RU2167829C2 - Установка комплексной переработки сельхозотходов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к биологической переработке сточных вод и предназначено для утилизации стоков свинооткормочных комплексов с дополнительной выработкой метана, белково-витаминной добавки в корма, трития и электроэнергии. Установка содержит сборник сельхозотходов, сообщенный с твердофазным ферментатором и метантенком, камеры которого снабжены диспергаторами. Метантенк по бражке и биогазу сообщен с хлореллогенератором, корпус которого имеет светопроницаемые стенки с размещенными с их внешней стороны светильниками, причем внутри корпуса на стенках размещены перфорированные кольца, между которыми на валу с приводом установлены перфорированные диски, а в верхней части корпуса расположен ороситель. Хлореллогенератор в нижней части соединен с центробежным микрофильтром, а по биомассе хлореллы и серобактерий - с динамическим дезинтегратором, по оси корпуса которого установлен ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, сообщенную со сборником смеси обычной и дейтериевой воды и через гидравлический затвор - с ректификационной колонной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции. Верхняя секция по пару связана с дефлегматором, а по конденсату - через гидрозатвор с ректификационной колонной. Нижняя секция сообщена с теплообменником и по дейтериевой воде - с парогенератором, который соединен с теплоэлектрогенератором, в котором установлены импульсные токоиспускающий и токоприемные электроды и концентрично их оси линий - бериллиевые стержни, соединенные с коллектором токоприемника. Нижняя торцевая крышка теплоэлектрогенератора выполнена с полостью, сообщенной контуром охлаждения с теплообменником, и с концентричными отверстиями, сообщенными отверстием приводной ступицы со струевым насосом, конденсатором и дополнительной ректификационной колонной. Изобретение повышает эффективность переработки сельхозотходов за счет повышения концентрации метана в биогазе и дополнительной выработки кормовой белково-витаминной добавки, трития и электроэнергии. 1 ил.

Description

Изобретение относится к биологической утилизации сельхозотходов /СХО/ на свинооткормочных комплексах районов Крайнего Севера, в которые завоз горючего и топлива затруднен, с выработкой дополнительной товарной продукции: метана /CH₄/, белково-витаминной добавки /БВД/, трития /T₂/, электроэнергии /ЭЭ/, что снижает себестоимость производства свинины.

Известна УКП СХО, включающая сборник СХО, сообщенный с твердофазным ферментатором и с метантенком, состоящим из камер: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал рифлеными поверхностями ротора и корпуса /с. 18-19, рис. 2.1., 2.3. книги У.Э.Виестур, А.М.Кузнецов, В.В.Савенков. Системы ферментации. Рига, "Зинатне", 1986/, недостатком которой является низкая концентрация метана в биогазе, что снижает эффективность ее работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что метантенк по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза сообщены с хлореллогенератором в виде корпуса со светопроницаемыми стенками с размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, на внутренней стороне стенок корпуса размещены перфорированные кольца, между которыми на валу, снабженном приводом, размещены перфорированные диски, причем корпус в верхней части снабжен оросителем, а в нижней части сообщен с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с динамическим дезинтегратором /ДД/, состоящим из корпуса с патрубками входа и выхода, установленного по оси корпуса ротора с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода и сообщенную патрубком со сборником обычной и дейтериевой воды и через гидравлический затвор - с ректификационной колонной /РК/ с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором, а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор - с РК, нижняя секция сообщена с теплообменником и по дейтериевой воде - с парогонератором смеси дейтериевой и тритиевой воды, патрубок которого через импульсный питатель, через отверстие в торцевой крышке теплоэлектрогенератора /ТЭГ/ и зазор между дуговыми электродами сообщен с его внутренней полостью, по оси которой установлены импульсные токоиспускающий и токоприемный электроды, сообщенные с батареей конденсаторов, а концентрично оси импульсных электродов размещены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором токоприемника, например электродвигателя, нижняя торцевая стенка ТЭГ выполнена с полостью, сообщенной контуром охлаждения с теплообменником, и с концентричными отверстиями, сообщенными отверстием приводной ступицы со струевым насосом, конденсатором и дополнительной РК, конструктивно повторяющей элементы приведенной выше.

Между корпусом ТЭГ и литий-бириллиевыми стержнями размещен теплообменник с литиевым охлаждением, сообщенный контуром с сепаратором трития, парогенератором контура паровой турбины привода электрогенератора и конденсатором отработанного /"мятого"/ пара, причем дополнительная РК сообщена по тритиевой воде с парогенератором ТЭГ.

Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы УКП СХО, представленной на чертеже схематически в виде продольного разреза.

УКП СХО включает сборник 1 СХО, сообщенный с ТФФ 2 и метантенком 3, состоящим из камер: 4 - кислого, 5 - нейтрального, 6 - щелочного, 7 - метанового брожения, снабженных диспергаторами 9 в виде взаимодействующих через кольцевой канал 10 рифлеными поверхностями ротора 11 и корпуса 12. Метантенк 3 по бражке и по биогазу через нагнетатель 13 биогаза сообщен с хлореллогенератором 14 в виде корпуса 15 со светопроницаемыми стенками с размещенными с внешней стороны стенок корпуса 15 светильниками 16, а на внутренней стороне стенок корпуса 15 размещены перфорированные кольца 17, между которыми на валу 18, снабженном приводом 19, установлены перфорированные диски 20, причем корпус 15 в верхней части снабжен оросителем 21, а в нижней части сообщен с ЦМФ 22 и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с ДД 23, состоящим из корпуса 24 с патрубками: 25 - входа и 26 - выхода, установленного по оси корпуса 24 ротора 27 с глухими отверстиями 28, взаимодействующими через кольцевой канал 29 с отверстиями 30 перфорированного кольца 31, образующего с корпусом 24 полость 32, изолированную от патрубков: 25 входа и 26 выхода и сообщенную патрубком 33 со сборником 34 смеси обычной и дейтериевой воды и через гидравлический затвор 35 с РК 36 с ППП 37, образующими секции 38, сообщенные друг с другом переливными трубами 39.

Причем верхняя секция 38 по пару сообщена с дефлегматором 40, а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 41 - с РК 36, нижняя секция 38 сообщена с теплообменником 42 и по дейтериевой воде - с парогенератором 43 смеси дейтериевой и тритиевой воды, патрубок 44 которого через импульсный питатель 45, отверстие 46 в торцевой крышке 47 ТЭГ 48 и зазор 49 между дуговыми электродами 50 и 51 сообщен с его внутренней полостью 52, по оси которой установлены импульсные токоиспускающий 53 и токоприемный 54 электроды, сообщенные с конденсаторной батареей 55, а концентрично оси импульсных электродов 53 и 54 размещены литий-бериллиевые стержни 56, сообщенные с коллектором 57 токоприемника, например электродвигателя 53, нижняя торцевая крышка 59 ТЭГ 48 выполнена с полостью, сообщенной контуром 60 охлаждения с теплообменником 61, и с концентричными отверстиями 62, сообщенными отверстием 63 приводной ступицы 64 со струевым насосом 65, конденсатором 66 и дополнительной РК 67, конструктивно повторяющей элементы приведенной выше РК 36. Между корпусом ТЭГ 48 и литий-бериллиевыми стержнями 56 размещен теплообменник 68 с литиевым охлаждением, сообщенный контуром 69 с сепаратором 70 трития, парогенератором 71 контура 72 паровой турбины 73 привода электрогенератора 74 и конденсатором 75 отработанного /"мятого"/ пара, причем дополнительная РК 67 сообщена по тритиевой воде с парогенератором 43 ТЭГ 48. Хлореллогенератор 14 сообщен с газгольдером 76 метана /CH₄/, а ДД 23 патрубком 26 сообщен с сушилкой 77 белково-витаминной добавки /БВД/. Сепаратор 70 сообщен со сборником 78 товарного трития, а конденсатор 66 со сборником 79 товарного гелия /He/.

УКП СХО на свинооткормочном комплексе работает следующим образом.

Стоки свинооткормочного комплекса поступают в сборник 1 СХО и содержат азот в 2,5 раза выше нормы. Для корректировки в стоки вводят компост из ТФФ 2, причем компост получают термобиологической деградацией опилок древесины лиственных пород, листового опада, пожнивных остатков, которые орошают шламом из метантенка 3. Откорректированные СХО поступают в метантенк 3, в котором в камерах 4-7 их сбраживают при температуре 53^oC, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки. Термостатирование осуществляется включением или отключением диспергатора 9, в котором за счет пульсации скоростных и статических напоров в кольцевом канале 10 происходит нагрев бражки, причем рифленые поверхности ротора 11 и корпуса 12 измельчают взвеси, разрушают газопаровые оболочки на поверхностях взвесей, что устраняет флотацию и повышает деградационный потенциал микрофлоры.

Для подщелачивания бражки в камеру 6 щелочного брожения из хранилища 8 вводят гидрат окиси аммония и двууглекислый аммоний. Концентрация метана в биогазе на выходе из камеры 7 метанового брожения не превышает 75-80%, что исключает его использование в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания /ДВС/ автотранспорта и сельхозмашин. Для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода биогаз обрабатывают в хлореллогенераторе 14. В условиях фотосинтеза на кольцах 17 и дисках 20 хлорелла и серобактерии накапливают в своем организме дейтериевую воду в концентрациях 0,4-0,6%, причем биогаз подают нагнетателем 13, и он перемещается через перфорацию колец 17 и дисков 20 при вибрировании последних от вибратора 80, практически чистый метан /CH₄/ отводят в газгольдер 76. Хлореллу и серобактерии отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 22 и подвергают разрушению /дезинтеграции/ оболочек клеток в ДД 23. При опорожнении глухих отверстий 28 ротора 27 между днищем отверстия 28 и столбом жидкости возникает разрежение, и в жидкости появляются пузырьки пара, которые конденсируются в кольцевом канале 29 с образованием пустот /кавитас/, которые схлопываются с гидравлическими ударами.

Центрами конденсации являются микроорганизмы, и их оболочки разрушаются с освобождением содержимого, в том числе дейтериевой воды. Плотность дейтериевой воды на 10% выше плотности обычной, и она проходит через отверстия 30 в перфорированном кольце 31 в полость 32, вытесняя оттуда обычную воду. Выходу дейтериевой воды из полости 32 препятствует ее вязкость, которая на 23% выше вязкости обычной воды. Смесь обычной и дейтериевой воды из полости 32 по патрубку 33 отводят в сборник 34 и через гидравлический затвор 35 в РК 36. Температура кипения дейтериевой воды 101,42^oC. Ее испарение хуже, а конденсация лучше в сравнении с обычной водой. Многократными частичными испарениями и конденсациями вверху РК 36 получают пары обычной воды, а внизу в теплообменнике 42-дейтериевую воду, причем пар поднимается вверх через перфорацию ППП 37 и иммобилизационную насадку 81 из полых стеклянных шариков, а вода опускается вниз через переливные труби 39.

Смесь дейтериевой /Д₂О/ и тритиевой /Т₂О/ воды в соотношении 1:1 в парогенераторе 43 нагревают до температуры 220-280^oC и через патрубок 44 импульсным питателем 45 через отверстие 46 в торцевой крышке 47 вводят в зазор 49 электродуги дуговых электродов 50 и 51. При температуре 2500-3000^oC перегретая вода превращается в пар, а пар в плазму. Импульсы ввода смеси совпадают с импульсами электроразрядов от батареи конденсаторов 55 между электродами 53 и 54. Плазма перемещается по спиральным траекториям, обусловленным ее отводом через концентричные отверстия 62, последовательно подключаемые к отверстию 63 приводной ступицы 64. Плазма содержит литий, поступающий в дуге из дуговых электродов 50 и 51, в которые он впрессован в виде порошка /LiAl, LiAlO₂/. Контакт лития с нейтронами, выделяющимися при сгорании смеси дейтериевой и тритиевой воды, обеспечивает воспроизводство трития в виде тритиевой воды. Испарение высокоэнергетических ионов с поверхности спиралей и их реакция с теплообменником 68 обеспечивает поджатие спиралей к оси импульсных разрядов между электродами 53 и 54. Выделяющийся при реакции горения дейтериевой и тритиевой воды и взаимодействии ядер дейтерия и трития гелий образует газовую "шубу" на поверхности теплообменника 68, препятствуя существенному охлаждению плазмы. В стержни 56 литий введен в виде /Li₂C₂/, причем твердые литиевые соединения входят в материал теплообменника 66 наряду с бериллием. При пересечении спиралями плазмы литий-бериллиевых стержней 56 в них появляется электроток, отводимый к коллектору 57 токоприемника 58, например электродвигателя. В жидком литии, который состоит из 7,5% лития 6 и 92,5% - лития 7, под воздействием нейтронов плазмы происходит реакция
литий 6 + нейтрон ---> тритий + гелий
литий-7 + нейтрон ---> тритий + гелий + нейтрон,
т. е. происходит воспроизводство трития, который отводят по контуру 69 в сепаратор 70 и в сборник 78. Нейтроны нагревают литиевую смесь в теплообменнике 68 и тепло отводится в сепаратор 71 пара для паровой турбины 73 привода электрогенератора 74. Возле торцевой крышки 47 происходит генерация плазмы, а у торцевой стенки 59 охлаждением контуром 60 теплообменника 61 рекомбинация плазмы в пар и его отвод через отверстия 62 струевым насосом 65 в конденсатор 66. Гелий /He/ является неконденсирующейся примесью и его отводят в сборник 79. Смесь обычной и тритиевой воды после конденсатора 66 разделяют в РК 67. Температура кипения тритиевой воды 104^oC, и она легче отделяется от обычной воды в сравнении с дейтериевой. Тритиевая вода из РК 67 поступает в парогенератор 43 для сжигания в ТЭГ 48 вместе с дейтериевой водой из РК 37.

БВД после сушилки 77 обеспечивает сокращение расхода обычных кормов на 20-30% при расходе 1 грамм а.с.в. на 1 кг живого веса скота и птицы. Улучшается яйценоскость, надои молока, привесы мяса. Высокая результативность БВД обусловлена доступностью для усвоения ферментов, витаминов, микроэлементов, нуклеиновых кислот в виду разрушения оболочек клеток хлореллы и серобактерий и извлечения из них дейтериевой воды, которая угнетает жизненные процессы в организме птицы и скота. Метан /CH₄/ из газгольдера 76 используют в качестве горючего в ДВС автотранспорта и сельхозмашин. Углеводородное топливо по калорийности характеризуется отношением H:C и у метана оно равно 4, для сравнения у бензина - 2,2, у дизтоплива - 1,8, у угля - 1. Перевод ДВС с бензина на метан сокращает расход горючего на 10-20%, на 15% снижается расход смазки, в 2 раза повышается межремонтный ресурс ДВС, выхлоп становится экологически чистым, т.к. это диоксид углерода и пары воды.

Использование ТЭГ в сельском хозяйстве в тысячу раз снижает радиационный фон в сравнении с реакторами на уране, причем расходными компонентами являются дуговые электроды и литий, запасы которого составляют порядка 10⁷ тонн, причем расход лития в ТЭГ в количестве 1 грамма эквивалентен сжиганию 1 т условного топлива, что является существенным фактором для АПК районов Крайнего Севера, в которые завоз топлива и горючего затруднен из-за отдаленности. Комплексная переработка СХО улучшает экологическую обстановку вокруг предприятия АПК. ТЕГ просты в изготовлении и обслуживании, не имеют твердых радиоактивных отходов /ТРО/, требующих захоронения, и решают проблему снижения издержек производства яйца, мяса, молока и мясомолочных продуктов.

Claims (1)

1. Установка комплексной переработки сельхозотходов, включающая сборник сельхозотходов, сообщенный с твердофазным ферментатором и метантенком, состоящим из камер кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих через кольцевой канал рифлеными поверхностями ротора и корпуса, отличающаяся тем, что метантенк по бражке и по биогазу через нагнетатель биогаза сообщен с хлореллогенератором в виде корпуса со светопроницаемыми стенками с размещенными с внешней стороны стенок корпуса светильниками, при этом на внутренней стороне стенок корпуса размещены перфорированные кольца, между которыми на валу, снабженном приводом, установлены перфорированные диски, причем корпус в верхней части снабжен оросителем, а в нижней части сообщен с центробежным микрофильтром и по биомассе хлореллы и серобактерий сообщен с динамическим дезинтегратором, состоящим из корпуса с патрубками входа и выхода, установленного по оси корпуса ротора с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями перфорированного кольца, образующего с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода и сообщенную патрубком со сборником смеси обычной и дейтериевой воды и через гидравлический затвор - с ректификационной колонной с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, при этом верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором, а по флегме (конденсату) через гидрозатвор - с ректификационной колонной, причем нижняя секция сообщена с теплообменником и по дейтериевой воде - с парогенератором смеси дейтериевой и тритиевой воды, патрубок которого через импульсный питатель, отверстие в торцевой стенке теплоэлектрогенератора и зазор между дуговыми электродами сообщен с его внутренней полостью, по оси которой установлены импульсные токоиспускающий и токоприемный электроды, сообщенные с конденсаторной батареей, а концентрично оси импульсных электродов размещены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором токоприемника, например электродвигателя, кроме того, нижняя торцевая крышка теплоэлектрогенератора выполнена с полостью, сообщенной контуром охлаждения с теплообменником, и с концентричными отверстиями, сообщенными отверстием приводной ступицы со струевым насосом, конденсатором и дополнительной ректификационной колонной.