Сведения о метрологическом обеспечении научно-исследовательской работы.

В основу НИР положена официальная терминология Международной организации законодательной метрологии. В процессе проведения экспериментов использованы приборы, прошедшие государственную поверку в период эксплуатации, обеспечивающие соответствующий исследовательским и инженерным целям класс точности и соответствующие «Закону об обеспечении единства измерений». В экспериментальных исследованиях использованы методики выполнения измерений, соответствующие «Закону об обеспечении единства измерений». В функциональных и графических зависимостях использованы единицы измерений, соответствующие метрологическим правилам и нормам Международной системы единиц СИ.

С целью обеспечения безопасности и высокой концентрций полученного биогаза, достоверного учета всех видов материальных и энергетических ресурсов, соответствия разработок по технологий, достоверности измерений при исследованиях и научных разработках, контроле безопасности условий труда, охране окружающей среды в научно-исследовательской работе были использованы современные методы математической обработки результатов измерений, обеспечивающие единство и необходимую точность измерений, установление допустимых ошибок и погрешностей результатов и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Актуальность темы.

В настоящее время Казахстан имеет огромный потенциал для развития сельского хозяйства, с его обширными территориями он может стать ведущей страной, как в животноводстве, так и в растениеводстве. Для решения этой задачи необходимо внедрять самые передовые технологии и инновации в области получения биогаза для энергетических нужд путем переработки животноводческих отходов в биогазовых установках, и получение следующих продуктов: биогаза, минерализованных азотных удобрений, метана, углекислоты, электроэнергии, тепловой энергии. Поэтому рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства является большой и важной проблемой современности, с возможностью использования огромного энергетического потенциала биомассы для получения жидкого и газообразного топлива (биогаза), что позволит предприятиям, хозяйствам сократить затраты на электроэнергии, и покупке удобрений, а также уплаты налогов за экологические сборы, связанные с необходимостью предотвратить загрязнение водоемов, заражение почвы болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в навозных стоках животноводческих ферм. Тем самым снизить себестоимость выпускаемой продукции. Эти аспекты будут объектом исследований и экспериментов.

Определенный интерес представляет экономичность биогазовых установок в условиях сельскохозяйственных предприятий с учетом комплексного использования биогаза для энергетических целей и удобрений в аграрном секторе. Наиболее распространенный способ получения энергии из биомассы – анаэробное (без доступа кислорода) сбраживание отходов сельскохозяйственного производства. Получающиеся в результате этого процесса продукты - биогаз и перебродившая полужидкая масса - представляют собой большую ценность как газообразное топливо и органическое удобрение. В современном мире проявляется большой интерес к проблемам метанового сбраживания навозных стоков и других органических отходов. Помимо самой установки, в которую входят бродильные камеры, газгольдер и хранилище для перебродившей массы (шлама), также необходимо повсеместное внедрение технологии концентрирования метана с использованием микробарботажного метода.

Традиционные технологии очистки биогаза от СО₂ –адсорбционные, абсорбционные и мембранные процессы достигли своего предела с точки зрения их дальнейшей оптимизации и адаптации к возросшим требованиям производства. В связи с этим разработка и внедрение перспективной, безотходной и высокоэффективной технологии очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана особенно актуальны.

Разработанная технология играет существенную роль при решении глобальных проблем, стоящих перед Республикой Казахстан: обеспечение населения топливно-энергетическими ресурсами; охрана окружающей природной среды; использование вторичных сырьевых и пищевых ресурсов и др. Вышеизложенное дает серьезные основания заявить о возможности в кратчайшие сроки на базе отечественных разработок осуществить структурные сдвиги в решении важнейших проблем промышленности, обеспечив страну конкурентоспособной продукцией полученной на основе новых процессов, и технологий. При всем многообразии способов очистки биогаза за последние пять лет используемые традиционные технологии практически не изменились, а у нас в Республике Казахстан имеются необходимые предпосылки для занятия своей ниши в этой наукоемкой сфере продуктов и услуг.

Процессы, в основе которых лежит контакт между газом и жидкостью, такие как абсорбционная очистка газов, проведение химических реакций между газовой и жидкой фазами, флотация и другие, широко распространены в различных областях химической промышленности. При осуществлении этих процессов, одним из ключевых параметров является поверхность контакта взаимодействующих фаз. При этом величина поверхности непосредственно зависит от размеров получаемых пузырьков – чем меньший диаметр они имеют, тем больше величина поверхности раздела фаз (при одинаковом газосодержании в барботажном слое). В последнее время в литературе появился ряд публикаций, сообщающих о том, что при диспергировании газа через пористые мембраны образуются микропузырьки, имеющие размеры от 0.5 до 150 мкм. Благодаря малым размерам образующихся пузырьков процесс мембранного микробарботажа может быть положен в основу разработки высокоэффективных массообменных аппаратов. Такие аппараты могли бы проектироваться по типу кожухотрубного мембранного модуля и благодаря высокой удельной поверхности контакта фаз имели бы значительно меньшие размеры по сравнению с обычными барботажными аппаратами. При этом недостатки, связанные с ограничением нагрузок по газу и жидкости для таких аппаратов отсутствуют. Кроме того, имеются указания и на другие преимущества тонкого диспергирования газа перед обычным барботажом. Благодаря уникальным свойствам микропузырьков тонкое диспергирование газов может найти широкое применение в химической, пищевой и фармацевтической промышленностях, а также в области биотехнологии и медицины. Большой интерес представляет сравнение микробарботажного аппарата с мембранными контакторами на основе половолоконных мембран, применение которых к процессам абсорбционной очистки газов в настоящее время активно исследуется. Однако, несмотря на свою практическую значимость, детальные исследования гидромеханики процесса образования микропузырьков и межфазного массообмена в мембранных микробарботажных аппаратах до настоящего времени отсутствуют. Как видно из приведенного обзора, исследование очистки газа его диспергированием с образованием микропузырей в настоящее время ещё нельзя считать завершённой, так как комплексный подход – физическое и математическое моделирование, а также разработка конструкции микробарботажного аппарата, как ожидается, позволит получить новые и важные результаты в этой области.

Разрабатываемый процесс очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана в микробарботажном аппарате устраняет неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

• выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, окиси углерода, биогаза, биоспирта;

• обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;

• взрывоопасность;

• большое количество отходов в виде побочных продуктов (сточные воды, остатки перегонки).

Цель работы - получение высококонцентрированного метана при очистке биогаза микробарботажным способом, разработка технологии и новой конструкции микробарботажного аппарата, а также математическое моделирование механики диспергирования газов.