УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУБСТРАТА Российский патент 1997 года по МПК B01F5/10 C02F11/04 

Изобретение относится к устройствам для перемешивания жидких сред, используемых при анаэробном сбраживании отходов сельскохозяйственных животных и птицы, сточных вод и осадка, и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, коммунальном хозяйстве и микробиологической промышленности.

Известно устройство для анаэробного сбраживания, содержащее резервуар с подогревателем, трубопроводы подачи и удаления сбраживаемой массы и приспособление для перемешивания субстрата (Шаробаро И.Д. Состояние и перспективы развития биогазовых установок. Обзорная информ. /Госагропром СССР. ЦНИИТЭИ. М. 1986, с. 16, рис. 13).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, значительное потребление электроэнергии при перемешивании и наличие сальниковых уплотнений ввода вала мешалки в реактор, что может привести к утечке метана и, следовательно, не обеспечивается взрывобезопасность установки.

Наиболее близким к предлагаемому и принятым автором за прототип является устройство для перемешивания субстрата (Шаробаро И.Д. Состояние и перспективы развития биогазовых установок. Обзорная информ. /Госагропром. СССР. ЦНИИТЭИ. М. 1986, с. 8,9, рис. 6), содержащее герметичную емкость с подогревателем, трубопроводы подачи и удаления сбраживаемой массы, циркуляционный трубопровод и насос, осуществляющий перемешивание субстрата.

Недостатками устройства, как и выше описанного, являются сложность конструкции и высокая энергоемкость процесса перемешивания.

Цель изобретения упрощение конструкции и уменьшение энергозатрат.

Это достигается тем, что устройство для перемешивания субстрата снабжено герметичной емкостью с подогревателем и трубопроводами подачи сырья и удаления сброженной массы, газопроводом с редукционным клапаном и циркуляционным трубопроводом с двумя обратными клапанами, расположенными в верхней и нижней его частях, причем циркуляционный трубопровод одним концом подсоединен к нижней части герметичной емкости, а другой конец выведен в ее верхнюю часть.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для перемешивания субстрата содержит герметичную емкость 1 с подогревателем ( не указан) любого типа (тепловая рубашка, змеевик и т.п.), снабженную циркуляционным трубопроводом 3 с обратными клапанами 4 и 5, расположенными в верхней и нижней частях циркуляционного трубопровода 3, в верхней части емкости 1 установлены газопровод 6 с редукционным клапаном 2 и трубопровод подачи сырья 7, трубопровод удаления сброженной массы 8 подсоединен к нижней части емкости 1.

Устройство работает следующим образом.

Герметичную емкость 1 по трубопроводу подачи сырья 7 заполняют исходным сырьем, во время заполнения редукционный клапан 2 и обратный клапан 4 закрыты, а обратный клапан 5 открывается под действием давления столба жидкости, заполняющей емкость 1. Открытие обратного клапана 5 приводит к поступлению субстрата из емкости 1 в циркуляционный трубопровод 3. При достижении субстратом уровня "А" в емкости 1 и циркуляционном трубопроводе 3 обратный клапан 5 закрывается. В процессе анаэробного сбраживания субстрата выделяется биогаз в количестве 0,6-0,8 м³ на 1 кг сухого органического вещества, который скапливается в верхней части емкости 1. Биогаз, выделяющийся из субстрата, находящегося в циркуляционном трубопроводе 3, поступает по газопроводу 6 к потребителю. По мере накопления биогаза в верхней части емкости 1, в последней создается избыточное давление, вследствие чего происходит открытие обратного клапана 5 и субстрат из емкости 1 поступает в циркуляционный трубопровод 3. При достижении субстратом уровня "Б" в циркуляционном трубопроводе 3, давление в емкости 1 возрастает до величины, открывающей редукционный клапан 2. При открытии редукционного клапана 2 биогаз из верхней части емкости 1 поступает по газопроводу 6 к потребителю. При этом давление в емкости 1 падает, что приводит к превышению давления столба жидкости в верхней части циркуляционного трубопровода 3 над давлением в емкости 1. Вследствие этого обратный клапан 4 открывается и часть субстрата, расположенного выше обратного клапана 4, поступает в емкость 1, осуществляя при этом процесс перемешивания. Когда субстрат в циркуляционном трубопроводе 3 достигнет уровня "В", редукционный клапан 2 и обратный клапан 4 закрываются. Цикл повторяется. При завершении процесса анаэробного сбраживания, сбродивший субстрат удаляется по трубопроводу 8.

Изобретение отличается простотой конструкции и отсутствием внешних энергозатрат, идущих на процесс перемешивания. В отличие от прототипа и известных устройств предлагаемое устройство для перемешивания субстрата содержит газопровод с редукционным клапаном и циркуляционный трубопровод с двумя обратными клапанами, что позволяет отказаться от оборудования прототипа, предназначенного для проведения процесса перемешивания: насоса, редуктора (редуктор необходим для обеспечения скорости движения субстрата не выше 0,5 м), электродвигателя, пускового оборудования и автоматического устройства для работы перекачивающего насоса в автоматическом режиме, что значительно упрощает установку.

Процесс перемешивания субстрата в предлагаемой установке осуществляется за счет разницы в давлениях, в емкости и циркуляционном трубопроводе, создаваемой выделяющимся при брожении биогазом, что позволяет полностью отказаться от внешних энергозатрат, идущих на процесс перемешивания.

Пример зависимости кратности перемешивания от скорости газовыделения приведен в таблице.

Данные приведены для биогазовой установки с полезным объемом 100 м³; отношение объема газовой камеры к полезному объему составляет 1/20; диаметр циркуляционного трубопровода 400 мм; расстояние между уровнями "Б" и "В" 2 м; верхняя граница срабатывания редукционного клапана 130 кПа, нижняя 110 кПа.

Учитывая, что кратность перемешивания в предлагаемой установке зависит от диаметра верхней части циркуляционного трубопровода (задается конструктивно) и разницы Δp в давлениях верхней и нижней границы срабатывания редукционного клапана (является регулируемой величиной), то изменяя величину Δp, можно достигать желаемой кратности перемешивания, тем самым регулировать эффективность перемешивания.

Очевидны преимущества изобретения по сравнению с прототипом:
простота конструкции, которая не требует насоса, редуктора, соединительной муфты, электродвигателя, пускового оборудования и автоматического устройства;
установка не требует подвода электросети (в случае подогрева субстрата за счет биогаза);
конструкция содержит сборочные единицы более простые в изготовлении и менее притязательные в обслуживании;
устройство позволяет полностью отказаться от внешних энергозатрат, идущих на процесс перемешивания.

Экономическая эффективность от использования изобретения заключается в том, что снижается стоимость установки, снижаются эксплуатационные издержки, ожидаемая экономическая эффективность от использования одной установки с полезным объемом 100 м³ составит от 10 млн. рублей в год (при сложившихся ценах в августе 1994).

Использование: для перемешивания жидких сред, используемых при анаэробном сбраживании отходов сельскохозяйственных животных и птицы, сточных вод и осадка. Сущность изобретения: устройство для перемешивания субстрата содержит герметичную емкость с подогревателем любого типа (тепловая рубашка, змеевик и т.п.), снабженную циркуляционным трубопроводом с обратными клапанами, расположенными в его верхней и нижней частях. В верхней части емкости установлены газопровод с редукционным клапаном и трубопровод подачи сырья, трубопровод удаления сброженной массы подсоединен к нижней части емкости. Процесс перемешивания субстрата в предлагаемой установке осуществляется за счет разницы в давлениях в емкости и циркуляционном трубопроводе, создаваемой выделяющимся при брожении биогазом, что позволяет полностью отказаться от внешних энергозатрат, идущих на процесс перемешивания. 1 ил., 1 табл.

Устройство для перемешивания субстрата, содержащее герметичную емкость с подогревателем, трубопроводы подачи сырья и удаления сброженной массы, газопровод, циркуляционный трубопровод, отличающееся тем, что циркуляционный трубопровод снабжен двумя обратными клапанами, расположенными в верхней и нижней части, а газопровод снабжен редукционным клапаном, причем циркуляционный трубопровод одним концом подсоединен к нижней части герметичной емкости, а другой конец выведен в ее верхнюю часть.