Установка вентиляции и регулирования для обработки влажного и способного к брожению органического продукта

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к устройствам вентиляции, обезвоживания и стабилизации органических продуктов. Цель изобретения интенсификация процесса и повышение производительности. Речь идет по существу об обработке любого влажного и способного к брожению органического продукта, использующей циркуляцию воздуха через этот продукт, регулируемую в зависимости от значения величины, связанной с его состоянием. Согласно изобретению, сравнивают измеряемое значение величины, относящейся к данному значению, запрограммированному заранее и считающемуся идеальным для подачи воздуха в данный момент, и изменяют эту подачу воздуха, если измеренное значение этой величины отличается от идеального значения. Применяется, в частности, для обработки промышленных или сельскохозяйственных отходов, в частности очистных грязей. 14 з. п. ф-лы, 10 ил. 1 табл.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к установкам для переработки органических отходов путем аэробного брожения.

Для ускорения процесса компостирования предлагалось множество решений с использованием принудительной аэрации, например с вдуванием или всасыванием воздуха или газа [1] Однако они не могут быть использованы в промышленных масштабах.

В известном способе предлагается регулировать респираторную активность продуктов в процессе обработки, регулируя количество вдуваемого в них воздуха в зависимости от величины, такой как содержание углекислого газа в выходящих газах или температура, на практике температура самих этих продуктов, принимая ее в качестве отражения этой активности [2] Целью изобретения является устройство для обработки биологическим путем сырого и способного к брожению органического продукта, обеспечивающее успешную промышленную эксплуатацию.

На фиг. 1 показана блок-диаграмма различных этапов обработки; на фиг.2 установка вентиляции и регулирования для обработки влажного и способного к брожению органического продукта, общий вид в аксонометрии; на фиг.3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 вид по стрелке В на фиг. 4; на фиг.6 узел I на фиг.5; на фиг.7 узел II на фиг.6; на фиг.8 график изменения продукта в процессе обработки в установке согласно изобретению; на фиг. 9 вариант выполнения фиг.3, поперечный разрез; на фиг.10 вариант выполнения фиг.2.

Как показано на фиг.1 обрабатываемый продукт 10 хранится на любой складской площадке 11. Если речь идет об обезвоживаемом сыром продукте, то такое складирование предпочтительно осуществляется под навесом (не показан). Таким путем обеспечивается предварительный нагрев продукта 10. Для этого достаточно в качестве навеса использовать прозрачный навес. В этом случае воздух, соприкасающийся с таким покрытием, сам предварительно нагревается, за счет чего и достигается дополнительное преимущество.

В примере выполнения на другой складской площадке 12 находится другой продукт 13, который примешивается к обрабатываемому продукту 10 перед его обработкой, причем продукт 13 выбирается таким, чтобы он был способен придать смеси натуральные структурные свойства и облегчить тем самым циркуляцию воздуха. В зависимости от обрабатываемого продукта 10 может идти речь о продукте, который служит углеродистой добавкой, а также, например, кожуре, лавандовой соломе, виноградных отходах, кукурузных кочерыжках, отходах обрезки деревьев, древесных щепках, прутьях или других растительных отходах. Но речь может идти и о нейтральном продукте и (или) минеральном продукте, таком как галька или гравий.

На фиг.1 сплошной линией представлена обработка продукта, если он обладает удовлетворительной структурой. Прерывистой линией 15 на фиг.1 указано предварительное дозирование разных соответствующих ингредиентов.

На складских площадках 11, 12 отбор производится с помощью ковшовых механизмов, дозирование производится из расчета числа ковшей для отбора, например, по одному ковшу обрабатываемого продукта 10 на один-два ковша продукта 13. Если необходимо смешивание обрабатываемого продукта 10 с продуктом 13 и эвентуальными добавками сопровождается измельчением смеси. Полученная смесь загружается в реактор 16.

На фиг. 2-4 представлен реактор, который работает на открытом воздухе и который, открытый сверху в своей верхней части, просто образован стенками 17, 18, установленными прямо на земле 20 по прямоугольному контуру. В этом примере реактор 16 не имеет неподвижной стенки с одной из своих сторон, для того чтобы загрузочный или разгрузочный механизм мог проникать туда непосредственно. Эти стенки могут быть выполнены из бетона или из облицовочного камня, что очень просто и экономично. Они выполняются предпочтительно с помощью металлических опор 21 или деревянных рам 22, вставляющихся одна в другую, причем эти деревянные рамы 22 сами обладают соответствующими теплоизоляционными свойствами и могут легко заменяться при необходимости. Размеры реактора 16, ограниченного таким образом, не имеют никакого значения. Однако стенки 17 и 18 располагаются, по меньшей мере, на половину высоты этого продукта. Стенки 17 и 18 можно дополнить (прерывистой линией представлено на схеме фиг. 2), верхней стенкой 19, съемной, дополняющей эту боковую защиту, закрыв с его четвертой стороны этот реактор 16 после его загрузки. Основанием может быть естественное земляное основание 20, например, обработанное, например, смесью песок-цемент, а также покрытие из тонкого бетона или предохранительное покрытие. Основанию 20 придают небольшой наклон, чтобы облегчить стекание воды.

В любом варианте реактор 16, согласно изобретению, имеет в своем основании перфорированную решетку 23, способную обеспечить циркуляцию воздуха через смесь, которая в нем содержится, с двумя установленными параллельно первичными баллонами 24А, 24В, каждый из которых может подключаться отдельно, первый для всасывания воздуха через лежащую под ней смесь, второй для вдувания воздуха в нее.

В примере выполнения, представленном на фиг.2-4, эта перфорированная решетка 23 имеет множество перфорированных каналов 25, которые расположены параллельно друг другу и обычно параллельно боковым стенкам 17 реактора 16, все соединены одним из своих концов с одним и тем же баллоном 26, называемым здесь для удобства вторичным баллоном, расположенным позади донной стенки 18 реактора 16, и которые другим своим концом все, каждый отдельно, находятся в тупике.

В представленном примере выполнения предусмотрены три таких перфорированных канала 25 для образования между ними пространства, предназначенного для прохода загрузочного и/или разгрузочного механизма, расстояние между ними соответствует расстоянию между осями колес этого механизма. Речь идет, например, о трубах из синтетического материала, имеющих по их верхней образующей отверстия 27, например небольшие поперечные прорези. Предпочтительно иметь трубы из полиэтилена, так как этот материал прочен при вдавливании, дешев и довольно прост в обслуживании. Перфорированные каналы 25 в любом случае находятся прямо вровень с землей 20, выступая над ней только своей перфорированной частью.

На фиг.3 перфорированные каналы 25 расположены каждый отдельно в желобе 28 из облицовочного камня, что позволяет легко заменять их при необходимости. В варианте выполнения на фиг.9 они могут быть врыты прямо в землю 20.

Перфорированные каналы 25 располагаются преимущественно строго горизонтально с небольшим обратным скатом в направлении вторичного баллона 26, с которым они соединены, и с ними соединены отводные средства, предназначенные для удаления оттуда конденсирующейся там воды, причем эти отводные средства состоят, например, из насоса 30, на отсосе которого подключен трубопровод 31, который соответствующими рукавами входит в перфорированные каналы 25, в их нижней части. По каналу 32 подача этого насоса 30 связана, например, с водостоком. Вторичный баллон 26 находится поперечно по отношению к перфорированным каналам 25, и он представляет собой отрезок трубопровода, закрытый на своих концах. Первичные баллоны 24А, 24В также как и вторичный баллон 26, лежат параллельно друг другу за донной стенкой 18 реактора 16, состоят, например, из отрезков труб. Каждый надлежащим образом соединены с воздуходувкой 34А, 34В, которая на фиг.2-4 не видна, но которая схематично представлена на фиг.1. Каждый из первичных баллонов 24А, 24В имеет Т-образную соединительную часть 35А, 35В, более или менее наклонную, через которую он может соединяться посредством мягкой манжеты 36 (фиг.5) с перфорированной решеткой 23 реактора 16. На практике подача воздуха, циркулирующего в составленном таким образом реакторе 16, контролируется регулирующим устройством, состоящим в комбинации, с одной стороны, из регулировочного клапана 37 и, с другой стороны, термометрического зонда 38, с которым связан указанный регулировочный клапан 37, и который проявляет чувствительность к температуре воздуха, выходящего из этого реактора 16.

В примере выполнения регулировочный клапан 37 и термометрический зонд 38 расположены внутри камеры 39, находящейся между манжетой 36 и вторичным баллоном 26. Регулировочный клапан 37 выполнен в виде дроссельной заслонки. Термометрический зонд 38 имеет систему переменного объема, в которой предпочтительно содержится жидкость с большим коэффициентом теплового расширения и его стенка связана с приводом регулировочного клапана 37. В представленном примере выполнения система переменного объема термометрического зонда 38 образована двумя емкостями 40, 41, внутренние объемы которых соединены друг с другом проходом 42, и одна из которых, емкость 40, больше, чем другая, является неподвижной, тогда как другая емкость 41 меньше, чем предыдущая, имеет подвижную стенку 43. Как и емкость 40, емкость 41 может быть размещена внутри камеры 39. Только для большей ясности чертежа на фиг.6 эта камера представлена снаружи. В представленном примере выполнения подвижная стенка 43 выполнена в виде поршня, причем соответствующая емкость 41 выполнена, например, в виде шприца. Но в варианте выполнения эта подвижная стенка 43 может быть выполнена также из сильфона и даже представлять собой такой сильфон. Во всяком случае, эта подвижная стенка 43 сцеплена с приводом 44 регулировочного клапана 37 штоком 45. Несмотря на то, что привод 44 регулировочного клапана 37 состоит, например, из жесткой тяги, насаженной с возможностью вращения на оси этого регулировочного клапана 37, шток 45 предпочтительно является гибким. Кроме того, гибкий шток 45 преимущественно находится в зацеплении с приводом 44 с возможностью позиционного регулирования как продольно, так и поперечно. Например, как представлено на фиг.7, привод продольно имеет ряд отверстий 46, а гибкий шток 45, который имеет винтовую нарезку на своем конце, проходит сквозь одно из этих отверстий, блокируясь позиционно на этом приводе 44 двумя гайками 47, оказывающими свое воздействие каждая соответственно с той и другой его стороны.

Как схематично представлено на фиг.6, предусмотрен также на входе регулировочного клапана 37, в камере 39, клапан 48, называемый программирующим. Этот клапан 48 может быть с ручным управлением или механизированным. Помимо этого может быть предусмотрен один и тот же клапан программирующий и регулировочный, управляемый, например, серводвигателем.

Предпочтительно применять разные клапаны 24А, 24В и 26, а также систему трубопроводов, обслуживающих их, которые были бы термоизолирующими. На практике, как представлено прерывистой линией на фиг.2, установка включает несколько реакторов 16 в виде батареи, все имеющие сообща одни и те же первичные баллоны 24А, 24В. Например, этих реакторов 16 может быть четыре. Как бы там ни было, загрузка в такой реактор 16 обрабатываемой смеси производится предпочтительно на слой корки, чтобы избежать закрытия отверстий 27 перфорированных каналов 25, имеющихся в его основании. В смеси, размещенной таким образом в реакторе 16, в этом случае естественно происходит определенное брожение. Чтобы ускорить брожение, через эту смесь пропускают воздух в течение, по меньшей мере, части времени ее нахождения в реакторе 16. По существу такая циркуляция воздуха производится отсасыванием из первичного баллона 24А непрерывно. Для начала брожения и/или для возбуждения его периодически можно производить из первичного баллона 24В поддувку горячего и сухого воздуха сквозь смесь в процессе обработки ее в реакторе 16. Достаточно всякий раз последовательно подсоединять мягкую манжету 36 то к соединению первичного баллона 24А по стрелке F_A на фиг.4, то к соединению 35В первичного баллона 24В по стрелке F_B на этой фигуре. В том и другом случае давление воздуха может быть, например, порядка нескольких миллибар.

Согласно изобретению, для регулирования подачи воздуха, циркулирующего в реакторе 16, определяют значение величины, связанной с состоянием обрабатываемого продукта 10, находящегося в этом реакторе 16, сравнивают измеренное таким образом значение этой величины с данным значением, запрограммированным заранее, и считающимся идеальным для подачи воздуха в данный момент, изменяют эту подачу воздуха, если измеренное значение соответствующей величины отклоняется от этого идеального значения. На практике величиной, выбранной для этой цели, обычно является температура выходящего воздуха. Но в этом случае может идти речь и о степени влажности этого выходящего воздуха или о его составе и, в частности, о содержании в нем энзимов и их природе, или также о любой другой величине, способной отражать состояние в данный момент продукта 10 в процессе обработки. Но оказывается, что температура выходящего воздуха, которую легко определить, является наиболее значимой для этого. Оказывается также, что через определенное время, например порядка недели, идеальное значение для температуры выходящего воздуха развивается почти линейно.

На фиг. 8 на оси абсцисс нанесено время (t), в днях, а на оси ординат температура (Т) воздуха, выходящего из реактора 16, в градусах, или подача воздуха Д, всасываемого через этот реактор. Соответствующая кривая, сначала поднимающаяся, следующая по прямой наклона относительно высокого, затем опускается по прямой наклона более слабого, чем предыдущий. Разумеется эта кривая меняется по амплитуде в зависимости от обрабатываемого продукта. Но опыт показывает, что ход ее одинаков для их смеси. В период первой фазы при повышении температуры нужно, следовательно, увеличить подачу всасываемого воздуха. Во время второй фазы, более длительной, при падении температуры следует, наоборот, параллельно уменьшить эту подачу воздуха.

Отмечено, что в течение первых пяти дней в реакторе, содержащем около 40-50 т обрабатываемого продукта 10, возможно пропускать около 500 м³/ч воздуха, температура которого на выходе составляет, например, 47-52^оС, и степень влажности которого в этом случае равна 100, что соответствует в целом извлечению одной тонны воды ежедневно. Между пятым и десятым днями температура выходящего воздуха обычно не больше, чем 47-40^оС, и подача воздуха может достигать 450 м³/ч. В течение последующих пяти дней температура выходящего воздуха падает с 42 до 37^оС, и подача воздуха может достигать 400 м³/ч. В течение следующих пяти дней температура выходящего воздуха падает еще больше от 37 до 32^оС, а соответствующая подача воздуха может быть ограничена 350 м³/ч. В дальнейшем можно либо продолжать пропускать воздух, либо периодически вдувать горячий воздух, чтобы снова оживить брожение. Обычно обработка продолжается не более одного месяца и, согласно изобретению, она программируется соответственно. Для фазы поднимающейся температуры соответствующее программирование может быть обеспечено действием на программирующий клапан 48. В период фазы поднимающейся температуры регулирующее устройство с регулировочным клапаном 37 и термометрическим зондом 38 позволяет, по меньшей мере, в первом приближении обеспечить одновременное программирование и необходимое регулирование подачи всасываемого воздуха. Так если температура, измеряемая термометрическим зондом, поднимается, она управляет раскрытием регулировочного клапана 37, вызывает таким образом увеличение подачи всасываемого воздуха. Одновременно, если измеряемая температура падает, термометрический зонд 38 управляет ею на закрытие регулировочного клапана 37, вызывая, следовательно, одновременное уменьшение подачи всасываемого воздуха. Таким образом, регулирующее устройство, согласно изобретению, само обеспечивает соблюдение линейности между развитием температуры выходящего воздуха и изменением его подачи. Следовательно, достаточно для определенного продукта соответствующим образом оперировать гибким штоком 45 термометрического зонда 38, изменяя его положение по отношению к приводу 44 регулировочного клапана 37, как продольно, переставляя шток 45 в отверстиях 46 привода 44, так и поперечно гайками 47, чтобы отрегулировать соответствующим образом нулевое положение. Если желательно, обработка может быть прервана мгновенно, чтобы снова возобновиться после механической обработки обрабатываемого продукта 10, такой как перевертывание и/или рассев. Обработка продолжается в течение довольно длительного времени для того, чтобы содержание воды в обрабатываемом продукте 10, измеряемое в процентах относительно сырого продукта 10, было бы уменьшено, по меньшей мере, наполовину. Опыт показывает, что потребность в кислороде обработанного продукта 10 в этом случае вполне удовлетворяется и что этот продукт оказывается в этом случае соответственно стабилизированным. Циркуляцией горячего воздуха в реакторе 16 можно произвести дополнительную сушку обработанного продукта 10, чтобы еще больше снизить содержание в нем воды. Когда обрабатываемый продукт 10 смешивается с другим продуктом 13, в период нахождения смеси в реакторе 16 происходит ее разделение в результате просеивания (на два продукта 10 и 13), как схематично представлено сплошной линией 53 на фиг.1, причем соответствующее просеивание может предшествоваться разрыхлением, как показано прерывистой линией на фиг. 1. Просеивание позволяет отделить от обработанной смеси, с одной стороны, мелкую фракцию 55, и, с другой стороны, более крупную фракцию 56.

Мелкая фракция 55 соответствует продукту, свойства которого подобны свойствам исходного продукта 10, но, как уже подчеркивалось выше, с гораздо меньшим содержанием воды, уменьшенным почти наполовину. Этот продукт можно считать готовым продуктом или переработанным полуфабрикатом. Что касается более крупной фракции 56, она соответствует другому продукту 13 и может быть целиком или частично возвращена в цикл обработки. На практике эта рециркуляция продукта 13 может достигать 70-80% Применяемый продукт 13 сам оценивается с энергетической точки зрения, причем содержание воды в нем также меньше. Воздух, выходящий из реактора 16 и который извлекается первичным баллоном 24А, является горячим и влажным. Этот выходящий воздух проходит в любую термическую машину 50, например простой тепловой насос, с целью рекуперации из него, по меньшей мере, части энергии. Горячий воздух, такой как схематично представлено прерывистыми линиями на фиг.1, может быть использован для вдувания горячего и/или сухого воздуха в реактор 16 для предварительного нагрева продукта 13 или для другого любого применения и, с другой стороны, воды, которая собирается в бак 51 или сливается в водосток. Когда обрабатываемый продукт 10 складывается и спрессовывается, можно рекуперовать горячий и влажный воздух, который может быть обработан и использован известным способом. В том и в другом случае рекуперация горячего и влажного воздуха, и, следовательно, энергии осуществляется преимущественно без какого бы то ни было нарушения последующей обработки, а рекуперованная таким образом энергия преимущественно используется в течение того же самого процесса. Если применяется параллельная батарея реакторов 16, каждый из этих реакторов 16 преимущественно может соответствовать другому состоянию обрабатываемого продукта 10. Чтобы лучше проиллюстрировать возможности изобретения, в качестве неограничительных примеров приводятся результаты некоторого числа испытаний, проведенных на разных продуктах А, В, С, D и E. Эти испытания были проведены с помощью четырех реакторов объемом 100 м³ каждый, причем количества обработанных продуктов каждый раз в среднем составляли 40 т на испытание.

В таблице последовательно занесены различные продукты А, В, С, D, E, а в вертикальных столбцах: 1 исходное содержание воды, 2 конечное содержание воды, 3 количество испарившейся воды, кг на тонну обработанного продукта, при имевших место, или нет, атмосферных осадках; 4 время обработки, в неделях, в реакторе.

Обработанные продукты представляли собой: A очистная грязь завода по изготовлению желатина, смешанная с сосновой корой; В очистная грязь консервного завода, смешанная с сосновой корой; С очистная грязь промышленной фармацевтической установки по обработке мака, смешанная с сосновой корой;
D побочные продукты промышленной установки, обрабатывающей отходы кожи, смешанные с сосновой корой;
Е побочные продукты промышленной установки для экстрагирования пектина из цитрусовых, смешанные с кукурузными отходами.

Для продуктов D и E дополнительная сушка горячим воздухом позволила снизить содержание воды до 37%
В варианте выполнения, представленном на фиг.10, реактор 16 образован из кузова с перфорированными каналами 25, которые он имеет в своих лонжеронах 58. Этот пример выполнения имеет преимущество непосредственной стандартизации и может быть использован в других конкретных применениях. Он обладает другим преимуществом, будучи модулируемым, не сложен в строительстве и минимально загрязняет среду, поскольку может быть легко перенесен с одного места пользования на другое, а также легко перекрыт при необходимости.

В варианте установки типа "кузов" можно предусмотреть осуществление циркуляции воздуха снизу вверх через обрабатываемый продукт либо посредством продувания снизу этого продукта, либо всасыванием его в верхней части, защищая, например, этот обрабатываемый продукт покрытием, которое размещается в конкретном случае на бункере. Можно также использовать средства информатики для программирования и/или регулирования.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ВЕНТИЛЯЦИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЛАЖНОГО И СПОСОБНОГО К БРОЖЕНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОДУКТА, содержащая ряд реакторов с размещенной в каждом из них перфорированной сетью, соединенной с по крайней мере одним питающим резервуаром для циркуляции воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена регулятором циркуляции воздуха, выполненным в виде расположенной между питающим резервуаром и перфорированной смесью, сообщенной с ними коробки, в которой размещены регулирующий клапан и связанный с последним термический зонд.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что термический зонд выполнен в виде емкости переменного объема, содержащей жидкость с высоким коэффициентом теплового расширения и разделенной подвижной стенкой, связанной с регулирующим клапаном.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что емкость переменного объема образована двумя камерами, внутренние объемы которых связаны между собой, причем одна камера имеет объем больше другой и установлена неподвижно, а камера меньшего объема имеет подвижную стенку.

4. Установка по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что подвижная стенка выполнена в виде поршня.

5. Установка по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что подвижная стенка выполнена в виде сильфона.

6. Установка по пп. 2 5, отличающаяся тем, что связь подвижной стенки с регулирующим клапаном выполнена с возможностью регулирования положения в продольном и поперечном направлениях.

7. Установка по пп. 1 6, отличающаяся тем, что питающий резервуар выполнен в виде двух параллельных баллонов, один для подачи воздуха в сеть, а другой для его удаления.

8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что каждый баллон содержит Т-образное соединение с гибкой манжетой для подсоединения с перфорированной сетью.

9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что реактор выполнен в виде установленных на почве стенок, а перфорированная сеть имеет вид ряда перфорированных в верхней части каналов, которые расположены в почве с выступанием над ее уровнем перфорированной части каналов.

10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что она снабжена установленным между перфорированной сетью и питающим резервуаром вторичным питающим резервуаром и соединенными с ним средствами для удаления конденсата, причем перфорированные каналы направлены к вторичному питающему резервуару с уклоном.

11. Установка по пп. 1 10, отличающаяся тем, что реактор выполнен с одной открытой стороной.

12. Установка по пп. 1 10, отличающаяся тем, что одна из сторон реактора выполнена в виде стенки со съемной крышкой.

13. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что реактор выполнен в форме ковша с лонжеронами, в которых размещены перфорированные каналы.

14. Установка по пп. 1 13, отличающаяся тем, что реактор выполнен открытым с верхней стороны.

15. Установка по пп. 1 14, отличающаяся тем, что реакторы соединены параллельно в виде батареи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11