[go: up one dir, main page]

RU225214U1 - Laboratory bioreactor - Google Patents

Laboratory bioreactor Download PDF

Info

Publication number
RU225214U1
RU225214U1 RU2024105585U RU2024105585U RU225214U1 RU 225214 U1 RU225214 U1 RU 225214U1 RU 2024105585 U RU2024105585 U RU 2024105585U RU 2024105585 U RU2024105585 U RU 2024105585U RU 225214 U1 RU225214 U1 RU 225214U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laboratory
bioreactor
pipeline
digester
biogas
Prior art date
Application number
RU2024105585U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Александрович Киров
Дмитрий Николаевич Котов
Виктор Юрьевич Копытин
Александр Владимирович Петушков
Владимир Александрович Киров
Юлия Зиновьевна Кирова
Сергей Владимирович Денисов
Кирилл Александрович Жичкин
Виктор Александрович Рысай
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU225214U1 publication Critical patent/RU225214U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию, а именно к установкам для исследования метанового сбраживания органической массы, например растительных и хозяйственных отходов, навоза, сточных вод и т.п., с получением экологически чистого органического удобрения и выработкой биогаза в лабораторных условиях. Лабораторный биореактор содержит метантенк 1, состоящий из днища 2 с выгрузным патрубком 3 отвода переработанной биомассы, корпуса 4 с тепловым контуром 5, трубопровода теплоносителя 6 и температурного датчика 7, крышки 8. На крышке 8 установлен загрузочный патрубок 9 приёма исходной биомассы, газовый клапан 10 для отвода биогаза и электропривод 11 вала мешалки 12 с лопатками 13, при этом биореактор снабжён трубопроводом 15, соединённым одним концом с днищем 2, другим концом - с цилиндрической частью метантенка на уровне 3/4 её высоты, причём трубопровод 15 снабжён рециркуляционным насосом 16 и отсекающим 17 и регулирующим 18 вентилями. Полезная модель направлена на решение задачи по созданию лабораторного биореактора для исследования метанового сбраживания органических отходов с получением биогаза с улучшенными функциональными возможностями: способностью эффективно осуществлять технологический процесс перемешивания биомассы различной влажности. The utility model relates to laboratory equipment, namely to installations for studying methane fermentation of organic matter, such as plant and household waste, manure, wastewater, etc., with the production of environmentally friendly organic fertilizer and the production of biogas in laboratory conditions. The laboratory bioreactor contains a digester 1, consisting of a bottom 2 with a discharge pipe 3 for the removal of processed biomass, a housing 4 with a thermal circuit 5, a coolant pipeline 6 and a temperature sensor 7, a cover 8. On the cover 8 there is a loading pipe 9 for receiving the original biomass, a gas valve 10 for removal of biogas and an electric drive 11 of the mixer shaft 12 with blades 13, while the bioreactor is equipped with a pipeline 15, connected at one end to the bottom 2, the other end - with the cylindrical part of the digester at 3/4 of its height, and the pipeline 15 is equipped with a recirculation pump 16 and shut-off 17 and regulating 18 valves. The utility model is aimed at solving the problem of creating a laboratory bioreactor for studying methane fermentation of organic waste to produce biogas with improved functionality: the ability to effectively carry out the technological process of mixing biomass of varying humidity.

Description

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию, а именно к установкам для исследования метанового сбраживания органической массы, например, растительных и хозяйственных отходов, навоза, сточных вод и т.п., с получением экологически чистого органического удобрения и выработкой биогаза в лабораторных условиях.The utility model relates to laboratory equipment, namely to installations for studying methane fermentation of organic matter, for example, plant and household waste, manure, wastewater, etc., with the production of environmentally friendly organic fertilizer and the production of biogas in laboratory conditions.

Известна конструкция лабораторной установки для исследования метанового сбраживания органических отходов с получением биогаза, содержащая биореактор, снабжённый мешалкой, ручка которой герметично закреплена в крышке биореактора, герметичной гильзой, выполненной из материала с высокой теплопроводностью и устойчивостью к биокоррозии, в полости которой установлен нагреватель, соединённый с автоматическим регулятором температуры, имеющим датчик, расположенный в биореакторе, соединённым с ресивером через гидрозатвор [1].The design of a laboratory installation for studying methane fermentation of organic waste to produce biogas is known, containing a bioreactor equipped with a stirrer, the handle of which is hermetically fixed in the bioreactor lid, a sealed sleeve made of a material with high thermal conductivity and resistance to biocorrosion, in the cavity of which a heater is installed, connected to an automatic temperature controller having a sensor located in the bioreactor, connected to the receiver through a water seal [1].

Недостатками данного технического решения являются низкая функциональность и эффективность моделирования технологического процесса из-за отсутствия возможности изменения режимов перемешивания и выгрузки субстрата.The disadvantages of this technical solution are the low functionality and efficiency of modeling the technological process due to the inability to change the modes of mixing and unloading the substrate.

Известна конструкция лабораторного биореактора, выбранная в качестве прототипа содержащая метантенк, состоящий из днища с выгрузным патрубком, для отвода переработанной биомассы, корпуса с тепловым контуром, трубопровода теплоносителя и температурного датчика, крышки. На крышке установлен загрузочный патрубок приёма исходной биомассы, газовый клапан для отвода биогаза и электропривод вала мешалки с лопатками. Лабораторный биореактор устанавливается на горизонтальном основании с помощью опоры и шарнира в положении, которое фиксируется рейкой и фиксирующими планками [2].The design of a laboratory bioreactor is known, chosen as a prototype, containing a digester tank consisting of a bottom with a discharge pipe for removing processed biomass, a housing with a thermal circuit, a coolant pipeline and a temperature sensor, and a lid. The lid is equipped with a loading pipe for receiving the initial biomass, a gas valve for removing biogas, and an electric drive for the mixer shaft with blades. The laboratory bioreactor is installed on a horizontal base using a support and a hinge in a position that is fixed by a rail and fixing bars [2].

Недостатками данного технического решения являются низкая функциональность и эффективность моделирования технологического процесса из-за отсутствия возможности изменения режимов перемешивания субстрата различной влажности.The disadvantages of this technical solution are the low functionality and efficiency of modeling the technological process due to the inability to change the mixing modes of substrates of different humidity.

Полезная модель направлена на решение задачи по созданию лабораторного биореактора для исследования метанового сбраживания органических отходов с получением биогаза с расширенными функциональными возможностями, способной наглядно и эффективно отражать технологический процесс перемешивания и выгрузки биомассы различной влажности.The utility model is aimed at solving the problem of creating a laboratory bioreactor for studying methane fermentation of organic waste to produce biogas with expanded functionality, capable of visually and effectively reflecting the technological process of mixing and unloading biomass of varying humidity.

Технический результат - изменение режимов перемешивания биомассы различной влажности.The technical result is a change in the mixing modes of biomass of different humidity.

Технический результат достигается тем, что лабораторный биореактор, содержащий метантенк с герметично закрывающейся крышкой, состоящий из днища с выгрузным патрубком, корпуса с тепловым контуром, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, в полости которого установлен нагреватель, мешалки с лопатками, при этом на крышке закреплён загрузочный патрубок, газовый клапан и электропривод вала мешалки, причём внутри корпуса установлен температурный датчик, подключённый к автоматическому регулятору, к которому в свою очередь подключён электропривод вала мешалки, при этом биореактор своим днищем размещён на опорах, а также он снабжен трубопроводом, соединённым одним концом с днищем, другим концом с цилиндрической частью метантенка на уровне 3/4 её высоты, при этом трубопровод снабжён рециркуляционным насосом и отсекающим и регулирующим вентилями.The technical result is achieved by the fact that a laboratory bioreactor containing a digester with a hermetically sealed lid, consisting of a bottom with a discharge pipe, a body with a thermal circuit made of a material with high thermal conductivity, in the cavity of which a heater is installed, mixers with blades, and a loading pipe, gas valve and electric drive of the stirrer shaft, and inside the housing there is a temperature sensor connected to an automatic regulator, to which the electric drive of the stirrer shaft is in turn connected, while the bioreactor with its bottom is placed on supports, and it is also equipped with a pipeline connected at one end with the bottom, the other end with the cylindrical part of the digester at 3/4 of its height, while the pipeline is equipped with a recirculation pump and shut-off and control valves.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, The essence of the utility model is illustrated by the drawing,

на фиг. 1 представлен общий вид лабораторного биореактора. in fig. Figure 1 shows a general view of a laboratory bioreactor.

Лабораторный биореактор содержит метантенк 1, состоящий из днища 2 с выгрузным патрубком 3 для отвода переработанной биомассы, корпуса 4 с тепловым контуром 5, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, в полости которого, установлен трубопровод теплоносителя 6, температурного датчика 7 и герметично закрывающейся крышки 8. На крышке 8 установлен загрузочный патрубок 9 приёма исходной биомассы, газовый клапан 10 для отвода биогаза и электропривод 11 вала мешалки 12 с лопатками 13. Температурный датчик 7, расположен внутри корпуса 4 биореактора, и подключён к автоматическому регулятору 14, к которому в свою очередь подключен электропривод 11. Автоматический регулятор 14 закреплён на корпусе 4. Лабораторный биореактор снабжён трубопроводом 15, соединённым одним концом с днищем 2, а другим концом - с цилиндрической частью метантенка 1 на уровне 3/4 её высоты, причём трубопровод 15 снабжён рециркуляционным насосом 16 и отсекающим 17 и регулирующим 18 вентилями. The laboratory bioreactor contains a digester 1, consisting of a bottom 2 with a discharge pipe 3 for removing processed biomass, a housing 4 with a thermal circuit 5 made of a material with high thermal conductivity, in the cavity of which a coolant pipeline 6 is installed, a temperature sensor 7 and a hermetically sealed lid 8 On the cover 8 there is a loading pipe 9 for receiving the initial biomass, a gas valve 10 for removing biogas and an electric drive 11 for the stirrer shaft 12 with blades 13. The temperature sensor 7 is located inside the body 4 of the bioreactor, and is connected to the automatic regulator 14, to which in turn. an electric drive 11 is connected. The automatic regulator 14 is fixed to the housing 4. The laboratory bioreactor is equipped with a pipeline 15, connected at one end to the bottom 2, and at the other end to the cylindrical part of the digester 1 at the level of 3/4 of its height, and the pipeline 15 is equipped with a recirculation pump 16 and shut-off 17 and regulating 18 valves.

Лабораторный биореактор работает следующим образом. A laboratory bioreactor works as follows.

Вариант1. Исходная биомасса в виде подготовленных органических полужидких отходов влажностью 80-92% объёмом 3/4 от общего объёма загружается в метантенк 1 через загрузочный патрубок 9, где происходит процесс переработки (метаногенез) субстрата в высококачественное органическое удобрение и альтернативный источник энергии - биогаз. В зависимости от выбранного температурного режима анаэробного сбраживания задаётся необходимая температура теплоносителя в тепловом контуре 5, которая контролируется температурным датчиком 7. Датчик 7 фиксирует достижение биомассой температуры 32-37°С. Сигнал об этом подаётся на автоматический регулятор 14, который в свою очередь включает электропривод 11. Перемешивание перерабатываемой биомассы в метантенке 1 происходит с помощью электропривода 11 вала мешалки 12 с лопатками 13. Образующийся в результате анаэробного сбраживания биогаз отводится из метантенка 1 через газовый клапан 10. Сбраживаемая биомасса по завершению цикла переработки выгружается через выгрузной патрубок 3.Option 1. The initial biomass in the form of prepared organic semi-liquid waste with a moisture content of 80-92%, 3/4 of the total volume, is loaded into the digester 1 through the loading pipe 9, where the process of processing (methanogenesis) of the substrate into high-quality organic fertilizer and an alternative source of energy - biogas occurs. Depending on the selected temperature regime of anaerobic digestion, the required temperature of the coolant in thermal circuit 5 is set, which is controlled by temperature sensor 7. Sensor 7 records the biomass reaching a temperature of 32-37°C. A signal about this is sent to the automatic regulator 14, which in turn turns on the electric drive 11. Mixing of the processed biomass in the digester 1 occurs using an electric drive 11 of the mixer shaft 12 with blades 13. The biogas formed as a result of anaerobic digestion is removed from the digester 1 through the gas valve 10. Upon completion of the processing cycle, the fermented biomass is unloaded through the unloading pipe 3.

Вариант 2. Исходная биомасса в виде подготовленных органических жидких отходов влажностью 93-97% объёмом 3/4 от общего объёма загружается в метантенк 1 через загрузочный патрубок 9, где происходит процесс переработки (метаногенез) субстрата в высококачественное органическое удобрение - эффлюент и альтернативный источник энергии - биогаз. В зависимости от выбранного температурного режима анаэробного сбраживания задаётся необходимая температура теплоносителя в тепловом контуре 5, которая контролируется температурным датчиком 7. Датчик 7 фиксирует достижение биомассой температуры 32-37°С. Сигнал об этом подается на автоматический регулятор 14, который, в свою очередь, включает рециркуляционный насос 16, при этом отсекающий 17 и регулирующий 18 вентили открыты. Происходит гидравлическое перемешивание перерабатываемой жидкой биомассы в метантенке 1. В это время электропривод 11 вала мешалки 12 отключён. Образующийся в результате анаэробного сбраживания биогаз отводится из метантенка 1 через газовый клапан 10. Сбраживаемая биомасса (эффлюент) по завершению цикла переработки сливается через выгрузной патрубок 3.Option 2. The initial biomass in the form of prepared organic liquid waste with a humidity of 93-97% in a volume of 3/4 of the total volume is loaded into digester 1 through the loading pipe 9, where the process of processing (methanogenesis) of the substrate into high-quality organic fertilizer - effluent and an alternative source of energy occurs - biogas. Depending on the selected temperature regime of anaerobic digestion, the required temperature of the coolant in thermal circuit 5 is set, which is controlled by temperature sensor 7. Sensor 7 records the biomass reaching a temperature of 32-37°C. A signal about this is sent to the automatic regulator 14, which, in turn, turns on the recirculation pump 16, while the shut-off valve 17 and control valve 18 are open. Hydraulic mixing of the processed liquid biomass takes place in digester 1. At this time, the electric drive 11 of the mixer shaft 12 is turned off. The biogas formed as a result of anaerobic digestion is removed from the digester 1 through the gas valve 10. The fermented biomass (effluent) is discharged through the discharge pipe 3 upon completion of the processing cycle.

Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности лабораторной установки за счет возможности наглядно и эффективно отражать технологический процесс перемешивания и выгрузки биомассы различной влажности, её разложения и выделения биогаза, сохраняя при этом высокую надёжность работы.Thus, the use of the claimed utility model will expand the functionality of the laboratory installation due to the ability to visually and effectively reflect the technological process of mixing and unloading biomass of varying humidity, its decomposition and biogas release, while maintaining high operational reliability.

Источники информацииInformation sources

1. Патент на полезную модель № 105449 U1 Российская Федерация, МПК G01N 1/22. Лабораторная установка для исследования метанового сбраживания органических отходов с получением биогаза: № 2011102657/05: заявл. 24.01.2011: опубл. 10.06.2011/С. Р. Калачева, А.Е. Кондратьев; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ). 1. Utility model patent No. 105449 U1 Russian Federation, IPC G01N 1/22. Laboratory installation for studying methane digestion of organic waste to produce biogas: No. 2011102657/05: application. 01/24/2011: publ. 06/10/2011/S. R. Kalacheva, A.E. Kondratiev; applicant State educational institution of higher professional education "Kazan State Energy University" (KGEU).

2. Патент на полезную модель № 220010 U1 Российская Федерация, МПК C12M 1/02, C05F 9/02. Лабораторный биореактор: № 2023113278: заявл. 23.05.2023: опубл. 21.08.2023/ Ю.А. Киров, В.Ю. Копытин, А.В. Петушков, С.В. Денисов, Д.Н. Котов, В.А. Киров, Ю.З. Кирова, К.А. Жичкин, К.В. Титоренко; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" (прототип).2. Utility model patent No. 220010 U1 Russian Federation, IPC C12M 1/02, C05F 9/02. Laboratory bioreactor: No. 2023113278: application. 05/23/2023: publ. 08/21/2023/ Yu.A. Kirov, V.Yu. Kopytin, A.V. Petushkov, S.V. Denisov, D.N. Kotov, V.A. Kirov, Yu.Z. Kirova, K.A. Zhichkin, K.V. Titorenko; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Samara State Agrarian University" (prototype).

Claims (1)

Лабораторный биореактор, содержащий метантенк с герметично закрывающейся крышкой, состоящий из днища с выгрузным патрубком, корпуса с тепловым контуром, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, в полости которого установлен нагреватель, мешалки с лопатками, при этом на крышке закреплён загрузочный патрубок, газовый клапан и электропривод вала мешалки, причём внутри корпуса установлен температурный датчик, подключённый к автоматическому регулятору, к которому, в свою очередь, подключён электропривод вала мешалки, при этом биореактор своим днищем размещён на опорах, отличающийся тем, что он снабжён трубопроводом, соединённым одним концом с днищем, другим концом - с цилиндрической частью метантенка на уровне 3/4 её высоты, причём трубопровод снабжён рециркуляционным насосом и отсекающим и регулирующим вентилями.A laboratory bioreactor containing a digester with a hermetically sealed lid, consisting of a bottom with a discharge pipe, a body with a thermal circuit made of a material with high thermal conductivity, in the cavity of which a heater is installed, mixers with blades, with a loading pipe attached to the lid, a gas valve and electric drive of the stirrer shaft, and inside the housing there is a temperature sensor connected to an automatic regulator, to which, in turn, the electric drive of the stirrer shaft is connected, while the bottom of the bioreactor is placed on supports, characterized in that it is equipped with a pipeline connected at one end to the bottom , the other end - with the cylindrical part of the digester at 3/4 of its height, and the pipeline is equipped with a recirculation pump and shut-off and control valves.
RU2024105585U 2024-03-04 Laboratory bioreactor RU225214U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU225214U1 true RU225214U1 (en) 2024-04-15

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU105449U1 (en) * 2011-01-24 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) LABORATORY INSTALLATION FOR RESEARCH OF METHANE MILLING OF ORGANIC WASTE WITH PRODUCTION OF BIOGAS
US20130236952A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Red Patent B.V. System for processing biomass
CN206706112U (en) * 2017-04-21 2017-12-05 宁夏清洁发展机制环保服务中心 A kind of marsh gas Zymolysis Equipment
RU187317U1 (en) * 2018-07-02 2019-03-01 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) METANTENK
RU196318U1 (en) * 2019-12-25 2020-02-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» DEVICE FOR OBTAINING BIOGAS
RU220010U1 (en) * 2023-05-23 2023-08-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" Laboratory bioreactor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU105449U1 (en) * 2011-01-24 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) LABORATORY INSTALLATION FOR RESEARCH OF METHANE MILLING OF ORGANIC WASTE WITH PRODUCTION OF BIOGAS
US20130236952A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Red Patent B.V. System for processing biomass
CN206706112U (en) * 2017-04-21 2017-12-05 宁夏清洁发展机制环保服务中心 A kind of marsh gas Zymolysis Equipment
RU187317U1 (en) * 2018-07-02 2019-03-01 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) METANTENK
RU196318U1 (en) * 2019-12-25 2020-02-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» DEVICE FOR OBTAINING BIOGAS
RU220010U1 (en) * 2023-05-23 2023-08-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" Laboratory bioreactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ward et al. Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources
US10457962B2 (en) Methods of anaerobic digestion of biomass to produce biogas
EA013653B1 (en) Fermenter for producing biogas from organic material
NL1039443C2 (en) System for processing biomass.
CN105154475A (en) Method and device for rapidly starting anaerobic fermentation of kitchen waste to generate biogas
Kirk et al. Bioenergy and anaerobic digestion
RU225214U1 (en) Laboratory bioreactor
CN205088239U (en) Quick starting drive of marsh gas is produced to kitchen garbage anaerobic fermentation
RU220010U1 (en) Laboratory bioreactor
RU2540019C1 (en) Bioreactor
SK9637Y1 (en) Bioreactor for continuous production of biogas from liquid biosubstrate
Ghaly Biogas production from dairy manure using continuous mix and no-mix mesophilic reactors
RU49524U1 (en) INDUSTRIAL PLANT FOR PROCESSING ORGANIC WASTE FOR BIOGUMUS AND BIOGAS
Mukumba et al. Batch anaerobic co-digestion of cow dung and donkey manure
RU209379U1 (en) biogas plant
CN222374406U (en) Sewage treatment equipment for continuous reaction
RU108446U1 (en) Biogas plant for anaerobic digestion of organic waste
RU88989U1 (en) SUBSTRATE MIXING DEVICE FOR ANAEROBIC BIOREACTOR COMPLEXES
BG4952U1 (en) Laboratory system for biogas production from waste biomass
RU2490322C1 (en) Biogas apparatus with metered microwave heating
Ullah et al. Biogas Processing by Anaerobic Digestion of Organic Solid Waste
Ogbonna A Multi-parameter Empirical Model for Mesophilic Anaerobic Digestion
EP2032685A1 (en) Biogas plant and process with immobilised bacteria
CN117736850A (en) Visual microorganism reaction tank device of intelligent control and record experimental data
SK500022022A3 (en) Bioreactor for continuous production of biogas from liquid biosubstrate