Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=30 Дата изменения: Fri May 5 15:25:37 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:28:57 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: южная атлантическая аномалия

АННОТАЦИЯ.

Предпринята попытка, разработать парогенератор малой мощности с высокой
степенью безопасности эксплуатации для удовлетворения нужд малого частного
предпринимательства при интенсивном методе культивирования грибов.
Исследуются параметры парогенератора, в дальнейшем планируются проведение
опытов по культивированию грибов при различных режимах стерилизации на
различных субстратах, сопоставление результатов и разработка рекомендаций.

Парогенератор для стерильной обработки субстрата, отличающийся тем, что с
целью безопасности работы и строгого соблюдения технологии грибов, имеет
встроенный чувствительный датчик температуры, предохранительный
клапан, выпускающий пар при превышении расчётного давления, а также
манометр и датчик температуры, отключающий нагревательный элемент. Цепь
управления в целях электробезопасности запитана низким напряжением.

Парогенератор может быть использован в учебном процессе при изучении
свойств насыщенного пара.






























Notes.

We succeeded in the invention of safe steam engine for cultivation of
mushrooms. During the investigation of steam engine's properties we want to
create experiments for cultivation of mushrooms with different types of
sterilization using different substance compare the results and elaboration
of recommendation.

The steam engine for sterile processing of (substance has special things
for safety work and exact observance of growing mushrooms.
It has the hitting element that switches off if the water totally boils.
Also it has it's own sensual temperature device, a safety valve that lets
the steam out if pressure increases, Manometer and temperature device that
switches off the hitting element.
Steam engine can be used in the educational process.



















































ВВЕДЕНИЕ.

Множество фирм и частных предпринимателей вкладывают инвестиции в
создание грибных цехов и фирм. По данным литературного источника (1) за
последние десять лет производство грибов в России утроилось, но её
внутренний рынок, по-прежнему далёк от насыщения и спрос значительно
превышает предложение. На Украине выращивается около 500 тонн грибов в год
при минимальной потребности 100 тысяч тонн в год. Подобных данных по
Казахстану найти не удалось, но, очевидно, ситуация такая же, если не хуже,
что особенно в условиях сложной экологической обстановки и загрязнённости
промышленными и радиоактивными отходами не удовлетворяет потребностей
населения. Следует сказать, что если в развитых странах годовое потребление
выращиваемых грибов составляет около четырёх килограммов на одного человека
в год (1), то в странах СНГ оно не превышает 100 грамм на одного
человека.

Необходимость выращивания грибов связана с тем, что они, судя по
последним данным относительно их химического состава, содержат все
необходимые организму вещества (белки, жиры, углеводы, минеральные соли,
витамины). Культивируются в основном два вида грибов: вешенка и шампиньон.
Свой выбор мы остановили на вешенке, что связано с более простой
технологией выращивания и с тем, что её ценность не менее значима, чем
шампиньона.

По содержанию белка и аминокислотному составу вешенка ближе к овощам, чем
к мясным видам продуктов. В плодовых телах данного гриба обнаружено
значительное количество аминокислот, которые не могут синтезироваться в
человеческом организме и должны поступать с пищей (2). Этот метионин,
лизин, триптофан.

В вешенке содержится до 7-8% минеральных веществ. Это и калий,
регулирующий работу сердечной мышцы, и фосфор, участвующий в обмене веществ
и входящий в состав белков и нуклеиновых кислот, и железо, принимающее
участие в образовании гемоглобина и ряда ферментов, а также кальций,
кобальт, медь, натрий, и ряд других микроэлементов необходимых
человеческому организму.

Употребление блюд из вешенки способствует снижению уровня холестерина в
крови, обеспечивает нормальный рост тканей и обмен веществ. Она обладает
антисклеротическим действием. Кроме названных свойств было установлено, что
в ней содержатся вещества, препятствующие образованию раковых опухолей (1).


Различают два основных метода культивирования вешенки - экстенсивный (в
природных условиях, на определённых видах древесины, в летний период
времени) и интенсивный ((1),(3),(4)). Выращивание вешенки интенсивным
методом в специально оборудованном помещении с регулируемыми условиями
микроклимата имеет ряд преимуществ перед экстенсивным, а именно: процесс
производства грибов может происходить в течение всего года. Урожайность при
интенсивном способе более высокая и стабильная, благодаря созданию
оптимальных условий для роста грибницы и плодоношения. Но при этом
возникает ряд проблем, которые необходимо решить.

При интенсивном способе вешенка выращивается на специально подготовленном
субстрате в закрытом помещении (теплице, подвале и т. д.) в регулируемых
условиях, причём всего за 2-2,5 месяца.

В качестве субстратов для вешенки используют измельчённую солому злаковых
культур (пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса), опилки лиственных пород
деревьев, измельчённые стебли кукурузы, семечную шелуху и др. В природе
вешенка на этих субстратах не растёт из-за конкуренции с плесневелыми
грибами, которые опережают её в развитии и даже подавляют. Поэтому при
культивировании вешенки в искусственных условиях стараются препятствовать
развитию конкурентов, для чего субстрат подвергают воздействию высоких
температур.

Существует два способа, с помощью которых проводится обработка
субстрата - стерильный и не стерильный. Суть стерильного способа
заключается в том, что на увлажнённый субстрат действуют высокими
температурами и давлением, благодаря чему погибает вся микрофлора.
Температура при стерилизации достигает 120( С, давление - 1,5 [pic]
(1,5*[pic]Па). Продолжительность стерилизации занимает около трёх часов.
После охлаждения в субстрат вносят посевной материал (мицелий). Стерильный
способ даёт отличные результаты, но широко не применяется из-за высокой
стоимости, необходимости применения специального оборудования (автоклавов)
и необходимости поддерживать стерильность на последующих этапах
культивирования. Этот способ применяется в основном для производства
посевного мицелия и проведения лабораторных экспериментов.

Не стерильный способ более доступен грибоводам - любителям и имеет
множество вариантов, но используются два основных способа: ферментация и
ксеротермическая обработка субстрата.

Суть ферментации состоит в том, что субстрат обрабатывают одновременно
теплом и свежим воздухом, Температуру субстрата стараются быстро поднять до
60 - 70( С и выдерживают в течение 8 - 12 часов. При данной температуре
происходит пастеризация субстрата. Далее следует постепенное охлаждение
субстрата до 45( С в течение 48 - 72 часов. Этот процесс называется
конденсированием. Во время проведения ферментации влажность должна
находиться в пределах 70 - 80%. За время ферментации в субстрате
развивается микрофлора, выделяющая в среду вещества антибиотического
действия, благодаря которым тормозится рост конкурентов вешенки, а сама она
на таком субстрате отлично развивается. Температуру субстрата регулируют
с помощью пара и воздуха. Свежий воздух подаётся через бактериальный
фильтр. Ферментация проводится в специальных камерах, представляющих
сложное сооружение (в нашем случае нет необходимости в его описании) и,
кроме того, необходим парогенератор для подвода пара.

Ксеротермический метод обработки субстрата применяется в основном на
мелких предприятиях. По типу воздействия этот способ относится к жёсткой
пастеризации: воздушно-сухой субстрат нагревается до 100( С паром при
атмосферном давлении в простых устройствах. Пар низкого давления при
температуре 100( С подаётся от парогенератора. Длительность обработки 1-1,5
часа. Пропаренный субстрат увлажняют (влажность его должна составлять перед
инокуляцией 65-70%).

Ксеротермическая обработка требует соблюдения особой чистоты в помещении,
где проводят инокуляцию (посадку грибницы) и фасовку субстрата. Все
остальные процессы могут проходить в не стерильных условиях.
Ксеротермический метод обработки вполне доступен грибоводам-любителями, и с
известной осторожностью его можно апробировать и в небольших кооперативах.

Таким образом, возникает необходимость создания парогенератора небольшой
мощности для широкого круга грибоводов-любителей с возможностью задания
требуемых параметров обработки с высокой степенью безопасности
эксплуатации.

Исследовательская часть.

1. Разработка и описание конструкции парогенератора.
Разработан парогенератор малой мощности для ксеротермической обработки
субстрата. В отличие от существующих аналогов в нём предусмотрена
возможность точного контроля всех необходимых параметров для эффективной
обработки субстрата паром и, в первую очередь, температуры и давления.
Парогенератор рассчитан на предельное давление, при котором может
произойти разрушение стенок, 3 атмосферы. Его корпус изготовлен из
нержавеющей стали толщиной 2мм. В форме цилиндра (рис. 1). С целью
получения большей ёмкости и увеличения времени обработки паром, ёмкость для
воды вынесена в нижнюю часть парогенератора, где и проходит её подогрев
нагревательным элементом мощностью 3кВт (рис.2). Наличие воды в ёмкости
контролируется датчиком ДНВ (датчик наличия воды),установленным несколько
выше нагревательного элемента с целью исключения возможности выхода из
строя нагревательного элемента. Датчик запитан от цепи постоянного тока
напряжением 22В.
В результате нагрева воды образуется насыщенный пар, имеющий
определённую температуру при определённом давлении (6). Известная
теоретическая зависимость давления [pic] насыщенного пара и плотности
насыщенного пара (от температуры по шкале Цельсия (Р0=f(t(С) и (= f(t(С)).

|t(,С |Р, кПа|(,*[pic] |
|20 |2,333 | 17,3|
|30 |4,239 |30,3 |
|40 |7,371 | |
| | |51,2 |
|50 |12,33 |83 |
|60 |19,92 | 130 |
|80 |47,33 | 293 |
|100 |101,3 | 598 |
|120 |198,5 | 1123 |
|160 |618 | 3259 |

[pic]
Для предотвращения разрыва корпуса парогенератора (Р (3*[pic] Па при
t(C(135(С (рис. 3)) предусмотрен предохранительный клапан давления ПК (Рис.
2).

Контроль температуры осуществляется с помощью датчика температуры ДТ-1,
выполняется в виде двух последовательно соединённых термопар, установленных
в крышке парогенератора и подключаемых к микроамперметру,
проградуированному в (С.

Датчик температуры ДТ-2 (автомобильный) с нормально открытым контактом
(рис. 2) настроен на температуру 102-105(С, при которой он отключает
нагревательный элемент от сети.

С целью исключения возможности разрыва корпуса парогенератора, в его
крышку вмонтирован предохранительный клапан ПК, рассчитанный на предельное
давление 1,5*[pic] Па (1,5 [pic]). Контроль давления насыщенного пара
осуществляется с помощью манометра М.

Регулировка интенсивности подачи пара осуществляется с помощью крана К.

















2. Расчёт, проектирование, испытание и настройка нагревательного
элемента, датчиков и приборов.

Расчёт ёмкости парогенератора.

В целях возможности индивидуального использования парогенератора
грибоводам-любителям были приняты следующие размеры основной ёмкости и
дополнительной для воды (рис.)

[pic]

Основная ёмкость V1=(*[pic]*h/4

V1=(*[pic]*0.35/4=0.028 [pic]

Объём усечённого конуса с достаточной степенью точности можно принять
равным:

Vус=(R^2*h1=(*0.16^2*0.06=0.0016[pic]

Основная ёмкость имеет объём:

V=V1+Vус=0.028+0.0016=0.0296 [pic]

Т.е. V(0.03 [pic]

Дополнительная ёмкость (подвесная):
V2=(*[pic]*l/4=(*[pic]*0.3/4=0.004[pic]

Общая ёмкость парогенератора:

Vп=0.03*0.004=0.034[pic]

Максимальная же ёмкость парогенератора с насыщенным паром:

Vп.max= V= 0.03[pic]

Толщина стенки сосуда парогенератора рассчитана из условия прочности:

(р=F/S ( ((( (7)

(р - расчётное значение механического напряжения, Па;

F - сила, действующая, например, на дно сосуда, Н;

S - площадь поперечного сечения дна сосуда по диаметру,[pic].

В связи с тем, что для допускаемого значения механического напряжения (((
требуется специальная справочная литература, расчёт на прочность не
производится (толщина стенки, (=2мм, принимается опытным путём).

Давление насыщенного пара может быть подсчитано по формуле Менделеева -
Клапейрона:

[pic]=m/M*R*T, откуда

[pic]=1 /M*m/V*R*T

m/V=( - плотность насыщенного пара; при t( (=0,598 кг/[pic] (таблица 1)

R - газовая постоянная, R=8,31 Дж/К*Моль

T = t+273=100+273=373К (температура по шкале Кельвина)

М=0,018 кг/Моль - молярная масса воды, тогда P0=1/0,018 кг/Моль* 0,598
кг/[pic]*8,31 Дж/К*Моль*373К=102976 Па, т.е., незначительно превосходит
атмосферное давление.

Датчик температуры ДТ-1.
Для большей чувствительности, в качестве датчика температуры
использованы две последовательно соединенные термопары из разных из разных
материалов, изолирование от металла крышки парогенератора с помощью
специальных фторопластовых втулок. Датчики, включеные в цепь с
микроамперметром, опускались в воду, которая нагревалась до 100оС. Контроль
температуры осуществляется с помощью ртутного термометра с пределом
измерения 105оС Возникающий в цепи электрический ток регистрировался с
помощью микроамперметра. Данные измерений внесены в таблицу 2

Тарирования микроамперметра .
Таблица 2.

|toC |20 |40 |60 |80 |100 |
|J, мкА |23 |55 |80 |92 |98 |


Нагревательный элемент.

- объём воды 10 л ( V= 0.01 м3);
- конечная температура t1=16оС;
- начальная температура t2= 98 оС;
- время нагревания t=18 мин.
Количество теплоты, выделенное при нагревании
Q=cm[pic]t [8]
Где С - удельная теплоёмкость воды,
с=4200 Дж\кг*оС;
m- воды; m=V*(
(- плотность воды, (=1000 кг\м3;
m=0.01*1000=10кг
[pic]t=t2-t1=98 - 16= 82oC
Q=4200*10*82=3 444 000 Дж
Мощность P=Q\t= 3 444 000 \ 18 * 60 = 3188 Вт = 3.2 кВт,
Что подтверждает паспортную мощность нагревательного элемента.
Сила тока в силовой цепи:
J=P\U=3188Вт\220В=14,5А
Предохранительный клапан.

При испытании парогенератора ПК сработал (начал сбрасывания пара через
отводной канал ) при давлении по манометру (м) Pо = 1,3 кг/см2 , что
соответствует давлению 1,3 * 105 Па или избыточному давлению 0,3*105 Па.


Регистрация и паспортизация парогенератора.
Согласно пункта 6.2.2. Правил устройства и безопасной эксплуатации
сосудов, работающих под давлением, утверждённых государственным комитетом
по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору
РК от 21.04.1994, согласованным с Советом федерации независимых профсоюзов
РК от 13.04.1994, регистрации не подлежат сосуды с температурой не выше
[pic] и произведением PV не превышающим единицу. Разработанный
парогенератор имеет PV = 1,3*0,034 = 0,044 < 1 и [pic] ([pic]С) < [pic],
следовательно, относится к сосудам 4-ой группы безопасности и не подлежит
регистрации.
При испытании парогенератора проведено его техническое
освидетельствование, составлены технические характеристики (паспорт).

Техническая характеристики.

1. Рабочий объём парогенератора - 0,034[pic].
2. Максимальное рабочее давление - 103000 Па.
3. Предельно допустимое давление - 1,3*[pic] Па.
4. Толщина стенок парогенератора - 2мм.
5. Максимальная рабочая температура - [pic]
6. Габаритные размеры - 0,4 [pic]0,6[pic]0,9 м.
7. Масса парогенератора - 25 кг.















ЛИТЕРАТУРА.

1. А. И. Морозов, «Выращивание вешенки», Издательство АСТ, Донецк
«Сталкер», 2001 г., 48 с.

2. Сычёв П. А. , «Экофизиология высших грибов», Донецк, Кассионея, 2000
г. 276 с.

3. Л. Гарибова, «Вешенка. Интенсивный способ выращивания», Журнал
«Приусадебное хозяйство», ?5, 1988 г.

4. Н. Митникова, «По грибы. в Донецк», Журнал «Приусадебное хозяйство» ?
3, 1993 г.,

5. М. Троекурова, «Грибы. Собираем, выращиваем и готовим», Ростов-на-Дону
«Феникс», 2001 г., 159 с.

6. А.К. Кикоин, «Физика 10 класс», Москва, высшая школа, 1992 г

7.Г.Я. Мякишев, «Физика 10 класс», Москва, высшая школа, 1996 г.

8. А. В. Пёрышкин, «Физика 8 класс», Москва, 1995 г.