БИОРЕАКТОР

Полезная модель используется для производства биогаза - альтернативного источника энергии - путем переработки отходов предприятий пищевой промышленности, городского хозяйства, сельскохозяйственных комплексов.
Известна установка для производства биогаза, содержащая две камеры, пеногаситель, крышку, мешалку, люк выгрузки биомассы, дренажную трубу, патрубки загрузки исходной и выгрузки сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза (RU 2082682 C1, C02F 3/28, опубл. 27.06.1997 г).
Известна установка для производства биогаза, содержащая внешнюю и внутреннюю камеры, воздуходувку, механическую мешалку, патрубки загрузки исходной и слива сброженной биомассы, патрубок отбора биогаза, люк выгрузки биомассы (RU 2066304 C1, C02F 3\28, опубл. 10.09.1996 г).
Недостатком вышеуказанных аналогов является недостаточная эффективность производства биогаза из-за неравномерного нагрева биомассы по длине установок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является метатенк для биогазовых установок, включающий корпус, загрузочный стояк, мешалку, газосборник с газопроводом, задвижку, двойную перегородку с теплоизоляционным материалом, перегородки, основной газосборник, сливной стояк, приводной механизм мешалки, теплоизоляционный слой, теплообменники, защитный слой, камеры (RU 2073650 C1, МПК C02F 3/28, опубл. 20.02.1997 г.).
Известно, что в процессе сбраживания биомассы по длине реактора наблюдается различие (градиент) температур: наибольшая температура характерна на выходе реактора, где расположен сливной стояк, наименьшая - на входе, где расположен загрузочный стояк. Через этот стояк в реактор из загрузочной емкости, расположенной вне реактора, поступает исходная биомасса, имеющая температуру меньшую, чем температура биомассы, сбраживаемой при ферментации в реакторе.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность производства биогаза из-за неравномерного нагрева, т.е. наличия градиента температур сбраживаемой биомассы в биореакторе.
Известно, что поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. В природных условиях образование биогаза происходит при температурах от 0°C до 97°C, но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобрений выделяют 3 температурных режима:
- психофильный температурный режим определяется температурами до 20-25°C,
- мезофильный температурный режим определяется температурами от 25°C до 40°C и
- термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°C.
Сведения относительно оптимального температурного режима различны для разных видов сырья, но на основании эмпирических данных установок ОФ «Флюид», работающих на смешанном навозе КРС, свиней и птиц, оптимальной температурой для мезофильного температурного режима является 36-38°C, а для термофильного 52-55°C. (http://www.rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biogazovim-texnologiyam/soblyudenie-temperaturnogo-rezhima-pri-proizvodstve-biogaza.html)
По технологии переработки биомассы в предлагаемом биореакторе градиент температур не должен превышать (+, -)1°C. Однако, на практике без применения охлаждения, он может достигать до (+, -)5°C.
Задача заявляемого устройства заключается в стабилизации температуры сбраживаемой биомассы в реакторе в заданных технологических пределах и, соответственно, повышении эффективности производства биогаза.
Технический результат достигается благодаря тому, что биореактор для производства биогаза, включает цилиндрический корпус из нержавеющей стали, разделенный внутренними перегородками на четыре камеры, загрузочный и сливной стояки, мешалку с приводом, газосборник с газопроводом, теплообменник с теплоизоляционным слоем, но, в отличие от прототипа, он дополнительно снабжен устройством для стабилизации температуры биомассы, которое содержит центробежный и циркуляционный насосы, дозатор реагента, буферную емкость, распределительное устройство, соединительный трубопровод для реагента с задвижками и форсунками, причем всасывающий патрубок центробежного насоса размещен в верхней части четвертой камеры биореактора, напорный патрубок центробежного насоса соединен с первым входным патрубком буферной емкости, второй входной патрубок которой соединен с дозатором реагента, выход буферной емкости соединен через соединительный трубопровод и циркуляционный насос с распределительным устройством, которое посредством труб и задвижек соединено с форсунками, размещенными в нижней части первой, второй и третьей камер.
Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом (фиг.)
Биореактор включает горизонтальный цилиндрический корпус 1 из нержавеющей стали, загрузочный 2 и сливной 3 стояки, мешалку 4 с приводом, газосборник 5 с газопроводом, теплообменник с теплоизоляционным слоем 6, внутренние поперечные перегородки 7, разделяющие внутреннюю емкость на четыре камеры для сбраживания биомассы. В верхней части четвертой камеры на поплавке 8 размещен всасывающий патрубок 9 центробежного насоса 10. Напорный патрубок насоса 11 трубопроводом 12 соединен с первым входным патрубком 13 буферной емкости 14, второй входной патрубок 15, которой через трубопровод 16 соединен с дозатором реагента 17, выход емкости посредством циркуляционного насоса 18, трубопровода 19, распределительного устройства 20 и задвижки 21, 22, 23 соединен с форсунками 24, размещенными в первой, второй, третьей камерах по ходу перемещения биомассы в реакторе.
Биореатор работает следующим образом.
В первую камеру производят закачку исходной биомассы с температурой +30°C через загрузочный стояк 2, происходит ее продавливание по длине корпуса 1 через поперечные перегородки 7 к сливному стояку 3.
В второй и третьей камерах корпуса, проходит основной этап брожения (ферментации) биомассы при температуре +35°C.
Включают привод мешалки 4 и производят перемешивание сбраживаемой биомассы в камерах реактора. При этом начинается сбраживание массы и выделение биогаза, который скапливается в газосборнике 5 и через трубопровод направляется потребителям.
Для запуска процесса брожения в реакторе служит теплообменник 6 с термостойким покрытием. В ходе процесса сбраживания в биореакторе температура увеличивается до +40°C. Между загрузочным и сливным стояками субстрат из верхней части последней камеры откачивается с помощью всасывающего патрубка 9 центробежного насоса 10 и через его напорный патрубок 11, трубопровод 12 и первый входной патрубок 13 перекачивается в буферную емкость 14. Для того, чтобы всасывающий патрубок центробежного насоса не утонул, он закреплен на поплавке 8. Из дозатора реагента 17 в буферную емкость поступает реагент, который служит для разжижения биомассы.
В качестве реагента, может быть использовано, например, известковое молоко (4-5 мг/л), 20% раствор соды, сульфат железа (200 мг/л). Обработанная реагентом биомасса, которая имеет температуру 40°C, циркуляционным насосом 18 через соединительный трубопровод для реагента 19 перекачивается в распределительное устройство 20 и через задвижки 21, 22, 23 поступает в форсунки 24.
Для выравнивания температуры между третьей и четвертой камерами открывается задвижка 21, а задвижки 22, 23 перекрываются. Если необходимо уровнять температуру между второй, третьей и четвертой камерами, то открываются задвижки 21 и 22, а задвижка 23 перекрывается. Если необходимо выровнять температуру между первой, второй, третьей и четвертой камерами, то открываются задвижки 21, 22, 23.
Теплообменник с теплоизоляционным слоем 6 служит для снижения теплоотдачи субстрата, находящегося в корпусе реактора, в окружающую атмосферу.
При сбраживании биомассы корпус реактора, загрузочный, сливной стояки, перегородки камер подвергаются коррозии. Для предохранения их от коррозии корпус реактора, стояки, перегородки выполняются из антикоррозионных материалов, например, из нержавеющей стали.
3
3
3
3
При работе реактора выход биогаза из 500 кг навоза КРС при влажности 85% равен 220-275 м, из 90 кг свиного навоза равен 45-81 м, из 10 кг птичьего помета 5-9 м. Общий объем биогаза на выходе из реактора равен 270-365 м в сутки.