Содержание

Введение

1. Обзор научно-исследовательских разработок

2. Методика выполнения исследований, анализ и обработка результатов

1. Описание технологической схемы процесса анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья

2. Методика проведения эксперимента

   1. Описание эксперимента

   2. Подбор рецептуры сырья

3. Результаты эксперимента

4. Описание математической модели массообмена процесса анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья и анализ полученных результатов

3. Выработка рекомендаций по результатам исследований

4. Расчетная часть

   1. Расчет привода

   2. Прочностной расчет реактора

      1. Определение геометрических параметров аппарата

      2. Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного внутреннего давления

      3. Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного наружного давления

      4. Расчет рубашки при действии избыточного внутреннего давления

      5. Расчет рубашки при действии избыточного наружного давления

      6. Расчет плоского круглого днища при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления

      7. Расчет плоской круглой крышки при действии избыточного внутреннего или избыточного наружного давления

5. Вопросы безопасности при выполнении НИР и реализации рекомендаций

6. Технико-экономические расчеты

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Рост выбросов парниковых газов, увеличение потребления воды, ее загрязнение, истощение земель и запасов природных энергоресурсов вынуждают искать новые источники энергии. Одним из них являются биогазовые технологии.

Биогаз получают путем анаэробного брожения биомассы.В качестве биомассы могут выступать свалочные отходы, отходы животноводства (навоз) и сельского хозяйства, отходы скотобоен, некоторые культуры, например, рапс. В результате брожения биомасса разлагается под воздействием гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих бактерий. В состав газа входят 55-65% метана, 35-45% углекислого газа и около 1% водорода и сероводорода.

В нашей стране во многих населенных пунктах нет полного обеспечения природным газом. Биогазовые установки станут неплохим подспорьем в хозяйстве. К тому же сырьем для нее станет то, чего всегда в избытке: навоз, пищевые отходы, опавшая листва, сгнившее зерно, ботва и т.п., то, что обычно идет в компостную яму. Такая культура, как топинамбур, является отличным сырьем для биотоплива, а в нашей стране можно засевать им до 160 тыс. га площади. При производстве спирта как побочный продукт получают послеспиртовую барду, из которой можно производить и биогаз и добавки с витамином B12 для применения в животноводческой отрасли, повышающие ее продуктивность. Поэтому производство биогаза особенно эффективно в агропромышленных комплексах, где обеспечивается практически замкнутый технологический цикл.

Биогаз можно накапливать, перекачивать, излишки продавать.

Из 1 куб. м биогаза можно получить около 2 кВт электроэнергии. Тепло от сжигания газа можно тратить на обогрев помещений, содержание теплиц и скота в сельской местности, для работы рефрижераторов на предприятии. В переброженной массе минерализация составляет 60%, в обычном навозе — 40%. Такие сбалансированные удобрения повышают урожайность на 30-50%. Их, также как и избытки газа либо электричества, можно продавать [21].

В настоящее время в большинстве случаев отходы просто собираются для захоронения на полигонах, что ведет к отчуждению свободных территорий в пригородных районах и ограничивает использование городских территорий для строительства жилых зданий. Также совместное захоронение различных видов отходов может привести к образованию опасных соединений. Это прежде все связано как с отсутствием необходимой инфраструктуры, так и самих предприятий – переработчиков, которых по стране насчитывается всего порядка 400 единиц (389), из них: комплексов по переработке ТБО всего 243, комплексов по сортировке – 53, мусоросжигающих заводов – около 10.

В соответствие с «Основами государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года», утвержденными Президентом Российской Федерации 28.04.2012г. № Пр-1102, 10 основным направлениями обращения с отходами являются: предупреждение и сокращение образования отходов; развитие инфраструктуры их обезвреживания и поэтапное введение запрета на захоронение отходов, не прошедших сортировку и обработку в целях обеспечения экологической безопасности при хранении и захоронении.

Ранее на кафедре проводилась НИР, целью которой являлось изучение методов адаптации сырьевых комплексов к технологическим условиям переработки анаэробными бактериями, подбор рецептур обеспечивающих наибольшую эффективность процесса биосинтеза, а так же наиболее полная переработка органических отходов пищевых и кормовых производств с понижением их опасности для окружающей среды. Были получены экспериментальные данные по функционированию анаэробных систем обработки отходов, определены основные характеристики и параметры процессов при различных условиях, выявлены пути совершенствования систем и оптимального управления ими в условиях промышленного применения.

Целью данной НИР является изучение массообмена в процессе анаэробного сбраживания многокомпонентного органического сырья. Необходимо получить математическую и физическую модели массообмена, которые могли бы описать процессы, происходящие в биореакторе, помочь разработать универсальные рекомендации по ведению биоконвесии органического сырья в биотопливо при изменении различных параметров. Анализ этих процессов усложняется многокомпонентностью исходного сырья и его неоднородностью. Биомасса в конечном итоге представляет собой три фазы различной плотности: суспензия с высокой концентрацией твердых частиц, суспензия с низкой концентрацией твердых частиц и водно-маслянистая эмульсия, а так же зоны перехода. И, несмотря на то, что реактор оснащен перемешивающим устройством, «идеальное» перемешивание не является возможным.

Таким образом, для понимания физико-химической природы процесса необходимо построение математической модели массообмена. Для апробации ее корректности, необходимо повести физическое моделирование процесса анаэробного сбраживания.

Полученные результаты математического моделирования, позволят спрогнозировать процессы, протекающие в проектируемых производственных линиях по переработке органического сырья анаэробным методом сбраживания, подобрать оптимальные значения параметров, в большей мере влияющих на процесс, с целью интенсификации работы биореактора.