дезинтегратор хлореллы и ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды

Формула изобретения

Дезинтегратор хлореллы и ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды, включающий корпус с входящим и выходящим патрубками, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что взаимодействующие отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от выходящего патрубка, а входящий патрубок сообщен с кольцевыми концентрично расположенными полостями, сообщенными радиальными сквозными отверстиями с кольцевым каналом, причем выходные участки сквозных отверстий расположены между глухими на цилиндрической поверхности ротора, а полость между перфорированным кольцом и корпусом сообщена с последующими ступенями динамических дезинтеграторов и приемной камерой установки электролиза с секциями щелочного и кислого растворов, при этом выходящий патрубок первой ступени динамических дезинтеграторов сообщен с хлореллогенератором со светопроницаемыми стенками для светильников, выполненным с провальными поперечными перегородками, образующими секции, причем верхняя секция хлореллогенератора сообщена по бражке, а нижняя секция - по биогазу с биореактором, включающим камеры кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженные диспергатором, причем камера метанового брожения по шламу сообщена с ленточным пресс-фильтром, а нижняя секция хлореллогенератора - с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой, который по биомассе сообщен с ленточным пресс-фильтром, а по осветленной центробежным микрофильтром и ленточным пресс-фильтром бражке - с входящим патрубком первой ступени динамических дезинтеграторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дезинтеграции и может быть использовано на птицефабриках агропромышленного комплекса /ПФ АПК/ с клеточным содержанием птицы с гидросмывом и гидросплавом помета при комплексной его утилизации с выработкой метана /CH₄/, тяжелой воды /D₂O/, белково-витаминной добавки /БВД/, биоудобрения /БУ/.

Известен дезинтегратор, включающий корпус с входящим и выходящим патрубками, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1997/, недостатком которого является низкая степень дезинтеграции хлореллы и ассоциатов молекул тяжелой /D₂O/ и легкой /H₂O/ воды.

Цель изобретения - повышение степени дезинтеграции - достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от выходящего патрубка, а входящий патрубок сообщен с кольцевыми концентрично расположенными полостями ротора, сообщенными радиальными сквозными отверстиями с кольцевым каналом, причем выходные участки сквозных отверстий расположены между глухими на цилиндрической поверхности ротора, а полость между перфорированным кольцом и корпусом сообщена патрубком с последующими ступенями динамических дезинтеграторов /ДД/ и приемной камерой установки электролиза с секциями щелочного /ЩР/ и кислого /КР/ растворов, а выходной патрубок первой ступени ДД сообщен с хлореллогенератором /ХГ/ со светопроницаемыми стенками для светильников и выполненным провальными поперечными перегородками /ППП/, образующими секции, причем верхняя секция ХГ сообщена по бражке, а нижняя - по биогазу с биореактором /БР/, включающим камеры: кислого, нейтрального, щелочного, метанового брожения, снабженные диспергаторами, причем камера метанового брожения по шламу сообщена с ленточным пресс-фильтром /ЛПФ/, а нижняя секция ХГ сообщена с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ с нежесткой фильтровальной перегородкой, который по биомассе сообщен с ЛПФ, а по осветленной ЦММФ и ЛПФ бражке - с входящим патрубком первой ступени ДД.

Выполнение ротора с кольцевыми концентрично расположенными полостями, сообщенными радиальными сквозными отверстиями с кольцевым каналом, создает дополнительные условия для динамической дезинтеграции в участках сопряжения сквозных отверстий с кольцевыми полостями, в которых при прохождении жидкостного поршня, в условиях разрежения, в нем возникают пузырьки пара, а на выходе жидкостного поршня в кольцевой канал пузырьки пара конденсируются с образованием пустот. При схлопывании последних происходит дезинтеграция, т. е. выполнение цели изобретения.

На чертеже схематически показан дезинтегратор в установке комплексной утилизации жидкого помета на ПФ АПК.

Дезинтегратор включает корпус 1 с входящим 2 и выходящим 3 патрубками, установленный по оси корпуса 1 ротор 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7 корпуса 1. Отверстия 7 выполнены в перфорированном кольце 8, образующем с корпусом 1 полость 9, изолированную от выходящего патрубка 3,, а входящий патрубок 2 сообщен с кольцевыми концентрично расположенными полостями 10, 11 и 12, сообщенными радиальными сквозными отверстиями 13 с кольцевым каналом 6, причем выходные участки сквозных отверстий 13 расположены между глухими 5 на цилиндрической поверхности ротора 4, а полость 9 между перфорированным кольцом 8 и корпусом 1 сообщена патрубком 14 с последующими ступенями динамических дезинтеграторов /ДД/ 15 и 16 и приемной камерой 17 установки электролиза 18 с секциями: 19 - щелочного /ЩР/ и 20 - кислого /КР/ растворов, а выходной патрубок 3 первой ступени ДД 21 сообщен с ХГ 22 со светопроницаемыми стенками для светильников 23, выполненным с ППП 24, образующими 25, причем верхняя секция 25 ХГ 22 сообщена по бражке, а нижняя секция - по биогазу с БР 26, включающим камеры: 27 - кислого, 28 - нейтрального, 29 - щелочного, 30 - метанового брожения, снабженные диспергаторами 31, причем камера 30 метанового брожения по шламу сообщена с ЛПФ 32, а нижняя секция 25 ХГ 22 сообщена с ЦМФ 33 с нежесткой фильтровальной перегородкой, который по биомассе сообщен с ЛПФ 34, а по осветленной бражке ЦМФ 33 и ЛПФ 34 - с входящим патрубком 2 первой ступени ДД 15. Диспергаторы 31 выполнены с волновыми поверхностями корпуса 35 и ротора 36, взаимодействующими через кольцевой канал 37. Секция 19 установки электролиза 18 сообщена по ЩР с камерой 29 щелочного брожения БР 26, а секция 20 по кислому раствору /КР/ сообщена с системой гидросмыва помета из клеток птицы ПФ АПК в сборник помета 38.

Установка утилизации жидкого помета ПФ АПК с применением дезинтегратора работает следующим образом.

Гидросмывом с применением КР, обладающего бактерицидными свойствами, помет из клеток гидросплавом поступает в сборник 38, откуда в камеру 27 кислого брожения БР 26 и последовательно сбраживается в камерах 28-30, причем для повышения щелочности среды в камере 29 в нее добавляют ЩР из секции 19 установки электролиза 18. Для гомогенизации взвесей помета, флотируемых газами и парами, их обрабатывают в кольцевом зазоре канала 37 между волновыми поверхностями корпуса 35 и ротора 36 диспергатора 31. За счет соударения происходит нагрев субстрата, что исключает применение в БР 26 теплообменных устройств, причем выдерживается стабильная температура с колебаниями, не превышающими одного градуса в сутки. Шлам из камеры 30 метанового брожения отбирают в ЛПФ 32 и после отжатия и сушки используют в качестве БУ, причем оно экологически чисто и имеет запах земли. Бражка и биогаз из камеры 30 метанового брожения БР 26 поступают в ХГ 22. Бражка перемещается сверху вниз, а биогаз - снизу вверх по секциям 25 ХГ 22. Хлорелла ассимилирует питательные вещества бражки и диоксид углерода из биогаза, при этом фотосинтезирующие серобактерии переводят сероводород в элементарную серу, используемую в качестве микроэлемента хлореллой. Исчерпывание хлореллой диоксида углерода и сероводорода позволяет получать из ХГ 22 практически чистый метан /CH₄/, применение которого после сжатия в двигателях внутреннего сгорания в качестве горючего в 2 раза повышает эксплутационный режим, на 15% сокращает расход смазочных материалов, а выхлоп становится экологически чистым /водяной пар и диоксид углерода/. Хлорелла вместе с бражкой перемещается сверху вниз с провалом через ППП 24. Вода со взвешенной в ней хлореллой поступает в ЦМФ 33 для отжатия на нежесткой фильтровальной перегородке биомассы хлореллы, дополнительное отжатие хлореллы осуществляют в ЛПФ 34 и после сушки получают БВД, содержащую до 50% белка и биостимуляторы. Ввод БВД из расчета 1 г на 1 кг живого веса животных и птицы на 20% сокращает расход основных кормов, а корма составляют до 70-90% всех расходов в птицеводстве и животноводстве, одновременно улучшается яйценоскость, повышаются надои, привесы мяса, сокращается падеж молодняка, улучшается генетика родительского стада животных и птицы. Осветленная вода после ЦМФ 33 и ЛПФ 34 поступает во входящий патрубок 2 ДД 21, а из него в полость 10 ротора 4 и последовательно перемещается в виде жидкостного поршня по сквозным радиальным отверстиям через полости 11 и 12 в кольцевой канал 6. При прохождении через сопряженные участки сквозных отверстий 13 с полостями 11 и 12 за счет разрежения в жидкостном поршне возникают пузырьки пара. На выходе жидкостного поршня из отверстий 13 в кольцевом канале 6 происходит конденсация пара в пузырьках, так как объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, то в воде образуются пустоты, которые схлопываются с гидравлическими ударами, разрушая оболочки хлореллы, являющиеся центрами конденсации. При разрушении оболочек освобождается содержимое хлореллы, в том числе тяжелая вода, концентрация которой составляет порядка 0,4-0,66% от массы хлореллы. За счет освобождения внутриклеточной жидкости хлореллы повышается скользкость воды, сокращаются сопротивления ее перемещению по кольцевому каналу 6. При вращении ротора 4 происходит пульсация напоров, при выбросе воды из глухих отверстий скоростной напор в кольцевом канале 6 переходит в статический, при более высоком статическом напоре вода заполняет после их опорожнения глухие отверстия 5. При пульсации напоров часть потерянной энергии напоров переходит в тепловую, вызывая нагрев воды. Тяжелая вода имеет температуру кипения 101,42^oC и она хуже испаряется и быстрее конденсируется, следовательно, динамическая дезинтеграция ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды сопровождается тепловой. При перемещении жидкостного поршня по глухому отверстию 5 между ним и днищем отверстия 5 возникает разрежение, приводящее к возникновению в воде поршня паровых пузырьков и при конденсации их к пустотам в кольцевом канале 6 и схлопыванию пустот с дезинтеграцией тяжелой и легкой воды. Тяжелая вода имеет плотность, на 10% превышающую плотность легкой воды, и в поле центробежных сил тяжелая вода проходит через отверстия 7 кольца 8 в полость 9, а выходу ее из полости 9 препятствует вязкость тяжелой воды, которая на 23% выше вязкости легкой воды. При перемещении жидкостного поршня скользкой воды по кольцевому каналу 6 над отверстиями 7 перфорированного кольца 8 создаются области пониженного давления с образованием паровых пузырьков, с конденсацией их в промежутках между отверстиями 7 и дезинтеграционным эффектом. Смесь тяжелой и легкой воды из полости 9 по патрубку 14 поступает в ДД 15 и 16, в которых происходит в основном дезинтеграция ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды. Количество ДД подбирают из условия доведения концентрации тяжелой воды до 90-95% для последующего разложения на дейтерий /D₂/ и кислород /O₂/ в установке электролиза 18, причем секция 19 щелочного раствора /ЩР/ является катодной, а секция 20 - анодной.

Комплексная утилизация жидкого помета на ПФ АПК с клеточным содержанием птицы снижает себестоимость производства яиц и мяса птицы. Для повышения содержания углерода в сборнике 38 в него вводят отходы переработки мяса из убойного цеха ПФ. Для повышения содержания биогенных элементов питания в ХГ 22 вводят воду с дезинтегратом из патрубка 3 ДД 21. При дезинтеграции наряду с микроэлементами, витаминами, нуклеиновыми кислотами в бражку вводят ферменты, обеспечивающие фотосинтез хлорелллой тяжелой воды из бражки БР 26.

Возможность накопления водорослями, в т.ч. хлореллой, тяжелой воды создает предпосылки для использования дейтерия в термоядерных реакторах, которые придут на смену реакторам на основе урана. Опасность урана для населения заключается не в радиоактивном излучении, в полураспаде радиоизотопов. Радиоизотопы, попадая при дыхании в легкие, с пищей и водой в желудочно-кишечный тракт, через повреждения кожного покрова в кровеносную систему, могут годами находиться в организме человека. Но не исключена возможность полураспада, тогда испускается альфа-частица, которая повреждает одну единственную клетку: деление - метастазы - рак. Этим объясняется рост онкологических больных, не имеющих практического контакта с атомной энергетикой. Миграция радионуклидов Чернобыля, Кештыма создает предпосылки для онкологических заболеваний для всех и каждого. Отсюда существенно применение дейтерия в атомной энергетике, как заменителя урана. 1 кг дейтерия заменяет по энергии 10000 т угля.