Джеджула В'ячеслав Васильович. Обґрунтування параметрів обладнання для виробництва біогазу при утилізації органічних відходів сільськогосподарських підприємств

Краткое описание

Джеджула В'ячеслав Васильович. Обґрунтування параметрів обладнання для виробництва біогазу при утилізації органічних відходів сільськогосподарських підприємств : Дис... канд. наук: 05.05.11 - 2007.

Джеджула В.В.Обґрунтування параметрів обладнання для виробництва біогазу при утилізації органічних відходів сільськогосподарських підприємств Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Вінницький державний аграрний університет. Вінниця, 2007.
Дисертація присвячена питанням теоретичного та експериментального дослідження інтенсифікації технологічного процесу анаеробного бродіння. Розроблено математичну модель управління технологічними процесами підвищення продуктивності біогазових реакторів з утилізації органічних відходів на базі теорії нечіткої логіки та лінгвістичної змінної. Використання цієї методології дозволяє враховувати вплив кількісних та якісних факторів на процес термостабілізації та інтенсифікації анаеробних процесів. Встановлено, що одним із найсуттєвіших факторів термостабілізації та інтенсифікації анаеробних процесів в біогазових установках при утилізації органічних відходів з метою підвищення їх продуктивності є коливальна активація теплообміну. Досліджено гідродинамічні та теплообмінні особливості у коливальному нерівномірному в’язкому середовищі, що омиває теплообмінну поверхню. Виявлено, що вібрація середовища інтенсифікує у водному середовищі вільноконвективну тепловіддачу в 1,5...3,0 разів, в суспензії С=8% в 1,3...2,5 рази. Обґрунтовано та запропоновано раціональні технологічні схеми роботи біогазових реакторів з рекуперацією теплоти шламу та з тепловим насосом. Запропоновано принципові технологічні схеми для підготовки біогазу до використання в теплотехнічному обладнанні. Обґрунтовано технології, апарати та реагенти для очищення біогазу. Виконано техніко-економічне обґрунтування роботи біореактора з активацією теплообміну при утилізації органічних відходів сільськогосподарських підприємств.

За результатами аналізу стану сучасних технологій утилізації відходів сільськогосподарського виробництва встановлено, що найбільш енергозберігаючим є біогазове перероблення органіки, яке дозволяє децентралізувати енергоспоживання та отримати екологічно якісні добрива. На сьогоднішній день відсутні науково-обґрунтовані рекомендації параметрів робочих органів для перемішування субстрату з метою інтенсифікації та термостабілізації анаеробних процесів перероблення органіки в біогазових установках.

2. Розроблено математичну модель процесу активації роботи біореактора при коливальному перемішуванні субстрату. Розв’язанням диференційного рівняння Лагранжа установлено закон руху пластини активатора. На основі законів теплопровідності, конвективного теплопереносу та збереження імпульсів розроблено критеріальне рівняння, що описує теплообмінні процеси між нагрівальним елементом і субстратом при коливальному омиванні стінки нагрівника.
3. Теоретично обґрунтовано вдосконалення конструктивно-технологічних параметрів біогазових реакторів. Розроблено математичну модель управління технологічними процесами підвищення продуктивності біогазових реакторів з утилізації органічних відходів в біореакторах на базі теорії нечіткої логіки та лінгвістичної змінної. Використання цієї методології дозволяє враховувати вплив кількісних та якісних факторів на процес термостабілізації анаеробних процесів. Встановлено, що одним із найсуттєвіших факторів термостабілізації та інтенсифікації анаеробних процесів в біогазових установках при утилізації органічних відходів з метою підвищення їх продуктивності є коливальна активація теплообміну.
4. Для уточнення теоретично обґрунтованих параметрів робочих органів активатора розроблена експериментальна установка. Установка дозволила дослідити вплив робочих параметрів активатора на тепловіддачу від теплообмінної поверхні до середовища в об’ємі за умов зовнішньої задачі теплообміну з коливальною активацією. Комп’ютеризований збір даних та їх оброблення за спеціально розробленою програмою забезпечили достатню достовірність отриманих експериментальних результатів. Похибки визначення питомого теплового потоку від нагрівального елементу до субстрату та коефіцієнту тепловіддачі не перевищують відповідно 2,34,7% і 2,814,2%.
5. Експериментально доведено, що коливання середовища пластиною активатором інтенсифікує у водному середовищі вільноконвективну тепловіддачу в 1,5...3,0 разів, в суспензії С=8% в 1,3...2,5 рази. Таким чином використання пластини активатора для інтенсифікації теплообміну у біореакторах дозволяє термостабілізувати та інтенсифікувати процес виробництва біогазу та економити матеріальні ресурси за рахунок зменшення площ теплообмінних пристроїв.
6. Обґрунтовано та запропоновано раціональні технологічні схеми роботи біореакторів з рекуперацією теплоти шламу. Запропоновані енергозберігаючі схеми дозволяють скоротити витрати теплоти на нагрівання вхідної органічної сировини в біореактор до 70%. Розроблено схему автоматизованого управління робочими параметрами біореактора з інтенсифікацією теплообміну.
7. Обґрунтовано нові конструкції реакторів, технології, апарати та реагенти для очищення біогазу. Виконано техніко-економічне обґрунтування роботи біореактора з активацією теплообміну при утилізації органічних відходів сільськогосподарських підприємств. Річний прибуток від впровадження схеми автоматизованого управління та інтенсифікації теплообміну для реактора об’ємом 600 м3складає більше 20 000 грн. Запропонована система утилізації органічних відходів є високорентабельною для реакторів середнього і великого об’єму (від 100 м3).