Залежність енергетичних витрат від типу використаної механічної мішалки у біогазовому реакторі

Abstract

UK: Мета роботи. Дослідження залежності енергетичних витрат механічних мішалок та визначення енергоефективного типу перемішуючого пристрою для підвищення енергетичної ефективності процесу утворення біогазу та рентабельності подальшої переробки у теплову та електричну енергії. Методи дослідження. Визначення та аналіз енергетичних витрат для механічних мішалок, порівняння та визначення їх енергоспоживання у процесі утворення біогазу, узагальнення отриманих результатів. Отримані результати. У формуванні сучасної енергетичної системи важливу роль відіграють біогазові технології. Рентабельність яких безпосередньо залежить від енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування. Процес анаеробного зброджування відходів є довготривалим, тому одним з основних методів інтенсифікації біогазового виробництва є перемішування відходів у процесі анаеробного бродіння. Не зважаючи на велику кількість різноманітних типів перемішуючих пристроїв та систем, основне завдання перемішування полягає у створенні однорідної речовини з однаковою температурою, кислотністю та іншими фізико-хімічними складовими у будь-якій точці об’єму речовини. Існує необхідність підвищення енергоефективності процесів інтенсифікації анаеробного зброджування та рентабельності подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. Шляхи підвищення енергоефективності полягають у визначені залежності енергетичних витрат механічних мішалок, виборі енергоефективного типу мішалки, визначені критеріїв, що суттєво впливають на споживання електричної енергії на перемішування, досліджені векторів розповсюдження потоків, що створюються мішалкою. Реалізація цих дій дозволить встановити оптимальні геометричні розміри мішалки та суттєво підвищити енергетичну ефективність біогазових установок та подальшу переробку утвореного біогазу у теплову та електричну енергії. Наукова новизна. Проведено аналіз причин різних значень критерію Ейлера для механічних u1084 мішалок за однакового режиму руху речовини її рівня і об’єму у резервуарі та інших однакових параметрах. Проведено порівняльний аналіз енергетичних витрат для найбільш розповсюджених у біогазових реакторах типів механічних мішалок. Встановлено, що використання двоярусної лопатевої мішалки, у якої по дві лопаті на ярус необхідно найменша кількість енергії на перемішування відходів у біогазовому реакторі об’ємом 3 Vреак = 5 м . Практична цінність. Приведені у роботі дані можуть бути використані при проектуванні, будівництві та модернізації біогазових установок. Визначено напрям необхідних подальших наукових досліджень, реалізація яких підвищить енергетичну ефективність біогазового виробництва та рентабельність подальшої переробки біогазу у теплову та електричну енергії. EN: Purpose. Investigation of the dependence of the energy consumption of mechanical mixers and determination of an energy-efficient type of mixing device to increase the energy efficiency of the biogas formation process and the profitability of further processing into thermal and electrical energy. Methodology. Determination and analysis of energy costs for mechanical mixers, comparison and determination of their energy consumption in the process of biogas formation, generalization of the results. Findings. Biogas technologies play an important role in the formation of a modern energy system. The profitability of which directly depends on the energy efficiency of the processes of intensification of anaerobic fermentation. The process of anaerobic fermentation of waste is long, so one of the main methods of intensification of biogas production is the mixing of waste during anaerobic fermentation. Despite the large number of different types of mixing devices and systems, the main task of mixing is to create a homogeneous substance with the same temperature, acidity and other physicochemical components at any point in the volume of the substance. There is a need to increase the energy efficiency of the processes of intensification of anaerobic fermentation and the profitability of further processing of biogas into heat and electricity. Ways to improve energy efficiency are in certain dependences of the energy consumption of mechanical mixers, the choice of an energy-efficient type of mixer, certain criteria that significantly affect the consumption of electrical energy for mixing, the study of the vectors of propagation of flows created by the mixer. The implementation of these actions will allow you to establish the optimal geometric dimensions of the mixer and significantly increase the energy efficiency of biogas plants and further processing of the resulting biogas into thermal and electrical energy. Originality. The analysis of the reasons for different values of the Euler criterion for mechanical mixers is carried out with the same mode of the substance motion, its level and volume in the tank and other equal parameters. A comparative analysis of energy costs for the most common types of mechanical mixers in biogas reactors is carried out. It has been established that the use of a two-tier paddle mixer, which has two blades per tier, requires the least amount of energy to mix waste in a biogas reactor with a volume 3 Vr = 5 m . Practical value. The data presented in this paper can be used in the design, construction and modernization of biogas plants. The direction of necessary further scientific researches is determined, the realization of which will increase the energy efficiency of biogas production and the profitability of further processing of biogas into thermal and electric energy.