отсутствием энергозатрат на аэрацию, малыми количествами избыточной биомассы и возможность получения высококачественных органических удобрений.

Список используемых источников.

1. Методические указания к дипломному проектированию / Воронеж. гос. технол. акад.; Сост. Ю. Н. Шаповалов. Воронеж, 2008. — 28 с.

2. Безопасность и экологичность проекта: методические указания по выполнению раздела выпускной квалификационной работы / Воронеж. гос. технол. акад.; сост. А. С. Губин. Воронеж, 2010. — 24 с.

3. Бизнес-план: методические указания по выполнению экономической части дипломного проекта / Воронеж. гос. технол. акад.; сост. В. М. Баутин, М. В. Филатова. Воронеж: ВГТА, 2011. — 32 с.

4. Ir. H.A.M. Knoef. Gasification of biomass & waste — practical experience. Proc. of III International Slovak Biomass Forum, 3−4 February 2003, pp. 41−44.

5. Бактериальное биоразнообразие в анаэробном биореакторе с восходящим потоком _[жидкости_] с ANAMMOX активностью инокулированном илом _[отходов_] свиноводства. Bacterial biodiveristy from an anaerobic up flow bioreactor with ANAMMOX activity inoculated with swine sludge / Viancelli Aline, Kunz Airton, Esteves Paulo Augusto, Vicosa Bauermann Fernando, Furukawa Kenji, Fujii Takao, Vasconcellos Antonio Regina, Vanotti Matias // Braz. Arch. Biol. andTechnol. — 2011. — 54, № 5. — С. 1035−1041. — Англ.

6. Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов Патент РФ 2 254 700 кл. A01C3/02).

7. Биогазовая установка для анаэробного сбраживания органических отходов Патент РФ 2 202 161 кл. A01C3/02).

8. Способ получения биогаза и удобрения из органических отходов Патент РФ 2 372 155 кл. B09B1/00).

9. Биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов Патент РФ 2 074 600 кл. A01C3/02).

10. Устройство и способ обработки органических отходов. System and method for processing organic waste material: Пат. 7 387 733 США, МПКC 02 F 3/30 (2006.01); Baswood, LLC, Raskis Paul Thomas, Atkinson Keith, Camanse Windell, Neustedter Glen, Mullinix F. David. — N 11/294 777; Заявл. 06.12.2005; Опубл. 17.06.2008; НПК 210/605.

11. Переработка органических отходов в биогазовых установках / Назаров С. П. // Гл. агр. — 2007. — № 1. — С. 74−75. — Рус.

12. Способ и устройство для переработки органических отходов. Organic waste processing method and device therefor: Пат. 7 150 987 США, МПК{7} C05 °F 17/02 / Ueda Yasuichi; Japan Life Center, Inc. — N 10/240 375; Заявл. 14.02.01; Опубл. 19.12.06; НПК 435/262.

13. Руководство по биогазу от получения до использования. ГюльцовПрюцен (Германия), Специальное агенство возобновляемых ресурсов, 2012. — 214 с.

14. В. П. Исаенко, В. А. Осипова, А. С. Сухомел. Теплопередача. Энергоиздат, 1981. — 466 с.

15. С. С. Кутателадзе, В. Е. Накоряков. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. — Новосибирск: Наука, 2012. — 293 с.

16. С. Т. Бретшнайдер. Свойства газов и жидкостей. — Н. -Л.: Химия, 2009.

17. В. И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 3. — М.: Машиностроение, 2001. — 864 с.

18. С. А. Чернавский. Курсовое проектирование деталей машин. — М.: Машиностроение, 1988.

19. А. А. Лащинский. Конструирование сварных химических аппаратов: Спаравочник. — Л.: Машиностроение, 2011. — 382 с.

20. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. — Л.: Машиностроение, 2008. — 752 с.

21. http://pronedra.ru/alternative/2012/07/10/biogaz.

22. http://ru.wikipedia.org/.

23. http://www.grandars.ru/shkola/bezopasnost-zhiznedeyatelnosti/proizvodstvennaya-vibraciya.html.

24. http://insafety.org.ua/page/vozdejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.

25. http://electricalschool.info/main/electrobezopasnost/44-dejjstvie-jelektricheskogo-toka-na.html.