УСТАНОВКА ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗОТХОДОВ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/00 C02F3/00 C02F11/04 

Изобретение относится к технике переработки сельхозотходов /СХО/ и может быть использовано на предприятиях АПК, например на птицефабриках /ПФ/ с клеточным содержанием птицы и с гидросмывом и гидросплавом помета с выработкой в качестве товарного продукта уксусной кислоты /ацетата/ и белково-витаминной добавки /БВД/.

Известна установка переработки СХО, включающая источник СХО, например ПФ, сообщенную со сборником СХО и с метантенком из камер: форкамеры и камеры кислого брожения, форкамеры и камеры регрессии кислого брожения, снабженных диспергатором в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк установлен в помещении, на перекрытии которого размещен твердофазный ферментатор с каналами для подвода воздуха, сообщенными с нагнетателем, выполненным с покрытием, например пленкой, под которой установлен ороситель, сообщенный по шламу с камерой регрессии кислого брожения, в свою очередь сообщенной по бражке с ферментатором, включающим корпус с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, с размещенной на них иммобилизационной насадкой, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами и патрубками подвода в них биогаза в смеси с воздухом от нагнетателя со смесителем, а нижняя секция ферментатора сообщена с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ и по биомассе с дезинтегратором и по дезинтегратору с верхней секцией ферментатора /патент США N 4.022.665, 1977/, в которой не предусматривается выработка ацетата и БВД, что снижает эффективность работы установки.

Известна ректификационная колонна /РК/, включающая корпус с ППП, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем корпус выполнен из верхней укрепляющей и нижней исчерпывающей частей, укрепляющая часть сообщена с дефлегматором и по флегме через гидравлический затвор с верхней секцией укрепляющей части РК, а нижняя секция сообщена с теплообменником, а средняя часть РК через гидравлический затвор сообщена с источником перегонки /с. 298, рис. 7-1, К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков, Примеры и задачи", Л-д, "Химия", 1976/, использование которой в установке переработки СХО позволяет получить дополнительный товарный продукт - ацетат.

Использование ранее известных устройств в новой совокупности существенных признаков позволяет повысить эффективность работы установки переработки СХО.

Цель изобретения - повышение эффективности работы установки переработки СХО достигается тем, что камера регрессии кислого брожения сообщена с кислотной камерой и через ЦМФ и гидравлический затвор со средней частью РК, а ЦМФ ферментатора по избыточной биомассе аэробов через дезинтегратор сообщен с ленточным пресс-фильтром /ЛПФ/ и с сушилкой БВД.

На чертеже схематически показана установка переработки СХО, включающая источник СХО, например ПФ 1, сообщенную по помету гидросмыва и гидросплава со сборником 2 СХО и по субстрату с метантенком 3 из камер: форкамеры 4 и камеры 5 кислого брожения, форкамеры 6 и камеры 7 регрессии кислого брожения, снабженных диспергаторами 8 в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора 9 и корпуса 10, причем метантенк 3 установлен в помещении 11, на перекрытии 12 которого размещен ТФФ 13 с каналами 14 для подвода воздуха, сообщенными с нагнетателями 15, причем ТФФ 13 выполнено с покрытием 16, например пленкой, под которой установлен ороситель 17, сообщенный по шламу с камерой 7 регрессии кислого брожения, в свою очередь сообщенной по бражке с ферментатором 18, включающим корпус 19 с ППП 20, с размещенной на них иммобилизационной насадкой 21, образующими секции 22, сообщенные друг с другом переливными трубами 23 и патрубками 24 подвода в них биогаза в смеси с воздухом от нагнетателя 25 через смесители 26, а нижняя секция 22 ферментатора 18 сообщена с ЦМФ 27 и по биомассе аэробов с дезинтегратором 28 и по дезинтегратору с верхней секцией 22 ферментатора 18. Камера 7 регрессии кислого брожения сообщена с кислотной камерой 29 и через ЦМФ 30 и гидравлический затвор 30а со средней частью РК 31, включающую корпус 32 с ППП 33, образующими секции 34, сообщенные друг с другом переливными трубами 35, причем корпус 32 выполнен из верхней укрепляющей 36 и нижней 37 исчерпывающей частей, укрепляющая часть 36 сообщена с дефлегматором 38 и по флегме через гидравлический затвор 39 с верхней секцией 34 укрепляющей 36 части РК 31, а нижняя секция 34 сообщена с теплообменником 40, а средняя часть РК 31 через гидравлический затвор 30а через ЦМФ 30 с кислотной камерой 29. ЦМФ 27 ферментатора 18 через дезинтегратор 28 по избыточной биомассе аэробов сообщена с ЛПФ 41 и сушилкой 42 БВД. ТФФ 23 сообщен питателем 43 со сборником 2, а нижняя секция 34, исчерпывающая часть 37 РК 31, сообщена со сборником 44 ацетата.

Установка переработки СХО работает следующим образом.

Птичий пометок из ПФ гидросмывом и гидросплавом поступает из ПФ 1 в сборник 2 для корректировки его по азоту из условия C : N = 20 : 1 за счет ввода углерода в виде компоста из ТФФ 13, в котором складируются пожнивные остатки, опилки древесины лиственных пород. В условиях аэрации из нагнетателя 25 по каналам 14 в ТФФ 13 при обсеменении микрофлорой шлама из оросителя 17 происходит деградация целлюлозы до клетчатки с переводом в гексозные и пентозные сахара глюкозы - C₆H₁₂O₆. При аэробной деградации целлюлозы загрузки ТФФ 13 выделяется тепло и температура в нем под покрытием, например, пленкой 16 повышается до 70-80^oC. Через перекрытие 12 тепло передается в помещение 11, в котором установлен метантенк 3, в который поступает субстрат из сборника 2. В форкамере 4 и в камере 5 кислого брожения происходит гидролиз углеводо-, жиро-, белковоподобных компонентов субстрата
Углеводы + H₂O ---> 3CO₂ + 3CH₄
Жиры + H₂O ---> CO₂ + 2CH₄
Белки + H₂O ---> 2CH₄ + CO + H₂S + NH₃ + CO₂
Компоненты гидролиза являются составными частями образования в камере 5 спиртов /этилового, метилового, бутилового и т.д./. Сбраживание осуществляют в термофильном режиме при температуре 53^oC, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки, с использованием для термостатирования диспергатора 8, в котором за счет пульсации напоров между уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора 9 и корпуса 10 происходит выделение тепла, с отключением привода ротора 9 диспергатора 8 от реле температуры /на чертеже не показаны/. В метантенке 3 1/5 объема занимает газовая полость, в которой собираются газовые и паровые компоненты брожения. При брожении микрофлора образует вокруг взвесей парогазовые оболочки, флотирующие их в верхнюю часть метантенка 3, препятствующие глубокой деградации взвесей. Для разрушения оболочек и взвесей субстрат рециркулируют из верхней части в нижнюю через диспергаторы 8. В форкамере 6 и камере 7 кислого брожения гидролиз клетчатки приводит к образованию кислот, например
3C₆H₁₀O₅ + 3H₂O ---> 3CH₂COOH + 2C₃H₇COOH + 4CO₂ + 4H₂,
первая уксусная, вторая масляная
Образованию уксусной кислоты способствует разложение спиртов, например этилового
2C₂H₅OH + CO₂ ---> 2CH₃COOH + CH₄
Уксусная кислота образуется синтезом
CO₂ + CH₄ ---> CH₃COOH
2CO₂ + 2H₂O ---> CH₃COOH + 2O₂
2CO₂ + 4H₂ ---> CH₃COOH + 2H₂O.

Субстрат из камеры 7 регрессии кислого брожения поступает в кислотную камеру 29, в которой температура снижается до 48^oC, что способствует стабилизации кислотности среды.

В ЦМФ 30 на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электрического тока, осуществляют отделение взвесей и бражку подвергают перегонке в РК 32, состоящей из верхней укрепляющей части 36 и нижней исчерпывающей 37. Бражку вводят в среднюю часть РК 32 через гидравлический затвор 30а. Температура кипения уксусной кислоты 118,1^oC и она хуже испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с водой. Бражка перемещается сверху вниз по переливным трубам 35, а пары проходят через ППП 33 снизу вверх. Тепло, необходимое для испарения жидкости, подводится с водяным паром в теплообменник 40. Пары воды из секции 34 отводят в дефлегматор 38, в котором происходит их частичная конденсация и конденсат через гидравлический затвор 39 возвращают на орошение РК 32. Этот конденсат называют флегмой. Уксусную кислоту в качестве товарного продукта отводят для дальнейшей переработки в сборник 44. Бражку из камеры 7 регрессии кислого брожения подщелачивают вводом гидрата окиси аммония и двууглекислого аммония и направляют на утилизацию в ферментатор 18. Нагнетателем 25 на утилизацию направляют биогаз, который смешивают в смесителях 26 с воздухом. Бражка перемещается сверху вниз по переливным трубам 23, а биогаз в смеси с воздухом борбатирует через ППП 20 и слой иммобилизационной насадки 21. Для иммобилизации /прилипания/ микрофлоры аэробов используют пористые материалы /керамзит, перлит, пемзу, туф, модифицированный цеолит/ с большой удельной поверхностью. В ферментаторе 18 происходит исчерпывание биогенных компонентов питания бражки и биогаза с наращиванием биомассы микроорганизмов - аэробов. За счет иммобилизации /прилипания/ в планке насадки 21 популяционно происходит развитие продуктивных особей микроорганизмов - автоселекция, а непродуктивные отмирают и выносятся из насадки потоком субстрата. В микрофлоре вырабатывается способность использовать продукты жизнедеятельности /метаболиты/ микрофлоры насадки 21 вышележащих секций 22 микрофлорой насадки 21 нижележащих секций 22, т.е. сукцессия. По результатам автоселекции и сукцессии происходит очистка воды до технологических кондиций и ее можно использовать в обороте гидросмыва и гидросплава помета. Воду отделяют в ЦМФ 27 на нежесткой фильтровальной перегородке, а биомассу аэробов дезинтегрируют. Биомасса содержит до 45% углерода, 11% азота и 5% фосфора, и ее возвращают в качестве биогенных элементов питания в ферментатор 18, а избыточный дезинтеграт обезвоживают на ЛПФ 41 и после термической обработки используют в качестве БВД, содержащей до 50% белка. Дезинтеграция микрофлоры аэробов, сопровождающаяся разрушением оболочек, делает доступным для усвоения нуклеиновые кислоты, ферменты, микроэлементы, витамины, биостимуляторы. При расходе БВД 1 грамм на 1 кг живого веса животных и птицы сокращается расход основных кормов на 20%, а расходы на корма в АПК составляют 70-90% всех расходов, одновременно повышается яйценоскость, надои молока, привесы мяса. Выработка товарной продукции /компоста, ацетата, БВД/ снижает себестоимость производства яйца, мяса, молока на предприятиях АПК с одновременным оздоровлением экологической обстановки. Производство БВД при утилизации СХО в десятки раз рентабельней выработки кормовых дрожжей на предприятиях Медбиопрома.

Установка включает соединенный со сборником сельхозотходов метантенк, состоящий из камер брожения. Метантенк установлен в помещении, на перекрытии которого размещен твердофазный ферментатор. Камеры брожения метантенка имеют диспергаторы. Камера регрессии кислого брожения соединена с твердофазным ферментатором и с ферментатором с поперечными перфорированными перегородками. Перфорированные перегородки образуют секции ферментатора, сообщенные друг с другом переливными трубами. В ферментаторе происходит разложение субстрата отходов с выработкой биомассы. Из нижней секции ферментатора биомасса поступает на центробежный микрофильтр и далее в дезинтегратор. Избыточная часть дезинтегратора с разрушенными оболочками клеток и доступными для усвоения ферментами и витаминами направляется на ленточный пресс-фильтр и сушилку для получения белково-витаминной добавки. Камера регрессии кислого брожения соединена также с кислотной камерой, откуда субстрат поступает на центробежный микрофильтр. Отделенную бражку затем подвергают перегонке в ректификационной колонне, состоящей из верхней укрепляющей и нижней исчерпывающей частей, разделенных поперечными перфорированными перегородками на секции. Полученная в качестве товарного продукта уксусная кислота отводится из нижней части ректификационной колонны в сборник. Установка обеспечивает эффективную переработку сельхозотходов с получением уксусной кислоты и белково-витаминной добавки. 1 ил.

Установка переработки сельхозотходов, включающая источник сельхозотходов, например птицефабрику, сообщенную по помету гидросмыва и гидросплава со сборником сельхозотходов и по субстрату с метантенком из камер: форкамеры и камеры кислого брожения, форкамеры и камеры регрессии кислого брожения, снабженных диспергаторами в виде взаимодействующих уступчатыми цилиндрическими поверхностями ротора и корпуса, причем метантенк установлен в помещении, на перекрытии которого размещен твердофазный ферментатор с каналами для подвода воздуха, сообщенными с нагнетателем, причем твердофазный ферментатор выполнен с покрытием, например, пленкой, под которой установлен ороситель, сообщенный по шламу с камерой регрессии кислого брожения, в свою очередь сообщенной по бражке с ферментатором, включающим корпус с поперечными перфорированными перегородками, с размещенной на них иммобилизационной насадкой, образующими секции, сообщенные друг с другом переливным трубами и патрубками подвода в них биогаза в смеси с воздухом от нагнетателя через смесители, а нижняя секция ферментатора сообщена с центробежным микрофильтром и по биомассе аэробов с дезинтегратором и по дезинтеграту с верхней секцией ферментатора, отличающаяся тем, что камера регрессии кислого брожения сообщена с кислотной камерой и через центробежный микрофильтр и гидравлический затвор со средней частью ректификационной колонны, включающей корпус с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем корпус выполнен из верхней укрепляющей и нижней исчерпывающей частей, причем укрепляющая часть сообщена с дефлегматором и по флегме через гидравлический затвор с верхней секцией укрепляющей части ректификационной колонны, а нижняя секция сообщена с теплообменником, а средняя часть ректификационной колонны через гидравлический затвор и через центробежный микрофильтр сообщена с кислотной камерой.