початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2068397

біоенергетичних ВСТАНОВЛЕННЯ

Ім'я винахідника: Тихомиров А.Г .; Матвєєв І.К .; Кліменотьева Г.В .; Жуков О.О .; Кустов Л.Я. .; Жуков О.О .; Нестеров Г.І .; Панов А.І.
Ім'я патентовласника: Спеціалізоване проектно-конструкторське і технологіческоое бюро Територіального виробничого спеціалізірованноого транспортного об'єднання
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.07.12

Використання: біологічна обробка рідин, відходів тваринництва і стічних вод в біоенергетичних установках для виробництва біогазу, добрив і електроенергії. Суть винаходу: біоенергетична установка містить збірник 1 сирого осаду, з'єднаний трубопроводом через насос 2 і пастку 3 з підігрівачем 4 сирого осаду, що має пристрій 5 перемішування осаду. Метантенк 8 має приводную мішалку 9 зброджуваного осаду, повідомлений своєю верхньою частиною з газгольдером 10. Збірник-усреднітель 11 повідомлений послідовно з центрифугою 12 і зі збіркою-аератором 13. Трубопровід з керованим вентилем 56 з'єднує нижню частину метантенка 8 зі збіркою 1 сирого осаду. Установка містить пристрої підігріву в підігрівачі 4 і метантенке 8 і станцію 14 управління установкою. Пристрій 5 перемішування в підігрівачі 4 сирого осаду виконано у вигляді перфорованого проводить склянки 22, до якого підключений трубопровід 17 сирого осаду. Електрод 26 встановлений по осі склянки і виконаний у вигляді спиралевидной лопаті 28 з джерелом 32 регульованого імпульсного електроживлення. Приводная мешалка 9 метантенка 8 виконана у вигляді спіралеподібного шнека, верхня і нижня поверхні лопаті 48 якого забезпечені підкладкою 47 для іммобілізації мікроорганізмів. Вал 49 шнека виконаний порожнистим, повідомленими з порожниною метантенка. Винахід дозволяє досягати технічний результат - підвищення продуктивності, санітарно-гігієнічної безпеки і зниження енергетичних витрат.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області біологічної обробки рідин, відходів тваринництва і стічних вод, зокрема, до біоенергетичним установкам для виробництва добрив, біогазу та електроенергії для потреб установок і населених місць.

Відома біоенергетична установка "Біогаз-301С", викладена в ж. "Механізація та Електрифікація сільського господарства", 1991, N 12, с. 16-17.

Біоенергетична установка містить збірник сирого осаду, пов'язаний трубопроводом через насос і пастку з підігрівачем сирого осаду з конічним днищем, забезпеченим пристроєм перемішування осаду і пов'язаним трубопроводами через насоси з метантенки з приводний мішалкою зброджуваного осаду, причому, верхня частина метантенка повідомлена трубопроводами з газгольдером і сборніком- усреднітель, повідомленими з центрифугою і зі збіркою-аератором, а його нижня частина повідомлена трубопроводом зі збіркою сирого осаду, пристроєм підігріву підігрівача і метантенка і засобом управління установкою.

Істотними недоліками біоенергетичної установки є наступні:

• пристрій перемішування сирого осаду в підігрівачі, аналогічне приводний мешалке метантенка, не забезпечує знезараження осаду від бактерій кишкової групи, сальмонел та інших патогенних мікроорганізмів, а нагрів сирого осаду, передбачений в установці, вимагає витрати великої кількості енергії і часу нагрівання, наприклад, нагрівання сирого осаду до температур 50-70 ^o С вимагає її витримування від 23 годин до 30 хв, що знижує продуктивність установки;
• приводная мешалка метантенка не забезпечує підтримання однорідності середовища, так як в ньому утворюються мертві зони, особливо в порожнині конічного днища, розшарування осаду, відкладення піску і утворення кірки в верхній частині метантенка.

Мета винаходу підвищення продуктивності, санітарно-гігієнічної безпеки установки і зниження енергетичних витрат.

Для досягнення мети винаходу певною біоенергетичної установки, яка містить збірник сирого осаду, пов'язаний трубопроводом через насос і пастку з підігрівачем сирого осаду, з конічним днищем, забезпеченим пристроєм перемішування осаду і пов'язаним трубопроводом через насоси з метантенки з приводний мішалкою зброджуваного осаду, причому, верхня частина метантенка повідомлена трубопроводами з газгольдером і збіркою-усреднітель, повідомленими послідовно з центрифугою і зі збіркою-аератором, а його нижня частина повідомлена трубопроводом через керований вентиль зі збіркою сирого осаду, пристрій підігріву підігрівача і метантенка і засоби управління установкою, пристрій перемішування в підігрівачі сирого осаду виконано у вигляді перфорованого проводить склянки, закріпленого у верхній частині підігрівача, до якого підключений трубопровід сирого осаду, і електрода, встановленого по осі склянки, виконаного у вигляді спиралевидной лопаті і пов'язаного з джерелом регульованого імпульсного електроживлення, а приводний мешалка метантенка виконана у вигляді спіралеподібного шнека , верхня і нижня поверхні лопаті якого іммобілізовані мікроорганізмами, при цьому вал шнека виконаний порожнистим, повідомленими з порожниною метантенка.

Крім того, для досягнення мети винаходу, перфорація проводить склянки пристрої перемішування розміщена в середній частині підігрівача сирого осаду; привід мішалки метантенка виконано у вигляді реверсивного електродвигуна постійного струму.

При патентних дослідженнях не виявлено заявляється сукупність ознак біоенергетичної установки для досягнення мети винаходу. З аналізу патентних досліджень можливо зробити висновок, що пропоноване винахід є новим, тому що не відомо з рівня техніки. Пропонований винахід має винахідницький рівень, так як він для спеціаліста явно не випливає з рівня техніки. Крім того, винахід є промислово придатним, так як воно може бути використано як в комунальній техніці для обробки стічних вод, так і в сільському господарстві для обробки та знезараження відходів тваринництва. Елементи установки можуть бути освоєні на заводах і підприємствах комунальної техніки.

На фіг. 1 схематично зображено біоенергетична установка, загальний вигляд
На фіг. 2 поздовжній розріз підігрівача сирого осаду	На фіг. 3 розріз по А-А на фіг. 2.

Біоенергетична установка містить збірник 1 вихідної сировини, наприклад, сирого осаду відходів тваринництва або побутових стічних вод, насос 2, пастку 3, підігрівач 4 сирого осаду з пристроєм 5 перемішування осаду, насоси 6, 7, метантенк 8 з приводний мішалкою 9 зброджуваного осаду, газгольдер 10, збірник-усреднітель 11, центрифугу 12, збірник-аератор 13, станцію 14 управління, приводні вентилі, встановлені на технологічних трубопроводах і електричні зв'язки для управління установкою.

Збірник 1 вихідної сировини представляє з себе ємність, виготовлену із залізобетону, в якій встановлено насос 2 з електродвигуном 15, підключеним до станції 14 управління. Насос 2 пов'язаний трубопроводом 16 з пасткою 3, призначеної для поділу сирого осаду на фракції. Пастка 3 пов'язана трубопроводами 17 і 18 з підігрівачем 4 і зі збіркою 1 вихідної сировини. У трубопроводі 18 встановлений керований вентиль 19.

Підігрівач 4 сирого осаду представляє з себе металеву електрично заземлену ємність з конічним днищем з вхідним 20 і вихідним 21 патрубками. Зовнішня поверхня підігрівача 4 покрита теплоізоляційним матеріалом (не показано) для виключення витоку тепла з підігрівача. У підігрівачі 4 змонтовано пристрій 5 для перемішування сирого осаду, що представляє із себе електрогідравлічне пристрій, виконаний у вигляді перфорованого проводить склянки 22 з отворами 23, закріпленого на провідному кільці 24, електрично контактує з фланцем 25 підігрівача 4, і електрода 26. Отвори 23 розміщені на склянці по гвинтовій лінії. Електрод 26 вдає із себе проводить стрижень 27, на якому закріплена спиралевидная лопать 28, кромка якої спільно з внутрішньою стінкою перфорованого проводить склянки 22 утворюють змінний по висоті робочий формує проміжок електрогідравлічного пристрою. Стрижень 27 розміщений по осі перфорованого проводить склянки 22 і електроізольований у верхній і нижній частинах від яка проводить кільця 24 і від перфорованого проводить склянки 22 за допомогою ізоляторів 29, 30. Верхній кінець стержня 27 пропущений через тепло-електроізольований кришку 31, закріплену на верхній частині підігрівача 4 сирого осаду за допомогою болтів і гайок. Проводить стрижень 27 електрично пов'язаний з джерелом 32 регульованого імпульсного електроживлення відомої конструкції з вихідним імпульсним напругою в межах 30 50 кВ.

Вхідний патрубок 20 підігрівача 4 сирого осаду жорстко з'єднаний з порожнистим кільцем 33, що охоплює перфорований проводить стакан 22. Порожнина полого кільця 33 повідомлена через отвори 34 з порожниною перфорованого проводить склянки 22.

Крім того, в підігрівачі 4 сирого осаду передбачений зливний патрубок 35, повідомлений трубопроводом 36 із збіркою 1 вихідної сировини. Вихідний патрубок 21 з'єднаний з трубопроводом 37, який через керовані вентилі 38 і 39, основний 6 і резервний 7 насоси відповідно з електродвигунами 40 і 41, керовані вентилі 42 і 43 і трубопроводи 44, 45 і 46 з'єднаний з метантенки 8 з приводний мішалкою 9 зброджуваного осаду. Основний і резервний насоси 6 і 7 з електродвигунами 40 і 41 призначені для перекачування знезараженого і підігрітого сирого осаду з підігрівача 4 сирого осаду в метантенк 8.

Метантенк 8 вдає із себе залізобетонний вертикально розташований циліндричної форми резервуар з конічним днищем і перекриттям. Резервуар забезпечений системою обігріву (умовно не відображено). Метантенк 8 призначений для анаеробного мікробіологічного процесу зброджування попередньо знезараженого і підігрітого осаду і виробництва біогазу. У метантенке 8 змонтована приводная мешалка 9, виконана у вигляді спіралеподібного шнека, верхня і нижня поверхні якого забезпечені підкладкою 47 для іммобілізації мікроорганізмів, виконаної, наприклад, у вигляді пористого покриття лопаті 48, змонтованої на пустотілому валу 49, проміжного вала 50, конічного редуктора 51 і реверсивного електродвигуна 52 постійного струму, електрично пов'язаного зі станцією 14 управління. Верхня частина метантенка 8 повідомлена трубопроводами 53 і 54 з газгольдером 10 і збіркою-Усреднітель 11 відомих конструкцій, а його нижня частина повідомлена трубопроводом 55 через керований вентиль 56 зі збіркою 1 вихідної сировини.

Збірник-усреднітель 11 послідовно повідомлений трубопроводами 57 і 58 через керований вентиль 59 з центрифугою 12 відомої конструкції і через трубопровід 60 із збіркою-аератором 13 відомої конструкції. Збірник-аератор 13 призначений для аеробного обробки стоків, що надходять з центрифуги 12.

Біогаз, що утворюється при анаеробному зброджуванні опадів, наприклад, побутових стічних вод, що містять органічні речовини, в основному складається з метану і оксиду вуглецю: 65-70% CH ₄ і 25-30% СО ₂ за обсягом.

Крім того, в біогазі в невеликих кількостях можуть бути присутні й інші складові: 2-4% СО, до 1% N, до 0,3% _О2, а й до 1,5% різних вуглеводнів і невелика кількість сірководню H ₂ S.

Надмірний тиск біогазу на виході з метантенка 8 становить в межах 200-400 мм вод.ст. температура біогазу залежить від застосовуваного режиму зброджування і становить зазвичай 33-35 ^{o C} при мезофільному і 53-55 ^{o C} при термофільному зброджування. Корисна теплота згоряння біогазу, як правило, не нижче 20 МДж / м ³ і утилізується, наприклад, в біогазових двигунах-генераторах електричної і теплової енергії.

Біоенергетична установка працює наступним чином.

У зв'язку з посиленням санітарно-гігієнічних вимог до збродженим опадів при їх використанні в сільському господарстві, виникла необхідність знезараження опадів, яка може бути досягнута при термофильном анаеробному зброджуванні. Однак, внаслідок енергоємності цього процесу і погіршення водоотдающіх властивостей термофільних зброджених опадів, цей процес в даний час в країнах Європи і Америки не застосовується.

Стічні води, відходи тваринництва відрізняються високою мікробної забрудненістю (10 ⁷ -10 ⁸ од. / 100 мл).

У первинних відстійниках концентруються збудники захворювань, наприклад, бактерії кишкової групи, яйця гельмінтів, сальмонели та інші патогенні мікроорганізми.

Пропонована біоенергетична установка забезпечує знезараження стічних вод і відходів тваринництва, що надходять з первинних відстійників (не показані) до збірки 1 вихідної сировини.

Відповідно до алгоритму управління зі станції 14 управління надходять сигнали на включення насоса 2 в збірнику 1 вихідної сировини, джерела 32 регульованого імпульсного електроживлення, який виробляє імпульси струму високої напруги, наприклад, напругою 50 кВ, основного насоса 6 з відкриванням, із заданим запізненням, керованих вентилів 38 і 42, приводний мішалки 9 в метантенке 8, при цьому обертання мішалки 9 забезпечують з мінімально можливими оборотами, наприклад, 5-10 об. / хв (в початковій стадії роботи установки).

Вихідна сировина насосом 2 перекачується в пастку 3, де здійснюється поділ його на фракції.

Великі фракції, мають високу питому вагу, по трубопроводу 18 періодично повертаються до збірки 1 вихідної сировини, а рідка фракція з дрібними включеннями по трубопроводу 17 в підігрівач 4 сирого осаду. Рідка фракція з дрібними включеннями органічної речовини надходить через вхідний патрубок 20, порожнисте кільце 33 з отворами 34 в перфорований проводить стакан 22 електрогідравлічного пристрою 5, в якому здійснюється електрогідравлічеспкая обробка сирого осаду. При надходженні на електрод 26 позитивного імпульсу струму високої напруги із заданою частотою повторення імпульсу в робочому формує проміжку виникає спіралевидні іскровий розряд між верхньою частиною лопаті 28 і внутрішньою поверхнею перфорованого проводить склянки 22, причому іскровий розряд, що поширюється по висоті від верхньої частини лопаті 28 до її нижній частині, супроводжується високим або надвисоким тиском (електрогідравлічний удар) і високою або надвисокої температурою. У каналах іскрового розряду виникає плазма і ультразвукове гідродинамічний поле. Під впливом перерахованих факторів сирої осад викидається через отвори 23 в порожнину підігрівача 4, в якій відбувається інтенсивне перемішування і нагрівання сирого осаду, подрібнення дрібних фракцій осаду і його знезараження від збудників захворювань, яєць гельмінтів, сальмонел та інших патогенних мікроорганізмів. Під впливом електрогідравлічних ударів рідка фракція з дрібними включеннями органічних речовин перетворюється в Рідкотекучі середу.

Крім того, при искровом розряді вода розкладається на водень і кисень, що впливає на мікроорганізми, спалюючи їх клітинні структури.

Тривалість обробки сирого осаду в підігрівачі 4 може здійснюватися в межах 10-30 хв, що збільшує продуктивність установки.

При переповненні підігрівача 4 оброблена Рідкотекучі середу частково зливається по трубопроводу 36 в збірку 1 вихідної сировини. Після закінчення заданої тривалості обробки сирого осаду, в підігрівачі 4 основна маса Рідкотекучі середовища через вихідний патрубок 21, трубопроводи 37, 44, 46 перекачується основним насосом 6 в метантенк 8, в якому здійснюється мезофільні (33-35 ^{o C)} анаеробний процес метанового зброджування Рідкотекучі середовища, попередньо обробленої в підігрівачі 4.

У метантенке 8 здійснюється анаеробне розкладання органічних речовин співтовариством мікроорганізмів, що складають трофічну ланцюг первинних і вторинних анаеробів з виділенням біогазу, який по трубопроводу 53 надходить в газгольдер 10.

При надходженні Рідкотекучі середовища в метантенк 8, в ньому здійснюється безперервне перемішування мішалкою 9 Рідкотекучі середовища для її рівномірного розподілу за обсягом метантенка 8 і поліпшення контакту сбраживаемой середовища з іммобілізованими мікроорганізмами, розміщеними на підкладці 47 поверхонь 48 спіралеподібного шнека, при цьому як анаероби, так і іммобілізовані мікроорганізми (метаноутворюючих бактерії) інтенсивно розкладають органічну речовину з виділенням біогазу.

Для підвищення продуктивності виробництва біогазу та ефективності установки в цілому перемішування Рідкотекучі середовища в метантенке 8 здійснюють як за годинниковою стрілкою, так і проти годинникової стрілки за допомогою електродвигуна 52 постійного струму.

При переміщенні Рідкотекучі середовища вгору спіралевидним шнеком досягається спиралевидное закручування потоку лопатою 48, при цьому частина середовища по пустотілі валу 49 переміщається вниз, а інша частина з піною переливається по трубопроводу 54 в збірку-усреднітель 11, процес перемішування здійснюється циклічно, обороти мішалки 9 визначаються експериментальним шляхом для оптимального процесу зброджування середовища.

При переміщенні Рідкотекучі середовища вниз спіралевидним шнеком серед вступників через нижній зріз пустотілого вала 49 і піднімається вгору, переливаючись через верхній зріз пустотілого вала 49, при цьому середовище, контактуючи з лопатою 48, опускається по спіралі вниз, утворюючи спиралевидное обертання Рідкотекучі середовища, процес перемішування здійснюється циклічно.

Слід зазначити, що переміщення Рідкотекучі середовища вниз метантенка 8 здійснюється при його завантаженні, а при переміщенні середовища вгору метантенка 8

при його розвантаженні в збірник-усреднітель 11.

Заповнення збірника-усереднювача 11 контролюється датчиком рівня (не показаний). При досягненні заданого рівня Рідкотекучі середовища в збірнику-Усреднітель 11 по керуючим сигналам відкривається вентиль 59 і включається центрифуга 12. Рідкотекучі середовище по трубопроводах 57 і 58 надходить в центрифугу 12, де середовище розділяється на шлам і стоки, які надходять до збірки-аератор 13.

Аерація в збірнику-аераторі 13 здійснюється відомим шляхом нагнітання повітря або технічного кисню в нижню порожнину збірника-аератора 13 для додаткової обробки стоків. Стоки зі збірки-аератора 13 розвантажуються або на мулові майданчики для подальшого використання в сільському господарстві, або спільно з шлаками з центрифуги 12 повертаються в збірник 1 вихідної сировини для повного розкладання органічної речовини Рідкотекучі середовища.

Для профілактичних оглядів метантенка 8 і нанесення іммобілізованих мікроорганізмів на підкладку 47 спиралевидной лопаті 48 приводний мішалки 9 по керуючим сигналам зі станції 14 управління відкривають вентиль 56 і по трубопроводу 55 Рідкотекучі середу перевантажують в збірник 1 вихідної сировини, при цьому Рідкотекучі середу переміщують вниз метантенка спіралевидним шнеком приводний мішалки 9.

Таким чином, пропонована конструкція біоенергетичної установки забезпечує досягнення мети винаходу підвищення продуктивності, санітарно-гігієнічної безпеки установки і зниження енергетичних витрат.

Техніко-економічна ефективність біоенергетичної установки полягає в тому, що завдяки новій сукупності істотних ознак забезпечується досягнення мети винаходу, зокрема, підвищується продуктивність обробки сирого осаду відходів тваринництва або стічних вод за рахунок використання нових пристроїв електрогідравлічного пристрою і спіралеподібного шнека, інтенсифікують процеси знезараження та метанового бродіння при певній економії енергетичних витрат.

Енергетичні витрати на приведення в дію електрогідравлічного пристрою в підігрівачі 4 не перевищують 0,5 кВт · год на 1 м ³ оброблюваної середовища.

Використання електрогідравлічного пристрою в біоенергетичної установки знижує енергетичні витрати на перемішування Рідкотекучі середовища в метантенке 8 за рахунок зниження щільності середовища в підігрівачі 4, підігрів якого здійснюється за рахунок роботи електрогідравлічного пристрою.

Крім того, в Електрогідравлічне пристрої перемішування середовища істотно знижуються коефіцієнти внутрішнього тертя сирого осаду об стінки корпусу підігрівача 4, що знижує навантаження на насоси для перекачування середовища з підігрівача 4 в метантенк 8.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Біоенергетична установка, що містить збірник сирого осаду, з'єднаний трубопроводом через насос і пастку з підігрівачем сирого осаду, що має пристрій перемішування осаду і сполученим трубопроводами через насоси з метантенки, мають приводную мішалку зброджуваного осаду, з'єднані трубопроводами з верхньою частиною метантенка газгольдер і збірник-усреднітель , повідомлений послідовно з центрифугою і зі збіркою-аератором, трубопровід з керованим вентилем, що з'єднує нижню частину метантенка зі збіркою сирого осаду, пристрій для підігріву підігрівача і метантенка і станцію управління установкою, що відрізняється тим, що пристрій перемішування в підігрівачі сирого осаду виконано у вигляді перфорованого проводить склянки, закріпленого у верхній частині підігрівача, до якого підключений трубопровід сирого осаду, і електрода, встановленого по осі склянки, виконаного у вигляді спиралевидной лопаті і має джерело регульованого імпульсного електроживлення, приводний мешалка метантенка виконана у вигляді спіралеподібного шнека, верхня і нижня поверхні лопаті якого забезпечені підкладкою для іммобілізації мікроорганізмів, а вал шнека виконаний порожнистим, повідомленими з порожниною метантенка.

2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що перфорація проводить склянки пристрої перемішування розміщена в середній частині підігрівача сирого осаду.

3. Установка по пп. 1 і 2, що відрізняється тим, що привід мішалки метантенка виконано у вигляді реверсивного електродвигуна постійного струму.

Версія для друку
Дата публікації 05.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів