МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ БИОРЕАКТОРА

Авторы

  • Капан Шакерхан Alikhan Bokeikhan University
  • Алишер Аден Алматинский университет энергетики и связи имени Г. Даукеева
  • Нургуль Курмангалиева Alikhan Bokeikhan University
  • Каким Сагиндыков Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева
  • Асем Конырханова Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

DOI:

https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-124-1-283-298

Ключевые слова:

биометан, биогазовая установка, биореактор, биоотходы, математическое моделирование, регрессионный анализ, корреляция

Аннотация

В данной статье проводится сравнение биогазовых установок по переработке отходов различной модификации, обсуждаются их преимущества и недостатки, а также описывается биогазовая установка собственной разработки горизонтального типа, учитывающая местные климатические и экономические условия развития фермерских хозяйств Казахстана. Рассматривается применение запатентованного авторами биореактора собственного производства, которая разработана с учетом особенности процесса метанового брожения и климатических факторов Казахстана. Описывается развитие биогазовых технологий в странах дальнего и ближнего зарубежья. Проводится анализ математических моделей процессов анаэробного сбраживания, рассмотрены несколько направлений моделирования: модели, основанные на уравнениях химических реакций (работы Басуэлла, Мюллера, Бойля и др), на эмпирических зависимостях (работы Сэфили, Вестермана. Модели), на кинетических зависимостях от концентрации субстрата и клеток или от процесса ингибирования (работы Моно, Конто, Мозера, Чена и Хашимото). Также рассмотрены модели, предложенные Друзьяновой В.П. и Егоровой Е.Н., которые учитывают зависимости метаболизма от скорости массообмена, от мощности спонтанного перемешивания. Но все предложенные модели обобщающие, и применимы только в лабораторных условиях, и не рассматривают такие параметры, как концентрация микро-макроэлементов (K, Na, Ca, Mg, Mo и т.д.), показатели VFA, соотношение C/N, показатель pH, степень измельчения – n, влажность и т.п. Влияния, которых на процесс брожения в метантенке более существенно, при эксплуатации в промышленных масштабах. На основании изученных материалов, проведен сравнительный анализ всех имеющихся математических моделей анаэробного брожения по трем направлениям и изучены их преимущества и недостатки. При этом все эти изученные модели применимы только в лабораторных условиях и трудно применяемые в промышленных масштабах. Таким образом, нами построена собственная математическая модель методами регрессионного анализа с учетом множества влияющих факторов и применимы в промышленных масштабах.

Биографии авторов

Капан Шакерхан, Alikhan Bokeikhan University

докторант, Семей, Казахстан, kapan-shakerkhan@mail.ru

Алишер Аден, Алматинский университет энергетики и связи имени Г. Даукеева

докторант, Алматы, Казахстан. a.aden@aues.kz

Нургуль Курмангалиева, Alikhan Bokeikhan University

PhD, Семей, Казахстан, nurgulkk62@mail.ru

Каким Сагиндыков, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

к.т.н., доцент, Астана, Казахстан, ksagin@mail.ru

Асем Конырханова, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

PhD, старший преподаватель, Астана, Казахстан, erkeshank@mail.ru

Библиографические ссылки

[1] Shakerkhan K.O., V Meshechkin.V., Anibayev S.M., Konyrkhanova A.A., Abilmazhinov E.T. Horizontal type bioreactor taking into account local weather and economic factors//Proceedings of the VIII International Scientific-Practical Conference "Innovation Management and Technology in the Era of Globalization", January 6-8, 2021, Bermingham, UK.

[2] Shakerkhan K.O., Konyrkhanova A.A., Anibayev S.M., Meshechkin. V.V, Abilmazhinov E.T., Akimzhanov. A.Zh. Development of biogas plants in Kazakhstan// Materials of the International Scientific-Practical Conference "Integration of the scientific community in the face of global problems of our time", February 12-14, 2020, Tokyo, Japan.

[3] Abilmazhinov E.T., Akimzhanov A.Zh., Shaiakhmetov E.Y., Anibaev S.M., Nurgaliyev N.N., Shakerkhan K.O., Sailauov D.M. Development of the biogas industry and prospects for the implementation of biogas plants in Kazakhstan. Eurasian Physical Technical Journal, 2021, Vol.18, No.3(37). DOI: 10.31489/2021No3/76-82

[4] Biomass as a renewable energy source. https://esa-conference.ru/wp-content/uploads/files/pdf/Kozlov-YUrij-Pavlovich.pdf

[5] Shakerkhan K.O., Meshechkin V.V., Sagindykov K.M., Konyrkhanova A.A., Abilmazhinov E.T. Development of an industrial-scale bioreactor in the context of a global pandemic IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (2021). DOI:10.1088/1755-1315/723/4/042034

[6] Prospects of biogas production in Kazakhstan.

https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-proizvodstva-biogaza-v-kazahstane/viewer

[7] Biogas plant

https://kazpatent.kz/images/bulleten/2018/gazette/ru201819/html/b0025684.htm

[8] Kazakhstan biogas energy. https://eenergy.media/2020/03/11/kak-razvivaetsya-kazahstanskaya-biogazovaya-energetika/

[9] Anibayev S.M., Abilmazhinov E.T., Shakerkhan K.O., Akimzhanov A.Zh. Bioreactor with unique design, patent №35077. «National Institute of Intellectual Property» Ministry of Justice of the Republic of Kazakhstan. https://kazpatent.kz

[10] Classification of biogas plants by design and technological features. https://cyberleninka.ru/article/n/klassifikatsiya-biogazovyh-ustanovok-po-konstruktivnym-i-tehnologicheskim-priznakam/viewer

[11] Kozłowski K., Pietrzykowski M., Czekała W., Dach J., Kowalczyk-Juśko A., Jóźwiakowski K., Brzoski M. Energetic and economic analysis of biogas plant with using the dairy industry waste. Energy (2019). DOI: 10.1016/j.energy.2019.06.179

[12] B.B. Orazbayev, E.A. Ospanov, K.N., Orazbayeva, L.T. Kurmangazieva. A Hybrid Method for the Development of Mathematical Models of a Chemical Engineering System in Ambiguous Conditions. //Mathematical Models and Computer Simulations. Moscow, Russia. 2018 –Vol.10, Issue 6. – pp. 748-758 DOI: 10.1134/S2070048219010125

[13] Teleszewski T.J., Z˙ukowski M. Analysis of heat loss of a biogas anaerobic digester in weather conditions in poland. Journal of Ecological Engineering (2018). DOI: 10.12911/22998993/89660

[14] Stenin D., Stenina N., Akanov A., Sagindikov K. Digitalization and innovative development of mining processes. E3S Web of Conferences (2019). DOI: 10.1051/e3sconf/201910503012

[15] M.B. Tlebaev, N.K. Kalinchun, D.U. Mamataeva. Review of the mathematical description of the process of methanogenesis in a bioreactor. International scientific journal (ISSN 2072-0297) № 4.1(138.1)/2017. http://www.rusnauka.com/pdf/246610.pdf

[16] Energy-saving technology for processing cattle manure. Dissertation work / Ulan-Ude / 2016, V.P. Druzyanova.

https://www.esstu.ru/uportal/dissertation/downloadFile.htm?type=dissertation&typeId=499

[17] Substantiation of the parameters of a small-volume digester with a stirring device for the conditions of the Republic of Sakha (Yakutia). Dissertation work / Blagoveshchensk / 2017, E.N. Egorova. https://www.dissercat.com/content/obosnovanie-parametrov-metantenka-malogo-obema-s-peremeshivayushchim-ustroistvom-dlya-uslovi

[18] Karipzhanova A.Z., Sagindykov K.M., Gudov A.M., Dimitrov K. Parameters of the distributed databases of information systems when splitting data with application of algorithms of multidimensional parity. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences (2019). DOI:10.32014/2019.2518-170X.128

[19] Neuronal Modeling of a Two Stages Anaerobic Digestion Process for Biofuels Production. S.U. Aguirre Camberos K. J., Gurubel K. J., Gurubel E.N. January 2018, IFAC-Papers OnLine 51(13): 408-413, DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.07.313

Загрузки

Опубликован

28.02.2023

Как цитировать

Shakerkhan, K., Aden, A., Kurmangalieva, N., Sagindykov, K., & Konyrkhanova, . A. (2023). МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ БИОРЕАКТОРА. Вестник КазАТК, 124(1), 283–298. https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-124-1-283-298

Выпуск

Раздел

Автоматизация, телемеханика, связь, информационные системы

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)