Повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Медяков, Андрей Андреевич

• Медяков, Андрей Андреевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Медяков, Андрей Андреевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Анализ существующих систем для анаэробной переработки органических отходов

1.2. Исследования в области каталитических устройств сжигания

1.3. Исследования в области полного каталитического окисления составляющих биогаза

1.4. Теория проектирования и методы исследования устройств барботажного перемешивания и обогрева биореакторов

1.5. Выводы и задачи исследования

2. Разработка и исследование системы каталитического обогрева биореакторов

2.1. Схемно-конструктивные решения системы каталитического обогрева биореакторов

2.2. Формирование структуры катализатора

2.3. Исследование структуры катализатора

2.4. Математическое моделирование процесса функционирования системы каталитического обогрева биореакторов

2.4.1 Описание математической модели процесса функционирования системы каталитического обогрева биореакторов

2.5. Выводы

3. Теоретические исследования процессов барботажного перемешивания нагретым газом

3.1. Общие подходы к математическому моделированию процессов перемешивания нагретым газом

3.2. Общее описание математической модели

3.3. Моделирование процессов теплопередачи

3.4. Моделирование состояния барботируемого нагретого газа

3.5. Моделирование процессов массопереноса

3.6. Выводы

4. Вычислительный эксперимент на математической модели малого биореактора с системой барботажного перемешивания

и каталитического обогрева

4.1. Описание математической модели

4.2. План вычислительного эксперимента на математической модели

4.3. Анализ результатов

4.4. Выводы

5. Экспериментальные исследования малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева

5.1. Условия и задачи экспериментальных исследований

5.2. Обоснование критериев подобия

5.3. Описание экспериментальной установки

5.4. Анализ результатов

5.5. Выводы

6. Оценка экономической эффективности

6.1. Описание показателей эффективности системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева малых биореакторов

6.2. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В соответствии с приказом Минсельхоза России от 24 апреля 2009 г. № 163 «Об отраслевой целевой программе ведомства в сфере молочного животноводства» была утверждена отраслевая целевая программа «Развитие пилотных семейных молочных животноводческих ферм на базе крестьянских (фермерских) хозяйств на 2009-2011 годы». Целью программы являлось создание экономических и финансовых предпосылок для развития и распространения семейных молочных животноводческих ферм на базе крестьянских (фермерских) хозяйств.

В рамках реализации программы за 2009-2010 годы освоено около 5 млрд. рублей, построено и реконструировано 311 семейных ферм и увеличено поголовье коров молочной породы на 23,4 тыс. голов. В программе участвуют хозяйства с поголовьем от нескольких десятков до 100 голов. Таким образом, в настоящее время малые семейные фермы с увеличением их количества становятся одним из источников неиспользуемых навозных стоков (количество органических отходов с одного семейного хозяйства составляет от 0,5 до 5,5 тыс. литров в сутки), что создает условия к загрязнению грунтовых вод и воздушного бассейна, а также представляет опасность биологического загрязнения патогенными микроорганизмами прилегающих территорий.

Для решения этих задач применяют технологии анаэробной переработки органических отходов, которые являются мощным инструментом для оптимизации технологических процессов на сельскохозяйственных предприятиях. Установки для анаэробной переработки позволяют утилизировать различные органические отходы, образующиеся на сельскохозяйственных предприятиях, с получением высококачественных удобрений, которые могут использоваться для восстановления плодородия земель, а также с получением альтернативного энергоносителя - биогаза.

Однако в семейных фермерских хозяйствах установки для анаэробной переработки органических отходов еще не нашли широкого распространения.

Это связано с тем, что существующие установки недостаточно эффективны ввиду высокой удельной энергоемкости (0,85 кВт/мЗ), поэтому считается недостаточно рентабельным использование малых установок с объемом переработки до 40 тонн отходов в сутки. Существующие установки ввиду высокой

о

удельной материалоемкости (110 кг/м ) требуют значительных начальных денежных затрат, что затрудняет внедрение установок в малые хозяйства. Кроме

Л Л

того недостаточная компактность установок (Зм /м ) приводит к нерациональному использованию полезных площадей малых хозяйств.

Существенного повышения потребительских свойств малых биогазовых установок можно достичь путем применения комплекса, состоящего из барбо-тажного перемешивающего устройства и каталитического устройства сжигания. Однако в настоящее время отсутствуют исследования в области комплексного использования барботажных перемешивающих устройств и каталитических устройств сжигания в биореакторах для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

В этой связи повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства за счет обоснования конструкции и параметров системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес.

Работа выполнена в рамках государственного контракта №16.552.11.7050 от 29.07.2011 г. Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» «Проведение центром коллективного пользования научным оборудованием «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» научно-исследовательских работ в области экологии, биотехнологии и процессов получения экологически чистых энергоносителей» и государственного контракта № 8976Р/14048 от 19.04.2011 года Фонда содействия развитию малых форм предприятий в НТС «Проект каталитического подогревателя барботажных сред».

Цель работы: повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства за счет обоснования конструкции и параметров системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

Объект исследования: малые биореакторы с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

Предмет исследования: особенности процесса функционирования системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева в малых биореакторах для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

Методы исследования. В процессе исследования использованы методы математического моделирования, вычислительного эксперимента, натурного эксперимента, математического планирования и математической статистики.

Научная новизна исследований заключается в разработанных:

- схемно-конструктивных решениях системы перемешивания и обогрева, отличающихся использованием барботажного перемешивающего устройства и каталитического устройства сжигания в рамках комплекса;

- математической модели процесса функционирования системы каталитического обогрева биореактора, отличающейся учетом особенностей разработанных схемно-конструктивных решений;

- математической модели малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева, отличающейся учетом специфики барботажного перемешивания нагретым газом.

Новизна технических решений подтверждена 2 патентами РФ на полезную модель.

Положения, выносимые на защиту.

1. Схемно-конструктивные решения системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева малых биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

2. Математическая модель процесса функционирования системы каталитического обогрева биореактора, позволяющая описать особенности функционирования предложенных схемно-конструктивных решений.

3. Математическая модель функционирования малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева, устанавливающая взаимосвязь между конструктивными параметрами биореактора, барботажного устройства, технологическими параметрами процесса переработки животных органических отходов, внешними условиями функционирования установки и параметрами, характеризующими эффективность поддержания стабильных и равномерных температурных условий в биореакторе и потребления топлива системой.

4. Результаты экспериментальных исследований биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

Практическая значимость. Схемно-конструктивные решения системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева, рекомендуемые для малых установок на семейных животноводческих фермах, позволяют снизить энергоемкость, материалоемкость биореакторов и сделать их более компактными.

Получены рациональные технологические параметры системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева по условиям стабильности, равномерности поддержания температурных условий в биореакторе и потреблению топлива системой, подтвержденные результатами экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы внедрены в СПК СХА «Страда» и ООО «Волговятскмеханика», а так же в учебный процесс и используются при подготовке бакалавров по направлению 110300.62- «Агроинженерия» в курсе «Механизация животноводства».

Апробация. Результаты проведённых исследований обсуждены и одобрены на конкурсе молодежных инновационных проектов V Всероссийского фестиваля науки (Йошкар-Ола, 2010г.), Республиканском конкурсе мол одеж-

ных инновационных проектов (Йошкар-Ола, 2011), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Инновационные технологии при решении инженерных задач» (Ульяновск, 2011), Девятой всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2011), Международной молодежной научной конференции «Научному прогрессу -творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2011), Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава «Исследования, технологии, инновации» (Йошкар-Ола, 2011), выставке «Связь. Информатика. Электронное правительство» (Йошкар-Ола, 2011), Всероссийской междисциплинарной научной конференции с международным участием «Россия в глобальном мире: вызовы и перспективы развития» (Йошкар-Ола, 2011, Диплом II степени), Всероссийском конкурсе инновационных проектов и идей научной молодежи (Москва, 2011, Диплом I степени), программе «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Йошкар-Ола, 2011 г., почетная грамота победителя программы).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 18 работах, включая 2 патента на полезную модель, 16 научных статей, в том числе 5 в журналах из перечня ВАК.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ существующих систем для анаэробной переработки

органических отходов

Большой вклад в развитие научных знаний о процессе анаэробной переработки органических отходов и применяемых для его организации технико-технологических системах внесли Андрюхин Т.Я., Баадер В., Григорьев B.C., Гюнтер Л.И., Дубровский В., Дурдыбаев С.Д., Евтеев В.К., Келов К.Н, Кирсанов В.В., Ковалёв A.A., Ковалёв Д.А., Ковалёв Н.Г., Коваленко В.П., Мари-ненко Е.Е., Мишуров Н.П., Панцхава Е.С., Пузанков А.Г., Цой Ю.А., Сидыга-нов Ю.Н., Костромин Д. В.ДНамшуров Д.Н. и др. [4,6, 17, 125, 18, 24, 16, 2526, 40-41, 42-43, 44-49, 50, 51, 64, 74, 96-98, 42,108-121, 108-110, 111-116].

В работах [53, 139] подробно рассмотрены разнообразные технико-технологические системы, применяющиеся в настоящее время для организации процесса анаэробной переработки органических отходов. Стоит выделить следующие основные моменты, изложенные авторами. Большинство исследовательских и промышленных установок представляет собой одинарный реактор, в котором осуществляется сложный физико-химический процесс разложения органических веществ.

Существуют различные режимы работы установок анаэробной переработки органических отходов. В проточной системе (при непрерывном или квазинепрерывном процессе) субстрат загружают в реактор непрерывно или через короткие отрезки времени (например, ежесуточно), удаляя соответствующий объем шлама (Рис. 1.1).

Объем субстрата рассчитывается в соответствии с заданными гидравлическими расчетами времени пребывания массы в реакторе и поддерживается на определенном уровне. Если обеспечивается постоянство условий производства, а именно: подача массы, концентрация сухого вещества и загрузка рабочего пространства, т.е. концентрация способного к брожению органического вещества

при загрузке, оптимальная температура брожения и равномерное перемешивание массы, то этот вид производства позволяет получить максимальный выход газа при непрерывном процессе газообразования.

Рис. 1.1 - Схема непрерывного сбраживания: 1 - газгольдер; 2 - реактор; 3 - хранилище шлама

Система с периодическим использованием реакторов характеризуется прерывистым процессом, протекающим не менее чем в двух одинаковых по размерам и формам реакторах (Рис. 1.2).

В случае ежесуточной загрузки свежего субстрата реакторы попеременно заполняются свежим сырьем для образования определенного количества шлама (так называемого затравочного шлама) и по истечению заданного срока брожения опорожняются так, что в них остается только затравочный шлам. Поскольку при постоянном количестве подаваемого в реактор сырья загрузка рабочего пространства во время процесса заполнения будет постоянно снижаться по сравнению с оптимальным значением, соответствующие исходному количеству шлама, потенциальная производительность этой системы будет использоваться не полностью. Кроме того, если учитывать наличие порожнего объема реактора во время процесса заполнения, то эта система требует большего рабочего объема, чем проточная.

1 - газгольдер; 2 - первый реактор; 3 - второй реактор; 4 - хранилище шлама

Поэтому реактор никогда не опорожняют полностью, остаток шлама служит стартовой дозой для новой порции субстрата. При непрерывной подаче свежего субстрата постоянно снижается время, отводимое для брожения. В результате этого газовый потенциал, накопившийся в реакторе массы, используется не полностью.

Жидкий

Рисунок 1 ..3 - Система с накоплением газа и шлама: 1 - реактор и хранилище; 2 - газгольдер Система с накоплением газа и шлама выполняется только с одним жидкостным реактором. Последний играет роль бродильной камеры и накапливает шлам до момента вывозки в поле (Рис. 1.3).

Камеры сбраживания должны иметь герметичные стенки, совершенную теплоизоляцию и быть коррозионно-стойкими, прочными, а также удобными для обслуживания. При выборе формы, размеров и конструкции камеры играют

роль массовый расход субстрата при заполнении, заданный выход газа или степень сбраживания субстрата. На работу установки существенную роль также оказывают форма реактора и применяемые строительные материалы. Наиболее характерные формы камер показаны на Рис. 1.4.

ИЧ* нЦ уК^

Рис. 1.4 - Формы камер сбраживании: а - овальная; б - цилиндрическая; в - цилиндрическоконическая;

г - наклонно горизонтальная

Метаболическая активность и репродуктивная способность микроорганизмов находятся в функциональной зависимости от температуры. Таким образом, температура влияет на объем газа, который можно получить из определенного количества органического вещества в течение заданного времени, а также на технологическое время процесса брожения, необходимое для высвобождения при соответствующей температуре определенного количества газа

(Рис. 1.5) [6].

Рис. 1.5 - Отношения количеств (А, сплошные линии) газа, выделяемого при различных температурах бродильной камеры, и необходимой для этого длительности (Б, штриховые линии)

А

Ш Ц

го

г-—" \ Г ; '

К

\

\ | ^т»

/ г ]

т Ч

Г" Г"-'4

\

в

5 2 1 О

ям этих же величин прн 33°С.

Дня инициирования и поддержания процесса метановой ферментации, биогазовые установки оснащаются нагревательными устройствами (Рис. 1.6).

Традиционным способом обогрева считается расположение в корпусе биореактора трубчатых теплообменников с циркулирующим теплоносителем. Устройства, в которых в качестве теплоносителя используется горячая вода (Рис. 1.6, а, б, г, д), а передача тепла осуществляется через стенки теплообменника, отличаются друг от друга только формой нагревательных элементов и способом их расположения внутри реактора (в виде змеевика у стенок или в днище, в виде спирали вдоль боковых стенок или в центральной части резервуара). Исходный субстрат доводится до температуры режима в камере сбраживания, а, следовательно, в момент загрузки свежего субстрата наблюдается кратковременное нарушение температурного режима. Этот недостаток преодолим при использовании предварительного нагрева субстрата горячей водой (возможно через теплообменники), паром или продуктами сгорания биогаза (рис. 1.6, в). Для компенсации теплопотерь через ограждающие конструкции и теплопотерь, связанных с выносом биогаза из реактора, предусматриваются надежная теплоизоляция и нагревательные устройства, установленные внутри биореактора. Основное требование к нагревательным приборам такого типа - обеспечение вблизи теплообменников температуры не выше 60°С и повышенной скорости движения субстрата, иначе возможно налипание субстрата на теплообменные поверхности и снижение эффективности теплообмена. При температуре, превышающей 70°С, процесс газообразования прекращается в связи с гибелью метанобразующих бактерий.

Стоит отметить работу [8], в которой исследовались процессы теплообмена в системах обогрева биореакторов при различном расположении труб теплообменника и возможности утилизации тепла сброженного осадка, определялись рациональные параметры теплообменников системы обогрева биореактора.

Функционирование подобных систем отопления требует создания дополнительных систем циркуляции и обогрева промежуточного теплоносителя, что

усложняет их конструкцию и связано с дополнительными затратами при создание биогазовых установок.

Помимо воды в качестве теплоносителя применяются пар или продукты сгорания (рис. 1.6, е). При этом вся энергия теплоносителя используется на подогрев свежего субстрата, т.е. тепловые расчеты можно проводить по высшей теплоте сгорания топлива. [64]

По сравнению с традиционными источниками тепла более эффективными являются каталитические устройства сжигания. К преимуществам каталитических устройств относятся:

1) полнота сжигания топлива, которая способствует повышению эффективности процесса горения;

2) снижение температуры процесса горения, которое обеспечивает конструктивные преимущества каталитических устройств горения;

3) сокращение выбросов вредных газов в атмосферу в связи со снижением температуры горения и более полным сжиганием топлива. [62]

Рис. 1.6 - Схемы нагревательных устройств: а - настенного; б - донного; в - размещенного в отопительном цилиндре; г - расположенного вне реактора; д - в виде змеевика; е - использующего пар

Устройства для перемешивания играют роль механизмов равномерного распределения частиц органического субстрата и градиента температуры по

всему объему. При плохом перемешивании снижается эффективный объем ме-тантенка и сокращается время пребывания в нем осадка, а следовательно, распад органического вещества и выход биогаза. Влияние неэффективного перемешивания в сочетании с понижением температуры представлено на Рис. 1.7. Снижение эффективного объема метантенка на 50 % за счет плохого перемешивания при 1 = 35 °С уменьшает эффективность сбраживания при большом времени пребывания (более 30 сут.) на 5 %, а при X = 30 °С - на 16 %. Но особенно большое влияние оказывает перемешивание при коротком времени пребывания осадка в метантенке. [18]

Перемешивание осадка в метантенках осуществляется с помощью механических мешалок, а также путем циркуляции осадка и рециркуляции газа (Рис. 1.8). Последний способ реже применяется на практике, однако он более эффективен, чем применение механических мешалок. Благоприятное воздействие перемешивания газом на процесс брожения объясняется несколькими причинами. При подаче сжатого газа хорошее перемешивание создается за счет интенсивного подъема пузырьков газа. При этом происходит также механическое отделение мелких пузырьков газа от метаногенных микроорганизмов, что облегчает их контакт с питательным субстратом.

При подаче сжатого газа в метантенке повышается концентрация растворенной углекислоты, которая, являясь акцептором водорода, снижает его парци-анальное давление и тем самым улучшает условия жизнедеятельности ацета-тразлагающих метаногенов, в результате чего повышается выход метана. При

го

О 10 20 30 ЬО т, ¿у/77

Рис. 1.7- Влияние перемешивания и температуры на эффективность сбраживания. х - продолжительность сбраживания; 1 - при эффективном перемешивании, 35 °С; 2 - без перемешивания, 35 °С; 3 - то же, 30 °С

повышении концентрации С02 может быть увеличена нагрузка на метантенк. Повышение концентрации углекислоты может быть достигнуто введением топочных газов, а также повышением давления в метантенке. [18]

Рис. 1.8 - Схемы устройства для перемешивания: а - механические; б - гидравлические; в - газовые

Для перемешивания субстрата в биогазовых установках в настоящее время преимущественно используются механические перемешивающие устройства, основные представлены на Рис. 1.9. Применение механических перемешивающих устройств предъявляет высокие требования к форме реактора, если должны быть обеспечены необходимая для уменьшения образования осадка и плавающей корки скорость перемешивания и требующаяся для интенсивного перемешивания субстрата турбулентность во всех зонах реактора. [6] На фоне механических способов перемешивания выделяется более простой и надежный способ - это барботажное перемешивание. Схема процесс барботажного перемешивания показана на Рис. 1.10а. Оно осуществляется за счет отбора из верхней части биореактора выделяющегося биогаза и барботи-ровании его через толщу сбраживаемого субстрата.

—и

в;

Рис. 1.9- Механические перемешивающие устройства а - турбинное, б - лопастное, в - рамное, г - якорное, д - специальное; е

пропеллерное.

Существуют различные конструкции устройств для барботажного перемешивания. Вертикальная газовая мешалка со свободным подъемом газа является самым простым устройством для перемешивания газом. На Рис. 1.106 изображена схема движения потоков жидкости в этом аппарате. Газ поступает с самого низа конического дна сосуда. Вертикальные газовые мешалки применяются в основном для глубоких сосудов. [140]

Горизонтальные газовые мешалки представляют собой решетки или кольцевые трубки с отверстиями (барботеры) (Рис. 1.1 Об). [138] Решетки обычно помещают в центре аппарата. Кольцевые барботеры размещают симметрично оси аппарата. В тех случаях, когда отверстия для выхода газа в решетке находятся на боковой поверхности, а так же если для перемешивания требуются горизонтальные потоки, решетки устанавливаются эксцентрично вблизи стенки сосуда. Кольцевые барботеры размещают симметрично оси аппарата. [140]

Газовая мешалка комбинированная с механической, имеет полые лопасти, снабженные несколькими отверстиями (Рис. 1.10г), через которые проходит газ, подаваемый в лопасти через полый вал. При вращении мешалки содержимое аппарата перемешивается механическим способом, а газовые пузырьки

распределяются по всему объему сосуда. Это устройство пригодно для перемешивания маловязких суспензий. [140]

а)

б)

***

° » О .....♦ »

Газ

в;

во.

>зду*у/

<

У//У//

i А?Лвя*в !

1 Ittli» ■^ть 11

г;

Рис. 1.10- Типы и устройства для барботажного перемешивания. а) схема процесса барботажного перемешивания; б) схема свободного барбо-тирования; в) горизонтальная газовая мешалка. 1 - бак; 2 - барботер; г) вращающийся барботер, выполненный по типу лопастной мешалки; д) схема циркуляционного перемешивающего устройства.

Воздушная мешалка с направляющим цилиндром (циркуляционная) может быть нескольких конструктивных вариантов. Самое простое устройство показано на Рис. 1.1 Од. Направляющий цилиндр помещен в центр сосуда. Между дном и нижним краем цилиндра имеется промежуток, через который засасывается жидкость из окружающей среды. Подача воздуха осуществляется с низа конического дна. Биореактор с аналогичной констуркцией мешалки исследуется в работе [53].

Для аккумулирования биогаза применяют газгольдеры (Рис. 1.11).

Рис. 1.11 - Схемы газгольдеров: а - сферические высокого давлении; б - мокрые одноподъемного низкого давления; в - сухие низкого давления манжетного типа; г - оболочковые низкого давления; 1 - колокол; 2 - емкость; 3 - газопровод; 4 - груз; 5 - манжета; 6 - резервуар; 7 - кожух; 8 - плита

Рассмотрим особенности использования технико-технологических систем в рамках существующих установок.

В работах [126, 45] описывается БГУ-1,0, созданная для разработки технического задания на проектирование полномасштабной биогазовой установки для переработки помета ПТФ «Зеленодольская» Республики Татарстан, которая представляет собой биореактор цилиндрической формы с водяным теплообменником и системой гидравлического перемешивания. Загрузка субстрата осуществляется вручную, выгрузка - пневматически. Подогрев теплоносителя водяной системы отопления осуществляется электронагревателем. Размещение устройств загрузки и выгрузки субстрата обуславливает проскоки несброженной массы и снижение качества переработки органических отходов. Малоинтенсивное гидравлическое перемешивание и центральное расположение теплообменника не позволяют эффективно и равномерно распределять тепло по объему субстрата, что приводит к созданию зон с неоптимальной температурой и снижению эффективности брожения в этих зонах. Электрообогрев установки требует дополнительного преобразования энергии биогаза

(газ-электричество-тепло) по сравнению с традиционным сжиганием (газ-тепло) для обеспечения потребности в тепле, что снижает эффективность системы отопления. При этом использование в установке водяной системы отопления и специального теплообменника повышает начальную стоимость установки и усложняет ее конструкцию.

Для решения проблемы проскоков несброженной массы и смешивания ее с готовым удобрением в работе [46] предлагается встроить в метантенк направляющие конусы, удерживающие поступающий инфлюент от быстрого флотирования к месту выгрузки. Использование конусных перегородок в биореакторе определяет движение субстрата по их внешней поверхности, однако с внутренней стороны конусов создается застойная область, исключающая какое-либо перемещение субстрата в ней. Тем самым эффективный объем биореактора уменьшается на объем образующихся застойных зон. Эта проблема может быть решена использование двойных конусных направляющих, соединенных у оснований, однако в этом случае объем биореактора также снижается на объем пустотелых направляющих.

В работе [65] на экспериментальном биореакторе емкостью 2 м3 с водяной рубашкой производились исследования теплообмена при свободном движении. Экспериментальные данные показали, что в биореакторе при свободном движении (без перемешивания) создается разница температур в горизонтальной плоскости, обусловленная наличием водяной рубашки, и в вертикальной плоскости, обусловленная термической стратификацией. Максимальная разница температур в объеме реактора составила 7°С. Математическое моделирование процесса теплообмена позволило установить, что при концентрации сухого органического вещества от 8-20% теплота в объеме реактора распространяется преимущественно теплопроводностью, что и приводит к неравномерности распределения температур в биореакторе и образованию зон, находящихся в неоптимальных условиях. В связи с этим установки с водяной рубашкой требуют создания эффективных систем перемешивания в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Однако такие системы остаются подвер-

жены налипанию субстрата на обогревающие стенки, что резко снижает эффективность отопления, а также использование в установке водяной системы отопления и специальной водяной рубашки повышает металлоемкость установки и увеличивает ее начальную стоимость.

В статье [96], посвященной выставке «АвШТЕСЫМСА '99», приводятся характерные особенности установок анаэробного сбраживания сельскохозяйственных отходов. Отмечается преимущественное использование механических перемешивающих устройств в виде лопастных мешалок и погружных насосов, перемещаемых как по периметру, так и по высоте резервуаров, а также замена «мокрых» газгольдеров гибкими. Использование перемещаемых погружных насосов усложняет конструкцию установки, однако позволяет сократить перескок несброженной массы в зону выгрузки. Использование перемещаемых механических мешалок позволяет избежать низкой перемешивающей эффективности стационарных устройств. Однако выход из строя устройств перемещения неизбежно приведет к выходу из строя всего перемешивающего устройства.

В установках, описанных в статьях [108, 109], для перемешивания субстрата используется биогаз, подаваемый в емкость биореактора. Подаваемые для перемешивания газы подогреваются водяной рубашкой. Перемешивание газом не требует создания сложных перемешивающих устройств и позволяет осуществлять эффективное перемешивание в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В исследуемых установках подогрев перемешивающего газа до рабочей температуры осуществляется для предотвращения охлаждения субстрата в биореакторе при перемешивании и не является основным устройством обогрева. Это требует создания системы отопления для установки, при этом используемая для установок система водяного отопления и специальная водяная рубашка повышает металлоемкость установки и усложняет ее конструкцию.

Подробно взаимосвязь между характеристиками исходного навоза, скоростью метаногенеза, технологическими режимами анаэробного сбраживания,

конструктивными параметрами биогазовых установок и температурой окружающей среды исследована в работе [49]. Автор заключает, что производство биогаза из густого подстилочного навоза влажностью менее 90% необходимо осуществлять в метантенках с рециркуляцией жидкой фракции, а из навоза влажностью более 90% - в проточных метантенках. Максимальная нагрузка по сухому органическому веществу навоза не должна превышать 9 кг на 1 мЗ ме-тантенка. При этом образуется максимальное количество биогаза до 20 мг/мЗ. Навозные стоки, фугат и избыточный ил очистных необходимо обрабатывать в анаэробных биофильтрах.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) разработан ряд биогазовых установок (БГУ, БГУ МТ) производительностью по сырью от 0,1 до 45 т/сутки. Общая технологическая схема биогазовой установки представлена на Рис. 1.12.

Рис. 1.12 - Технологическая схема биогазовой установки для переработки жидкого навоза: 1- животноводческое помещение; 2- навозоприемник; 3- насос; 4- метан-тенк; 5- газгольдер; 6- теплообменник; 7- котел; 8- навозохранилище.

На Рис. 1.13 показан общий вид биогазовой установки БГУ МТ-1 для обработки отходов от 50 голов КРС. Производительность установки составляет

л л

6,5 тонн в сутки, объем реактора - 67 м , режим обработки - 55 С, способ перемешивания - гидравлический. Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник, через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле

Рис. 1.13 - Биогазовая установка БГУ МТ-1

Биогазовые установки с подобными реакторами (БГУ-1, БГУ-1,5, БГУ-65) были построены в пяти хозяйствах страны. [131]

В настоящее время на рынке широко представлены биогазовые установки зарубежных производителей Huo Long Biogas (Китай), Zorg Biogas (Германия), BD Agro Renewables (Германия). Однако системы, применяемые в установках зарубежных производителей, (Рис. 1.14-1.16) являются схожими. Для перемешивания субстрата применяют механические погружные перемешивающие устройства (Рис. 1.14 б, Рис. 1.15 б, Рис. 1.16, в). Для обогрева биореакторов используются системы водяного отопления с теплообменниками в виде трубок, расположенных на стенках биореактора (Рис. 1.14-1.16 б). Источником тепла является газовый котел или когенерационная установка.

а) б) в)

Рис. 1.14 - Общий вид биореактора фирмы Huo Long Biogas (а), тепловой

пункт (б), погружное перемешивающее устройство.

а) б)

Рис. 1.15 - Общий вид биореактора фирмы В^аэ (а), трубки системы отопления и погружное перемешивающее устройство (б).

а) б) в)

Рис. 1.16 - Общий вид биореактора фирмы BD Agro Renewables (а), трубки системы отопления (б), погружное перемешивающее устройство (в).

Huo Long Biogas производит установки с объемом биореактора от 600м3, Zorg Biogas - от 2400 м3, BD Agro Renewables производит установки серии Un-iferm с объемом биореактора от 1885 mj, Megaferm - от 2180 м3. Значительные объемы биореакторов зарубежных производителей можно объяснить, в частности, многолетним практическим опытом экплуатации биогазовых установок в Германии, где считаются нерентабельными установки мощностью менее 75

о

кВт*ч (производительностью менее 35 м биогаза в час или 15 тонн навоза в сутки). По оценкам российкой компании Aenergy о достаточном уровне рентабельности установки можно говорить в случае переработки более 40 тонн отходов в сутки.

Основным направлением использования биогаза производителями предлагается производство электрической и тепловой энергии при помощи ко-генерационной установки Рис. 1.17. В этом случае биогаз используется как топливо в газо-поришевом двигателе, который приводит в движение генератор. Тепло от охлаждения двигателя и выхлопных газов отбирается системой теплообменников и используется для обогрева биореактора. Общий КПД ко-генерационных установок достигает 80%. Zorg Biogas указывает суммарный КПД своих когенераторов до 90% (в том числе 40% по электроэнергии). [33, 87, 146]

Рис. 1.17- Когенерационные блоки, предлагаемые Zorg Biogas (а) и

Huo Long Biogas (б). Так же особенности анаэробной переработки органических отходов и применяемых для ее осуществления технико-технологических систем рас-

смотрены в работах [2], [22], [23], [29], [34], [52], [57], [61], [63], [80], [100], [103-107], [128], [132], [136], [141-143], [156].

В результате обзора представленных на рынке малых установок для анаэробной переработки органических отходов фирм АО Центр «ЭКОРОС» (Рис. 1.17 а), «Биогаз-инжиниринг» (Рис. 1.17 б), объединения «Альтернативная энергия» (Рис. 1.18 а), компаний ООО «Агробиогаз» (Рис. 1.18 б) и ООО «СИПРИС» (Рис. 1.19) были определены их основные показатели эффективности.

Рис. 1.17 - Биореактор и газгольдер установки АБЭУ-20 АО Центр «ЭКОРОС» (а), тестовая установка «Биогаз-инжиниринг» (б).

Рис. 1.18 - Биореактор установки Объединения «Альтернативная энер-

гия» (а), лабораторная установка ООО «Агробиогаз» (б).

г—® Ш

ш

■

:е

т

—ем-

—№

1

гт

К / :'

ту

м ■—».

к5

Рис. 1.19 - Биогазовые установки ООО «СИПРИС»: а) БГУ-5 в совхозе-техникуме «Омский»; б) БЭУ-10 в фермерском хозяйстве «Сибирь»; в) БЭУ-20 в крестьянском хозяйстве «Опыт».

В установках представленных фирм обогрев биореаткоров осуществляется с помощью водяной системы отопления с котлом, либо электрических ТЭ-Нов, непосредственно встроенных в биореактор. Перемешивание осуществ-лется с помощью механических перемешивающих устройств различной конструкции. В ООО «СИПРИС» разработан гидро-пневматический способ перемешивания с использованием давления выделяющегося биогаза.

На Рис. 1.20-1.22 представлены графики зависимости показателей эффективности установок и их удельных значений (по отношению к объему биореактора) от объемов биореакторов.

В результате аппроксимации значений материалоемкости (М) и удельной материалоемкости (удМ) установок получены зависимости для них при различных объемах биореактора (Уб/р):

М = 64,42* Ув/р + 248,2; достоверность аппроксимации Я2 = 0,996;

удМ = 142,9* Уб/р ~0'18; достоверность аппроксимации Я2 = 0,961.

6000

140

М,кг

удГЛ,кг/ лЗ

объем б/р,мЗ

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Рис. 1.20 - Графики зависимости материалоемкости (М) и удельной материалоемкости (удМ) установок от объема биореактора

В результате аппроксимации значений энергоемкости (Э) и удельной энергоемкости (уЭЭ) установок получены зависимости для них при различных объемах биореактора (Уб/Р)'

Э = 0,614* Уб/р +1,202; достоверность аппроксимации Я2 = 0,997; удЭ = -0,001* Уб/р +0,769; достоверность аппроксимации Я2 = 0,948.

Рис. 1.21 - График зависимости энергоемкости (Э) и удельной энергоемкости (удЭ) установок от объема биореактора

В результате аппроксимации значений площади (77) и удельной компактности (удК) установок получены зависимости для них при различных объемах биореактора (¥б/р):

П = 1,353* Уб/р + 8,140; достоверность аппроксимации Я2 = 0,959;

л зу

удК = 5,322 * Уб/р'' ; достоверность аппроксимации Ы2 = 0,969.

40 т

Рис. 1.22 - График зависимости площади (77) и удельной компактности (удК)

установок от объема биореактора

Стоит отметить, что ввиду высокой энергоемкости представленные на рынке малые установки недостаточно рентабельны, в виду высокой материалоемкости требуются значительные начальные денежные затраты на их внедрение, а недостаточная компактность установок приводит к нерациональному использованию полезных площадей хозяйств. Для больших установках ввиду значительных объемов перерабатываемых органических отходов существенно снижаются издержки, связанные с обогревом и перемешиванием, тем самым потребность в совершенствовании систем обогрева и перемешивания исключается. Так же в больших установок показатели материалоемкости и компактности определяются преимущественно массой и размерами биореактора и других технологических емкостей, что не позволяет существенно снизить эти показатель за счет совершенствования систем перемешивания и обогрева. Однако ввиду значительной распределенности семейных животноводческих ферм на базе крестьянских фермерских хозяйств, создание крупных перерабатывающих предприятий, ориентированных на них, является так же коммерчески не перспективным ввиду значительных затрат на транспортировку отходов.

Таким образом, на основании краткого обзора работ в области технико-технологических систем для организации процесса анаэробной переработки органических отходов можно определить перспективные направления совер-

шенствования применяемых в настоящее время технико-технологических систем:

- малые биогазовые установки для анаэробной переработки органических отходов не нашли широкого распространения в связи с тем, что ввиду высокой энергоемкости существующие установки недостаточно рентабельны, в виду высокой материалоемкости требуются значительные начальные затраты на их внедрение, а недостаточная компактность установок приводит к нерациональному использованию полезных площадей хозяйств.

- по сравнению с традиционными механическими перемешивающими устройствами барботажное перемешивание с помощью простых конструктивных решений позволяет организовать эффективное перемешивание субстрата во всем объеме биореактора;

- по сравнению с традиционными тепловыми установками каталитические устройства сжигания позволяют повысить эффективность процесса обогрева за счет полного сжигания топлива;

- комплексное решение задач перемешивания и обогрева с использованием каталитических обогревательных устройств и барботажного перемешивания позволяет использовать скрытую теплоту парообразования при барбо-тировании топочных газов, что позволяет снизить энергоемкость биогазовых установок, а так же отсутствие систем водяного отопления, специальных теплообменников и рубашек обогрева позволяет снизить материалоемкость установок и занимаемую ими площадь.

1.2. Исследования в области каталитических устройств сжигания

В настоящее время разработаны различные конструкции каталитических устройств сжигания. Наибольшее количество конструкций включают в себя неподвижный слой катализатора, через который пропускается топливовоз-душная смесь. Однако из-за высокой экзотермичности реакции сжигания метана в первой части неподвижного слоя катализатора возникают «горячие точки» с температурой выше 1500 °С.[62] Это обстоятельство предъявляет

особые требования к конструкции каталитических наполнителей и каталитических систем.

При высоких температурах может произойти постепенное разрушение каталитического наполнителя и выход из строя всей каталитической системы. В связи с этим в каталитических системах используют высокотемпературные каталитические наполнители, в частности в работе [161] предлагается использовать спеченные металлические частицы, покрытые высокопористыми керамическими слоями. В таких реакторах (рис. 1.23) топливо и кислород подаются на входной патрубок каталитической системы, при прохождении через наполнителей смесь сгорает с выделением теплоты, которая передается через стенку каталитической системы, уходящие газы удаляются через выходной патрубок каталитической системы. При таком способе работы будет поддерживаться высокая температура каталитического наполнителя, обусловленная балансом производимой в каталитической системе теплоты и теплоты, которая может быть передана через стенку каталитической системы при конкретной температуре наполнителя.

тмим

нижи

Рис. 1.23 - Каталитические системы с высокотемпературным каталитическим наполнителем

Однако использование таких каталитических систем фактически не приводит к снижению температуры процесса горения, что не позволяет обеспечить конструктивные преимущества каталитических устройств сжигания и сократить выбросы вредных газов в атмосферу. Так же снижение минимальной концентрации топлива в смеси до 0,5 % объема приводит в реакторах с

неподвижным слоем катализатора к образованию фронта охлаждения катализатора, связанного с большим количеством холодной смеси на входе, который в процессе функционирования заполняет весь слой катализатора и реакция прекращается.

Для снижения температуры каталитического наполнителя до необходимых значений применяют контролируемый и распределенный ввод топлива и окислителя (кислорода). В частности в работе [163] предлагается каталитическая система с введением кислорода в две стадии. В таких каталитических системах (рис. 1.24) топливо и кислород подаются на входной патрубок каталитической системы, причем окислитель подается в концентрации меньшей сте-хиометрической. При прохождении через первый слой наполнителя определенная часть топлива и окислитель сгорают с выделением теплоты, которая передается через стенку первой части каталитической системы. Затем уходящие газы и остаток топлива двигаются в следующий слой наполнителя, в который подается оставшаяся порция окислителя. Во второй части каталитической системы происходит догорание топлива и выделение теплоты реакции. Уходящие газы удаляются через выходной патрубок каталитической системы.

вводом топлива и окислителя

При таком способе работы температура конкретного слоя каталитического наполнителя будет зависеть от количества сгораемого в каждой части катали-

тической системы топлива, что так же обусловлено балансом производимой в каждой части каталитической системе теплоты и теплоты, которая передается через стенку каждой части каталитической системы при конкретной температуре наполнителя.

Однако использование таких каталитических систем требует создания сложных систем распределенного ввода окислителя, либо топлива, а так же сложной системы регулирования количества вводимых в каждой части каталитической системы топлив и окислителя. Аналогично предыдущему снижение минимальной концентрации топлива в смеси до 0,5 % объема приводит к образованию фронта охлаждения катализатора.

Для снижения температуры каталитического наполнителя до необходимых значений применяют дополнительное внешнее охлаждение. В частности в работе [62] описывается каталитические горелки с применением внешнего водяного охлаждения. В таких каталитических системах (рис. 1.25) топливо и кислород подаются на входной патрубок каталитической системы, при прохождении через наполнителей смесь сгорает с выделением теплоты, которая передается циркулирующему в системе охлаждения теплоносителю, уходящие газы удаляются через выходной патрубок каталитической системы. При таком способе работы температура каталитического наполнителя будет зависеть от интенсивности охлаждения каталитической системы, что обусловлено балансом производимой каталитической системе теплоты и теплоты, которая передается циркулирующему теплоносителю при конкретной температуре наполнителя.

Однако использование таких каталитических систем создает градиент температуры внутри наполнителя от центра к его периферии, что связано с необходимостью интенсивного охлаждения каталитических систем. В результате происходит охлаждение пристеночных слоев наполнителя вплоть до прекращения в них процесса горения. Аналогично предыдущему снижение минимальной концентрации топлива в смеси до 0,5 % объема приводит к образованию фронта охлаждения катализатора.

Хол. вода

Топл и во+кисл 0|ю,с

Ух. газы

ч_цГор. вода —1-►

Рис. 1.25 - Каталитическая система с дополнительным внешним охлаждением

Охлаждение наполнителя может осуществляться так же с помощью дополнительного внутреннего охлаждения. В работе [160] предлагается для этого использовать керамическую трубчатую каталитическую систему с сопряженным по теплу внутренним алюминиевым теплообменником. В таких каталитических системах (рис. 1.26) топливо и кислород подаются на входной патрубок каталитической системы, при прохождении через наполнителей смесь сгорает с выделением теплоты, которая передается через обширную теплооб-менную поверхность циркулирующему во внутренней системе охлаждения теплоносителю, уходящие газы удаляются через выходной патрубок каталитической системы. При таком способе работы температура каталитического наполнителя будет зависеть от интенсивности охлаждения каталитической системы, что обусловлено степенью сопряжения по теплу теплообменника с производимой каталитической системе теплотой и теплоты, которая передается циркулирующему теплоносителю.

Хол. вода

Рис. 1.26 - Каталитическая система с дополнительным внутренним охлаждением

Однако использование таких каталитических систем требует создания сложных теплообменных устройств и необходимостью предварительного со-

пряжения их по теплу с каталитической системой. Аналогично предыдущему снижение минимальной концентрации топлива в смеси до 0,5 % объема приводит к образованию фронта охлаждения катализатора.

Определенную группу представляют собой катализаторы, работающие не в стационарном режиме.

В связи с образованием фронта горения (охлаждения) в неподвижном слое катализатора при низких концентрациях топлива в смеси был предложен реверс-процесс, позволяющий изменять направление движения фронта на обратное при изменении направления подачи смеси топлива-окислитель. Реверс-процесс (рис. 1.27) основан на периодическом изменении (каждые 5-100 мин) направления потока через неподвижный слой катализатора. Выделяющееся в ходе реакции тепло служит для нагрева смеси, что обеспечивает автотермич-ность процесса. Периодический реверс газового потока позволяет создать в центре слоя катализатора высокотемпературную зону реакции (300-600 °С), а торцам слоя (заполненным инертным материалом) отводится роль регенераторов тепла. [35]

В связи с особенностями функционирования реверсируемые каталитические системы могут применяться для очистки больших объемов воздуха от горючих примесей. А так же в связи с охлаждением проходящей непосредственно через них смесью топлива и воздуха, подобные каталитические системы не требуют для своего функционирования дополнительных систем

Г—*

;

Рис. 1.27 - Схема реверс-процесса

охлаждения. Однако подобные каталитические системы требуют сложной системы реверса потоков, которая должна быть способна функционировать при высоких температурах до 600 °С.

Промежуточное место между каталитическими системами, работающими в стационарном и режиме, и системами, работающими в нестационарном режиме, занимают каталитичсекие системы с псевдоожиженным слоем каталитического наполнителя. В работе [151] описывается каталитический генератор тепла с кипящим слоем со встроенными теплообменными устройствами. В таких каталитических системах (рис. 1.28) топливо и кислород подаются снизу на решетку, на которой расположен слой каталитического наполнителя, при прохождении через наполнителей смесь сгорает с выделением теплоты, а так же захватывает частицы катализатора с собой. Затем частицы под действием силы тяжести возвращаются обратно в слой. Выделяющаяся в процессе горения теплота передается циркулирующему в теплообменнике теплоносителю. Уходящие газы удаляются через выходной патрубок каталитической системы. При большой толщине слоя наполнителя и малой скорости потока, псевдо-ожиженный слой катализатора превращается в неподвижный слой, работающий в стационарном режиме. При малой толщине слоя и высокой скорости потока смеси, псевдоожиженный слой работает в нестационарном режиме, что связано с интенсивным движением каталитического наполнителя от решетки к верхней границе слоя и наоборот.

Рис. 1.28 - Каталитическая система с псевдоожиженым слоем катализатора

Использование каталитических систем с псевдоожиженным слоем со встроенными теплообменными устройствами позволяет поддерживать необходимую температуру каталитического наполнителя. Интенсивно перемещающийся каталитический наполнитель препятствует формированию фронта (горения) охлаждения, что позволяет использовать подобные системы для обедненных топливо-воздушных смесей. Однако в подобных системах недостаточно интенсивно осуществляется перемещение наполнителя по горизонтали, что создает при естественном внешнем охлаждении температурный градиент внутри наполнителя. Так же сложным является определение оптимальной толщины псевдоожиженного слоя, связанной с уменьшением эффекта псевдоожижения при увеличении толщины каталитического слоя и снижением времени взаимодействия катализатора с реагентами при уменьшении толщины слоя.

Очевидно, что каталитические системы с подвижным слоем катализатора обладают большей равномерностью распределения температур в толще каталитического наполнителя, что обеспечивает равномерное протекание реакции окисления во всем объеме каталитической системы. Это обусловлено перемешиванием каталитического наполнителя в направлении движения потока реагентов, что позволяет распределить высокотемпературные центры по всей толщине слоя, и в направлении перпендикулярном движению потока реагентов, что позволяет сгладить неравномерность температур при естественном охлаждении поверхности систем.

Таким образом, в настоящее время разработаны различные конструкции каталитических устройств сжигания, учитывающие особенности реакций полного окисления углеводородов, однако не исследованы особенности использования каталитических устройств сжигания в качестве устройств обогрева биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

1.3. Исследования в области полного каталитического окисления

составляющих биогаза

Под биогазами подразумеваются метансодержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы. В зависимости от источника получения биогазы подразделяются на три основных вида:

газ метантенков, получаемый на городских очистных канализационных сооружениях (БГКОС);

биогаз, получаемый в биогазовых установках (БГУ) при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств (БГ СХП);

газ свалок, получаемый на полигонах отходов, содержащих органические компоненты (БГТБО). [64]

Состав газа, получаемого в результате полного разложения органического вещества, зависит от соотношения С : Н : О в исходном материале и от температуры процесса брожения. Количество отдельных компонентов биогаза можно определить из соотношения

л п л м с , / а Ъ , Зс , с1 п а Ъ Зс ,п а Ъ Зс С Н ОьЫ 8а +{п----+ — + —)Н20 -> (---+ - + — + —)С01 +(- +-------)СН, +

4 2 4 2 2 2 8 4 8 4 2 2 8 4 8 4 4

где прописными буквами указаны обозначения химических элементов, а строчными - количество атомов в исходном соединении.

Состав и количество биогаза не являются постоянными и зависят от вида перерабатываемого субстрата и от технологии производства биогаза. Усредненный состав биогазов в соответствии с приведенной классификацией представлен в табл. 1.1. [64]

Газ метантенков городских канализационных очистных сооружений характеризуется более стабильным составом. Содержание основного горючего компонента - метана - на разных очистных сооружениях изменяется от 60 до 65 % по объему. Более значительные колебания состава газа наблюдаются при переработке отходов сельскохозяйственного производства, при этом в газе присутствует некоторое довольно значительное количество сероводорода.

Таблица 1.1

Классификация и состав биогазов

Компоненты биогаза Содержание компонентов, % об.

БГ КОС БГСХП БГТБО

СН4 60-65 55-75 0-65

со2 34-16 44-27 0-34

N2 0-3 0-3 0-82

н2 - - 0-31,6

о2 - 0,01-0,02 0-3,6

СО - 0,01-0,02 2,8

Н28 - До 1,0 0-70 ррш

Окисление углеводородов на металлических катализаторах

Реакции полного окисления органических соединений на металлических катализаторах исследовались главным образом в связи с обезвреживанием выхлопных газов промышленных предприятий и автотранспорта. С этой целью разрабатывались катализаторы, содержащие платину и палладий. Каталитические свойства других металлов, вследствие их высокой стоимости или неустойчивости в условиях осуществления этих процессов, изучены в меньшей степени. [10]

Окисление парафинов. Окисление парафинов изучено главным образом на металлах группы платины. Высокая каталитическая активность платины в реакции взаимодействия метана с дикислородом была установлена в классической работе Дэви. Значительную активность проявляют и другие металлы группы платины — Рс1, ЯИ, 1г, Яи. Данные по сравнительной активности разноречивы. В табл. 1.2 приведены значения энергии активации окисления метана на ряде металлов, нанесенных на А1203, рекомендуемые как наиболее достоверные. [10]

Скорость окисления метана прямо пропорциональна давлению метана и не зависит от давления кислорода. По-видимому, при избытке кислорода в ре-

акционной смеси степень заполнения поверхности кислородом близка к единице и скорость реакции определяется стадией взаимодействия метана с хе-мосорбированным кислородом. Протекает ли это взаимодействие по ударному механизму или через предварительную хемосорбцию метана — надежно не выяснено.

Таблица 1.2

Энергии активации окисления метана на металлах, нанесенных на оксид

алюминия

Металл Энергия активации, кДж/моль Металл Энергия активации, кДж/моль

Р1 100 113

Рд 92 Аи 134

1г 71

Скорость окисления гомологов метана возрастает с увеличением молекулярного веса, но относительные каталитические активности металлов платиновой группы сохраняются. [10]

Окисление углеводородов на оксидных катализаторах Полное окисление органических соединений на оксидных катализаторах требует наличия на их поверхности слабосвязанного кислорода. В соответствии с этим в ряду оксидов при окислении углеводородов надо ожидать ту же последовательность изменения УКА, как и при окислении диводорода и оксида углерода. Возможны, однако, отклонения, особенно для оксидов с высокой энергией связи кислорода, связанные с проявлением специфического взаимодействия окисляемого вещества с катализатором. При парциальном окислении это взаимодействие оказывает решающее влияние на скорость реакции. [9,10] Объем окисляемого на катализаторе газа (УТ) определяется зависимостью [9,10]:

К.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ | БИБЛИОТЕКА I

N.

эф

т..

где умоп - молярный объем метана, n4- постоянная Авогадро, ука -удельная каталитическая активность катализатора, Бэф - удельная площадь катализатора, ткат - масса катализатора, А/ - время контакта с катализатором.

Окисление парафинов. Окисление парафинов на оксидных катализаторах протекает медленнее, чем углеводородов других классов, а среди парафинов наименее реакционноспособным является метан. На Рис. 1.29 приведены УКА оксидов металлов 4-го периода в отношении окисления метана.

16-

\ 12-*

£ 0) с; о £ "

ОТ

' 'ю ¿0 >

оГ Л» о' о" с? о- о о~о

г* Ям е* с ^

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Медяков, Андрей Андреевич

5.5. Выводы

1. Экспериментальные исследования натурно реализованного малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева показали работоспособность предложенных схемно-конструктивных решений системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

2. Сравнение выходных величин натурного эксперимента и данных математического моделирования позволяет сделать вывод об адекватности разработанной математической модели малого биореактора для переработки отходов животноводства с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева и достоверности результатов, получаемых при математическом моделирование. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 10%.

3. Рациональными параметрами системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева по стабильности, равномерности температурных условий в биореакторе и потреблению газа системой являются температуры барботируемого газа, газовой прослойки равные температуре выбранного режима переработки и слабая интенсивность перемешивании субстрата.

6.1. Описание показателей эффективности системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева малых биореакторов

Предложенные схемно-конструктивные решения системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева характеризуются совокупностью показателей эффективности, позволяющих оценить преимущества их использования по сравнению с существующими технико-технологическими системами.

Удельная материалоемкость на единицу объема биореактора характеризует затраты материала на создание комплекса требуемой мощности. Показатель непосредственно связан с первоначальными материальными затратами на внедрение установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение эффективности работы малых биореакторов для анаэробной переработки органичексих отходов животноводства является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические и технологические решения, имеющие значение для экономики отрасли.

Теоретические и экспериментальные исследования по рассмотренной теме позволили получить следующие результаты:

1. Разработаны схемно-конструктивные решения системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства, позволяющие снизить энергоемкость малых установок в среднем на 9%, а так же материалоемкость на 27% и удельную компактность на 12 %.

2. Разработана математическая модель процесса функционирования системы каталитического обогрева биореакторов для анаэробной переработки органических отходов животноводства.

3. Произведены теоретические исследования процессов барботажного перемешивания нагретым газом с учетом особенностей предложенных схемно-конструктивных решений.

4. Установлено, что за время перемешивания температура субстрата не поднимается выше критической для процесса переработки (70°С) при температуре барботируемого газа до 100°С.

5. Разработана математическая модель малого биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева, устанавливающую взаимосвязь между конструктивными параметрами биореактора, барботажного устройства, технологическими параметрами процесса переработки животных органических отходов, внешними условиями функционирования установки и параметрами, характеризующими эффективность поддержания стабильных и равномерных температурных условий в биореакторе и потребления топлива системой.

6. В результате проведения вычислительного эксперимента на разработанной математической модели получены рациональные параметры системы перемешивания и обогрева по условиям поддержания стабильной и равномерной температуры в биореакторе и потребления топлива системой:

- коэффициент интенсивности перемешивания - 0,24;

- температура барботируемого газа - 50 °С;

- температура газовой прослойки - 50 °С.

7. Произведены экспериментальные исследования биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 10%.

8. Чистый приведённый доход за 3 года при организации производства малых биогазовых комплексов с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева составляет 248 236 р.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Медяков, Андрей Андреевич, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев, Г.Н. Общая теплотехника: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1980. - 552 с, ил.

2. Амерханов P.A. Совершенствование методов оценки сельскохозяйственных энергоустановок на основе возобновляемых источников энергии: автореф. дис...д-ра техн. наук: 05.14.08 ВНИИ электрификации сел. хоз-ва. -М.. - 2004. - 40 с.

3. Амосов А. А. Вычислительные методы для инженеров / Амосов А. А., Дубинский Ю. А., КопченоваН. В. - М.: высш.шк., 1994. - 544с.

4. Андрюхин, Т.Я. Опыт анаэробного сбраживания птичьего помета при различных температурных режимах / Т.Я. Андрюхин,, B.C. Буренков -Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». — Рига, 1987, - С.

5. Афонасенко Т. Н. Синтез и исследование нанесённых Ag - и Pd- содержащих систем для адсорбционно-каталитического дожигания углеводородов : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Афонасенко Татьяна Николаевна. - Омск, 2010. - 138 с.

6. Баадер, В. Биогаз. Теория и практика / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренн-дерфер — (Пер. с нем. и предисловие М-И .Серебряного,) — М.: Колос, 1982, - 148 е., ил.

7. Бабкин А. В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов / А. В. Бабкин, В. И. Колпаков, В. Н. Охитин, В. В. Селиванов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. - 520с.

8. Биркин, С. М. Совершенствование технологии и технических средств утилизации навоза крупного рогатого скота : дис... канд. техн. наук : 05.20.01 / Биркин Сергей Михайлович. - Волгоград, 2009. - 165 с..

9. Боресков Г. К. Гетерогенный катализ. - М.: Наука, 1986. - 304с.

10. Боресков, Г.К. Катализ. Вопросы теории и практики. Избранные труды / Боресков Г.К. - Новосибирск: Наука, 1987. - 537с.

11. Буевич Ю.А. ПМТФ. 1966. №3.

12. Ващенко В.Г. Вычислительная математика. Основы конечных методов решения систем линейных алгебраических уравнений / В. Г. Ващенко. -Красноярск: СибГТУ, 2005. - 80с.

13. Веденеев А. Г. Биогазовые технологии в Киргизской республике / Веденеев А. Г., Веденеева Т. А., ОФ «Флюид». - Б.: «Евро», 2006. - 90с.

14. Власьевский, В.В. Гидродинамические закономерности потока в установке метанового сбраживания / В.В. Власьевский, В.К. Евтеев, В.Ю. Просвирнин, - Тезисы докладов совещании «Биогаз-87». - Рига, 1987. - С.32.

15. Волков П.К. // Численные методы механики сплошной среды. Новосибирск. 1982. Т.13. №1. С.44-55.

16. Ворошилов, Ю.И. Животноводческие комплексы и охрана окружающей среды / Ю.И. Ворошилов, С.Д. Дурдыбаев, JÏ.H. Ербанова и др. — М.: Агропромиздат, 1991.-107 с.

17. Григорьев В. С. Результаты испытаний технологии сверхкритического водного окисления при уничтожении пестицидов / Ю.А. Мазалов, B.C. Григорьев, М.В. Константиновская, Т.Г. Крылова // Труды ГОСНИТИ. - 2011. -№107.-С.31-33.

18. Гюнтер Л.И. Метантенки / Л.И. Гюнтер, JI.JI. Гольдфраб - М.: Строй-издат, 1991. — 128 с, ил.

19. Даугвет И. К. Теория приближенных методов. Линейные уравнения / И. К. Даугвет. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 288с.

20. Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: методы обработки данных. - м.: Мир, 1980.

21. Диденкулова, И. И. Синтетические керамические катализаторы окисления СО в С02 : кинетика и механизм : диссертация ... кандидата химических наук :02.00.04/Диденкулова Ирина Ивановна. - Н. Новгород, 2008. - 126с.

22. Дичко А.О. Бютехнолопя локального очищения жировмюних ст1чних вод: автореф. дис... канд. техн. наук: 03.00.20 / А.О. Дичко; Укр. держ. ун-т харч, технолопй. — К., 2002. — 20 с.

23. Друзьянова В. П. Ресурсосберегающая технология утилизации бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в условиях Республики Саха

(Якутия) : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Друзьянова Варвара Петровна. -Иркутск, 2004. - 162 с.

24. Дубровский, B.C. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов / B.C. Дубровский, У.Э. Виестур. - Рига: Зинатне, 1988, —204 с.

25. Евтеев, В.К. Имитационное моделирование энерговыделения при анаэробном сбраживании птичьего помета / Пути повышения эффективности электротепловых процессов в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири: Сб. научг трудов / В.К. Евтеев, В.Ю. Просвирнин — Иркутск: ИСХИ, 1989. - С.40...48.

26. Евтеев, В.К. Оценка биогаза как топлива / Пути повышения эффективности электротепловых процессов в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири: Сб. науч. трудов - Иркутск: ИСХИ, 1989. — С.36...40.

27. Егоров В. И. Применение ЭВМ для решения задач теплопроводности/ В. И. Егоров. - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. - 77 с.

28. Жильцова O.A. Обобщенное критериальное уравнение для всплытия пузырей в жидкости / O.A. Жильцова, Трусов С.А., Н.В. Тябин - Реология, процессы и аппараты химической технологии. Сб. науч. тр./ ВолгГТУ. -Волгоград, 1996 г. С.27-30.

29. Заболотна Г.М. Розробка технологи очищения та утшпзаци концен-трованих ст1чних вод мелясно-спиртових завод1в за допомогою бактер1альних асощацш: автореф. дис... канд. техн. наук: 03.00.20 / Г.М. Заболотна; Укр. держ. ун-т харч, технологш. — К., 2000. — 20 с.

30. Загорученко В. А. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана / В. А. Загорученко, А. М. Журавлев. - М.: Издательство комитета стандартов, 1969.

31. Залозная, JI. А. Оксидные талюмсодержащие катализаторы разложения озона и окисления метана и бензола : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Залозная Лариса Анатольевна.- Москва, 2009.- 148 с.

32. Зигмунд Ф.Ф. Изучение эффективности перемешивания механическими мешалками в условиях теплового импульса. / Труды КХТИ. -1962.-Вып.30. -С.329-340.

33. Зорг биогаз АГ - Биогазовые установки | Официальный сайт компании [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://zorgbiogas.ru, свободный.

34. Ильин С. Н. Ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с получением биогаза : Дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Ильин Сергей Николаевич. - Иркутск, 2005. - 171 с.

35. Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН - РЕВЕРС-ПРОЦЕСС - Каталитическая очистка отходящих газов [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.catalysis.ru/block/index.php?ID=3&SECTION_ID=1483, свободный.

36. Карпушенков, С. А. Микроплазменное электрохимическое формирование композиционных покрытий на поверхности металлов: автореферат дис ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Карпушенков Сергей Александрович. - Минск, 2010.-22 с.

37. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин. - М.: ООО ТИД "Альянс", 2004. - 753 с.

38. Кафаров В.В. Перемешивание на микро- и макроуровнях в процессе ферментации / В.В. Кафаров и др. -М., 1974.-157с.

39. Кафаров, В.В. Основы массопередачи. Изд. 2-е, перераб, и доп. Учебное пособие для вузов. - М.; Высшая школа, 1972. -496 с.

40. Келов, К.Н. Получение биогаза из верблюжьего и конского навоза / К.Н. Келов, В.Р. Байрамов, JI.B. Кашанов - Тезисы докладов совещания «Био-газ-87». — Рига, 1987. - С. 59.

41. Келов, К.Н. Получение биогаза из птичьего помета при различных влажностях субстрата / К.Н. Келов, М.Г. Чопанов. - Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». - Рига, 1987. - С. 60.

42. Кирсанов, В.В. Комбинированная энергосберегающая установка для охлаждения молока с использованием искусственного и естественного холода / В.В. Кирсанов, Ю.А. Цой, А.И. Зеленцев, И.Э. Мильман, А.И. Фокин. - Девятый Международный Симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных с. 52. Оренбург. 1977г. // Тезисы докладов.

43. Кирсанов, B.B. Опыт реконструкции коровников привязанного содержания на базе доильной установки с новой технологической схемой моло-копровода / В.В. Кирсанов, М.Н. Ерохин, Р.Ф. Филонов, В.Н. Легеза. - Научные труды института по строительству, механизации и электрификации животноводства, (IBMER), Польша, Варшава, 2003г.

44. Ковалев, А. А. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм : дис ... доктора техн. наук : 05.14.08 / Ковалев Александр Андреевич. -Москва, 1998. - 244 с.

45. Ковалев, А. А. Биогазовая установка для обработки помета / А. А. Ковалев, Е. В. Мартынов // Техника в сельском хозяйстве - 2006. - №4. - с. 3132.

46. Ковалев, А. А. Биогазовая установка нового поколения / А. А. Ковалев, А. А. Чернышов // Техника и оборудование для села. - 2007. - №2 - с. 2223

47. Ковалев, A.A. Анаэробная переработка твердого навоза с рециркуляцией жидкой фракции сброженного осадка / Ковалев A.A., Т.П. Марсагишви-ли - Тезисы докладов республиканской конференции. — Кишинев, 1988. — С. 30-32.

48. Ковалев, A.A. Результаты исследований экспериментальной биогазовой установки / A.A. Ковалев, В.П. Лосяков - Мех. и эл. с/х-ва. — 1987- - №11 -С. 60-62.

49. Ковалев, A.A. Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм / автореф. док.техн.наук.-М., 1998г.-40с.

50. Ковалев, Д.А. Совершенствование технологии очистки навозных стоков свинокомплексов / автореф. док.техн.наук.-М.,2004. -32с.

51. Коваленко, В.П. Механизация обработки бесподстилочного навоза. -М.; Колос, 1984. - 159 е., ил.

52. Кондауров П. П. Газоснабжение сельскохозяйственных предприятий с использованием альтернативного источника энергии биогаза в замкнутом

цикле обработки и утилизации отходов : дис ... канд. техн. наук : 05.23.03 / Кондауров Павел Петрович.- Волгоград, 2006.- 145 с.

53. Костромин, Д. В. Анаэробная переработка органических отходов животноводства в биореакторе с барботажным перемешиванием : дис... канд. техн. наук : 05.20.01 / Костромин Денис Владимирович. - Йошкар-Ола, 2010. -183 с.

54. Крылов, О. В. Гетерогенный катализ / О. В. Крылов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 679с.

55. Курис Ю.В. Описание расчета потерь теплоты биогазовой установки / Ю.В. Курис, С. И. Ткаченко // Вщновлювана та нетрадицшна енергетика. -2008.-№9-с. 51-54

56. Курис Ю.В. Определение технологических возможностей энергетического использования биомассы / Ю.В. Курис, А. Ю. Майстренко, С. И. Ткаченко // Вщновлювана та нетрадицшна енергетика. - 2008. - №7 - с. 35-39

57. Курис Ю.В. Систематизация схем биогазовых установок и оптимизация энергетической эффективности работы анаэробного реактора / Ю.В. Курис, С. И. Ткаченко, А. Ю. Майстренко // Вщновлювана та нетрадицшна енергетика. - 2008. - №8 - с. 31-38

58. Кутателадзе С.С. Гидродинамика газожидкостных систем / С.С. Кута-теладзе, М.А. Старикович. —М.: Энергия, 1976. - 296 с.

59. Кутателадзе, С. С. Основы теории теплообмена / С. С. Кутателадзе. -М.: Атомиздат, 1979г. - 416 с.

60. Кутателадзе, С. С. Справочник по теплопередаче / С.С. Кутателадзе, В.М. Боришанский. - М.: ГЭИ, 1958. - 417с.

61. Лукашевич С. А. Розробка бютехнологи очистки ст1чних вод \ вироб-ництва бюгазу на вщходах молочних завод1в: автореф. дис... канд. техн. наук: 03.00.20 / С.А. Лукашевич; Нац. ун-т харч, технологш. — К., 2003. — 20 е..

62. Лукьянов Б. Н. Экологически чистое окисление углеводородных газов в каталитических нагревательных элементах / Б. Н. Лукьянов, Н. А. Кузин, В. А. Кириллов, В. А. Куликов, В. Б. Шигаров, М. М. Данилова // Химия в интересах устойчивого развития. - 2001. - №9. - с. 667 - 677

63. Майстренко А. Ю. Общая характеристика метаногеиеза и обоснование технологических схем получения биогаза / А.Ю. Майстренко, Ю.В. Ку-рис, В.В. Ярмош, И.В. Литвишков, С.Н. Ольшанский // Вщновлювана та не-традицшна енергетика. - 2009. - №3 - с. 52-59

64. Мариненко Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: Учебное пособие. - Волгоград: ВолгГАСА, 2003. - 100 с.

65. Марченко, В. И. Исследование теплообмена в биореакторе свободного движения / В. И. Марченко, С. В. Долженко, В. А. Алексеенко, Е. А. Еро-хин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - №7. - с. 27-28.

66. Медяков А. А. Конструктивна проработка каталитического подогревателя барботажных сред / А. А. Медяков, Е. М. Онучин // Научному прогрессу - творчество молодых: Матер, междунар. молод, научн. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 38-39.

67. Медяков А. А. Математическое моделирование теплового перемешивания / A.A. Медяков, Ю.Н. Сидыганов, Е.М. Онучин, Р.В. Яблонский // Исследования, технологии, инновации: Сб. статей ППС по итогам научно-технич. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 154-156.

68. Медяков А. А. Моделирование теплового барботирования с помощью метода конечных элементов / A.A. Медяков, Ю.Н. Сидыганов, Е.М. Онучин, Р.В. Яблонский // Исследования, технологии, инновации: Сб. статей ППС по итогам научно-технич. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 157-160.

69. Медяков А. А. Разработка экспериментальной установки для каталитического обогрева и перемешивания субстрата в биогазовых установках / A.A. Медяков, Ю.Н. Сидыганов, Е.М. Онучин, Д.В. Костромин, Р.В. Яблонский // Исследования, технологии, инновации: Сб. статей 1111С по итогам Hfy4HO-TexHH4. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 161-163.

70. Медяков А. А. Трехмерное моделирование при создании новых технических систем для анаэробной переработки органических отходов / А. А.

Медяков, Е. М. Онучин // Научному прогрессу - творчество молодых: Матер, междунар. молод, научн. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 40-41.

71. Медяков А. А. Разработка новых каталитических систем для процессов получения биогаза / А. А. Медяков А. Д. Каменских // Вестник Марийского государственного технического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. - 2011. - № 3. - С.88-94.

72. Миронов, В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В. Л. Миронов. - Н.Новгород: ИФМ РАН, 2004 г. - 110 с.

73. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева -М.: Энергия, 1977. - 344 с.

74. Мишуров, Н.П. Зарубежная техника для перемешивания субстрата в биогазовых установках / Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной научно-технической конференции (1314 мая 2008 года, г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). В 5-ти частях. Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008.-512 с.

75. Мухленов, И. П. Технология катализатора / И. П. Мухленов, Е. И. Добкина, В. И. Дерюжкина, В. Е. Сороко. - Л.: Химия, 1989. - 272с.

76. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1 -М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит. 1987.

77. Нисанов Р. Г. Организационно-экономические основы снижения энергоемкости сельскохозяйственного производства : диссертация... кандидата экономических наук : 08.00.05 / Нисанов Роман Геннадьевич. - Великий Новгород, 2007. - 173 с.

78. Чеботарева О. В. Теплообмен с окружающей средой метантенка для сбраживания биомассы/ о. В. Чеботарева, В. А. Сербии, Н. В. Колосова // Вюник Донбасько1 нацюнально'1 академи бущвництва 1 арх1тектури. - 2010. -№6. -с.31-36

79. Овсяников Л.В. / Некоторые проблемы математики и механики. Л., 1970. С.209-222.

80. Олшниченко В.Г. Обгрунтування сшьськогосподарських бютехно-лопчних систем виробництва добрив та IX агрох1м1чна оцшка: автореф. дис... канд. с.-г. наук: 06.01.04 / В.Г. Олшниченко; Нац. аграр. ун-т. — К., 2000. — 22 с.

81. Онучин Е. М. Биогазовая установка с тепловым барботажным перемешиванием / Онучин Е. М., Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин, Р. В. Яблонский, А. А. Медяков // Вузовская наука - региону: Матер. 9-ой всерос. Науч-но-технич. конф.- Вологда: ВоГТУ, 2011. - С. 124-125.

82. Онучин Е. М. Биогазовая установка с устройством для перемешивания и каталитического обогрева / Онучин Е. М., Медяков А. А., Яблонский Р. В. // Россия в глобальном мире: вызовы и перспективы развития. Четырнадцатые Вавиловские чтения: матер. Всерос. междисцип. науч. конф. с междунар. участием. -Й-Ола: МарГТУ, 2011. - 4.2. - С. 307-308.

83. Онучин Е. М. Биогазовая установка с устройством для перемешивания и каталитического обогрева субстрата/ Онучин Е. М., Медяков А. А., Яблонский Р. В.// Альтернативная энергетика и экология. - 2010. - №11. - С. 9194.

84. Онучин Е. М. Применение нетрадиционных перемешивающих и обогревающих устройств в биогазовых установках / Семенов К.Д., Онучин Е. М., Медяков А. А., Яблонский Р. В. // матер. Всерос. студ. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии при решении инженерных задач». - Ульяновск: ГСХА, 2011.-С. 191-194.

85. Онучин Е. М. Экспериментальный комплекс для исследования устройств для каталитического обогрева и перемешивания субстрата / Онучин Е. М., Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин, Р. В. Яблонский, А. А. Медяков // Вузовская наука - региону: Матер. 9-ой всерос. Научно-технич. конф.- Вологда: ВоГТУ, 2011. - С. 126-128.

86. Онучин. Е. М. Наноструктурированные наполнители каталитических систем для установок анаэробной переработки органических отходов / Е. М. Онучин А. А. Медяков // Вестник Марийского государственного технического

87. Официальный сайт Huo Long Biogas Ltd. | Биогазовые установки [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://huo-long-biogas.ru, свободный.

88. Париков, Н.Н Теплотехника. Учеб. Для вузов. -3-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. —432 с, ил.

89. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152с.

90. Патент на полезную модель 106 138 Российская Федерация, МПК51 B01F 15/06 (2006/01) Устройство для перемешивания субстрата с подогревом / Медяков А. А., СидыгановЮ. Н., Онучин Е. М., Шамшуров Д. Н., Костромин Д. В., Яблонский Р. В.; заявитель и патен-тообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - № 2010153209/05; заявл. 24.12.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. № 19. - 2 е.: ил.

91. Патент на полезную модель 106 139 Российская Федерация, МПК51 B01F 15/06 (2006/01) Устройство для перемешивания и каталити-ческого обогрева субстрата / Яблонский Р. В., Сидыганов Ю. Н., Онучин Е. М., Шамшуров Д. Н., Костромин Д. В., Медяков А. А.; заяви-тель и патентообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - № 2010153211/05; заявл. 24.12.2010; опубл. 10.07.2011, Бюл. №19.-2 е.: ил.

92. Пахаруков, И. Ю. Исследование особенностей кинетики гетерогенных каталитических реакций проточно-циркуляционным методом с усовершенствованной постановкой эксперимента : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.15 / Пахаруков Илья Юрьевич.- Новосибирск, 2009.- 136 с.

93. Протодьяконов О.И. Гидродинамика и массообмен в диспергированных системах газ-жидкость / О.И. Протодьяконов С.В. Ульянов. -Л. 1986.

94. Протодьяконов О.И. Гидродинамика и массообмен в системах газ-жидкость / О.И. Протодьяконов И.Е. Люблинская. -Л. 1990.

95. Пугачева, Е. В. Разработка и исследование полиметаллических катализаторов глубокого окисления на основе СВС-интерметаллидов : диссерта-

ция ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Пугачева Елена Викторовна.-Черноголовка, 2010.-113 с.

96. Пузанков, А. Г. "AGRITECHNICA'99": машины и оборудование для переработки органических отходов / А. Г. Пузанков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2000. - №6. - с. 46-48.

97. Пузанков, А.Г. Метод биологической обработки сельскохозяйственных отходов / Мех. и эл. сельского хозяйства, - 1987 - №11 - с 56-57.

98. Пузанков, А.Г. Обеззараживание стоков животноводческих комплексов / Пузанков А.Г., Мхитарян Г.А., Гришаев И.Д. М.: Агропромиздат, 1986. -175 с., ил.

99. Рамм, В. М. Абсорбция газов, Москва, "Химия", 1976

100. Руфаи, И. А. Использование вторичного тепла автономных энергоустановок для анаэробной переработки навоза : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01. / Руфаи Ибрахим Ахмад. - Москва, 2006. - 154 с.

101. Рыбинец А. Г. Мировой рынок биотехнологий: тенденции и проблемы становления, развития и регулирования на современном этапе. Перспективы участия России : Дис. ... канд. экон. наук : 08.00.14 / Рыбинец Александр Геннадьевич. - Москва, 2004. - 180 с.

102. Рыскин Г.М. Автореф. канд. дисс. ЛПИ им.Калинина. 1976.

103. Санжаровская М.И. Повышение эффективности биогазовых установок за счет применения мембранно-абсорбционных газоразделительных систем/ М. И. Санжаровская / Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. - 2009. - №2. - с.391

104. Санжаровская М.И. Ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с получением биогаза / М.И. Санжаровская //Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. - 2006. - №3. -с. 902.

105. Свалова М. В. Обоснование и разработка технологического процесса утилизации отходов птицеводства с использованием биогазовых установок : дис ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Свалова Марианна Викторовна. - Ижевск, 2009.- 171 с.

106. Семенов К. Д. Мобильная установка анаэробной переработки отходов / К. Д. Семенов, Е. М. Онучин, А. А. Медяков, Р. В. Яблонский // Научному прогрессу - творчество молодых: Матер, междунар. молод, научн. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 58-59.

107. Семенов К. Д. Применение систем бескомпрессорного барботиро-вания в установках для анаэробной переработки отходов / К. Д. Семенов, Е. М. Онучин, А. А. Медяков, Р. В. Яблонский // Научному прогрессу - творчество молодых: Матер, междунар. молод, научн. конф. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011.-С. 60-61.

108. Сидыганов, Ю. Н. Анаэробная переработка отходов для получения биогаза / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - № 6. - С. 42-43

109. Сидыганов, Ю. Н. Результаты экспериментальных исследований биогазовой установки с системой барботажного перемешивания / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин, Д. В. Бутусов, А. В. Феоктистов // Известия СПбГАУ. - 2010. - №20. - с. 299-303.

110. Сидыганов, Ю.Н. Барбатажное перемешивание в биореакторах анаэробного сбраживания - «Национальные приоритеты развития России: образование, наука, инновации» сборник тезисов выступлений участников программы (3-6 марта 2008 года, г. Москва)/Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, Д.В. Костромин // Павильон № 69 ВВЦ - 324 е., ил. - с. 218-219.

111. Сидыганов, Ю.Н. Обеспечение режимов работы экспериментального газоразделительного комплекса / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, Р.В. Яблонский - Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. - №1. -с. 30-31.

112. Сидыганов, Ю.Н. Оборудование и технология проведения исследований процесса анаэробного сбраживания навоза / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров - Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. -№7. - с. 2-5.

113. Сидыганов, Ю.Н. Особенности обеспечения биогазом агропромышленного комплекса Республики Марий Эл / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №6. - с. 2-4.

114. Сидыганов, Ю.Н. Применение экспериментальной установки «Биогазовые технологии» для утилизации отходов / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров // Организация и развитие информационного обеспечения органов управления, научных и образовательных учреждений АПК («ИнформАгро-2006»). Часть 2. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. - 268 с. - с. 126-136.

115. Сидыганов, Ю. Н. Результаты экспериментальных исследований биогазовой установки с системой барботажного перемешивания / Ю. Н. Сидыганов, Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин, Д. В. Бутусов, А. В. Феоктистов // Известия СПбГАУ. - 2010. - №20. - с. 299-303.

116. Сидыганов, Ю.Н. Результаты экспериментальных исследований рециркуляционного мембранного контактора установки «Биогазовые технологии» / Ю.Н. Сидыганов, Д.Н. Шамшуров, А.Ю. Окунев, A.B. Пуртов - Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №6. 1-36. стр. 7-9.

117. Сидыганов Ю. Н. Математическое моделирование процессов функционирования каталитического подогревателя при обогреве биореактора анаэробного сбраживания органических отходов / Ю. Н. Сидыганов, Е. М. Онучин, Д. В. Костромин, А. А. Медяков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - №25. - С. 231-237.

118. Сидыгнов Ю. Н. Математическая модель процессов теплового перемешивания при анаэробном сбраживании органических отходов // Сидыганов Ю. Н., Онучин Е. М., Костромин Д. В., Медяков А. А.

119. Сидыганов Ю. Н. Вычислительный эксперимент работы каталитического подогревателя при обогреве биореактора анаэробного сбраживания органических отходов / Е. М. Онучин, Д. В. Костромин, Ю. Н. Сидыганов, А. А. Медяков// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - № 25. - С. 250-256.

120. Сидыгнов Ю. Н. Результаты математического моделирования процессов теплового перемешивания при анаэробном сбраживании органических

отходов / Ю. Н. Сидыганов, Е. М. Онучин, Д. В. Костромин, А. А. Медяков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2011.-№24.-С. 332-338.

121. Сидыгнов Ю. Н. Экспериментальный стенд для исследования процессов каталитического обогрева и перемешивания субстрата при анаэробном сбраживании / Ю. Н. Сидыганов, Е. М. Онучин, Д. В. Костромин, А. А. Медяков, Р. В. Яблонский // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - № 24. - С. 348-355.

122. Симуни Л.М. // Изв. СО АН СССР, 1967. вып.2. №8. С.23-26.

123. Синев, М. Ю. Реакции свободных радикалов в процессах каталитического окисления низших алканов: автореферат дис...доктора хим. Наук :02.00.04 / Синев Михаил Юрьевич. - Москва, 2011. - 61с.

124. Соснин Ю. П. Контактные водонагреватели / Ю. Н. Соснин. -М.:Стройиздат, 1974. - 359с.

125. Соловьев Р. Ю. Общие требования и особенности технологического обеспечения очистки сточных вод животноводческих комплексов / Р.Ю. Соловьёв, B.C. Григорьев, А.Г. Шошмин, A.B. Меренов, М.В. Константинов-ская// Машинно-технологическая станция. - 2011. - № 4.

126. Стребков, Д. С. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства/ Д. С. Стребков, А. А. Ковалев // Техника и оборудование для села. - 2006. - №11.- с. 28-30

127. Таратухин А. В. Беспламенное сжигание метана на палладиевых и оксидных катализаторах : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Таратухин Александр Владимирович. - М., 2005. - 102 с.

128. Таргоня B.C. Обгрунтування основних параметр1в метанового зброджування безшдстилкового гною велико!' рогато!' худоби: автореф. дис... канд. с.-г. наук: 03.00.20 / B.C. Таргоня; Бшоцерк. держ. аграр. ун-т. — Бша Церква, 1999. — 19 с.

129. Теплотехника: Учеб. для вузов / А.П.Баскаков, Б.В. Берг, O.K. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. -2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991.-224с., ил.

130. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др; Под ред. В.Н. Луканина. - 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. -671 е., ил.

131. Технологии возобновляемой энергетики и энергосберегаю-щее оборудование. Каталог технологий и изделий, разработанных в системе ГНУ ВИЭСХ. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 60 с.

132. Ткаченко В. А. Разработка комплексной системы энергообеспечения сельскохозяйственных ферм на основе когенерации и биогазтехнологий / В. А. Ткаченко // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2007. - №6. - с. 96-98.

133. Тур A.A. Научные основы расчета основных и вспомогательных барботажных реакторов технологических блоков / автореф. док.техн.наук. Ангарск, 2006. 40с.

134. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Изд-во Мир, 1972. С.269-310.

135. Френкель Н.З. Гидравлика / Н. 3. Френкель. - М.- Л.: Госэнергиздат, 1956.- 456с..

136. Чернышов, А. А. Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза КРС : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Чернышов Анатолий Анатольевич. - Москва, 2004. - 117 с.

137. Чжу, Д. П. Термоактивация нанесенных платиновых и палладиевых катализаторов глубокого окисления углеводородов : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Чжу, Денис Петрович. - Омск, 2004. - 157с.

138. Чуешов, В.И. Промышленная технология лекарств. Т.1 / В. И. Чуе-шов и др. - X.: МТК-Книга; Издательство НФАУ, 2002. - 560 с.

139. Шамшуров Д. Н. Повышение эффективности биогазовых установок за счет применения мембранно-абсорбционных газоразделительных систем: диссертация... кандидата технических наук: 05.20.01 / Шамшуров Дмитрий Николаевич; [Место защиты: Моск. гос. агроинженер. ун-т им. В.П. Горячки-на] Йошкар-Ола, 2008 256 с.

141. Юданова А.В. Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза крс / А. В. Юданова // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. - 2006. - №1. - с. 276.

142. Юданова А.В. Интенсивная технология анаэробной переработки навозных стоков свиноводства в условиях республики бурятия/ А. В. Юданова // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. - 2007. -№4. -с. 1173.

143. Юданова А.В. Обоснование и разработка технологического процесса утилизации отходов птицеводства с использованием биогазовых установок / А.В. Юданова //Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. - 2010. - №2. - с. 529

144. Ящерицын П. И. Планирование эксперимента в машиностроении / П. И. Ящерицын, Е. И. Махаринский. - Минск: Вышэйшая школа, 1985.

145. Bohnhoff D. R. Engineering properties of separated manure solids/ D. R. Bohnhoff, J. C. Converse // Biological wastes. - 1987. - № 19. - p.91-106.

146. BD AgroRenewables GmbH & Co. KG [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.bd-agro.de, свободный.

147. Chen Y. R. Thermal properties of beef cattle manure / Y.R. Chen / Agricultural Wastes.Volume 6, Issue 1, May 1983, Pages 13-29

148. Devidson J.F. Trans. Inst. Chem. / J.F. Devidson, B.O.G. Schuler // En-grs, 38. P.144-154. P.335-342.

149. Gaddis E.S. // Chem. Engng. Sci. 1986. V.41.

150. Grece J.R. // Trans. Inst. Chem. Engrs. 1976. Y.51. №3.

151. Ismagilov, Z. R. Fluidized bed catalytic combustion / Z. R. Ismagilov, M. A. Kerzhentsev // Catal. Today. - 1999. - № 47. - p. 339-346.

152. Kawaguti M // Rept. Inst. Sci., 1948. V.2. №516. P.56-71.

153. Kumar R. Ill Adv. Chem. Eng. 1970. V8.

154. Leclair B.P. Ind. Eng. Chem. Fundam., 1968, V.7. №4.

155. Nayyeri M. A. Thermal properties of dairy cattle manure / M.A. Nayyeri, M.H. Kianmehr, A. Arabhosseini, and S.R. Hassan-Beygi // Int. Agrophysics. -2009. -№ 23. - p.359-366.

156. Patel V. Effects of adsorbents on anaerobic digestion of water hyacinth -cattle dung / Vikram Patel, Anami Patel, Madamwar Datta //Bioresource Technology. Volume 40, Issue 2, 1992, Pages 179-181

157. Peebles F.N. Chem. Eng. Progr.,49 / F.N. Peebles, H.J. Garber 1953. P.88-97.

158. Reyleigh // Phil. Mag. (6). 1917. Vol. 34. P.94-99.

159. Taylor T.D. Fluid Mech. / T.D. Taylor, A.Acrivos. 1964. V.18. P.466-

476.

160. Theophilos, P. Development of a novel heat-integrated wall reactor for the partial oxidation of methane to synthesis gas / P. Theophilos, V. Xenophon // Catal. Today. - 1998. - № 46. -p. 71-81.

161. van Giezen, J. C. The development of novel metal-based combustion catalysts / J.C. van Giezen, M. Intven, M. D. Meijer et al. // Catal. Today. - 1999. -№47.-p. 191-197

162. Waslo S. Chem. Eng. Sci. / S. Waslo., B. Gal-OR. 1971. V.26. №6.

163. Zhi-yong, P. A novel two-stage process for catalytic oxidation of methane to synthesis gas / P. Zhi-yong, D. Chao-yang, S. Shi-kong // Ranliao Huaxue Xuebao. - 2000. - № 4. - p. 348.

Ш 1 В2

к щ £ щ

I я

а за «а а а в

патент

II \ IIO.ll 11|> К) МОД Г II.

№ 106138

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕ

ПОДОГРЕВОМ

ТА С

11;| к н кню. кцак-. 1ь( ш) / Осудиранвенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (1\1')

Днто|1( 1.1): е.и. ни обороте

. Ынка .М- 2010153209

11риортс1 no.-it.-iiЮ11 молсли 24 декабря 2010 I.

.Чаре! п< фпринапо и I псуларгтнснмим |и естрс молсаныч мац- и'н МогтмГшат (|>1-лс|)ац1ш 10 июли 2011 г.

(°рокменеI шы пагппа иси-кап 24 декабря 2020 г. ¡'//ковоОшт и, <1>1'(к-/)11.П111чи с и/ ш бы по пннкпск/ш/а 1ЫК>п

аютмчпннчпи. патентам ч товарным знакам

/>.11. Симонов

:: а •:> & •>: « .•:•: :•:•: ш г:» $ гл Ш & я?. •:•: :-:-' ::> £ щ з» 2* «

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

СО

со

т-

(О

о

ни

(II)

»(13)

и1

(51) МПК

В01Р 15/06 (2(К)6.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12. ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(21)(22) Заявка: 2010153209/05, 24.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 24.12.2010

Приоритет* ы):

(22) Дата подачи заявки: 24.12.2010

(45) Опубликовано: 10.07.2011 Б юл. Хй 19

Адрес для переписки:

424000, Республика Марий Эл, г.Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет,

оис

(721 Лвтор(ы):

Медяков Андрей Андреевич (1Ш). Сидыганов Юрий Николаевич (1Ш). Онучин Евгений Михайлович ({Ш). Шамшуров Дмитрий Николаевич (1Ш). Костромин Денис Владимирович (1Ш). Яблонский Роман Васильевич (1Ш)

(73) П атс! ггообладатсл ь( и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (1Ш)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУБСТРАТА С ПОДОГРЕВОМ

(57) Формула полезной модели Устройство для перемешивания субстрата с поды ревом, содержащее биореактор для выработки биогаза, газгольдер для хранения биогаза, линию для отбора вырабатываемого биогаза в газгольдер, линию для подачи биогаза в рабочий объем биорсактора с целью эрлифтного перемешивания субстрата и компрессор, обеспечивающий подачу биогаза в биореактор, обличающееся тем. что линия для подачи биогаза содержит проточный обогреватель.

73 С

о

О)

со оз

э

СИ

«

• а а

РООСТЙСШАШ 4КВДЕ1РАЩШШ

V % ® на

а 5=Ш

ИЛ ПОЛЕЗП> Ю МОДЕЛЬ

№106139

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБОГРЕВА СУБСТРАТА

11атентсюб. ишатс-.и^ли): Гдсударственное образовательное учреждение высшего профессионального образован ия Марийский государственный технический университет (ИИ)

Лвтор(ы): с.и. на обороте

Заявка № 2010153211

Приоритет полезной модели 24 декабря 2010 г.

Зарнштриршамо п Гпсу.ырстпсшн»! ¡>еспрс начатых моделей Российской Федерации 10 июля 2011 г. Срок деистния патента истекает 24 декабря 2020 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной уу- собственности, патентам и товарным.таком

б.П. Симонов

а

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

т о

<о

о

Э

ОС

Н11

(II)

У1

(51) МПК

В01Р 15/06 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(21X22) Заявка: 201015321Ш5, 24.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 24.12.2010

Приоритетны):

(22) Дата подачи заявки: 24.12.2010

(45) Опубликовано: 10.07.2011 Бюл. № 19

Адрес для переписки:

424000, Республика Марий Эл. г.Йошжар-Ола, пл. Ленина, 3, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет,

оис

(72) Автор(ы):

Яблонский Роман Васильевич (КО), Сидыганов Юрий Николаевич (Ш), Онучин Евгений Михайлович (Ш). Шамшуров Дмитрий Николаевич (1Ш), Костромин Денис Владимирович (1Ш), Медяков Андрей Андреевич (1Ш)

(73) П атентообладател ь(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (ни)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБОГРЕВА СУБСТРАТА

(57) Формула полезной модели Биогазовая установка для переработки органических отходов, содержащая реакторный блок, выполненный в виде цилиндрической формы, внутри которой размещен каталитической обогреватель, выполненный в виде изолированной трубы, внутри которого размещено горелочное устройство, камера смешивания, камера каталитического горения, теплообменник уходящих газов со спиральной направляющей, также распределительный трубопровод, барботажное устройство, выполненное в виде кольца, расположенного на основании реактора, внутри реактора размещен каталитической обогреватель, выполненный в виде изолированной трубы, внутри обогревателя размещено горелочное устройство для разогрева катализатора, также данное устройство снабжено камерой смешивания газов для обогрева и камерой каталитического горения, в которой газовая смесь окисляется с выработкой тепла, реактор снабжен теплообменником уходящих газов со спиральной направляющей, где данные газы остывают, причем реактор снабжен распределительным трубопроводом для равномерного распределения уходящих газов по барботажному устройству, выполненному в виде трубы торовой формы и горизонтальной в нижней части реакторного блока с равнорасноложенными отверстиями для подачи газа в субстрат.

73 С

^¡¡¡¡^ © «

СО

Сельскохозяйственный производственный кооператив сельскохозяйственная артель «СТРАДА» (СПК СХА «СТРАДА»)

д. Верхний Кугенер, Сернурский р-н, Республика Марий Эл, 424459 ИНН/КПП 1212003453/121201001

_№._

На № от

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования Медякова Андрея Андреевича

Комиссия в составе:

председатель председатель СПК СХА «Страда» Дмитриев Л. С.

члены комиссии главный инженер Попов В. А.

главный бухгалтер Новоселова О. В.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационного исследования Медякова Андрея Андреевича внедрены в практику производственной деятельности животноводческого комплекса КРС СПК СХА «Страда» в виде:

1) практических рекомендаций по организации анаэробной переработки органических отходов животноводства;

2) предложенных конструктивных решений и рациональных параметров функционирования установки для анаэробной переработки органических отходов с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева;

3) экспериментального образца биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева и рекомендаций по его эксплуатации.

Использование указанных результатов позволяет сократить энергоемкость биогазовых установок в среднем на 9%, материалоемкость на 27% и удельную компактность на 12 %, тем самым позволяет снизить эксплуатационные затраты на обслуживание установок, а так же начальные затраты на их внедрение и занимаемую ими полезную площадь. Использование экспериментальной установки на базе животноводческого комплекса КРС СПК СХА «Страда» позволяет перерабатывать до 5,8 тонн органических отходов в год с получением до 90 м3 биогаза.

Председатель комиссии, председатель СПК СХА «Страда»

/• 4/Мл

(Дмитриев Л. С.)

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ВОЛГОВЯТСКИЕ МАСТЕРСКИЕ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ" (ООО «Волговятскмеханика») 424000, РМЭ г. Йошкар-Ола пл. Ленина, 3 тел.: [phone]; 68-60-66 факс: [phone] e-mail: [e-mail]

/г.с4 zc'/г №

На №_ от__

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования Медякова Андрея Андреевича

Результаты диссертационного исследования Медякова Андрея Андреевича приняты к внедрению в практику производственной деятельности ООО «Волговятскмеханика» в виде:

1) практических рекомендаций по организации анаэробной переработки органических отходов животноводства;

2) предложенных конструктивных решений и рациональных параметров функционирования установки для анаэробной переработки органических отходов с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева;

3) рекомендаций по организации производства малых биогазовых комплексов с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

Использование указанных результатов при организации производства малых биогазовых комплексов позволяет обеспечить срок окупаемости инвестиций - 28 месяцев и чистый приведенный доход за 3 года реализации проекта - 248 236 руб.

Директор / -

ООО «Волговятскмеханика» _^_(Онучин Е. М.)

УТВЕРЖДАЮ РбктодФДЪОУЭЛа«МарГТУ»

. М. Романов

'ä

« // »

fy^

2012 г.

о внедрения в учебном процессе научных результатов, полученных Медяковым A.A. в процессе подготовки диссертационной работы

Настоящим актом подтверждается, что результаты исследований Медякова А. А. внедрены в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» в течение 2010 - 2011 гг.

Включены в курс «Механизация животноводства» при подготовке бакалавров по направлению 110300.62 - «Агроинженерия» следующие разработки и научные результаты:

- теоретические и практические основы анаэробной переработки органических отходов животноводства с использованием устройств барботажного перемешивания и каталитического обогрева;

- результаты вычислительного эксперимента на математической модели функционирования биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

Заведующий кафедрой ЭМиО, проф,

/

Галеев С. X.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Марийский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «МарГТУ»)

пл. Ленина, д. 3, г.Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, 424000 Телефон [phone], факс (8362) 4 E-mail: info(cp,marstu.net, http://www.mai ИНН/КПП 1215021281/121501001

№

УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе и инновационной деятельности

J/ g д. Иванов

2012 г.

На№

от

АКТ

о использовании результатов кандидатской диссертационной работы Медякова Андрея Андреевича

Комиссия в составе:

председатель исп. директор ЦКП «ЭБЭЭ», к.т.н, доц. Онучин Е. М.,

члены комиссии д.т.н., проф. Сидыганов Ю. Н.

к.с.-х.н., доц. Мухортов Д. И. к.т.н., доц. Шамшуров Д. Н.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Медякова Андрея Андреевича, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в научно-исследовательской деятельности Центра коллективного пользования «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» при разработке каталитических систем для процессов получения биогаза из органических отходов в виде:

1. Схемно-конструктивных решений системы барботажного перемешивания и каталитического обогрева биореакторов для анаэробной переработки органических отходов.

2. Результатов экспериментальных исследований биореактора с системой барботажного перемешивания и каталитического обогрева.

3. Рекомендаций по организации процесса анаэробной переработки с использованием предложенных технических решений.

По результатам совместных разработок получено 2 патента на полезную модель.

Использование указанных результатов позволяет повысить качество и эффективность проведения научных исследований с использованием оборудования Центра.

Результаты внедрялись при выполнении НИР в рамках государственного контракта № 16.552.11.7050 от 29.07.2011 г. Федеральной целевой програм-

мы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: «Проведение ЦКП «ЭБЭЭ» научно-исследовательских работ в области экологии, биотехнологии и процессов получения экологически чистых энергоносителей».

Председатель комиссии , -> Онучин Е. М.

Члены комиссии

Сидыганов Ю. Н. Мухортов Д. И. Шамшуров Д. Н.

?ос =

1 гЬ4 2 (—4а2 — 4ас — с2)

4 а2 2 4а* За2

+ 12а4\!Урзг2))

/(3«2<2(-4а2 - 4ас-с2)3 + 27а

+ (21/3((-4а2 - 4ас - с2)2

)ЗГ2 —

е2)\¥рзг2 + V (—4((-4а2 - Лас- с2)2 +

2 чЗ

+ (2(—4а2 - 4ас — с2)3 + 27а2Ь4Шрзг2 - 72 а4 (-4а2 - 4ас - с2)1¥рзг2)2))1/3) + 1

/(321/3а2)(2(-4а2 - 4ас - с2)3 + 2 7а2Ь4Шрзг2 - 72а4(~4а2

- 4ас - с2)Щ$г2 + У(-4((-4а2 - 4ас- с2)2 + 12о4Шрзг2)3

+ (2(—4а2 - 4ас — с2)3 + П^Ь^Шр^ - 72а4(-4а2 - 4ас

1 г &4 4(-4а2-4ас-с2)

к ' " ' 2 2а*

- (21-/3((—4а2 — 4ас — с2)2

+ 12а4\¥рзг2))

/(За2(2(-4^ - 4ас - гг2)3 + 27а2^№рзг2 - 72а4(-4г£2 - 4ас

- с2)Шряг2 + д/(-4((-4а2 - 4ас- «с2)2 + 12«4^5Г2)3

+ (2(—4а2 -4ас- с2)3 + 27а2&4Шрзг2 - 72а4(-4а2 -4ас

- с^Шря-2)2))1^) -1

/(321а2) (2(—4а2 - 4ас - с2)3 + 27а2 Ь4\¥рзг2 - 72а4(-4а2

- 4ас - с2)^г2 + V(—4((-4а2 - 4ас - с2)2 + 12а4 Wpsr2)3 + (2 (—4а2 - 4ас — с2)3 + 27а2Ь4\¥р5г2 - 72а4 (-4а2 - 4ас

-С2)Шр5Г2)2})1/3г +

+ 4fr2 (-4 a2 - 4œc - €% /rA h b* 2 (-4 a2 - 4ac - cz)

a6 a4 " v Ча4 За2

+ (21/3((-4a2-4ac-c2)2

+ 12a4Wpsr2))

/(3a2(2(-4a2 — 4ac — c2)3 + 27a%4Wpsr2 - 72a4 (-4a2 - 4ac

- c2)Wpsr2 + V(-4((-4a2 - 4ас - c2)2 + ^Wpsr2)3 + (2 (—4a2 - 4ac- c2f + 27a2b4Wpsr2 - 72é(-4ê - 4ac

- c2)Wpsr2)2))1/*)

+1

/(321/3G2)(2(-4a2 - 4ac - c2)3 + 2 7a2b4Wpsr2 - 72 o4 (-4 a2

- 4ac - e2}Wpsr2 + V(-4((-4a2 - 4ас- c2)2 4- 12a4Wpsr2)3 + (2(—4a2 - 4ac- c2f + 27o2b4Wpsr2 - 72o4(-4a2 - 4sc

- c2)Wpsr2)2))1/3)))