Гидравлический  расчет  парогенератора

 
185 
                                             
/
1
/
1
1
Re
v
d
W
в х
в х
пер
 ,                                                       (16) 
где 
в х
W
1
 - скорость теплоносителя на входе; 
в н
d
- диаметр трубы на входе; 
1
- вязкость;          
1
v -объем. 
Для режимов течения с Re> Re
пер
 коэффициент трения   определяется по форму-
ле [8]: 
                   
2
)
lg
2
74
,
1
(
ш
в
r
  ,                                                (17) 
где  r
в
 – частота парообразования. 
 
Длина коллектора теплоносителя: 
 
                                          
.
.
.
1
.
.
патр
присоед
уч
част
верт
k
L
L
L
                                             (18) 
 
Определяем  сопротивление  трения  входного  коллектора  теплоносителя  по  фор-
муле [8]: 
                                                    
2
)
(
1
2
//
1
/
1
W
v
d
l
P
к
T
                                                (19) 
 
Таким  образом,  приведенные  расчеты  служат  предпосылкой  к  построению  ком-
пьютерной  модели,  которая,  вероятно,  поможет  решить  эффективность  теплового  ме-
тода,  например,  если  ее  использовать  в  совокупности  с  гидродинамической  моделью 
скважинной системы, и применяться при создании ресурсо- и энергосберегающих тех-
нологий,  выводящих  нерентабельные  запасы  месторождений  высоковязких  нефтей  в 
разряд прибыльных. 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
1
 
Бараз В.И. Сбор, подготовка и транспорт нефтяного газа. Справочник рабочего. -М.: 
Недра, 1987. - 260с.  
2
 
Бенькович Е.С. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование дина-
мических систем. – ISBN 5-06-002654-Х. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 464с.  
3
 
Бойко В.С. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений.- М.: Недра, 1990. - 
427с.  
4
 
Бухаленко  Е.  и  др.  Оборудование  для  термической  депарафинизации.  -  М.:  Недра, 
1980. - 239с.  
5
 
Дьяконов В.П., Афонский А.А. Измерительные приборы и массовые электронные из-
мерения. - ISBN 5-98003-290-8. -М.: Солон-Пресс, 2007. – 270 с.  
6
 
Кудинов  В.И.,  Савельев  В.А.,  Головина Т.И.  Экономическая  эффективность  внедре-
ния  тепловых  методов  повышения  нефтеотдачи  на  месторождениях  ОАО  «Удмуртнефть»  // 
Геология нефти и газа. - 1998. - № 5. – С.35-37. 
7
 
Мирзаджанзаде  А.Х.,  Ковалев  А.Г.,  Зайцев  А.Ю.  Особенности  эксплуатации  место-
рождений аномальных нефтей. - М.: Недра, 1972. - 200с. 
8
 
Гиматудинова  Ш.  и  др.  Справочное  руководство  по  проектированию,  разработке  и 
эксплуатации нефтяных месторождений // Добыча нефти - М.: Недра, 1983. - 455с.  
9
 
Рассохин  Н.Г.  Парогенераторные  установки  атомных  электростанций.  -  М.:  Энерго-
атомиздат, 1987. – С.253. 
 
ТҤЙІН 

 
186 
 
Голубев В.Г. - т.ғ.д., профессор, Жантасов М.К. - т.ғ.к., доцент, Амангельдиева Г.Б. -  
магистрант, Кембаев А.Р. – магистр, оқытушы 
М. Әуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент қ. 
ТарМУ-дағы кӛпсалалы колледж, Тараз қ.  
 
Мҧнайбергішті жоғарылату ҥшін жылу әсер ету әдісін әзірлеу  
 
Бұл  жұмыста  мұнайберілісін  жоғарылату  үшін  әрекеттестік  жылу  әдісін  игеруі 
келтірілген,  сонымен  қатар,  мәселенің  ӛзектілігі  мен  оның  шешу  әдістері  кӛрсетілген. 
Қондырғының  негізгі  элементтері  мен  процестің  негізгі  параметрлерінің  жылу  және 
гидравликалық  есебі  келтіріліп,  сонымен  бірге  жылу  процесін  қамтамасыз  ету  үшін 
жылугенераторлы қондырғы ұсынылған.  
Сонымен  қатар,  энергияны  сақтау  технологиясы  мен  жоғарытұтқырлы  мұнай 
кенорындардың  рентабельсіздігін,  шарттардың  негізінде  жылу  әдісінің  тиімділін  еңгізу  үшін 
олар модельді жасауға кӛмектеседі.   
 
RESUME 
 
Golubev V.G. – 
Doctor of Technical Sciences
. Professor, Zhantasov M.K. – Candidate of 
Technical Sciences, Assistant Professor, Amangeldieva G.B. - 
graduate student
, Kembaev A.R. 
– Master of Engineering, Professor 
M.Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent   
Diversity College in Taraz State University, Taraz 
 
Development of the heat method of the influence for increase nefteotdachi  
 
Work is dedicated to actual problem of the increase the share it is difficult to extract the spare to 
oils raised to viscosity. It is offered, as defining, heat  method of the influence, for realization which 
are stated theoretical bases its work, as well as equipment, in particular, vapour and generator installa-
tion.  
On vapour and generator to installation is executed heat and hydraulic payments, allowing real-
ize the way of the heat influence.   
Besides,  they  allow  to  create  the  model  for  efficient  introducing  the  heat  method  in  condition 
energy to save technology and profitability hole high viscous oil.  
 
 
УДК 628.336.6 
 
КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  
ОБРАЗОВАНИЯ БИОГАЗА ИЗ СМЕШАННЫХ ОТХОДОВ   
 
К.У.Коразбекова – докторант PhD, Ж.К.Бахов – д.т.н., профессор,  
А.А.Сапарбекова – к.т.н., доцент  
 
ЮКГУ им.М.Ауэзова, г.Шымкент  
 
Аннотация  
 
Изучены возможности увеличения потенциального выхода метана при метановом ана-
эробном  брожении  смешанных  отходов:  навоза  крупного  рогатого  скота  (КРС)  с  добавками 
пищевых отходов и других органических отходов. Выявлено, что в зависимости от химическо-
го состава добавленные субстраты могут обогащать биомассу такими микроорганизмами  гид-

 
187 
ролизного рода, как Megasphaera V.elsdenii, которые уже в рубце превращают макромолекулы в 
мономеры, что в последующем способствует потенциальному росту выхода метана. По резуль-
татам проведенных опытов соотношение субстратов 75:25 можно считать наиболее близким к 
оптимальному.   
 
Ключевые слова: отходы животноводства, пищевые отходы, ферментация, метанобразующие 
бактерии, биогаз, выход метана 
 
Выделение  биогаза  из  биомассы  осуществляется  под  комплексным  воздействием  мик-
роорганизмов гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих групп. Разнообразие ви-
дового состава микроорганизмов, входящих в метаногенный биоценоз, позволяет использовать 
для получения биогаза практически все виды жидких и твердых субстратов (в том числе отхо-
дов), содержащих органические вещества, для их анаэробной конверсии [1,2]. 
Последние достижения в изучении механизмов анаэробного сбраживания биомассы да-
ют возможность оптимизации управления процессом, в частности, предупреждения нестабиль-
ности  в  работе  сбраживателя.  Эффективность  протекания  процесса  анаэробного  сбраживания 
биомассы в определенной степени зависит от состава и качества исходного сырья. Видимо по-
этому в последнее время все большее внимание уделяется варьированию состава биомассы, в 
том числе использованию смеси отходов. Это обеспечивает усреднение состава биомассы, по-
лучаемой из отходов с низким и высоким энергетическим потенциалом. 
Анаэробное  брожение  смешанных  субстратов  навоза  с  комплексом  органических  суб-
стратов,  таких  как  остатки  продуктов  питания,  может  значительно  улучшить  экономическую 
жизнеспособность процессов обработки отходов животноводства.  
В  смешанных  субстратах  добавки  могут  существенно  увеличить  долю  составных  час-
тей,  играющих  ключевую  роль  в  выходе  метана из  биомассы. Часто  эти компоненты  бывают 
высококалорийными веществами, т.е. увеличивают энергетический потенциал субстрата.  
Переработка нескольких потоков отходов в одном месте, брожение смешанных субстра-
тов  способствуют  стабилизации  состава  сырья,  рациональному  использованию  не  только  жи-
вотноводческих, но и других видов органических отходов.  
На практике часто получается так, что навоз до конца не разлагается из-за высокого со-
держания  лигнина  [3],  хотя  и  способствует  поддержанию  отдельных  параметров  (таких,  как: 
щелочность, pH, концентрация питательных веществ) в пользу производства метана. 
Можно  также  поощрять  синергизм  с  брожением  смешанных  субстратов,  созда-
вая coметаболические процессы от конкретного субстрата смесей, которые могут  уве-
личить общую способность к биологическому разложению отдельных компонентов [4]. 
Брожение смешанных органических отходов на основе навоза интенсивно нача-
ло  проводиться  с конца 80-х гг. прошлого века [5]. К примеру, Вонгом в 1990 г. был 
установлен  более  высокий  выход  метана  при  смешивании  свиного  навоза  с  осадком 
сточных вод при соотношении 66:33 по сравнению с моноброжением навоза и осадков. 
По его мнению, наиболее важным фактором, определяющим эффективность брожения, 
был рН.  
Более  высокий  выход  метана  (в  2-3  раза  больше)  также  был  зафиксирован  при 
брожении навоза крупного рогатого скота, смешанного с мельничным стоком и олив-
ковым маслом в соотношении 50:50 и 25:75 [6]. Здесь высокопроизводительные буфе-
ризации навоза, вместе с содержанием отдельных питательных веществ, способствова-
ли разложению мельничных стоков без предыдущих разбавлений и добавки щелочных 
компонентов и азота.  
При брожении смешанных субстратов свиного навоза с пометом домашней пти-
цы в соотношении 100:0, 80:20, 60:40, 20:80, 20:80 и 0:100,  Magbanua et al. (2001) на-
блюдался  высокий  выход  метана  при  любой  комбинации  субстратов  по  сравнению  с 
результатами, полученными при моноброжении этих отходов [7]. 

 
188 
Несмотря  на  преимущества  ферментации  смешанных  субстратов,  крайне  слож-
ный  характер  и  непоследовательность  затрудняют  потенциальное  брожение  смешан-
ных отходов, если невозможно предусмотреть влияние различных добавок на процессы 
ферментации навоза. 
В настоящей работе мы изучали процесс брожения смешанных отходов: навоза 
крупного  рогатого  скота  (КРС)  в  смеси  с  различными  органическими  субстратами  с 
тем, чтобы оценить их влияние на потенциальный выход метана. 
Отдельные органические субстраты, имеющие различные степени разложения и 
химические составы, были смешаны с навозом КРС. Этими субстратами являются  ос-
татки виноделия, пищевые и биологические отходы. Для определения потенциального 
выхода метана из навоза КРС и свиней при температуре 37
0
С  были проведены иссле-
дования на лабораторной «Хоэнхайм» системе тестирования выхода биогаза. Образцы в 
трех повторениях проверялись на содержание сухого вещества (СВ), органического су-
хого вещества (оСВ), золы и влаги. Содержание влаги, СВ и оСВ были определены со-
гласно APHA-Стандартные методы [8]. 
Все тестируемые субстраты весом около 40 г были подготовлены в трех повто-
рениях в 100 мл групповых реакторах (парированные пробирки/шприцы) и установле-
ны в медленно управляемый двигателем ротор для медленного непрерывного смешива-
ния субстрата. Процесс анаэробного брожения субстрата продолжался 35 дней по вре-
мени  гидролитического  удержания  (ВГУ)  в  мезофильном  режиме  (при  температуре 
37
0
С)  в инкубаторе. 
Для каждого набора повторения были измерены и регистрированы объем биога-
за и содержание метана при помощи газового датчика, который определяет содержание 
(%) метана в биогазе при достижении объема до 20 мл. Температура инкубатора, дав-
ление воздуха, дата и время, на которых были приняты измерения, также зафиксирова-
ны  для  производства  биогаза,  основанные  на  норме  условий  (нм
3
/кг  оСВ):  273  K  и 
101325 ПА в соответствии с Ludington D [9]. Содержание метана было измерено с по-
мощью преобразователя газа AGM 10 модель (датчики Europe GmbH, Германия) с не-
дисперсионным  инфракрасным  (NDIR)  датчиком,  способным  обнаружить  содержание 
метана в биогазе в диапазоне от 0 до 100%. Датчик газа был калибрирован со стандарт-
ным газом, с содержанием метана 60,7% (v). 
Результаты и обсуждение.  Результаты определения сухого и сухого органиче-
ского вещества  показаны в таблице 1. 
К навозам КРС были добавлены другие органические отходы  - отходы виноде-
лия, пищевые отходы и биоотходы в соотношении 75:25.    
По результатам экспериментов на потенциальный выход метана в пробах 1 и 2 
образование метана после 12 дней происходило интенсивно до 25 дней, и процесс вы-
хода метана принял равномерное состояние.  Но в пробах 2 метана образовалось срав-
нительно меньше.  
В пробах 3 и 4 образование метана после 15 дней постепенно поднялось, но не-
равномерно  и  до  35  дней  образование  метана,  увеличиваясь,  достигло  до  0,27  м
3
/кг 
оСВ. В пробе 4 процесс образования метана уменьшался, а в пробе 3 - увеличивался до 
конца времени гидролитического удерживания.  
Образование  биогаза  зависит  от  жизнедеятельности  микроорганизмов  –  гидро-
лизных,  кислотообразующих,  ацетогенных  и  метаногенных  бактерий  и  соответствует 
логарифмическим фазам роста бактерий. 
Можно выделить четыре фазы роста микроорганизмов:  
-
 
лак-фаза - бактерии адаптируются к условиям среды и размножаются сравни-
тельно медленно;  

 
189 
-
 
экспоненциальная фаза характеризуется максимальной скоростью клеточного 
деления. Для конкретного вида бактерий в конкретных условиях рост времени генера-
ции постоянен в течение всей логарифмической фазы;  
-
 
стационарная фаза роста бактерий - в течение этого периода доступность важ-
нейших  питательных  веществ  становится  лимитирующим  фактором,  устанавливается 
равновесие между клеточным ростом и делением и процессом отмирания клеток, среда 
истощается, в ней аккумулируются токсические продукты метаболизма, что проявляет-
ся снижением темпов размножения и прекращением увеличения числа клеток;   
-
 
фаза отмирания (спада, лизиса) включает период логарифмической гибели, пе-
реходящий в период уменьшения скорости отмирания бактерий. 
В работах с 1 и 2 пробами график образования метана соответствует фазам роста 
бактерий. К 35 дню микроорганизмы, образующие биогаз, проходят 3 фазы роста бак-
терий  до  фазы  отмирания,  а  в  пробах  3  и  4  к  35  дню  микроорганизмы,  разлагающие 
смесь навоза КРС с пищевыми отходами и биоотходами, проходят только 2 фазы – лак-
фазу до 18 дней и  экспоненциальную фазу, в этих субстратах бактерии все еще макси-
мально размножаются, активно образуя метан. Поэтому время гидролитического удер-
живания длиннее с ко-субстратами – пищевыми отходами и биоотходами.  
 
 
Таблица 1 - Характеристика субстратов эксперимента 
 
П
робы
 
Наименова-
ние субстра-
тов 
Масса 
(мг) 
СВ  
(% в 
свежем 
материале) 
оСВ (% 
в СВ) 
Среднее 
содержание 
свежего ма-
териала [мг] 
Средне
е 
содерж
ание 
оСВ[мг
] 
Влаж-
ность 
субстра-
та 
Соотно-
шение 
субстра-
тов 
1  жидкий на-
воз КРС 
 
40200 
3,73 
72,14 
 
40200 
 
1080 
 
96,27 
- 
2  жидкий на-
воз КРС 
30053 
3,73 
72,14 
30453 
1153 
95,14 
75:25 
отходы ви-
ноделия 
400 
89,90 
96,15 
3  жидкий на-
воз КРС 
30053 
3,73 
72,14 
 
 
32,114 
1,138 
 
 
95,08 
 
 
75:25 
пищевые от-
ходы 
1931 
18,94 
91,20 
4  жидкий на-
воз КРС 
30053 
3,73 
72,14 
 
30,500 
1,130 
 
95,40 
 
75:25 
биоотходы 
400 
95,48 
84,12 
                                                      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Время гидравлического удержания [дни]
Сп
е
ц
и
ф
и
че
с
ки
й
 в
ы
х
од
 ме
та
н
а
 [м3/
кг
 oСВ
]
1 проба
2 проба
 

 
190 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Процесс образования биогаза также зависит от химического состава субстратов 
и вида микроорганизмов. В рубце КРС встречаются микроорганизмы. К примеру такие 
как  Megasphaera  V.elsdenii  из  гидролизного  рода,  который  уже  в  рубце  превращает 
макромолекулы  в  их  мономеры.  Из  метаногенных  бактерий  в  кишке  жвачных  живут 
бактерии из родов Methanomicrobium и Methanospiriillum [10]. Но рН среды влияет на 
жизнедеятельность микроорганизмов. В пробах 1 и 2 процесс образования метана про-
исходит равномерно до 35 дней, а  в пробах 3 и 4 метан образуется неравномерно. Это 
зависит от химического состава ко-субстратов – пищевого отхода и биоотхода. Основ-
ные качественные и количественные особенности образованного биогаза из смешанных 
отходов  КРС  с  разными  пищевыми  отходами  по  результатам  исследования 
представлены в таблице 2.   
 
Таблица  2  -  Качественные  и  количественные  характеристики  биогаза,  образованного  из  сме-
шанных отходов КРС 
 
 
Субстраты 
Среднее 
содержа-
ние метана 
Средний спе-
цифический 
выход биогаза 
Средний спе-
цифический 
выход метана 
Коэффициент 
колебания (℅)  
специфическог

 
191 
(℅) 
(Nm3/кг оСВ)  (Nm
3
/кг оСВ)  о выхода мета-
на 
Жидкий навоз КРС 
63 
0,447 
0,283 
7,649 
75% жидкий навоз КРС: 25% 
отходы виноделия 
59 
0,408 
0,239 
21,541 
75% жидкий навоз КРС: 25% 
пищевые отходы 
47 
0,267 
0,126 
9,110 
75% жидкий навоз КРС: 25% 
биоотходы 
52 
0,328 
0,172 
7,811 
 
 
Как  видно из таблицы 2, при брожении смешанных отходов КРС с пищевыми 
отходами, отходами виноделия и биоотходами при соотношении 75:25 среднее содер-
жание  метана  в  процентах  не  превышает  содержание  метана  из  жидкого  навоза  КРС 
несмешанного субстрата: в субстрате с содержанием отходов виноделия, где процент-
ное содержание метана 59%, с пищевыми отходами 47% и с биоотходами 52%.  
В  зависимости  от  химического  состава  ко-субстратов,  добавленные  субстраты 
могут  обеспечить  дополнительными  составными  частями,  которые  потенциально  по-
высят выход метана по результатам Angelidaki, I., Ahring, B.K., Rodrigo A. Labatut, Norm 
R. Scott.  Но в наших экспериментах, при соотношении 75:25 брожение смешанных от-
ходов не повысило выход метана. Тем не менее, возможно, что соотношение субстра-
тов 75:25 не самое оптимальное. Есть предположение, что химический состав пищевых 
отходов и биоотходов неблагоприятны, если в них содержатся кислоты, особенно жир-
ные кислоты. 
 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
4
 
Ножевникова А.Н., Жилина Т.Н., Соколова Т.Г. Видовой состав метановых бактерий 
в сброженном навозе крупного рогатого скота // Прикладная биохимическая микробиология. - 
1988. - Вып.4, №24. - С.555-559.  
5
 
Калюжный 
С.В., 
Ножевникова 
А.Н., 
Варфоломеев 
С.Д. 
Кинетические 
закономерности роста Methanosarcina vacuolata // Микробиология. – 1985. -  вып.2. - №54.  -С. 
257-262.  
6
 
Chandler A.J. et. аl. Predicting methane Fermentation biodegradability //Proceedings of the 
Biotechnology and Bioengineering Symposium. - 1980. - №10. –PP.93-107.  
7
 
Alatriste-Mondragon F. et. al. Anaerobic codigestion of municipal, farm and industrial or-
ganic wastes: A survey of recent literature  // Water Environment Research. -2006. -№78. - P.607-636.  
8
 
Angelidaki  I.,  Ahring  B.K.  Codigestion  of  olive  oil mill  wastewaters  with  manure,  house-
hold waste or sewage sludge // Biodegradation. -1997. - № 8. -PP. 221-226.  
9
 
Alatriste-Mondragon F. et. аl. Anaerobic codigestion of municipal, farm and industrial or-
ganic wastes: A survey of recent literature  // Water Environment Research, 2006.- №78. -PP.607-636.  
10
 
Angelidaki  I.,  Ellegaard  L.,  Ahring  B.K.  Modelling  anaerobic  codigestion  of  manure  with 
olive oil mill effluent // Water Science and Technology. -1997. - №36. - P. 263-270.  
11
 
Rodrigo  A.  et.  al.  Experimental  and  Predicted  Methane  Yields  from  the  Anaerobic  Co-
Digestion of Animal Manure with Complex Organic Substrates // An ASABE Meeting Presentation. – 
2008. - №8. - P.19.  
12
 
APHA.  Standard  Methods  for  the  Examination  of  Water  and  Wastewater.  –  Washington: 
DC, 1995. – 53 p. 
13
 
 Ludington D. Calculating the Heating Value of Biogas. DLtech, Inc. – NY:  Ithaca, 2006 // 
http://www.dairyfarmenergy.com. 
14
 
 Хоулт Дж. и др. Определитель бактерий Берджи / пер.  с англ. - М.: Мир, 1997.-368 с.  
 

 
192 
 

жүктеу/скачать 5,98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: