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

Nicolay Zablodskiy,Alexandr Spodoba,Mihail Spodoba

doi:10.52254/1857-0070.2022.1-53.07

Abstract

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 efficiency 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 significance 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 average by 6.6% for heating and 5.3% for mixing the substrate in a 40-liter biogas reactor. The implementation of the data obtained experimentally increased the energy efficiency of biogas production and the profitability of further processing of biogas into heat and electricity.

Highlights

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
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
3. Установлено, что использование нагревательного кабеля в сочетании с механической мешалкой снижает количество энергии, затрачиваемой на процесс начального нагрева субстрата до температуры брожения, и согласно 3 повторениям исследований, находиться в диапазоне 5,8–

Summary

Introduction

Zablodskiy М.M.1, Spodoba M.O.1, Spodoba О.O.1 1 Universitatea Națională a resurselor biologice și managementului naturii a Ucrainei, Kyev, Ucraina. 4. График изменения температуры окружающей среды при размещении электрического нагревательного кабеля соответственно: а) на стенке биогазового реактора; б) в лопастях мешалки.4 При начальном нагреве субстрата до температуры брожения при размещении электрического нагревательного кабеля на стенке биогазового реактора среднее значение температуры окружающей среды равно 8,37 °С

Objectives

Results

Conclusion