EA000328B1 - Способ и устройство для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости - Google Patents

Description

Настоящее изобретение относится к способу поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости и к резервуару для использования в этом способе. Одним из примеров применения настоящего изобретения является его возможное использование в процессах сбраживания суспензий, в которых органические или другие суспензии, например животноводческие или другие стоки, принудительно заставляются либо им позволяют вступать в реакцию с образованием, например, метана и остатка, который может использоваться в качестве удобрения и больше пригоден для внесения на поля, чем исходный материал.

Известно, что ферментация или сбраживание органических отходов осуществляется в анаэробных условиях с помощью анаэробных бактерий в суспензии, поэтому материал в процессе сбраживания должен находиться в закрытых резервуарах. Этот процесс сравнительно длительный и может занимать порядка нескольких недель. В течение этого времени твердые частицы стремятся выпасть из суспензии в осадок, если суспензия постоянно не перемешивается. При этом могут возникать различные проблемы, одной из которых является удаление твердых частиц в случае, если они, например, образуют осадок на дне резервуара, либо плавающую массу или корку.

В настоящее время известны различные способы поддержания твердых частиц в таких суспензиях во взвешенном состоянии. В некоторых из них применяют механическое воздействие, например перемешивание либо вращение самого резервуара вокруг оси для взбалтывания содержимого. Иногда суспензию для перемешивания барботируют газом.

Некоторые из известных способов включают подведение к суспензии значительного количества энергии, что в сочетании со стоимостью самого оборудования ухудшает рентабельность процесса в целом, в то время как другие не обеспечивают достаточно эффективного поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Поэтому метантенки и не распространены настолько широко, как хотелось бы в такой период времени, когда особенно ценится экономия энергии и повторное использование отходов.

Целью настоящего изобретения, таким образом, является предоставление способа поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в суспензии, который может осуществляться с меньшим подводом энергии и, следовательно, с меньшими затратами, по сравнению со способами, используемыми в настоящее время без снижения уровня эффективности, с которой твердые частицы поддерживаются во взвешенном состоянии. Дополнительная цель заключается в предоставлении устройства для осуществления такого способа, которое может изготавливаться относительно просто и дешево и экономично в эксплуатации. Дополнительная и во многих отношениях более важная цель заключается в предоставлении способа и устройства, которое будет надежно работать в течение продолжительных периодов времени для поддержания твердых частиц многих различных типов во взвешенном состоянии.

Настоящее изобретение согласно одному из аспектов предоставляет способ поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости, включающий перемещение суспензии вдоль невертикальной оси резервуара по циркуляционной траектории с принудительным движением потока по линии минимального расхода энергии для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.

Согласно другому аспекту изобретение предоставляет способ поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости, включающий перемещение суспензии вдоль невертикальной оси резервуара по циркуляционной траектории с обеспечением ограничения потока, вследствие которого поток перемещается по кривой вниз вдоль, как минимум, части траектории для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости.

Согласно следующему аспекту предоставляется резервуар суспензии, снабженный приспособлениями для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости посредством обеспечения принудительной циркуляции последней при неподвижном резервуаре, части стенки которого (предпочтительно верхней) придана такая форма, которая направляет принудительный поток жидкости по криволинейной траектории с вертикальной составляющей для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. В альтернативном либо более предпочтительно в дополнительном варианте нижней части стенки резервуара придается такая форма, которая направляет принудительный поток жидкости по криволинейной траектории с вертикальной составляющей для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.

Следует понимать, что способ особо пригоден для поддержания суспензий органических отходов во взвешенном состоянии в процессах сбраживания, и далее ссылка, как правило, будет делаться именно на такое применение, хотя данный способ равно пригоден для других суспензий.

Способ и резервуар, соответствующие настоящему изобретению, являются следствием уяснения того, что твердые частицы и жидкости различной удельной массы стремятся отделиться в вертикальном направлении, будучи оставленными в неподвижном состоянии, однако, в случае, если жидкость и твердые частицы в суспензии принуждаются к одновременному перемещению по одной траектории, тогда упомянутое передвижение относительного разделения предотвращается и поток остается, по существу, однородным, и, по крайней мере, более однородным и гомогенным, чем в случае используемых в настоящее время суспензионных метантенков при таком же подводе энергии. Вследствие этого снижается количество энергии, необходимое для достижения требуемой степени однородности.

Энергия, необходимая для возбуждения циркуляционного перемещения суспензии, может обычно обеспечиваться посредством введения газа в нижнюю часть резервуара для суспензии, причем газ барботирует через суспензию и вызывает перемещение самой суспензии, находящейся рядом с газовыми пузырьками, вверх. Газ выходит через верхнюю часть резервуара, в то время как суспензия циркулирует в резервуаре, причем потоку придается принудительное направление, как указывалось перед тем, предпочтительно формой верхней части стенки резервуара, которая в предпочтительном варианте выпуклая внутрь резервуара. Скорость потока суспензии и форма стенки резервуара, в предпочтительном варианте, таковы, что в процессе эксплуатации обеспечивают образование, по существу, ламинарного потока суспензии вдоль стенки.

В верхней части своего перемещения суспензия поначалу движется по траектории с направленной вверх составляющей и горизонтальной составляющей, направленной в сторону от восходящего потока пузырьков газа. После этого поток суспензии принудительно направляется по горизонтали и вниз до тех пор, пока, в конечном счете, его траектория не приобретает, по существу, вертикальную направленность. В резервуаре в непосредственной близости от этого участка может также предусматриваться вертикальный конструктивный элемент стенки, однако в более предпочтительном варианте стенка непрерывно изгибается таким образом, чтобы поток направлялся вниз и назад в сторону участка введения газа.

Участок введения газа не обязательно должен находиться в самой нижней части резервуара; в предпочтительном варианте стенка резервуара изогнута таким образом, что потоку придается направленная вниз и по горизонтали составляющая перемещения к донной части резервуара с последующей направленной вниз и по горизонтали составляющей к участку введения газа, где поток становится, по существу, вертикальным. Таким образом, суспензия почти постоянно принудительно перемещается плавным потоком по криволинейной траектории, благодаря чему предотвращается расход энергии на образование завихрений и процесс оказывается более рациональным с точки зрения расхода энергии, по сравнению с предшествующими известными в данной области процессами.

Циркуляционный поток может возбуждаться газом, подаваемым через нижнюю либо среднюю часть резервуара. Резервуар может иметь круглое горизонтальное сечение, как минимум, с одним впускным отверстием для подачи газа в основании и куполообразную крышку, однако для упрощения конструкции резервуар в предпочтительном варианте удлинен в горизонтальном направлении в эксплуатационном положении и имеет одинаковое поперечное сечение с расположенными по его длине на определенном расстоянии друг от друга впускными отверстиями для подачи газа. Резервуар может работать периодически, причем в этом случае предусматривается лишь одно впускное/выпускное отверстие для суспензии, однако, в более предпочтительном варианте резервуар эксплуатируется непрерывно, причем подача и отведение суспензии осуществляется через раздельные впускные и выпускные отверстия. В этом случае суспензия принудительно течет вдоль резервуара с одновременным принудительным образованием циркуляционного потока.

Впускные отверстия для подачи газа могут располагаться вдоль либо в непосредственной близости от одной стороны резервуара, однако вновь-таки для упрощения изготовления предпочтение отдается тому, чтобы резервуар был зеркально симметричным относительно продольной плоскости симметрии, причем газ вводится в плоскость симметрии таким образом, чтобы в двух половинах резервуара образовывалось два циркуляционных потока, по одному на каждой стороне плоскости симметрии. В процессе эксплуатации два потока с помощью восходящего потока газа направляются в противоположные стороны. Поток в центре резервуара, направленный вертикально вверх, в верхних слоях жидкости разделяется на две половины, причем каждая из них, следуя форме стенки резервуара, принудительно направляется вдоль наружной части стенки, а затем назад к центру вдоль донной части резервуара. Несмотря на то, что оба потока образуются в противоположных половинах резервуара, между ними в центральной плоскости симметрии в предпочтительном варианте происходит обмен материалом, благодаря чему во время их существования во всем объеме резервуара происходит однородное перемешивание суспензии.

Впускное и выпускное отверстия для суспензии в предпочтительном варианте располагаются в противоположных половинах резервуара и, кроме того, предпочтительно, на противоположных концах, хотя они могут находиться и на одном конце резервуара.

Как упоминалось ранее, впускные отверстия для подачи газа необязательно должны находиться в самом нижней части резервуара. В зеркально симметричном резервуаре они в предпочтительном варианте располагаются ме5 жду двумя изогнутыми участками стенки, образующими нижние части двух половинок. Концы этих участков стенки выступают вверх в направлении центральной части резервуара, где соединяются вместе с помощью расположенного между ними устройства для подведения газа. Наружные кромки участков стенки в предпочтительном варианте соединяются вместе участком стенки, образующим верхнюю часть резервуара, и образует непрерывные кривые с нижними участками стенки. Самая верхняя часть резервуара в предпочтительном варианте образует коллекторную полость, в которой газ собирается перед тем, как выйти из резервуара через верхнее выпускное отверстие. Участок стенки, образующий эту полость, может иметь любую конфигурацию, однако, в предпочтительном варианте он образует непрерывную кривую с остальными участками верхней стенки, благодаря чему резервуар как целое имеет кардиоидное сечение.

В соответствии с дополнительным альтернативным аспектом настоящего изобретения, предоставляется резервуар для суспензии либо иной смеси твердых частиц/жидкости, имеющий вертикальную перегородку, выступающую из его нижней части и доходящую до его середины, причем поверхности верхней стенки контейнера придана плавная непрерывно изогнутая форма, благодаря чему в процессе эксплуатации направленный вверх поток жидкости в центральной части резервуара отклоняется наружу вниз по плавной циркуляционной траектории. В случае резервуара предпочтительной продолговатой формы, перегородка проходит по его длине и на противоположных сторонах плоскости, образуемой перегородкой, в двух половинах резервуара образуются течения, направленные в противоположные стороны.

В соответствии с еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставляется резервуар для суспензии либо иной смеси твердых частиц/жидкости, поверхности нижней части которого придана форма с образованием промежуточного ребра возврата, что в процессе эксплуатации способствует циркуляции жидкости в противоположных направлениях в тех частях резервуара, которые расположены на противоположных сторонах ребра возврата.

Следует понимать, что резервуар наиболее предпочтительной формы имеет две определенные ранее характерные особенности, а именно: гладко изогнутую верхнюю часть и дно с ребром возврата. Такой резервуар может, обычно, изготавливаться из листового материала и дополнительным аспектом изобретения предоставляется способ изготовления резервуара для суспензии, который включает этапы взаимонаправленного отгибания противоположных кромочных участков прямоугольного листа упругого гибкого материала по параллельным линиям отбортовки, захвата кромочных участков и изгибания основной части листа в плоскости, параллельной линиям отбортовки, и в направлении, противоположном направлению отбортовки с целью сближения двух кромочных участков, причем основная часть листа образует непрерывно изогнутую стенку резервуара, соединяющую между собой кромочные участки, и подгонки торцовых стенок для того, чтобы закрыть открытые концы стенки резервуара.

Кромочные участки, в предпочтительном варианте, отбортовываются таким образом, чтобы соприкасаться с одной из лицевых сторон основной части листа, прежде чем последний будет изогнут, и лист, в предпочтительном варианте, изгибается до тех пор, пока кромочные участки не оказываются, по сути, размещенными параллельно и не лежат в общем контуре резервуара.

Резервуар, изготовленный подобным образом, имеет в целом кардиоидное сечение, то есть сечение, образуемое двумя половинами, зеркально симметричными относительно плоскости симметрии и взаимосвязанными на прилегающих концах в упомянутой плоскости двумя соединенными кромочными участками, причем противоположные взаимоудаленные концы половин также взаимно соединены, но, в этом случае, плавно изогнутой стенкой. В процессе эксплуатации резервуар в предпочтительном варианте располагается таким образом, чтобы плоскость симметрии была направлена вертикально, а плавно изогнутая стенка находилась на самом верху. Впускные отверстия для подачи газа, предназначенного для возбуждения циркуляции суспензии в резервуаре, в предпочтительном варианте предусмотрены между взаимосвязанными кромочными участками листа.

В процессе эксплуатации резервуара, соответствующего настоящему изобретению, суспензию, которой позволяют либо принудительно заставляют вступать в реакцию, подают в резервуар, который заполняется почти доверху. Суспензия может содержать твердые частицы в любой форме либо в виде мелких отдельных частиц, гранул, волокон, скоплений твердых примесей, смесей твердых частиц различного типа как с точки зрения физического, так и химического состава, либо твердых частиц, которые в большей либо меньшей степени плотнее чем их жидкий носитель. Подобным же образом реакция, которая должна произойти, может протекать в самой суспензии, не подвергаемой воздействию газа, либо же сам газ может вступать в реакцию с суспензией. Если реакция должна проходить в анаэробных условиях, резервуар должен быть герметически закрыт и подобран подходящий газ для возбуждения циркуляции.

После заполнения резервуара суспензией, газ вводят с такой скоростью, чтобы суспензия поднималась в центральной части резервуара и поток разделялся, растекаясь наружу в двух по7 ловинах резервуара. Стенке резервуара придана форма, принуждающая суспензию течь вниз, следуя ее изгибу, причем твердые частицы остаются в жидкости во взвешенном состоянии. Следует понимать, что резервуар должен быть наполнен до заданного высокого уровня, который позволяет двум потокам следовать изгибу верхних частей резервуара для достижения эффекта усиления потока, предусмотренного способом, соответствующим настоящему изобретению.

По мере опускания потоков в двух половинах резервуара, они вынуждены, в силу формы нижних частей половин резервуара, перемещаться по плавно изогнутым траекториям, возвращаясь вверх к центру резервуара, где их вновь увлекает с собой направленное вверх течение пузырьков, которое, таким образом, возбуждает циркуляцию в двух половинах резервуара. В центре резервуара два потока смешиваются, чем обеспечивается общая однородность суспензии.

Способ использования устройства допускает ряд вариаций. Например, суспензия может оставаться в резервуаре до завершения реакций, после чего замещается свежей порцией, подобно тому, как это делается в применяемых в настоящее время периодических процессах сбраживания. Резервуар, соответствующий настоящему изобретению, однако, имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он может быть использован в непрерывном процессе. С этой целью суспензия может непрерывно подаваться через впускное отверстие на одном конце резервуара и удаляться через отдельное выпускное отверстие. Время пребывания в метантенке может быть достаточно длительным для завершения сбраживания с последующим удалением суспензии, либо частично сброженная суспензия может перемещаться в следующий метантенк либо поочередно в дополнительные метантенки для завершения процесса.

Следует понимать, что особой целью настоящего изобретения является сведение до минимума количества энергии, которая должна быть подведена к суспензии для поддержания ее циркуляции и однородности. Необходимое количество подводимой энергии сводится до минимума посредством придания стенке резервуара соответствующей формы, однако, для достижения желаемого преимущества, необходимо свести до минимального уровня расход газа, возбуждающего циркуляцию. Соответствующий расход газа для конкретного резервуара и содержимого может быть вычислен либо определен экспериментальным путем, при этом, в предпочтительном варианте, должны быть предусмотрены регулирующие устройства, обеспечивающие возможность регулирования расхода в соответствии с различными условиями. В более предпочтительном варианте, однако, предусматриваются средства контроля для контролирования циркуляции в резервуаре и для обеспечения информации, которая позволяет регулировать расход газа вручную либо, в более предпочтительном варианте, автоматически в процессе работы.

Средствами контроля в предпочтительном варианте являются датчики, например один (или более) акустический преобразователь, который контролирует уровень шума в резервуаре и с помощью соответствующих устройств управления изменяет расход для поддержания уровня шума в заданном диапазоне. Таким образом, расход газа увеличивается, если уровень шума падает ниже заданного порогового уровня, свидетельствуя о том, что перемещение суспензии в резервуаре недостаточно для поддержания однородности суспензии, и расход газа снижается, если уровень шума превышает заданный пороговый уровень, свидетельствуя о том, что перемещение суспензии происходит активнее чем необходимо. Расход газа может регулироваться либо изменением скорости потока и/или прерывистой подачей газа в резервуар посредством управления работой насосов и/или клапанов, предназначенных для подачи газа в резервуар.

В случае использования резервуара в качестве метантенка для навоза, в состав газа, применяемого для возбуждения циркуляции, не должен входить кислород, может быть использован азот, диоксид углерода или же любой другой газ, инертный в данных условиях применения. Обычно метан этого же самого процесса сбраживания может рециркулироваться в резервуар после начала процесса.

В случае использования резервуара и способа, соответствующего настоящему изобретению, для поддержания во взвешенном состоянии других твердых частиц кроме навоза, для возбуждения циркуляции могут использоваться другие газы кроме упомянутых ранее. В частности, для суспензий, в которых должны происходить аэробные реакции либо в которых воздух не оказывает воздействия на составляющие, может использоваться воздух.

Резервуар, соответствующий настоящему изобретению, может эксплуатироваться самостоятельно либо в сочетании с другими подобными же резервуарами, соединенными последовательно либо иным способом. В частности, если резервуар используется для процесса, включающего экзотермическую реакцию, тепловая энергия, в предпочтительном варианте, регенерируется и утилизируется для дальнейшего повышения уровня эффективности расхода энергии в процессе. С этой целью резервуар может быть размещен в наружном резервуаре либо баке, заполненном жидким теплоносителем, способным поглощать теплоту реакции, протекающей в резервуаре. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобрете9 ния, два или более резервуара размещаются, предпочтительно, в одном теплообменном баке и теплота экзотермической реакции из одного резервуара передается с помощью жидкого теплоносителя содержимому одного или более других резервуаров для содействия прохождению реакций в упомянутых резервуарах.

Далее подробно в качестве примера будет описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изобоажен схематический перспективный вид резервуара, соответствующего настоящему изобретению;

на фиг. 2 - схематическое сечение резервуара, изображенного на фиг. 1;

на фиг. 3 - схематический вид в плане двух резервуаров, изображенных на фиг. 1, использованных в теплообменном устройстве;

на фиг. 4a-4d - схематическое изображение этапов изготовления резервуара, изображенного на фиг. 1: фиг. 4а - перспектива; фиг. 4Ь, 4с и 4d - сечения;

на фиг. 5 - графическое изображение сечения фиг. 2;

на фиг. 6 и 7 - альтернативные варианты сечений резервуара, соответствующего настоящему изобретению; и на фиг. 8 - принципиальная схема метантенка, включающего резервуар, соответствующий настоящему изобретению.

На фиг. 1 и 2 прилагаемых чертежей резервуар для суспензии, в целом, обозначен цифрой 10. Резервуар 10 продолговатый и имеет однородное сечение, определенное периферийной стенкой 11, форма которой подробнее будет описана далее, но который имеет две нижние половины, взаимосвязанные в вертикальной средней плоскости симметрии резервуара. Резервуар, кроме того, имеет две плоские торцовые стенки 12 такой же периферийной формы, что и сечение периферийной стенки 11, которые герметически присоединены к торцовым сторонам, закрывая резервуар 10.

Каждая из противолежащих торцовых стенок 12 имеет закрывающееся отверстие 13, 14 соответственно для непрерывной подачи и отбора суспензии из резервуара, причем отверстия 13, 14 располагаются на противоположных половинах резервуара 10 относительно средней плоскости симметрии последнего. В альтернативном варианте осуществления, выходное отверстие 14а расположено в той же самой торцовой стенке, что и входное отверстие 13, но, опять-таки, в противоположной половине резервуара 10. Расположение отверстий 13, 14 или 14а наряду с другими отличительными особенностями резервуара исключает образование застойных участков при прохождении суспензии через резервуар. В альтернативном варианте резервуар может иметь объединенное впускное/выпускное отверстие либо отверстия в периферийной стенке для использования резервуара в периодическом процессе. Подробное описание таких отверстий и соответствующих запорных либо клапанных устройств не приводится, поскольку они являются общеизвестными в данной области техники.

Резервуар 10, дополнительно, имеет некоторое количество впускных отверстий 15 для подачи газа. Эти отверстия 15 для подачи газа выполнены в промежуточной планке 16, проходящей по длине резервуара 10 в средней плоскости последнего, между двумя кромочными участками периферийной стенки 11, которые отогнуты внутрь резервуара 10 и герметически прикреплены к промежуточной планке 16. В самой верхней части периферийной стенки резервуара имеется некоторое количество выходных отверстий 17 для газа, которые ведут в общий коллектор 18, прикрепленный к верхней части резервуара 10. Впускные отверстия для подачи газа могут быть выполнены также в виде общего коллектора (не показан).

Устройство, изображенное на фиг. 1 и 2, может дополнительно включать датчик и регулирующее оборудование (не показано).

В процессе эксплуатации резервуара 10 суспензия 20, например смесь жидких и твердых органических отходов, подается в резервуар 10 через впускное отверстие 13 до тех пор, пока не будет достигнут уровень, обозначенный линией 19 на фиг. 2; газ, инертный по отношению к суспензии, подается через впускные отверстия 15 для подачи газа. При работе с органическими отходами газом, в предпочтительном варианте, является метан.

При прохождении газа через суспензию, что показано пузырьками G газа, он вызывает направленное вверх перемещение суспензии в районе средней плоскости резервуара. Из верхней части упомянутого центрального района суспензия растекается в противоположные стороны по направлению к периферийной стенке, которой придана форма, способствующая направлению потоков вниз к донным частям резервуара, где кривизна стенок с направленным вверх изгибом также направляет потоки вверх и назад в центральную часть резервуара. Таким образом, в двух половинах резервуара 10 в противоположных направлениях протекают два циркуляционных потока, обозначенные S1 и S2. Оба упомянутых потока сливаются и смешиваются в центральной части резервуара. Подобным образом происходит обмен материала между двумя половинами, и поток, поступивший в полном объеме через отверстие 13 в одной половине, соответствующим образом выходит через выходное отверстие 14 в другой половине.

При прохождении через резервуар 10 твердые вещества в суспензии, которые в навозе стремятся всплыть на поверхность, смешиваются при движении с жидкостью. Подобным же образом более тяжелые частицы в суспензиях различного типа, стремящиеся к выпадению в осадок, поддерживаются во взвешенном состоянии.

В данном примере суспензия подается в резервуар 10 с такой скоростью, что ежедневно из резервуара выходит примерно 5% его содержимого. При прохождении через резервуар 10 суспензия подвергается анаэробному сбраживанию с выделением метана, который отбирается из коллектора 18 вместе с газом, подаваемым через впускные отверстия. Если суспензия, отведенная через выходное отверстие 14, полностью не сброжена, для завершения процесса ее можно пропустить через один или более дополнительных похожих метантенков.

Поток суспензии через резервуар 10 может контролироваться с помощью соответствующих насосов и/или клапанов (не показано) на входном отверстии 13 и выходном отверстии 14, также как и газ на впускном отверстии 15 для подачи газа, причем оборудование управляется вручную либо автоматически. В последнем случае, в частности, поток суспензии в резервуаре 10 может контролироваться с помощью соответствующих датчиков и результаты использоваться для регулирования объемов подаваемого газа с целью сведения его расхода до минимального уровня, необходимого для поддержания циркуляционных потоков S1 и S2 в резервуаре 10. Расход газа может быть сведен до минимума либо постоянной подачей газа с малой скоростью, либо периодической подачей газа с более высокой скоростью, в зависимости от того, что является более эффективным на данной установке.

В одном из вариантов автоматически управляемой установки, которая подробнее будет описана со ссылкой на фиг. 8, датчиком потока является акустический преобразователь, контролирующий уровень шума, производимого при перемещении суспензии в резервуаре 10. Сигналы датчика либо датчиков поступают на электронное обрабатывающее устройство, управляющее работой насосов, клапанов и другого оборудования для поддержания сигнала датчика в заданном диапазоне.

Конечными продуктами обработки суспензии в одном или более резервуарах 10 являются газ, отводимый из коллектора 18, и смесь твердых веществ и жидкости, отводимая через выходное отверстие 14. Некоторая часть газа может повторно подаваться на впускные отверстия 15, в то время как в случае метана, любые излишки могут быть использованы в качестве топлива, например, для выработки электроэнергии. Суспензия, с другой стороны, может разделяться на твердые и жидкие составляющие, которые, в случае органических отходов, могут использоваться как удобрения, возможно, после дополнительной обработки. Твердые вещества могут, например, нуждаться в компостировании, в то время как жидкости могут нуждаться в хелатообразовании.

Основное применение резервуара 10 для сбраживания суспензии было описано ранее со ссылкой на фиг. 1 и 2. Далее, ссылки будут относиться к фиг. 3, на которой изображено два резервуара 10, используемые в теплообменном устройстве.

На фиг. 3 показаны два резервуара, обозначенные 10а и 10Ъ, расположенные бок о бок в прямоугольном баке 30 большего размера, наполненном соответствующим жидким теплоносителем 31.

Два резервуара 10а и 10Ь показаны с соответствующими впускными отверстиями 13 а, 13Ь, которые расположены на противоположных сторонах бака 30 тагам образом, что суспензия течет через резервуары 10а, 10Ь в баке 30 в противоположных направлениях, хотя резервуары 10а, 10Ь могут располагаться и иным образом, и в одном теплообменном баке 30 может размещаться более двух резервуаров 10.

В процессе эксплуатации устройства, изображенного на фиг. 3, суспензия, в которой проходит экзотермическая реакция, подается в один из резервуаров 10а, 10Ъ. Теплота, образующаяся в процессе этой реакции, передается через стенку бака жидкому теплоносителю 31 и затем на другой резервуар, в который поступает суспензия, нуждающаяся в теплоте для протекания реакции.

В простейшем случае, первая суспензия, в которой протекает экзотермическая реакция, подается в один резервуар 10а, в то время как вторая суспензия, в которой протекает эндотермическая реакция, подается в другой резервуар 10Ъ, благодаря чему теплота, необходимая для эндотермической реакции, может чрезвычайно эффективно передаваться от экзотермической реакции. В альтернативном варианте для суспензии, поступающей во второй резервуар 10Ъ, может просто потребоваться теплота для начала реакции в этой суспензии, которая, начавшись, оказывается экзотермической. В этом случае суспензия, которой заполнен первый резервуар 10а, может просто отбираться из второго резервуара 10Ь после начала реакции, поскольку выпускное отверстие 14Ъ второго резервуара 10Ъ непосредственно связано с впускным отверстием 13а первого резервуара 10а. Соединительный трубопровод в подобном случае предпочтительнее всего размещать в баке 30.

На фиг. 4a-4d прилагаемых чертежей чисто схематически показаны этапы изготовления периферийной стенки 11 резервуара 10.

Стенку 11 изготавливают из плоского прямоугольного листового материала 111, которым может быть, например, металл либо пластик. Два одинаковых противолежащих кромочных участка 111a листа 111 вначале взаимонаправленно отбортовываются по параллельным линиям отгиба 112, как показано на фиг. 4а. Две сво13 бодные кромки участков 111а после этого захватываются с помощью соответствующего инструмента и главная плоскость 111b листа 111 изгибается в виде непрерывной кривой вокруг оси параллельно линиям отгиба 112 в направлении, противоположном кромочным участкам 111а. В процессе изгибания конфигурация листа 111 изменяется от изображенной на фиг. 4Ь до изображенной на фиг. 4с, при которой кромочные участки 111а располагаются, по существу, параллельно и в непосредственной близости друг от друга с линиями отгиба 112, находящимися внутри изогнутой конфигурации, определенной плоскостью 111b. В конечном счете, как показано на фиг. 4d, кромочные участки 111а, прилегающие к линиям отгибки 112, привариваются либо иным образом герметически присоединяются к промежуточной планке, размещаемой между ними.

Кромочные участки 111а могут, конечно, соединяться вместе непосредственно на промежуточной планке 113, вместо того, чтобы вводить последнюю на отдельном этапе. Впускные отверстия 15 для подачи газа могут выполняться в промежуточной планке 113 любым удобным способом перед, во время либо после приваривания последней между кромочными участками 111а.

После придания периферийной стенке 11 формы ранее описанным способом, к ее кромкам любым приемлемым способом, известным в данной области техники, герметически крепятся торцовые стенки 12.

На фиг. 5, 6 и 7 изображены возможные альтернативные формы сечения резервуара 10, соответствующего настоящему изобретению; размеры по осям Хи Y даны в метрах, однако, эти размеры, естественно, не являются ограничивающим фактором. В каждом случае выдерживается, в целом, кардиоидная форма, благодаря чему поток жидкости в резервуаре направляется по одной из двух непрерывных циркуляционных траекторий, как описывалось ранее.

На фиг. 8 схематически представлено устройство, включающее ряд модульных резервуаров, пригодных для процесса сбраживания суспензии. Несмотря на то, что будет описан данный конкретный вариант осуществления, следует понимать, что устройство может, в действительности, использоваться для других целей, при достижении которых возникает потребность в циркуляционном потоке суспензии либо смеси твердых веществ/жидкости.

На фиг. 8 показана модульная схема, включающая два бака либо резервуара 101, 102, каждый из которых соответствует представленному ранее описанию со ссылкой на предшествующие чертежи. Выпускное отверстие 103 резервуара 101 соединяется трубопроводом 104 с впускным отверстием 105 резервуара 102. Бак либо резервуар 101 имеет впускное отверстие 106, к которому подсоединен трубопровод 107, связанный с трубопроводом 108 через клапан 109. Насос 110 откачивает суспензию 111 из открытой емкости 112, которая периодически пополняется, как показано стрелкой А. Суспензия из этой емкости перекачивается насосом 110 по трубопроводу 108 в резервуар 101, по мере потребности. Суспендированный материал в открытую емкость 112 поступает со станции 137 взвешивания и дозирования в виде смеси твердых и жидких органических отходов. Твердые органические отходы собирают на сборной станции 138 и, после доведения до необходимого состояния на установке 139 для предварительной обработки, направляют на станцию 137 взвешивания и дозирования. Подобным же образом жидкие отходы собирают на сборной станции 140 и после доведения до необходимого состояния на установке 141 для предварительной обработки направляют на станцию 137 взвешивания и дозирования, на которой определяется необходимое соотношение твердых и жидких органических отходов для перемещения по трубопроводу А в открытую емкость 112 для последующей доставки в резервуар 101.

Как показано, впускное отверстие 107 резервуара 101 находится в левой половине кардиоидного сечения, в то время как выпускное отверстие 103 располагается в правой половине. В процессе циркуляции суспензии в резервуаре, как описано ранее, материал перемешивается в средней плоскости и постепенно перемещается из левой полости в правую.

Впускное отверстие 105 резервуара 102 находится в правой половине и, соответственно, выпускное отверстие - в левой половине.

Коллекторы 113, 114 собирают пузырьки газа в камерах; по выпускным трубопроводам 115, 116, которые соединены общим трубопроводом 117, газ, с помощью газодувки 118, попадает в сборный сосуд 119, в котором хранится под давлением. Первое выпускное отверстие 120 из сосуда высокого давления открывается в нагнетательные трубопроводы 121, 122, ведущие к впускным отверстиям для подачи газа каждого из кардиоидных сосудов 101, 102 через клапаны 123, 124. Второе выпускное отверстие 125 го сосуда 119 высокого давления ведет к напорному выходному отверстию для потребителя либо для транспортировки и хранения для последующего использования.

Датчик, например акустический преобразователь 126, плотно прикрепленный к боковой стенке одного из резервуаров, в данном примере резервуара 101, выдаст сигнал в линию 127 на цепь 128 электронного обрабатывающего устройства, указывающий уровень шума в резервуаре. Этот сигнал сравнивается электронным обрабатывающим устройством 128 с предварительно установленным (однако, регулируемым) значением, представляющим минимальный уровень шума в резервуаре, и электронное обрабатывающее устройство 128 направляет сигнал в линию 129 выхода на клапаны 123, 124 для регулирования количества газа из сосуда 119 высокого давления, пропускаемого через резервуары 101, 102 для поддержания необходимого минимального уровня шума. В случае превышения верхнего порогового уровня, клапаны 123, 124 закрываются либо прикрываются для уменьшения подачи газа в резервуары 101, 102, тем самым сводя к минимуму расход энергии, необходимой для поддержания суспензии во взвешенном состоянии.

Несмотря на то, что на фиг. 8 резервуары 101, 102 соединяются трубопроводом 104, их можно фактически соединять непосредственно встык модульным способом для получения удлиненного комбинированного резервуара, состоящего из ряда отдельных, расположенных в продольном направлении камер. Благодаря этому, например, можно обеспечить преобладание разных бактерий в разных камерах, что обеспечивает более широкий диапазон управления процессом.

Газ, как правило, метан, образующийся в процессе сбраживания суспензии, выходящий из сосуда 119 высокого давления, может найти самое широкое применение, например, для выработки электроэнергии для перекачивания, нагревания, охлаждения либо кондиционирования воздуха. Суспензия, выходящая из резервуара 102 после обработки, подается по трубопроводу 130 на сепаратор 131, на котором твердые и жидкие компоненты разделяются в приемники 132, 133, соответственно. Твердые компоненты из приемника 132 могут в последующем направляться на компостирование и обработку и, возможно, для немедленного использования (распределение по участкам земли) либо же затариваться в мешки на установках 134 для распределения и продажи. Жидкое удобрение из приемника 133 может направляться на установку 135 для хелатообразования с последующим использованием, например, для орошения, что показано как этап 136.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Резервуар (10) для жидкостей, имеющий устройство (15) для возбуждения перемещения жидкости в резервуаре, что вызывает циркуляцию, и устройство для направления жидкости для циркуляции, в котором упомянутое приводящее устройство (15) расположено в точке, находящейся выше самой нижней части (12) резервуара, а направляющее устройство содержит либо включает нижнюю направляющую поверхность (20), которой придана форма, обеспечивающая направление жидкости в процессе циркуляционного перемещения в сторону упомянутого приводящего устройства (15), отличающийся тем, что стенке (11) резервуара придана в целом форма криволинейной поверхности переменного радиуса, определяющая границу циркуляционной траектории (S2) жидкости в резервуаре (10) без разрывов поверхности на траектории (S2) жидкости от упомянутого приводящего устройства (15) по всей границе циркуляционной траектории, определенной стенками (11) резервуара.
2. 2. Резервуар по π. 1, отличающийся тем, что упомянутая нижняя направляющая поверхность (20) образует, как минимум, часть ребра возврата, которое размещается, по существу, симметрично относительно средней плоскости резервуара.
3. 3. Резервуар по п.2, отличающийся тем, что упомянутое ребро возврата, образованное нижней направляющей поверхностью (20), расположено симметрично относительно любой вертикальной средней плоскости, проходящей через гребень ребра возврата.
4. 4. Резервуар по и. 2 или 3, отличающийся тем, что резервуар (10) удлинен и упомянутое ребро возврата проходит, в целом, по центру по длине резервуара.
5. 5. Резервуар по любому из предшествующих пунктов, имеющий устройство для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии в жидкости посредством их принудительной циркуляции при неподвижном резервуаре, отличающийся тем, что верхней части стенки контейнера придана такая форма, которая обеспечивает направление циркуляционного перемещения жидкости вниз по искривленной траектории (S2) с целью поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.
6. 6. Резервуар по п.5, отличающийся тем, что стенке резервуара придана форма непрерывной кривой от верхней до нижней части резервуара для обеспечения циркуляционного перемещения жидкости по плавно изогнутой циркуляционной траектории (S2) в резервуаре (10).
7. 7. Резервуар по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что верхней стенке резервуара (10) придана форма плавно непрерывно искривленной поверхности для того, чтобы в процессе эксплуатации отклонять направленный вверх поток жидкости в центральной части резервуара к периферии от центральной части и вниз для плавного циркуляционного перемещения.
8. 8. Резервуар по п.7, отличающийся тем, что он удлинен и упомянутое устройство приведения жидкости в циркуляционное движение проходит по центру по длине резервуара, причем верхней стенке резервуара придана такая форма, благодаря которой она отклоняет направленный вверх центральный поток жидкости к периферии в противоположные половинки резервуара по обеим сторонам средней плоскости резервуара.
9. 9. Резервуар по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что резервуар удлинен и имеет продольную среднюю плоскость, причем впускное отверстие предусмотре17 но на одном конце, а выпускное отверстие предусмотрено на другом конце и впускное и выпускное отверстия расположены на противоположных сторонах упомянутой продольной средней плоскости.
10. 10. Способ поддержания жидкой суспензии в резервуаре (10) посредством возбуждения циркуляционного перемещения жидкости в резервуаре с помощью устройства (15) для приведения жидкости в движение, действующего для возбуждения перемещения жидкости в резервуаре, причем упомянутое устройство (15) для приведения жидкости в движение располагается в пределах резервуара в точке, находящейся выше самой нижней точки (12) циркуляционного перемещения, отличающийся тем, что жидкость в резервуаре (10) направляют по плавной непрерывной кривой переменного радиуса от упомянутой самой нижней точки (12) до упомянутого приводящего устройства поверхностями, направляющими течение, образующими часть наружной стенки резервуара (10) и образующими часть траектории (S2) циркуляционного потока в пределах резервуара, причем траектория (S2) циркуляционного потока в целом, в пределах резервуара определяется наружной стенкой (11) резервуара.
11. 11. Способ по и. 10, в котором траектория циркуляционного течения, определенная в пределах резервуара, включает направленную вниз кривую, определенную формой верхней части стенки резервуара, имеющей выпуклый изгиб внутрь резервуара, причем поток жидкости, возбуждаемый упомянутым устройством для приведения жидкости в движение, следует по упомянутой кривой.
12. 12. Способ по и. 10 или 11, отличающийся тем, что устройство для приведения жидкости в движение включает газ (9), который вводится внутрь резервуара таким образом, что он барботирует суспензию.
13. 13 Способ по и. 11, отличающийся тем, что поток жидкости принудительно направляется по непрерывно искривленной траектории формой стенки резервуара, без разрывов, от верхней части резервуара (10) до той части, в которой вводится газ (9).
14. 14. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что резервуар удлинен, имеет постоянное сечение и газ (9) вводится в некотором количестве точек (15) введения, размещенных на определенном расстоянии одна от другой по длине резервуара (10), причем суспензия перетекает по резервуару (10) от одного конца к другому, направляется и принуждается к следованию по упомянутой циркуляционной траектории в пределах резервуара (10).
15. 15. Способ по и. 13, отличающийся тем, что резервуар (10) имеет плоскость симметрии и газ (9) вводится, по существу, в плоскости симметрии для того, чтобы возбудить циркуляционные потоки суспензии в противоположных направлениях в пределах резервуара (10) по обеим сторонам плоскости симметрии.
16. 16. Установка, включающая некоторое количество резервуаров по любому из пп.1-9, с устройством (104), взаимосвязывающим выпускное отверстие одного резервуара с впускным отверстием следующего резервуара (102).