CC BY
38
661.7:536.6.517
\ААТТ7Ъ/ГАТГЛ1Л7Г1ГЛ Я \/ГПТТГ ПТ,
± х л у±л. іііі \и к ух іу л 'V/ \1 1 1 ■*
РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В БИОРЕАКТОРЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
Д.Л. ПИОТРОВСКИЙ, М.П. АСМАЕВ, Т.Г. ШЛРАПКИНА
Кубанский государственный технологический университет
Концепция интенсификации сельскохозяйственного производства на практике слабо учитывала комплекс экологических проблем, существующих в современном земледелии. В результате возрастание антропогенных нагрузок вызвало снижение плодородия почв. Мировой и отечественный опыт ведения сельского хозяйства свидетельствует, что на повышение плодородия почв положительно влияют удобрения, в
частности биогумус.
Нами запатентована установка для производства
биогумуса - биореактор [1-3]. В биореакторе регулируются температура и влажность субстрата, перерабатываемого в биогумус. В настоящей статье освещены вопросы математического моделирования изменения
температуры в биореакторе.
Рассмотрим сначала модель изменения температуры при подаче горячей воды в терморубашку. Исходным уравнением для получения модели подача горячей воды-температура субстрата в биореакторе является уравнение теплового баланса без учета тепловых потерь, которое имеет вид
(1)
где - массовый расход воды через клапан в 'герморубашку биореактора, кг/с; с„, ск - удельная теплоемкость воды и компоста соответственно, Дж/(°С-кг); Те, Гв - температура воды, поступающей и покидающей терморубашку биореактора, °С; та - масса компоста в биореакторе и корпуса биореактора, кг; с5 - удельная теплоемкость стали корпуса биореактора, Дж/(“Окг); <ЗТ0 - приращение температурь! субстрата в биореакторе за время Л, °С.
В соответствии с уравнением теплопереноса, тепловой поток, направленный к компосту в биореакторс, определяется выражением
дк=лъ_с1\(тв-тк),
(2)
где - коэффициент теплоотдачи вода-сгаль, Дж/(°С*с-м‘); -
площадь поверхности терморубашки биореактора, м2; 7"с - температура компоста в биореакторе, °С.
Запишем выражение для определения приращения температуры компоста в биореакторе
аТ,,
(3)
Тепловой поток к компосту в биореакторе с учетом
выражений (2) и (3) в операторной форме можно записать следующим образом:
<?* =тб
О.Р +1
где
А-Л
(4)
(5)
Расход среды (воды, пара, воздуха) в общем виде определяется выражением
Ч = <1ттА0МРт -Рт ),
(6)
где С[ - массовый расход среды через регулирующий орган, кг/с; qmax - массовый расход среды через регулирующий орган при перепаде давления на нем 0,1 МПа, кг/(Па-с); А0 - степень открытия регулирующего органа; Р,„, Ргш - давление в магистрали и атмосферное, Па.
Подставляя в выражение (2) тепловой поток (5) и количество поступающей воды, определяемое по выражению (6) без учета инерционности исполнительного механизма, получим искомое дифференциальное уравнение
<Л2Т,
сії
(7)
где - сигнал управления исполнительным механизмом, установленным на магистрали подачи горячей воды; сц = т^ск+ твсв, Дж/°С; -!1 — (/ИкСк '■ >пг!Сз)()у. Дж*С/ С; Ьо — ?тахс1(7в ~ /'ь у-чХ''*;- Дж/с; ^шахс! “ массовый расход горячей воды при полностью открытом регулирующем органе, кг/с; 6] = Ьо<2& Дж.
В модели изменения температуры в биореакторе при подаче в терморубашку холодной воды имеем следующее уравнение теплового баланса:
(<?х вСг(7'хв - Те)) = - (ткск + mc.ce) <1Т5,
(8)
1'Де <?х.в - массовый расход холодной воды через клапан в терморубашку, кг/с; Гц., - температура холодной воды, поступающей в терморубашку, “С.
Запишем уравнение динамики объекта при подаче охлаждающей воды, линеаризованное в окрестностях точки (Т’бо, У2о). С учетом выражений (4) и (6), описывающих тепловой поток к содержимому биореактора и поступление холодной воды в терморубашку биореактора, имеем
чЦ±. + а< + а0ТҐ = Ьі —2- + Ы У„
сіі2 сіі Л
(9)
ГДе/ (5 - Г5 — й(| Дж/(с С), С/х-втах МАССОВЫЙ р*1СХОД
охлаждающей воды при полностью открытом регулирующем органе, кг/с; а\ = шкск + т6с6 + тахсв}72о2к> Дж/°С; Ь\ = дХ£ т&хс&(Тх ь -
Т'зо)? = Ь о0к,- Дж-
і;:ч
управления и средства автоматики в пищевой промышленности: Сб. науч. тр. // КубГТУ. - Краснодар, 1997. - С. 9-13.
3. Асмаев М П , Пиотровский Д.Т Автоматизированная установка по производству биогумуса // Междунар. научн. конф. «Рациональные пути использования вторичных ресурсов АПК»: Тез. докл. - Краснодар, 1997. - С. 150.
Кафедра автоматизации производственных процессов
Поступила 03.10.03 г.
[4Ї
і5.
ЛИТЕРАТУРА
1. Койков В.И., Пиотровский Д.Л., Койков Д.В. Разра-бдтка нового метода промышленного вермикультивирования // Эффективность ветеринарных мероприятий в животноводстве Кубани: Сб. науч. тр. /7 КубГАУ. - Краснодар, 1995. - С. 4-6.
2. Асмаев М.П., Пиотровский Д.Л. Автоматизированная установка по производству биогумуса // Автоматические системы
І.'.'
«и; ■ .н-
Л :
5: ч
V.!-
И
«.■н-
гЛ:
Г|*.1Ь-
1.1 р .1 fc.it-
•їі .V, :у ■
С м Ч 1-М-
СЇІК-
