Multi-phase flow assessment for the fermentation process in mono-substrate reactor with skeleton bed

The selected techniques were reviewed and their technological aspects were characterized in the context of multi-phase flow for biogas production. The conditions of anaerobic fermentation for pig slurry in a mono-substrate reactor with skeleton bed were analysed. The required technical and technological criteria for producing raw biogas were indicated. Design and construction of the mono-substrate model, biogas flow reactor, developed for cooperation with livestock buildings of various sizes and power from 2.5 kW to 40 kW. The installation has the form of a sealed fermentation tank filled with a skeletal deposit constituting a peculiar spatial system with regular shapes and a rough surface. Incorporating a plant in such a production cycle that enables the entire slurry stream to be directed from the cowshed or pig house underrun channels to the reactor operating in the flow mode, where anaerobic digestion will take place, allows to obtain a biogas. The paper presents preliminary results of experimental investigations in the field of hydrodynamic substrate mixing system for biogas flow assessment by the adhesive bed in the context of biogas production. The aim of the study was to assessment and shows the influence of the Reynolds number on the biogas resistance factor for the fermentation process in mono-substrate reactor with adhesive deposit. The measurement results indicate a clear effect of the Reynolds number in relation to the descending flow resistance coefficient for the adhesive bed.

Dokonano przeglądu wybranych technik oraz scharakteryzowano ich technologiczne aspekty w kontekście przepływu wielofazowego w produkcji biogazu. Przeanalizowano warunki fermentacji beztlenowej gnojowicy świńskiej w reaktorze monosubstratowym ze złożem szkieletowym. Wskazano na wymagane kryteria techniczno-technologiczne wytwarzania surowego biogazu. Projekt oraz budowę modelu monosubstratowego, przepływowego reaktora biogazowego zrealizowano z przeznaczeniem do współpracy z budynkami inwentarskimi o różnej wielkości oraz mocy od 2,5 do 40 kW. Instalacja ma formę szczelnego zbiornika fermentacyjnego wypełnionego złożem szkieletowym stanowiącym swoisty przestrzenny układ o regularnych kształtach i chropowatej powierzchni. Wkomponowanie w taki cykl produkcyjny instalacji umożliwiającej skierowanie całego strumienia gnojowicy z kanałów podrusztowych obory lub chlewni do pracującego w trybie przepływowym reaktora, w którym będzie zachodziła fermentacja beztlenowa, umożliwia uzyskanie biogazu. W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań eksperymentalnych z zakresu hydrodynamicznego układu mieszania substratu na potrzeby oceny przepływu biogazu przez złoże adhezyjne w kontekście produkcji biogazu. Celem badań była ocena i wykazanie wpływu liczby Reynoldsa na współczynnik oporów przepływu biogazu w procesie fermentacji w reaktorze monosubstratowym ze złożem adhezyjnym. Badaniom poddano natężenie przepływu biogazu wynikającego z ciśnienia odniesienia w fermentorze. Przeprowadzono niezależną ocenę ilości biogazu i spadku ciśnienia na złożu szkieletowym. Podstawą oceny hydrodynamiki przepływu gazu przez złoże adhezyjne jest charakterystyka przepływu, wynikająca z ciśnienia wymuszającego ten przepływ. W każdym przypadku wyznaczenie tej charakterystyki polega na określeniu wpływu strumienia biogazu na wartość tego nadciśnienia, równoważnego spadkowi ciśnienia – jest to równoznaczne z wyznaczeniem całkowitych oporów przepływu biogazu przez złoże adhezyjne. Wyniki pomiarów wskazują na wyraźny wpływ średnicy ekwiwalentnej d_ε = 2,01 m zawartej w liczbie Reynoldsa na zastępczy współczynnik oporów przepływu ξ_ε dla złoża adhezyjnego.