2.2. Розрахунок біореактора

Вихідні дані:

1. Температура ферментації 35⁰С, тобто процес зброджування мезофільний.

2. Концентрація твердих часток в гної к = 8%.

3. Сировина що ферментується – гній , що є відходом сільського господарства.

4. Вихід біогазу з одного кг завантаженої сировини С = 0,3 м³/кг.

5. Добовий вихід біогазу

6. Час ферментації t_f = 24 години.

7. Щільність сухої речовини в гної ρ_гн = 1100 кг/м³.

8. Коефіцієнт заповнення r, при заповненні реактору на 90% , дорівнює 1,1.

Енергетичний вихід установки:

ККД установки, ;

теплота згоряння біогазу,

виробляємий об’єм біогазу,

Потужність установки:

Маса ферментуємого матеріалу:

Об’єм рідкої маси на добу:

Об’єм біореактора:

Приймаємо 2 біореактори циліндричної форми з такими розмірами:

Висота H = 1 м;

Радіус R = 0,564 м;

Товщина стінки δ = 2 мм = 0,002 м.

2.3. Розрахунок теплової ізоляції біореактора

Приймаємо матеріал для теплової ізоляції – мінеральна вата.

Встановлюємо допустимі теплові втрати: зниження температури ∆Т=0,3°С за дві доби.

Вихідні дані:

1. Температура навколишнього середовища: Т_н = -25°С;

2. Коефіцієнт теплопровідності ізоляції: λ = 0,044 ;

3. Температура необхідна в біореакторі: Т_р = 40°С;

4. Час за який проходять втрати: τ = 48 год;

5. Теплоємність субстрату: С_p = 4000 ;

6. Об’єм біореактора: V_R = 1 м³.

Розрахунок:

Визначаємо теплову ємність біореактора:

Визначимо потужність витрат:

Визначимо діаметр ізоляції:

Визначимо товщину ізоляції:

2.4. Інгібітори

До речовин, які в дуже великій концентрації перешкоджають життєдіяльності мікроорганізмів, відносяться перш за все важкі метали, аміак, нітрати, сульфіди, органічні розчинники, антибіотики.

Таблиця 2. Граничні концентрації речовин, перешкоджаючих процесу метанового бродіння

Інгібітори	Концентрація, мг на 1 л субстрату
Мідь	10
Кальцій	8000
Натрій	8000
Магній	3000
Аміак	1500
Сульфіди	200(як сірка)
Нітрати	50

В таблиці 2 для деяких речовин приведені значення концентрації, які ведуть до істотного сповільнення метаноутворення. Для детергентів, органічних розчинників і антибіотиків не мається точних даних по критичним значенням концентрацій. Однак в літературі вказується, що ці речовини в самих незначних кількостях перешкоджають процесу бродіння.

2.5. Підігрів у робочому просторі

Для невеликих реакторів із пристроями цілком підходять теплообмінні нагрівальні агрегати (наприклад шланги, циліндричні чи плоскі теплообмінники), через які прокачується гаряча вода 50-60°С і які можна виймати з реактора при його очищенні.

Нагрівачі, вбудовані в стінки реактора, доцільно застосовувати з огляду їхнього ККД лише в тому випадку, якщо вони можуть передавати теплоту субстрату по обидва боки стінки, як це відбувається у двухкамерному реакторі з внутрішньою перегородкою.

Крім того, підігрів субстрату можна здійснювати безпосередньо подаючи в нього гарячу воду або пару. Оскільки вода служить одночасно для підведення і турбулізації субстрату, що при завантаженні містить ще дуже велику кількість твердих часток, цей метод цей метод може виявитись ефективним. Підігрів субстрату шляхом введення пари під тиском веде до підвищення вмісту вологи в газі, для усунення якої при підготовці газу до використання вимагаються додаткові заходи. У великих установках цим недоліком зневажають, маючи на увазі більш високий ККД теплопередачі.