ПР 12 по НИЭ
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
________________________________________________________________________________
Наименование института ЭНИН
Наименование специальности Теплоэнергетика и теплотехника
Наименование выпускающей Автоматизация теплоэнергетических
кафедры процессов
ИДЗ - 12
Расчет биогазогенератора
По дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Вариант – В10
Исполнитель, студент группы 5Б1В ________ Опарин А.О.
Руководитель ________ Матвеева А.А.
подпись
Томск – 2014
Задача
1.Определить объем биогазогенератора Vбио и суточный выход биогаза Vг в установке, утилизирующей навоз от животных: n = 120 коров, 20 свиней, 12 птиц, а также обеспечиваемую ею тепловую мощность N (Вт). Время цикла сбраживания τ=10 сут при температуре t=40 °С; подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W=36 кг/сут; выход биогаза из сухой массы νг= 0,4 м3 /кг. Содержание метана в биогазе составляет 60%. КПД горелочного устройства η=0,68. Плотность сухого материала, распределенного в массе биогазогенератора,
рсух≈45 кг/м3. Теплота сгорания метана при нормальных физических условиях Qнр =28 МДж/м3.
2.Определить температурный режим.
3. Определить количество загрузок биогазогенератора за 1 год, если известно "время оборота реактора".
4.Сколько выработает станция биогаза за 1 год?
Таблица 1 – Исходные данные
Вариант |
КРС, n голов |
Свиньи, n голов |
Птица, n голов |
τ , сут |
t , ° С; |
21 |
200 |
300 |
95 |
14 |
28 |
Таблица 2 - Количество и плотность биоферментируемого материала на одно животное
Виды животных |
Среднесуточное количество биоферментируемого материала W, кг/сутки |
Плотность сухого биоматериала (кг/м3) |
Содержание метана в биогазе ƒм (%) |
Выход биогаза из сухой массы Vг (м3 /кг) |
КРС |
36 |
45 |
60 |
0,4 |
Свиньи |
4 |
35 |
70 |
0,5 |
Птица |
0,16 |
25 |
75 |
0,3 |
Решение
1. Определение объема биогазогенератора Vбио и суточный выход биогаза Vг
1) Подача сухого сбраживаемого материала от 120 крупно-рогатого скота идет со скоростью m0 ( кг/сут):
m0=W·n=36·200=7200 кг/сут;
Cуточный объем жидкой массы Vсут, поступающей в биогазогенерагор (м3/сут) можно определить по формуле:
Vсут=m0/ρсух=7200/45=160 м3/сут
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м3):
Vбио=τ·Vсут =14·160=2240 м3
Суточный выход биогаза:
Vг=m0·V г =7200·0,4=2880 м3/сут
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):
N= η ·Qнр ·Vг· ƒм = 0,68·28·2880·0,60= 32901 МДж/сут → 379,7 кВт.
2) Подача сухого сбраживаемого материала от 80 свиней идет со скоростью m0 ( кг/сут):
m0=W·n=4·300=1200 кг/сут;
Cуточный объем жидкой массы Vсут, поступающей в биогазогенерагор (м3/сут) можно определить по формуле:
Vсут=m0/ρсух=1200/35=34,28 м3/сут
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м3):
Vбио=τ·Vсут =14·34,28=480 м3
Суточный выход биогаза:
Vг=m0·V г =1200·0,5=2400 м3/сут
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):
N= η ·Qнр ·Vг· ƒм = 0,68·28·2400·0,70= 31987,2 МДж/сут → 369,2 кВт.
3) Подача сухого сбраживаемого материала от 70 птиц идет со скоростью m0 ( кг/сут):
m0=W·n=0,16·95=15,2 кг/сут;
Cуточный объем жидкой массы Vсут, поступающей в биогазогенерагор (м3/сут) можно определить по формуле:
Vсут=m0/ρсух=15,2/25=0,608 м3/сут
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м3):
Vбио=τ·Vсут =14·0,608=8,512 м3
Суточный выход биогаза:
Vг=m0·V г =15,2·0,3=4,56 м3/сут
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):
N= η ·Qнр ·Vг· ƒм = 0,68·28·4,56·0,75= 65,11 МДж/сут → 0,75 кВт.
Таблица 2 - Результаты
|
m0, кг/сут |
Vсут, м3/сут |
Vб, м3 |
Vг, м3/сут |
N, кВт |
КРС, n =120 |
7200 |
160 |
2240 |
2880 |
380,8 |
Свиньи, n =80 |
1200 |
34,28 |
480 |
2400 |
370,2 |
Птица, n =70 |
15,2 |
0,608 |
8,512 |
4,56 |
0,75 |
Суммарное количество животных |
8415,2 |
194,88 |
2728,512 |
5284,56 |
751,75 |
Ответ: объем биогазогенератора Vб=2728,512 м3, суточный выход биогаза Vг =5284,56 м3/сут, тепловая мощность устройства, использующего биогаз N =751,75 кВт кВт.
2.Температурный режим.
Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. В природных условиях образование биогаза происходит при температурах от 0°С до 97°С, но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобрений выделяют три температурных режима:
• психофильный температурный режим определяется температурами до 20-25°С;
• мезофильный температурный режим определяется температурами от 25°С до 40°С;
• термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°С.
В нашем случае, когда температура сбраживания равна t=28°С, температурный режим будет – мезофильный, т.к. наша температура в диапазоне от 25°С до 40°С.