Обґрунтування технології та параметрів обертового реактора для виробництва субстратів з органічної сировини

Abstract

Дослідження присвячено науковому обґрунтуванню технологічних режимів та конструктивних характеристик обертового реактора, призначеного для переробки біоорганічних матеріалів, що дозволяє інтенсифікувати термомеханічні процеси та стабілізувати якісні показники готових субстратів. У першому розділі доведено, що головним чинником низької продуктивності традиційного обладнання є недостатня інтенсивність тепломасообміну у гетерогенному середовищі органічної сировини. Це призводить до тривалого циклу обробки та значного питомого споживання енергії. Обґрунтовано, що застосування обертового реактора циліндричного типу забезпечує рівномірне перерозподілу часток біомаси, збільшуючи корисну площу контакту та прискорюючи термохімічну конверсію. У другому розділі сформульовано наукову концепцію інтенсифікації масообмінних і теплових процесів шляхом перемішування й гравітаційного пересипання компонентів у замкненому об'ємі. Розроблено конструктивно-технологічну схему обертового реактора безперервно-циркуляційної дії, оснащеного внутрішніми лопатевими елементами спеціальної конфігурації. Таке рішення гарантує високу однорідність суміші за мінімальних механічних зусиль на привод установки. У третьому розділі наведено результати теоретичного моделювання та експериментальних випробувань. Встановлено закономірності між геометрією внутрішніх лопатей обертового барабана та швидкістю протікання робочого процесу. Визначено характер і ступінь впливу частоти обертання реактора на структуру та якість диспергування органічної маси. Доведено, що раціональний динамічний режим забезпечує суттєве зниження сукупних витрат енергії на підготовку та термообробку субстрату. На основі комплексного аналізу взаємодії конструктивних та кінематичних факторів визначено оптимальні параметри функціонування установки. Зокрема, оптимізовано геометрію внутрішніх робочих органів та доведено позитивний вплив обертового перемішування на підтримання стабільного температурного режиму (у межах 55–62°C) за рахунок акумуляції теплоти внутрішнього тертя шарів біомаси, що зменшує навантаження на систему зовнішнього підігріву. Запропонований обертовий реактор забезпечує стабільну високопродуктивну роботу в безперервному режимі, а рівень виходу кондиційного цільового субстрату досягає від 50% до 70%. Втрата 30-50% маси є нормою для такого процесу через випаровування води та виділення вуглекислого газу. Впровадження розроблених параметрів дозволяє скоротити загальний час технологічного циклу та знизити загальну енергоємність виробництва.