Залежність енергетичних витрат від типу використаної механічної мішалки у біогазовому реакторі
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2021-1-3Ключові слова:
енергоефективність, критерій Рейнольдса, критерій Ейлера, перемішування, потужність електродвигуна, енергоспоживання.Анотація
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 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 .
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.
Посилання
Bereznitskaya, M.V., Butrim, O.V., Panchenko, G.G. (2008) Natsionalnyy kadastr antropogennykh vybrosov iz istochnikov i absorbtsii poglotitelyami parnikovykh gazov v Ukraine za 1990–2007 gg. [Elektronnyy resurs]. – K.: Ministerstvo okhrany okruzhayushchey prirodnoy sredy Ukrainy, 319. Rezhim dostupa: http://climategroup.org.ua/upl/ Nac_zvit_p_parn_gazy_90_07.pdf. (in Ukrainian)
Nezdoyminov, V.I., Zyatina, V.I., Rozhkov, V.S. (2016) Matematicheskoye opisaniye osnovnykh faktorov. vliyayushchikh na formirovaniye vzveshennogo sloya osadka v ilootdelitele. Suchasne promislove ta tsivіlne budіvnitstvo, 2, 51-58. (in Ukrainian)
Ratushnyak, G.S., Anokhіna, K.V., Dzhedzhula, V.V. (2010) Doslіdzhennya parametrіv protsesu peremіshuvannya organіchnoї masi v bіogazovіy ustanovtsі z vertikalnim propelernim peremіshu-vachem. Vіnnitsya: VNTU, 170. (in Ukrainian)
Ward. A.J.. Hobbs. P.J.. Holliman. P.J.. Jones. D.L. (2008). Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresour. Technol. 99. 7928-7940.
Trakhunova, I.A., Karayeva, Yu.V. (2012) Effek-tivnost gidravlicheskogo peremeshivaniya pri razlichnykh sposobakh zagruzki organicheskogo substrata v reaktor BGU. Molodoy uchenyy, 4, 45-50. (in Russian)
Marks, S., Dach, J., Fernandez Morales, F.J., Ma-zurkiewicz, J., Pochwatka, P., Gierz, Ł. (2020). New Trends in Substrates and Biogas Systems in Poland. Journal of Ecological Engineering, 21, 4, 19-25. DOI: /10.12911/22998993/119528.
Marks S., Jeżowska A., Kozłowski K., Dach J., Wilk B., Fudala-Książek S. (2017). Review of mixing systems of fermentation liquid used in biogas plants. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna, 6, 24-26.
Spodoba, M.O., Zablodskiy, N.N., Radko, І.P. (2019) Osnovnі skladovі metodologії pobudovi zaglibnogo elektromekhanіchnogo peretvoryuvacha dlya bіogazovikh kompleksіv. V Mіzhnarodna naukovo-praktichna konferentsіya prisvyachena pam’yatі profesora Vіktora Mikhay-lovicha Sinkova «Problemi ta perspektivi rozvitku energetiki. elektrotekhnologіy ta avtomatiki v APK». K.: NUBіP. (in Ukrainian)
Ratushnyak, G.S., Lyalyuk, O.G., Koshcheev, І.A. (2017) Bіogazovі ustanovki z vіdnovlyuvanimi dzherelami energії termostabіlіzatsії protsesu fer-mentatsії bіomasi. Vіnnitsya: VNTU, 88. (in Ukrainian)
Kurіs, Yu.V. Bіoyenergetichnі ustanovki. Oblad-nannya ta tekhnologії pererobki organovmіsnikh energoresursіv. Zaporіzhzhya: ZDІA, 348. (in Ukrainian)
Vedenev, A.G., Vedeneva, T.A. (2011) Rukovod-stvo po biogazovym tekhnologiyam. «DEMI», 84.
Ameur, H. (2016). Mixing of complex fluids with flat and pitched bladed impellers: effect of blade attack angle and shear-thinning behavior. Food Bi-oprod. Process. 99, 71-77.
Ameur, H. (2018). Modifications in the Rushton turbine for mixing viscoplastic fluids. J. Food Eng. 223, 117-125.
Zakomorniy, D.M., Povodzinskiy, V.M., Shibetskiy, V.Yu. (2015) Klasifіkatsіya ta analіz roboti fer-menterіv z mekhanіchnimi peremіshuyuchimi pris-troyami v ayerobnikh protsesakh bіotekhnologії. ScienceRise, 5 (2), 24-32. (in Ukrainian)
Barabash, V.M., Begichev, V.I., Belevitskaya, M.A., Smirnov, N.N. (2007) Problemy i tendentsii razvitiya teorii i praktiki peremeshivaniya zhidkikh sred. Teoreticheskiye osnovy khim. tekhnologii. 41, (2), 140-147. (in Ukrainian)
Chervoniy, І.F., Kurіs, Yu.V. (2012) Doslіdzhennya pristroїv ta udoskonalennya protsesіv peremіshu-vannya v bіogazovikh ustanovkakh. Kh.: Energos-berezheniye. Energetika. Energoaudit. 2, 96. (in Ukrainian)
Foukrach, M., Bouzit, M., Ameur, H. (2020). Effect of Agitator’s Types on the Hydrodynamic Flow in an Agitated Tank. Chin. J. Mech. Eng. 33, 37. DOI: 10.1186/s10033-020-00454-2.
Strenk, F. (1975) Peremeshivaniye i apparaty s mіshalkami. L.: Khimiya, 384. (in Russian)
Lunyaka, K.V., Vus, D.N., Rusanov, S.A., Klyuyev, O.I. (2009) Rozchinennya tverdoї rechovini pri peremіshuvannі mіshalkami v posudinakh z vertikalnimi peregorodkami. Kherson, 36-39. (in Ukrainian)
Baranov, D.A., Kutepov, A.M. (2004) Protsessy i apparaty. Uchebnik dlya stud. uchrezhdeniy sred. prof. Obrazovaniya. M.: Izdatelskiy tsentr «Akad-emiya», 304. (in Ukrainian)
Lunyaka, K.V., Vus, D.N., Klyuyev, O.I., Niko-layenko, I.V. (2009) Polucheniye zavisimosti dlya rascheta vremeni rastvoreniya tverdogo veshchest-va mekhanicheskoy meshalkoy. Sumy: Vіsnik SumDU. Serіya Tekhnіchnі nauki, 3, 191-195. (in Ukrainian)
Lunyaka, K., Vus, D., Chumakov, G. (2008) Doslіdzhennya masoperedachі pri peremіshuvannі turbіnnoyu mіshalkoyu v posudinakh z vіdbivnimi peregorodkami. Ternopil: Vіsnik Ternopіlskogo derzhavnogo tekhnіchnogo unіversitetu, 13, 1, 171-176. (in Ukrainian)
Yurkova, V.V., Shklyar, V.I., Dubrovskaya, V.V. (2014) Analiz energoeffektivnosti raboty kogener-atsionnykh ustanovok na biotoplive. K.: Nauchnyy zhurnal Kiyevskogo politekhnicheskogo universi-teta im. Igorya Sikorskogo «Energetika. ekonomi-ka. tekhnologii. ekologiya», 3, 29-32. (in Ukrainian)
Karpushkin, S.V., Krasnyanskiy, M.N., Borisenko, A.B. (2009) Raschet i vybor mekhanicheskikh peremeshivayushchikh ustroystv vertikalnikh em-kostnykh apparatov. Tambov: Izdatelstvo TGTU, 168. (in Russian)
Cherevko, O.І., Poperechniy, A.M. (2014) Protsesi і aparati kharchovikh virobnitstv: pіdruchnik 2-e vidannya. dop. ta vipr. Kh.: Svіt Knig, 495. (in Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 М. А. Сподоба, Н.Н. Заблодский
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
