ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

Александр (Aleksandr) Григорьевич (Grigor'evich) Топаж (Topazh), Владимир (Vladimir) Александрович (Aleksandrovich) Вигонт (Vigont), Любовь (Ljubov') Анатольевна (Anatol'evna) Хворова (Hvorova)

Аннотация


Статья посвящена описанию и анализу системно-динамической модели технологического процесса производства биогаза из многокомпонентного растительного сырья. Цель исследования – оптимизация процесса производства биогаза из растительного сырья методами имитационного моделирования, нахождение оптимальных режимов моделируемого производственного цикла – наилучшего с экономической точки зрения соотношения между выходом биометана и темпами подачи/замены исходного субстрата в зависимости от состава сырья.

В статье рассмотрены модели с дискретным и непрерывным циклом производства, приводится подробное описание реализации, выполненной в среде многоподходного моделирования AnyLogic для модели технологического процесса анаэробного сбраживания неоднородной многокомпонентной растительной биомассы. За основу взята известная стехиометрическая модель производства биометана, произведена ее модификация для случая многокомпонентного сырья (процентное разделение на условные составляющие – сахара, лигнин и целлюлоза) и продемонстрированы возможности современных оболочек и сред моделирования в задачах комплексного анализа и оптимизации изучаемого процесса. В ходе проведенных исследований получен ряд нетривиальных результатов по выбору оптимальных параметров режима работы модельного биореактора. Для случая дискретного процесса обновления содержимого в качестве параметров оптимизации выбирались частота и степень обновления, а для непрерывной проточной системы – скорость протока. Показано, что оптимальные с точки зрения интегрального выхода биометана значения параметров лежат близко к области критического закисления, приводящего к остановке процесса. А выбор в качестве критерия оптимизации экономических показателей дает оптимальные значения параметров, лежащих внутри области устойчивого функционирования модельного биореактора.

 


Ключевые слова


растительное сырье; биогаз; дифференциальные уравнения; имитационное моделирование; параметры оптимизации

Полный текст:

PDF

Литература


Dobrynina O.M, Kalinina E.V. Vestnik Permskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Okhrana okruz-haiushchei sredy, transport, bezopasnost' zhiznedeiatel'nosti, 2010, no. 2, pp. 33–40. (in Russ.).

Aiba S., Shoda M., Nagatani M. Biotechnology and Bioengineering, 1968, vol. 10, no. 6, pp. 845–864.

Grant D.J.W. Journal of General Microbiology, 1967, vol. 46, pp. 213–224.

Gujer, W., Zehnder A.J.B. Water Science and Technology, 1983, vol. 15, pp. 127–167.

Andrews J.F. Biotechnology and Bioengineering, 1968, vol. 10, pp. 707–723.

Gerber M., Span R. In: Proc., Int. Gas Union Research Conf., French Gas Association, Neuilly-sur-Seine, France, 2008.

Vavilin V.A., Vasil'ev V.B., Rytov S.V. Modelirovanie destruktsii organicheskogo veshchestva soobshchestvom mik-roorganizmov. [Modeling of the destruction of organic matter by a community of microorganisms]. Moscow, 1993, 204 p. (in Russ.).

Vavilin V.A., Vasiliev V.B., Ponomarev A.V., Rytow S.V. Bioresource Technology, 1994, vol. 48, pp. 1–8.

Biotekhnologiia i mikrobiologiia anaerobnoi pererabotki organicheskikh kommunal'nykh otkhodov. [Biotechnology and microbiology of anaerobic processing of organic municipal waste]. Ed. A.N. Nozhevnikova, A.Iu. Kallistov, Iu.V. Litti, M.V. Kevbrin. Moscow, 2016, 320 p. (in Russ.).

Vavilin V.A. Mikrobiologiia, 2010, vol. 79, no. 3, pp. 352–359. (in Russ.).

Korolev S.A., Maikov D.V. Komp'iuternye issledovaniia i modelirovanie, 2012, vol. 4, no. 1, pp. 131–141. (in Russ.).

Vavilin V.A. Priroda, 2008, no. 11, pp. 14–19. (in Russ.).

Monod J. Annual Reviews of Microbiology, 1949, vol. 3, pp. 371–394.

Yano T., Nakahara T., Kamiyama S., Yamada K. Agricultural and Biological Chemistry, 1966, vol. 30, no. 1, pp. 42–48.

Gaden E.L. Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering, 1959, vol. 1, no. 4, pp. 413–429.

Shein E.V., Goncharov V.M. Agrofizika. [Agrophysics]. Moscow, 2006, 400 p. (in Russ.).




DOI: http://dx.doi.org/10.14258/jcprm.2018012681

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





Контакты: 656049, Барнаул, пр. Ленина, 61, АлтГУ,
редакция журнала "Химия растительного сырья".
Тел./факс: (3852) 29-81-36, e-mail: journal@chemwood.asu.ru.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 License

Старая версия сайта:http://www.chem.asu.ru/chemwood_old/