RU147889U1

RU147889U1 - BIOGAS INSTALLATION WITH UNIFORM DISTRIBUTION OF MICROWAVE ENERGY

Info

Publication number: RU147889U1
Application number: RU2014114583/10U
Authority: RU
Inventors: Ирина Валентиновна Решетникова; Степан Дмитриевич Батанов; Ирина Геннадиевна Поспелова; Александр Викторович Прокопьев; Иван Владимирович Возмищев
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Биогазовая установка с равномерным распределением СВЧ энергии, состоящяя из биореактора, имеющего три концентрично расположенных цилиндрических емкости - наружную для проведения психрофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, среднюю для мезофильной стадии сбраживания и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, имеющую устройство дозированного СВЧ-нагрева, транспортера, емкости для подготовки исходного сырья, трубопровода подачи подготовленной массы, насоса для подачи сырья, трубопровода отвода полученного шлама из центральной секции, емкости под отработанный субстрат, и систему очистки, сбора, хранения и переработки биогаза, при этом наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная - в верхней части, причем наружная и центральная секции снабжены лопастными перемешивающими устройствами, при этом центральная секция снабжена устройствами дозированного СВЧ-нагрева, расположенными равномерно, как показано на фиг.1, с возможностью попеременного включения для подержания температуры, необходимой для проведения стадии анаэробного сбраживания.A biogas plant with a uniform distribution of microwave energy, consisting of a bioreactor having three concentric cylindrical tanks - an external one for the psychrophilic stage of anaerobic digestion of biomass, an average one for the mesophilic stage of fermentation, and a central one for the thermophilic stage of anaerobic digestion, which has a dosed microwave heating device, a conveyor, tanks for the preparation of feedstock, a prepared mass supply pipeline, a raw material pump, an exhaust pipe received sludge from the central section, the container for the spent substrate, and a system for cleaning, collecting, storing and processing biogas, while the outer and middle sections communicate in the lower part, and the middle and central sections in the upper part, the outer and central sections equipped with paddle mixing devices, while the central section is equipped with dosed microwave heating devices arranged uniformly, as shown in FIG. 1, with the possibility of alternating switching on to maintain the temperature necessary for holding di anaerobic digestion.

Description

Полезная модель относится к области биотехнологии и биоэнергетики и может быть использована при утилизации отходов животноводческих хозяйств, а также для получения биогаза.The utility model relates to the field of biotechnology and bioenergy and can be used for waste disposal of livestock farms, as well as for biogas production.

Известна биогазовая установка, включающая биореактор, содержащий три концентрично расположенные цилиндрические секции, наружную для проведения мезофильной стадии анаэробного сбраживания, среднюю для промежуточной стадии и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, а также трубопровод подачи исходной биомассы в наружную секцию, трубопровод для отвода полученного удобрения из нижней части центральной секции и систему отбора биогаза из секций. Наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная в верхней. Центральная часть снабжена теплообменником для нагревания сбраживаемой массы, а наружная секция перемешивающим устройством в виде крыльчатки (RU №2404240, С2, 2009).A biogas plant is known, including a bioreactor containing three concentrically arranged cylindrical sections, external for the mesophilic stage of anaerobic digestion, middle for the intermediate stage and central for the thermophilic stage of anaerobic digestion, as well as a pipeline for supplying the initial biomass to the outer section, a pipeline for draining the obtained fertilizer from the lower part of the central section and the biogas selection system from the sections. The outer and middle sections communicate at the bottom, and the middle and central sections at the top. The central part is equipped with a heat exchanger for heating the fermented mass, and the outer section with a mixing device in the form of an impeller (RU No. 2404240, C2, 2009).

Недостатком установки является неравномерность разогрева биомассы по всему объему биореактора, что приводит к длительности процесса сбраживания.The disadvantage of this installation is the uneven heating of biomass throughout the volume of the bioreactor, which leads to the duration of the fermentation process.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является биогазовая установка с дозированным СВЧ-нагревом, характеризующаяся тем, что состоит из биореактора, имеющего три концентрично расположенных цилиндрических емкости: наружную для проведения психрофильной стадии анаэробного сбраживания биомассы, среднюю для мезофильной стадии сбраживания и центральную для термофильной стадии анаэробного сбраживания, снабженную устройством дозированного СВЧ-нагрева с частотой излучения 2450 МГц, транспортера, емкости для подготовки исходного сырья, трубопровода подачи подготовленной массы, насоса для подачи сырья, трубопровода отвода полученного шлама из центральной секции, емкости под отработанный субстрат, и систему очистки, сбора, хранения и переработки биогаза, при этом наружная и средняя секции сообщаются в нижней части, а средняя и центральная - в верхней части, причем наружная и центральная секции снабжены лопастными перемешивающими устройствами (RU №2490322, C1, 2013 прототип).The closest in technical essence to the proposed one is a biogas plant with metered microwave heating, characterized in that it consists of a bioreactor having three concentrically arranged cylindrical tanks: external for the psychrophilic stage of anaerobic digestion of biomass, middle for the mesophilic stage of fermentation and central for the thermophilic stage anaerobic digestion, equipped with a dosed microwave heating device with a radiation frequency of 2450 MHz, a conveyor, a preparation tank one raw material, a prepared mass supply pipe, a raw material pump, a sludge discharge pipe from the central section, a container for the spent substrate, and a biogas treatment, collection, storage and processing system, while the outer and middle sections are communicated at the bottom, and the middle and the Central - in the upper part, and the outer and Central sections are equipped with paddle mixing devices (RU No. 2490322, C1, 2013 prototype).

Недостатком установки является то, что в зоне нагрева одним устройством дозированного СВЧ-нагрева наблюдается неравномерный нагрев, а где-то и перегрев биомассы, что приводит к гибели микроорганизмов.The disadvantage of the installation is that in the heating zone one device of metered microwave heating is observed uneven heating, and somewhere overheating of the biomass, which leads to the death of microorganisms.

Технический результат изобретения заключается в достижении равномерного распределения СВЧ энергии по всему объему биореактора, за счет введения устройств дозированного СВЧ-нагрева.The technical result of the invention is to achieve a uniform distribution of microwave energy throughout the volume of the bioreactor, due to the introduction of metering microwave heating devices.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1). Биогазовая установка содержит емкость для загрузки и подготовки исходного сырья 1, снабженную ленточным транспортером 2, насосом для подачи сырья 3, перемешивающим и измельчающим устройством 4, которое приводится в действие электроприводом 5. Также имеется емкость под щелочь 6 и активатор процесса 7 и запорный электромагнитный клапан 8. Биореактор 9 состоит из секции психрофильного сбраживания 10, секции мезофильного сбраживания 11 и секции термофильного сбраживания 12, а также имеются устройства дозированного СВЧ-нагрева 13 с частотой излучения 2450 МГц, перемешивающие устройства 14, работающие от электроприводов 15, 16. Биогазовая установка снабжена манометрами 17, 18, термодатчиком 19, pH датчиком 20, насосом для откачки сырья 21, газгольдером 22, газовым счетчиком 23, электрокотлом 24, газовым котлом 25, терморегулятором 26, счетчиком воды 27, емкостью под отработанный субстрат 28, запорного электромагнитного аварийного электроклапана 29, который срабатывает при превышении уровня биомассы в биореакторе. Соединение с отдельными от биореактора емкостями происходит посредством трубопроводов.The invention is illustrated in the drawing (figure 1). The biogas plant contains a tank for loading and preparing feedstock 1, equipped with a conveyor belt 2, a pump for feeding raw materials 3, a mixing and grinding device 4, which is driven by an electric drive 5. There is also a tank for alkali 6 and an activator of the process 7 and a shut-off solenoid valve 8. The bioreactor 9 consists of a psychrophilic fermentation section 10, a mesophilic fermentation section 11 and a thermophilic fermentation section 12, and there are also metered microwave heating devices 13 with a frequency of 2450 MHz, mixing devices 14, powered by electric drives 15, 16. The biogas plant is equipped with pressure gauges 17, 18, a temperature sensor 19, a pH sensor 20, a pump for pumping raw materials 21, a gas holder 22, a gas meter 23, an electric boiler 24, a gas boiler 25, thermostat 26, water meter 27, the capacity for the spent substrate 28, shutoff electromagnetic emergency electrovalve 29, which is triggered when the biomass level is exceeded in the bioreactor. Connection with tanks separate from the bioreactor takes place via pipelines.

Принцип работы трехстадийного биореактора биогазовой установки с равномерным распределением СВЧ энергии заключается в том, что подготовленная для сбраживания масса поступает в первую секцию 10 (психрофильную с диапазоном температур 8…25°С) биореактора. Перемешивание в данной камере при помощи мешалок 14 осуществляется частотой 1 раз в сутки час с продолжительностью 10 мин., и со скоростью вращения мешалок 24…33 об/мин. Затем биомасса по принципу сообщающихся сосудов перемещается во вторую секцию 11 (мезофильную с диапазоном температур - 25…40°С) камеру, в которой перемешивание осуществляется частотой 1 раз в 2 часа, с продолжительностью 10 мин. и со скоростью вращения перемешивающих устройств 42…51 об/мин; и третью секцию 12 (термофильную с диапазоном температур - 40…55°С) частотой перемешивания биомассы 1 раз в час продолжительностью 10 мин и со скоростью вращения перемешивающих устройств 51…60 об/мин. Сбраживаемая биомасса подогревается устройствами дозированного СВЧ-нагрева в центральной секции до температуры 55°С, которая контролируется термодатчиками 13 нижнего и верхнего уровня. Перемешивание осуществляется периодически 2…3 раза в сутки при помощи перешивающих устройств 14. Выделяющийся биогаз собирают и хранят в газгольдере 22, сжигают в газовом котле 24 и поставляют потребителю. Получившийся в процессе сбраживания шлам поступает в емкость 28 для дальнейшей переработки.The principle of operation of the three-stage bioreactor of a biogas plant with a uniform distribution of microwave energy is that the mass prepared for fermentation enters the first section 10 (psychrophilic with a temperature range of 8 ... 25 ° C) of the bioreactor. Mixing in this chamber with the help of mixers 14 is carried out with a frequency of 1 time per day for an hour with a duration of 10 minutes, and with a speed of rotation of the mixers 24 ... 33 rpm Then, the biomass, according to the principle of communicating vessels, moves to the second section 11 (mesophilic with a temperature range of 25 ... 40 ° C), in which mixing is carried out at a frequency of 1 time in 2 hours, with a duration of 10 minutes and with a rotation speed of mixing devices of 42 ... 51 rpm; and the third section 12 (thermophilic with a temperature range of 40 ... 55 ° C), the biomass mixing frequency 1 time per hour for 10 minutes and with a rotation speed of the mixing devices 51 ... 60 rpm The fermented biomass is heated by the dosed microwave heating devices in the central section to a temperature of 55 ° C, which is controlled by temperature sensors 13 of the lower and upper levels. Stirring is carried out periodically 2 ... 3 times a day with the help of alteration devices 14. The released biogas is collected and stored in a gas holder 22, burned in a gas boiler 24 and delivered to the consumer. The sludge resulting from the fermentation process enters the tank 28 for further processing.

Центральная секция снабжена устройствами дозированного СВЧ-нагрева, расположенными равномерно, как показано на фиг.1, с возможностью попеременного включения для поддержания температуры, необходимой для проведения стадии анаэробного сбраживания. При расчете количества устройствами дозированного СВЧ-нагрева и времени включения необходимо учитывать их мощность, объем биореактора, диэлектрическую проницаемость биомассы, глубину проникновения волн, частоту излучения.The central section is equipped with dosed microwave heating devices arranged uniformly, as shown in FIG. 1, with the possibility of alternating switching to maintain the temperature necessary for the anaerobic digestion stage. When calculating the number of dosed microwave heating devices and the turn-on time, it is necessary to take into account their power, bioreactor volume, biomass permittivity, wave penetration depth, and radiation frequency.

Конструкция предложенной установки обеспечивает равномерное распределение СВЧ энергии по всему объему биореактора.The design of the proposed installation provides a uniform distribution of microwave energy throughout the volume of the bioreactor.

Claims

A biogas plant with a uniform distribution of microwave energy, consisting of a bioreactor having three concentric cylindrical tanks - an external one for the psychrophilic stage of anaerobic digestion of biomass, an average one for the mesophilic stage of fermentation, and a central one for the thermophilic stage of anaerobic digestion, which has a dosed microwave heating device, a conveyor, tanks for the preparation of feedstock, a prepared mass supply pipeline, a raw material pump, an exhaust pipe received sludge from the central section, the container for the spent substrate, and a system for cleaning, collecting, storing and processing biogas, while the outer and middle sections communicate in the lower part, and the middle and central sections in the upper part, the outer and central sections equipped with paddle mixing devices, while the central section is equipped with metering microwave heating devices arranged uniformly, as shown in Fig. 1, with the possibility of alternating switching on to maintain the temperature necessary for holding di anaerobic digestion.