Получение биогаза в биореакторе с барботажным перемешиванием

• Автор: Суслов, Денис Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Е СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ И СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА
1.1 .Характеристики процесса получения биогаза при анаэробной ферментации органических отходов
1.2.Основные тенденции в развитии биогазовых технологий и аппаратов для получения биогаза
1.3. Интенсификация процесса получения биогаза барботажным перемешиванием биомассы
1.4. Математические модели, описывающие процесс получения биогаза.
1.5. Задачи исследования и методологические основы работы
1.6. Выводы
2.РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
БИОГАЗА В БИОРЕАКТОРЕ С БАРБОТАЖНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
2.1. Получение биогаза в мезофильном температурном режиме
2.2. Гидродинамические параметры системы перемешивания барботажного типа
2.3. Моделирование процесса барботажного перемешивания биомассы в биореакторе
2.4. Тепловой баланс биореактора с барботажным перемешиванием
2.5.Вывод ы
3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
БИОГАЗА В БИОРЕАКТОРЕ С БАРБОТАЖНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
3.1 .Программа исследований и описание экспериментальной установки получения биогаза
3.2. Приборы, методики измерений и оценка достоверности полученных результатов

3.3.Математическое моделирование и матричное планирование многофакторного эксперимента
3.4. Экспериментальные исследования гидродинамических параметров системы перемешивания барботажного типа
3.5.Математическая обработка результатов экспериментальных исследований
3.6.Вывод ы
4.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Исследование влияния варьируемых факторов на удельный выход биогаза
4.2. Разработка инженерной методики расчета биореактора, оснащенного системой перемешивания барботажного типа
4.3. Разработка пакета программных комплексов для расчета конструктивнотехнологических параметров биореактора
4.4.Вывод ы
5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ БИОТ АЗОВОЙ УСТАНОВКИ С БАРБОТАЖНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
5.1.Промышленные испытания биореактора с барботажным перемешиванием
5.2.Технико-экономический расчет эффективности внедрения биогазовой установки с барботажным перемешиванием
5.3. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Обозначение Величина
А зольность
Во предельный выход биогаза из единицы органического
вещества заданного состава при бесконечном времени экспозиции
С0 коэффициент аэродинамического сопротивления
с теплоёмкость вещества
О диаметр аппарата
с1 нагрузка на реактор по органическому сухому веще-

-=• а? диаметр элемента аппарата, пузыря
С сила межфазного взаимодействия
Р площадь поверхности
/в функция сопротивления
Н высота аппарата
к высота элемента аппарата или его участка
/ степень перемешивания
К кинетический параметр
к коэффициент теплопередачи
Ь длина аппарата или его участка
/ линейный размер
М масса вещества
У мощность
п количественный размер
р давление
0,Уд удельный выход (расход) биогаза
(21 тепловая нагрузка
Размерность

м3/кг
Дж/(кг'К)

кг/(м3сут)

Вт/(м2'К) м м кг Вт шт Па м3/кг АСВ Дж

корки. Недостатком данной системы является малый объем перемешивания, что требует установки двух и более перемешивающих устройств, при этом область применения погружных двигателей ограничивается температурой до 40 °С.
Лопастная система перемешивания (рис. 1.13,в) состоит из двигателя, размещенного снаружи реактора и удлиненного вала с лопастями. Данная система может быть вертикальной, закрепленной на верхнем основании реактора, но чаще применяется диагонально расположенная мешалка, входящая через верхнюю часть боковой стенки реактора [4,9,128,163]. При этом вал мешалки может изменять угол наклона, что позволяет перемешивать больший, по сравнению с погружной системой, объем биомассы.
Применяются также механические мешалки с ручным приводом, которые просты в изготовлении и эксплуатации, но применяются только в реакторах небольших объемов, с незначительным выходом биогаза [5,18].
Существенным недостатком механических перемешивающих систем является ограниченная зона перемешивания, что требует установки двух и более мешалок.
Барботажное перемешивание осуществляется путем подачи выделяющегося биогаза обратно в реактор с помощью побудителя тяги и системы трубопроводов, расположенных в нижней части реактора (рис. 1.14).
Рисунок 1.14- Барботажная система перемешивания Барботирование биогаза через толщу сырья создает благоприятное воздействие на процесс брожения и имеет ряд преимуществ. При этом происходит отделе-