Устройство для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов

Полезная модель относится к технологии переработки органических отходов, более конкретно, к устройствам для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов и может найти применение при создании биохимических реакторов для получения из отходов фермерских хозяйств товарных количеств биогаза и других целевых продуктов. Решаемой задачей является создание сравнительно простого, эффективного и многофункционального устройства для искусственного перемешивания органических отходов различной природы в реакторе анаэробного сбраживания за счет перемешивания и аэрации субстрата по всему объему реактора при одновременном воздействии на термодинамические параметры процесса для повышения выхода биогаза. Указанная задача решается тем, что в устройстве для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов, содержащем внешний привод и вертикальный вал с закрепленной в рабочем объеме реактора погружной мешалкой, согласно полезной модели, устройство дополнительно содержит средства для подогрева субстрата, выполненные в виде, по крайней мере, двух трубопроводов, прикрепленных к силовому элементу погружной мешалки с возможностью подачи в них горячей воды через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала, причем указанный силовой элемент выполнен в форме цилиндрической спирали, размещенной на расстоянии от внутренней поверхности реактора, а трубопроводы для подачи горячей воды прикреплены с противоположных сторон к силовому элементу погружной мешалки для формирования при ее вращении объемной циркуляции субстрата. Кроме того, силовой элемент погружной мешалки и трубопроводы для подачи горячей воды могут иметь, по преимуществу, овальное сечение и могут быть приварены друг к другу так, чтобы большие оси сечений и точки крепления трубопроводов к силовому элементу лежали на одной прямой. Кроме того, силовой элемент погружной мешалки может быть выполнен в виде трубы с отверстиями по ее длине с возможностью подачи в субстрат газа или жидкости через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала. Описание на 5 л., илл. 1 л.

Полезная модель относится к технологии переработки органических отходов, более конкретно, к устройствам для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов и может найти применение при создании биохимических реакторов для получения из отходов фермерских хозяйств товарных количеств биогаза и других целевых продуктов.

Известно устройство для перемешивания пищевых продуктов, содержащее универсальный привод с редуктором, рабочую камеру и сменные органы для перемешивания, закрепленные на валу привода (см. Кирпичников В.П., Леенсон Г.Х. Справочник механика. Общественное питание. M., «Экономика», 1990 г., с.278).

Известный механизм МВП-П-1 выпускается отечественной промышленностью для равномерного перемешивания и взбивания различных пищевых продуктов. К недостаткам такого механизма можно отнести, в частности, отсутствие герметичности используемых сменных емкостей, что является препятствием для его применения в качестве устройства для перемешивания субстрата в реакторах анаэробного сбраживания органических отходов.

Наиболее близким техническим решением к предложенному, является устройство для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов, содержащее внешний привод и вертикальный вал с закрепленной в рабочем объеме реактора погружной мешалкой (см. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер M. Биогаз. Теория и практика. Пер. с нем. и предисловие Серебряного М.И. - M.: Колос, 1982 г., стр.32 - прототип).

Недостатками известного устройства являются сравнительно низкая эффективность перемешивания и аэрации субстрата в реакторе, связанная с малой глубиной погружения перемешивающего механизма и несовершенством имеющихся средств управления термодинамическими параметрами процесса анаэробного разложения отходов различного происхождения для получения товарных количеств целевых продуктов.

Решаемой задачей является создание сравнительно простого, эффективного и многофункционального устройства для искусственного перемешивания органических отходов различной природы в реакторе анаэробного сбраживания за счет перемешивания и аэрации субстрата по всему объему реактора при одновременном воздействии на термодинамические параметры процесса для повышения выхода биогаза.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов, содержащем внешний привод и вертикальный вал с закрепленной в рабочем объеме реактора погружной мешалкой, согласно полезной модели, устройство дополнительно содержит средства для подогрева субстрата, выполненные в виде, по крайней мере, двух трубопроводов, прикрепленных к силовому элементу погружной мешалки с возможностью подачи в них горячей воды через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала, причем указанный силовой элемент выполнен в форме цилиндрической спирали, размещенной на расстоянии от внутренней поверхности реактора, а трубопроводы для подачи горячей воды прикреплены с противоположных сторон к силовому элементу погружной мешалки для формирования при ее вращении объемной циркуляции субстрата.

Кроме того, силовой элемент погружной мешалки и трубопроводы для подачи горячей воды могут иметь, по преимуществу, овальное сечение и могут быть приварены друг к другу так, чтобы большие оси сечений и точки крепления трубопроводов к силовому элементу лежали на одной прямой.

Кроме того, силовой элемент погружной мешалки может быть выполнен в виде трубы с отверстиями по ее длине с возможностью подачи в субстрат газа или жидкости через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала.

Такое выполнение устройства для перемешивания органических отходов различной природы в реакторе анаэробного сбраживания позволяет повысить его эффективность за счет обеспечения интенсивной объемной циркуляции субстрата, минимизации мертвых зон, использования мелкопузырчатой пневматической системы аэрации и повышения выхода биогаза путем оптимизации температуры процесса и сокращения времени нагрева субстрата.

На фиг.1 представлен общий вид реактора анаэробного сбраживания органических отходов с трубопроводами для подачи горячей воды.

Устройство для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов содержит внешний привод 1 и вертикальный вал 2 с закрепленной в объеме реактора 3 погружной мешалкой 4. Устройство дополнительно содержит средства для подогрева субстрата, выполненные в виде двух трубопроводов 5, 6, прикрепленных к силовому элементу 7 мешалки 4 с возможностью подачи в них горячей воды из системы оборотного водоснабжения (не показана) через вращающийся коллектор 8 по каналам внутри вертикального вала (не показаны).

Силовой элемент 7 мешалки 4 выполнен в форме цилиндрической спирали, размещены вдоль оси реактора 3 на расстоянии от его внутренней поверхности эквидистантно ее профилю. Трубопроводы 5, 6 приварены с противоположных сторон к силовому элементу 7 погружной мешалки 4 для создания при ее вращении объемной циркуляции субстрата за счет одновременного формирования радиальной и вертикальной компонентов скорости объемов субстрата.

Для повышения жесткости силового элемента 7 и трубопроводов 5, 6, а также для увеличения эффективности объемного перемешивания субстрата упомянутые элементы имеют, преимущественно, овальное сечение и, в данном случае, приварены друг к другу так, чтобы большие оси сечений и точки крепления трубопроводов к силовому элементу лежали на одной прямой. Сечения силового элемента 7 и трубопроводов 5, 6 могут также иметь форму крыла, овальной пластины, эллипса и др. при значительных отношениях длины к ширине.

Для дополнительной аэрации субстрата силовой элемент 7 мешалки 4 выполнен в виде трубы с отверстиями 9, расположенными по ее длине, с возможностью подачи в субстрат газа, например, воздуха, через отверстия 9 по каналам внутри вертикального вала (не показаны) и вращающийся коллектор 8. Отверстия 9 могут быть размещены с нижней, верхней или с обеих сторон сечения силового элемента 7 мешалки 4. В некоторых случаях через отверстия 9 по указанным каналам может подаваться жидкость, насыщенная кислородом или иным газом, стимулирующим процесс анаэробного разложения различных органических и сельскохозяйственных отходов.

Элементы мешалки могут быть изготовлены из высококачественной нержавеющей стали с любой степенью обработки поверхностей. Сечение вертикального вала 2 привода и конструкция узлов крепления мешалки 4 выбираются из условия механической прочности для всех режимов работы устройства.

Корпус реактора 3 в средней части 10 имеет цилиндрическую форму, в нижней части 11 - коническую. Последняя имеет патрубок 12 для ввода в рабочий объем реактора 3 органических отходов и вывода переработанных отходов. В верхней части корпуса имеется люк 13 для проведения профилактических работ по очистке реактора 3, а поз.14 обозначены опоры корпуса реактора 3. Для достижения более равномерного поля температур в рабочем объеме реактора 3, в его цилиндрической части 10 размещают водяную рубашку для нагрева отходов через стенку реактора.

Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в субстрате и ускорения процесса образования биогаза необходимо периодически или постоянно удалять газ из всей массы перерабатываемого сырья для ликвидации зон с пересыщенным содержанием биогаза вблизи гранул с иммобилизованными на них бактериями. Удаление этих зон в данной системе обеспечивается за счет организации конвективных потоков при интенсивном механическом перемешивании сырья. Предложенное устройство обеспечивает необходимую оптимизацию режимов проведения процесса, а также дополнительное выравнивание температурных и гидродинамических условий анаэробного сбраживания органических отходов.

Устройство для перемешивания субстрата работает следующим образом. После проведения профилактических работ в рабочий объем реактора 3 подают через патрубок 12 свежую порцию органических отходов. Затем включают электродвигатель внешнего привода 1, который через механическую передачу приводит во вращение вертикальный вал 2 с закрепленной в объеме реактора 3 погружной мешалкой 4.

Одновременно осуществляют подачу горячей воды в водяную рубашку корпуса реактора 3 и вращающиеся трубопроводы 5, 6 через каналы в валу 2 и в коллекторе 8. Горячая вода при заданной температуре подается в реактор 3 с помощью насосов, например, из системы оборотного водоснабжения. Указанное выполнение силового элемента 7 погружной мешалки 4 в форме цилиндрической спирали с приваренными к ней трубопроводами 5, 6, обеспечивает объемную циркуляцию субстрата. Его равномерное перемешивание приводит к выравниванию поля температур в рабочем объеме реактора.

Вследствие значительной вязкости субстрата конструкция элементов погружной мешалки должна обладать повышенной прочностью. Силовой элемент 7 и трубопроводы 5, 6 имеют общую повышенную прочность и жесткость в радиальном направлении благодаря выбранному типу сечения элементов 5, 6, 7 мешалки 4 и способу их крепления друг к другу.

Дополнительная аэрации субстрата осуществляется подачей в субстрат газа, например, воздуха, через отверстия 9, которые размещены с нижней и верхней сторон сечения трубчатого силового элемента 7 по всей его длине. Через отверстия 9 по упомянутым каналам может подаваться также жидкость, насыщенная кислородом для стимулирования процесса анаэробного разложения различных органических отходов.

Повышение выхода биогаза связано с эффективностью воздействия на гидродинамические и термодинамические параметры процесса анаэробного разложенияи отходов за счет интенсивной объемной циркуляции субстрата, минимизации мертвых зон, использования мелкопузырчатой пневматической системы аэрации. Предложенное устройство имеет сравнительно простую конструкцию, надежно в эксплуатации и является многофункциональным с точки зрения использования для переработки органических отходов различной природы.

Предложенное многофункциональное устройство для искусственного перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов различного типа было разработано и прошло экспериментальные и пусковые испытания на базе Марийского ГТУ. При этом была решена общая задача создания эффективной системы биохимической переработки органических отходов для получения коммерческих количеств целевых продуктов из компонентов биогаза.

1. Устройство для перемешивания субстрата в реакторе анаэробного сбраживания органических отходов, содержащее внешний привод и вертикальный вал с закрепленной в рабочем объеме реактора погружной мешалкой, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства для подогрева субстрата, выполненные в виде, по крайней мере, двух трубопроводов, прикрепленных к силовому элементу погружной мешалки с возможностью подачи в них горячей воды через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала, причем указанный силовой элемент выполнен в форме цилиндрической спирали, размещенной на расстоянии от внутренней поверхности реактора, а трубопроводы для подачи горячей воды прикреплены с противоположных сторон к силовому элементу погружной мешалки для формирования при ее вращении объемной циркуляции субстрата.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силовой элемент погружной мешалки и трубопроводы для подачи горячей воды имеют, по преимуществу, овальное сечение и приварены друг к другу так, что большие оси сечений и точки крепления трубопроводов к силовому элементу лежат на одной прямой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силовой элемент погружной мешалки выполнен в виде трубы с отверстиями по ее длине с возможностью подачи в субстрат газа или жидкости через вращающийся коллектор по каналам внутри вертикального вала.