БИОРЕАКТОР
BIOREACTOR

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для производства биогаза из естественных отходов животноводства и птицеводства малых и средних фермерских предприятий.
Известны конструкции биореакторов, приведенные в книге «Веденеев А.Г., Веденеева Т.А. Биогазовые технологии в Кыргызской Республике. - Б. Типография «Евро», 1996 г., рис.14, 17, 22, 25 стр.25, 26, 35, 41).
Известна биогазовая установка анаэробного сбраживания органических отходов, (патент РФ №76541, опубл. 27.09.2008), содержащая связанные между собой узел загрузки органических отходов, узел выгрузки шлама, подогреватель, реактор с мешалкой с двигателем, длина лопастей которых превышает уровень биомассы, газгольдер. Подогреватель связан с реактором заслонкой и выполнен с двигателем и мешалкой, ось вращения которой перпендикулярна оси подогревателя, узел загрузки связан с подогревателем. Установка содержит измельчитель, связанный с загрузочным устройством, двигатели измельчителя, подогревателя, реактора выполнены однофазными.
Известен также биореактор (патент РФ №2346423, опубл. 20.02.2009), состоящий из стальной трубы, разделенной на три секции: загрузочную, рабочую и выгрузочную с перегородками-сегментами, не доходящими до дна емкости, внутри рабочей секции, подключенной к газгольдеру, установлена горизонтально мешалка, смещенная от центра трубы.
Недостатками известных конструкций биореакторов является сложность их конструкции и низкая производительность вследствие невысокого уровня выработки метана (биогаза), так как не учитывается процесс создания отдельно друг от друга термофильных и мезофильных бактерий из жидкого ферментатора.
Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение производительности биореактора.
Указанная задача достигается тем, что биореактор выполнен в виде стальной трубчатой емкости, разделенной на три части: загрузочную, рабочую и выгрузочную с перегородками-сегментами, не доходящими до дна емкости. Внутри рабочей части, подключенной к газгольдеру, установлена горизонтально мешалка, смещенная от центра емкости. Рабочая часть трубчатой емкости разделена на две секции (левую и правую) перегородкой с отверстием, автоматически открывающимся и закрывающимся задвижкой с поплавком, в зависимости от уровня жидкого ферментатора, находящегося в емкости в момент выгрузки. Причем торцевая стенка правой секции рабочей части снабжена дополнительно резервуаром для горячей воды, обеспечивающим нагрев в этой секции жидкого ферментатора до температуры 54-56°С для проявления действия термофильных бактерий, а в левой секции до 30-42°С для развития мезофильных бактерий. Правая и левая емкости рабочей секции связаны общим плавающим газгольдером из немагнитного материала, в котором использовано магнитожидкостное уплотнение. Задвижка, автоматически открывающая и закрывающая отверстие в перегородке, связана с поплавком через тягу.
Конструкция биореактора поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны схема биореактора, на фиг.2 - разрез А-А.
Биореактор состоит из 1 - корпуса биореактора, представляющего собой стальную металлическую трубчатую емкость, 2 - перегородка-сегмент между загрузочной и рабочей частями; 3 - рабочая часть, состоящая из 2-х секций А и Б; 4 - плавающий газгольдер; 5 - поплавок, представляющий собой герметичную емкость с воздухом; 6 - задвижка, связанная с поплавком; 7 - перегородка, разделяющая рабочую часть на 2 секции А и Б; 8 - отверстие для переливания жидкого ферментатора; 9 - ось мешалки, на которой закреплены лопасти; 10 - лопасти для смешивания жидкого ферментатора; 11 - загрузочная секция, сообщаемая с емкостью А; 12 - биогаз; 13 - трубопровод для регулирования уровня жидкого ферментатора; 14 - резервуар для горячей воды; 15 - кран; 16 - трубопровод для слива из емкости Б отработанного жидкого ферментатора; 17 - склеп для хранения биореактора; 18 - крышка с упорами; 19 - подложка биореактора; 20 - магнитожидкостое уплотнение, представляющее собой смесь жидкого масла с мелкодисперстным порошком из магнитного материала; 21 - датчик для регистрации температуры в емкости Б; 22 - датчик для регистрации температуры в емкости А; 23 - жидкий ферментатор (биомасса).
Работает биореактор следующим образом.
Для пуска биореактора (фиг.1) жидкий ферментатор 23 загружается в левую А и правую Б секции рабочей части 3 через загрузочную емкость 11 до вершины конуса плавающего газгольдера 4, закрепленного в исходном положении. После производится слив жидкого ферментатора (фиг.1) через трубопровод 13 и 16 при открытом кране 15 до верхнего положения поплавка 5, обеспечивающем перекрытие отверстия 8 задвижкой 6. В результате создается в пространстве газгольдера и частью емкостей вакуум, тем самым достигаются необходимые условия для анаэробного сбраживания ферментатора и выделение из него метана (биогаза). В резервуар 14 подается горячая вода (80-90 градусов), температура которой через стальную стенку с высокой теплопроводностью передается секции Б, а затем через перегородку 7 с низкой теплопроводностью - секции А. Вращая ось 9 мешалки, лопасти 10 перемешивают ферментатор и выравнивают температуру по всему объему секции Б до 52-54°С, а в левой секции А до 30-42°С. Величина нагрева фиксируется датчиками 21, 22. При термофильном режиме жидкий ферментатор работает без замены и добавок 5-10 суток, а при мезофильном режиме 10-20 суток, т.е. в 2 раза больше. В связи с этим, добавляя порции жидкого ферментатора из левой секции в правую автоматически через отверстие 8, процесс образования метана становится непрерывным.
Автоматическое открытие и закрытие отверстия 8 в перегородке 7 осуществляется одновременно при опускании уровня жидкого ферментатора 23 в момент выгрузки его из правой секции Б по трубопроводу 16 и добавлением свежей порции биомассы из левой секции А посредством действия поплавка 5 через тягу на задвижку 6. Для эффективной работы биореактора и поддержания стабильности осуществляется периодически перемешивание жидкого ферментатора мешалкой с лопастями 10. Для обеспечения герметичности плавающего газгольдера 4 применяется магнитожидкостное уплотнение 20, представляющее собой стальную ванну, наполненную смесью жидкого масла с дисперсным магнитным порошком. При подъеме газгольдера 4 под давлением биогаза 12, вследствие того, что он выполнен из немагнитного материала, смесь магнитной жидкости остается на стенках стального корпуса 1 и не пропускает биогаз.
Разделение рабочей секции перегородкой с механизмом автоматического открывания и закрывания отверстия на две емкости упрощает конструкцию и создает условия для полного использования работы мезофильных термофильных бактерий при образовании метана, что позволяет увеличить объем биогаза и соответственно производительность биореактора.