L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
МНОГОКАМЕРНЫЙ БИОГАЗОВЫЙ РЕАКТОР НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАГРУЗКИ СЫРЬЯ
| Название | МНОГОКАМЕРНЫЙ БИОГАЗОВЫЙ РЕАКТОР НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАГРУЗКИ СЫРЬЯ |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Вендин Сергей Владимирович, Мамонтов Артем Юрьевич, Шаршуков Николай Олегович, Каплин Алексей Валериевич |
| Вид объекта патентного права | Полезная модель |
| Регистрационный номер | 171741 |
| Дата регистрации | 14.06.2017 |
| Правообладатель | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова |
| Область применения (класс МПК) | C02F 11/04 (2006.01) |
Описание изобретения
Полезная модель относится к сельскому хозяйству, к установкам для переработки отходов животноводческого и растениеводческого субстрата в условиях анаэробного сбраживания, и может быть использована на предприятиях агропромышленного комплекса для производства биогаза и органических удобрений.
Задачей полезной модели является повышение ее эффективности за счет равномерного распределения твердой фазы субстрата по всему объему реактора.
Это достигается тем, что многокамерный биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья содержит емкость, которая разделена на камеры с устройствами перемешивания; теплоизоляционную защиту, нагревательные элементы и отверстия под компрессоры. В предложенном решении емкость разделена на горизонтальные камеры. В качестве устройств перемешивания используются лопасти-мешалки, длины которых уменьшаются от нижней камеры к верхней в соотношении 0,75D; 0,6D; 0,45D; 0,3D, где D - диаметр емкости.
Для эффективного отделения газа от биомассы в многокамерном биогазовом реакторе непрерывной загрузки сырья верхняя камера имеет объем, равный сумме объемов нижних камер.
Полезная модель относится к сельскому хозяйству, к установкам для переработки отходов животноводческого и растениеводческого субстрата в условиях анаэробного сбраживания, и может быть использована на предприятиях агропромышленного комплекса для производства биогаза и органических удобрений.
Известен аккумулирующий метантенк (патент RU на изобретение №2107043 C1, C02F 11/04, 1995), содержащий корпус, разделенный перегородками на камеры кислого, нейтрального, щелочного и метанового брожения, сообщенные одна с другой посредством окон для прохода субстрата и имеющие газовые полости в верхней части, установленные в камерах перемешивающие устройства в виде вала с лопастями, загрузочные и разгрузочные устройства и средство для отвода биогаза в виде гидравлического затвора, установленного на патрубке для отвода биогаза.
Недостатком данного метантенка является его низкая эффективность вызванная неравномерным распределением твердой фазы субстрата по всему объему емкости.
Известна система удаления, переработки и утилизации жидкого навоза (патент RU на изобретение №2374814 С1, А01С 3/00, 2008), состоящая из скребкового транспортера, канала, насосов, двух метантенков, бункера, хранилища, агрегата для забора навоза из хранилища. В верхней части реакторов-метантенков на раме установлены форсунки для дробления корки навоза за счет жидкой фракции.
Недостатком этой системы является ее низкая эффективность, т.к. существует высокая вероятность налипания частиц твердой фазы, находящихся в жидкой фракции, ведущая к образованию корок.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому многокамерному биогазовому реактору непрерывной загрузки сырья по технической сущности и достигаемому техническому результату является установка анаэробной переработки органических отходов (патент RU на изобретение №2315721 C1, C02F 3/28, C02F 11/04, 2006), содержащая анаэробный биореактор выполненный в виде герметично закрытой емкости, разделенной с помощью вертикальных перегородок на четыре гидравлически сообщенных между собой секции (камеры). Первая - загрузочная секция соединена с системой подачи исходного сырья. Вторая секция - подготовительная, третья секция - промежуточная и четвертая - сливная, сообщенная с системой удаления жидкого органического удобрения. К входу системы подачи исходного сырья подсоединена система подготовки исходного сырья, выполненная в виде емкости для приема сырья, оснащенной устройствами для измельчения, перемешивания и смешения исходной биомассы с переброженным шламом и ее предварительного нагрева с помощью водогрейного котла (нагревательного элемента). Установка оснащена устройством интенсивного перемешивания биомассы, выполненным в виде двух насосов, установленных снаружи корпуса анаэробного биореактора.
Недостатком данной установки является высокая энергоемкость и низкая эффективность процесса перемешивания, вызванная неравномерным распределением твердой фазы субстрата по всему объему реактора, что ведет к образованию корок в сбраживаемой биомассе.
Задачей полезной модели является повышение ее эффективности за счет равномерного распределения твердой фазы субстрата по всему объему реактора.
Это достигается тем, что многокамерный биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья содержит емкость, которая разделена на камеры с устройствами перемешивания; теплоизоляционную защиту, нагревательные элементы и отверстия под компрессоры. В предложенном решении емкость разделена на горизонтальные камеры. В качестве устройств перемешивания используются лопасти-мешалки, длины которых уменьшаются от нижней камеры к верхней в соотношении 0,75D; 0,6D; 0,45D; 0,3D, где D - диаметр емкости.
Для эффективного отделения газа от биомассы в многокамерном биогазовом реакторе непрерывной загрузки сырья верхняя камера имеет объем, равный сумме объемов нижних камер.
Заявителем не обнаружены источники информации, содержащие одинаковую совокупность существенных признаков, указанных в формуле полезной модели, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежом: на фиг. 1 показана схема многокамерного биогазового реактора непрерывной загрузки сырья.
Многокамерный биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья содержит емкость (1), разделенную на четыре горизонтальные камеры, где нижние I, II и III камеры могут иметь равные объемы, а объем верхней IV камеры равен сумме объемов нижних камер. Связь между камерами обеспечивается с помощью коммуникационных отверстий.
Каждая камера оборудована теплоизоляционной защитой (2), нагревательными элементами (3): в I-III камере находится по одному нагревательному элементу (3), установленному в верхней части камеры посередине, в IV камере - два нагревательных элемента (3), установленные по бокам камеры. На дне каждой камеры по центру установлен электропривод (4), на котором закреплены устройства перемешивания, в качестве которых используются лопасти - мешалок (5). Информационные и силовые кабели, подключаемые к нагревательным элементам (3) и электроприводам (4), прокладываются в кабельных каналах (6). Емкость (1) имеет отверстия под компрессоры для обеспечения движения биомассы: в нижней части I камеры отверстие с компрессором (7), который закачивает массу из расходной емкости в реактор; в боковой части IV камеры отверстие с компрессором для откачивания отработанного сырья в емкость удобрений (8); в верхней части IV камеры отверстие с компрессором для откачивания биогаза в газгольдер (9).
Предлагаемый многокамерный биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья, например биомасса, работает следующим образом. Из нижнего отверстия с компрессором (7) биомасса поступает в емкость (1) и движется вверх по камерам. В каждой камере биомасса перемешивается лопастями-мешалками (5), которые вращаются электроприводом (4), питающимся через силовые кабели, находящиеся в кабельных каналах (6). Поддержание температуры обеспечивается нагревательными элементами (3) и теплоизоляционной защитой (2). В результате происходит сбраживание. По истечению цикла сбраживания, отработанный субстрат откачивается в отверстие для слива отработанного сырья в емкость удобрений (8). Выход выделенного биогаза осуществляется в отверстие с компрессором для откачивания биогаза в газгольдер (9).
Длина лопастей-мешалок в реакторе пропорционально уменьшается от нижней камеры к верхней при движении субстрата. Благодаря уменьшению лопастей-мешалок на поздних стадиях сбраживания осуществляется интенсивное перемешивание, которое ведет к разрушению связей между бактериями. Перемешивание осуществляется периодически, с определенным циклом, частотой и интенсивностью.
Причины перехода к индивидуальным длинам лопастей-мешалок: повышенный выход биогаза за счет достижения сбалансированного перемешивания от самой нижней камеры, где лопасти самые длинные, а перемешивание наиболее интенсивное, к IV камере, где лопасти наиболее короткие, а перемешивание осуществляется значительно реже.
Перемешивание биомассы лопастями-мешалками, находящимися в камере (I), управляемые электроприводом, осуществляется 6 раз в сутки, 1 цикл в 4 часа. Один цикл для камеры (I) составляет 5 полных оборотов, после чего перемешивание останавливается до следующего цикла перемешивания. Перемешивание биомассы лопастями-мешалками, находящимися в камере (II), управляемые электроприводом, осуществляется 5 раз в сутки, 1 цикл в 4,8 часа. Один цикл для камеры (II) составляет 4 полных оборота, после чего перемешивание останавливается до следующего цикла перемешивания. Перемешивание биомассы лопастями-мешалками, находящимися в камере (III), управляемые электроприводом, осуществляется 4 раз в сутки, 1 цикл в 6 часов. Один цикл для камеры (III) составляет 3 полных оборота, после чего перемешивание останавливается до следующего цикла перемешивания. Перемешивание биомассы лопастями-мешалками, находящимися в камере (IV), управляемые электроприводом, осуществляется 3 раза в сутки, 1 цикл в 8 часов. Один цикл для камеры (IV) составляет 3 полных оборота, после чего перемешивание останавливается до следующего цикла перемешивания.
Причины перехода на указанный режим перемешивания: отсутствие разрыва связи между бактериями, участвующими в ходе процесса анаэробного сбраживания, что способствует повышению эффективности накапливания биогаза.
Таким образом, обеспечивается равномерное распределение твердой фазы субстрата по всему объему реактора. Использование предлагаемого многокамерного биогазового реактора непрерывной загрузки сырья повышает эффективность переработки животноводческих и растениеводческих отходов за счет уменьшения длин мешалок от ранней фазы к более поздней и покамерного разделения реактора, способствующего обеспечению индивидуального перемешивающего режима для каждой фазы сбраживания.
Усовершенствование лопастей-мешалок позволяет равномерно проникать бактериям в свежую биомассу; отделять готовый биогаз от массы; рационально использовать всю площадь поверхности реактора; обеспечить однородность массы во избежание корок и осадка. Использование предложенной полезной модели позволит повысить эффективность анаэробного сбраживания отходов животноводства и растениеводства.
Формула полезной модели
1. Многокамерный биогазовый реактор непрерывной загрузки сырья, который содержит емкость, разделенную на камеры с устройствами перемешивания, теплоизоляционную защиту, нагревательные элементы, отверстия под компрессоры, отличающийся тем, что емкость разделена на горизонтальные камеры, а в качестве устройств перемешивания используются лопасти-мешалки, длины которых уменьшаются от нижней камеры к верхней в соотношении 0,75D; 0,6D; 0,45D; 0,3D, где D - диаметр емкости.
2. Многокамерный биогазовый реактор по п. 1, отличающийся тем, что нижние камеры имеют равные объемы, сумма которых равна объему верхней камеры.
Медаль Альфреда Нобеля