29956ip
- 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ (13) A4 (11) 29956 (51) C02F 11/04 (2006.04) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2013/1983.1 (22) 27.12.2013 (45) 15.06.2015, бюл. №6 (72) Барков Виктор Иванович; Токмолдаев Аманжол Бектурсынович; Евтифеев Анатолий Геннадьевич; Әмірсейіт Сабит Қасымсеитұлы (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "Казахский научно- исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства" (56) RU 2456247 C2, кл. C02F 11/04, 2012 (54) МОДУЛЬНАЯ БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С КОМБИНИРОВАННОЙ МЕШАЛКОЙ (57) Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности, к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств и других агроформирований. Задача предлагаемого изобретения - обеспечение равномерного распределения биомассы, состоящей из фракций с различной плотностью, во внутреннем объеме биореактора модульная биогазовая установка. Модульная биогазовая установка содержит корпус биореактора 1, крышку 2 в виде цилиндрического стакана, гидрозатвор 3, теплообменник 4, комбинированную мешалку 5, состоящую из рамок 6 , ворошителей 7 и лопастей 8, электродвигатель 9, цепную передачу 10, червячный редуктор 11, патрубок загрузки 12, патрубок для слива удобрения 13, тепловую изоляцию корпуса 14, патрубки теплообменника 15, патрубок для отвода биогаза 16. Технический результат достигается за счет того, что комбинированная мешалка выполняется из рамок, ворошителей и лопастей, установленных на вертикальном валу со смещением, причем рамки закреплены на кронштейне, с возможностью поворота вокруг дополнительных осей и размещены в средней части объема реактора, а лопасти - у днища. А кронштейн установлен на вертикальном валу шарнирно с возможностью, поворота на угол ограниченный штифтами. Ворошители установлены на нижних частях рамок. (19)KZ(13)A4(11)29956
- 2. 29956 2 Изобретение относится к области биоконверсии отходов животноводства, в частности, к установкам для получения биогаза и органических удобрений и может найти применение в автономных системах газо- и энергообеспечения отдаленных фермерских хозяйств, животноводческих ферм и других агроформирований. Известен биореактор модульный (Патент России №102617, МПК С12М 1/00), содержащий цилиндрический горизонтальный корпус с теплообменником и горизонтальной лопастной мешалкой. Недостатки метантенка - конструкция мешалки не обеспечивает требуемую степень гомогенизации субстрата, низкая эксплуатационная надежность узлов и элементов. Причина недостатков - установка лопастей мешалки на валу в вертикальной плоскости с большими зазорами, что приводит к образованию на дне слоя затвердевающих осадков субстрата. Известна биогазовая установка (Инновационный патент Казахстана KZ №23055, МПК A01C 3/02; C05F 3/00; C02F 11/04), которая имеет многосекционный реактор, приемную емкость, устройство для перемешивания и систему подогрева биомассы. Недостатки установки - конструкция рамочной мешалки не учитывает вероятность образования вязкого слоя шлама на дне реактора, что может привести к нарушению работы установки. Причина недостатков - отсутствие специальных устройств для перемешивания биомассы в нижней зоне ректора. Известен метантенк (прототип) (Патент России RU №2456247 C02F 11/04) с герметичным корпусом, компрессором для отвода биогаза средствами иммобилизации анаэробной микрофлоры в виде вертикальных стержней установленных, с возможностью реверсивного вращения в зазоре между центральной трубой и корпусом для интенсивного перемешивания. Недостатком прототипа является исполнение мешалки в виде стержней без учета необходимости перемешивания и гомогенизации биомассы во всем объеме метантенка, от которой зависит скорость выравнивания концентрации микроорганизмов по объему и, соответственно, производительность установки. Причина недостатков - отсутствие перемешивающих элементов в нижней зоне метантенка, где образуется наиболее плотный слой шлама. Задача предлагаемого изобретения - обеспечение равномерного распределения биомассы, состоящей из фракций с различной плотностью, во внутреннем объеме биореактора модульная биогазовая установка. Технический результат заключается в сочетании 3-х уровней перемешивания субстрата, что повышает степень гомогенизации как жидкой фракции субстрата в средней зоне реактора, так и вязкого шлама в нижней зоне реактора. Технический результат достигается за счет того, что комбинированная мешалка в реакторе модульной биогазовой установки выполняется из рамок, ворошителей и лопастей, установленных на вертикальном валу со смещением, причем рамки закреплены на кронштейне, с возможностью поворота вокруг дополнительных осей и размещены в средней части объема реактора, а лопасти - у днища. А кронштейн установлен на вертикальном валу шарнирно с возможностью, поворота на угол ограниченный штифтами. Ворошители установлены на нижних частях рамок. Вал комбинированной мешалки связан с электродвигателем привода через цепную передачу и редуктор. На фиг.1 показана конструкция модульной биогазовой установки, на фиг.2 показана конструкция комбинированной мешалки в развёрнутом положении, на фиг.3 - мешалка в сложенном положении. Модульная биогазовая установка содержит корпус биореактора 1, крышку 2 в виде цилиндрического стакана, гидрозатвор 3, теплообменник 4, комбинированную мешалку 5, состоящую из рамок 6, ворошителей 7 и лопастей 8, электродвигатель 9, цепную передачу 10, червячный редуктор 11, патрубок загрузки 12, патрубок для слива удобрения 13, тепловую изоляцию корпуса 14, патрубки теплообменника 15, патрубок для отвода биогаза 16. Модульная биогазовая установка работает следующим образом. Исходное сырье, разведенное водой и перемешанное, заливается через патрубок загрузки 12 в биореактор 1, где создается анаэробный режим брожения. Субстрат периодически перемешивается с комбинированной мешалкой 5 для выравнивания концентрации микроорганизмов по всему объему, благодаря чему, обеспечиваются оптимальные условия для развития популяции микроорганизмов. Комбинированная мешалка 5 состоит из рамок 6 установленных на кронштейне 17, угол поворота кронштейна на вертикальном валу 18 ограничен двумя штифтами 19 (фиг.2). Рамки 6 на кронштейне 17 установлены с возможностью вращения вокруг дополнительных осей 20. На нижних частях рамок 6 установлены ворошители 7. Привод вала 18 мешалки осуществляется от цилиндра 21 через муфту электродвигателем 9 через цепную передачу 10 и редуктор 11 (фиг.1). При вращении в одну сторону рамки 6, встречая сопротивление вязкой среды субстрата, поворачиваются до упора и полностью раскрываются на максимальный угол и охватывают весь объем биореактора (фиг.2). При вращении в противоположном направлении подвижные рамки 6 складываются и перемещают ворошители 7 ближе к центру биореактора, что снижает сопротивление среды в случае высокой вязкости субстрата и обеспечивает более равномерное перемешивание биомассы и исключает ее налипание на одну из сторон (фиг.3). Затем мешалка меняет направление вращения, рамки 6 раскрываются и перемешивают весь объем.
- 3. 29956 3 Включение электропривода мешалки в течение суток происходит 2-4 раза в зависимости от гидродинамических условий в реакторе и от физических свойств субстрата, что обеспечивает равномерное перемешивание как жидкой фракции субстрата в средней части реактора, так и вязкого шлама в нижней зоне реактора. Для удобства монтажа и технического обслуживания подвижные рамки 6 складываются и мешалка проходит через горловину биореактора, за счет уменьшения ее габаритных размеров (фиг.3). Теплообменник 4 соединен технологическими трубопроводами с топливным котлом и служит для нагрева биомассы до заданной температуры. Образующийся в процессе брожения биогаз, отводится через патрубок 16 в газгольдер (фиг.1). Гидрозатвор 3 обеспечивает герметичность корпуса биореактора 1, что предотвращает проникновение атмосферного воздуха в биореактор и контакт его с биомассой, т.к. это может привести к гибели анаэробных микроорганизмов и, следовательно, к прекращению выделения биогаза. Стальная крышка 2, благодаря своей массе, создает и поддерживает заданное давление в биореакторе 1, что обеспечивает поступление биогаза по газопроводу в газгольдер (фиг.1). При повышении давления происходит сброс биогаза через гидрозатвор. Установка крышки в гидрозатворе и ее конструктивные параметры обеспечивают расчетную величину безопасной площади разгерметизации биореактора в случае взрыва метановоздушной смеси. Таким образом, для условий фермерского хозяйства, например, с молочно - товарной фермой предлагаемое изобретение обеспечивает: - равномерное перемешивание субстрата что, в итоге, интенсифицирует процесс выработки биогаза; - снижает риск образования плотного слоя шлама на дне реактора; - минимальные затраты труда и простоту очистки корпуса биореактора изнутри, так как складная конструкция рамок комбинированной мешалки облегчает демонтаж при техническом обслуживании. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Модульная биогазовая установка, содержащая биореактор, теплообменник, мешалку, редуктор, цепную передачу, электродвигатель, патрубки загрузки и выгрузки, отличающаяся тем, что комбинированная мешалка выполнена из рамок, ворошителей и лопастей, установленных на вертикальном валу со смещением, причем рамки размещены в средней части объема реактора, а лопасти - у днища. 2. Модульная биогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что рамки комбинированной мешалки установлены на кронштейне с возможностью поворота вокруг дополнительных осей на угол, ограниченный штифтами. 3. Модульная биогазовая установка по п.2, отличающаяся тем, что кронштейн установлен на вертикальном валу шарнирно с возможностью поворота, причем угол его поворота ограничен штифтами. 4. Модульная биогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что на нижних частях рамок установлены ворошители.