Исследование математической модели производства биогаза из растительного сырья

А.Г. Топаж, Л.А. Хворова, А.В. Жариков, А.А. Баюк

Аннотация


Описывается и анализируется математическая модель технологического процесса производства биогаза из растительного сырья.

В основе математической модели лежит нелинейная система дифференциальных уравнений, описывающая три основополагающих процесса: гидролиз исходного субстрата; метаногенез — образование биогаза из продуктов первичного разложения органического сырья под действием специфических анаэробных микроорганизмов; динамика роста и разложения микробной биомассы, необходимой для протекания процессов анаэробного брожения. За основу взята известная стехиометрическая модель производства биометана В.А. Вавилина, произведена ее модификация для случая проточного биореактора.

Цель работы — исследование устойчивости стационарных решений нелинейной системы дифференциальных уравнений. Задача решается путем линеаризации уравнений на стационарных решениях. Проведено качественное исследование поведения фазовых кривых с помощью собственных чисел матрицы линеаризованной системы.

Проведенное исследование позволит осуществить численную оптимизацию принципиальных параметров модели, определяющих соответствующий технологический процесс.

DOI 10.14258/izvasu(2018)1-23


Ключевые слова


математическая модель; дифференциальные уравнения; устойчивость; растительное сырье; биогаз

Полный текст:

PDF

Литература


Добрынина О.М, Калинина Е.В. Технологические аспекты получения биогаза // Вестн. Перм. гос. техн. ун-та: Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. — 2010. — № 2.

Aiba S., Shoda M., Nagatani M. Kinetics of Product Inhibition in Alcohol Fermentation // Biotechnology and Bioengineering. — 1968. — Vol. 10, № 6.

Grant D.J.W. Kinetic Aspects of the Growth of Klebsiella aerogenes with Some Benzenoid Carbon Sources // Journal of General Microbiology. — 1967. — Vol. 46.

Gujer, W, Zehnder A.J.B. Conversion Processes in Anaerobic Digestion // Water Science and Technology. — 1983. — Vol. 15.

Биотехнология и микробиология анаэробной переработки органических коммунальных отходов : коллективная монография / под ред. А.Н. Ножевниковой, А.Ю. Кал-листова и др. — М., 2016.

Королев С.А., Майков Д.В. Идентификация математической модели и исследование различных режимов ме-таногенеза в мезофильной среде // Компьютерные исследования и моделирование. — 2012. — Т. 4, № 1.

Вавилин В.А. Как эффективно получать биогаз? // Природа. — 2008. — № 11.

Вавилин В.А., Васильев В.Б., Рытов С.В. Моделирование деструкции органического вещества сообществом микроорганизмов. — М., 1993.

Vavilin V.A., Vasiliev V.B., Ponomarev A.V, Rytow S.V Simulation Model «Methane» as a Tool for Effective Biogas Production during Anaerobic Conversion of Complex Organic Matter // Bioresource Technology. — 1994. — Vol. 48.

Вавилин В.А. Исследование анаэробной деградации органических отходов: опыт математического моделирования // Микробиология. — 2010. — Т. 79, № 3.

Эрроусмит Д., Плейс К. Обыкновенные дифференциальные уравнения. Качественная теория с приложениями. — М., 1986.

Andrews J.F. A Mathematical Model for the Continuous Culture of Microorganisms Utilizing Inhibitory Substrates // Biotechnology and Bioengineering. — 1968. — Vol. 10.

Gerber M., Span R. An Analysis of Available Mathematical Models for Anaerobic Digestion of Organic Substances for Production of Biogas // In: Proc., Int. Gas Union Research Conf., French Gas Association, Neuilly-sur-Seine, France, 2008.




DOI: http://dx.doi.org/10.14258/izvasu(2018)1-23

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2018 А.Г. Топаж, Л.А. Хворова, А.В. Жариков, А.А. Баюк

Архив журнала с 1996 по 2016 гг. расположен на старой версии сайта по адресу: http://izvestia.asu.ru/ru/

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

ISSN 1561-9443; ISSN (Online) 1561-9451