Биоустановка

(51) 02 11/04 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ материалоемкости биореактора и обеспечение пожаровзрывобезопасности. Биореактор содержит пластмассовый корпус 1,газгольдер 2, гидрозатвор 3, топливный котел 4,технологические трубопроводы 5, 6, теплообменник 7, емкость для сбора и приготовления субстрата 8,шнек 9, падающую трубу 10, сливную трубу 11,вентили 12, горловину 13, теплоизоляцию 14,патрубок 15 для подачи биогаза из реактора в газгольдер,огнепреградительный затвор 16,газопровод 17, электропривод 18, осушитель биогаза 20. Технический результат заключается в снижении расхода тепловой энергии на нагрев биореактора за счет снижения тепловых потерь с поверхности газгольдера. Уменьшение массы корпуса биореактора за счет использования пластмассы. Обеспечение пожаровзрывобезопасности - в исключении вероятности разрушения или повреждения газгольдера и биореактора в случае взрыва биогаза внутри газгольдера.(72) Барков Виктор Иванович Токмолдаев Аманжол Бектурсынович Аблинанов Ваит Аблитарович Сарыбаев Бахтияр Алибекович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научноисследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства(57) Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности,к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в отдаленных фермерских хозяйствах, животноводческих фермах и других агроформированиях. Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности энергосбережения,снижение Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства,в частности,к биоустановкам для получения органических удобрений и биогаза и может найти применение в отдаленных фермерских хозяйствах,животноводческих фермах и других агроформированиях. Известен метантенк для фермерских хозяйств(Патент России 2050338, кл. 02 11/04),содержащий цилиндрический реактор с плавающим газгольдером, в верхней части которого установлен гидрозатвор. Недостатки метантенка - низкая эксплуатационная надежность узлов и элементов обеспечивающих вращение мешалок, высокие теплопотери с поверхности газгольдера. Причина недостатков - сложность конструкции,связанная с необходимостью обеспечения вращения газгольдера при его поднятии и передачи вращения лопастным мешалкам в нижней и верхней зонах реактора, химическая коррозия и забивание зазоров затвердевающими осадками субстрата, отсутствие тепловой изоляции на газгольдере. Известна установка для получения биогаза (А.с. СССР 1724607, кл. 02 11/04), которая имеет сферический реактор, вы-держиватели, разделитель объема для поэтапной переработки субстрата и рекуператор для подогрева исходного навоза. Недостатки установки - высокие затраты на переработку биомассы и, как следствие, низкая эффективность. Причина недостатков - сложность конструкции и трудоемкость технического обслуживания,неполное соответствие требованиям пожаровзрывобезопасности. Известна биогазовая установка (прототип)(Инновационный патент Казахстана 21206, кл. 02 11/04) с биореактором, совмещенным с плавающим газгольдером, мешалками, шнеками,перегородкой, разделяющей зоны кислотного и щелочного брожения, теплообменником, топливным котлом и огнепреградительным затвором. Недостатком прототипа является низкая эффективность, высокий расход тепловой энергии на нагрев реактора и высокая материалоемкость. Причина недостатков -совмещение газгольдера с биореактором,что приводит к высоким теплопотерям с поверхности газгольдера. Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности энергосбережения,снижение материалоемкости биореактора и обеспечение пожаровзрывобезопасности. Технический результат заключается в снижении расхода тепловой энергии на нагрев биореактора за счет снижения тепловых потерь с поверхности газгольдера. Уменьшение массы корпуса биореактора за счет использования пластмассы. Обеспечение пожаровзрывобезопасности - в исключении вероятности разрушения или повреждения газгольдера и биореактора в случае взрыва биогаза внутри газгольдера. Технический результат достигается за счет того,что биореактор установлен соосно внутри 2 газгольдера и теплоизолирован, а тепловой контакт с газгольдером исключен. Пожаровзрывобезопасность обеспечивается размещением газгольдера в гидрозатворе сообщающимся с атмосферой,конструкция которого обеспечивает необходимую величину площади разгерметизации в случае взрыва биогаза внутри газгольдера. На фиг. 1 показана схема биореактора. Биореактор содержит пластмассовый корпус 1,газгольдер 2, гидрозатвор 3, топливный котел 4,технологические трубопроводы 5, 6, теплообменник 7, емкость для сбора и приготовления субстрата 8,шнек 9, подающую трубу 10, сливную трубу 11,вентили 12, горловину 13, теплоизоляцию 14,патрубок 15 для подачи биогаза из биореактора в газгольдер,огнепреградительный затвор 16,газопровод 17, электропривод 18 шнека 9 и мешалки 19, осушитель биогаза 20. Биореактор работает следующим образом. Исходное сырье поступает из коровника в емкость для приготовления субстрата 8, где разводится водой и перемешивается шнеком 9 с помощью электропривода 18. Затем заливается по подающей трубе 10 в биореактор через горловину 13 в днище корпуса 1. Перемешивание субстрата биореакторе производится мешалками 19 с электроприводом 18. Нагрев субстрата осуществляется теплообменником 7, который выполнен в виде водяной рубашки и расположен в нижней части корпуса биореактора. Теплообменник 7 соединен технологическими трубопроводами 5 и 6 с топливным котлом 4 и образует циркуляционный контур теплообменник-топливный котел. Нагрев биомассы в биореакторе производится до температуры мезофильного(2540 С) или термофильного режимов (свыше 40 С). Полученное удобрение через сливную трубу 11 подается в емкость накопитель для хранения готового органического удобрения. Образующийся в процессе брожения биогаз,подается через патрубок 15 с осушителем биогаза 20 в газгольдер 2, который всплывает под воздействием избыточного давления биогаза. Газгольдер 2, благодаря своей массе, создает и поддерживает заданное давление, что обеспечивает поступление биогаза по газопроводу 17 к топливному котлу 4 или к потребителю. Гидрозатвор 3 расположен по периметру газгольдера 1 и обеспечивает герметичность, что предотвращает проникновение атмосферного воздуха в реактор и контакт его с биомассой, т.к. это может привести к гибели анаэробных микроорганизмов и, следовательно, к прекращению выделения биогаза. Необходимая величина безопасной площади разгерметизации газгольдера 2 в случае взрыва биогаза обеспечивается конструкцией гидрозатвора 3 газгольдера, имеющего необходимую площадь поперечного сечения водяной рубашки и сообщающимся с атмосферой. Это обеспечивает снижение давления взрыва за счет выброса биогаза в атмосферу через гидрозатвор и увеличения изотропной турбулентности, что и приводит к гашению пламени в аварийной ситуации и предотвращает разрушение газгольдера и биореактора от взрыва. Разгерметизация - это наиболее распространенный способ пожаровзрывозащиты оборудования. Таким образом, размещение биореактора внутри газгольдера позволяет компактно разместить оборудование, обеспечить сбор и хранение биогаза без потерь на транспортировку, и значительно снизить теплопотери по сравнению с вариантом,когда плавающий газгольдер устанавливается непосредственно в биореакторе. Во-вторых,раздельная компоновка позволяет устранить образование воздушного объема в верхней части биореактора над субстратом, что при запуске препятствует созданию анаэробных условий сбраживания в биореакторе. При заполнении биореактора воздух из внутреннего объема вытесняется поступающим субстратом в газгольдер. Установка осушителя биогаза в газгольдере позволяет снизить влажность биогаза в объеме газгольдера и интенсивность конденсации водяных паров на стенках газгольдера и газопроводе. Следовательно,исключается возможность образования водяных пробок газопроводе и снижается интенсивность коррозии корпуса газгольдера. Кроме того, размещение в подземной камере,теплоизолированной от окружающего воздуха и имеющей тепловой контакт со слоями земли в нижней части, позволяет повысить температуру снаружи биореактора и, следовательно, снизить теплопотери. Таким образом, для условий фермерского хозяйства, например, с фермой на 20 голов КРС предлагаемое изобретение обеспечивает- удооство загрузки субстрата в биореактор и технологического обслуживания за счет размещения его под землей- удобство сбора и транспортировки навоза из коровника в биореактор- обеспечение автономного режима работы биореактора за счет использования биогаза в качестве энергоносителя- снижение расхода топлива на нагрев реактора- обеспечение пожаровзрывобезопасности при работе биореактора получение экологически чистого высококачественного органического удобрения- получение биогаза для пищеприготовления и бытовых нужд для семьи 4-5 человек. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Биореактор содержащий корпус,теплообменник, мешалки, газгольдер, гидрозатвор,топливный котел, огнепреградительный затвор,емкость для приготовления субстрата,отличающийся тем, что корпус биореактора установлен внутри газгольдера. 2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что площадь разгерметизации газгольдера выбирается из соотношения где- фактор турбулизации- относительное максимально допустимое давление в газгольдере не приводящее к его деформации- относительное максимальное давление взрыва горючей смеси, для метановоздушной смеси- коэффициент расширения продуктов сгорания смеси при начальных значениях давления и температуры- коэффициент расхода при истечении смеси газов. 3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что в газгольдере на патрубке подачи биогаза из биореактора установлен осушитель.