У дисертації проведено дослідження, що мають за мету підвищення енергетичної ефективності процесів інтенсифікації біогазового виробництва шляхом застосування електротепломеханічної системи для перемішування та підігріву субстрату у біогазових реакторах. Проведено аналіз існуючих методів розрахунку систем перемішування, електричного підігріву та математичних моделей процесу анаеробного зброджування субстрату та систем автоматичного керування технологічними процесами. Виявлено наявні недоліки у системах перемішування та підігріву субстрату. Обґрунтовано доцільність зменшення енергетичних витрат на процеси інтенсифікації анаеробного зброджування шляхом інтеграції процесів перемішування та електричного підігріву субстрату. Проведені теоретичні дослідження дозволили створити енергоефективну конструкцію електротепломеханічної системи та методи управління процесами перемішування та електричного підігріву субстрату у біогазовому реакторі. Визначено раціональні конструктивні особливості електротепломеханічної системи, які забезпечують зниження витрати енергії на підігрів та перемішування. Розроблено математичну модель, за якою визначено енергетичні витрати для перемішування субстрату у біогазовому реакторі у робочі та пускові моменти руху різних типів механічних мішалок. Проведено порівняльний аналіз тихохідних механічних мішалок. Вибрано раціональний тип механічного перемішуючого пристрою для створення електротепломеханічної системи. Уперше використано 3D моделювання для визначення енергетично ефективного рівня швидкості перемішуючого органу електротепломеханічної системи. Розроблено рівняння теплового балансу біогазового реактора за наявності в ньому електротепломеханічної системи для перемішування та електричного підігріву субстрату. Виявлено, що наявність забруднення на стінках біогазового реактора створює додаткову перешкоду для проходження тепла, як з біогазового реактора у навколишнє середовище, так і навпаки. Визначено кількість енергії, необхідної на один цикл підігріву субстрату, його тривалість та зміну температури кожного об'єкту, котрий приймає участь у теплообміні. Встановлено, що енергетично ефективніше використовувати охолодження електротепломеханічної системи підігріву при відсутності перемішування. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження показали, що «раціональна» система – використання електричного нагрівального кабелю, вмонтованого у лопаті лопатевої двоярусної мішалки – є більш енергетично ефективною у порівнянні з «класичною» – електричний нагрівальний кабель розміщено на стінці біогазового реактора. Підвищення енергетичної ефективності відбувається за рахунок зменшення тривалості процесу підігріву, а відповідно, і перемішування субстрату. Відповідна економія за часом для підігріву та перемішування становить від 1,9 до 20,2 %; економія енергії для підігріву знаходиться у межах від 8,4 до 27,2 %; для перемішування – від 0,3 до 21 %, в залежності від температури навколишнього середовища. Розраховано річну енергетичну ефективність процесу підігріву та перемішування субстрату у біогазовому реакторі за використання електричного нагрівального кабелю, вмонтованого у лопаті двоярусної лопатевої мішалки, яка складає 18,1 % (219,472 МДж), серед яких 13,1 % (195,072 МДж) – електричний підігрів та 5,0 % (24,4 МДж) – перемішування субстрату. На основі отриманих результатів досліджень запропоновано методи вдосконалення системи електричного підігріву та перемішування субстрату у біогазовому реакторі, які дають змогу підвищити енергетичну ефективність та підвищити рентабельність біогазового виробництва. Конструкцію електротепломеханічної системи для перемішування та підігріву субстрату у біогазовому реакторі, захищено патентами України на винахід та корисну модель.

Постачальник даних: УкрІНТЕІ (Український Інститут науково-технічної експертизи та Інформації)

  Завантажити автореферат