1598005433-e56a4b827448586987c6a2104f124b32 (Биогаз. Теория и практика. В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер, 1982u), страница 7

Однако их следует применять только в сочетании с системой принудительноп циркуляции субстрата, что влечет за собой соответствующее повышение затрат, но позволяет надежно регулировать температуру брожения. Эта система подогоева имеет преимущество в том, что благодаря одновременному подогреву и перемешиванию свежего и циркулирующего субстрата разница между температурами поступающего в камеру и уже имеющегося там субстрата будет незначительной. Кроме того, надежно поддерживается скорость перемещения субстрата, необходимая для предотвращения выпадения твер57 дого осадка на поверхностях теплообмеиника. И, наконец, расположение теплообменников вне рабочего пространства реактора значительно облегчает доступ к ним для обслуживания и ремонта.

В качестве нагревательных агрегатов применяют большей частью трубчатые теплообменники, где теплоносителем служит вода, нагретая до температуры б(60'С. Более высокая температура, которую необходимо было бы поддерживать, в частности в установках с термофильными бактериями, повышает риск налипания взвешенных твердых частиц на поверхность теплообменника, Пока что мы еще не обладаем достаточно большим практическим опытом эксплуатации установок с термофильными бактериями. Равным образом нуждаются в дальнейших исследованиях теплообменники, предназначенные для подогрева загружаемой в реактор массы путем вторичного использования запасенной отводимым субстратом теплоты.

Это можно было бы осуществить либо путем прямой теплопередачи с помощью помещенного в шлам теплообменника, либо посредством теплового насоса, оснащенного конденсатором или испарителем, конструкция которого в каждом конкретном случае должна определяться свойствами субстрата [90, 124]. 3,2.3. Устройства для иеремешивания субстрата Постоянное равномерное распределение и переориентировка жидкости и находящихся в ней твердых веществ, различающихся по размеру, форме и плотности„служат предпосылкой беспрепятственного и эффективного протекания процесса брожения. Механические перемешиаающие устройства Применение вращающихся перемсшивающих устройств предъявляет высокие требования к форме реактора, если должны быть обеспечены необходимая для уменьшения образования осадка и плавающей корки скорость перемещения и требующаяся для интенсивного перемешиваиия субстрата турбулентность во всех зонах реактора. Поэтому такие мешалки могут эффективно и с допустимым расходом энергии использоваться лишь в небольших реакторах при воздействии на тяжелые суб- страты.

Однако, если речь идет о субстратах малой вязкости, содержащих мало веществ, склонных к осаждению или образованию плавающей корки, то механические перемешивающие устройства оказываются эффективными и в относительно крупных реакторах. Для прос. тых небольших установок а незначительным выходом газа механические мешалки, которые в некоторых случаях могут приводиться от руки, представляют собой приемлемое решение. Гпдравличесяие перьмошивающие системы Содержимое крупных реакторов, в особенности цилиндрической формы, можно перемешивать гидравлическим способом, т. е. с помощью струи жидкости. В многочисленных биогазовых установках, построенных в ФРГ 20 лет назад, очень хорошо зарекомендовала себя система с подвижным соплом (см.

рис. 9) [103]. При горизонтальном направлении сопла, которое вращается вокруг оси реактора и может перемещаться вдоль нее, струя жидкости проникает во все зоны рабочего пространства реактора. Гидравлические системы с неподвижным соплом требуют, напротив, тщательного выбора в соответствии с размерами и формой реактора, чтобы обеспечивать достаточное перемешивание субстрата во всех зонах реактора. Перемешиваиие с помощью гаоа Хорошее качество перемешивания можно получить, нагнетая полученный в результате брожения газ в жидкий субстрат (см. рис. 11). Однако при этом субстрат не должен обладать слишком большой вязкостью и быть склонным к образованию плавающей корки; в противном случае следует непрерывно удалять всплывающие частицы [82] или отделять крупные частицы твердого мате. риала от субстрата перед поступлением его в реактор [53].

Пока мы еще не располагаем годными для всех случаев рекомендациями об оптимальных конструкциях, действии и потребностях в энергии названных выше перемешивающих устройств при их применении в реакторах различных размеров и формы, работающих на типичных сельскохозяйственных субстратах с той или иной концентрацией твердых материалов. 39 4, Потребность в энергии 4Л. Теплота Чтобы поддерживать необходимую для процесса брожсния температуру, нужно постоянно подводить теплоту к сбраживаемой массе.

Потребность в ней складывается из количества теплоты, необходимого для подогрева субстрата от температуры, характерной для подаваемого в реактор жидкого навоза, до температуры брожения, и теплоты, идущей на компенсацию потерь, вызванных радиацией и теплопроводностюо. Располагая теплотехническими характеристиками субстрата и материала реактора, данными о размерах резервуара, количестве участвующих в процессе материалов, температуре брожения и времени пребывания субстрата в реакторе, в каждом конкретном случае можно достаточно простым способом рассчитать необходимое количество теплоты. Многочисленные примеры такого расчета для сельскохозяйственных биогазовых установок имеются в литературе|28, 45, 77, 111).

4.1Л. Подогрев сбраживаемой массы Количество теплоты, которым мы должны располагать для подогрева загружаемой в реактор массы до температуры процесса, зависит от массы субстрата, его средней удельной теплоемкости, разности между температурами процесса и загружаемого материала.

Значения массы субстрата и его удельной теплоемкости для заданного числа животных и способа их содержания можно в первом приближении считать постоянными. Напротив, разность температур подвержена сезонным колебаниям, посколзису экскременты из животноводческого помещения поступают в реактор при температуре окружающей среды. Если принять удельную теплоемкость жидкого субстрата равной тсплоемкости воды, то для подогрева 1 кг жидкого навоза на 1 К (1'С) требуется количество теплоты, равное 4,18 кДж 4Л.2.

Компенсация тепловых потерь Тепловые потери в реакторе определяются: — разностью между температурой сбраживаемой массы и характерной для каждого конкретного случая на- 40 ру>киой температурой отдельных поверхностей реактора; — величиной поверхностей контакта субстрата н наружного воздуха, субстрата и грунта, газа (в пространстве над зоной брожения) и наружного воздуха; — коэффициентом теплопередачи материала той или иной стенки; — коэффициентом теплопередачн на поверхности контакта между отдельными средами; — толщиной отдельных слоев стенок, Так как с увеличением размеров реактора уменыпастся отношение плошади его поверхности к объему, потери теплоты у более крупных реакторов, отнесенные к единице объема, будут ниже. Для цилиндрических реакторов (проточная система, температура брожения 32,5'С) различных размеров, изготовленных из бетона с изолирующим слоем полиуретана толщиной 50 мм, значения суточных потерь теплоты, как показывают американские данные, колеблются от 8% (для объема 400 мз) и 11% (для 124 мз) до 16% (для 60 мз) количества теплоты, необходимого для подогрева ежесуточно загружаемого субстрата 145).

Расчеты, сделанные несколько лет назад для реакторов соответствующих размеров при аналогичных условиях, дали втрое большие значения тепловых потерь [77). Если известны суточные и сезонные колебания внешней температуры, учтены КПД получения теплоты из газа и его выход из сбражнваемой массы, то можно определить необходимое для почогрева количество газа. Следовательно, общая потребность в теплоте для биогазовой установки определяется главным образом затратами на подогрев субстрата до температуры брожения.

Потребность в теплоте для компенсации потерь может быть снижена на несколько процентов путем применения соответствующей изоляции. 4.2. 51еханичссяая энергия 4.2.1. Перемещивание Потребность в энергии, затрачиваемой на перемещивание счбстратз, зависит; — - от необходимой степени псремсшивания: — вязкости субстрата; — формы и размеров реактора; - констр кции, ру, величины, эксплуатационных ха актеристик (например, частоты вра ) ния не~палки. ащения) и расположеПредварительный расчет затрат эне гни пока представляется возмож ных количественных жным из-за ото тствия н х рекомендаций по режимам ал псремешнвающих устройс в м работы сельскохозяйственных биог " т в условиях экспл иогазовых установок.