Experimental Investigation of Energy Consumption for the Process of Initial Heating of a Substrate to the Fermentation Temperature
Close
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
287 4
Ultima descărcare din IBN:
2023-09-01 09:13
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
62-523.6 (1)
Engineering. Technology in general (3012)
SM ISO690:2012
ЗАБЛОДСКИЙ, Николай, СПОДОБА, Александр, СПОДОБА, Михаил. Experimental Investigation of Energy Consumption for the Process of Initial Heating of a Substrate to the Fermentation Temperature. In: Problemele Energeticii Regionale, 2022, nr. 1(53), pp. 84-97. ISSN 1857-0070. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.1-53.07
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 1(53) / 2022 / ISSN 1857-0070

Experimental Investigation of Energy Consumption for the Process of Initial Heating of a Substrate to the Fermentation Temperature

Studiu experimental al consumului de energie la încălzirea inițială a substratului până la temperatura de fermentare

Экспериментальное исследование затрат энергии на процесс первоначального нагрева субстрата до температуры брожения

DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.1-53.07
CZU: 62-523.6

Pag. 84-97

Заблодский Николай, Сподоба Александр, Сподоба Михаил
 
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины
 
Disponibil în IBN: 28 februarie 2022


Rezumat

The aim of the work is to experimentally study the energy consumption for the process of initial heating of the substrate to the fermentation temperature in order to increase the energy efficien-cy of the biogas formation process. To achieve the goals set, a preparation and a series of experimental studies of the indicators of energy consumption for the process of initial heating of the substrate to the fermentation temperature were carried out. The working hypothesis is that the use of a heating cable built into the stirrer paddles reduces the energy costs for the process of initial heating of the substrate, increasing thus the energy efficiency of the biogas production. The most important result of the study was to obtain the dependences of the temperature change in the heating cable, substrate, reactor walls and energy consumption for heating and mixing during the initial heating of the substrate. The signifi-cance of the research results presented in the work lies in the fact that when using a heating cable built into the stirrer paddles, the process of initial heating of the substrate to the fermentation temperature occured faster on average by 16 minutes, and the amount of energy spent was also decreased on aver-age by 6.6% for heating and 5.3% for mixing the substrate in a 40-liter biogas reactor. The implemen-tation of the data obtained experimentally increased the energy efficiency of biogas production and the profitability of further processing of biogas into heat and electricity.

Scopul lucrării este cercetarea experimentală a consumului de energie pentru procesul de încălzire inițială a substratului până la temperatura de fermentație pentru a crește eficiența energetică a procesului de formare a biogazului și rentabilitatea procesării ulterioare în energie termică și electrică. Pentru atingerea obiectivelor stabilite au fost soluționate problemele următoare: a fost formulată abordarea metodologică pentru efectuarea cercetărilor experimentale; a fost confecționată instalația experimentală a reactorului de biogaz cu sistem electro-termo-mecanic cu dirijare automată pentru amestecarea și încălzirea substratului; au fost cerrcetați experimental indicii de consum de energie pentru procesul de încălzire inițială a substratului până la temperatura de fermentare; a fost efectuată prelucrarea, analiza și compararea datelor experimentale obținute. Cel mai important rezultat al studiului este obținerea dependențelor variației de temperatură a cablului de încălzire, a substratului, a pereților reactorului și a consumului de energie asupra încălzirii și amestecării pentru timpul încălzirii inițiale a substratului în instalația de biogaz pusă în funcțiune. Semnificația rezultatelor cercetării prezentate în lucrare constă în faptul că, prin utilizarea unui cablu de încălzire încorporat în paletele mixerului, procesul de încălzire inițială a substratului până la temperatura de fermentație are loc mai rapid, și conform celor trei iterații de cercetare se află în diapazonul 14-18 minute, ce este în medie egal cu 16 minute și, de asmenea, o reducere a cantității de energie cheltuită ce constituie 5,8%-7,4% pentru încălzire și 4,7-5,9% pentru amestecare a substratului în reactorul biogazului cu un volum de 40 de litri. În rezultat, valoarea medie a consumului de energie constituie 6,6% pentru încălzire și 5,3% pentru amestecarea substratului.

Целью работы является экспериментальное исследование расхода энергии на про-цесс начального нагрева субстрата до температуры сбраживания для повышения энергетиче-ской эффективности процесса образования биогаза и рентабельности дальнейшей переработки в тепловую и электрическую энергии. Для достижения поставленных целей решены следующие задачи: разработан методологический подход для проведения экспериментальных исследова-ний; изготовлена экспериментальная установка биогазового реактора с электротепломеханиче-ской системой с автоматическим управлением для перемешивания и подогрева субстрата; экспериментально исследованы показатели расхода энергии на процесс начального нагрева субстрата до температуры сбраживания; проведена обработка, анализ и сопоставление полу-ченных экспериментальных данных. Рабочая гипотеза экспериментальных исследований за-ключается в том, что использование нагревательного кабеля, встроенного в лопасти мешалки, обеспечит снижение энергетических затрат на процесс начального нагрева субстрата до темпе-ратуры сбраживания, повысив таким образом энергоэффективность биогазового производства. Наиболее важный результат исследования заключается в получении зависимостей изменения температуры нагревательного кабеля, субстрата, стенок реактора и потребления энергии на на-грев и перемешивание за время начального нагрева субстрата в действующей биогазовой уста-новке. Значимость приведенных в работе результатов исследования заключается в том, что при использовании нагревательного кабеля, вмонтированного в лопасти мешалки, процесс началь-ного нагрева субстрата до температуры сбраживания происходит быстрее, и согласно 3 повто-рениям исследований находиться в диапазоне 14–18 минут, что в среднем равно 16 минутам, а также достигается снижение количества затраченной энергии которая составляет 5,8–7,4 % на подогрев и 4,7–5,9 % на перемешивание субстрата в биогазовом реакторе объемом 40 литров. В результате, среднее значение затраченной энергии составляют 6,6 % на подогрев и 5,3% на пе-ремешивание. Приведенные в работе данные могут использоваться при проектировании и мо-дернизации систем перемешивания и подогрева субстрата в биогазовых реакторах.

Cuvinte-cheie
experimental study, initial heating of the substrate, energy consumption, energy efficiency, Profitability, organic waste, digestion temperature,

studiu experimental, încălzirea inițială a substratului, consumul de energie, eficienţa energetică, rentabilitatea, deșeurile organice, temperatura de digestie,

экспериментальное исследование, начальный нагрев субстрата, расход энер-гии, энергоэффективность, рентабельность, органические отходы, температура сбраживания