Выполняемое задание

Рассчитать объем биогазовой установки для фермерского хозяйства и выход биогаза при сбраживании навоза от животных. Процесс брожения – мезофильный, загрузка биомассы – из помещения с температурой t_о.с.. = 15 °С. Определить потенциальный запас энергии биогаза и количество теплоты для поддержания процесса брожения биомассы в метантенке. Определить, какой объем природного газа, нефти и дизельного топлива может заменить полученный объем биогаза. Исходные данные для расчета по вариантам взять в приложении, табл. П.1.

Методика выполнения работы

1. Определяется выход навоза от каждого вида животных

с учетом подстилки:

К_Пi = 1,5Mсутi n, кг/сут, (72)

где 1,5 – коэффициент, учитывающий наличие подстилки; Mсутi

– суточный выход навоза в зависимости от вида животных, кг/сут. (табл. П.2 приложения); n – количество голов.

2. Определяется суммарная доля сухого вещества (СВ) в навозе. Для каждого вида животных она равна:

М_СВi = КПi (1 - W), кг/сут, (73)

где W – влажность навоза, о.е. (табл. П.2).

3. Определяется объем метантенка БГЭУ при использовании навоза от соответствующего вида животных в сутки:

V_М= , м³/сут, (74)

где m_p – рекомендуемый объем загрузки СВ на 1 м³ метантенка, кг/м³ (из табл. П.2 берется большее значение для заданного вида животных).

4. Доля сухого органического вещества (СОВ) в навозе для

каждого вида животных:

М_{СОВi =} М_СВiP, кг/сут, (75)

где Р – доля СОВ в сухом веществе навоза (табл. П.2).

5. Выход биогаза при полном разложении сухого органического вещества (СОВ):

V_Пi = m_H M_COBi, м³, (76)

где m_H – выход биогаза из 1 кг СОВ в навозе, принимается равным 0,315…0,415 м³/кг.

6. Суммарный выход биогаза при сбраживании биомассы для данного объёма матантенка определяется:

V_Б = м³ (77)

где m_Бi – доля выхода биогаза от исходного материала при данной продолжительности метанового брожения (табл. П.2).

7. Определяется объём метантенка при полной загрузке:

V_{П.З. = ,} м³ (78)

где К_П – суммарное значение для всех видов животных; Т – продолжительность брожения, сут (берется наибольшее из рассматриваемых видов животных); р_Н – удельная плотность сбраживаемой массы. Так как влажность навоза обычно близка к 90 %, р_Н, принимают равной рводы = 1000 кг/м3.

8. Проверяется соответствие объёма метантенка его полной загрузке:

– если VП.З. << VМ, значит, часть метантенка использоваться не будет, что экономически невыгодно.

– если VП.З. = VМ, может возникнуть проблема из-за забивания канала сбора биогаза пеной.

Рекомендуемое соотношение V_П.З../ V_М = 0,7…..0,9

9. Потенциальный запас энергии биогаза, вырабатываемого в течение суток:

П_Э = V_Б· С_Б, МДж, (79)

где С_Б = 22 МДж/м – теплотворная способность биогаза.

10. Определяется количество теплоты для поддержания режима брожения биомассы:

Q = K_П·С(t_Б - t_З)· , МДж/сут, (80)

где K_П - суммарный выход навоза от всех видов животных, кг/сут; С – средняя теплоемкость загружаемой биомассы, принимается равной 4,18 ·10^-3 МДж/(кг х К); t_З – температура загружаемой массы, принимается равной температуре окружающей среды,°С; η – КПД процесса, в расчетах принимается равным 0,7.

11. Определить, какой объём природного газа, нефти и дизельного топлива может заменить полученный объём биогаза. Энергия, заключенная в 1 м³ биогаза, эквивалентна 0,6 м³ природного газа, 0,74 м³ нефти и 0,66 л дизельного топлива.

Таблица 31