2.Проектирование метантенка

2.1.Определение режимов работы

Благодаря системе утепления и подогрева в метантенке поддерживается постоянная температура 35°С для обеспечения мезофильного режима брожения. Среднее время сбраживания составляет 13 суток. Биомассой является птичий помет. Технологические процессы направлены на получение максимального количества как биогаза, так и удобрений.

2.2 Определение габаритов метантенка

ся:

= (2.1)

Объем определяем:

(2.2)

Определяем общую суточную массу исходного вещества:

(2.3)

Определяем массу сухого вещества в исходном сырье:

(2.4)

Определяем массу органического сухого вещества:

(2.5)

Определяем объем биогаза:

(2.6)

Определяем суточную массу субстрата:

(2.7)

Определим массу жидкости в субстрате:

(2.8)

Соответственно объем жидкости составит:

(2.9)

Определим объем навоза, поступаемого в сутки:

(2.10)

Определим суточную дозу субстрата:

(2.11)

Тогда рабочий объем метантенка:

(2.12)

=53,54 ,

С учетом объема газового буфера, полный объем реактора составит:

(2.12)

С учетом КПД объем метантенка составит:

(2.13)

Рассчитываем объем метантенка через удельные объемы биогаза:

(2.14)

=66,23

Принимаем 66,23

Объем метантенка принимаем V=68

Самым оптимальным будет вариант с занимаемой площадью 19,63 м². Проведя расчеты, пришли к выводу, что при выбранном объеме получаются такие размеры: высота 4 м, а диаметр 5 м.Тогда Самым оптимальным будет вариант с занимаемой площадью 19,63 м² ( формула 2.2)

Стенка реактора изготовлена из нержавеющей стали08Х18Н10, толщиной – 1 см. Утепляем ёмкость 5см слоем минеральной ваты («технониколь»). На вату наносим гидробаръер из «ютафола» (гидроизоляционной плёнки). Для утепления дна закладывается фундамент на 2 м (бетон). Сверху метантенк накрыт крышкой, изготовленной из нержавеющей стали08Х18Н10, толщиной – 1 см.

2.3.Тепловой расчет

Для поддержания постоянной температуры в данной установке используются обогрев горячей водой. В разные времена года количество подводимого тепла различно. Проведём тепловой расчёт для подбора мощности теплового котла, используя пиковые значения низких температур.

Рассмотрим процессы теплопередачи, протекающие в биогазогенераторной установке[2].

Подводимое тепло расходуется на подогрев сырья и восполнения потерь через стенки.

где – тепловой поток, поступающий в систему от нагревателя, Вт;

– тепловые потери через стенки метантенка, Вт;

– тепловые потери за счет нагрева исходной поступающей массы до температуры протекания процесса, Вт.

Тепловой поток передаваемый при конвективном теплообмене, определяется по формуле Ньютона:

где поверхность соприкосновения теплоносителя со стенкой метантенка, м²;

коэффициент теплопередачи данной ограждающей конструкции,

температуры теплоносителя и поверхности стенки, ̊ С.

Для однослойной стенки толщиной _, с коэффициентом теплопроводности и температурах на границах стенки и закон Фурье имеет вид:

где коэффициентом теплопроводности,

– толщина стенки, м;

Аналогичные записи можно получить и для двух-, трехслойной стенки, наиболее часто встречаемом случае с использованием теплоизоляции. Для трехслойного варианта:

где общее термическое сопротивление, равное сумме термических сопротивлений слоев .

Для теплового потока всей поверхности метантенка в этом случае можно записать:

При этом величина для цилиндрической стенки:

Поверхность теплообмена метантенка равна:

К этой поверхности необходимо прибавить величины, характерные для верхней и нижней части метантенка:

Следовательно, общая величина расчетной поверхности теплообмена равна:

Термическое сопротивление теплоизолированной стенки метантенка,

а) для стальной цилиндрической оболочки , =0,015м;

_{б) для слоя из минеральной ваты} , =0,05м;

в) общее термическое сопротивление всех слоёв:

(2.23)

Величина теплового потока для пикового значения перепада температур между внутренней и наружной стенками и найденным общим термическим сопротивление слоев, определяется выражением.

Определяем тепловой поток, поступающий в систему от нагревателя:

Затраты теплоты на нагревание исходных материалов с 0 до 35С найдем, используя (2.10).

Определяем тепловые потери за счет нагрева исходной поступающей массы до температуры протекания процесса

где теплоемкость помета,

;

Таким образом в зимний период к метантенку необходимо подвести 13,804 кДж. Выбираем газовый котел мощностью 1,2 кВт.