ПР 12 по НИЭ

МИНИСТЕРСТВО 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 V_био и суточный выход биогаза V_г 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 ν_г= 0,4 м³ /кг. Содержание метана в биогазе составляет 60%. КПД горелочного устройства η=0,68. Плотность сухого мате­риала, распределенного в массе биогазогенератора,

р_сух≈45 кг/м³. Теплота сгора­ния метана при нормальных физических условиях Q_н^р =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 V_био и суточный выход биогаза V_г

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 V_сут, поступающей в биогазогенерагор (м³/сут) мож­но определить по формуле:

V_сут=m₀/ρ_сух=7200/45=160 м³/сут

Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м³):

V_био=τ·V_сут =14·160=2240 м³

Суточный выход биогаза:

V_г=m₀·V _г =7200·0,4=2880 м³/сут

Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):

N= η ·Q_н^р ·V_г· ƒ_{м =} 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 V_сут, поступающей в биогазогенерагор (м³/сут) мож­но определить по формуле:

V_сут=m₀/ρ_сух=1200/35=34,28 м³/сут

Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м³):

V_био=τ·V_сут =14·34,28=480 м³

Суточный выход биогаза:

V_г=m₀·V _г =1200·0,5=2400 м³/сут

Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):

N= η ·Q_н^р ·V_г· ƒ_{м =} 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 V_сут, поступающей в биогазогенерагор (м³/сут) мож­но определить по формуле:

V_сут=m₀/ρ_сух=15,2/25=0,608 м³/сут

Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м³):

V_био=τ·V_сут =14·0,608=8,512 м³

Суточный выход биогаза:

V_г=m₀·V _г =15,2·0,3=4,56 м³/сут

Тепловая мощность устройства, использующего биогаз (МДж/сут):

N= η ·Q_н^р ·V_г· ƒ_{м =} 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 V_б=2728,512 м³, суточный выход биогаза V_г =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.