Геліоустановка для одержання біогазу

Реферат: UA 90616 U UA 90616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області використання органічних відходів сільськогосподарського виробництва, тваринницького виробництва, м'ясо-молочної промисловості та ін. промисловостей. Відома безперервно діюча анаеробна установка системи Шмідта - Егерглюса, що включає циліндричну камеру шумування, по центрі якої встановлена телескопічна труба з гідронасадкою, насос для перекачування гною, змішувач, газгольдер низького тиску, навозохранилище й автоклав (див. книгу Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеєва С.Д. Біогаз: Проблеми й рішення. Біотехнологія. //Підсумки науки й техніки: ВИНИТИ АН СРСР. - М., 1988г., т.21, с. 75-77). До конструктивних недоліків відомої установки належить те, що виконання пристрою для перемішування і нагрівання біомаси може привести до порушення герметичності газового ковпака і витоку метану, а у випадку проскакування іскри - до вибуху самого пристрою. Відсутність подрібнюючого пристрою неминуче призведе до частого забивання гідронасадки, а розгалужена мережа трубопроводів із запірними арматурами ускладнює експлуатацію установки. Відома також біогазова установка системи "Дармштадт", що містить розташований під землею реактор з вузлами завантаження і вивантаження, горизонтальну мішалку із приводом і збірник газу (див. книгу Калюжного С.В., Пузанкова А.Г., Варфоломеєва С.Д. Біогаз: Проблеми й рішення. Біотехнологія. //Підсумки й техніки: ВИНИТИ АН СРСР. - М, 1988 г., т. 21, с. 74-75). При зброджуванні необхідно підтримувати рівень біомаси в реакторі постійним. У противному випадку робота реактора буде малоефективною: при підвищенні рівня свіжий гній, що має меншу питому вагу, у процесі завантаження не надійде в реакційну зону, а при зниженні рівня біогазу, що виділяється, буде прориватися через вузол завантаження в атмосферу. Процес зброджування здійснюється в повному об'ємі реактора. У момент розвантаження за рахунок усереднення біомаси по довжині бродильної ємності з реактора видаляється разом зі забродженою масою свіжий і частково перероблений гній. Втрата навіть незначної кількості вихідної сировини приводить до зниження швидкості біометаногенезу. Крім того, конструкція мішалки не запобігає утворенню застійних зон, що приводять до коркоутворення, збільшення витрат енергії на її руйнування й зниження інтенсивності утворення газу. Як прототип прийнята "Біогазова установка" по патенту України № 12179, МПК C02F 11/04, опубл. в Бюл. № 1, 2006 p., що містить резервуар з вхідним і вихідним патрубками, газовий ковпак, встановлений в резервуарі з можливістю вертикального переміщення і обертального руху, патрубок для виходу газу, газовий ковпак містить люки з герметичними кришками і встановлені під ними бездонні шахти, які у верхній частині виконані по периметру суцільними і щільно з'єднані з газовим ковпаком, а нижні частини шахт виконані у вигляді вертикальних напрямних, в яких розташовані плавучі проникні контейнери, при цьому верхня суцільна частина бездонних шахт виконана звуженою доверху. Недоліками прототипу є: - періодичність дії і низька продуктивність установки із-за недосконалості вузлів її завантажування і розвантажування; - відсутність вузла регулювання біомаси; - необхідність додаткових затрат електроенергії. В основу корисної моделі поставлена задача економія енергії, підвищення продуктивності установки і удосконалення її конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що геліоустановка для одержання біогазу утримує герметично, вертикально установлену циліндричну ємність з жорстко закріпленою до неї у відповідному вирізі напівциліндричною приставкою з кришкою, стінка якої нижньою частиною нахилена в сторону вертикальної осі, забезпеченої патрубком великого діаметра, нахиленого паралельно стінці, з люком, який герметично закривається, термометром, днище якої від стінки нахилене вниз від горизонтальної осі в сторону отвору вихідного патрубка, обладнаного корковим краном, при цьому зовнішня сторона стінок і днища забезпечені теплоізоляційним шаром, а кришка приставки жорстко з'єднана з горизонтально установленою шайбоподібною кришкою ємності з отворами, через які проходять кінці горизонтально установленого під нею змійовика, які жорстко і герметично приєднані до відповідних кінців конусного змійовика, який жорстко закріплений до металевої пластини конусної форми з внутрішньої сторони з проміжком до паралельно, центрально і жорстко закріплено знизу до внутрішньої сторони шайбоподібної кришки, прозора для сонячних промінів конусна оболонка, а зверху вона закріплена верхньою кришкою з центральним вихідним патрубком, забезпеченим корковим краном і манометром в межах верхньої зрізаної конусної оболонки. 1 UA 90616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ознаки, які співпадають з прототипом у геліоустановки для одержання біогазу наступні: вертикально установлена герметична ємність з вхідним і вихідним патрубками, теплообмінник і патрубок з запірно-роздавальною арматурою для відведення біогазу. Конструктивні рішення геліоустановки для одержання біогазу забезпечують ряд переваг і суттєвих відмінностей у порівнянні з прототипом, основними з яких є: 1. Заміна ознаки іншою, що свідчить про суттєві відмінності: теплоносій прототипу, який живиться від зовнішнього джерела енергії замінений на теплоносій, який використовує альтернативне поновлювальне джерело енергії - сонячне випромінювання, конструкція вузла якого описана вище. Таке технічне рішення змінило і спростило технічні вузли завантаження і розвантаження ємності. 2. Часткова заміна ознак, що теж указує на наявність суттєвих відмінностей: вхідні і вихідні патрубки складної конструкції у прототипі замінені на один патрубок великого діаметра з герметизуючим його люком. 3. Враховуючи пп. 1 і 2 конструктивне рішення геліоустановки для одержання біогазу забезпечує нове взаємоположення ознак та нові зв'язки і взаємодії між ознаками. Суть корисної моделі пояснює креслення. На фігурі 1 геліоустановка для одержання біогазу приведена в перерізі. На фігурі 2 - вид зверху. Геліоустановка для одержання біогазу утримує герметичну, вертикально установлену циліндричну ємність 1 з жорстко закріпленою до неї у відповідному вирізі 2 напівциліндричною приставкою 3 з кришкою 4, стінка 5 якої нижньою частиною нахилена в сторону вертикальної осі, забезпеченої патрубком 6 великого діаметра, нахиленим паралельно до стінки 5, з люком 7, який герметично закривається, термометром 8, днище 9 якої від стінки 5 нахилене від горизонтальної осі вниз в сторону отвору 10 вихідного патрубка 11, обладнаного корковим краном 12, при цьому зовнішня сторона стінки 1 і 5 та днища 9 забезпечені теплоізоляційним шаром 13, а кришка 4 приставки жорстко з'єднана з горизонтально установленою шайбоподібною кришкою 14 ємності з отворами 15 і 16, через які проходять кінці горизонтально установленого під нею змійовика 17, які жорстко і герметично приєднані до відповідних кінців конусного змійовика 18, який жорстко закріплений до металевої пластини 19 (мідної чи алюмінієвої) конусної форми з внутрішньої сторони з проміжком до паралельно, центрально і жорстко закріплено знизу до внутрішньої сторони шайбоподібної кришки 14 металевої конусної оболонки 20, зовнішня сторона якої покрита селективним шаром 21 чорного кольору, а паралельно до неї з проміжком герметично і центрально закріплена знизу до шайбоподібної кришки 14 прозора, для сонячних променів, конусна оболонка 22, а зверху вони закріплені верхньою кришкою 23 з центральним вихідним патрубком 24, забезпеченим корковим краном 25 і манометром 26 в межах верхньої зрізаної частини конусної оболонки 20. Геліоустановка для одержання біогазу працює таким чином. При закритих коркових кранах 12 і 25, заповнених змійовиків 17 і 18 рідиною, яка в процесі циркуляції виконує роль теплоносія, та відкритому люку 7 в ємність подають ті чи інші рослинного чи тваринного походження відходи виробництва, термін бродіння яких орієнтовно, однаковий. Відходи завантажуються пошарово з різною фракцією з анаеробними мікроорганізмами. В подальшому поповненню ємності органічними відходами такий метод введення мікроорганізмів замінюється пошаровим зволожуванням. Після заповнення ємності герметизується люк 7 і починається процес зброджування органічних відходів. Сам процес утворення газу це так зване метанове бродіння. Його суть полягає в анаеробному бродінні (без доступу повітря), яке відбувається внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів і супроводжується рядом біохімічних реакцій. Власне сам процес утворення газу (біогазу) складається з двох етапів: перший - розщеплення мікроорганізмів біополімерів до мономерів, другий - переробка мономерних біомолекул мікроорганізмами. Перша стадія досить енергетично невигідний процес, в її результаті вивільняється замало вільної енергії, якою могли б живитися мікроорганізми, тому для успішного проходження даного етапу потрібно підтримувати умови для успішного розвитку мікрофлори. Другий етап - процес окиснення утворених мономерних молекул, звичайний природний окисно-відновний процес. Але за умов відсутності стандартного окисника даного процесу (кисню повітря) відбувається диспропорціонування за ступенями окиснення присутніх в молекулах атомів (сірка, азот та карбон). В результаті чого ми отримуємо бажаний метан (СН 4), та газидомішки. До патрубку 24 до споживача подають біогаз частковим або повним відкриттям коркового крана 25 унінсифікація процесів бродіння біомаси і виділення біогазу забезпечується нагрівом її з використанням сонячного випромінювання. 2 UA 90616 U 5 10 15 20 Промені сонячної радіації проходять через прозору оболонку 22 конусної форми, що сприяє її опромінювання протягом дня. Попадаючи на конусну оболонку 19, покриту чорним селективним шаром 21, сонячні промені переходять у теплову енергію, нагрівають оболонку 19, спіраль 18, нагріта рідина (наприклад, вода) при циркуляції надходить в спіраль 17, яка це тепло передає біомасі. Таке конструктивне рішення не має втрат теплової енергії, так як нагріта оболонка 19, випромінюючи теплові промені в сторону прозорої оболонки 22, по фізичних законах не може пройти через неї, а відбивається, що сприяє створенню так званого "парникового ефекту". Термометр 8 розміщений у зоні, яка не піддається різким змінам температури, і служить відносній оцінці режиму роботи установки. Зона найбільш різких температурних коливань, над спіраллю 17, необхідна для руйнування кірки, яка може утворюватися на поверхні біомаси і затримувати вільне проходження біогазу на поверхню. За допомогою манометра 26 визначають інтенсивність виділення біогазу. При високому тиску в ємності, надлишковий біогаз подають в резервну ємність (не показана). Падіння тиску в ємності свідчить про те, що біомаса заброджена і потребує заміни. Заміна біомаси в ємності 0,5-0,7 об'єму здійснюється таким чином. При відкритому корковому крані 25 відсутності тиску в ємності відкривають люк 7 і в патрубок 6 заливають шар води як водяний замок. Далі відкривають корковий кран 12 вихідного патрубка 11 і одночасно завантажують в патрубок 6 органічні відходи, чергуючи їх з водою. Після завантаження ємності 1 біомасою, герметизують люк 7 і закривають корковий кран 12 і процес роботи установки повторюється. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Геліоустановка для одержання біогазу, що містить вертикально установлену герметичну ємність з вхідним і вихідним патрубками, герметичні кришки, теплообмінник і патрубок, з відведення біогазу, яка відрізняється тим, що вона утримує герметичну, вертикально установлену циліндричну ємність з жорстко закріпленою до неї у відповідному вирізі напівциліндричною приставкою з кришкою, стінка якої нижньою частиною нахилена в сторону вертикальної осі, забезпеченої патрубком великого діаметра, нахиленим паралельно до стінки, з люком, який герметично закривається, термометром, днище якої від стінки нахилене від горизонтальної осі вниз в сторону отвору вихідного патрубка, обладнаного корковим краном, при цьому зовнішня сторона стінок та днища забезпечені теплоізоляційним шаром, а кришка приставки жорстко з'єднана горизонтально установленою шайбоподібною кришкою ємності з отворами, через які проходять кінці горизонтально установленого під нею змійовика, які жорстко і герметично приєднані до відповідних кінців конусного змійовика, який жорстко закріплений до металевої пластини (мідної чи алюмінієвої) конусної форми внутрішньої сторони з проміжком до паралельно, центрально і жорстко закріплено знизу до внутрішньої сторони шайбоподібної кришки металевої конусної оболонки, зовнішня сторона якої покрита селективним шаром чорного кольору, а паралельно до неї з проміжком герметично і центрально закріплена знизу до шайбоподібної кришки прозора, для сонячних променів, конусна оболонка, а зверху вони закріплені верхньою кришкою з центральним вихідним патрубком, забезпеченим корковим краном і манометром в межах верхньої зрізаної частини конусної оболонки. 3 UA 90616 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4