3.3. Конструкційна реалізація метантенка

Метантенк можливо збудувати із залізобетонних плит (коефіцієнт теплопровідності λ=1,55 Вт /мК, товщиною δ=0,15м).

З метою мінімізації тепловтрат від метантенка в навколишнє середовище його необхідно ізолювати: дно зсередини шаром шлакобетону (δ=0,05м, λ=0,15 Вт/м К), покритим тонкою плівкою стійкої до руйнівної дії середовища; ззовні - засипкою гравію (δ=0,3м, λ=0,36 Вт/мК), керамзиту (δ=0,1м, λ=0,15 Вт/мК), з боків - матами із мінеральної вати (δ=0,1м, λ=0,055 Вт/мК) і земляним валом - 1м.

Температуру в метантенку необхідно підтримувати з використанням водяного теплообмінника. Бульбашки біогазу підіймаються з гнойової суспензії вгору і збираються з гнучкої полімерної плівки «наметом», розташованим над поверхнею метантенка. «Намет» складається з двох шарів плівки завтовшки δ=0,001м і коефіцієнтом теплопровідності λ=0,85 Вт/мК, між ними прошарок повітря (δ=0,1м, λ=2,51 Вт/(мК): зовнішній, здатний витримувати механічні навантаження та внутрішній, стійкий до дії біогазу і покритий зверху полімерним поролоном (δ=0,004м, λ=0,025 Вт/мК) для зменшення втрат в оточуюче середовище. В простір між ними регульованим вентилятором нагнітається повітря. Створюваний невеликий надмірний тиск (1.0—1.5 кПа) запобігає деформації куполу метантенка від снігу, вітру і інших впливів.

Метантенк займає площу 282,24 м² (16,8 м x 16,8 м). Котловани, в яких поміщають реактори, мають площу підстави 169 м² ( 13 м x 13 м). Кут нахилу котловану дорівнює 60⁰. Глибина реактора нижче за поверхню грунту на 2,5 м, загальна висота конструкції - 3,9 м, висота стіни метантенка над поверхнею грунту - 1,4 м.

H₁=1.4 м H₂=2.5 м l₁=16.8 м l₂ = 13 м S = 3.1 м H₄ = 0.16 м

А_м=А₁+А₂+А₃+А₄,

де А_м - площа зовнішньої поверхні метантенка, м²;

А₁-площа бокової поверхні, м²:

А₁=(H₁•l₁) • 4 =1.4•16.8•4=94.08 м².

А₂-площа підстави, м²:

A₂= l₂ =13² =169 м².

A₃ –площа трапецієвидної частини метантенка, м²:

A₃ = ((l₁+l₂) / 2) •H₂ • 4 =((16.8 + 13)/2) •2.5 • 4 =149 м².

А₄ –площа куполу, м²:

А₄ = 330 м².

Перевірка за об'ємом:

V_м =V₁ +V₂ +V₃ = 395.14 + 564.05 + 140.9 = 1100.09 м³.

V₁ = H₁ • l₁² =282.24 • 1.4 = 395.14 м³;

V₂ = H₂ • ( l₁² + l₂²) / 2 =2.5 • (282.24 + 169)/2 = 564.05 м³;

V₃ = V_м – (V₂ +V₃) = 1100 – (564.05 +395.14) = 140.9 м³.

3.4. Визначення втрат в метантенку

3.4.1. Витрати теплоти на підігрів субстрату в метантенку

Анаеробні реакції щодо збродження біомаси - екзотермічні, в процесі їх протікання виділяється приблизно 1,5 МДж теплоти на 1 кг сухої маси зброджуваного матеріалу, тобто приблизно 25 кДж/моль С₆H₁₀O₅ .

По цій причині втрати теплоти з виділеним біогазом з метантенка прирівняні до теплоти, що виділяється при реакціях, тобто втрати теплоти з виділеним біогазом не враховано.

Q_п.- кількість теплоти, що витрачається на підігрів завантаженої протягом доби біомаси до температури процесу бродіння розраховано для літнього, осіннього - весняного, середньо - зимового періодів:

Q_п.= m_доб · С_с(t_б –t_з.м.), МДж/добу.

Температура завантаженої біомаси t_з.м. залежить від способу її завантаження в метантенк. Якщо маса поступає безпосередньо з тваринницького корпусу, то її температура така ж, як в приміщенні. Якщо масу для зброджування беруть із сховища для гною, то її температура дорівнює температурі повітря навколишнього середовища. Для розрахунку прийнято: в середньому для літа - 20 ⁰С, в середньому для зими - 5 ⁰С, для осіні – весни - їх середньоарифметичне значення - 12,5 ⁰С.

Температура бродіння залежить від прийнятого типу бродильного процесу: для мезофільного t_б — +34°С - + 37 °С.

Середнє значення теплоємності субстрату: С_с = 4,174 кДж/кгК.

Q_{п літо}=60235•4174•10³•(35-20)=3,77 ГДж/добу.

Q_{п ос.-вес.}= 60235•4174•103•(35-12,5)=5,66 ГДж/ добу.

Q_{п ср.зим.}= 60235•4174•103•(35-5)=7,54 ГДж/ добу.