5. Выработка рекомендаций по результатам исследований

Существуют определенные требования к сырью: оно должно быть подхо­дящим для развития бактерий, содер­жать биологически разлагающееся ор­ганическое вещество и воду. Необходимо, чтобы среда без веществ, мешающих действию бакте­рий: например, мыла, ПАВ, антибиотиков.

Для получения биогаза можно ис­пользовать растительные и хозяйствен­ные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе сбраживания жид­кость в реакторе имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верх­няя — корка, образованная из круп­ных частиц, увлекаемых поднимающи­мися пузырьками газа, через некото­рое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части реактора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в сред­ней зоне. Поэтому содержимое резер­вуара необходимо периодически пере­мешивать.Отбора проб на анализ так же рекомендуется производить из центральной части реактора по высоте. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособ­лений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы. Для перемешивающего устройства должен быть реализован контроль скорости вращения.

2. Расчетная часть

Экспериментальная установка предназначена для получения биотоплива из органических отходов методом анаэробного сбраживания в лабораторных условиях. Нами так же был разработан промышленный образец установки, расчет которого приведен ниже.

1. Расчет мощности привода

Рисунок 10. Силы взаимодействия между мешалкой и средой.

Рассмотрим силы, действующие между витком мешалки и средой. При перемешивании среда, равномерно вращаясь под действием окружной силы , приложенной по касательной к окружности среднего диаметра витка, перемещается вдоль оси мешалки под действием осевой силы F. Развернем виток мешалки в наклонную плоскость, а среду представим в виде ползуна. При равномерном перемещении по наклонной плоскости ползун находится в равновесии под действием системы сил F,, F_nи F_тр, из которых F_n – нормальная реакция наклонной плоскости, F_тр = fF_n – сила трения. Результирующая сила R отклонена от силы F_n на угол трения .

Определим осевую силу F, Н:

,(4.1.1)

где - сила поступательного давления большого витка, Н;

– сила поступательного давления малого витка, Н;

- сила тяжести, Н.

Силу поступательного давления большого витка найдем по формуле:

, (4.1.2)

где P – величина давления, Па;

S₁ – площадь давлениябольшого витка мешалки, м².

Величина давления определяется как:

, (4.1.3)

где – плотность смесикг/м³;

- средняя высота мешалки из условия, что давление будет определяться как средняя величина воздействия витков на биомассу (давление распределяется по закону треугольника – возрастает линейно по высоте), м.

Площадь давления большого витка мешалки можно найти по формуле:

, (4.1.4)

где L – длина витка мешалки, м;

b – ширина витка мешалки, м.

Длина большого витка мешалки находится по формуле:

, (4.1.5)

где - количество витков;

- радиус витка, м;

- ход витка, м.

Подставив значение формулы (4.1.5) в формулу (4.1.4) получим:

Зная значение выражения (4.1.4), можем найти силу поступательного давления большого витка из формулы (4.1.2)

Найдем угол подъема витка Ψ, т.е. угол, образованный разверткой винтовой линии по среднему диаметру витка и плоскостью, перпендикулярной оси вала мешалки

, (4.1.6)

Откуда

- угол трения.

- диаметр большого витка мешалки, м.

Аналогично проведем расчет для малого витка.

Откуда

Длина малого витка мешалки находится по формуле:

, (4.1.7)

Силу поступательного давления малого витка найдем по формуле:

, (4.1.8)

, (4.1.9)

где - сила тяжести большого витка, Н;

- сила тяжести малого витка, Н;

- сила тяжести вала, Н.

, (4.1.10)

где – ширина большого витка, м;

- толщина витка, м;

- плотность материала витка, кг/м³.

Аналогично проведем расчет силы тяжести малого витка.

, (4.1.11)

где - радиус вала, м;

- длина вала, м;

- плотность материала вала, кг/м³.

Найдем окружную силу , Н

, (4.1.12)

Определим требуемый момент М,

, (4.1.13)

Найдем угловую скорость ,

, (4.1.14)

Определим требуемую мощность , Вт

, (4.1.15)

Найдем установленную мощность привода

, (4.1.16)

С учетом сил трения в подшипниках принимаем . Выбираем двигатель АИР160S4 мощностью .

Передаточное отношение найдем из выражения:

, (4.1.17)

где - число оборотов мешалки, об/мин;

- синхронная частота вращения, об/мин.

Зная передаточное число, подберем редуктор червячный одноступенчатый типа Ч-100.

4.2 Прочностной расчет

Целью данного расчета является проектирование биореактора. Для решения поставленной цели, необходимо решить ряд задач: рассчитать цилиндрическую обечайку, рубашку, плоские днище и крышку корпуса на внутреннее и внешнее избыточное давление [19].

Аппарат предназначен для анаэробного сбраживания органических отходов, имеет сварной корпус, плоские круглые днище и крышку. Корпус соединен с крышкой с помощью фланцев. Также имеет наружную рубашку, состоящую из цилиндрического корпуса. Внутри аппарата находится биомасса. В рубашке теплоноситель с температурой 40°С.

Исходя из технологического задания, руководствуясь экономичными факторами и технической целесообразностью, выбираем для элементов аппарата, непосредственно контактирующих со средой, материал 08Х18Н10Т с величиной допускаемого напряжения [σ]=140 МПа при 20˚С.