Повышение эффективности биогазовых установок за счет применения мембранно-абсорбционных газоразделительных систем

• Автор: Шамшуров, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 256 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Обзор существующих и перспективных технологических решений по переработке биоорганической массы

1 1.2 Особенности синтеза и технологии анаэробного сбраживания

водного органического субстрата на основе куриного помета.

1.3 Анализ конструкции биогазовых установок.

1.3.1 Особенности конструкций установок отечественного

производства .

1.3.2 Зарубежный опыт использования технологического

биогазового оборудования

1.3.3 Классификация биогазовых установок

1.4. Анализ существующих и перспективных технологических
решений контакторных систем.
1.5 Постановка вопроса, цель и задачи исследований
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
МАССОПЕРЕНОСА В ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗАХ,
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕНОСА ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ .
2.1 Идеализация процесса массопереноса
2.2 Математическаямодель массопереноса в газовой фазе
2.2.1 Уравнение импульсов для газовой фазы
2.2.2 Уравнение неразрывности для газовой фазы
2.3 Математическая модель массопереноса в жидкой фазе.
2.3.1 Уравнение импульсов для жидкой фазы.
2.3.2 Уравнение неразрывности для жидкой фазы.
2.4 Моделирование процесса массопереноса через мембрану.
2.5 Математическая модель процесса массопереноса в
, мембранном контакторе
2.6 Численные методики решения системы
2.7 Выводы.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВА 1ИЯ
3.1 Общая методика экспериментального исследования.
3.2 Описание лабораторной установки для проведения
экспериментов по обогащению метаном биогаза и насыщения воздуха либо воды углекислым газом
3.3 Методика экспериментальных исследований системы
комплексной переработки органических отходов.
3.4 Методика определения влажности и зольности.
. л 3.5 Планирование и обработка результатов эксперимента
3.6 Методика для измерения концентрации газов
3.7 Методика измерения влажности и температуры.
3.8 Методика количественного химического анализа воды и
водных растворов
3.9 Выводы.
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Сорбция углекислого газа в контакторе.
4.2 Методика инженерного расчета установки
4.3 Имитационные модели процесса газоразделения биогазовой
смеси с применением мембранноабсорбционного контактора.
4.4 Результаты эксперимента по разделению биогазовой смеси
с применением мембранноабсорбционного контактора.
4.5 Выводы
ГЛАВА 5. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Кислотогенная стадия осуществляется группами гетерогенных микроорганизмов, для которых углерод перешедший в раствор простых органических соединений является источником питания. Стадия кислотообразования обычно не лимитирует последующие стадии сбраживания, поскольку осуществляющие ее бактерии неприхотливы и растут с высокой скоростью. Ацетогенная стадия осуществляется двумя группами ацетогенных бактерий. Первая образует ацетат с выделением водорода ацетогены, образующие водород, группа 2 из растворимых продуктов предшествующей стадии кислотообразования. В качестве примера можно привести химические уравнения образования уксусной кислоты из пропионовой и масляной кислот СН3СН2СООН 2Н СН3СООН С ЗН2 1. СН3СН2а 2СООН 2Н 2СН3СООН 2Н2. Н2 2С СН3СООН 2Н. На метаногенной стадии метановые бактерии образуют метан двумя путями путем расщепления ацетата группа бактерий 5 и восстановлением углекислоты водородом группа бактерий 4. СНзСООН СН4 С 1. С Н2 СН4 Н . Первым путем образуется метана, вторым . МсЖапояртИит, МеФапоЫх и МеФапоБагста . Из этого следует, что при метановом сбраживании необходимо всегда рассматривать не отдельные группы бактерий, а все сообщество в целом. Эффективность процесса сбраживания в таком сообществе зависит не только от деятельности организмов, участвующих в дайной реакции, но и от жизнедеятельности бактерий, потребляющих продукты этой реакции. Накопление продуктов обмена одной из стадий процесса ведет к торможению других. Бактерии, работающие на разных стадиях, имеют свои морфологические и физиологические особенности, выражающиеся в разных скоростях роста, чувствительности к и СЬ и др. Все это играет большую роль в создании сбалансированной, хорошо работающей системы. Поэтому при разработке технологических режимов сбраживания органического вещества с целью его переработки с получением биогаза необходимо проанализировать основные факторы, влияющие на этот процесс. Факторы рисунок 1. Активная жизнедеятельность метаногенных бактерий обеспечивается только анаэробной средой, т. Концентрация метаногенных бактерий внутри реактора оказывает решающее влияние на производительность биогазовых установок пропорционально величине концентрации, изменяется производительность биоэнергетической установки в ту или иную сторону. Рисунок 1. Метаболическая активность и репродуктивная способность микроорганизмов находятся в функциональной зависимости от температуры. Прерывистый характер протекания реакций объясняется заменой мезофильного штамма бактерий на термофильный. Наибольшее практическое применение получил термофильный режим сбраживания, ввиду его максимального санитарно гигиенического эффекта. За рубежом в основном применяется менее энергоемкий мезофильный режим . Кроме того, температура влияет на качество газа. Так при возрастании температуры было установлено снижение доли СН в общем объеме выделяющихся газов рисунок 1. Рисунок 1. Так как метаболическая активность и уровень воспроизводства метановьтх бактерий ниже, чем кислотообразующих, при нарастании количества образующихся органических веществ может получиться избыток летучих кислот, который снижает активность метановых бактерий, как только значение опустится ниже 6,5. Обычно величина благодаря буферным свойствам субстрата при неравномерном образовании кислот поддерживается на постоянном уровне. Эти свойства проявляются путем образования карбонатов в количествах, превышающих количество выделившегося при брожении ССЬ. Предпосылкой беспрепятственного размножения бактерий служит наличие питательной среды, которая содержит как углерод и кислород, для обеспечения этого процесса энергией, водород, азот, серу и фосфор для образования белка, так и щелочные металлы, железо и микроэлементы. При этом активность микробной реакции в значительной мере определяется соотношением углерода и азота. Наиболее благоприятные условия соответствуют значениям . Если в исходном субстрате углеводов больше, чем белковых веществ, то образуется мало аммонийного азота. Вследствие этого выделяется меньше I и больше 1Ь и СО2 что ведет к увеличению выхода кислот, снижению и тем самым к дальнейшему уменьшению интенсивности метанового брожении.