Повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства

• Автор: Медяков, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 240 с. : ил.

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

1. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Анализ существующих систем для анаэробной переработки органических отходов
1.2. Исследования в области каталитических устройств сжигания
1.3. Исследования в области полного каталитического окисления составляющих биогаза
1.4. Теория проектирования и методы исследования устройств барботажного перемешивания и обогрева биореакторов
1.5. Выводы и задачи исследования
2. Разработка и исследование системы каталитического обогрева биореакторов66
2.1. Схемно-конструктивные решения системы каталитического обогрева биореакторов
2.2. Формирование структуры катализатора
2.3. Исследование структуры катализатора
2.4. Математическое моделирование процесса функционирования системы каталитического обогрева биореакторов
2.4.1 Описание математической модели процесса функционирования системы каталитического обогрева биореакторов
2.5. Выводы
3. Теоретические исследования процессов барботажного перемешивания нагретым газом
3.1. Общие подходы к математическому моделированию процессов перемешивания нагретым газом
3.2. Общее описание математической модели
3.3. Моделирование процессов теплопередачи

3.4. Моделирование состояния барботируемого нагретого газа
3.5. Моделирование процессов массопереноса
3.6. Выводы
4. Вычислительный эксперимент на математической модели малого биореактора с системой барботажного перемешивания
и каталитического обогрева
4.1. Описание математической модели
4.2. План вычислительного эксперимента на математической модели
4.3. Анализ результатов
4.4. Выводы
5. Экспериментальные исследования малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева
5.1. Условия и задачи экспериментальных исследований
5.2. Обоснование критериев подобия
5.3. Описание экспериментальной установки
5.4. Анализ результатов
5.5. Выводы
6. Оценка экономической эффективности
6.1. Описание показателей эффективности системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева малых биореакторов
6.2. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта
Заключение
Список литературы Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В соответствии с приказом Минсельхоза России от 24 апреля 2009 г. № 163 «Об отраслевой целевой программе ведомства в сфере молочного животноводства» была утверждена отраслевая целевая программа «Развитие пилотных семейных молочных животноводческих ферм на базе крестьянских (фермерских) хозяйств на 2009-2011 годы». Целью программы являлось создание экономических и финансовых предпосылок для развития и распространения семейных молочных животноводческих ферм на базе крестьянских (фермерских) хозяйств.
В рамках реализации программы за 2009-2010 годы освоено около 5 млрд. рублей, построено и реконструировано 311 семейных ферм и увеличено поголовье коров молочной породы на 23,4 тыс. голов. В программе участвуют хозяйства с поголовьем от нескольких десятков до 100 голов. Таким образом, в настоящее время малые семейные фермы с увеличением их количества становятся одним из источников неиспользуемых навозных стоков (количество органических отходов с одного семейного хозяйства составляет от 0,5 до 5,5 тыс. литров в сутки), что создает условия к загрязнению грунтовых вод и воздушного бассейна, а также представляет опасность биологического загрязнения патогенными микроорганизмами прилегающих территорий.
Для решения этих задач применяют технологии анаэробной переработки органических отходов, которые являются мощным инструментом для оптимизации технологических процессов на сельскохозяйственных предприятиях. Установки для анаэробной переработки позволяют утилизировать различные органические отходы, образующиеся на сельскохозяйственных предприятиях, с получением высококачественных удобрений, которые могут использоваться для восстановления плодородия земель, а также с получением альтернативного энергоносителя - биогаза.
Однако в семейных фермерских хозяйствах установки для анаэробной переработки органических отходов еще не нашли широкого распространения.

пряжения их по теплу с каталитической системой. Аналогично предыдущему снижение минимальной концентрации топлива в смеси до 0,5 % объема приводит к образованию фронта охлаждения катализатора.
Определенную группу представляют собой катализаторы, работающие не в стационарном режиме.
В связи с образованием фронта горения (охлаждения) в неподвижном слое катализатора при низких концентрациях топлива в смеси был предложен реверс-процесс, позволяющий изменять направление движения фронта на обратное при изменении направления подачи смеси топлива-окислитель. Реверс-процесс (рис. 1.27) основан на периодическом изменении (каждые 5-100 мин) направления потока через неподвижный слой катализатора. Выделяющееся в ходе реакции тепло служит для нагрева смеси, что обеспечивает автотермич-ность процесса. Периодический реверс газового потока позволяет создать в центре слоя катализатора высокотемпературную зону реакции (300-600 °С), а торцам слоя (заполненным инертным материалом) отводится роль регенераторов тепла. [35]
Рис. 1.27 - Схема реверс-процесса
В связи с особенностями функционирования реверсируемые каталитические системы могут применяться для очистки больших объемов воздуха от горючих примесей. А так же в связи с охлаждением проходящей непосредственно через них смесью топлива и воздуха, подобные каталитические системы не требуют для своего функционирования дополнительных систем