Импульсное управление пневматической системы для перемешивания биомассы

Казарян Э. В., Геворкян Н. В., Государственный инженерный университет Армении, Ереван, Армения

Процессы перемешивания биомассы характеризуются двумя основными параметрами: интенсивностью и расходом энергии. По мере приведения жидкости в движение все больше работы затрачивается на преодоление внутреннего сопротивления (трение, вихревые движения, удары о стенки и т. д.).

Общий недостаток механических мешалок — низкая интенсивность перемешивания густых и вязких жидкостей, значительный расход энергии.

В отличие от механического способа пневматическое перемешивание не требует сложных приспособлений.

В разработанной установке (рис. 1) при помощи трубопровода обратного контура 2 с установленным в нем насосом 4 вырабатываемый в биореакторе биогаз 11 через вентиль 6 подают в барботер 8 и биомасса перемешивается по всему объему.

Рис. 1. Биореактор с импульсным управлением для пневматического перемешивания биомассы:
1 — корпус биореактора; 2 — трубопровод обратного контура; 3 — датчик давления; 4 — насос; 5 — вентиль для подачи биогаза в газгольдер; 6 — вентиль обратной связи ферментатора; 7 — аналого-импульсный преобразователь; 8 — барботер; 9 — нагреватель; 10 — биомасса; 11 — биогаз

Для формирования и подачи последовательностей импульсов использован аналого-импульсный преобразователь (рис. 2) на основе аналого-дискретного преобразователя (АДП).

Рис. 2. Аналого-импульсный преобразователь:
1, 5 — капилляры с ртутными электродами управления; 2 — корпус АДП; 3 — раствор электролита; 4 — электрод считывания; R1 — сопротивление в цепи считывания; R2 — сопротивление для установки сигнала управления; 6 — генератор синусоидальных сигналов; 7 — диод; 8 — дифференциальное реле

Аналого-импульсный преобразователь состоит из схем управления и считывания. Схема управления включает ртутные электроды 1 и 5. Электрод 1 находится в капилляре, заполненном электролитом и ртутью, а электрод 5 — в капилляре, полностью заполненном ртутью. Электрод 4 служит для считывания.

Ток управления I_у задается при помощи сопротивления R2. В результате массопереноса капилляр электрода 1 начинает заполняться ртутью. Высота столба электролита в капилляре и одновременно общее сопротивление в цепи считывания уменьшается по линейному закону (рис. 3).

Рис. 3. Аналоговый сигнал АДП и последовательность амплитуд импульсов на выходе аналого-импульсного преобразователя:
1, 5 — аналоговые сигналы; 2 — максимальная амплитуда импульса; 3 — минимальная амплитуда импульса; 4 — линия дискретизации сигнала; Т1 — время линейного изменения выходного сигнала; Т2 — время постоянного значения выходного сигнала (процесс образования ртутного мениска); Т3 — время дискретизации выходного сигнала

После заполнения капилляра ртутью и образования мениска на его торце выходное сопротивление и, соответственно, выходное напряжение U_вых остаются постоянным по величине (период Т2), пока силы натяжения не извлекут мениск и с ним часть ртутного столба из капилляра (период Т3). Первоначальная высота столба электролита и, соответственно, его сопротивление восстанавливаются. При неизменной полярности сигнала управления процесс повторяется (см. рис. 3, линия 5).