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

  • Александр (Aleksandr) Григорьевич (Grigor'evich) Топаж (Topazh) ООО «Бюро Гиперборея», ул. Подвойского, 40-2, пом. 87, Санкт-Петербург, 193312
  • Владимир (Vladimir) Александрович (Aleksandrovich) Вигонт (Vigont) Агрофизический научно-исследовательский институт, Гражданский пр., 14, Санкт-Петербург, 195220
  • Любовь (Ljubov') Анатольевна (Anatol'evna) Хворова (Hvorova) Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, Барнаул, 656049
Ключевые слова: растительное сырье, биогаз, дифференциальные уравнения, имитационное моделирование, параметры оптимизации

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.

 

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Александр (Aleksandr) Григорьевич (Grigor'evich) Топаж (Topazh), ООО «Бюро Гиперборея», ул. Подвойского, 40-2, пом. 87, Санкт-Петербург, 193312
ведущий научный сотрудник, доктор технических наук
Владимир (Vladimir) Александрович (Aleksandrovich) Вигонт (Vigont), Агрофизический научно-исследовательский институт, Гражданский пр., 14, Санкт-Петербург, 195220
научный сотрудник, кандидат биологических наук
Любовь (Ljubov') Анатольевна (Anatol'evna) Хворова (Hvorova), Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, Барнаул, 656049
заведующая кафедрой теоретической кибернетики и прикладной математики, кандидат технических наук, доцент

Литература

1. 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.).

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

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

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

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

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

7. 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.).

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

9. 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.).

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

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

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

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

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

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

16. Shein E.V., Goncharov V.M. Agrofizika. [Agrophysics]. Moscow, 2006, 400 p. (in Russ.).
Опубликован
2017-11-14
Как цитировать
[1]
Топаж (Topazh)А. (Aleksandr), Вигонт (Vigont)В. (Vladimir) и Хворова (Hvorova)Л. (Ljubov’) 2017. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. АНАЛИЗ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ. Химия растительного сырья. 1 (ноя. 2017), 171-184. DOI:https://doi.org/https://doi.org/10.14258/jcprm.2018012681.
Выпуск
Раздел
Технологии