Мешалки в биогазовой установке

Находящееся в биогазовой установке сырье в ходе реакции начинает расслаиваться на фракции. Более тяжелые частицы оседают на дно, образуя нерастворимый осадок. Легкие частицы подхватывают пузырьки газа и поднимают вверх. Со временем субстрат покрывается коркой. Все эти процессы отрицательно влияют на скорость реакции.

Периодически сырье в реакторе необходимо перемешивать, это поможет ровному и эффективному течению реакции. Регулярное перемешивание субстрата в реакторе также ведет к равномерному прогреву массы.

Однако, совсем не просто осуществить перемешивание субстрата, находящегося в процессе химически активной реакции внутри герметичного резервуара. Рабочие элементы перемешивающего устройства должны обладать коррозийно-стойкими свойствами. Его привод должен иметь или переходную муфту высокого качества, или быть расположен внутри корпуса реактора. Вполне возможно применение пневматического или гидравлического перемешивания.

Устройства перемешивания в биогазовых реакторах изготавливают двух типов: месильные или тяговые. Какой из этих механизмов будет более эффективен можно определить учитывая вязкость субстрата и плотность его твердой фазы. В некоторых случаях является продуктивным комбинирование обоих типов устройств в одной конструкции, это приводит к большей производительности при перемешивании такой многокомпонентной среды. Реакторы с механическим перемешиванием оснащаются системами перемешивания периодического или непрерывного действия. Интервалы, устанавливаемые в мешалках с периодическим действием зависят от физических свойств разнородной массы и конкретных условий. Продолжительность их действия корректируется в процессе регулировки пускового периода станции для получения биогаза. Погружные миксеры для перемешивания навоза чаще всего находят свое применение в реакторах вертикального типа. Они выпускаются в двух вариантах: скоростные – имеют 2-3 лопасти и медленные в двумя лопастями.

Миксеры являются частью перемешивающих конструкций тягового типа, которые подключаются к редукторным или безредукторным электрическим двигателям. Их водонепроницаемые кожухи полностью погружаются в сырье и методично его перемешивают. Охлаждение осуществляется естественным путем с помощью воздействия внешней среды.

Другим видом мешалок биогазовой установки являются перемешивающие механизмы с продольной осью. В них на одном конце вала располагается электродвигатель, а другой конец входит под определенным углом в биогазовый реактор. В данном случае двигатель находится за пределами реактора. Для прохождения вала в внутрь емкости делают отверстие либо в крышке, либо в верхней части корпуса реактора, в случае, если он изготовлен из газонепроницаемой пленки. Чтобы избежать возможных утечек газа такое отверстие необходимо хорошо загерметизировать. Вал данного механизма обычно доходит до самого дна резервуара и имеет определенное количество пропеллеров с небольшими лопастями или крупнолопастными мешалками.

Такие лопастные мешалки для биогазовой установки очень надежные и почти не имеют подвижных элементов, нуждающихся в периодической замене. Привод конструкции достаточно прост в исполнении и размещается вне реактора, что облегчает его эксплуатацию. Малоподвижное расположение перемешивающих деталей может негативно сказаться на эффективном перемешивании субстрата в реакторе. Это может привести к образованию пенного слоя и донного осадка. Все отверстия биогазовой установки, включая и отверстие для вала, должны быть герметично заделаны.

К перемешивающим механизмам тягового типа относятся также осевые мешалки. Они используются в реакторах с вертикальной загрузкой сырья и размещаются на вале, расположенном на центральной оси перекрытия. Их назначение – обеспечение непрерывного процесса перемешивания субстрата. Скорость вращения можно регулировать до минимального количества оборотов в минуту при помощи редуктора. Все это образует перетекание неоднородной массы по внутренней оси вниз, и одновременно с этим по стенкам – вверх. Такой тип мешалки обеспечивает результативное перемешивание сырья, при котором тонкие слои пены легко поступают в нижние слои, что предотвращает всплытие и оседание массы субстрата. Однако, неотработанные режимы могут приводить к образованию осадка и пены в крайних зонах резервуара. Это происходит по причине недостаточно качественного перемешивания.

Основные нагрузки приходятся на подшипник осевого вала, это требует к нему большего внимания, чем к остальным узлам и деталям конструкции. Как и в продольных осевых механизмах приводы осевых мешалок находятся снаружи реактора. Скорость вращения лопастей или пропеллеров управляется преобразователями частоты.

Лопастные мешалки и перемешивающие мешалки с крыльчаткой производятся только с медленным вращением длинной оси и относятся к месильному типу. Получение однородной смеси субстрата в таких агрегатах осуществляется не в результате образования тягового потока, а от промешивания слоев. Это дает однородную массу во всем объеме сырья, даже при большом процентном содержании сухого вещества. Применение мешалок с крыльчаткой и лопастных мешалок для перемешивания субстрата производится в повторяющемся режиме – через определенные промежутки. Для того, чтобы достичь максимальной однородности химически активной массы в реакторе вертикального типа осуществляется дополнительное перемешивание при помощи мешалок тягового действия. Их использование создает внутри реактора вспомогательные тяговые потоки, которые способствуют эффективному перемешиванию. Такие мешалки применяются не только в реакторах с вертикальной загрузкой, но и в горизонтальных моделях с вытесняющим потоком. Для дополнительного промешивания в них служат питающие шнеки. В таких механизмах ось мешалки расположена в реакторе горизонтально. При необходимости для большего прогрева субстрата лопасти оборудуются системами теплообмена.

Существуют мешалки для перемешивания с пневматическим механизмом. В них через систему сопел, проходящих сквозь дно реактора в массу сырья вдувается биогаз. В этом случае однородность субстрата достигается при помощи поднимающихся вверх пузырьков биогаза. Однако, такая технология перемешивания не предотвращает появление пенного слоя. В связи с этим ее использование целесообразно в основном для биологической среды, имеющей низкую вязкость и не подверженной пенообразованию. Основными ее преимуществами являются отсутствие движущихся деталей и хорошее промешивание сырья, обеспечиваемое форсунками, равномерно расположенными по корпусу реактора. К дополнительным достоинствам систем пневматического перемешивания можно отнести размещение компрессоров вне реакторной зоны. Тем не менее, технические показатели должны быть полностью тождественны свойствам биогаза.

Гидравлическое перемешивание разнородной массы происходит в процессе нагнетания субстрата внутрь реактора. Это осуществляется насосами и поворотными форсунками, расположенными по вертикали или горизонтали. Процедура перемешивания по такой технологии осуществляется при поступлении и отсасывании субстрата. Так как все рабочие узлы находятся за пределами реактора, они не подвергаются большому износу и легки в обслуживании.

И пневматическое, и гидравлическое перемешивания плохо подходят для субстратов склонных к пенообразованию и имеющих значительную вязкость. Однако, это можно исправить применением центробежных погружных насосов и регулируемых труб для удаления осадка и пены. Такие системы перемешивания предназначены для жидких субстратов, применяемых при мокром сбраживании.