Установка для переработки отходов животноводства

Полезная модель относится к области переработки отходов животноводства с выработкой электроэнергии из биогаза с одновременной системой получения сухого эффлюента, преимущественно, при переработке птичьего помета и гидросмывов отходов крупного рогатого скота. Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является снижение энергозатрат посредством обеспечения возможности преобразования тепловой энергии в водяной пар. Установка для переработки отходов животноводства содержит приемную емкость, соединенную с кислотогенным реактором, который соединен с щелочногенным реактором, соединенным с вибровихревым реактором-смесителем, который соединен с биореактором, соединенным термопечью, и с линией виброаэросушки, которая соединена с аэроциклоном для охлаждения сухого удобрения. Установка дополнительно содержит паровую минитурбину и электрический генератор, установленные последовательно за термопечью, функционально обеспечивающие преобразование тепловой энергии в электрическую. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области переработки отходов животноводства с выработкой электроэнергии из биогаза с одновременной системой получения сухого эффлюента, преимущественно, при переработке птичьего помета и гидросмывов отходов крупного рогатого скота.

Известно устройство для производства биогаза и органических удобрений из отходов животноводства и птицеводства содержащее устройство для подачи исходной массы, центрифугу для разделения исходной массы на твердую и жидкую фракции с патрубками для ввода исходной массы, вывода твердой фракции и вывода жидкой фракции, емкость-дозатор, метантенк, снабженный в зоне разгрузки средством для предотвращения коркообразования, и системы загрузки и выгрузки. Система загрузки выполнена в виде вертикально расположенного по центру метантенка трубопровода, вокруг которого соосно расположены направляющие потока сбраживаемой массы, выполненные в виде усеченных конусов, установленных поочередно большими и малыми основаниями один над другим с перекрывающим зазором относительно друг друга. Средство для предотвращения коркообразования выполнено также в виде установленного вертикально по центру в зоне разгрузки усеченного конуса, малое основание которого герметично сообщено с трубопроводом для разгрузки сброженной массы, а большое основание размещено с зазором относительно днища метантенка. Устройство обеспечивает получение высококачественного жидкого органического удобрения при непрерывном режиме сбраживания, повышение надежности работы и снижение затрат на изготовление и обслуживание (RU 2234829 C1 27.08.2004, A01C 3/02).

Недостатком вышеуказанного устройства является получение только жидких удобрений без использования биогаза для получения сухих удобрений, а также большие габариты и длительные сроки получения удобрения.

Кроме того из уровня техники известно техническое решение, наиболее близкое по технической сути и решаемой задаче к заявленной полезной модели, которое представляет собой установку для переработки отходов животноводства в сухое удобрение и биогаз, содержащая приемную емкость, соединенную с кислотогенным реактором, соединенным с щелочногенным реактором, соединенным с вибровихревым реактором-смесителем, который соединен с биореактором, соединенным со ступенчатой термопечью и с линией виброаэросушки, которая соединена с аэроциклоном для охлаждения и сбора сухого удобрения. Реакторы в установке представляют собой гидродинамический преобразователь, в котором вихревое движение получается за счет пространственного расположения электровибраторов и виброопор. Линия виброаэросушки представляет собой ступенчатую, двухуровневую сушку, где движение высушиваемого материала осуществляется по наклонной плоскостям за счет вибраторов. Термопечь сжигания биогаза представляет собой вихревую печь циклонного типа с паровой рубашкой для подогрева технологической воды (RU 111132 U1 24.12.2010, B09B 3/00, C05F 3/06).

Недостатком вышеуказанной установки являются большие потери тепловой энергии получаемой при сжигании биогаза.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является снижение энергозатрат посредством обеспечения возможности преобразования тепловой энергии в водяной пар.

Указанный технический результат достигается посредством того, что установка для переработки отходов животноводства содержит приемную емкость, соединенную с кислотогенным реактором, который соединен с щелочногенным реактором, соединенным с вибровихревым реактором-смесителем, который соединен с биореактором, соединенным термопечью, и с линией виброаэросушки, которая соединена с аэроциклоном для охлаждения сухого удобрения, согласно полезной модели, она дополнительно содержит паровую минитурбину и электрический генератор, установленные последовательно за термопечью, функционально обеспечивающие преобразование тепловой энергии в электрическую.

В частном случае исполнения заявленной установки щелочногенный и кислотогенный реакторы представляют собой гидродинамический преобразователь с пространственно расположенными электровибраторами и виброопорами.

Вибровихревой реактор-смеситель, преимущественно, представляет собой жидкостнодинамический вихреобразователь с пространственно расположенными электровибраторами и виброопорами.

Линия виброаэросушки может представлять собой ступенчатую, двухуровневую сушку, где движение высушиваемого материала осуществляется по наклонной плоскостям за счет вибраторов.

Термопечь, предпочтительно, представляет собой вихревую печь циклонного типа с паровой рубашкой для получения технологического пара.

Сущность полезной модели поясняется графическим изображением, где на фиг.1 изображена заявленная установка.

Установка для переработки отходов животноводства с выработкой электроэнергии из биогаза с одновременной системой получения сухого эффлюента, содержащая последовательно соединенные приемную емкость 1, кислотогенный реактор 7, щелочногенный реактор 8, вибровихревой реактор-смеситель 3, биореактор 2, термопечь 5, линия виброаэросушки 4, аэроциклон 6 для сбора и охлаждения сухого эффлюента, паровая минитурбина 9 и генератор электроэнергии 10.

Установка работает следующим образом: отходы животноводства из мест хранения (выгребные ямы, пруды отстойники и т.д.) с влажностью до 35% или непосредственно с ферм с влажностью до 80% загружаются в приемную емкость 1. Для доведения влажности сырья до необходимых 80% в приемную емкость 1 подается горячая вода из расчета необходимого количества. Затем сырье поступает на обеззараживание и измельчение на стерилизационно-дезинтеграторный участок, состоящий из кислотогенного 7 и щелочногенного 8 реакторов. Кислотогенный 7 или щелочногенный 8 реактор, предпочтительно, представляет собой гидродинамический преобразователь, в котором вихревое движение создается специальным пространственным расположением электровибраторов и виброопор. При этом реализуется многокаскадное ударное измельчение исходного сырья при регулируемых скоростях соударений, превышающих порог разрушения материала. Принцип получения вихревого движения малозатратен и составляет величину порядка 0,2-1,5 кВт/час на 1 тн измельчаемого материала.

За счет сверхтонкого измельчения исходного сырья образуется огромная реакционная поверхность, которая в десятки тысяч раз превосходит поверхность при обычных методах измельчения. Важно отметить, что в процессе измельчения происходит гибель патогенной микрофлоры.

В кислотогенном реакторе 7 идет реакция при pH=5-5,5 (слабокислая среда) с выдержкой в нем 1-1,5 часа, а в щелочногенном 8 при pH=8,5-9 (щелочная среда), где выдерживают в течении 2,5-3,5 часов. За счет разных потенциалов в кислотогенном реакторе 7 происходит процесс первичного гидролиза древесины, что позволяет значительно ускорить процесс метанового брожения, а в щелочногенном реакторе 8 нейтрализуются кислоты, образовавшиеся в реакторе, и устанавливается щелочной режим для проведения анаэробного метанового брожения.

Далее подготовленное и обеззараженное сырье поступает на анаэробный участок состоящий из вибровихревого реактора-смесителя 3, в котором происходит первичное получение биогаза методом анаэробного метанового сбраживания, с помощью дозируемых анаэробных бактерий в течение 6-8 часов.

Вибровихревой реактор-смеситель 3 как правило представляет собой жидкостнодинамический вихреобразователь, в котором вихревое движение создается специальным пространственным расположением электровибраторов и виброопор. За счет сверхтонкого измельчения исходного сырья имеется огромная реакционная поверхность, которая в десятки тысяч раз превосходит поверхность при обычных методах метанового брожения. За счет этого микробная масса быстро увеличивается в объеме и происходит лавинообразный процесс ассимиляции углеводов, соединение азота и фосфора. Наличие гигантской реакционной поверхности позволяет сократить время анаэробной ферментации с десятков часов до десятков минут или примерно в сто раз. Далее сырье для окончательного дображивания подается в биореактор 2, где в течении 24 часов идет окончательный процесс термофильного (около 55 градусов Цельсия) брожения.

В процессе анаэробного сбраживания образуется биогаз, состоящий на 60-70% из метана, на 30-40% двуокиси углерода и 1% сопутствующие газы. Биогаз сжигается в термопечи 5 для выработки тепловой энергии необходимой для процесса метанового брожения и для сушки получаемого удобрения. Остаток брожения подается на участок сушки, состоящий из устройства отбора воды и линии виброаэросушки 4. Линия виброаэросушки, преимущественно, представляет собой ступенчатую, двухуровневую сушку, где движение высушиваемого материала осуществляется по наклонной плоскостям за счет вибраторов. Сушка происходит в потоке дымовых газов при температуре T=160-180 градусов Цельсия. Получаемая тонкоизмельченная масса влажностью 5-12% подается в аэроциклон 6, где происходит охлаждение до 30-40 градусов Цельсия за счет подаваемого холодного атмосферного воздуха напорным вентилятором. Полученное удобрение подается в накопительную емкость линии фасовки.

В предложенной установке процессы обеззараживания и первичного брожения ведутся в вибровихревых реакторах, где за счет конструкции образуется гидродинамический вихревой поток, позволяющий производить интенсивное перемешивание с одновременным измельчением исходного сырья. Измельчение сырья позволяет получить огромную реакционную поверхность, что во много раз ускоряются все биохимические процессы.

Использование (сжигание) биогаза, полученного в результате анаэробного брожения для получения тепловой энергии, позволяет одновременно сократить расходы на оборудование газового хозяйства и получить товарный продукт (сухое удобрение) с длительным сроком хранения. Применение для обеззараживания катионитной (щелочной) и анионитной (кислой) воды, получаемой с помощью электролиза, позволяет добиться полного и регулируемого обеззараживания исходного сырья без применения химических реактивов

Термопечь 5 сжигания биогаза, как правило, представляет собой вихревую печь циклонного типа с паровой рубашкой для получения пара с температурой 120-140 град. C и давлением 5-10 атм., который подается в паровую турбину 9 для преобразования давления во вращательное движение, которое передается с помощью механической муфты на генератор электрической энергии 10. Получаемое электричество используется для собственных нужд или подается сторонним потребителям. Отработанный пар используется для подогрева технологической воды (на фигуре не показано), которая используется для поддержания температурного режима на всех стадиях технологического процесса получения удобрений.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для переработки отходов животноводства;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Установка для переработки отходов животноводства, содержащая приемную емкость, соединенную с кислотогенным реактором, который соединен с щелочногенным реактором, соединенным с вибровихревым реактором-смесителем, который соединен с биореактором, соединенным термопечью, и с линией виброаэросушки, которая соединена с аэроциклоном для охлаждения сухого удобрения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит паровую мини-турбину и электрический генератор, установленные последовательно за термопечью, функционально обеспечивающие преобразование тепловой энергии в электрическую.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что щелочногенный и кислотогенный реакторы представляют собой гидродинамический преобразователь с пространственно расположенными электровибраторами и виброопорами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вибровихревой реактор-смеситель представляет собой жидкостно-динамический вихреобразователь с пространственно расположенными электровибраторами и виброопорами.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что линия виброаэросушки представляет собой ступенчатую, двухуровневую сушку, где движение высушиваемого материала осуществляется по наклонной плоскости за счет вибраторов.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что термопечь представляет собой вихревую печь циклонного типа с паровой рубашкой для получения технологического пара.

РИСУНКИ