Установка для выработки тепловой энергии

Изобретение относится к области биохимии. Предложена установка для выработки тепловой энергии. Установка содержит теплоизолированный цилиндрический корпус, устройства загрузки обрабатываемого сырья, аэрации, подогрева сырья, отвода тепловой энергии и датчики температуры. Причем внутри корпуса соосно с ним установлены устройство загрузки сырья и перфорированная обечайка. Устройство загрузки сырья включает дозатор и распределитель в виде расположенных с зазором струнных сит, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на острый угол, внутри обечайки ярусно закреплены струнные сита для удерживания обеспечивающих микробиологическое разложение сырья микроорганизмов, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на острый угол. Устройство аэрации содержит теплообменник для нагрева сырья, вентилятор и функционально взаимосвязано воздуховодом с теплообменником для отвода полезного тепла. Изобретение обеспечивает глубокую переработку сырья. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике аэробного микробиологического разложения органических отходов и может быть использовано для производства тепловой энергии, удобрений, синтеза различных биологических продуктов переработки отходов различных производств и культивирования микроорганизмов.

Известен «Биореактор для разложения растительного сырья» по авторскому свидетельству №1763478, МПК C12M 1/00, 1989 г. Реактор состоит из корпуса в виде цилиндрической горизонтальной емкости с люком для загрузки сырья, системы трубопроводов для воздуха, вращающихся на валу, снабженного приводом. Биореактор работает следующим образом. Сырье в виде измельченного материала (солома, листья, зерно, крахмал, животная ткань и др.) помещают через загрузочный люк в барабан реактора, куда загружают также прочный наполнитель в виде отдельных частиц и заливают культуральную жидкость. При вращении емкости реактора масса растительного сырья омывается культуральной жидкостью, в которую беспрерывно поступает воздух. Патрубки для воздуха снабжены клапанами. Патрубки, находящиеся вне культуральной жидкости, запираются клапанами. Продольные лопасти на внутренней стенке реактора и наполнитель снимают с поверхностей налипшие разлагаемые биологические материалы. Биореактор имеет ряд недостатков. Барботаж воздуха или газа через биомассу с культуральной жидкостью малоэффективен, так как взаимодействие обрабатываемой массы с воздухом осуществляется только посредством пузырьков воздуха, а не со всей биомассой. Неполное насыщение среды газом снижает энергетический метаболизм бактерий и приводит к медленной и неглубокой переработке сырья. Для более глубокой переработки сырья требуется многоступенчатый реактор, обеспечивающий участие в процессах метаболизма многих бактерий. Для биологического реактора по выработке тепловой энергии требуются теплолюбивые бактерии (термофилы). Для этого нужна лучшая аэрация сырья и более высокая температура 70-80 С°.

Известен «Аппарат для микробиологического разложения органических отходов» патент №2016063, C12M 1/00,1990 г. Аппарат содержит корпус с трубами для подвода и отвода воздуха и среды. Корпус по высоте разделен горизонтальными перегородками, над которыми расположены аэраторы, в виде радиальных горизонтальных уголков с образованием щелевого зазора, а напротив зазора размещены насадки для иммобилизации микроорганизмов в виде отдельных подвешенных вертикальных гибких нитей. Перегородки выполнены полыми и снабжены патрубками для подвода и отвода теплообменной среды. Аппарат работает следующим образом. Стоки, подлежащие микробиологической обработке, поступают в полости перегородок и обрабатываются воздухом, поступающим через отверстия в гранях уголка и щелевого зазора. Стокам сообщается поворотное перемещение и стоки входят в контакт с вертикально подвешенными нитями для иммобилизации микроорганизмов. Последовательное перемещение стоков с вышестоящих полостей в нижестоящие позволяет повысить выход биомассы. Процесс протекает при температуре 36-38 С°, а излишки тепла отводятся. Аппарат малоэффективен для производства тепловой энергии из-за отсутствия условий для теплолюбивых бактерий (термофилов). Для этого нужна лучшая аэрация сырья и более высокая температура 70-80 С°. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является лабораторный «Биореактор VT-2», функция которого производство тепла, который взят нами за прототип (www.biowatt.com.ua/trends/bioreakor-diva-proizvodstva-teplovoi-energii/Biowatt. Биореактор для производства тепловой энергии). Биореактор представляет собой теплоизолированный цилиндр с системами аэрации, подогрева и отвода тепла с датчиками температуры. Реактор испытывался на отходах пивного производства (дробленый солод). Реактор разогрелся до 60 С°. Однако в сообщении отсутствует конструкция самого лабораторного биореактора VT-2, что не позволяет в полной мере оценить данное техническое решение.

Решаемая техническая задача - интенсификация процесса получения тепловой энергии за счет более глубокой переработки сырья, где в каждом ярусе реактора установки для выработки тепловой энергии микробиологически разлагают сырье разные бактерии.

Решаемая техническая задача в установке для выработки тепловой энергии, содержащая теплоизолированный цилиндрический корпус, устройства: загрузки обрабатываемого сырья, где сырье представляет собой измельченный биологический материал, аэрации, подогрева сырья, отвода тепловой энергии и датчики температуры, достигается тем, что внутри цилиндрического теплоизолирующего корпуса установлены соосно с ним в последовательности операций технологического процесса, устройство загрузки сырья, включающее дозатор и распределитель в виде струнных сит, расположенных с зазором, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90°, реактор, представляющий собой перфорированную обечайку, внутри которой ярусно с зазором закреплены сита струнного типа, выполненные с возможностью удерживания микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическое разложение сырья, где струны каждого сита смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90°, устройство аэрации, содержащее теплообменник для нагрева сырья и вентилятор, которые установлены внизу на наружной стенке корпуса реактора и сообщены с трубой, расположенной под реактором и перфорированной по всей ее длине в нижней ее части для выхода воздуха, при этом установка дополнительно содержит теплообменник для отвода полезного тепла, который расположен над устройством загрузки сырья и функционально взаимосвязан воздуховодом с теплообменником для нагрева сырья и вентилятором устройства аэрации, а разгрузочное устройство взаимосвязано с устройством загрузки сырья и представляет собой цилиндрическую емкость, в верхней части которой установлены створки с противовесами для автоматической разгрузки переработанной массы, причем регулировка работой установки осуществляется блоком управления. На фиг. 1 изображен общий вид установки для выработки тепловой энергии; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. В примере конкретной реализации установка для выработки тепловой энергии содержит теплоизолированный цилиндрический корпус 1, внутри которого установлены соосно с ним в последовательности операций технологического процесса, устройство загрузки сырья, включающее дозатор 2 и распределитель в виде струнных сит 3, расположенных с зазором, где струны каждого из сит смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90° (фиг. 1, 2). Распределитель предназначен для более равномерного распределения сырья по всей поверхности в реакторе 4. Реактор представляет собой перфорированную обечайку 5 (перфорация на обечайке не показана), внутри которой ярусно с зазором закреплены сита струнного типа 6, выполненные с возможностью удерживания микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическое разложение сырья, где струны каждого сита смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α<90°. Устройство аэрации содержит теплообменник для нагрева сырья 7 и вентилятор 8, установленные внизу на наружной стенке корпуса реактора 1 и сообщенные с трубой 9, расположенной под реактором 4 и перфорированной по всей ее длине в нижней ее части 10 для выхода воздуха, расположенной под реактором 4. Реактор 4 содержит теплообменник 11 для отвода полезного тепла, расположенный над устройством загрузки сырья, и функционально взаимосвязан воздуховодом 12 с теплообменником 7 и вентилятором 8 устройства аэрации, регулировка работой которых осуществляется блоком управления 13. Разгрузочное устройство взаимосвязано с устройством загрузки сырья и представляет собой цилиндрическую емкость 14, в верхней части которой установлены створки 15 с противовесами 16 для автоматической разгрузки переработанной массы, которая собирается в лоток 17.

Установка для выработки тепловой энергии работает следующим образом. Сырье в виде измельченного биологического материала поступает в дозатор 2 реактора и падает на распределитель в виде струнных сит 3, проходя которые оно распределяется более равномерно по поверхности, чему способствует размещение сит со значительным зазором и смещение струн каждого сита 3 относительно друг друга на угол α. Сырье поступает в реактор 4 на сита 6. Струнные сита 6 могут иметь также шероховатую поверхность, удерживающую соответствующую колонию микроорганизмов. Из блока управления 13 подается команда на включение работы устройства аэрации, теплообменника 7 и вентилятора 8. Нагретый воздух поступает в трубу 9 и за счет ее перфорации 10 поступает в реактор 4 и вышестоящие зоны. Нагрев сырья производится до температуры 70-80 С°. Энергетический метаболизм обеспечивается за счет биологического окисления в организме термофильных бактерий, приводящих к химическим реакциям с выделением тепла. По мере протекания реакций часть микроорганизмов не выдерживают этой температуры и погибает, остаются только термофильные бактерии. Изменяются и условия среды для существования бактерий. Биологическая масса поступает на нижестоящие струнные сита, где работают уже другие термофильные бактерии, для которых эта среда пригодна для энергетического метаболизма. И так происходит поэтапно на всех струнных ситах. Наличие струнных сит приводит их к самоочищению. Биологическое разложение сырья, происходящее в одном сите или в нескольких ситах 6 с одинаковыми условиями среды, образует ярус, которых в этом реакторе много. Данный реактор является многоярусной с вертикальным расслоением в реакторе на разновысокие структурные части. В каждом ярусе реакции протекают с разными бактериями без контроля отвода продуктов метаболизма, что и обеспечивает более глубокую переработку сырья. По мере достижения оптимальной температуры выключаются теплообменник 7 и вентилятор 8 и теплый воздух при необходимости поступает уже из теплообменника 11 по воздуховоду 12 в трубу 9 и реактор 4. Теплообмен может происходить произвольно за счет разности температур воздуха в верхних и нижних частях реактора. Поступающий воздух контактирует сразу со всей обрабатываемой массой на ситах со всех сторон сверху и снизу, что и интенсифицирует процесс метаболизма бактерий. Полученная тепловая энергия поступает в теплообменники. Контроль работы реактора осуществляется блоком управления 13. Переработанная масса поступает в разгрузочное устройство, в емкость 14 со створками 15, с противовесами 16, которые позволяют по мере накопления переработанной массы автоматически открываться, и масса поступает в лоток 17. При открытии створок 15 поступает команда на блок управления 13 и включается дозатор 2. Для ведения процесса необходимая влага, которая образуется в виде сконденсированных капель воды на поверхности 18 теплообменника 11 и поступает в реактор 4, а излишки стекают в лоток 17. Контроль температуры осуществляется датчиками 19. Выполнение реактора многоярусным с лучшей аэрацией позволяет провести более глубокое микробиологическое разложение биологических отходов производств и повысить выход тепловой энергии. В настоящее время изготовлена опытная установка для выработки тепловой энергии, которая проходит всесторонние испытания.

Установка для выработки тепловой энергии, содержащая теплоизолированный цилиндрический корпус, устройства: загрузки обрабатываемого сырья, где сырье представляет собой измельченный биологический материал, аэрации, подогрева сырья, отвода тепловой энергии и датчики температуры, отличающаяся тем, что внутри цилиндрического теплоизолирующего корпуса установлены соосно с ним в последовательности операций технологического процесса устройство загрузки сырья, включающее дозатор и распределитель в виде струнных сит, расположенных с зазором, где струны каждого из сит смещены относительно друг к другу на угол α, где 0<α≤90°, реактор, представляющий собой перфорированную обечайку, внутри которой ярусно с зазором закреплены сита струнного типа, выполненные с возможностью удерживания микроорганизмов, обеспечивающих микробиологическое разложение сырья, где струны каждого сита смещены относительно друг друга на угол α, где 0<α≤90°, устройство аэрации, содержащее теплообменник для нагрева сырья и вентилятор, которые установлены внизу на наружной стенке корпуса реактора и сообщены с трубой, расположенной под реактором и перфорированной по всей ее длине в нижней ее части для выхода воздуха, при этом установка дополнительно содержит теплообменник для отвода полезного тепла, который расположен над устройством загрузки сырья и функционально взаимосвязан воздуховодом с теплообменником для нагрева сырья и вентилятором устройства аэрации, а разгрузочное устройство взаимосвязано с устройством загрузки сырья и представляет собой цилиндрическую емкость, в верхней части которой установлены створки с противовесами для автоматической разгрузки переработанной массы, причем регулировка работой установки осуществляется блоком управления.