автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов в метантенке с гидравлическим перемешиванием на основе численного эксперимента

На правах рукописи

-ж

Трахунова Ирина Александровна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В МЕТАНТЕНКЕ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 АВГ 2014

005551971

Москва - 2014

005551971

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Казанского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Вачагина Екатерина Константиновна

Официальные оппоненты:

Осмонов Орозмамат Мамасалиевич, доктор технических наук, ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А.Тимирязева, профессор кафедры теплотехники, гидравлики и энергообеспечения предприятий

Шулаев Максим Вячеславович, доктор технических наук, ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский

технологический университет, профессор кафедра химической кибернетики

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный аграрный университет

Защита состоится «30» сентября 2014г в _ часов на заседании

диссертационного совета Д 006.037.01, созданного на базе Государственного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства.

Автореферат разослан ¿£д йСо^, 2014г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, Некрасов Алексей Иосифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность работы. Количество органических отходов разных отраслей народного хозяйства РФ составляет более 390 млн. т в год, из которых отходы сельскохозяйственного производства составляют 250 млн. т. В большинстве стран мира биогазовые технологии стали стандартом переработки биоотходов с целью получения дополнительных сырьевых и энергетических ресурсов.

Главной причиной ограниченного применения биогазовых технологий в России являются большие энергозатраты на технологические нужды оборудования, при этом следует отметить, что основные энергетические потери возникают в метантенке. Интенсификация процесса метанового брожения может осуществляться микробиологическими или конструктивно-технологическими методами. Перемешивание является ключевым способом повышения эффективности работы биогазовой установки. Согласно ГОСТ Р 53790-2010, оптимальное перемешивание субстрата в метантенке увеличивает выход биогаза на 50 %. Результаты экспериментальных исследований промышленных аппаратов метанового брожения показали, что недостаточное перемешивание снижает эффективный объем метантенка на 70 % и является основной причиной отказа оборудования.

Применение системы гидравлического перемешивания позволяет поддерживать наиболее благоприятные гидродинамические и температурные условия для жизнедеятельности метаногенного сообщества бактерий на протяжении всего технологического процесса.

В связи с этим, возникает задача разработки системы гидравлического перемешивания, ориентированной на совершенствование технологического процесса с позиций энерго- и ресурсосбережения.

В литературе крайне мало математических моделей процессов гидродинамики и массопереноса в метантенках, что объясняется малой изученностью физических аспектов процессов производства биогаза и сложностью моделирования. Кроме того, оценка качества процесса перемешивания на основании этих моделей затруднена. Из этого вытекает необходимость разработки математической модели процессов гидродинамики и массопереноса в метантенках с системой гидравлического перемешивания.

Целью работы является повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов в метантенке путем совершенствования системы гидравлического перемешивания, на основании математического моделирования и исследования процессов гидродинамики и массопереноса.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Разработать математическую модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата для обоснования контролируемых и регулируемых параметров в метантенке биогазовой установки (БГУ) и провести численное исследование процесса гидравлического перемешивания в реакторе биогазовой установки.

* В руководстве работой принимала участие к.т.н. Караева Ю.В.

3

2. Провести экспериментальные исследования и определить зависимости коэффициента динамической вязкости свиного навоза от температуры, концентрации и скорости сдвига.

3. Разработать модернизированный способ гидравлического перемешивания в метантенке биогазовой установки, обеспечивающий эффективность технологического процесса.

4. Разработать и обосновать показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке, позволяющего прогнозировать выход биогаза.

5. Провести численный эксперимент для определения эффективных контролируемых и регулируемых параметров модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке БГУ.

6. Провести тепловой и термодинамический анализ технологий метанового брожения с типовой и модернизированной системой гидравлического перемешивания.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что:

1. Предложена математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ на основе уравнений Навье-Стокса и массопереноса с соответствующими краевыми условиями, позволяющая обосновать контролируемые и регулируемые параметры метантенка БГУ.

2. Предложен и обоснован модернизированный способ гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, новизна которого подтверждена патентом (патент № 115350).

3. Получены экспериментальные данные зависимости коэффициента динамической вязкости свиного навоза от температуры, концентрации и скорости сдвига, позволяющие численно определять контролируемые и регулируемые параметры метантенка БГУ.

4. Предложен и обоснован показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, позволяющий прогнозировать выход биогаза.

5. Получены эффективные контролируемые и регулируемые параметры модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке БГУ.

6. Получены результаты теплового и термодинамического анализа технологии метанового брожения с типовой и модернизированной системой гидравлического перемешивания.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Предложена математическая модель, позволяющая решать задачи модернизации биогазовых установок с гидравлическим перемешиванием. Использование данной модели позволяет определять эффективные конструктивные и режимные параметры метантенка: геометрические характеристики аппарата, вид перемешивания (струйное, циркуляционные трубы), внутренние конструктивные особенности (наличие перегородок).

2. Получены основные эксплуатационные характеристики модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке, которые позволяют определить время, эффективность и интенсивность процесса

4

перемешивания для метантенков с различными геометрическими параметрами и гидродинамическими режимами;

3. Полученные экспериментальные данные по вязкости органического субстрата могут быть использованы при проектировании устройств для хранения, транспортировки и переработки свиного навоза;

4. Предложена установка анаэробной переработки органических отходов (патент № 115350, дата 27 апреля 2012г.).

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ на основе уравнений Навье-Стокса и массопереноса с соответствующими краевыми условиями, позволяющая обосновать контролируемые и регулируемые параметры метантенка БГУ.

2. Показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, позволяющий прогнозировать выход биогаза.

3. Модернизированный способ гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, обеспечивающий эффективное перемешивание и более глубокое протекание процесса анаэробного сбраживания, новизна которого подтверждена патентом (патент № 115350).

4. Результаты численных исследований процесса гидравлического перемешивания в метантенке, позволяющие определять эффективные контролируемые и регулируемые параметры модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке БГУ.

Личное участие. Результаты численных и экспериментальных исследований, их анализ и интерпретация, представленные в диссертации, получены при личном участии автора под руководством д.т.н. Вачагиной Е.К.

Реализация результатов исследования. Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (госконтракты №14.740.11.0518, №П560, №8196, №14.В37.21.0299); гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых и средств для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (МК-2323.2009.8).

Апробация работы. Основные положения работы изложены на следующих научно-практических конференциях: XVI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электроника и энергетика" (Москва, 2011 г.); XVIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях» (Звенигород, Московская область, 2011г.); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭВРИКА 2011» (Новочеркасск, 2011г.); XII Международной школе-конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 2012г.); Всероссийской конференции молодых учёных «Новые

5

нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Новосибирск, 2013г.), 9-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 2014 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 20 печатных работ, в том числе 8 статей в научных журналах, входящих в перечень ВАК и 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 122 страниц, 32 рисунка, 27 таблиц и 1 приложение. Список литературы включает 157 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена цель и сформулированы задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость выполненной работы, определены положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор по аппаратурному оформлению технологии производства биогаза и способам интенсификации процесса метанового брожения. Проведен анализ работ, посвященных конструктивному оформлению процесса гидравлического перемешивания в метантенках, описаны их недостатки и преимущества. Рассмотрены кинетические модели метаногенеза и математические модели процессов гидродинамики и теплообмена в аппаратах метанового брожения. Также обоснована необходимость дополнительных исследований реологических свойств органического субстрата (свиной навоз).

По результатам литературного обзора сформулирована цель и определены задачи диссертационной работы.

Во второй главе описана модернизированная система гидравлического перемешивания в метантенке, приведены математическая модель процесса гидравлического перемешивания в метантенке и результаты экспериментального исследования реологических свойств органического субстрата (свиной навоз).

Учитывая особенности процесса метанового брожения, предложена установка анаэробной переработки органических отходов с системой гидравлического перемешивания (патент на полезную модель № 115350), представленная на рис.1.

Отличительной особенностью установки является модернизированная система перемешивания. Перемешивание в метантенке осуществляется рециркуляцией субстрата через два подводящих и один отводящий патрубок. Биомасса под давлением подается через подводящий патрубок (6) в придонную область метантенка, препятствуя образованию осадка, и через подводящий патрубок (7) - на уровень зеркала жидкости, препятствуя формированию корки на свободной поверхности субстрата, а установка аксиально-лопаточного закручивателя на выходе патрубка (7) усиливает этот эффект.

Рис. 1. Установка анаэробной переработки органических отходов: 1- приемная емкость; 2- измельчитель; 3—смеситель; 4-теплообменник; 5 - система насосов; 6,7 - подводящие патрубки; 8 - метантенк; 9 - аксиально-лопаточный закручиватель; 10- система с вакуум-насосом; 11- система удален»! шлама; 12 - патрубок для выгрузки шлама с фланцем и вентилем

Наличие данного циркуляционного контура способствует лучшему перемешиванию органического субстрата в метантенке, а, следовательно, более глубокому протеканию процесса метанообразования.

Для описания процесса гидравлического перемешивания в метантенке была предложена математическая модель, основанная на уравнениях переноса механики сплошных сред. При построении приняты следующие допущения: гидродинамический режим циркуляции субстрата в метантенке турбулентный со сформировавшимся профилем скорости; рассматриваемая среда (органический субстрат) предполагается жидкостью с плотностью и коэффициентом эффективной вязкости, зависящими от концентрации и температуры; реологическое поведение среды ньютоновское; процесс перемешивания нестационарный; средняя концентрация в процессе перемешивания постоянна.

Математическая модель имеет вид:

'¿ж а/

др(а)

р{а

+ УУ-V 1 = чт + ер(а); + У(р(а)7)= 0;

р(а

де

81

Мт

(1)

* ...... (2)

/ \

= ц + ^Ук +цтр(7)-р(а)е\ (3)

2

(5)

(ук + (ук)г), (6)

где g- вектор ускорения свободного падения; Г - время; р(а)- плотность органического субстрата; V - вектор скорости; а - объемная доля (концентрация) дисперсной среды; Т - тензор напряжений; к - кинетическая энергия

Эг

р(й)=УУ:(ъ

турбулентности; е - диссипация кинетической энергии турбулентности; «:» -свертка внутреннего произведения тензоров.

Уравнение состояния среды Т = —р\ + 21ae(a)D, где р - давление; I -

единичный тензор; D - тензор скоростей деформаций, D = i(gradF + (gradl7)7),

верхний индекс Т-символ транспонирования.

Вязкость органического субстрата ре = // + цт, р - молекулярная вязкость;

Сир(а)к2

рт - турбулентная вязкость, цт = —-. Эмпирические константы к- е

е

модели турбулентности: Си = 0.09, Сл = 1.44, Се1 = 1.92, ак = 1.0, ае = 1.3.

При этом плотность смеси р(а) определяется плотностью фаз р{а)=(\-а)рх+ар2, где рх - плотность несущей фазы; р2 - плотность дисперсной фазы.

Начальное распределение объемной концентрации при t= 0 может быть записано в виде функции:

„ x/2-arctg(b(z-h0))

"о - "шах - . /,, \ К')

71/2 + arctg[bh0)

где h,, - высота слоя; Ъ - параметр, характеризующий ширину аппроксимации высоты слоя h,í,; ormax- максимально возможная объемная концентрация дисперсной фазы. Граничные условия для концентрации: на входных отверстиях

За Л

а = const; на твердых и открытой границах резервуара — = 0, где п - нормаль к

дп

твердым и открытой границам; на выходе стабилизация концентрационных полей

да

- =0, где и, - нормаль к границам.

дп,

1 вых

Начальные гидродинамические условия: V0 = 0. Граничные условия для скорости: на твердых границах резервуара задаются условия прилипания жидкости V = 0; на входных отверстиях задаются профили скорости, соответствующие сформировавшемуся профилю скорости ньютоновской жидкости в круглой трубе; на открытой границе (/;,, - р)п + 2¡uDñ = 0, где р„-

давление газа, ñ - нормаль к поверхности субстрата; на выходе - условие

стабилизации скорости = 0, где и, — нормаль к границе, соответствующей

3«,

выходу.

При описании процессов, происходящих в метантенках при гидравлическом перемешивании необходимы исходные данные. Одним из ключевых параметров является коэффициент динамической вязкости. Для определения коэффициента динамической вязкости субстрата использовался ротационный вискозиметр RM 100, работающий в соответствии с требованием стандартов ASTM/ISO 2555 (ГОСТ 25271), DIN/ISO 3219, ГОСТ 29226, ГОСТ 52249 (GMP). Исследование

проводилось для свиного навоза с концентрацией сухого вещества от 6% до 12% в диапазоне температур от 10 °С до 60 °С и скорости сдвига 2,01 с~'-К304 с"1.

На рис. 2 приведены результаты измерений динамической вязкости свиного навоза в зависимости от температуры при концентрации сухого вещества (а) в растворе 6%.

у, Па с 2,07

1,38

0,69

0,00

•

• Экспериментальные данные — Аппроксимирующая зависимость

•Ч. " —___. •

280

290

320

330

300 310 Температура, К

Рис. 2. Зависимость коэффициента динамической вязкости субстрата от температуры

(а=6%)

На рис. 3 приведены результаты измерений динамической вязкости свиного навоза с концентрацией сухого вещества в растворе 8%, 10%, 12%. 11, Па с

-8%, аппроксимирующая зависимость

-10%, аппроксимирующая зависимость

—12%, аппроксимирующая зависимость ♦ 8%, экспериментальные данные а 10%, экспериментальные данные ■ 12%, экспериментальные данные

7,1/с

40

80

120

160

Рис. 3. Аппроксимирующие зависимости и экспериментальные данные измерения динамической вязкости субстрата при 7"=40°С

На основании экспериментальных данных, представленных на рис. 3., получена зависимость динамической вязкости от скорости сдвига у, температуры Т и концентрации а:

ц = 8,9293-10"6а69305г"0С1964а"°67586 ехр(3529930,84(Г0 - Г)/(Л7Т0)). (8)

Результаты проведенного эксперимента показали, что при концентрации сухого вещества в растворе менее 8%, субстрат является ньютоновской жидкостью.

В третьей главе представлены результаты численных исследований процессов перемешивания в метантенке. Расчеты проводились с использованием пакета моделирования СОМБОЬ МиЫрЬувкэ 3.5.

В работе рассмотрено две системы гидравлического перемешивания.

Типовая система. Рассмотрен метантенк с системой гидравлического перемешивания, представленный на рис.4а. Рециркуляция органического субстрата осуществляется с помощью внешнего циркуляционного контура, представляющего собой трубу с центробежным насосом, при этом подача органического субстрата осуществляется через боковую стенку в придонную область аппарата, а отвод из верхней части метантенка.

Модернизированная система. На основе описанного в патенте принципа работы биогазовой установки предложена новая конструкция метантенка с системой гидравлического перемешивания, представленной на рис.46, при которой подача субстрата осуществляется через подводящий патрубок, расположенный в верхней части метантенка по центру аппарата, что препятствует формированию корки, а второй подводящий патрубок расположен в придонной области, препятствуя образованию осадка.

г

_□_

а) типовая система 6) модернизированная система

Рис. 4. Метантенк с системой гидравлического перемешивания: Н-высота; О -диаметр; Л/ - расстояние от дна аппарата до центра нижнего подшощего патрубка; И2-расстояниеот дна аппарата до центра верхнего отводящего патрубка

В качестве органического субстрата для численных расчетов был выбран свиной навоз с влажностью 94%. Численные исследования проводились для метантенков цилиндрической формы объемом 3 м3 с одинаковой мощностью, затрачиваемой на прокачку органического субстрата с размерами: диаметр £>=1,6 м и высота №=1,6 м; радиус циркуляционных труб =0,05 м.

Различие в системах гидравлического перемешивания сказывается на характере распределения концентрации органического субстрата в метантенке.

Концентрационные поля, соответствующие распределению твердой фазы, определяются картиной гидродинамических полей в метантенке. На рис. 5а-5б

представлена динамика изменения концентрационных полей для рассмотренных систем гидравлического перемешивания.

а а а

2=0,1 г=0,75 г=1,5

Рис. 5а. Динамика концентрационных полей для метантенка с типовой системой перемешивания: 1-0 с; 2 - 500 с; 3-1500 с; 4-2500 с

а а а

2=0,1 2=0,75 2=1,5

Рис. 56. Динамика изменения концентрацишных полей для метантенка с модериизированн<й системой перемешивания: 1-0 с; 2 - 500 с; 3-1500 с; 4-2500с

Результаты численных исследований показывают что, с течением времени распределение дисперсной фазы становится более однородным во всех рассмотренных случаях. За представленный диапазон времени (1=42 мин) в метантенке с типовой системой перемешивания под влиянием циркуляционных потоков происходит повышение концентрации органического субстрата в пристенных областях метантенка, а в центральной части аппарата концентрация близка к нулю. В метантенке с модернизированной системой перемешивания с течением времени распределение дисперсной фазы становится более однородным, чем при использовании типовой системы.

Для оценки качества перемешивания в метантенке предложен показатель качества перемешивания <2М, учитывающий кинетику метаногенеза:

1 N

Bap(a,)a,

W ЯЙГ ял г 1

'l K(a¡)

.. НЯТ-цтгх-\ + К(а)

K(ax) )

НКТ-цтт-\ + К(а1)У

■Щ;

(10) (П)

где S(t) - среднее значение интенсивности выхода биогаза в метантенке, м3 биогаза/м3 субстрата в сутки; ¿>max - максимальное значение интенсивности выхода биогаза, м3 биогаза/м3 субстрата в сутки; В0 - предельный выход биогаза из единицы органического вещества, м3/кг; HRT - время гидравлического удержания субстрата, сут; К - кинетический коэффициент, К = 0,6 + 0,0206 •е0,051а; /¿тах - максимальная скорость роста микроорганизмов, 1/сут, jumax = 0,013 ■ 7" — 0Д29; Т - температура, °С; W - объем метантенка, м3; а (х, у, z, t) - объемная концентрация в каждой точке объема метантенка, 1/м3; K(a¡) — кинетический коэффициент при оптимальном значении объемной концентрации; й] - оптимальная объемная концентрация, 1/м3, р(о.) - плотность субстрата, кг/м3; х, y,z- декартовы координаты; t - время, с.

Максимально возможное значение показателя качества перемешивания QM равно единице, что соответствует состоянию полной однородности субстрата в метантенке.

При использовании модернизированной системы перемешивания за период 42 мин показатель QM близок к 1 (показатель качества перемешивания QM=0,9899), что на 18% больше, чем в метантенке с типовой системой перемешивания (рис. 6). При дальнейшем перемешивании значение показателя QM стабилизируется.

Таким образом, при использовании модернизированной системы перемешивания время перемешивания составляет 42 мин, а типовой системы - 83 мин (показатель качества перемешивания QM=0,8835).

QM

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

-*- типовая система

15

75

90

30 45 60 t, МИН

Рис. 6. Показатели качества перемешивании в метантенке

Для обоснования достоверности разработанного показателя качество перемешивания в метантенках также оценивалось с помощью статистического критерия UI (Terashima М., Goel R., Noike Т., Nihon University, Tokyo, Japan).

Критерий UI - относительное отклонение по модулю от среднего значения объемной концентрации:

= (12) Им ос

где а - средняя объемная концентрация в метантенке, 1/м3; а{ - средняя объемная концентрация в /-том элементарном объеме 1/м3; W - объем метантенка, м3; wt - элементарный объем метантенка, м3; N—число элементарных объемов.

Однородному распределению субстрата в метантенке соответствует UI=0. Полученные результаты, представленные на рис. 7, подтверждают, что лучшее перемешивание осуществляется в резервуаре с модернизированной системой гидравлического перемешивания.

Рис. 7. Зависимость индекса однородности VI от времени перемешивания в метантенке

В работе Mendoza А.М., Martínez Т.М., Montanana V.F. (Universität Politécnica de Valéncia, Spain) для оценки качества перемешивания предлагается определять внутри метантенка «мертвые зоны». «Мертвая зона» - это область, в которой отсутствует любое движение кроме осаждения (скорость седиментации определяется по закону Стокса).

На рис. 8 представлено соотношение рабочего объема и объема «мертвых зон» в метантенках при различных системах перемешивания.

7% рабочий объем

93% объем "мершых зон" i

метантенк с типовои системой перемешивания

метантенк с модернизированной системой перемешивсния

Рис. 8. Соотношение рабочего объема иобъема «мертвыхзон» в метантенках при различных системах перемешивания

Модернизированная система гидравлического перемешивания обеспечивает минимальный объем «мертвых зон» в метантенке, что свидетельствует о более высоком качестве перемешивания по сравнению с типовой системой.

Результаты оценки качества перемешивания в резервуаре метанового брожения, полученные разными методами, согласуются между собой и не противоречат друг другу. Высокое качество перемешивания в метантенке с модернизированной системой гидравлического перемешивания подтверждается как разработанным показателем, так и другими известными критериями.

С использованием разработанного показателя качества перемешивания QM, исследовано влияние геометрических параметров метантенка на качество перемешивания при типовой и модернизированной системах гидравлического перемешивания. В работе исследованы метантенки с соотношением 0,2 <#/£>< 1,2.

На рис.9 представлены зависимости значения времени перемешивания от соотношения H/D. Использование модернизированной системы гидравлического перемешивания эффективно и целесообразно для метантенков с рассмотренным диапазоном соотношений H/D= 0,23-И ,2, т.к. предложенная система перемешивания обеспечивает снижение времени, затрачиваемого для достижения заданного качества перемешивания, что в свою очередь приводит к существенному уменьшению времени работы системы и экономии электрической энергии. Максимальный эффект от использования модернизированной системы перемешивания наблюдается для метантенков с соотношением H/D от 0,7 до 1, время затраченное на перемешивание в данных аппаратах в 2 раза меньше, чем в аналогичных метантенках с типовой системой перемешивания.

H/D

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

-модернизированная система -типовая система

Рис. 9. Время перемешивания при использовании типовой и модернизированной систем перемешивания в зависимости от соотношения высоты и диаметра метантенка

СH/D)

На основе численных исследований определены зависимости основных эксплуатационных характеристик модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке с различным соотношением высоты к диаметру (H/D) от гидродинамических режимов (рис.10).

60

I 50

40

50

H/D=0,23 H/D=0,5 H/D=0,67 H/D=0,82t H/D=1

ReK =

60

70 80

90 100 110 120

2-g-p

1,7 2 2,3 2,6 2,9 3,2 3,5 3,8

J-!-:-i—J-j-i—l—J—I-1---i—i-!-i-j--1-!-1-ä-J-i-!-S—J

0,05

0,1

0,15

0,2

Q, м3/ч

объемный расход N, Вт/м3

0,25

0,3 удельная мощность

Рис. 10. Характеристики модернизированной системы гидравлического перемешивания (Н/Х)-отношение высоты к диаметру метантеню)

Полученные данные использовались при проведении теплового и эксергетического анализа.

В четвертой главе проведен тепловой и термодинамический анализ технологической схемы производства биогаза с типовой и модернизированной системами гидравлического перемешивания.

На рис.11 представлена технология метанового брожения биоотходов с системой гидравлического перемешивания.

Рис. 11. Принципиальная схема метанового брожения биоотходов с системой гидравлического перемешивания:

1 - фекальный насос; 2 - теплообменник типа «труба в трубе» 3 - мегантенк; 4 - циркуляционный насос; 5 - компрессор; 6 - газгольдер; 7 - ДВС; 8 - котел-утилизатор.

Рассмотрено два варианта ее конструктивного оформления:

- вариант 1: с типовой системой гидравлического перемешивания;

- вариант 2: с модернизированной гидравлической системой перемешивания.

Результаты теплового анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1. Количество потребляемой теплоты и тепловая эффективность технологических схем производства биогаза

Вид оборудования Количество подводимой теплоты, кВт Тепловой КПД >/

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2

Теплообменник 632,80 632,82 0,97 0,97

Метантенк 67,04 67,04 0,75 0,75

две 85,56 154,00 0,25 0,25

Котел-утилизатор 29,70 39,71 0,86 0,86

В целом по схеме 815,10 893,55 0,16 0,16

Количество подводимой теплоты в первой схеме составило 815,10 кВт, во второй схеме 893,55 кВт. Тепловой КПД и аппаратов, и схемы в целом в результате модернизации системы перемешивания не изменился.

Результаты термодинамического расчета для технологических схем производства биогаза представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты термодинамического расчета для технологических схем

производства биогаза

Вид оборудования Количество подводимой эксергин, кВт Эксергетический коэффициент полезного действия У! 1Х

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2

Теплообменник 513,25 513,25 0,92 0,92

Метантенк 388,90 400,21 0,61 0,69

две 128,09 163,66 0,44 0,48

Котел-утилизатор 42,99 74,13 0,47 0,46

В целом по схеме 1073,24 1151,26 0,17 0,27

Термодинамический анализ показал, что эксергетический КПД метантенка с модернизированной системой перемешивания на 8% выше, чем при применении типовой системы перемешивания. Термодинамический анализ показал, что схема производства биогаза с модернизированной системой гидравлического перемешивания является более эффективной, ее эксергетический КПД составляет 27%, что на 10% больше, чем в схеме с типовой гидравлической системой перемешивания.

Для оценки экономической выгоды от модернизации схемы был проведен расчет экономических показателей биогазовой технологии.

Различие в капитальных затратах на технологическое оформление рассматриваемых схем заключается в наличии дополнительных вентилей, сгонов, трубопроводов, болтов и гаек в метантенке с модернизированной системой перемешивания. Срок окупаемости схемы с модернизированной системой перемешивания составляет 5,1 года при реализации полученных удобрений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получена математическая модель, позволяющая проводить численные исследования процесса гидравлического перемешивания в метантенке, а также определять эффективные конструктивные и режимные параметры метантенка биогазовой установки: форму, геометрические характеристики аппарата и устройств, обеспечивающих циркуляцию субстрата, внутренние конструктивные особенности, расход органического субстрата, время перемешивания.

2. Предложена модернизированная система гидравлического перемешивания в метантенке. На примере метантенков цилиндрической формы объемом 3 м3 установлено, что при использовании модернизированной системы перемешивания время перемешивания составляет 42 мин, а типовой системы — 83 мин.

3. Получены зависимости коэффициента динамической вязкости свиного навоза от концентрации сухого вещества (от 6% до 12%) и скорости сдвига в диапазоне от 2,01 с"1 до 304 с"' при температуре от 10°С до 60°С. Органический субстрат с концентрацией сухого вещества до 8% является ньютоновской жидкостью.

4. Предложен показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ. Сравнение наиболее распространенных на практике метантенков (соотношение высоты к диаметру аппарата H/D=Y) с типовой и модернизированной системой перемешивания, подтвердило, что при использовании предложенной системы перемешивания качество перемешивания увеличивается на 18%.

5. Использование модернизированной системы гидравлического перемешивания эффективно и целесообразно для метантенков с рассмотренным диапазоном соотношений H/D=0,23-И, 2, т.к. предложенная система перемешивания обеспечивает снижение времени, затрачиваемого для достижения заданного качества перемешивания, что в свою очередь приводит к существенному уменьшению времени работы системы и экономии электрической энергии. Максимальный эффект от использования модернизированной системы перемешивания наблюдается для метантенков с соотношением H/D от 0,7 до 1, время затраченное на перемешивание в данных аппаратах в 2 раза меньше, чем в аналогичных метантенках с типовой системой перемешивания.

6. Установлено, что при использовании модернизированной системы гидравлического перемешивания эксергетический КПД метантенка увеличивается на 8%, а технологии в целом на 10%. Применение разработанной системы гидравлического перемешивания является экономически целесообразным. Срок окупаемости технологии с модернизированным конструктивным исполнением составляет 5,1 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в журналах, входящих в перечень ВАК

1. Караева Ю.В., Трахунова И.А. Обзор биогазовых технологий и методов интенсификации процессов анаэробного сбраживания // Труды Академэнерго. 2010. №3. С. 109-127.

2. Трахунова И.А., Халитова Г.Р., Караева Ю.В. Эффективность процесса анаэробного сбраживания при различных режимах гидравлического перемешивания // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 10. С. 90-94.

3. Trakhunova I.A. Efficiency of anaerobic fermentation under various types of hydraulic mixing // Труды Академэнерго. 2011. № 4. С. 130-135.

4. Караева Ю.В., Трахунова И.А., Халитова Г.Р., Даминов А.З. Оценка качества перемешивания в реакторах метанового брожения//. Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 10. С. 226-230.

5. Караева Ю.В., Трахунова И.А., Миндубаев А.З., Белостоцкий Д.Е, Минзанова С.Т., Пушкин С.А., Буренков C.B. Экспериментальное определение коэффициента динамической вязкости свиного навоза// Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 16. С. 169-171.

6. Вачагина Е.К., Халитова Г.Р., Караева Ю.В., Трахунова И.А. Математическая модель теплообмена в системе поддержания температурного режима в реакторе метанового брожения// Вестник Казанского технологического университета. 2012. №19. С. 33-36.

7. Вачагина Е.К, Караева Ю.В., Трахунова И.А. Анализ эффективности технологических схем метанового брожения биоотходов при различных способах перемешивания// Энергосбережение и водоподготовка. 2013. № 4. С. 16-18.

8. Караева Ю.В., Трахунова И.А., Халитова Г.Р., Исламова С.И. Влияние геометрических параметров метантенка на эффективность процесса метанового брожения // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 19. С. 211-214.

Патенты

9. Пат. 115350 Российская Федерация. МПК U 1, C02F3/28 (2006.01) Установка анаэробной переработки органических отходов / Караева Ю.В., Халитова Г.Р., Трахунова И.А.; заявитель и патентообладатель: Учреждение Российской академии наук Казанский научный центр РАН. -№2011124487/05, заявл. 16.06.2011; опубл. 27.04.2012.

Другие издания

Ю.Трахунова И.А., Караева Ю.В. Эффективность гидравлического перемешивания при различных способах загрузки органического субстрата в реактор БГУ // Молодой ученый. 2012. № 4. С. 45-50.

11.Трахунова И.А., Караева Ю.В. Повышение энергетической эффективности биогазовой установки// Материалы Международной молодежной научной конференции «Туполевские Чтения», Казань, 26-28 мая 2010 г., с. 98-99.

12. Трахунова И.А., Караева Ю.В. Эффективность работы биогазовой установки с периодическим перемешиванием// Материалы XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Москва, 24-25 февраля 2011г. Т.З. С. 413-414.

13. Трахунова И.А. Гидравлическое перемешивание органического субстрата в БГУ// Материалы XVIII Школы-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях. г.Звенигород, 23-27 мая 2011г. С. 400-401.

14. Трахунова И.А., Караева Ю.В. Эффективность биогазовой установки при гидравлическом перемешивании// Материалы VII Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». Казань, 25-27 апреля 2012 г., с. 5354.

15. Караева Ю.В., Трахунова И.А. Эффективность перемешивания в анаэробных реакторах// Тезисы докладов XII Международной школы-конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск, 13-16 июня 2012г., с. 56.

16. Трахунова И.А., Караева Ю.В. Гидродинамика и теплообмен в реакторе анаэробного сбраживания при гидравлическом перемешивании// Тезисы докладов XII Международной школы-конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск, 13-16 июня 2012г., с. 111.

17. Караева Ю.В., Трахунова И.А. Экспериментальное исследование динамической вязкости субстрата, применяемого в производстве биогаза// XIII

Всероссийская школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-13), Екатеринбург, 7-14 ноября 2012г., с. 208.

18. Трахунова И.А., Караева Ю.В. Влияние геометрических параметров метантенка на качество гидравлического перемешивания // Тезисы докладов Всероссийской конференции молодых учёных «Новые нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», Новосибирск, 3-4 октября 2013г., с. 48.

19. Трахунова H.A., Караева Ю.В. Анализ энергетической эффективности технологии метанового брожения биоотходов // Тезисы докладов 9-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», 21-22 мая 2014 г.

20. Караева Ю.В., Трахунова H.A. Оценка качества перемешивания метантенке биогазовой установки // Тезисы докладов 9-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», 21-22 мая 2014 г.

21.

Подписано в печать Гарнитура «Times» Физ. печ. л. 1.0

19.07.2014 Вид печати РОМ Усл. печ. л. 0.94 Тираж 100 экз.

Формат 60x84/16 Бумага офсетная Уч.-изд. л. 1.0

Исследовательский центр проблем энергетики Федерального государственного учреждения науки Казанского научного центра Российской академии наук

На правах рукописи

04201460525

Трахунова Ирина Александровна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В МЕТАНТЕНКЕ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ПА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических паук Вачагина Е.К.

Казань-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ..............................................

стр.

ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса........................................................................................9

1.1. Классификация технологий метанового брожения................................................9

1.2. Способы интенсификации процессов анаэробного сбраживания..............15

1.3. Перемешивание как способ интенсификации анаэробных процессов

в мегантенке............................................................................................................................................................20

1.4. Математическое моделирование процесса метанового брожения............25

1.5. Реологические свойства навоза, получаемого на свиноводческих

комплексах..............................................................................................................................................................28

Выводы......................................................................................................................................................................32

ГЛАВА 2. Моделирование процесса гидравлического

перемешивания органического субстрата в мегантенке......................................34

2.1. Модернизация системы гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке..........................................................................................34

2.2. Математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке биогазовой установки..............................36

2.3. Обоснование достоверности модели и метода решения....................................40

2.4. Экспериментальное определение коэффициента динамической вязкости субстрата..........................................................................................................................................45

2.4.1. Описание проведения эксперимента................................................................................47

2.4.2. Обработка экспериментальных данных........................................................................47

2.4.3. Результаты экспериментальных исследований......................................................49

Выводы......................................................................................................................................................................54

ГЛАВА 3. Результаты численных исследований гидравлического

перемешивания органического субстрата в метантенке......................................56

3.1. Результаты численных исследований процессов гидравлического перемешивания в метантенке..................................................................................................................58

3.2. Критерий оценки качества перемешивания в метантенке................................65

3.2.1. Математическая формулировка..........................................................................................66

3.2.2. Влияние геометрических параметров метантенка на качество

перемешивания....................................................................................................................................................71

Выводы........................................................................................................................................................................73

ГЛАВА 4. Анализ энергетической эффективности технологии

метанового брожения биоотходов................................................................................................75

4.1. Описание технологии производства биогаза..................................................................75

4.2. Тепловой анализ технологических схем производства биогаза..................76

4.3. Эксергетический метод термодинамического анализа технологической схемы производства биогаза......................................................................86

4.4. Расчет основных технико-экономических показателей......................................93

Выводы........................................................................................................................................................................95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................................................................96

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................................................98

ПРИЛОЖЕНИЕ А........................................................................................................................................115

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Количество органических отходов разных отраслей народного хозяйства РФ составляет более 390 млн. т в год, из которых отходы сельскохозяйственного производства составляют 250 млн. т. В большинстве стран мира биогазовые технологии стали стандартом переработки биоотходов с целью получения дополнительных сырьевых и энергетических ресурсов.

Главной причиной ограниченного применения биогазовых технологий в России являются большие энергозатраты на технологические нужды оборудования, при этом следует отмстить, что основные энергетические потери возникают в метаптенке. Интенсификация процесса метанового брожения может осуществляться микробиологическими или конструктивно-технологическими методами. Перемешивание является ключевым способом повышения эффективности работы биогазовой установки. Согласно ГОСТ Р 53790-2010, оптимальное перемешивание субстрата в метаптенке увеличивает выход биогаза на 50 %. Результаты экспериментальных исследований промышленных аппаратов метанового брожения показали, что недостаточное перемешивание снижает эффективный объем метантенка на 70 % и является основной причиной отказа оборудования.

Применение системы гидравлического перемешивания позволяет поддерживать наиболее благоприятные гидродинамические и температурные условия для жизнедеятельности метапогенного сообщества бактерий на протяжении всего технологического процесса.

В связи с этим, возникает задача разработки системы гидравлического перемешивания, ориентированной на совершенствование технологического процесса с позиций энерго- и ресурсосбережения.

В литературе крайне мало математических моделей процессов гидродинамики и массопереноса в метаптенках, что объясняется малой изученностью физических аспектов процессов производства биогаза и сложностью моделирования. Кроме того, оценка качества процесса

перемешивания на основании этих моделей затруднена. Из этого вытекает необходимость разработки математической модели процессов гидродинамики и массопереноса в метантенках с системой гидравлического перемешивания.

Целыо работы является повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов в метаптенке путем совершенствования системы гидравлического перемешивания, на основании математического моделирования и исследования процессов гидродинамики и массопереноса.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Разработать математическую модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата для обоснования контролируемых и регулируемых параметров в метантенке биогазовой установки (БГУ) и провести численное исследование процесса гидравлического перемешивания в реакторе биогазовой установки.

2. Провести экспериментальные исследования и определить зависимости коэффициента динамической вязкости свиного навоза от температуры, концентрации и скорости сдвига.

3. Разработать модернизированный способ гидравлического перемешивания в метантенке биогазовой установки, обеспечивающий эффективность технологического процесса.

4. Разработать и обосновать показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке, позволяющего прогнозировать выход биогаза.

5. Провести численный эксперимент для определения эффективных контролируемых и регулируемых параметров модернизированной системы гидравлического перемешивания в метаптенке БГУ.

6. Провести тепловой и термодинамический анализ технологий метанового брожения с типовой и модернизированной системой гидравлического перемешивания.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что:

1. Предложена математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ на основе уравнений Навье-Стокса и массопереноса с соответствующими краевыми условиями, позволяющая обосновать контролируемые и регулируемые параметры метантенка БГУ.

2. Предложен и обоснован модернизированный способ гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, новизна которого подтверждена патентом (патент № 1 15350).

3. Получены экспериментальные данные зависимости коэффициента динамической вязкости свиного навоза от температуры, концентрации и скорости сдвига, позволяющие численно определять контролируемые и регулируемые параметры метантенка БГУ.

4. Предложен и обоснован показатель качества перемешивания органического субстрата в метаптенке БГУ, позволяющий прогнозировать выход биогаза.

5. Получены эффективные контролируемые и регулируемые параметры модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке БГУ.

6. Получены результаты теплового и термодинамического анализа технологии метанового брожения с типовой и модернизированной системой гидравлического перемешивания.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Предложена математическая модель, позволяющая решать задачи модернизации биогазовых установок с гидравлическим перемешиванием. Использование данной модели позволяет определять эффективные конструктивные и режимные параметры метантенка: геометрические характеристики аппарата, вид перемешивания (струйное, циркуляционные трубы), внутренние конструктивные особенности (наличие перегородок).

2. Получены основные эксплуатационные характеристики модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке, которые позволяют определить время, эффективность и интенсивность процесса

перемешивания для метантенков с различными геометрическими параметрами и гидродинамическими режимами;

3. Полученные экспериментальные данные по вязкости органического субстрата могут быть использованы при проектировании устройств для храпения, транспортировки и перерабо тки свиного навоза;

4. Предложена установка анаэробной переработки органических отходов (патент № 115350, дата 27 апреля 2012г.).

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ па основе уравнений Навье-Стокса и массопереноса с соответствующими краевыми условиями, позволяющая обосновать контролируемые и регулируемые параметры метантепка БГУ.

2. Показатель качества перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, позволяющий прогнозировать выход биогаза.

3. Модернизированный способ гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке БГУ, обеспечивающий эффективное перемешивание и более глубокое протекание процесса анаэробного сбраживания, новизна которого подтверждена патентом (патент № 115350).

4. Результаты численных исследований процесса гидравлического перемешивания в метантенке, позволяющие определять эффективные контролируемые и регулируемые параметры модернизированной системы гидравлического перемешивания в метантенке БГУ.

Личное участие. Результаты численных и экспериментальных исследований, их анализ и интерпретация, представленные в диссертации, получены при личном участии автора под руководством д.т.н. Вачагиной Е.К.

Реализации результатов исследования. Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (госконтракты №14.740.11.0518, №11560, №8196, №14.В37.21.0299); гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых и средств для государственной поддержки ведущих научных школ Российской

Федерации (МК-2323.2009.8).

Апробация работы. Основные положения работы изложены на следующих научно-практических конференциях: XVI международной научно-технической конференции счудешов и аспирантов "Радиоэлектроника, электроника и энергетика" (Москва, 2011 г.); XVIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях» (Звенигород, Московская область, 2011г.); Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭВРИКА 2011» (Новочеркасск, 2011г.); XII Международной школе-конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодипамики» (Новосибирск, 2012г.); Всероссийской конференции молодых учёных «Новые нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Новосибирск, 2013г.), 9-я Международная научно-техническая конференция «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 2014 г.).

Публикации. По материалам диссершции опубликована 20 печатных работ, в том числе 8 статей в научных журналах, входящих в перечень ВАК и 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 122 страниц, 32 рисунка, 27 таблиц и 1 приложение. Список литературы включает 157 наименований.

ГЛАВА 1

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1Л. Классификация технологий метанового брожения

Аппаратурное оформление технологии метанового брожения определяется температурным режимом, влажностью сбраживаемого субстрата, объемом перерабатываемого сырья и экономической целесообразностью.

Классификация существующих технологий производства биогаза представлена па рис. 1 [1J.

1. По температурному режиму технологии метанового брожения разделяются на: технологии с психрофильным температурным режимом (0~К25°С); технологии с мезофильным температурным режимом (25-^-40оС); технологии с термофильным температурным режимом (4(Н60°С) [1-6].

2. По влажности субстрата технологии метанового брожения можно разделить па: твердофазную метангенерацию; ферментацию жидких органических отходов; ферментацию «супержидких» органических отходов.

К первой группе технологий относится технология твердофазной мета!¡генерации, научные основы которой разработаны в 80-х гг. XX века в Институте биохимии им. A.M. Баха ATI СССР совместно с Академией коммунального хозяйства. Данная технология использовалась при обработке стоков свиноферм с предварительным разделением жидкой и твердой фаз исходного субстрата (колхоз «Большевик» Крымской обл., свиноводческий комплекс на 12 тыс. голов - проект ВИЭСХ; птицефабрика «Центральная» Владимирской обл., опытно-промышленная биогазовая установка ВНИИКОМЖ) [7-9).

Вторая группа технологий - ферментация жидких органических отходов, влажность которых составляет 85-^98%, это наиболее распространенная технология метанового брожения [10]. В Казанском аграрном институте была разработана и изготовлена опытная лабораторно - производственная установка

для ужлизации и рационального использования жидких помётных масс, образующихся на птицефабрике [11].

ТЕХНОЛОГИИ МЕТАНОВОГО БРОЖЕНИЯ БИООТХОДОВ

Темпера 1>|>шлй режим

поичрофм п.ним

МО !Офм П.НЬШ

Юрмофп Н.НЫИ

5 - 200 м\ыили

Влажное 1 ь с) бс 1 р-л 1 ¡1

шер юфл ¡паи мскип операция

фермопыцпя жII |ки\ яр; лнпчсекпч Р1Ч0 юн

фермешлит« "ехиержп 1ки\" (фмпичссм)ч о!\о к>п

Копс1р>К11Ш11м-и'мюл»! ическая схема

200 - 1(100 хГ срслиин

ооьем мекш юнкл

1000 - 10000 \Г

по ||.111>)м

пориоличеоиш

\ 0 ЦОООО ор! ЛНН !ЛЦШ1

непрерывный N

икночный) / ючпо к>1 ичесми о процесса

/

л1скл мх'тпшшлп

мечлипчеилш

I II фЛИ 111ЧС0 кик

41. (.КИП

.111 («ПО

перемешт-ынпя

V

мспи перомепижлния

руолшкл

но фОСИНЫИ 1 еплообмотшк

ни) на) ренптшечо с I ропота

кынооноп 101! ЮООЧСШНЧ«

рл ! ЮЛЬНЛЯ ионецпкции мсышснкл !1 I Л 'Л ОЛЬЛОрЛ

юнмешенпля

1рллпцноннпля жертсиелема

исио п. нчшнпе Ч10р1 ин онолнл

ЛИНШОМНОС прим ¡НО 10 1И<1

ЧЛ0Iнчнос

щс|ч »обеспечение

Л1 ромнпилиы ирОМЫШ ютнк I

(имшы иропочолленпч Ор| ЛИИ'КЧ М1 Ч О I \о нш

Н01ШПИЧ1ЛЧ

промыт юппоо 11.

непромыт юнпые

коно ф\ кпшпое р;н юление мл сы.иш ( юны ори,кеним)

оерамелешш

ЦП 40 I Л 1ШП1ЫС

фсчочллипные

о поено \ к'ржлиия мпкроор! ¡1111 (МОК

фпкепроилннныо п,I иоеше Iя\ (бипнлеиьлч I

ИОфцкифШОПШНЫС

ни нш фичееьлн

форма моч лшенм

примоч ю II.1I.IM

I рлпшеипли

лицеоорл шля

1 ори нш 1,1 плюс

рлсмо тленно меыик41к.1

пор I икллыюе

/

,КИ [КОС Ч11Л1К НПО

храпение т 1лм.1

комиооIиронлппс

мыо\ тиилпме

Рис. 1.1. Классификация биогазовых технологий

Третья группа технологий - ферментация «супержидких» органических отходов (перерабатывающей промышленности - молочной, сахарной, бумажной,

кожевенной, консервной, текстильной и т.д.), влажность которых составляет 98-1-99%. Впервые такая технология была использована в СССР при создании производства кормового препарата витамина В)2 с одновременным получением биогаза (15000 м3/сут.) при переработке жидких стоков (до 3000 м3/сут.) на 2 ацетонобутиловых заводах в 1960-1969 гг. [7].

3. По происхождению биомассы можно выделить три типа биогазовых технологий: агропищевой промышленности, непищевой промышленности, непромышленные [12-12].

4. Конструктивные особеннос�