Реактор біогазової установки

Изобретение относится к реакторам биогазовых установок с перемешивающим устройством и может быть использовано в двухступенчатых установках для анаэробного сбраживания отходов биомассы в сельском и коммунальном хозяйствах, а также в пищевой промышленности. Известен реактор, содержащий цилиндрический резервуар с прикрепленными к нему внутри винтовыми ребрами и образующими многозаходную резьбу с большим шагом, газовый колокол, по оси которого вмонтирована загрузочно-разгрузочная труба, к ней прикреплены лопасти со щетками из гибкого теплопроводящего материала [авт. св. СССР №1655914, кл. С 02 F 1/04,1991]. Недостатками такого устройства являются: 1. Присутствие вращающихся элементов, требующее особо сложной системы герметизации. 2. Необходимость в сложном приводе. 3. Необходимость центровки движения колокола. 4. Наличие в реакторе застойных зон. 5. Распространение вновь поступающих порций биомассы по всему объему. Этих недостатков лишен известный реактор двухступенчатой установки для анаэробного сбраживания биомассы, в котором перемешивающее устройство выполнено возвратно-поступальным. Известный реактор двухступенчатой установки для анаэробного сбраживания биомассы содержит герметичный цилиндрический резервуар с теплообменником, подводящими и отводящими биомассу трубопроводами и трубопровод отбора газа. Возвратно-поступательное перемешивающее устройство содержит вертикальный вал, к которому укреплены ярусы, состоящие из радиально расположенных лопастей, плоская поверхность которых параллельна горизонтальной плоскости. В реакторе имеются специальные листы с отверстиями, установленные на различных уровнях для обеспечения хорошего перемешивания. В качестве привода использована специальная гидравлическая система [Двухступенчатая биогазовая установка Швартинг. Проспекты фирмы Швартинг, ФРГ, 1986]. Этот реактор двухступенчатой установки для анаэробного сбраживания биомассы с перемешивающим устройством наиболее близок предлагаемому по технической сущности. Недостатками такого реактора являются следующие: 1. Недостаточно эффективное перемешивание, происходящее только в вертикальном направлении и совсем незначительное в остальных направлениях, что снижает скорость разложения биомассы и выход метана. 2. Необходимость усложнения конструкции из-за размещения на различных уровнях специальных листов с отверстиями, 3. Деформация горизонтальных лопастей при движении в вязкой жидкости под действием изгибающих сил и вызванная этим необходимость изготовления лопастей из более толстого материала. 4. Недостаточное иммобилизующие условия и отсутствие очистки внутренних боковых стенок резервуара от наслоений. Задачей заявляемого технического решения является повышение производительности за счет более полного сбраживания сырья при оптимальном его перемешивании, а также надежности работы установки метанового сбраживания. Технический результат обеспечивается тем, что в реакторе биогазовой установки, содержащем герметичный цилиндрический резервуар с теплообменником, подводящий и отводящий биомассу трубопроводы, трубопровод отбора газа, возвратно-поступательное перемешивающее устройство, вокруг вертикального вала которого укреплены равномерно на разных уровнях ярусы, состоящие из радикально расположенных лопастей, согласно изобретению, радикально расположенные лопасти каждого яруса наклонены под углом к горизонтальной плоскости, а периферии соединены между собой ободом, количество ярусов четное, лопасти двух смежных по высоте ярусов наклонены зеркально друг другу по отношению к горизонтальной плоскости. Радикально расположенные лопасти могут быть выполнены таким образом, что в месте крепления к валу они составляют угол 30-40°, а в месте крепления к ободу - 50-60° с вертикальной плоскостью. Целесообразно по всей наружной поверхности обода укрепить щетки из гибкого теплопроводящего материала, например из стальной пружинной проволоки. Размещение радикально расположенных лопастей под углом к горизонтальной плоскости обеспечивает наиболее рациональное перемешивание биомассы, т.к. оно происходит не только в вертикальном направлении, но и в горизонтальном, что играет важную роль в ускорении метанообразования. Такие особенности конструкторского выполнения устройств, как наличие четного количества ярусов, наклон лопастей двух смежных по высоте ярусов зеркально друг другу и соединение лопастей по периферии между собой ободом, позволяют предотвратить возникновение вращающего момента путем уравновешивания всех сил, вызывающих крутящий момент. Размещение радикально расположенных лопастей с наклоном 30-40° и 50-60° в местах их крепления ускоряет процесс метанообразования, т.к. оптимизирует процесс перемещения биомассы, происходящий практически во всех направлениях. Укрепление по всей наружной поверхности обода каждого яруса щеток, играющих роль иммобилизующих поверхностей и очистителей боковых поверхностей от осадка, дополнительно способствует ускорению метанообразования. Совокупность признаков заявляемого предложения, отличных от прототипа, в известных науке и технике решениях не выявлена. Выполнение щеток из гибкого теплопроводящего материала известно из авт.св. СССР №1655914, кл. С 02 F 11/04, 1991. Однако, при их внедрении в указанной связи с остальными элементами, размещая по всей поверхности обода, они приводят к дополнительному повышению метанообразования. На фиг.1 изображен общий вид реактора биогазовой установки; на фиг.2 - то же, сечение по А-А; на фиг.3 - то же, сечение по Б-Б; на фиг.4 - пример выполнения лопасти, сечение. Реактор биргазовой установки содержит герметичный цилиндрический резервуар 1 с теплообменником 2, подводящие и отводящие биомассу трубопроводы 3, 4 соответственно, трубопровод 5 отбора газа, возвратно-поступательное перемешивающее устройство, вокруг центрального вертикального вала 6 которого расположено четное количество укрепленных на различных уровнях ярусов. Каждый ярус состоит из радиально расположенных наклонных лопастей 7, 8, обода 9 и щеток 10. Наклонные лопасти 7, 8 крепятся одним концом к центральному валу 6, с помощью муфты (например, под углом 30°), а на периферии лопасти 7, 8 каждого яруса соединены между собой ободом 9. к которому крепятся также под углом (например, под углом 50°), причем лопасти 7 наклонены в одну сторону, а лопасти 8 смежного по высоте яруса крепятся зеркально наклоненными по отношению к лопастям 7 (см. фиг.3). К наружной поверхности обода 9 крепятся щетки 10 из гибкого тепло-проводящего материала, например из стальной пружинной проволоки, так, что они касаются внутренней поверхности резервуара 1. К концу вертикального вала 6 крепится ворошитель 12, а к верхней части на уровне поверхности сбраживания биомассы прикреплен корколоматель 13. Реактор биогазовой установки работает следующим образом. Биомассу подают в герметичный цилиндрический резервуар 1 через подводящий трубопровод 3. Теплообменный 2 обеспечивает необходимую температуру биомассы. Затем приводится в возвратнопоступательное движение перемешивающее устройство вдоль оси с определенной амплитудой. Лопасти 7, 8, благодаря их наклону к горизонтальной плоскости, обеспечивают зональное перемешивание необходимой интенсивности во всех направлениях, не допуская резкого перемешивания вновь посту-пившей биомассы в нижнюю часть с созревшей биомассой в верхней части. Наиболее плотные слои биомассы, выпавшие β осадок, перемешиваются ворошителем 12. Корколоматель 13 исключает возможность образования корки на поверхности брожения, что повышает выделение биогаза. Щетки 10 своими концами скользят по внутренней стенке цилиндрического резервуара 1 и очищают ее от осадка, образующегося в результате брожения биомассы и ухудшающего передачу тепла от теплообменника 2 к биомассе. Одновременно с этим щетки 10 иммобилизуют бактерии, а также передают часть тепла со стенок вглубь резервуара 1 бродящей массе. Биогаз, выделяющийся из бродящей массы, поднимаясь вверх, через трубопровод 5 удаляется наружу. Переработанная биомасса удаляется из реактора через трубопровод 4. В качестве привода перемешивающего устройства используют гидроцилиндр, позволяющий полностью оптимизировать процесс перемешивания как по частоте, так и по амплитуде. Применение устройства позволяет ускорить процесс брожения биомассы и тем самым интенсифицировать выход биогаза. Возвратно-поступательное перемешивающее устройство дает возможность применять надежное уплотнение вала, исключающее утечку газа. Таким образом повышается экономическая эффективность установки.