Расчет количества тепла солодовой дробины.
Теплопередача - один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы. Теплопередача всегда происходит в одном направлении – от более нагретого тела к более холодному телу. Днем воздух в теплице нагревается за счет солнца и фотосинтеза растений, ночью происходит обратный процесс [10].
Согласно закону Гесса тепловой эффект химической реакции зависит от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути её протекания т. е. от числа и характера промежуточных стадий. Поэтому мы можем предположить, что максимально возможный тепловой эффект при компостировании и теплота сгорания этого вещества будут достаточно близкими, если конечными продуктами будут углекислый газ и вода. Разумеется, биологическое окисление растительных материалов будет протекать через гораздо большее количество стадий и может протекать годами, но начальная и конечная стадия будет идентична горению. При условии, что основная масса растительного материала состоит из углерода, водорода и кислорода можно записать начальную и конечную стадии следующим образом.
Сx Нy Оz + (x+у/4 – z/2)О2 = хСО2 + (y/2)Н2О + Q
Согласно эмпирической формуле для определения теплотворной способности всех видов природного топлива количество выделившегося тепла будет существенно зависеть от влажности.
где 
, 
, 
, 
, 
– содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).
Сера является составной частью аминокислот (цистин, цистеин и метионин). Эти аминокислоты играют важную роль в формировании белков растения, но по литературным источникам данных о количестве летучей серы в пивной дробине не имеется, поэтому указывать её не будем.
Просчитаем теплотворную способность солодовой дробины в биореакторе. Для этого подставим значения в формулу:
Q=339×51,5 +1256×6,65 - 109×35 – 25,14(9×6,65 + 75)=20404,27кДж/кг
Закон Гесса показывает применение для расчетов тепловых эффектов химических реакций (выделение тепла при компостировании 2796 кДж).
По задачам исследования решено просчитать количество тепла солодовой дробины в биореакторах, которую можно определить по формуле:
Q=с∙m∙Δt,
где Q – тепловая мощность солодовой дробины, Дж;
с – теплоемкость дробины, Дж/кг*ᵒС;
m – солодовой дробины масса, кг;
Δt = 
- разность температур наружного и внутреннего воздуха, ᵒС.
Поскольку в дневное время нагрев биореактора осуществляется не только за счет внутренних процессов, но и за счет лучистой энергии солнца. Для расчетов рассмотрим, принимая в допущение, изменение температур после захода солнца [9]..
Таблица 5
Расчет количества тепла в биореакторах
1 сутки | 2 сутки | 3 сутки | 4 сутки | 5 сутки | 6 сутки | 7 сутки | Среднее | |
Q1, (МДж) | 21,59 | 1,19 | 12,92 | 6,63 | 13,77 | 29,07 | 13,94 | 14,1 |
Q2, (МДж) | 10,03 | 7,31 | 6,12 | 13,09 | 10,71 | 8,16 | 8,33 | 9,1 |
P1, (Дж/сек) | 0,0008 | 0,0001 | 0,00044 | 0,003 | 0,00047 | 0,001 | 0,0004 | 0,00087 |
P2, (Дж/сек) | 0,0003 | 0,0002 | 0,0002 | 0,0004 | 0,00037 | 0,00028 | 0,0002 | 0.00026 |
Расчет количества тепла и мощности биореакторов представлены в работе и в среднем составили 
. Основываясь на показаниях стандарта и наших биореакторов, сделали вывод, что тепличный биореактор сработал лучше уличного на 35,4%.
Утилизации многотонных отходов пивной дробины посредством ее превращения в органическое удобрение и мелиорант почв – еще одна важная сфера в решении проблемы. В результате апробации биоэкомодели выращивания в закрытом грунте. Установлен дополнительный положительный экологический и экономический эффект при использовании пивной дробины: перегнивший солод является прекрасным удобрением, но пивная дробина пригодна только как источник азота и фосфора с обязательным компостированием, она требует добавления солей калия при внесении; добавление в пивную дробину микроорганизмов, способствует быстрому разложению органики в компосте; урожайность с участка в теплице выше уличного на 50,1%.
ВЫВОДЫ
1. Изменение температуры почвы после внесения на 10 – 12ºС, создает парниковый эффект. Необходимо вносить в почву солод заранее, что бы корешки рассады не сгорели.
2. В открытом грунте не накрывать рассаду огурцов пленкой в теплые дни, так как происходит почвенный подогрев.
3. Мульчирование почвы обеспечивает сохранение влаги в ней на 50%, полив производится реже, что способствует экономии воды.
4. Перепревший солод является хорошим разрыхлителем, что улучшает структуру почвы
5. Перегнивший солод является прекрасным удобрением, но пивная дробина пригодна только как источник азота и фосфора с обязательным компостированием, она требует добавления солей калия при внесении
6. Наличие в пивной дробине микроорганизмов (дрожжей), способствует быстрому разложению органики в компосте
В ходе исследовательской работы были рассмотрены такие понятия, как пищевая ценность и биологическая активность пивной дробины, её использование в основном как органического удобрения при выращивании растений.
В заключении хочется отметить, что цель и задачи, поставленные в ходе исследования, были выполнены.
1. Теоретически и экспериментально доказана возможность экологически безопасного использования отхода пивного производства для выращивания овощей;
2. Пивная дробина является ценным субстратом и позитивным компонентом вторичных экологических систем;
3. Разработана экологобиологическая модель выращивания овощей, в открытом и закрытом грунте, пригодная для оценки продуктивности;
4. Экспериментально доказали, что свежая пивная дробина может быть использована в качестве компонента субстрата при интенсивном культивировании огурцов в открытом грунте в дозах от 5 до 20 % к массе субстрата. Оптимальной следует считать 50%-ную дозу дробины, при которой наблюдается максимальный прирост урожайности (до 81,4 %);
5. Для стабильного выделения тепла при компостировании в солодовую дробину необходимо вводить до 10 % грунта, содержащего термофильную микрофлору;
6. Развитие мезофильной микрофлоры (плесени) препятствует разложению солодовой дробины, выделению тепла и как следствие снижает урожайность;
7. Повышенная температура в теплице препятствует развитию мезофильных микроорганизмов, что способствует увеличению мощности биореактора;
8. Согласно эмпирической формуле , стандартное количество тепла для солодовой дробины составило Q=20,4 МДж. Основываясь на показаниях стандарта и наших биореакторов, сделали вывод, что тепличный биореактор сработал лучше уличного на 35,4%;
9. Моделирование процессов в биореакторе показывает эффективность компостирования солодовой дробины с помощью термофильной микрофлоры и позволяет рекомендовать ее для дальнейшего внедрения.
В настоящее время пищевая промышленность является приоритетной отраслью промышленной индустрии мира. Большое количество отходов, образующееся в результате изготовления пищевой продукции, негативно влияет на окружающую среду и на экологию мира в целом, вызывая большое количество экологических проблем. Для регулирования количества отходов, снижения отрицательного воздействия объектов пищевой промышленности на биосферу разрабатываются и применяются все новые высокотехнологичные методы переработки и утилизации пищевых отходов. Наш метод использования солодовой дробины при выращивании овощей является так же методом безотходной технологии в целях снижения уровня загрязнения окружающей среды. Так как чистота окружающей среды напрямую влияет на здоровье человека и сохранение здорового генофонда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении хочется отметить, что цель и задачи, поставленные в ходе исследования, были выполнены. Теоретически и экспериментально доказана возможность экологически безопасного использования отхода пивного производства для выращивания овощей. Пивная дробина является ценным субстратом и позитивным компонентом вторичных экологических систем. Результатом внедрения нашей технологии будет сокращение трудозатрат по выращиванию овощей, получение большего урожая как следствие более правильных технологий по выращиванию в закрытом грунте. Таким образом, в работе показана возможность организации получения альтернативной энергии в виде продуктов питания более экономичным и производительным способом по сравнению с существующей технологией. Нами продумывается технология по восстановлению плодородия земли в теплицах по принципу органического земледелия и ЭМ - эффективных микроорганизмов. Ведь на стыке различных наук и технологий можно добиться улучшения работы сельскохозяйственного конвейера по производству овощей. Создание замкнутого, экологического производства [11], без применения внешних энергоносителей, с более полным использованием энергии солнца. Это будет продолжением нашей работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Разработка способов использования пивной дробины в качестве компонента различных биологических систем. – М.: 2005.
2. Переработка промышленных отходов. Учебник для вузов. – М.: СП Интермет. – 1999. – 445с.
3. ГОСТ 30774-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Паспорт опасности отходов. Основные требования.
4. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат. 1963. – 616с.
5. Закон Джоуля-Ленца. М.: Советская энциклопедия. 1972.
6. Солодовая дробина. //Газета Иркутский садовод. - 2016. - №4(30).
7. . Влияние на окружающую среду отходов пищевой промышленности. – Челябинск.: ЮУрГУ. 2011. – 404с
8. Пат. RU № 000 С05F. Способ приготовления компоста с использованием пивной дробины. 31/12.2003.
9. Общий курс физики. – М.: Наука. 1977. - III Электричество. – 186с.
10. Справочник по физике для студентов. 8-е изд., перераб. и исправ. – М.: «Мир и Образование», 2006. – 1056с.
11. http://kurdyumov. ru/knigi/teplica/teplica00.php
12. Теплица из поликарбоната с тепловым аккумулятором и автоматическим проветриванием своими руками. http://sad. delaysam. ru/teplicy/teplicy1.html
13. Теплица из поликарбоната с теплоаккумулятором своими руками. Описание и эксплуатация. http://newforum. delaysam. ru/topic. php? forum=1&topic=61
14. Термофильные актиномицеты http://www. activestudy. info/termofilnye-aktinomicety/ Зооинженерный факультет МСХА
15. http://www. /?r=category/index&cid=0&keyword=arduino
16. http://www. /item/5460.html
17. http://agracultura. org/articles/practical/kompost-prevraschenie-othodov-v-dohody. html
ПРИЛОЖЕНИЕ
Фото 1. Открытый грунт
Фото 2. Закрытый грунт
Фото 3. Сбор урожая
Фото 4. Взвешивание
Фото 5. Биореактор № 1
Фото 6. Образование плесени
Фото 7. Биореактор № 2
Фото 8. Уличный биореактор
Фото 9. Термокартирование
Фото 10. Расчет количества тепла
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
