CC BY
105
УДК 66-931
РАЗРАБОТКА БИОРЕАКТОРА С БАРБОТАЖНЫМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ*
Суслов Денис Юрьевич
к.т.н., доцент кафедры Теплогазоснабжения и вентиляции Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Россия, город Белгород
Аннотация: Разработан биореактор получения биогаза, оснащенный системой перемешивания барботажного типа. Применение системы барботажного перемешивания разработанной конструкции обеспечивает равномерное перемешивание и распределение популяции бактерий и температуры по всему объему биореактора, что позволяет повысить эффективность работы биогазовой установки.
Ключевые слова: биореактор, биогаз, перемешивание, барботаж.
DEVELOPMENT OF BIOREACTOR WITH BUBBLING MIXING*
Denis Yu. Suslov
Docent Department of Gas Heating Supply and Ventilation Belgorod Shukhov State Technological University Belgorod, Russia
Abstract: The production of biogas the bioreactor equipped with a stirring system bubbling type. Application of bubble mixing developed design provides uniform mixing and distribution of the population of bacteria and the temperature of the entire volume of the bioreactor, which improves the efficiency of the biogas plant.
Keywords: bioreactor, biogas, mixing, bubbling.
Одним из способов повышения эффективности процесса получения биогаза является интенсификация тепло- и массообмена за счет интенсивного перемешивания биомассы [1, 2].
Эффективным способом перемешивания является барботаж части образующегося биогаза через слой находящейся в биореакторе биомассы [3]. Пузырьки газа, поднимаясь вверх, увлекают за собой прилегающие слои жидкой биомассы, что приводит к формированию ее восходящего потока в центральной зоне реактора. Этот поток, достигнув свободной поверхности биомассы, меняет свое направление на противоположное, в результате чего вблизи стенок реактора образуется кольцевое нисходящее течение. Таким образом, восходящий поток пузырей барботирующего биогаза вызывает циркуляцию биомассы в меридиальных сечениях реактора, что приводит к ее перемешиванию.
Барботажное перемешивание биомассы имеет ряд существенных преимуществ перед широко используемым механическим способом перемешивания с помощью мешалок [4]:
- простота конструкции, отсутствие движущихся механических частей и как следствие -высокая эксплуатационная надежность;
- при барботаже многократно возрастает поверхность раздела жидкой и дисперсной -пузырьковой фаз, что улучшает условия дегазации биомассы и способствует увеличению выхода биогаза.
- при барботаже частицы органического материала переносятся не только потоками жидкой фазы, но также поднимаются (флотируются) в верхнюю зону реактора в результате их прилипания к пузырькам биогаза;
- барботажное перемешивание является безкантактным и малоинтенсивным процессом, не оказывающим губительного гидродинамического и кавитационного воздействия на микрофлору.
Установлено, что при одном и том же расходе барботирующегося газа качество перемешивания определяется конструктивными особенностями газораспределителя -барботера. В частности, важным параметром эффективного перемешивания, является равномерность распределения потока барботирующего газа по сечению реактора. Известно, что такое распределение газа может быть достигнуто с помощью трубы с отверстием, изогнутой в виде плоской спирали [5].
Нами разработан биореактор оригинальной конструкции, предназначенный для получения биогаза при переработке органических отходов (рис. 1). Новизна данного биореактора заключается в применении системы перемешивания барботажного типа [6].
Рис. 1. Биореактор с барботажным перемешиванием Биореактор для получения биогаза содержит трубопровод для подачи производимого биогаза, трубопровод подачи биогаза в устройство перемешивания барботажного типа, расположенное в нижней части биореактора и выполненное в виде газораспределителя с равномерно расположенными отверстиями. Газораспределитель выполнен из трубы, изогнутой в виде вертикальной спирали в форме конуса, обращенного основанием вниз.
Выполнение газораспределителя из трубы, изогнутой в виде вертикальной спирали в форме конуса, обращенного основанием вниз, обеспечивает равномерность распределения выходящего биогаза в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Это позволяет уменьшить слияние всплывающих пузырей и увеличить площадь поверхности контакта газообразной фазы биогаза и жидкой фазы биомассы, вследствие чего пузыри биогаза увлекают за собой и равномерно распределяют больший объем биомассы. Это способствует повышению эффективности и интенсивности процесса перемешивания биомассы.
Можно сделать вывод, что применение системы перемешивания барботажного типа разработанной конструкции обеспечивает равномерное перемешивание и распределение популяции бактерий и температуры по всему объему биореактора, что позволяет повысить эффективность работы биогазовой установки.
*Работа выполнена в рамках реализации стипендии Президента Российской Федерации СП -1716.2015.1.
Список литературы:
1. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки / перевод с нем. компании «Zorg Biogas»: 2008. 268 с.
2. Karim K., Klasson K. T., Hoffmann R., Drescher S. R., DePaoli D. W., and Al-Dahhan M. H., 2005. Anaerobic digestion of animal waste: Effect of mixing. Bioresource Technology, 96(14): 16071612.
3. Тур А.А. Научные основы расчета основных и вспомогательных барботажных реакторов технологических блоков: автореф. дис...док. техн. наук: 05.17.08 / Тур Анатолий Александрович. - Ангарск, 2006. - 40с.
4. Шаптала В.Г., Шаптала В.В., Суслов Д.Ю. Вопросы моделирования и расчета барботажных реакторов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №5. С. 189-192.
5. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. -М.: Химия, 1981. - 812 с., ил.
6. Патент РФ №144613 Суслов Д.Ю., Кущев Л.А. Устройство для получения биогаза при анаэробной переработке органических отходов // Патент на полезную модель 2013131844/10 Опубликовано: 28.07.2014 Бюл. № 24.
