10.33267/2072-9642-2022-12-35-39

УДК 631.3.021 

А.К. Апажев, д-р техн. наук, проф., ректор, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Ю.А. Шекихачев, д-р техн. наук, проф., декан факультета, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В.Б. Дзуганов, д-р техн. наук, доц., проф. кафедры, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

А.Г. Фиапшев, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Л.З. Шекихачева, канд. с.-х. наук, доц., проф. кафедры, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Б.А. Фиапшев, магистрант, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. 

(ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский ГАУ»)

Аннотация. Приведены результаты оптимизации конструктивно-режимных параметров работы биогазовой установки оригинальной конструкции. Установлены значения температуры процесса термофильного анаэробного сбраживания субстрата, длительности его перемешивания, числа оборотов теплообменника-мешалки, при которых обеспечивается максимальный выход биоудобрения.

Ключевые слова: биогазовая установка, биогаз, многофакторный эксперимент, температура сбраживания, продолжительность перемешивания.

Список использованных источников: 1. Шогенов Ю.Х., Гайфуллин И.Х. Потенциал использования биогаза в регионах аграрной специализации // Аграрная наука XXI века. Актуальные исследования и перспективы: тр. ХХI Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 204-209. 2. Амерханов Р.А., Цыганков Б.К., Бегдай С.Н., Кириченко А.С. Перспективы использования возобновляемых источников энергии // Труды Кубанского ГАУ. 2013. № 42. С. 185-189. 3. Григораш О.В., Степура Ю.П., Сулейманов Р.А. Возобновляемые источники электроэнергии: монография. Краснодар: КубГАУ, 2012. 272 с. 4. Григораш О.В., Квитко А.В., Кошко А.Р. Перспективы и особенности работы биогазоустановок // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского ГАУ. Краснодар: КубГАУ, 2015. № 108. С. 1147-1163. 5. Гайфуллин И.Х., Зиганшин Б.Г., Рудаков А.И., Шогенов Ю.Х. Расчет технологических параметров и обоснование конструкции мобильной биогазовой установки // Современные достижения аграрной науки: науч. тр. Всерос. (национальной) науч.-практ. конф. Казань, 2021. С. 41-47. 6. Гайфуллин И.Х., Рудаков А.И., Шогенов Ю.Х. Производство электроэнергии на основе переработки навоза в анаэробных условиях // Современное состояние, проблемы и перспективы развития механизации и технического сервиса АПК: матер. Междунар. науч.-практ. конф. Институт механизации и технического сервиса. 2019. С. 71-77. 7. Денисов В.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб. пособ. Ростов н/Д: Феникс, 2015. 382 с. 8. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А. инновационные технологии и техника утилизации отходов животноводства // Известия КабардиноБалкарского ГАУ им. В.М. Кокова. 2021. № 3 (33). С. 79-83. 9. Fiapshev A., Kilchukova O., Shekikhachev Y., Khamokov M., Khazhmetov L. Mathematical model of thermal processes in a biogas plant // MATEC Web of Conferences. 2018. 212. URL: https:// www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57205029899. 10. Apazhev A.K., Shekikhachev Y.A., Fiapshev A.G., Kilchukova O.Kh. Thermal Processes in a Biogas Plant for the Disposal of Agricultural Waste // International scientific and practical conference «AgroSMART Smart solutions for agriculture», KnE Life Sciences. 2019. Р. 40-50. URL: https://knepublishing.com/index.php/KnE-Life/ article/view/5578. 11. Пат. 152918 РФ, МПК7 А01С 3/02. Биореактор / А.Г. Фиапшев, А.К. Апажев, О.Х. Кильчукова, М.М. Хамоков, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, М.А. Кишев; заяв. и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кабардино-Балкарский ГАУ. № 2015109021/13; заявл. 13.03.2015; опубл. 20.06.2015; Бюл. № 17. 2 с.: ил. 12. Пат. 174157 РФ, МПК7 А 01 С 3/00. Биореактор / А.К. Апажев, А.Г. Фиапшев, О.Х. Кильчукова, М.М. Хамоков, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, М.М. Хамоков, Л.Р. Керимова, А.Р. Тхагапсова, Б.А. Фиапшев; заяв. и патентообладатель ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.№2017119040; заявл. 31.05.17; опубл. 05.10.2017, Бюл. № 28. 10 с.: ил. 13. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Фиапшев А.Г. Разработка и исследование биореактора для получения биоудобрения и биогаза // Вестник Казанского ГАУ. 2016. № 2(40). С. 60-63. 14. Шекихачев Ю.А., Фиапшев А.Г., Кильчукова О.Х., Хамоков М.М. Определение параметров и режимов работы биогазовой установки для крестьянских (фермерских) хозяйств // Технология колесных и гусеничных машин. 2014. № 4. С. 16-24.

Optimization of Parameters and Operating Modes of a Biogas Plant

A.K. Apazhev, Yu.A. Shekikhachev, V.B. Dzuganov, A.G. Fiapshev, L.Z. Shekikhacheva, B.A. Fiapshev (Kabardino-Balkarian SAU)

Summary. The results of the optimization of the design and regime parameters of the biogas plant of the original design are presented. The values of the temperature of the process of thermophilic anaerobic digestion of the substrate, the duration of its mixing, the number of revolutions of the heat exchanger-mixer, at which the maximum yield of biofertilizer is ensured, have been established.

Keywords: biogas plant, biogas, multivariate experiment, fermentation temperature, mixing time.

Реферат. Цель исследований – обеспечение максимального выхода биоудобрения путем оптимизации параметров и режимов работы биогазовой установки. Для получения биогаза можно использовать различные отходы. При производстве биогаза из отходов растениеводства для обеспечения более высокой скорости метаногенеза необходимо внесение в биомассу отходов с высоким содержанием азота, например, куриного помёта или свиного навоза. В результате проведенных теоретических исследований была спроектирована и изготовлена экспериментальная биогазовая установка с вместимостью метантенка 3,5 м3, работающая в термофильном режиме анаэробного сбраживания. Перемешивающее и нагревательное устройства объединены в один узел – теплообменник-мешалку, что позволяет нагревать всю массу субстрата за счёт его вращения. Для установления оптимальных конструктивных параметров и режимов работы биогазовой установки был проведен многофакторный эксперимент и составлены уравнения регрессии. Проверка адекватности уравнения регрессии согласно критерию Фишера показала, что оно описывает исследуемый процесс адекватно. С целью установления оптимальных значений основных факторов, которые обеспечат наибольший выход биогаза, на основании уравнения составлена система дифференциальных уравнений. Воспроизводимость эксперимента проверена согласно критерию Кохрена. Максимальный суточный выход биоудобрения (0,26 м3) обеспечивается при следующих оптимальных конструктивно-режимных параметрах разработанной биогазовой установки: температура процесса термофильного анаэробного сбраживания субстрата ТП = 54,4 °С; длительность перемешивания субстрата tП = 17,2 мин, частота вращения теплообменника-мешалки nТ = 7,6 мин-1. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность технологии получения биоудобрения из различных органических отходов в биогазовой установке анаэробного сбраживания.

Abstract. The purpose of the research is to ensure the maximum yield of biofertilizer by optimizing the parameters and modes of operation of the biogas plant. Various waste products can be used to produce biogas. In the production of biogas from crop waste, to ensure a higher rate of methanogenesis, it is necessary to introduce waste with a high nitrogen content into the biomass, for example, chicken manure or pig manure. As a result of the theoretical studies carried out, an experimental biogas plant with a digester capacity of 3.5 m3 was designed and manufactured, operating in the thermophilic mode of anaerobic digestion. The mixing and heating devices are combined into one unit – a heat exchanger-mixer, which allows heating the entire mass of the substrate due to its rotation. To establish the optimal design parameters and operating modes of the biogas plant, a multifactorial experiment was carried out and regression equations were compiled. Checking the adequacy of the regression equation according to the Fisher criterion showed that it adequately describes the process under study. In order to establish the optimal values of the main factors that will ensure the highest yield of biogas, a system of differential equations has been compiled on the basis of the equation. The reproducibility of the experiment was verified according to the Cochran test. The maximum daily yield of biofertilizer (0.26 m3) is provided with the following optimal design and operating parameters of the developed biogas plant: temperature of the process of thermophilic anaerobic digestion of the substrate TP = 54.4 °С; the duration of mixing of the substrate tP = 17.2 min, the rotational speed of the heat exchanger-mixer nТ = 7.6 min-1. The results obtained confirm the high efficiency of the technology for obtaining biofertilizer from various organic wastes in a biogas anaerobic digestion plant.

Вложения:

Оптимизация параметров и режимов работы биогазовой установки

286 Кб

34 Скачивания