Повышение эффективности анаэробной переработки органических отходов в метантенке с гидравлическим перемешиванием на основе численного эксперимента

• Автор: Трахунова, Ирина Александровна
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса

1.1. Классификация технологий метанового брожения

1.2. Способы интенсификации процессов анаэробного сбраживания

1.3. Перемешивание как способ интенсификации анаэробных процессов

в мегантенке

1.4. Математическое моделирование процесса метанового брожения

1.5. Реологические свойства навоза, получаемого на свиноводческих

комплексах
Выводы
ГЛАВА 2. Моделирование процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в мегантенке
2.1. Модернизация системы гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке
2.2. Математическая модель процесса гидравлического перемешивания органического субстрата в метантенке биогазовой установки
2.3. Обоснование достоверности модели и метода решения
2.4. Экспериментальное определение коэффициента динамической вязкости субс трата
2.4.1. Описание проведения эксперимента
2.4.2. Обработка экспериментальных данных
2.4.3. Результаты экспериментальных исследований
Выводы
ГЛАВА 3. Результаты численных исследований гидравлического перемешивания органического субстрата в меган тенке

3.1. Результаты численных исследований процессов гидравлического перемешивания в метантенкс
3.2. Критерий оценки качества перемешивания в метантенкс
3.2.1. Математическая формулировка
3.2.2. Влияние геометрических параметров метантенка на качество
перемешивания
Выводы
ГЛАВА 4. Анализ энергетической эффективности технологии метанового брожения биоотходов
4.1. Описание технологии производст ва биогаза
4.2. Тепловой анализ технологических схем производства биогаза
4.3. Эксергетический метод термодинамического анализа технологической схемы производства биогаза
4.4. Расчет основных технико-экономических показателей
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Количество органических отходов равных 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 метайте икс. 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 метаитенке увеличивает выход биогаза па 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 метантепках, что объясняется малой изученностью физических аспектов процессов производства биогаза и сложностью моделирования. Кроме того, оценка качества процесса

представленная нарис. 2.1 [123].
Принцип работы установки, представленной в патенте, заключается в следующем. Исходное сырье в виде влажной органической биомассы загружают в приемную емкость (1) системы подготовки исходного сырья, где его с помощью соответствующих устройств измельчают (2), перемешивают и смешивают со шламом (3) и подогревают с помощью теплообменника (4) до температуры режима сбраживания. Затем подготовленную биомассу с помощью насосов системы (5) подают через два подводящих патрубка (6) и (7) в метантенке (8), причем один расположен в нижней части корпуса резервуара, а второй - в верхней крышке корпуса резервуара. Биомасса под давлением подается через подводящий патрубок (6) в придонную область метантенка, препятствуя образованию осадка, и через подводящий патрубок (7) - на уровень зеркала жидкости, при этом наличие аксиально-лопаточного закручивателя (9) препятствует формированию корки на свободной поверхности в метантенке. Таким образом, биомасса непрерывно циркулирует ті перемешивается внутри метантенка.
Рис. 2.1. Установка анаэробной переработки органических отходов:
I - приемная емкость, 2 - измельчитель; 3 - смеситель; 4 — теплообменник; 5 - система насосов;
6,7 - подводящие патрубки; 8 - метантенк; 9 - аксиально-лопаточный закручивагель; 10 - сисіема с вакуум-насосом, 11 - сисіема удаления шлама, 12 — паї рубок для выгрузки шлама с фланием и вен шлем.
В течение всего процесса с помощью системы с вакуум-насосом (10) биогаз удаляется через патрубок в верхней крышке корпуса резервуара, а через патрубок в верхней части стенки резервуара жидкое органическое удобрение сливается