PL185823B1

PL185823B1 - Zbiornik do płynów roboczychZbiornik do płynów roboczych

Info

Publication number: PL185823B1
Application number: PL96325828A
Authority: PL
Inventors: ChristopherMaltin Christopher Maltin
Original assignee: Maltin Christopher
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2003-08-29
Also published as: DK0874784T3; WO1997011915A1; GB9619858D0; CZ289748B6; PT874784E; GB2305369B; CZ88598A3; EP0874784B1; AU6996696A; GR3035678T3; ES2154834T3; DE69612218T2; NZ318480A; EA199800330A1; GB2305369A; EP0874784A1; US6257751B1; PL325828A1; EA000328B1; GB9519499D0

Abstract

1. Zbiornik do plynów roboczych, majacy otwory wlotowe dla srodka wprowadzajacego w ruch plyn wewnatrz zbiornika, otwór wylotowy dla srodka wprowadzajacego w ruch plyn, zakrzywiona sciane obwodowa rozciagajaca sie pomiedzy przeciwleglymi scia- nami czolowymi, wlotowy otwór dla plynu roboczego, wylotowy otwór dla plynu roboczego, przy czym ten wlotowy otwór i ten wy- lotowy otwór sa usytuowane w scianach czolowych, a te otwory wlotowe dla srodka wprowadzajacego w ruch plyn sa usytuowane powyzej najnizszej czesci zbiornika, a sciana obwodowa zbiornika obejmuje dolna powierzchnie prowadzaca, która jest zakrzywiona w kierunku tych otworów wlotowych dla srodka wprowadzajacego w ruch plyn, znam ienny tym, ze sciana obwodowa (11) zbiorni- ka (10) ma ciagla krzywizne wyznaczajaca granice okreznych torów (S1, S2) strumieni plynu roboczego wewnatrz zbiornika (10) przebiegajaca od otworów wlotowych (15) dla srodka wprowa- dzajacego w ruch plyn wewnatrz zbiornika, do jej najwyzszej czesci (11b), przy czym zbiornik (10) jest wydluzony, dolna powierzchnia prowadzaca (20) zas rozciaga sie wzdluz jego dlu- gosci, a otwory wlotowe (15) dla srodka wprowadzajacego w ruch plyn sa usytuowane wzdluz dlugosci zbiornika. Fig 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zbiornik do płynów roboczych, stosowany np. do utrzymywania ciał stałych w zawiesinie w cieczy.

W szczególności wynalazek dotyczy zbiornika dla płynów roboczych, mającego otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika, otwór wylotowy dla środka wprowadzającego w ruch płyn, zakrzywioną ścianę obwodową rozciągającą się pomiędzy przeciwległymi ścianami czołowymi, wlotowy otwór dla płynu roboczego, wylotowy otwór dla płynu roboczego, przy czym ten wlotowy otwór i ten wylotowy otwór sąusytuowane w ścianach

185 823 czołowych, a te otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn są usytuowane powyżej najniższej części zbiornika, a ściana obwodowa zbiornika obejmuje dolną powierzchnię prowadzącą, która jest zakrzywiona w kierunku tych otworów wlotowych dla środka wprowadzającego w ruch płyn.

Tego typu zbiorniki stosuje się w procesach fermentacji szlamu, w których powoduje się lub umożliwia reagowanie szlamów organicznych lub innych, np. odpadów „zwierzęcych lub innego rodzaju, w celu wytworzenia np. metanu, oraz pozostałości, które mogą być wykorzystane jako nawóz i lepiej się nadają do rozpylania na polach niż materiał wyjściowy.

Wiadomo, że fermentacja czyli gnicie odpadów organicznych zachodzi w warunkach beztlenowych i jest wywoływana przez bakterie beztlenowe obecne w szlamie, tak więc materiał wyjściowy trzeba przetrzymywać w zamkniętych zbiornikach przez okres trwania fermentacji. Jest to czas względnie długi i może wynosić wiele tygodni, a przez ten czas ciała stałe mają tendencję do wytrącania się z zawiesiny, gdy szlam nie jest utrzymywany w ciągłym ruchu. Stwarza to różne problemy, a do poważniejszych należą trudności związane z usunięciem ciał stałych, gdy np. sk^ⁱwi^l^się one na dnie zbiornika albo utworzą pływającą masę lub skorupę.

Obecnie znane są różne środki dla utrzymywania ciał stałych w tego rodzaju szlamach w zawiesinie, przy czym niektóre z nich są związane z oddziaływaniami mechanicznymi, takimi jak mieszanie lub obracanie znanego zbiornika wokół własnej osi w celu energicznego mieszania jego zawartości. Czasami, w celu jego wymieszania, przez szlam przepuszcza się gaz.

Zwykle wymaganejest doprowadzanie do szlamu znacznej ilości energii, co wraz z kosztami samej instalacji obniża efektywność ekonomiczną całego procesu, przy czym inne znane mniej energochłonne urządzenia nie są całkiem skuteczne w utrzymaniu ciał stałych w zawiesinie. Komory fermentacyjne nie są więc tak szeroko stosowane, jak można by sobie tego życzyć w epoce, w której oszczędność paliw i wtórne wykorzystanie odpadów sąszczególnie cenione.

Celem niniejszego wynalazku jest więc dostarczenie zbiornika do utrzymywania cząstek stałych w zawiesinie, co może być zrealizowane przy niewielkim zapotrzebowaniu na energię, a więc taniej niż dotychczas, bez pogarszania skuteczności, zjaką ciała stałe sąutrzymywane w zawiesinie, a także które może być wytworzone względnie prosto i tanio orazjest ekonomiczne w eksploatacji. Kolejnym i pod wieloma względami ważniejszym celem jest dostarczenie urządzenia, które będzie działać niezawodnie przez długi czas utrzymując różnych rodzajów ciała stałe w zawiesinie.

Istota wynalazku polega na tym, że ściana obwodowa zbiornika ma ciągłą krzywiznę wyznaczającą granicę okrężnych torów strumieni płynu roboczego wewnątrz zbiornika przebiegającą od otworów wlotowych dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika, do jej najwyższej części, przy czym zbiornik jest wydłużony, dolna powierzchnia prowadząca zaś rozciąga się wzdłuż jego długości, a otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn są usytuowane wzdłuż długości zbiornika.

Korzystnie górna część ściany obwodowej zbiornika jest zakrzywiona w sposób ciągły od góry do zetknięcia się z dolnąpowierzchniąprowadzącąw sposób łagodny i bez nieciągłości.

Ponadto górna część ściany obwodowej zbiornika jest ukształtowana jako łagodnie zakrzywiona w sposób ciągły.

W korzystnym przykładzie wykonania zbiornik według wynalazkujest wydłużony, a otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn sąusytuowane w szeregu centralnie na długości zbiornika, przy czym górna część ściany obwodowej zbiornikaj est ukształtowana symetrycznie względem przeciwległych zakrzywionych do dołu boków rozciągających się od środkowej najwyższej części do przeciwnych połów zbiornika po każdej stronie centralnej płaszczyzny środkowej zbiornika.

W korzystnym przykładzie wykonania zbiornika wlotowy otwór dla płynu roboczego znajduje się na jednym końcu i wylotowy otwór dla płynu roboczego znajduje się na drugim końcu zbiornika, przy czym te otwory są usytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny środkowej.

185 823

Ponadto zbiornik korzystnie jest wyposażony w kolektor zbierający środek wprowadzający w ruch płyn wewnątrz zbiornika mającego szereg otworów wylotowych dla tego środka.

Korzystnie otwory dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika sąutworzone w belce rozdzielającej usytuowanej pomiędzy przeciwległymi stronami dolnej powierzchni prowadzącej wyznaczającej występ.

Zasada konstrukcji zbiornika według wynalazku wynika ze stwierdzenia, że ciała stałe i ciecze o różnych gęstościach majątendencję do rozdzielania się w kierunku pionowym, gdy są pozostawione w spoczynku, natomiast gdy ciecz i ciała stałe w szlamie są zmuszone do równoczesnego poruszania się po tym samym torze, wówczas zapobiega to względnemu ruchowi powodującemu rozdzielanie i strumień pozostaje zasadniczo równomierny, względnie co najmniej bardziej równomierny i jednorodny niż to ma miejsce w znanych komorach fermentacyjnych dla szlamów przy tej samej ilości dostarczonej energii. W wyniku tego wkład energii konieczny do osiągnięcia żądanego stopnia jednorodności jest mniejszy.

Energię potrzebnądla wywołania okrężnego ruchu szlamu można dogodnie dostarczać poprzez doprowadzanie gazu do dolnej części zbiornika szlamu, przy czym gaz przepływa pęcherzykami poprzez szlam i powoduje unoszenie się samego szlamu w sąsiedztwie pęcherzyków gazu. Gaz odprowadza się z górnej części zbiornika podczas gdy szlam krąży w jego obrębie, przy czym ruch strumieniajest wymuszony takjak opisano wyżej, korzystnie przez kształt górnej części ściany obwodowej zbiornika, która korzystnie ma wypukłą krzywiznę, przy czym wypukłość jest skierowana na zewnątrz zbiornika. Natężenie przepływu szlamu i kształt ściany obwodowej zbiornika są korzystnie takie, aby uzyskać zasadniczo laminarny przepływ szlamu wzdłuż wykorzystywanej ściany obwodowej.

W górnej części swej drogi, szlam podąża najpierw po torze o składowej pionowej skierowanej ku górze i składowej poziomej skierowanej w kierunku od wznoszącego się strumienia pęcherzyków gazu. Zostaje on wówczas zmuszony do poruszania się poziomo i w dół dopóki w końcu jego tor nie stanie się zasadniczo pionowy. Zbiornik może mieć również pionowy element przyległy to tego obszaru, lecz bardziej korzystnie ściana obwodowa jest zakrzywiona w sposób ciągły, aby skierować strumień ku dołowi i z powrotem w kierunku strefy doprowadzenia gazu.

Strefa doprowadzenia gazu nie musi znajdować się w najniższej części zbiornika; korzystnie ściana obwodowa zbiornikajest zakrzywiona w celu nadania strumieniowi ruchu o składowej pionowej skierowanej ku dołowi i składowej poziomej skierowanej w kierunku dna zbiornika, po której następuje ruch o składowej pionowej skierowanej ku górze i składowej poziomej skierowanej w kierunku strefy doprowadzenia gazu, gdzie przepływ staje się zasadniczo pionowy. Prawie w całym zakresie swego ruchu szlam zostaje więc zmuszony do poruszania się po torze zakrzywionym przy łagodnym przepływie tak, że nie traci się energii na turbulencje, które by powstawały w przeciwnym wypadku, i proces może być bardziej sprawny energetycznie niż procesy stosowane dotychczas.

Okrężny tor strumienia może być wywoływany przez gaz doprowadzany do dolnej lub środkowej części zbiornika. Zbiornik może mieć kołowy przekrój poziomy z co najmniej jednym otworem wlotowym gazu w swej podstawie i wyobloną częścią górną, lecz ze względu na prostotę konstrukcji zbiornik jest korzystnie wydłużony w kierunku poziomym w swym położeniu roboczym i ma równomierny przekrój poprzeczny z otworami wlotowymi gazu rozmieszczonymi wzdłuż niego. Zbiornik może działać z zasilaniem okresowym, z tylko jednym wlotowo-wylotowym otworem dla szlamu, lecz bardziej korzystnie zbiornik pracuje w sposób ciągły, a szlamjest doprowadzany i odprowadzany przez oddzielne otwory, wlotowy i wylotowy. W tym przypadku wymusza się wzdłużny przepływ szlamu przez zbiornik oraz wymusza się jego przepływ okrężny.

Otwory wlotowe gazu mogą być usytuowane wzdłuż zbiornika lub być umieszczone po jednej stronie zbiornika lecz, również dla ułatwieniajego wykonania, korzystne jest aby zbiornik był symetryczny (lustrzane odbicie) względem wzdłużnej płaszczyzny symetrii, przy czym gaz jest doprowadzany wzdłuż płaszczyzny symetrii tak, aby wywołać dwa strumienie płynące

185 823 po okrężnych torach w dwóch połowach zbiornika, pojednym z każdej strony płaszczyzny symetrii. Strumień płynący pionowo ku górze w środku zbiornika rozdziela się w górnych warstwach cieczy na dwa strumienie, przy czym obydwa strumienie są kierowane w przeciwnych kierunkach przez wznoszący się strumień gazu, a następnie każdy ze strumieni jest zmuszony przez kształt zbiornika do opadania wzdłuż zewnętrznej części ściany obwodowej i zostaje skierowany z powrotem do środka wzdłuż dna zbiornika. Mimo, iż dwa strumienie sąusytuowane w przeciwległych połowach, istnieje korzystnie wymiana materiału pomiędzy dwiema połowami poprzez środkową płaszczyznę symetrii tak, że cała zawartość zbiornika miesza się w sposób jednorodny podczas przebywania w zbiorniku.

Otwory wlotowy i wylotowy dla szlamu znajdują się korzystnie w przeciwległych połowach zbiornika i również korzystnie na przeciwległychjego końcach, aczkolwiek mogły by być usytuowane na tym samym końcu zbiornika.

Jak podano powyżej, otwory wlotowe gazu nie muszą znajdować się w najniższej części zbiornika. W zbiorniku złożonym z dwóch części będących lustrzanymi odbiciami, te otwory wlotowe są korzystnie umieszczone pomiędzy dwiema zakrzywionymi częściami ściany obwodowej, tworzącymi dna obu połów, przy czym końce tych części ściany obwodowej są skierowane ku górze w kierunku środka zbiornika, gdzie są połączone przez środki doprowadzające gaz, umieszczone pomiędzy nimi. Zewnętrzne końce części ściany obwodowej są korzystnie połączone ze sobą przez część ściany obwodowej, która tworzy górę zbiornika oraz tworzy ciągłe krzywizny z dolnymi częściami ściany obwodowej. Najwyższa część zbiornika wyznacza przestrzeń komory, w której gromadzi się gaz przed opuszczeniem zbiornika przez górny otwór wylotowy. Część ściany obwodowej wyznaczająca tę przestrzeń może mieć dowolny kształt, korzystnie jest jednak uformowana, wraz z pozostałymi górnymi częściami- ściany obwodowej, jako ciągła krzywizna tak, że zbiornik jako całość ma przekrój poprzeczny w kształcie kardioidy.

Zbiornik według wynalazku ma zasadniczo kardioidalny przekrój, to znaczy przekrój w postaci dwóch płatów będących lustrzanymi odbiciami względem płaszczyzny symetrii i połączonych w przyległych końcach w tej płaszczyźnie przez dwie połączone części brzegowe, przy czym przeciwległe końce płatów oddalone od siebie sąrównież połączone, lecz w tym przypadku przez łagodnie zakrzywioną ścianę obwodową. W praktyce zbiornikjest korzystnie ukształtowany symetrycznie względem pionowej płaszczyzny i ma łagodnie zakrzywioną ścianę obwodową w swej najwyższej części. Otwory wlotowe gazu wprawiającego w ruch zawiesinę w zbiorniku są korzystnie umieszczone pomiędzy połączonymi częściami brzegowymi arkusza.

Podczas eksploatacji zbiornika będącego przedmiotem wynalazku umożliwia się lub powoduje się reagowanie zawiesiny lub szlamu dostarczanych do zbiornika, który zostaje wypełniony prawie do samej góry. Zawiesina lub szlam może zawierać ciała stałe w dowolnej postaci, bądź jako małe odrębne cząstki, bądź też granulki, płatki, włókna lub skupienia cząstek, mieszaniny różnych typów ciał stałych, tak w sensie właściwości fizycznych jak i składu chemicznego, oraz ciała stałe o większej lub mniejszej gęstości niż ich ciekły nośnik. Podobnie, reakcja która ma zajść, może zachodzić w obrębie samej zawiesiny nie będącej pod wpływem gazu, bądź też gaz może reagować z zawiesiną. Jeżeli reakcja ma przebiegać w warunkach beztlenowych, zbiornik musi być także szczelnie zamknięty, a do wywoływania cyrkulacji należy wybrać odpowiedni gaz.

Gdy już zbiornik zostanie napełniony szlamem, doprowadza się gaz o takim natężeniu przepływu, aby spowodować wznoszenie się szlamu w środkowej części zbiornika, przy czym strumień rozdziela się na zewnątrz w dwóch górnych częściach zbiornika. Kształt ściany obwodowej zbiornikajest taki, aby wymusić przepływ zawiesiny ku dołowi zgodnie z ich krzywizną, przy czym ciała stałe pozostają zawieszone w cieczy. Jest zrozumiałe, że zbiornik musi być napełniony do określonego poziomu wysokości, aby umożliwić obu strumieniom przepływ zgodnie z krzywizną górnej części zbiornika i aby uzyskać poprawę przepływu.

W miarę jak strumienie w obu połowach zbiornika opadają, kształt dolnych części ściany obwodowej zbiornika zmuszaje do podążania wzdłuż torów o łagodnej krzywiźnie i zawrócenia

185 823 ich w środku zbiornika ku górze, gdzie zostają ponownie porwane przez skierowany ku górze prąd pęcherzyków gazu, który w ten sposób wywołuje cyrkulację w obu połowach zbiornika.

W środku zbiornika obydwa strumienie mogą mieszać się ze sobą, co zapewnia całkowitąjednorodność zawiesiny.

Zastosowanie zbiornika według wynalazku, pozwala na realizację jego konstrukcji w szeregu wariantach wykonania. Przykładowo szlam może pozostawać w zbiorniku aż do zakończenia reakcji, a wówczas zostaje zastąpiony przez świeży wsad, jak w znanym okresowym procesie fermentacji. Zbiornik będący przedmiotem wynalazku ma jednak dodatkową zaletę, a mianowicie nadaje się do zastosowania w procesie ciągłym. W tym celu szlam może być doprowadzany w sposób ciągły przez wlotowy otwór najednym końcu zbiornika i odprowadzany oddzielnym wylotowym otworem. Czas przebywania w komorze fermentacyjnej może być wystarczający na zakończenia procesu fermentacji do chwili usunięcia szlamu, bądź też częściowo przereagowany szlam można dostarczać do następnej komory fermentacyjnej lub do następnych komór usytuowanych szeregowo w celu zakończenia procesu.

Należy rozumieć, że szczególnym celem wynalazku jest zminimalizowanie ilości energii, jaką należy doprowadzić w celu utrzymania szlamu w cyrkulacji oraz zachowaniajego jednorodności. Wymagany wkład energii jest zminimalizowany dzięki ukształtowaniu ściany obwodowej zbiornika lecz, jeżeli ma się osiągnąć żądany zysk, należy zminimalizować przepływ gazu wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika. Odpowiednie natężenie przepływu gazu dla konkretnego zbiornika i zawartości można obliczyć albo ustalić doświadczalnie, przy czym korzystnie zapewnione sąśrodki regulujące, aby umożliwić regulację natężenia przepływu gazu w zależności od różnych warunków. Bardziej korzystnie jednak, zapewnione są środki monitorujące dla śledzenia przebiegu cyrkulacji w zbiorniku oraz dla dostarczania informacji, która pozwala na regulację natężenia przepływu gazu podczas pracy urządzenia, bądź ręcznie, bądź bardziej korzystnie w sposób automatyczny.

Środki monitorujące stanowią korzystnie czujniki, np. stosuje się jeden lub większą liczbę czujników akustycznych, które wykrywają poziom hałasu w zbiorniku oraz, za pomocą odpowiednich środków regulujących, modulująprzepływ gazu aby utrzymać poziom hałasu w ustalonym zakresie. Tak więc natężenie przepływu gazu zwiększa się, gdy poziom hałasu spada poniżej określonego progu wskazując, że ruch zawiesiny w zbiorniku jest niewystarczający dla utrzymania jednorodności zawiesiny; natomiast natężenie przepływu gazu zmniejsza się, gdy poziom hałasu wzrasta powyżej określonego progu wskazując, że ruch zawiesiny jest bardziej energiczny niż potrzeba. Przepływ gazu można regulować zmieniając natężenie przepływu gazu i/lub doprowadzając gaz do zbiornika w sposób przerywany, sterując działaniem pomp i/lub zaworów doprowadzających gaz do pojemnika.

Podczas użytkowania zbiornikajako komory fermentacyjnej dla nawozu zwierzęcego gaz wykorzystywany do wywoływania cyrkulacji musi być wolny od tlenu; można stosować azot, dwutlenek węgla lub niektóre inne gazy, które są obojętne w danych warunkach. Dogodnie, po rozpoczęciu procesu można wprowadzać do obiegu metan powstający w procesie fermentacji.

W przypadku wykorzystywania zbiornika według wynalazku do innych ciał stałych niż nawóz zwierzęcy w zawiesinie, do wywoływania cyrkulacji można wykorzystywać inne gazy niż wyżej wymienione. W szczególności można zastosować powietrze w przypadku zawiesin, w których zachodzą reakcje w warunkach tlenowych lub w których powietrze nie oddziałuje na składniki.

Zbiornik według wynalazku może działać oddzielnie lub w połączeniu z innymi podobnymi zbiornikami, połączonymi szeregowo bądź w inny sposób. W szczególności, gdy zbiornik wykorzystuje się w procesie obejmującym reakcję egzotermiczną, korzystnie odzyskuje się i wykorzystuje energię cieplną, aby jeszcze bardziej podnieść sprawność procesu. W tym celu zbiornik może być umieszczony w zewnętrznym pojemniku lub zbiorniku, zawierającym płyn pośredniczący w wymianie ciepła, zdolny do pochłaniania ciepła reakcji zachodzącej w zbiorniku. Przykładowo dwa lub większa liczba zbiorników są korzystnie umieszczone w pojedynczym zbiorniku stanowiącym wymiennik ciepła, a ciepło pochodzące z reakcji egzotermicznej

185 823 w jednym zbiorniku jest przekazywane przez płyn w wymienniku ciepła zawartości jednego lub większej liczby innych zbiorników w celu przyspieszania zachodzących w nich reakcji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie zbiornik według wynalazku w widoku perspektywicznym, fig. 2 - schematycznie zbiornik z fig. 1w przekroju, fig. 3 - schematycznie dwa zbiorniki z fig. 1, wykorzystywane w układzie z wymianą ciepła, w widoku z góry, fig. 4a - 4d przedstawiają schematycznie poszczególne etapy wykonywania zbiornika z fig. 1, przy czym fig. 4a przedstawia widok perspektywiczny, a fig. 4b, 4c i 4d przedstawiaj ąprzekroje poprzeczne, fig. 5 przedstawia graficznie przekrój z fig. 2, fig. 6 i 7 przedstawiają alternatywne przekroje poprzeczne zbiornika według wynalazku, a fig. 8 przedstawia schemat urządzenia fermentacyjnego, zawierającego zbiornik według wynalazku.

Na fig. 1 i 2 pokazano zbiornik 10 szlamu. Zbiornik 10 jest wydłużony, o jednakowym przekroju wyznaczonym ścianą obwodową 11, której kształt będzie dalej opisany bardziej szczegółowo, przy czym ściana obwodowa 11 ma dwie dolne części w postaci płatów, połączonych w pionowej płaszczyźnie środkowej X-X zbiornika, górną część 1la i najwyższą część 11b. Zbiornik 10 ma również dwie płaskie ściany czołowe 12 o obrysie odpowiadającym obwodowi zbiornika 10 wyznaczonemu kształtem ściany obwodowej 11, szczelnie połączone z końcami ściany obwodowej 11, wskutek czego zbiornik 10jest zamknięty na obu swoich końcach 8 i 9.

Każda z przeciwległych ścian czołowych 12 ma odpowiednio zamykane otwory 13 i 14 przeznaczone do doprowadzania szlamu do wnętrza zbiornika i usuwania go ze zbiornika w procesie ciągłym, przy czym oba otwory 13,14 znajdują się w przeciwległych względem środkowej płaszczyzny symetrii X-X połowach zbiornika 10. W alternatywnej postaci, wylotowy otwór 14a jest usytuowany w tej samej ścianie czołowej co wlotowy otwór 13, lecz w przeciwległej połowie zbiornika 10. Usytuowanie otworów 13 i 14 albo Ma jest dobrane, wraz z innymi cechami konstrukcyjnymi zbiornika, w taki sposób aby zapewnić przepływ szlamu przez zbiornik bez powodowania powstawania obszarów zastoju. Alternatywnie, zbiornik może mieć wspólny wlotowo-wylotowy otwór lub może mieć otwory w ścianie obwodowej 11, w celu wykorzystania zbiornika w procesie okresowym. Szczegóły tego rodzaju otworów oraz związanych z nimi zamknięć lub zaworów nie zostały pokazane, ponieważ są one ogólnie znane w tej dziedzinie techniki.

Zbiornik 10 ma ponadto szereg otworów wlotowych 15 gazu. Te otwory wlotowe 15 gazu są wykonane w belce rozdzielającej 16, która rozciąga się wzdłuż zbiornika 10, w centralnej płaszczyźnie środkowej X-X zbiornika, pomiędzy dwiema częściami brzegowymi ściany obwodowej 11, które są wygięte w kierunku wnętrza zbiornika 10, zbiegają się w występie 7 i sąpołączone szczelnie z belkąrozdzielającą 16. Zbiornik ma również szereg otworów wylotowych 17 gazu znajdujących się w najwyższej części ściany obwodowej zbiornika, które uchodządo kolektora 18 zamocowanego na górze zbiornika 10. Otwory wlotowe 15 gazu mogą także być zasilane przez nie pokazany wspólny kolektor.

Urządzenie przedstawione na fig. 1 i 2 może ponadto zawierać nie pokazane na rysunku czujniki i urządzenia regulacyjne.

Podczas eksploatacji zbiornika 10 szlam, np. w postaci mieszaniny cieczy i stałych odpadów organicznych, jest doprowadzany do zbiornika 10 przez wlotowy otwór 13, dopóki nie osiągnie poziomu wskazanego linią 19 na fig. 2, a gaz obojętny w stosunku do szlamujest doprowadzany przez otwory wlotowe 15 gazu. W przypadku odpadów organicznych gazem tym jest korzystnie metan.

W miarę jak gaz wznosi się przez szlam, co pokazują pęcherzyki G gazu, wywołuje on wznoszący się ruch szlamu w obszarze centralnej płaszczyzny środkowej zbiornika X-X. Od góry tego środkowego obszaru, szlam płynie następnie w przeciwnych kierunkach w stronę ściany obwodowej 11 zbiornika, która jest ukształtowana w taki sposób, że przepływ zostaje skierowany w dół w stronę dolnych części zbiornika 10, gdzie wznoszącą się ku górze krzywizna, obejmująca dolnąpowierzchnię prowadzącą20, powoduje powrót strumienia ponownie do środkowego obszaru zbiornika. Tak więc powstają dwa strumienie o okrężnych torach S1 i S2

185^23 płynące w przeciwnych kierunkach w przeciwległych połowach zbiornika 10, przy czym oba strumienie zbiegająsię i mieszająw obszarze środkowym. W ten sposób następuje wymiana materiału pomiędzy tymi dwiema połowami, a całość masy doprowadzanej przez wlotowy otwór 13 wjednej połowie, w odpowiedni sposób wypływa przez wylotowy otwór 14 w drugiej połowie.

Podczas przepływu przez zbiornik K ciała stałe w szlamie, mające w przypadku nawozu zwierzęcego tendencję do wypływania na powierzchnię, pozostająwymieszane z ciecaąw wyniku ruchu. Podobnie, cięższe cząstki w szlamie innego rodzaju mające tendencję do osiadania, będą utrzymywane w zawiesinie.

W niniejszym przykładzie szlam jest doprowadzany do zbiornika 10 w takiej ilości, że w ciągu doby przepływa przez zbiornik około 5% objętości zbiornika. Podczas przepływu przez zbiornik 10 w szlamie zachodzi fermentacja beztlenowa z wytwarzaniem metanu, który jest odbierany z kolektora 18 razem z gazem wlotowym. Gdy szlam wybierany przez wylotowy otwór 14 nie jest całkowicie przefermentowany, można go skierować do jednej lub większej liczby dalszych podobnych komór fermentacyjnych w celu zakończenia procesu.

Przepływ szlamu przez zbiornik 10 można regulować za pomocą odpowiednich pomp i/lub zaworów (nie pokazanych) na wlotowym otworze 13 i wylotowym otworze 14, podobnie jak przepływ gazu przez otwory wlotowe 15 gazu, przy czym urządzenia są sterowane ręcznie lub automatycznie. W szczególności w tym ostatnim przypadku, przepływ szlamu w obrębie zbiornika 10 można monitorować za pomocą odpowiednich czujników, a wyniki pomiarów można wykorzystywać do sterowania dopływem gazu, ustawiając go na najniższym poziomie koniecznym dla utrzymania ruchu strumieni płynących po okrężnych torach S1i S2 w obrębie zbiornika

10. Przepływ gazu można zminimalizować albo utrzymując stały przepływ gazu przy małym jego natężeniu, albo dostarczając gaz o większym natężeniu przepływu w sposób przerywany w zależności od tego, który sposób jest dla danej instalacji bardziej energooszczędny.

W jednej z postaci automatycznie sterowanej instalacji, która zostanie opisana bardziej szczegółowo w odniesieniu do fig. 8, czujnik lub każdy z zastosowanych czujników przepływu jest przetwornikiem akustycznym, który śledzi dźwięk wytwarzany przez szlam poruszający się w zbiorniku 10. Procesor elektroniczny jest podłączony do instalacji w celu zbierania sygnałów z czujnika lub czujników w celu sterowania pracą pomp, zaworów i innego wyposażenia, aby utrzymywać zadane sygnały z czujników w ustalonym zakresie.

Produkty finalne przerobu szlamu w jednym lub większej liczbie zbiorników 10 odprowadza się z kolektora 18, a mieszaninę ciał stałych i cieczy odprowadza się wylotowym otworem 14. Pewną ilość gazu można zawrócić do otworu wlotowego 15 gazu, przy czym w przypadku metanu wszelki jego nadmiar można wykorzystać jako paliwo, np. do wytwarzania energii elektrycznej. Z drugiej zaś strony, szlam można rozdzielać na składniki stałe i płynne, przy czym w przypadku odpadów organicznych składniki te można, ewentualnie po dalszym przetworzeniu, wykorzystywać jako nawozy. W przypadku ciał stałych może być potrzebne kompostowanie, ciecze zaś mogą wymagać chelatacji.

Podstawowe zastosowanie zbiornika 10 do fermentacji szlamu opisano powyżej w odniesieniu do fig. 1 i 2. Poniższy opis odnosi się do fig. 3, która przedstawia dwa zbiorniki 10 wykorzystywane w urządzeniu z wymianą ciepła. Na fig. 3, dwa zbiorniki 10a i 10b sąpokazane obok siebie w dużym prostokątnym zbiorniku 30, napełnionym odpowiednim płynem 31 przenoszącym ciepło.

Zbiorniki 10a, 10b pokazano w położeniu z wlotowymi otworami 13a, 13b znajdującymi się po przeciwległych stronach zewnętrznego zbiornika 30 tak, że szlam przepływa przez zbiorniki 10a i 10b w przeciwnych kierunkach w poprzek zewnętrznego zbiornika 30, jakkolwiek zbiorniki 10a, 10b mogąbyć usytuowane w inny sposób, a w pojedynczym zewnętrznym zbiorniku 30 stanowiącym wymiennik ciepła można umieścić większą liczbę zbiorników 10.

Podczas pracy urządzenia przedstawionego na fig. 3 szlam, w którym zachodzi reakcja egzotermiczna, doprowadza się do jednego ze zbiorników 10a, 10b. Ciepło powstające w trakcie tej reakcji jest przekazywane przez ścianę obwodową zbiornika płynowi 31 przenoszącemu

185 823 ciepło, a z niego do drugiego zbiornika, któryjest zasilany szlamem wymagającym ciepła potrzebnego do zajścia reakcji.

W najprostszym przypadku, pierwszy szlam, w którym zachodzi reakcja egzotermiczna, doprowadza się do zbiornika 10a, podczas gdy drugi szlam, w którym zachodzi reakcja endotermiczna, doprowadza się do drugiego zbiornika 10b tak, że ciepło wymagane dla reakcji endotermicznej może być doprowadzane niezwykle sprawnie na drodze transferu z reakcji egzotermicznej. Alternatywnie, szlam doprowadzany do drugiego zbiornika 10b może po prostu wymagać ciepła dla rozpoczęcia reakcji, która po rozpoczęciu jest egzotermiczna. W tym przypadku szlam doprowadzany do pierwszego zbiornika 10a może być po prostu pobierany z drugiego zbiornika 10b po zainicjowaniu reakcji, przy czym wylotowy otwór 14b drugiego zbiornika 10b jest bezpośrednio połączony z wlotowym otworem 13a pierwszego zbiornika 10a. Rura łącząca jest w tym przypadku korzystnie umieszczona w zewnętrznym zbiorniku 30.

Na fig. 4a - 4d przedstawiono poszczególne etapy wykonania ściany obwodowej 11 zbiornika 10 jedynie w sposób schematyczny.

Ścianę obwodową 11 formuje się z płaskiego arkusza 111 materiału, który może być np. z metalu lub tworzywa sztucznego. Dwie równe, przeciwległe części brzegowe 111a arkusza 111 najpierw zagina się ku sobie wzdłuż równoległych linii gięcia 112, jak pokazano na fig. 4a. Następnie dwie wolne części brzegowe 111a chwyta się za pomocą odpowiednich narzędzi i główny płat 111b arkusza 111 wygina się na kształt krzywej ciągłej wokół osi równoległej do linii gięcia 112, w kierunku przeciwnym do części brzegowych 1ł1a. Podczas tego gięcia arkusz 111 przechodzi przez kształt pokazany na fig. 4b do kształtu pokazanego na fig. 4c, w którym części brzegowe 111a są zasadniczo równoległe i przylegają do linii zagięć 112 wewnątrz zakrzywionego kształtu wyznaczonego przez główny płat 111b. Ostatecznie, jak pokazano na fig. 4d, części brzegowe 111a przylegające do linii zagięć 112 spawa się lub w inny sposób szczelnie łączy z belkąrozdzielającą 113, która znajduje się pomiędzy nimi. Części brzegowe 111a można oczywiście bezpośrednio połączyć z belką rozdzielającą 113, zamiast wprowadzać tę belkę w oddzielnym etapie procesu. Otwory wlotowe 15 gazu w belce rozdzielającej można wykonać w dowolny dogodny sposób przed łączeniem, podczas łączenia lub po jej połączeniu z dwiema częściami brzegowymi 111a.

Po ukształtowaniu ściany obwodowej 11 w wyżej opisany sposób, ściany czołowe 12 szczelnie łączy się wzdłuż krawędzi, w dowolny sposób znany w tej dziedzinie techniki.

Na fig. 5,6 i 7 pokazano możliwe alternatywne kształty przekrojów poprzecznych zbiornika 10 według wynalazku. W każdym przypadku utrzymuje się jego ogólnie kardioialny kształt tak, że przepływ płynu w obrębie zbiornika odbywa się po jednym z dwóch ciągłych okrężnych torów S1 i S2, jak to opisano powyżej.

Na fig. 8 przedstawiono w schematycznej postaci instalację obejmującą układ zbiorników modułowych stosowanych w procesie fermentacji szlamu. Jakkolwiek opis będzie dotyczyć tego szczególnego zastosowania należy rozumieć, że urządzenie można w rzeczywistości stosować do innych celów, w których wymagany jest okrężny przepływ zawiesiny lub mieszaniny ciało stałe/ciecz.

Figura 8 przedstawia układ modułowy obejmujący dwa pojemniki lub zbiorniki 101,102, przy czym każdy z nich ma zasadniczo postać opisanąwyżej w odniesieniu do poprzednich figur. Wylot 103 ze zbiornika 101 jest połączony rurą 104 z wlotem 105 zbiornika 102. Zbiornik 101 ma wlot 106, do którego jest przyłączona rura 107 zasilana z przewodu 108 poprzez zawór 109. Pompa 110 zasysa szlam 100 z otwartego zbiornika 99, który można załadowywać okresowo, jak wskazuje strzałka A. Z tego zbiornika szlam jest zasysany pompą 110 i podawany przewodem 108 do zbiornika 101 zgodnie z zapotrzebowaniem. Szlam do otwartego zbiornika 99 dopływa ze stanowiska ważąco-mieszającego 137 w postaci mieszaniny stałych i płynnych odpadów organicznych. Stałe odpady organiczne są zbierane na stanowisku zbiorczym 138 i po kondyc^onowanią w urządzeniu 139 do kondycjonowania są dostarczane do stanowiska ważąco-mieszającego 137. Podobnie płynne odpady są zbierane na stanowisku zbiorczym 140 i po kondycconowamu w urządzeniu 141 do kondycjonowania są dostarczane do stanowiska

185 823 ważąco-mieszającego 137, w którym dobiera się odpowiednie proporcje stałych i płynnych odpadów organicznych w celu przesłania ich w kierunku wskazanym przez strzałkę A do otwartego zbiornika 99 w celu dostarczenia do zbiornika 101.

Jak można zobaczyć na schemacie, wlot 106 do zbiornika 101 znajduje się na lewym płacie, podczas gdy wylot 103 jest usytuowany na prawym płacie. Podczas gdy szlam cyrkuluje w zbiorniku w opisany wyżej sposób, materiał jest mieszany w centralnej płaszczyźnie i stopniowo przenoszony z lewej komory do prawej. Zbiornik 102 ma wlot 105 na prawym płacie poprzecznego przekroju kardioidalnego i odpowiednio wylot (nie pokazany) na lewym płacie kardioidy.

Kolektory 113,114 zbierąjągazprzepływający pęcherzykami w komorach i dostarczajągo do rur wylotowych 115, 116, które łączą się we wspólny przewód 117, połączony przez pompę 118 ze zbiornikiem ciśnieniowym 119 stanowiącym zbiornik zbiorczy, w którym gaz jest magazynowany pod ciśnieniem. Pierwszy wylot 120 ze zbiornika ciśnieniowego 119 prowadzi do rur 121, 122 doprowadzających gaz do wlotów gazu każdego z kardioidalnych zbiorników 101,102 poprzez zawory 123,124. Drugi wylot 125 ze zbiornika ciśnieniowego 119 prowadzi do wylotu odprowadzającego gaz do wykorzystania przez użytkownika lub do transportu i dalszego wykorzystania.

Czujnik, np. czujnik akustyczny 126, umieszczony w bezpośredniej styczności ze ścianą obwodowąjednego ze zbiorników, w tym przykładzie zbiornika 101, doprowadza sygnał linią 127 do procesora elektronicznego 128, informując o poziomie hałasu wewnątrz zbiornika. W procesorze elektronicznym 128 sygnał tenjest porównywany z ustaloną(lecz możliwądo regulacji) wartością, reprezentującą minimalny poziom aktywności w zbiorniku, a procesor elektroniczny 128 generuje sygnał na linii wyjściowej 129, skierowany do zaworów 123, 124 w celu regulacji ilości gazu, która może przedostawać się ze zbiornika ciśnieniowego 119 do zbiorników 101,102 aby utrzymać wymagany minimalny poziom aktywności. W przypadku przekroczenia górnego progu poziomu aktywności, zawory 123, 124 zostają zamknięte lub przymknięte w celu zmniej szenia dopływu gazu do zbiorników 101, 102, minimalizując tym samym zużycie energii wymaganej dla utrzymania szlamu w stanie zawiesiny.

Jakkolwiek pokazano zbiorniki 101, 102 jako połączone rurą 104 o pewnej długości, mogłyby one faktycznie być połączone końcami w sposób modułowy w celu utworzenia kombinowanego, wydłużonego zbiornika, mającego oddzielne komory, podzielone wzdłużnie. Pozwala to np. na dominację różnych bakterii w różnych komorach tak, że możliwe jest uzyskanie większego zakresu kontroli procesu.

Odprowadzany gaz, zazwyczaj metan, uzyskany w procesie fermentacji szlamu, opuszczający zbiornik ciśnieniowy 119, może być wykorzystany do dowolnego z szerokiego zakresu zastosowań, jak np. do wytwarzania energii elektrycznej, pompowania, ogrzewania, chłodzenia lub klimatyzacji. Szlam po przeróbce, opuszczający zbiornik 102, jest doprowadzany rurą 130 do separatora 131, który rozdziela składniki stałe i ciekłe i doprowadzaje do odbieralników odpowiednio 132,133. Składniki stałe z odbieralnika 132 mogąbyć przekazane do kompostowania i przeróbki oraz możliwego natychmiastowego wykorzystania drogą rozprowadzania po glebie, bądź też mogąbyć pakowane w urządzeniu pakującym 134 w celu dystrybucji i sprzedaży. Ciekły nawóz znajdujący się w odbieralniku 133 może być przekazany do zespołu chelatującego 135, a następnie dalej przesłany do zespołu nawadniającego 136 przedstawionego na schemacie blokowym na fig. 8 jedynie jako blok.

185 823

Fig 4a

185 823 i

1 lit lila

Fig 4b lllb

lila lila

Fig 4c

185 823

Fig 4d

185 823

Fig 5

185 823

Fig 6

185 823

129

185 823

Departament Wydawniciw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zbiornik do płynów roboczych, mający otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika, otwór wylotowy dla środka wprowadzającego w ruch płyn, zakrzywioną ścianę obwodowąrozciągającąsię pomiędzy przeciwległymi ścianami czołowymi, wlotowy otwór dla płynu roboczego, wylotowy otwór dla płynu roboczego, przy czym ten wlotowy otwór i ten wylotowy otwór są usytuowane w ścianach czołowych, a te otwory wlotowe dla środka wprowadzającego w ruch płyn sąusytuowane powyżej najniższej części zbiornika, a ściana obwodowa zbiornika obejmuje dolną powierzchnię prowadzącą, która jest zakrzywiona w kierunku tych otworów wlotowych dla środka wprowadzającego w ruch płyn, znamienny tym, że ściana obwodowa (11) zbiornika (10) ma ciągłą krzywiznę wyznaczającą granicę okrężnych torów (S1, S2) strumieni płynu roboczego wewnątrz zbiornika (10) przebiegającą od otworów wlotowych (15) dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika, do jej najwyższej części (11b), przy czym zbiornik (10) jest wydłużony, dolna powierzchnia prowadząca (20) zaś rozciąga się wzdłużjego długości, a otwory wlotowe (15) dla środka wprowadzającego w ruch płyn są usytuowane wzdłuż długości zbiornika.
2. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że górna część (11a) ściany obwodowej (11) zbiornika jest zakrzywiona w sposób ciągły od góry do zetknięcia się z dolną powierzchnią prowadzącą (20) w sposób łagodny i bez nieciągłości.
3. Zbiornik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że górna część (11a) ściany obwodowej zbiornika (10) jest ukształtowana jako łagodnie zakrzywiona w sposób ciągły.
4. Zbiornik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że jest wydłużony, a otwory wlotowe (15) dla środka wprowadzającego w ruch płyn sąusytuowane w szeregu centralnie na długości zbiornika (10), przy czym górna część (11a) ściany obwodowej (11) zbiornika (10) jest ukształtowana symetrycznie względem przeciwległych zakrzywionych do dołu boków rozciągających się od środkowej najwyższej części (11b) do przeciwnych połów zbiornika po każdej stronie centralnej płaszczyzny środkowej (X-X) zbiornika.
5. Zbiornik według zastrz. 4, znamienny tym, że wlotowy otwór (13) dla płynu roboczego znajduje się na jednym końcu (8) i wylotowy otwór (14) dla płynu roboczego znajduje się na drugim końcu (9) zbiornika, przy czym te otwory (13 i 14) sąusytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny środkowej (X- X).
6. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto jest wyposażony w kolektor (18) zbierający środek wprowadzający w ruch płyn wewnątrz zbiornika mającego szereg otworów wylotowych (17) dla tego środka.
7. Zbiornik według zastrz. 4, znamienny tym, że otwory (15) dla środka wprowadzającego w ruch płyn wewnątrz zbiornika sąutworzone w belce rozdzielającej (16) usytuowanej pomiędzy przeciwległymi stronami dolnej powierzchni prowadzącej (20) wyznaczającej występ (7).