licenta - instalatie biogaz

8/11/2019 Licenta - instalatie biogaz

1/103

Mosora Alex-Sebastian Proiect de diplom

_________________________________________________________________________________

1

CUPRINS

INTRODUCERE..7

CAPITOLUL 1 - Consideraii generale privind producerea debiogaz ...9

1.1 Generaliti...91.2 Parametrii fizico-chimici i energetici ai biogazului..9

1.3 Aspecte microbiologice ale metanogenezei..........................................................12

1.4 Factorii care influeaneaz producia de biogaz...................................................15

1.4.1 Materia prim...............................................................................................15

1.4.2 Temperatura.................................................................................................19

1.4.3 Presiunea......................................................................................................21

1.4.4 Agitarea........................................................................................................26

1.4.5 Aciditatea.....................................................................................................27

CAPITOLUL 2 - Prezentarea i descrierea instalaiilor de producere a biogazului ..............28

2.1 Schema tehmologic...................................................................................................28

2.2 Instalaia propriuzis de producere a biogazului........................................................28

2.2.1 Descriere general.............................................................................................28

2.2.2 Descriere funcional.........................................................................................30

2.2.2.1 Prenclzitorul...........................................................................................30

2.2.2.2 Fermentatorul............................................................................................332.3 Instalaia de nclzire abiomasei................................................................................35

2.3.1 Schimbtoare de cldur....................................................................................36

2.3.1.1 evi metalice............................................................................................36

2.3.1.2 Coturi din eav ndoite la 180cu raza de racordare R=1,5Dn conform

STAS 8807-71......................................................................................................38

2.3.1.3 Coturi din eav ndoite la 90cu raza de racordare R=1,5Dn conform

STAS 8805-71......................................................................................................42

2.3.1.4 Cazan pentru nclzirea agentului termic (apa cald)...............................51

2.3.1.5 Bride de susinere.....................................................................................54

2.3.1.6 Pompa de recirculare a apei calde............................................................54

2.4 Instalaia de agitare.....................................................................................................57

2.5 Reeaua de distribuie.................................................................................................58

2.6 Instalaia de deshidratare............................................................................................58


2/103


_________________________________________________________________________________

2

CAPITOLUL 3 - Proiectarea instalaiei de biogaz i a reelei de distribuie.........................60

3.1 Calculul tehnologic.....................................................................................................60

3.1.1 Calculul volumului util de fermentare...............................................................60

3.1.1.1 Cantitatea zilnic de dejecii.....................................................................60

3.1.1.2 Reeta de amestec.....................................................................................61

3.1.1.2.1 Calculul cantitii de S.U. pentru dejeciile deporci.......................62

3.1.1.2.2 Calculul cantitii de S.U. pentru paiele de gru.............................62

3.1.1.2.3 Calculul cantitii paielor de gru...................................................63

3.1.1.2.4 Calculul cantitii totale de substan uscat...................................63

3.1.1.2.5 Calculul cantitii de umiditate pentru dejeciile de porci...............64

3.1.1.2.6 Calculul cantitii de umiditate pentru paiele de gru.....................64

3.1.1.2.7 Calculul cantitii totale de umiditate..............................................643.1.1.2.8 Calculul cantitii totale de ap care trebuie adugat amestecului

pentru asigurarea umiditii de 92%...............................................................65

3.1.1.2.9 Calculul cantitii totale de biomas introdus zilnic n

fermentator..................................................................................................................65

3.1.1.3 Calculul volumului ocupat de biomas.....................................................66

3.1.1.4 Calculul densitii totale a amestecului....................................................66

3.1.1.5 Calculul volumului final de fermentare funcie de temperatura la care se

desfoar procesul de producerea biogazului....................................................67

3.1.2 Calculul volumul de biogaz rezultat n urma fermentrii anaerobe..................67

3.1.2.1 Materia organic folosit..........................................................................68

3.1.3 Calculul instalaiei de prenclzire.....................................................................70

3.1.3.1 Calculul cantitii totale de cldur necesare prenclzirii biomasei....... .71

3.1.3.2 Calculul suprafeei de nclzire................................................................71

3.1.3.3 Calculul suprafeei schimbtoarelor de cldur........................................72

3.1.3.3.1 Calculul suprafeei schimbtorului de cldur S1...........................72

3.1.3.3.2 Calculul suprafeei schimbtorului de cldur S2...........................72

3.1.3.4 Calculul numrului de schimbtoare de cldur ......................................73

3.1.4 Calculul instalaiei de fermentare......................................................................73

3.1.4.1 Calculul cantitii totale de cldur necesare meninerii biomasei la

temperatura de 55C.............................................................................................73


3/103


_________________________________________________________________________________

3

3.1.4.2 Calculul suprafeei de nclzire................................................................74

3.1.4.3 Calculul suprafeei schimbtoarelor de cldur........................................75

3.1.4.3.1 Calculul suprafeei schimbtorului de cldur S3..........................75

3.1.4.4 Calculul numrului de schimbtoare de cldur.......................................75

3.1.5 Calculul pompei de recirculare a apei calde..76

3.1.5.1 Calculul debitului vehiculat depomp.....................................................76

3.1.5.2 Calculul puterii pompei de recirculare a apei calde .................................76

3.1.6 Calculul suflantei utilizate la agitarea materiei organice...................................77

3.1.6.1 Calculul debitului de gaz vehiculat de suflant........................................77

3.1.6.2 Calculul puterii suflantei utilizate la agitarea materiei organice..............77

3.1.7 Calculul arztorului utilizat la nclzirea apei calde..........................................78

3.1.8 Calculul instalaiei de deshidratare....................................................................783.1.8.1 Calculul densitii biogazului n condiiile de lucru....78

3.1.8.2 Calculul vitezei admisibile a gazelor n seciunea separrii.79

3.1.8.3 Calculul debitului de biogaz ce poate trece prin separator .... 79

3.1.8.4 Calculul numrului de separatoare...80

3.1.9 Calculul reelei de distribuie.81

3.1.9.1 Calculul debitului masic..81

3.1.9.2 Calculul diametrului nominal al evii de distribuie.81

3.2 Calculul de rezisten..................................................................................................82

CAPITOLUL 4 - Instruciuni tehnice de ntreinere, exploatare i revizii ale instalaiei de

biogaz......................................................................................................................................91

4.1 ntreinerea, exploatarea i revizia instalaiei de nclzire..........................................91

4.1.1 Reglementri privind exploatarea i ntreinerea instalaiilor de nclzire........91

4.1.2 Punerea n funciune a instalaiilor....................................................................92

4.1.3 Recepia lucrrilor.............................................................................................94

4.1.3.1 Recepia la terminrea lucrrilor................................................................95

4.1.3.2 Recepia final..........................................................................................96

4.1.4 Cartea tehnic a construciei..............................................................................96

4.1.4.1 Documentele privind proiectarea, execuia i recepia.97

4.1.4.2 Documentele privind exploatarea, ntreinerea i repararea.97

4.1.5 Exploata rea instalaiilor de nclzire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97


4/103


_________________________________________________________________________________

4

4.1.5.1 Prevederi generale. ...97

4.1.5.2 Reglarea instalaiilor.................................................................................98

4.1.5.3 Regimul chimic al agenilor termici.........................................................98

4.1.5.4 Protecia, sigurana i igiena muncii.........................................................99

4.1.5.4 Prevenirea i stingerea incendiilor..........................................................100

4.1.6 Exploatarea centralelor termice.......................................................................100

4.1.7 Exploatarea reelelor termice de distribuie.....................................................100

4.1.8 ntreinerea i reviziile instalaiilor de nclzire..............................................101

CAPITOLUL 5Estimarea costurilor i stabilirea duratei de recuperare a investiiilor....102

5.1 Estimarea costurilor..................................................................................................102

5.2 Stabilirea duratei de recuperare a investiiilor..........................................................102

Concluzii..104Bibliografie..105

INTRODUCERE


5/103


_________________________________________________________________________________

5

Pn nu de mult, problema energiei nu se punea cu dramatismul situaiei de acum.

Dimpotriv, exista ideea c niciodat aceast problem nu va crea dificulti, cci se avea

impresia c exploatarea petrolului, care se generalizase n mai toate activitile umane, a

crbunilor, a gazelor naturale, va continua lainfinit. A venit ns o vremecnd oamenii de

tiin, economitii i politicienii, au fcut un calcul mai amnunit i au ajuns la concluzia

previzibil c rezervele mondiale de petrol, crbune i gaze naturale s-ar putea epuiza n

cteva decenii dac se continu aceleai ritmuri de consum. Vestea s-a rspndit fulgertor

i a strnit panic. n primul rnd, statele productoare de petrol i-au redus cantitile

extrase iau scumpit puternic preurile, ncepuse aa zis criz a petrolului, de fapt criza

energiei.

Ca mai toate crizele, pe plan mondial i criza energetic a nceput s fie smn de

conflicte interstatale. Suntem martori la tensiuni internaionale, unele chiar sub form derzboaie, intervenii brutale n viaa unor state independente, etc., a cror cauz, firete,

nedeclarat, o reprezint rezervele de petrol ale rilor atacate sub diferite pretexte

diplomatice.

Nu exist domeniu sau activitate care s nu aib nevoie de energie. Dup anul 1974,

s-a pornit energic i la luarea de msuri.

n primul rnd s-a observat c, n aproape toate tehnologiile se fcea o risip

inadmisibil de energie. A nceput o reconsiderare fundamental a acestor tehnologii n

scopul atingerii acelorai performane, dar cu un consum energetic mai redus. S-a constatat

c, pe aceast cale se pot obine, n funcie de domeniu, reduceri ale consumurilor energetice

cuprinse, n general, ntre 15-30%. Desigur aceast msur a fost necesar dar insuficient.

S-a pus apoi, pe tapet, problema gsirii de energi regenerabile, inepuizabile i

ecologice cunoscute de mult vreme dar neglijate tot de mult vreme.

Ce nseamn surse regenerabile de energie? Petrolul, crbunele i gazele naturale s-

au format acum multe milioane de ani din resturi vegetale i animale, sau prin reacii

chimice. Ca s dispunem de aceleai cantiti pe care la-am consumat pn acum ar trebui s

ateptm din nou cteva milioane de ani. Practic aceste rezerve nu se mai remprospteaz,

noi utilizm numai ceea ce gsim n subsol, ele sunt neregenerabile. n schimb exist surse

care, practic, pot furniza energie dac nu la infinit, mcar pe perioade foarte mari de timp

Biogazulreprezinto astfel de surs de energie neconvenional care rezult n urma

unui proces de conversie natural controlat a biomasei.


6/103


_________________________________________________________________________________

6

Energia obinut din biomas mai este denumit i energia verde. Producerea deenergie electric din surse de energie regenerabile se preconizeaz, ca n anul 2010, sajung la 33% din consumul intern brut. Din aceasta, energiei regenerabile, energia debiomas reprezint 65 %, cea eolianreprezint 17 % , cea solar 12 %, iar cea geotermal 1%.

Statistica mondial apreciaz c, ntr-un an, n lume biomasa nefolosit de om se

cifreaz la circa 150 109 t. Considernd c 1 t biomas uscat produce doar 300 m gaz

metan (300 m gaz 1,25 barili iei 250 kg combustibil convenional), rezult circa

2,5106kcal. Apreciind c numai 25 % din ntreagacantitate de biomas se transform n

gaz metan, rezult50 109barili iei, adic 34 109t/an 50 109t cc. Iar dac anual, pentru

nclzire, se consum la nivel mondial9 109 t cc (dintre care mai mult de 65 % petrol i

gaze), nseamn c numai 5 % din cantitatea de biomas transformat anual asigur

consumul actual de combustibil pe ntreg globul.Tema proiectului de diplom S se proiectezeo intalaiede biogaz, de valorificare

a dejeciilor de la o ferm de porci, care are capacitatea de 10.000 capete , corespunde

nevoilor mondiale de valorificare a resurselor din punct de vedere energetic, prin obinerea

de biogaz.

Proiectul este structurat pe 5 capitole, fiecare avnd titluri sugestive.

Capitolul 1 intitulat Consideraii generale privind producerea de biogaz expune pe

rnd parametrii fizico-chimici i energetici ai biogazului, aspectele microbiologice ale

metanogenezei i factorii care influeneaz producia de biogaz.

n capitolul 2 este prezentat i descris instalaia de producere a biogazului, cu

subinstalaiile i elementele componente.

n capitolul 3 sunt expuse calculele necesare realizrii instalaiei de biogaz i anume

calculul tehnologic (de dimensionare a instalaiei) i calculul de rezisten.

Capitolul 4 trateaz aspectele legate de instruciuni tehnice de ntreinere, exploatare

i revizii ale instalaiei de biogaz.

Lucrarea se ncheie cu capitolul 5 n care este abordat estimarea costurilor i

stabilirea duratei de recuperare a invesiilor.

CAPITOLUL 1


7/103


_________________________________________________________________________________

7

Consideraii generale privind producerea de biogaz

1.1 Generaliti

Prin termenul de biogaz, acceptat pe plan internaional, se nelege produsul gazos

rezultat n urma fermentrii anaerobe ntr-un mediu cu umiditate i temperatur ridicat, n

absena luminii.

Biogazul este un amestec de gaze att combustibile ct i inerte, principalii

constitueni fiind metanul i bioxidul de carbon, ambele n proporii variabile. n

componena biogazului se gsesc n cantiti foarte mici, ns nu neglijabile hidrogen

sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen, hidrogen, vapori de ap.

1.2 Parametrii fizico-chimici i energetici ai biogazului

Biogazul poate fi caracterizat prin:

a) Proprieti fizice: gaz fr culoare, cu miros specific de ou clocite (datorit

hidrogenului sulfurat); fr gust

b) Compoziia aproximativ - metan (50-90%), dioxid de carbon (48-8%), hidrogen

sulfurat (max. 2%), mici cantiti din alte elemente (hidrogen, azot, oxigen, vapori de ap,

particule solide, etc.)

c) Putere calorific

Valoarea energetic a biogazului este dat de coninutul de metan astfel:

Compoziia biogazului funcie de procentajul

elementelor componentePutere calorific


8/103


_________________________________________________________________________________

8

MetanDioxid de

carbon

Hidrogen

sulfuratAlte gaze

Hs Hi Hs Hi

kcal/m kcal/ m kj/ m kj/ m

50 48 2 0 4882,8 4388,2 20443,3 18372,5

51 47 2 0 4978,0 4473,7 20841,9 18730,5

52 46 2 0 5073,2 4559,2 21240,5 19088,5

53 45 2 0 5168,4 4644,7 21639,1 19446,4

54 44 2 0 5263,6 4730,2 22037,6 19804,4

55 43 2 0 5358,8 4815,7 22436,2 20162,4

56 42 2 0 5454,0 4901,2 22834,8 20520,3

57 41 2 0 5549,2 4986,7 23233,4 20878,3

58 40 2 0 5644,4 5072,2 23632,0 21236,3

59 39 2 0 5739,6 5157,7 24030,6 21594,3

60 38 2 0 5834,8 5243,2 24429,1 21952,2

61 37 2 0 5930,0 5328,7 24827,7 22310,2

62 36 2 0 6025,2 5414,2 25226,3 22668,2

63 35 2 0 6120,4 5499,7 25624,9 23026,1

64 34 2 0 6215,6 5585,2 26023,5 23384,1

65 33 2 0 6310,8 5670,7 26422,1 23742,1

66 32 2 0 6406,0 5756,2 26820,6 24100,1

67 31 2 0 6501,2 5841,7 27219,2 24458,0

68 30 2 0 6596,4 5927,2 27617,8 24816,0

69 29 2 0 6691,6 6012,7 28016,4 25174,0

70 28 2 0 6786,8 6098,2 28415,0 25531,9

71 27 2 0 6882,0 6183,7 28813,6 25889,9

72 26 2 0 6977,2 6269,2 29212,1 26247,9

73 25 2 0 7072,4 6354,7 29610,7 26605,974 24 2 0 7167,6 6440,2 30009,3 26963,8

75 23 2 0 7262,8 6525,7 30407,9 27321,8

76 22 2 0 7358,0 6611,2 30806,5 27679,8

77 21 2 0 7453,2 6696,7 31205,1 28037,7

78 20 2 0 7548,4 6782,2 31603,6 28395,7


9/103


_________________________________________________________________________________

9

79 19 2 0 7643,6 6867,7 32002,2 28753,7

80 18 2 0 7738,8 6953,2 32400,8 29111,7

81 17 2 0 7834,0 7038,7 32799,4 29469,6

82 16 2 0 7929,2 7124,2 33198,0 29827,6

83 15 2 0 8024,4 7209,7 33596,6 30185,6

84 14 2 0 8119,6 7295,2 33995,1 30543,5

85 13 2 0 8214,8 7380,7 34393,7 30901,5

86 12 2 0 8310,0 7466,2 34792,3 31259,5

87 11 2 0 8405,2 7551,7 35190,9 31617,5

88 10 2 0 8500,4 7637,2 35589,5 31975,4

89 9 2 0 8595,6 7722,7 35988,1 32333,4

90 8 2 0 8690,8 7808,2 36386,6 32691,4

91 7 2 0 8786,0 7893,7 36785,2 33049,3

92 6 2 0 8881,2 7979,2 37183,8 33407,3

93 5 2 0 8976,4 8064,7 37582,4 33765,3

94 4 2 0 9071,6 8150,2 37981,0 34123,3

95 3 2 0 9166,8 8235,7 38379,6 34481,2

Tabelul 1.2.1 Valoarea energetic a biogazului raportat la coninutul de metan i alte

elemente componente

d) Densitate(CH4-60%, CO2-38%, altele-2%)1.21 kg/m;

e) Index Wobbe(CH4-60%, CO2-38%, altele-2%)19.5 MJ/m;

f) Viteza maxim de ardere(CH4-60%, CO2-38%, altele-2%)0.25 m/s;

g) Aer necesar teoretic(CH4-60%, CO2-38%, altele-2%)5.71 maer/mgaz;

h) Concentraie maxim de CO2n gazele de ardere(CH4-60%, CO2-38%, altele -2%)

17.8%;


10/103


_________________________________________________________________________________

10

i) Temperatur de topire: -182,5C;

j) Temperatura de fierbere: -161,6C;

k) Solubilitate - n ap la20C: 0,35% n greutate;

- n alcool etilic la 20C: 47,1% n greutate;

1.3 Aspecte microbiologice ale metanogenezei

Metanogeneza reprezint procesul microbiologic complex n urma cruia biomasa

este convertit n biogaz i n nmol fertilizant.

Rolul principal n cadrul acestui proces l au bacteriile metanogene. Aceste bacteriii desfoar activitatea in condiii exclusiv anaerobe, dintre acestea cele mai importante

specii de bacterii fiind Bacilus cellulosae methanicus, responsabile de formarea metanului, i

Bacilus cellulosae hidrogenicus, responsabile de formarea hidrogenului.

Ulterior aceste dou specii au fost reunite sub denumirea comun de methano -

bacterium.

Pentru dezvoltarea i nmulirea acestor bacteri sunt necesare ndeplinirea catorva

condiii elementare si anume:

-mediu strict anaerob;

-umiditate peste 50% (peste aceast valoare crescnd mobilitatea bacteriilor i

accelerarea metabolismului celular);

-prezena unei cantiti de azot suficiente pentru construia celulei bacteriene;

-mediu neutru sau slab alcalin cu pH-ul cuprins ntre 7,0 i 7,6;

-temperatura peste 3C;

-absena luminii.

ntregul process de producere a biogazului const n fracionarea moleculelor mai

complexe care exist n material prim n molecule din ce n ce mai simple, n cadrul a patru

etape.

n prima etap substanele macromoleculare ca celuloza, amidonul, grsimile,

proteinele, acizii nucleici sunt transformate de enzimele secretate de microorganisme


11/103


_________________________________________________________________________________

11

aerobe, numite exofermeni, n compui cu molecule mai mici ca zaharuri precum

celembioza, zaharoza, maltoza, xilobioza, apoi in acizi ca acidul galacturonic, acizi grai,

aminoacizi, respectiv n baze precum purine, pirimine.

n etapa a douaproduii treptei precedente sunt supusi fermetaiei n urma creia

sunt produi molecule i mai simple precum acidul formic, acetic, propionic, butiric,

valeriamic, lactic, malic, etc. n cadrul acestei etape rezult o serie de gaze precum hidrogen,

dioxid de carbon, amonia, hidrogen sulfurat, precum i diferii alcooli ca metilic, etilic,

propilic, butadiol, etc.

n etapa a treia, care de altfel este i strict anaerob, se formeaz din moleculele

etapei precedente o serie de compui metanogeni, rezultnd pe lng acetia i acid acetic,hidrogen, bicarbonai, acid formic i metanol.

n etapa a patrase formeaz componenii principali ai biogazului i anume metan i

bioxid de carbon, regsindu-se la finalul acestei etape, ns ntr-o proporie foarte mic i

gazele rezultate n cadrul treptei a doua: hidrogen sulfurat i amoniac.

La transformrile de mai sus iau parte numeroase specii i tipuri de bacterii,

specializate pentru cte o operaie de transformare, fie direct, fie prin intermediul enzimelor

pe care le produc.

n final, n afar de biogaz, rezult un produs fluid care conine materii mineralizate,

substane organice nedegradabile, substane organice ce nu au apucat s fie degradate i ap.

Schema de transformare a biomasei n biogaz prin parcurgerea celor patru etape este

prezentat n figura de mai jos:


12/103


_________________________________________________________________________________

12

Fig 1.3.1 Schema de transformare a biomasei n biogaz

Astfel, pentru 1kg de substan organic, din care 70% este biodegradabil, produce

0,184 kg metan, 0,32 kg dioxid de carbon, 0,2 kg de ap i 0,3 kg rest organic

nebiodegradabil.

La o degradare complet, substanele organice de baz pot da cantiti de biogaz cu

un coninut de metan conform tabelului 1.3.2:

Substan organicBiogaz optenabil

m/kg S.O.

Coninutul mediu de

metan n %

Hidrai de carbon (C6H10O5)n 0,886 50

Grsimi (C50H30O6) 1,535 70

Proteine (6C 2NH33H2O) 0,587 84

Tabelul 1.3.2 Cantitatea de biogaz i coninutul de metan rezultat n urma degradrii

complete a substanelor organice de baz


13/103


_________________________________________________________________________________

13

1.4 Factorii care influeaneaz producia de biogaz

n urma experienei i a cercetriilor efectuate n domeniu producerii biogazului s-a

constat c urmatorii factori sunt determinani n producerea de biogaz:

-materia prim;

-temperatura;

-presiunea;

-agitarea;

-pH-ul substratului de biomas supus fermentrii anaerobe.

1.4.1 Materia prim

Materia prim supus fermentrii anaerobe trebuie s asigure un mediu prielnic

dezoltrii i activitrii microorganismelor ce concur la digestia substratului i, n final, la

producerea de biogaz. Acest mediu trebuie s satisfac urmtoarele condiii:

-s conin materie organic biodegradabil;

-s aibe o umiditate ridicat, peste 90%;

-s aibe n cadrul fermentrii reacii neutre sau apropiate de neutre (pH=6,8-7,3);

-s conin carbon i azot ntr-o anumit proporie (C/N=15-25);

-s nu conin substane inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele,

detergeni, antibiotice, concentraii mari de sulfai, formol, dezinfectani, fenoli, etc.

Pentru obinerea de biogaz se pot utiliza materii prime organice de provenien foarte

diferit:deseuri vegetale, deseuri menajere, fecale umane, dejecii animaliere, gunoiul de

grajd, ape reziduale din industria alimentara i din zootehnie, etc.

Producie specific, medie, de biogaz ce se poate obine din diverse materii prime,

raportat la substana lor uscat este redat n tabelul 1.4.1.1:


14/103


_________________________________________________________________________________

14

Materie primBiogaz optenabil

m/kg S.U.

Coninutul

mediu de metan

n %

Durata de

fermentare

n zile

Paie de gru, ntregi 0,367 78,5

Paie de gru tocate la 3 cm 0,363 80,2

Paie de gru tocate la 0,2 cm 0,423 81,3

Lucern 0,445 77,7 60

Ierburi diferite 0,557 84,0 60

Frunze de sfecl furajer 0,496 84,0 65

Frunze de sfecl de zahr 0,501 84,8 65

Lujeri de roii tocai 0,606 74,7

Tuleie de porumb tiate la 2 cm 0,214 83,1 90

Frunze de copaci 0,260 58 65

Paie de orz 0,380 77

Paie de orez 0,360 75

Tulpini de in sau de cnep 0,369 58 90

Dejecii de bovine 0,260-0,280 50-60 90

Dejecii de porc 0,480 60 60

Dejecii de cal 0,2-0,3 66 90

Dejecii de oaie 0,320 65

Dejecii de psri 0,520 68

Fecale umane 0,240 50 30

Namol din staiile de epurare

oreneti0,370 50-60

Drojdii de la distilerii de spirt 0,3-0,6 58

Tabelul 1.4.1.1 Producie specific, medie, de biogaz obinut din diverse materii prime,raportat la substana lor uscat

S-a constatat faptul c prin amestecarea diferitelor meterii prime capacitatea

metanogen a amestecului, exprimat n m3/kg S.U., este mai mare decat media rezultat din

calculul aritmetic. Acest aspect este redat n tabelul 1.4.1.2:


15/103


_________________________________________________________________________________

15

Materie primProporia de

amestec n %

Biogaz optenabil

m/kg S.U.

Creterea fa

de calculul n

100%

Dejecii bovine+porcine 50-50 0,409 +7,5

Dejecii bovine+psri 50-50 0,424 +6

Dejecii bovine+nmol ape reziduale 50-50 0,410 +26

Dejecii bovine+buruieni 50-50 0,440 +5

Dejecii porcine+psri 50-50 0,535 +7

Dejecii porcine+buruieni 50-50 0,598 +15,2

Dejecii porcine+nmol ape

reziduale 50-50 0,466 +9,6

Dejecii bovine+porcine+psri 25-50-25 0,482 +9,6

Dejecii psri+nmol ape reziduale 50-50 0,5 +12,3

Dejecii psri+buruieni 50-50 0,612 +13,5

Nmol ape reziduale+buruieni 50-50 0,659 +42

Tabelul 1.4.1.2 Producie specific, medie, de biogaz obinut prin amestecarea de diverse

materii prime, raportat la substana lor uscat i creterea n % a produciei fa de calculul

n 100% diverse materii prime

Aceast potenare sinergetic se datoreaz faptului c prin amestecarea de materii

prime se realizeaz raporturi mai bune ntre continutul de carbon i cel de azot, raport foarte

important n producia eficient de biogaz i care trebuie s fie cuprins n intervalul 15-25.

n tabelul 1.4.1.3 sunt trecute, pentru principalele materii prime:

-coninutul de carbon (C);-coninutul de azot (N);

-raportul C/N.


16/103


_________________________________________________________________________________

16

Materie primConinutul de

carbon n %

Coninutul de

azot n %Raportul C/N

Iarb verde 15 0,6 25

Paie de gru uscate 46 0,53 87

Paie de orez uscate 42 0,63 67

Paie de ovz uscate 42 0,75 56

Tuleie de porumb 40 0,75 53

Lucern 48 2,6 18

Frunze de copaci 41 1 41

Lujere de soia 41 1,3 32

Vrejuri de cartofi 40 1,8 22

Dejecii de oaie proaspete 16 0,55 29

Dejecii debovine proaspete 7,3 0,29 25

Dejectii de cal proaspete 10 0,42 24

Dejecii de porc prospete 7,8 0,65 13

Fecale umane proaspete 2,5 0,85 29

Dejecii de psri proaspete 45 3 15

Tabelul 1.4.1.3 Raportul C/N, coninutul de carbon i azot in % funcie de diverse materii

prime

Tot pentru o producie eficient de biogaz este necesar asigurarea unei umiditi a

amestecului de cel puin 90%.

Pentru a realiza o reet de amestec corect, care s in seama de aceast umiditate

se va ine cont n calcululreetei de tabelul 1.4.1.4:

Materie primConinutul de substant uscat n % Umiditate medie

n %Minim Maxim Mediu

Dejecii de bovine 10 18 14 86

Dejecii de porc 12 15 13,5 86,5

Dejecii de cal 20 30 25 75


17/103


_________________________________________________________________________________

17

Dejecii de oaie 20 25 22,5 77,5

Dejecii de psri 25 30 27,5 72,5

Fecale umane 25 28 26,5 73,5

Resturi menajere 20 25 22,5 77,5

Paie de gru 85 87 86,5 13,5

Paie de orz 84 85 84,5 15,5

Paie de ovz 83 85 84 16

Coceni de porumb 83 90 87,5 12,5

Lujeri de cartofi, soia, fasole 15 20 17,5 82,5

Frunze verzi 10 15 12,5 87,5

Frunze de sfecl de zahr 10 17 13,5 86,5

Lucern verde 20 25 22,5 77,5

Buruieni, iarb verde 15 17 16 84

Tabelul 1.4.1.4 Continutul de S.U., respectiv de umiditate funcie de diferite materii

organice

1.4.2 Temperatura

n cadrul procesului de producie a biogazului temperatura are o influentsemnificativa, mentinerea ei la o valoare constant este esential este esenial n procesul

de fermentaie. Astfel c o variaie brusc cu numai 2-3C poate fi suficient pentru a

perturba echilibrul ntre acizi i bacteriile metanogene, inhibnd activitatea acestora.

Din punct de vedere al temperaturii la care i desfoar activitatea,

microorganismele ce concur la producerea biogazului, ndeosebi cele metanogene, se

mpart n trei categorii:

-criofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse

ntre 12-24C, zon caracteristic fermentrii n regim criofil;

-mezofile, caracterizate printr-o activitate care are loc la temperaturi cuprinse ntre

25-40C, zon caracteristic fermentrii n regim mezofil;

-termofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse

ntre 50-60C, zon caracteristic fermentrii n regim termofil.


18/103


_________________________________________________________________________________

18

n graficul de mai jos sunt expuse cele trei zone termice caracteristice regimurilor

criofil, mezofil i termofil, precum i modul n care temperatura influeneaz producia de

biogaz:

Figura 1.4.2.1 Diagrama produciei medie de biogaz funcie de temperatura la care are loc

procesul de fermentaie

Diagrama este fcut n raport cu producia de biogaz la 15C care a fost considerat

100% i care prezint produciei n procente fa de cea de baz, din regimul criofil, odat cu

creterea temperaturiila care are loc fermentarea.

Aceast cretere a produciei de biogaz se datoreaz att bacteriilor metanogene care

i desfoar activitatea ntr-un anumit regim de fermentare anaerob, ct i datorit

faptului c descompunerea materiei organice este puternic influenat de temperatur

conform urmtorului tabel:


19/103


_________________________________________________________________________________

19

Temperatura,

C

Gradul de descompunere, n %

a substanei organice

15 15

20 19

25 23

30 28

35 36

40 40

45 44

50 49

55 51

60 55

Tabelul 1.4.2.2 Gradul de descompunere,

n % a substanei orgnice funcie de temperatur

1.4.3 Presiunea

Presiunea are o mare influne n procesul de metanogenez. Mult vreme ns s-a

crezut c producia de biogaz nu este influenat de presiune.

Reprezentani de marc ai microbiologici teoretice i ai celei industriale au opinat c

metabolismul celular al microorganismelor se desfoar far modificri semnificative chiar

la presiuni mari i foarte mari.

Ca argument se aduceau urmtoarele:

-fermentaiile lactic, proteolitic etc. nu sunt influenate de presiune;

-n anumite industrii cum este cea de vinificaie sau cea a berii, presiunile

generate de dioxidul de carbon degajat pot ajunge la valori mari, de ordinul a7-10bar.

-s-a mai argumentat c metanul, sub form de gaz de balt, se degaj i n

mlul de la fundul lacurilor i al blilor;


20/103


_________________________________________________________________________________

20

-n adncurile oceanelor se produce gaz metan de fermentaie care este stocat

sub form de hidruri i se degaj aleator, mai ales n urma unor evenimente

tectonice.

Totui, unele obervaii fcute asupra fermentaiei metanogene n fermentatoarele cu

ax vertical, denumite, oarecum impropriu, metantancuri, au artat o serioas diminuare a

produciei de biogaz atunci cnd, din anumite motive cretea presiunea de deasupra nivelului

materialului din fermentator.

Aceste considerente au determinat abordarea unei analize critice a fenomenului de

metanogenez, privit dintr-un unghi mai inedit i anume cel al unui bilan energetic.

Analiza energetic a metanogenezei

Considernd c mulimea de microorganisme complexe, responsabile de producerea

biogazului, absorb din substrat diferite pri: S1 , S2, S3 ... Si , fiecare avnd un coninut

energetic potenial: ES1 , ES2, E S3 . . . ES i i c elimin o serie de metabolii: M1, M2 , M3

. . . Mi care, la rndul lor, au fiecare un coninut energetic potenial: EMI, EM2, EM3 ...

EMJ, pe baza principiului conservrii energiei se poate scrie:

Esi= E

B+ E

mirel.1.4.3.1;

n care, prin EB s-a notat energia biologic necesar mulimii de microorganisme pentru

ntreinerea activitilor lor vitale.

Relaia 1.4.3.1 este ns valabil numai atunci cnd suma volumelor prilor de

substrat VMI, este egal cu suma volumelor metaboliilor VSi , adic atunci cnd:

VMi= Vsi rel.1.4.3.2;

n numeroase procese fermentative condiia dat de relaia 1.4.3.2 este satisfcut

i, n aceast situaie, presiunea din sistem nu are prea mare influen asupra desfurrii

procesului fermentativ.

Alta este situaia n cazul procesului metanogen la care elementele de substrat sunt

lichide, soluii sau coloizi iar unii metabolii sunt sub form gazoas, din care unul, metanul,


21/103


_________________________________________________________________________________

21

are el nsui o ridicat valoare energetic. Apare deci o cretere de volum V, care modific

relaia 1.4.3.2 astfel:

VMi= VSi+ V rel.1.4.3.3;

Pentru expulzarea biogazului avnd volumul V, n condiiile de presiune P, este

necesar o energie de expulzare Eexp, mulimea de microorganisme lucrnd n acest caz n

mod similar unui compresor:

Eexp= V P rel.1.4.3.4;

Prin urmare, n cazul situaiei descrise n relaia 1.4.3.3, relaia 1.4.3.1 trebuie corectatastfel:

ESi= EB+ EMi+ Eexp rel.1.4.3.5;

Pentru verificarea considerentelor teoretice de mai sus a fost montat, n laborator, o

instalaie de producere continu a biogazului, msurndu-se, timp de cteva sptmni,

producia specific de biogaz n condiiile creterii treptate a presiunii. Din datele

msurtorilor a rezultat curba din diagrama prezentat n figura 1.4.3.6.


22/103


_________________________________________________________________________________

22

Figura 1.4.3.6 Influena presiunii asupra produciei de biogaz

Curba reprezint un segment de hiperbol avnd drept asimptote chiar axele de

coordonate, situaie, n care ecuaia curbei devine:

xy = a/2 rel.1.4.3.7;

In relaia 1.4.3.7 a" = 0-P adic distana minim dintre curb i originea axelor de

coordonate. Se observ c a2/2 este o suprafa constant, delimitat de coordonatele unui

punct de pe curb n orice poziie a acestuia. Pentru a afla semnificaia fizic a acestei

constante trecem la unificarea n sistemul SI a unitilor de msur tiind c 1 mCA = 1O 4

Pa. Dac se ine seam, totodat, c 1Pa = lN/m2, suprafaa delimitat de coordonatele

punctului M va avea ca uniti de exprimare

Din relaia 1.4.3.8 rezult c, n cazul diagramei prezentate n figura 1.4.3.6 de mai

nainte, produsul constant al coordonatelor oricrui punct de pe curba care caracterizeaz


23/103


_________________________________________________________________________________

23

producia specific de biogaz n funcie de presiune, este, de fapt, o energie specific:

energia necesar expulzrii biogazului produs de 1 m3de substrat n decurs de o zi.

Din exemplul ilustrat n diagram se observ c:

Eexp.spec= 1 m/mzi 2104N/m2= 20000 J/m3zi rel.1.4.3.9;

Aceast valoare nu este deloc neglijabil i ea explic diminuarea produciei de

biogaz odat cu creterea presiunii. In funcie de cantitatea de biogaz care se poate obine

zilnic dintr-un metru cub de substrat i care poate varia, de exemplu, ntre 1 i 3 m 3/m3.zi, la

o putere calorific medie de 23.000 kJ/m3, energia de expulzare reprezint ntre 0,086 i

0,029 % din energia efectiv produs. Procentul e mic tocmai fiindc metabolitul (biogazul)

are o valoare energetic ridicat, dar practica arat c biocenoza specific metanogenezei este foarte sensibil la variaiile de presiune din sistem.

Experimentrile efectuate la staia pilot de producere a biogazului de la Peri, au fost

dirijate un timp i pentru a stabili bilanul energetic al metanogenezei n lumina

considerentelor teoretice de mai sus. Determinri foarte precise au permis trasarea unei

diagrame tip Sankey pentru procesul de fermentare cu producerea de biogaz. In figura

1.4.3.10 este prezentat aceast diagram care scoate n eviden att repartiia energetic a

produselor substratului ct i fraciunea energetic necesar activitilor vitale ale

microorganismelor care genereaz biogazul (E4) precum i energia necesar expulzrii

acestuia de ctre microorganisme (E5). Dup cum se poate vedea, aceast energie care pare

mic n raport cu energiile vehiculate n sistem, are o valoare semnificativ atunci cnd se

raporteaz la energia necesar microorganismelor (E4), fa de care reprezint 8,82%.


24/103


_________________________________________________________________________________

24

Figura 1.4.3.11 Diagrama Sankey a bilanului energetic metanogen

S-a dovedit astefel c, atunci cnd presiunea hidrostatic n care lucreaz bacteriilemetanogene crete peste 4-5 metri coloan de apa, degajarea de metan practic inceteaz. Ea

rencepe atunci cnd presiunea hidrostatic scade la valori mai mici.

1.4.4 Agitarea

n interiorul fermentatorului au loc nu numai procese biochimice ci i unele procese

fizice. Astfel se constat c, n cursul fermentaiei are loc o segregare a materialului supus

fermentrii. Microbulele de gaze care se degaj n masa substratului antreneaz, prin

fenomenul de flotaie, particule mai uoare de suspensii, spre suprafaa lichidului. Se

formeaz repede o crust cu tendin de ntrire i deshidratare chiar dac materiile organice

din ea nu au apucat sa fie degradate prin fermentaie. O alt parte a suspensiilor, mai grele

prin natura lor, sau fraciuni care au fermentat i parial sau total mineralizate, au tendina s


25/103


_________________________________________________________________________________

25

se lase spre partea de jos a fermentatorului. ntre aceste dou straturi se gsete un strat de

lichid n care fermentarea i epuizarea materiei organice continu din ce n ce mai lent.

Cele artate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesar agitarea

coninutului fermentatorului.

1.4.5 Aciditatea

n primele etape de fermentare a materiilor organice n vederea producerii

biogazului, predomin microorganismele din grupa celor acidogene, pentru care aciditatea

mediului, exprimat n pH, este cuprins n intervalul 5,5-7,0. n etapele finale de

fermentare, bacteriile metanogene care consum acizii cu molecule mici rezultai din etapele

anterioare, lucreaz bine la o aciditate care corespunde unui interval de pH de 6,8 -8,0. Sepoate ntmpla ca, din diferite motive, activitatea bacteriilor acidogene s fie mai intens

dect a celor metanogene, fapt care duce la o acumulare a acizilor organici ce determin p

scdere a pH-ului inhibnd i mai tare activitatea bacteriilor metanogene.n astfel de situaii

se constat ca producia de biogaz scade pn la dispariia ei i este nevoie de intervenia

operatoriilor pentru a redresa situaia. Corecia aciditii excesive se face, de obicei, cu lapte

de var, prin care pH-ul se readuce n limitele de echilibru dintre cele doua grupe de

populaii, acidogene i metanogene, adic ntre limitele 6,8-7,6.

Aceste inconveniente apar n cazul fermentatoarelor cu amesteca re total a

amterialului coninut, n care aciditatea trebuie meninut ntr-un echilibru de compromis

ntre preferinele celor doue populaii de microorganisme.


26/103


_________________________________________________________________________________

26

CAPITOLUL 2

Prezentarea i descrierea instalaiilor de producere a biogazului

2.1 Schema tehmologic

Schema tehnologic conform anexei 1 prezint elementele instalaiei de biogaz i

legturile funcionale dintre acestea.

2.2 Instalaia propriuzis de producere a biogazului

2.2.1 Descriere general

Instalaia propriuzis de producere a biogazului este confecionat din beton

armat,avnd o etaneitate perfect pentru a evita scprile nedorite de biogaz.

Construcia sus mentionat se ncadreaz n categoria D de importan (

conform H.G.R. 766/1997 ) i clasa IV de importan( conform Normativului P100 /

92).

Figura 2.2.1.1 Imaginea 3D a instalaiei debiogaz


27/103


_________________________________________________________________________________

27

La realizarea fermentatorului s-a avut n vedere att tema de proiectare ct i rolul

funcional pe care structura l va ndeplini, n vederea realizrii unor spaii care s ofere o

producie ct mai ridicat de biogaz, astfel forma acestuia fiind dreptunghiular, neexistnd

compartimentri, structura fiind prevzut la interior cu icane.

Sistemul constructiv va fi alcatuit din:

-pereti structurali din beton armat de 25 cm,

-fundaie de tip radier general din beton armat de 50 cm ( fundaia tip radier

reprezint tipul de fundaie direct , realizat ca un planeu ntors i care asigur o suprafa

maxim de rezemare pe teren a construciei);

-planee din beton armat de 20 cm;

-arpantdin beton armat cu hidroizolaie de 20 cm.

n vederea realizrii structurii se propune utilizarea a dou tipuri de cofraje:a) cofraje din polistiren extrudat cu grosimea de 25 cm la exterior i material PVC de 1

cm la interior conform figurii urmtoare:

Figura 2.2.1.2 Cofrag de polistiren extrudat pentru pereii exteriori

Acest tip de cofraje sunt utilizate la realizarea pereiilor exteriori.


28/103


_________________________________________________________________________________

28

Un avantaj al utilizrii acestui tip de cofraj pentru pereii exteriori este acela c

grosimea stratului de polistiren de 25 cm ofer structuri o oarecare pasivitate din punct de

vedere al transferului termic i anume pierderea de sarcin termic fiind foarte mic, pe

parcursul a 24 de ore n sezonul rece cderea de temperatur a biomasei n fermentator fiind

de maxim 2C.

b) cofraje din material PVC pentru pereii interiori cu grosimea de 1 cm att la partea

exterioar ct i la partea inferioar conform figurii urmtoare:

Figura 2.2.1.3 Cofrag din material PVC pentru pereii interiori

2.2.2 Descriere funcional

Structura este alctuit din dou pri distincte cu urmtoarele funciuni:

-prenclzitorul la partea superioar;

-fermentatorul propriuzis la partea inferioar.

2.2.2.1 Prenclzitorul

n cadrul prenclzitorului materia organic supus fermentrii anaerobe este adus

de la temperatura de aproximativ 10C la temperatura de 55C, temperatura la care de altfel

vor lucra si bacteriile metanogene. Motivul pentru care materia organic este nclzit n


29/103


_________________________________________________________________________________

29

prenclzitor este acela c introducerea materiei organice, cu o temperatur mult mai sczut

dect cea la care lucreaz instalaiaar duce la inhibarea activittii bacteriilormetanogene.

Prenclzitorul va avea o form dreptunghiular cu urmtoarele dimensiuni:

-nlimeinteriorh=2,5 [m];

-lungime L=12 [m];

-lime l=3,5 [m].

ca n figura de mai jos:


30/103


_________________________________________________________________________________

30

Figura 2.2.2.1.1 Plan prenclzitor


31/103


_________________________________________________________________________________

31

2.2.2.2 Fermentatorul

n cadrul fermentatorului materia organic, ncalzit n prealabil la temperatura de

55C n prenclzitor este supus pe parcursul a 25 de zile descompunerii anaerobe, n urma

acestui proces rezultnd cantiti semnificative de biogaz.

Fermentatorul are de asemenea i el o form dreptunghiular i urmtoarele

dimnesiuni interioare:

-nlime interioar h=4,00 [m];

-lungime L=41 [m];

-lime l=11,75 [m];

-coloane de fermentare cf=4.

conform figurii de mai jos:


32/103


_________________________________________________________________________________

32

Figura 2.2.2.2.1 Plan fermentator


33/103


_________________________________________________________________________________

33

Figura 2.2.2.2.2 Seciune 1-1

2.3 Instalaia de nclzire a biomasei

Instalaia de nclzire a materiei organice att n cadrul prenclzitorului ct i n

cadrul fermentatorului este confecionat din material metalic aliat cu titan, crom si nichel

pentru a evita aciunea hidrogenului sulfurat asupra instalaiei, cu alte cuvinte pentru a evita

fenomenul de coroziune.

Elememtele componente ale instalaiei de nclzire a biomasei sunt:-schimbtoare de cldur;

-pomp de recirculare ap cald;

-cazan.


34/103


_________________________________________________________________________________

34

2.3.1 Schimbtoare de cldur

Schimbtoarele de cldur datorit condiiilor tehnice sunt confecionate n ntregime

din material metalic aliat cu titan, crom si nichel, avnd form tubular pentru a reduce

cderile de presiune aprute n instalaie.

Ca pri componenteale schimbtoarelor de cldur se amintesc urmtoarele:

-evi metalice;

-coturi din eav ndoite la 90i 180cu raza de racordare R=1,5Dn;

-bride metalice de susinere.

2.3.1.1 evi metalice

Condiiiletehnice n care lucreazinstalaia de nclzire (temperaturi ridicate, mediu

coroziv, etc. ) impun ca schimbtoarele de cldur s fieconfecionate din evi fr sudurtrase sau laminate la rece din oeluri inoxidabile i refractare conform STAS 10358 -75.

Acest standard se refer la evile fr sudur din oeluri inoxidabile i refractare trase

sau laminate la rece, livrate n stare tratat termic, destinate a fi utilizate n industria

chimic, alimentar, construciilor de maini, energetic, etc.

evile se livreaz n mod obinuit n lungimi normale de fabricaie de 1,5 ... 8 [m],

productorul stabilind lungimea maxim n funcie de diametrul exterior i grosimea

peretelui.

Livrarea evilor se face:

-n legturi pentru cele cu diametrul exterior pn la 57 [mm];

-libere pentru cele cu diametrul exterior de 57 [mm] i peste.

Aceste evi se execut n mod obinuit din marca de oel 8TiNiCr180 n conformitate

cu STAS 10322-75, tot n acest stas fiind prezentate i caracteristicile mecanice, tehnologice

i metalografice.

Rezistena la coroziune intercristalin se garanteaz de productor, la cererea

beneficiarului putnd fi efectuat i coroziunea intercristalin pe eav.

n tabelul urmtor sunt prezentate grosimea de perete, g n [mm] i masa teoretic n

[kg/m] funcie de diametrul exterior al evii:


35/103


_________________________________________________________________________________

35

Diametrul

exterior

De

Grosimea peretelui g, [mm]

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Masa teoretic, [kg/m]

1 2 3 4 5 6 716 0,544 0,700 0,844 - - - -

18 0,619 0,800 0,969 - - - -

20 0,694 0,900 1,094 1,276 - - -

22 0,769 1,001 1,220 1,426 - - -

25 0,882 1,151 1,407 1,651 - - -

28 0,994 1,301 1,595 1,876 - - -

30 1,069 1,401 1,720 2,027 - - -32 1,144 1,501 1,845 2,177 2,321 - -

34 1,220 1,601 1,908 2,327 2,496 - -

38 1,370 1,801 2,221 2,627 2,671 - -

40 - - 2,346 2,770 3,021 3,603 3,997

42 - - 2,471 2,928 3,197 3,803 4,223

45 - - 2,658 3,153 3,372 4,104 4,560

48 - - 2,846 3,378 4,404 4,404 4,89850 - - 2,971 3,528 4,072 4,604 5,124

53 - - 3,159 3,753 4,335 4,905 5,461

57 - - - 4,054 4,686 5,305 5,912

60 - - - 4,279 4,948 5,605 6,250

63 - - - 4,504 5,211 5,906 6,588

65 - - - 4,654 5,386 6,106 6,813

70 - - - 5,030 5,826 6,608 7,376

76 - - - 5,480 6,350 7,207 8,052

83 - - - - 6,86 7,79 8,71

89 - - - - 7,38 8,38 9,38

95 - - - - 7,90 8,98 10,04


36/103


_________________________________________________________________________________

36

102 - - - - 8,50 9,67 10,82

108 - - - - - 10,30 11,49

114 - - - - - 10,85 12,15

121 - - - - - 11,54 12,93127 - - - - - 12,10 13,60

133 - - - - - 12,70 14,26

140 - - - - - - 15,04

146 - - - - - - 15,70

152 - - - - - - 16,37

159 - - - - - - 17,15

Tabelul 2.3.1.1.1 Grosimea de perete g, n [mm] i masa teoreticn [kg/m], funcie de diametrul exterior al evii

2.3.1.2 Coturi din eav ndoite la 180cu raza de racordare R=1,5Dn conform STAS

8807-71

Coturile din eav ndoite la 180 sunt realizate din evi fr sudur, trase sau

laminate la rece. Acestea sunt realizate din oeluri inoxidabile i refractare i sunt livrate n

stare tratat termic. Coturile utilizate la schimbtoarele de cldura se execut n mod

obinuit din marca de oel 8TiNiCr180 n conformitate cu STAS 10322-75, tot n acest stas

fiind prezentate i caracteristicile mecanice, tehnologice i metalografice. mbinarea

coturilor ndoite la 180cu evile schimbtoarelor de cldur se realizeaz prin sudur cu arc

electric.

Figura 2.3.1.2.1 Cotarea literar a coturilor din eav ndoite la 180


37/103


_________________________________________________________________________________

37

unde:

ddiametrul exterior al evii;

sgrosimea peretelui evii;

cdiametrul nominal al curburii evii;

bcot informativ, verificarea ei fcndu-se pe baza nelegerii ntre productor i

beneficiar.

Diametrele materialului tubular utilizat la confecionarea schimbtoarelor de

cldur,ct i restul caracteristicilor geometrice precum grosimea de perete, diametrul

nominal al curburii evii, cota informativ i diametrul nominal al evii au fost alese conform

urmtorului tabel:

Diametrul

nominal

Dn

Diametrul

exterior

al evii

De

Grosimea

peretelui

s

c b

Masa

kg/bucnominal

abateri

limit

ab1

nominal

abateri

limit

ab2

20 252,5

55 5 40 60,12

3,5 0,16

25

30 2,5 67 5 48 6 0,203,5 0,28

322,5

70 5 51 63,5

343,5

76 5 55 62,5

32

382,5

90 5 64 63,5

422,5

95 5 69 64,0

40 44,52,5

102 5 71 60,40

4 0,63


38/103


_________________________________________________________________________________

38

482,5

114 6 82 60,52

4,5 0,84

50

57

3

144 6 100 6

0,92

4 1,16

5,5 1,60

60

3

152 6 106 6

1,00

4 1,30

5,5 1,76

65 76

3

190 6 133 6

1,60

5 2,60

7 3,60

80

83

3,5

215 6 149 6

2,32

5,5 3,56

8 5,02

89

3,5

229 6 159 6

2,64

5,5 4,09

8 5,79

100

1084

285 6 195 64,46

6 6,72

9 9,84

114

4

305 6 210 6

5,20

6 7,64

9 11,12

125

133

4

362 6 247 6

7,20

6 10,6810 10,24

140

4,5

381 8 260 6

9,04

7 13,76

10 19,20


39/103


_________________________________________________________________________________

39

150

159

4,5

432 8 295 6

11,64

7 17,78

11 27,24

168

5

457 8 313 6

14,40

7 19,94

11 30,56

175 194

5

540 8 367 6

20,20

7 27,44

11 42,03

200 219

6

610 8 415 6

30,20

8 39,7212 58,68

225 245

7

680 8 462 12

43,88

9 55,69

12 77,64

250 273

7

762 10 517 12

55,00

10 77,64

12 92,48

300 324

8

914 10 619 12

89,60

11 121,88

14 153,64

350

368

9

1067 20 717 12

117,85

11 133,56

14 204,80

3779

1067 20 722 12136,88

11 163,58

14 210,04

400 4069

1219 20 813 12170,40

11 205,38


40/103


_________________________________________________________________________________

40

14 260,44

4199

1219 20 819 12174,00

12 230,00

4269

1240 20 833 12180,00

12 238,64

450 4269

1372 30 914 12206,80

12 321,38

500 5089

1524 70 1016 18264,80

12 408,28

Tabelul 2.3.1.2.2 Diametrul exterior al evii De, grosimea peretelui s, diametrul

nominal al curburii i abateriile limit, cota informativ i abaterile limit i masa funcie dediametrul nominal.

2.3.1.3 Coturi din eav ndoite la 90cu raza de racordare R=1,5Dn conform STAS

8805-71

Coturile din eav ndoite la 90sunt realizate de asemenea din evi fr sudur, trase

sau laminate la rece ca i coturile din eav ndoite la 180. Acestea sunt realizate din oeluri

inoxidabile i refractare i sunt livrate n stare tratat termic. Coturile utilizate la

schimbtoarele de cldura se execut n mod obinuit din marca de oel 8TiNiCr180 n

conformitate cu STAS 10322-75, tot n acest stas fiind prezentate i caracteristicile

mecanice, tehnologice i metalografice. mbinarea coturilor ndoite la 90 cu evile

schimbtoarelor de cldur se realizeaz prin sudur cu arc electric.

Figura 2.3.1.3.1 Cotarea literar a coturilor din eav ndoite la 90


41/103


_________________________________________________________________________________

41

unde:

ddiametrul exterior al evii;

sgrosimea peretelui evii;

araza nominal de curbur a evii.

Diametrele materialului tubular utilizat la confecionarea schimbtoarelor de

cldur,ct i restul caracteristicilor geometrice precum grosimea de perete, raza nominal

de curbur a eviii diametrul nominal al evii au fost alese conform urmtorului tabel:

Diametrul

nominal

Dn

Diametrul

exterior

al evii d

Grosimea

peretelui

s

a

Masa

kg/bucnominal

abateri

limit

ab1

20 252,5

54 2,50,118

3,5 0,16

25

302,5

62 2,50,165

3,5 0,231

32

2,5

67 2,5

0,196

3,5 0,258

343,5

72 2,50,220

2,5 0,297

32

382,5

52 2,50,282

3,5 0,384

422,5

93 2,50,355

4,0 0,548

40

44,52,5

98 2,50,475

4 0,613

482,5

108 2,50,475

4,5 0,818

50 57 3 128 2,5 0,803


42/103


_________________________________________________________________________________

42

4 1,05

5,5 1,41

60

3

135 2,5

0,895

4 1,17

5,5 1,57

65 76

3

175 2,5

1,48

5 2,41

7 2,87

80

83

3,5

190 2,5

2,14

5,5 3,14

8 4,43

89

3,5

205 2,5

2,38

5,5 3,66

8 5,15

100

108

4

252 5

4,07

6 4,96

9 8,67

1144

270 54,60

6 6,76

9 9,87

125

133

4

312 5

6,22

6 9,18

10 14,82

140

4,5

330 5

7,80

7 11,8810 16,63

150 159

4,5

375 5

10,30

7 15,48

11 23,61


43/103


_________________________________________________________________________________

43

168

5

390 10

12,31

7 17,00

11 26,17

175 194

5,5

455 12,5

18,23

7 23,30

11 35,42

200 219

6

510 12,5

25,22

8 33,18

12 35,42

225 245

7

580 12,5

37,41

9 47,6512 62,80

250 273

7

650 15

46,80

10 65,10

12 78,70

300 324

8

775 17,5

75,70

11 100,4

14 131,0

350

368

9

880 20

110,0

11 133,8

14 168,9

377

9

900 25

115,3

11 140,2

14 177,2

400

4069

970 25134,3

11 163,2

14 206,1

4199

1000 25143,0

12 189,0


44/103


_________________________________________________________________________________

44

4269

1022 25147,3

12 194,0

450 45710

1122 25198,3

14 266,1

500 50811

1245 40264,00

14 314,0

Tabelul 2.3.1.3.2 Diametrul exterior al evii De, grosimea peretelui s, raza nominal

de curbur a evii i diametrul nominal al evii.

Astfel pentru schimbtoarele de cldur S1, S3 s-au ales urmtoarele caracteristici

tehnice:

Dn = 50 [mm];

De = 57 [mm];

s = 3 [mm];

c = 144 [mm];

ab1 = +6 [mm];

b = 100 [mm];

ab2 = +5 [mm];

m = 0,92 [kg/buc].

n figura 2.3.1.3.3 i figura 2.3.1.3.4 sunt prezentate sub form de schem(form i

poziionare n cadrul prenclzitorului i fermentatorului), schimbtoarele de cldur S1,

respectiv S3.


45/103


_________________________________________________________________________________

45

Figura 2.3.1.3.3 Schimbtor de cldur S1


46/103


_________________________________________________________________________________

46



47/103


_________________________________________________________________________________

47

Pentru schimbtoarele de cldur S2 s-au adoptat urmtoarele valori:

Dn = 100 [mm];

De = 114 [mm];

s = 4,5 [mm];

c = 305 [mm];

ab1 = +5 [mm];

b = 210 [mm];

ab2 = +5 [mm];

m = 5,20 [kg/buc].

n figura 2.3.1.3.5 este prezentat schematic schimbtorul de cldur S2 (forma

acestuia i pozitionarea lui n cadrul prenclzitorului).


48/103


_________________________________________________________________________________

48



49/103


_________________________________________________________________________________

49

2.3.2 Cazan pentru nclzirea agentului termic (apa cald)

Pentru nclzirea apei calde utiliazate n prenclzitor, respectiv fermentator s-a ales

utilizare unui cazan de ap COMPACT de producie belgian.

Cazanele utilizeaz cldura obinut prin arderea combustibilului n focare propri,

cldura recuperat din gazele fierbini rezultate dintr-un proces tehnologic.

Cazanele cu focar propriu reprezint un ansamblu de suprefee de transfer de cdur

ntre gazele de ardere ca agent termic primar i apa ca agent termic secundar. Sunt nsoite

de instalaia de ardere a combustibilului (arztor) si diverse aparate anexe, inclusiv cele de

comand, reglare protecie i automatizare.

Cazanul de ap cald COMPACT este un cazan de ap cald ignitubular (cu evi de

fum), la care gazele de ardere circul prin evi i apa , n exterior,sunt executate, de obicei,din oel. Au un focar tubular i unul sau mai multe fascicole de evi care reprezint dru -

murile convective.

n figura 2.3.1.4.1 se reprezint schema unui cazan ignitubular orizontal, cu dou

drumuri pentru gazele de ardere (din care unul n evile convective). Cazanul este dotat cu

un arztor cu aer insuflat, pentru combustibil lichid sau gazos, cu tub de flacr lung (de

obicei reglabil) care asigur dezvoltarea flcrii n tot focarul i arderea n suprapresiune.

Gazele de ardere formate n focar se ntorc pe lng pereii focarului, ajung la partea din fa

unde ua de nchidere le oblig s intre n evile fasciculului convectiv, fiind apoi colectate,

la partea din spate a cazanului, i apoi evacuate n exterior prin co. n interiorul fasciculului

convectiv se afl turbulizatoare" n spiral sau n zig-zag care intensific transferul de

cldur ntre gazele de ardere i evi. Apa intr pe la partea inferioar (sau superioar), se

nclzete i este trimis la consumatori.


50/103


_________________________________________________________________________________

50

Figura 2.3.2.1 Cazan ignitubular orizontal cu dou drumuri1 - u frontal;

2 - evile sistemului convectiv;

3 - turbulizator;

4 - vizor;

5 - arztor;

6 - izolaia termic a uii;

7 - manta;

8 - focar;

9 - izolaia termic a cazanului;

10 - golire;

11 - racord ap ntoarcere;

12 - circuitul apei;

13 - cutia de fum;

14 - racord ap ducere;

15 - tablou de comand;

16 - racorduri auxiliare de ap cald.

Caracteristicile tehnice ale cazanelor ignitubulare de ap cald sunt prezentate n

tabelul de mai jos:


51/103


52/103


_________________________________________________________________________________

52

6 - focar;

7 - izolaia termic a cazanului;

8 - evi de fum cu turbulizatoare n spiral.

S-a adoptat pentru nclzirea apei tipul de cazan COMPACT (ACVBelgia) CA200.

2.3.1.5 Bride de susinere

Bridele de susinere au rolul de a fixa i de a susine tubulatura schimbtoarelor de

cldur pe pereii i pe fundul prenclzitorului, respectiv fermentatorului. Acestea sunt

confecionate din oeluri inoxidabile i refractare i sunt livrate n stare tratat termic.

Bridele utilizate la schimbtoarele de cldura se vor executa din marca de oel 8TiNiCr180

i vor utiliza cte o bucat pe metru linial de tubulatur.

2.3.1.6 Pompa de recirculare a apei calde

Pompele sunt utilaje utilizate pentru vehicularea lichidelor. Din motive tehnico-

economice pentru recircularea apei calde s-a adoptat o pomp centrifug.

n forma cea mai simpl, o pomp centrifug este format dintr-un rotor cu palete

montat ntr-o carcas prevzut cu un canal colector cu seciune de arie cresctoare (n

form de melc); conducta de aspiraie este racordat axial la carcasa pompei, iar conducta de

refulare tangenial (figura 2.3.1.6.1).

Figura 2.3.1.6.1 Pomp centrifugal monoetajat


53/103


_________________________________________________________________________________

53

1rotor; 2carcas; 3 arbore; 4buc; 5 colector; 6, 7racord aspiraie,

refulare; 8cutie de etanare; 9 lagre.

Lichidul este aspirat prin conducta axial n rotor, unde datorit cmpului centrifugal

creat n rotor (750-5000 [rot/min] ), este accelerat continuu n drumul su prin canalele

dintre paletele rotorului ctre canalul colector; viteza i energia cinetic a lichidului cresc.

La ieirea din rotor lichidul intr n carcas n seciunea de arie cresctoare a

canalului colector; viteza scade, energia cinetic fiind transformat n energie de presiune;

lichidul este refulat tangenial.

Rotorul pompei centrifugale este alctuit din palete curbate de obicei n sens contrar

sensului de rotaie a rotorului, pentru a asigura curgerea linitit cu acceleraie constant a

lichidului n canalele rotorului.Rotorul poate fi nchis, seminchis sau deschis (figura 2.3.1.6.2).

Figura 2.3.1.6.2 Tipuri de rotoare

arotor nchis; brotor seminchis; crotor deschis; drotor elicoidal.

La rotorul nchis, paletele sunt fixate ntre dou discuri din care unul este fixat cu o

pan pe arborele motor, iar cellalt are o deschidere central pentru intrarea lichidului.


54/103


_________________________________________________________________________________

54

Rotorul deschis este format dintr-un butuc pe care sunt fixate paletele la unul din capete; se

recomand pentru lichide cu impuriti abrazive. Rotorul semideschis are paletele montate

pe un singur disc cu deschidere pentru fixare pe arbore. Rotoarele elicoidale intr n

construcia pompelor cu mpingere axial a lichidului.

Carcasa asigur intrarea i ieirea lichidului din pomp i transform energia cinetic

a lichidului n energie de presiune. Carcasa poate fi prevzut cu stator; statorul format

dintr-un inel cu palete curbate n sensul rotaiei arborelui, are rolul de a dirija lichidul la

ieirea din rotor n direcie tangenial, mbuntind randamentul pompei (figura 2.3.1.6.3)

Figura 2.3.1.6.3 Pomp centrifug cu stator


55/103


_________________________________________________________________________________

55

2.4 Instalaia de agitare

Datorit faptului c biomasa supus fermentrii are o fluiditate ridicat s-a adoptat

un sistem pneumatic de agitare al acesteia.

Sistemul pneumatic de agitare este alctuit dintr-o suflant cu puterea nominal de

0,02 [kw] i un sistem de evi(50 [mm]) i 4 ventile acionate automat.

Rolul suflantei este de a aspirabiogaz produs n fermantator i de a-l refula la partea

inferioar a acestuia. n acest fel se elimin formarea crustei cu tendin de ntrire i

deshidratare i se realizeaz amestecarea local a biomasei.

n figura urmtoare este prezentat schematic sistemul pneumatic de agitare:

Figura 2.4.1 Schema sistemului pneumatic de agitare


56/103


_________________________________________________________________________________

56

Pornirea sistemului de recirculare a biogazului pentrubarbotare se realizeaz o dat

pe or i va funciona conform tabelului urmtor:

Tabelul 2.4.2 Funcionarea suflantei

Decalajele sunt stabilite astfel pentru ca suflanta s nu funcioneze niciodat pe un

sistem opturat prin nchiderea ventilelor.

Durata total de funcionare a suflantei este de circa 12 minute pe un ciclu.

2.5 Reeaua de distribuie

Reeaua de distribuie este alcatuitdin tronsonul dintre fermentator i separatorul de

lichide libere i tronsonul dintre separatorul de lichide libere i echipamentul de cogenerare.

Materialele utilizate pentru realizarea reelei sunt similare cu cele utilizate laconfecionarea instalaiei de prenclzire.

2.6 Instalaia de deshidratare

Datorit faptului c biomasa supus fermentrii are o umiditate de 92%, corelat cu

temperatur ridicat la care are loc procesul de fermentaie, biogazul, rezultat n urma

acestui proces, la ieirea din fermentator antreneaz prin plutire molecule de ap liber.

Aceste picturi de ap liber trebuiesc eliminate din fluxul de gaze deoarece:

-provoac pierderi de presiune pe conducta de distribuie datorit depozitrilor

locale;

-scad randamentul biogazului.

Principiul separrii l constituie diferena de greutate specific dintre particulele de

ap i moeculele de biogaz ( 21,1;1 gazapa

).


57/103


_________________________________________________________________________________

57

Indiferent de tipul de separator, mai mult sau mai puin combinate, acioneaz

urmatoarele fore:

-fora gravitaional,

-fora centrifugal, care tinde s scoat moleculele mai grele ale lichidelor libere din

fluxul de gaze pe baza diferenei de greuti specific;

-fora de inerie, care acioneaz la schimbarea de direcie a fluxului de gaze;

-fora de aderen (la contactul cu o suprafa liber moleculele de lichide libere

ader mai puternic la aceasta dect moleculele de gaz).

Mecanismul separatoarelor de lichid ca e mult mai complex lund n considerare

legile generale ale gazelor, regimuri de curgere, vscozitile,etc., fapt pentru care calculul

practic al separatoarelor, innd seama de principalele fore de separare, se simplific ca

urmare a unor calcule teoretice, experimentri de laborator i rezultate din practic prin:

- introducerea unui coeficient C, care difer dar este stabilit pentru diferite tipuri

de separatoare cu sau fr demister, astfel:

C = 0,03 pentru separatoarele verticale frdemister;

C = 0,0116 pentru separatoarele gravitaionale orizontale cu demister;

C = 0,05 pentru separatoarele verticale cu demister;

C = 0,07 pentru separatoarele orizontale gravitaionale fr demister;

- folosirea de nomograme funcie de diametru ale separatoarelor, debite, presiuni,

i fineea separrii care, se consider acceptabil la reinerea particulelor lichide cu diametre

mai mici de 10 microni (= 90%).

Datorit eficienei de separare ridicat se va utiliza separator orizontal cu demister i

coalesce (vezi anexele 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) , rolul acestuia fiind de a aglomera i iniiasepararea.


58/103


_________________________________________________________________________________

58

CAPITOLUL 3

Proiectarea instalaiei de biogaz i a reelei de distribuie

3.1 Calculul tehnologic

n cadrul calcului tehnologic sunt incluse i parcurse urmtoarele etape:

-calculul volumului util de fermentare;

-calculul volumului de biogaz rezultat n urma fermentrii;

-calculul instalaiei de prencalzire a biomasei;

-calculul instalaiei de fermentare;

-calculul pompei de recirculare a apei calde ;

-calculul pompei utilizate la agitarea materiei organice;

-calculul arztorului utilizat la nclzirea apei calde

-calculul separatorului;

-calculul instalaiei de distribuie.

3.1.1 Calculul volumului util de fermentare

Pentru stabilirea volumului util de fermentare este necesar luarea n calcul a l

urmtoarelor:

-cantitatea zilnic de dejecii;

-reeta de amestec;

-temperatura la care se desfoar fermentarea.

3.1.1.1 Cantitatea zilnic de dejeciin urma experienei practice din domeniul zootehnic, n special din domeniul

creterii porcinelor n flux industrial s-a constatat faptul c dejeciile rezultate de la un porc

sunt de 1,3 tone/an, rezultnd n situaia propus pentru proiectare 35,62 tone dejecii/zi

pentru 10 000 de capete.


59/103


_________________________________________________________________________________

59

3.1.1.2 Reeta de amestec

Calculul corect al unei reete de amestec de materii prime implic respectarea

urmtoarelor condiii i anume:

-realizarea unui raport C/N=15;

-asigurarea unei umiditi de 92%.

n vederea realizrii unui raport C/N=15 se va corecta raportul C/N al dejeciilor

porcine prin amestecul acestora cu paie de gru.

Se va utilza o parte paie de gru S.U. i x pri dejecii de porciS.U.

Calculul de x pri dejecii porcine S.U. se realizeaz astfel:

-raport C/N dejecii porci = 13;

-raport C/N paie de gru = 87.

13x+187=15x+15

2x=72

X=36

Se constat faptul c la o parte de paie de gru sunt necesare 36 de prti dejecii

porcine S.U. pentru a asigura un raport C/N egal cu 15.

n vederea realizrii unei umiditi de 92% se vor parcurge urmtoarele etape:

-calculul cantitii de S.U.pentru dejeciile de porci;

-calculul cantitii de S.U. pentru paiele de gru;

-calculul cantitii paielor de gru;

-calculul cantitii totale de S.U.;


60/103


_________________________________________________________________________________

60

-calculul cantitii de umiditate pentru dejeciile de porci;

-calculul cantitii de umiditate pentru paiele de gru;

-calculul cantitii de umiditate;

-calculul cantitii totale de ap care trebuie adugat amestecului pentru asigurarea

umiditii de 92%;

-calculul cantitii totale de biomasa introdus zilnic n fermentator.

-S.U. dejecii porci = 13,5%;

-S.U. paie de gru = 86,5%

3.1.1.2.1 Calculul cantitii de S.U. pentru dejeciile de porci

35,62..........................100%

Cdej.porc. S.U....................13,5%

unde:

Cdej.porc. S.Ucantitatea de S.U. pentru dejeciile deporci n [tone];

3.1.1.2.2 Calculul cantitii de S.U. pentru paiele de gru

4,81[tone S.U].........................36 pri S.U. dejecii porci

Cpaie S.U.[tone S.U]....................1 pri S.U. paie de gru

unde:

Cpaie S.U - cantitatea de S.U. pentru paiele de gru [tone];


61/103


_________________________________________________________________________________

61

3.1.1.2.3 Calculul cantitii paielor de gru

Paie de gru

86,5% S.U.

13,5% umiditate

Tabelul 3.1.1.2.3 Procentul de S.U.,

respectiv umiditate pentru paiele de gru

Ctot paie gru............................................100%

Cpaie S.U.................................................86,5%

unde:

Ctot paie grucantitatea paielor de gru [t];

Cpaie S.U= - cantitatea de S.U. pentru paiele de gru.Ctotpaiegru 0134 100

86

5

0155tone3.1.1.2.4 Calculul cantitii totale de substan uscat

Cantitatea total de S.U. va fi:

Ctot S.U.= Cdej.porc. S.U+ Cpaie S.U. rel.3.1.1.2.4.1

unde:

Ctot S.Ucantitatea total de S.U. [tone];

Cdej.porc. S.U= 4,81 [tone]cantitatea de S.U. pentru dejeciile de porci n [tone];Cpaie S.U= - cantitatea de S.U. pentru paiele de gru.Ctot S.U= 4,81+0,134 = 4,944 [tone]


62/103


_________________________________________________________________________________

62

3.1.1.2.5 Calculul cantitii de umiditate pentru dejeciile de porci

Cumid.dej. porc.= Ctot.dej.porc.- Cdej.porc. S.U. rel.3.1.1.2.5.1

unde:

Cumid.dej. porccantitatea de umiditate pentru dejeciile de porci [tone];

Ctot.dej.porc= 35,62 [tone]cantitatea total a dejeciilor de porci;

Cdej.porc. S.U= 4,81 [tone]cantitatea de S.U. pentru dejeciile de porci n [tone];

Cumid.dej. porc= 35,62-4,81 = 30,81 [tone]

3.1.1.2.6 Calculul cantitii de umiditate pentru paiele de gru

Cumid.paie.gru= Ctot.paie.gru.- Cpaie grau. S.U. rel.3.1.1.2.6.1

unde:

Cumid.paie.grucantitatea de umiditate pentru paiele de gru [tone];

Ctot paie gru= 0,155 [tone] - cantitatea total apaielor de gru;

Cpaie S.U= - cantitatea de S.U. pentru paiele de gru.Cumid.paie.gru= 0,155-0,134 = 0,021 [tone]

3.1.1.2.7 Calculul cantitii totale de umiditate

Ctot S.U........................................................8%

Ctot umid......................................................92%

Ctotumid 928 unde:

Ctot umidcantitatea total de umiditate[tone];

Ctot S.U = 4,944 [tone] cantitatea total de S.U.


63/103


_________________________________________________________________________________

63

Ctotumid 928

56863.1.1.2.8 Calculul cantitii totale de ap care trebuie adugat amestecului pentru

asigurarea umiditii de 92%

Ctot ap= Ctot umid- Cumid.dej. porc- Cumid.paie.gru rel.3.1.1.2.8.1

unde:

Ctot ap cantitatea total de ap care trebuie adaugat amestecului pentru asigurarea

umditii [m];

Ctot umid= 5686cantitatea total de umiditate;Cumid.dej. porc= 30,81 [tone]cantitatea de umiditate pentru dejeciile de porci;

Cumid.paie.gru= 0,021 [tone]cantitatea de umiditate pentru paiele de gru;

Ctot ap= 56,86-30,81-0,021 = 26,03 [m]

3.1.1.2.9 Calculul cantitii totale de biomas introdus zilnic n fermentator

Pentru a asigura o umiditate de 92%, ntregului amestec i-i se vor aduga 26 m3de

ap, rezultnd astfel o cantitate total de biomas ce va fii introdus zilnic n fermentator de:

Ctot biomas= Ctot ap+ Ctot.dej.porc+ Ctot.paie.gru rel.3.1.1.2.9.1

unde:

Ctot biomascantitatea total de biomas introdus zilnic n fermentator [tone];

Ctot ap = 26,03 [m] cantitatea total de ap care trebuie adaugat amestecului pentru

asigurarea umditii;

Ctot.dej.porc= 35,62 [tone]cantitatea total a dejeciilor de porci;

Ctot paie gru= 0,155 [tone] - cantitatea total apaielor de gru;

Ctot biomas= 26,03+35,62+0,155 = 61,8 [tone]


64/103


_________________________________________________________________________________

64

3.1.1.3 Calculul volumului ocupat de biomas

MaterieGreutate specific

kg/dm3

dejecii porcine 1,30

paie de gru 0,90

ap 1,00

Tabelul 3.1.1.3.1 Greutatea specific

funcie de materia organic

unde:

Vtot biomasvolumul ocupat de biomas [m];

Ctot ap = 26,03 [m] cantitatea total de ap care trebuie adaugat amestecului pentru

asigurarea umditii;

Ctot.dej.porc= 35,62 [tone]cantitatea total a dejeciilor de porci;Ctot paie gru= 0,155 [tone] - cantitatea total apaielor de gru;

3.1.1.4 Calculul densitii totale a amestecului

Densitatea total a amestecului va fii:

CtotbiomasVtotbiomas [tonem3 ] rel

unde:

amestecdensitatea total a amestecului


65/103


_________________________________________________________________________________

65

Ctot biomas = 61,8 [tone]cantitatea total de biomas introdus zilnic n fermentator [tone];

Vtot biomas = 55,15 [m]volumul ocupat de biomas;

3.1.1.5 Calculul volumului final de fermentare funcie de temperatura la care se

desfoar procesul de producere a biogazului

Cea mai mare influen asupra volumului final al fermentatorului o are temperatura

la care i desfoar bacteriile metanogene activitatea, astfel c, dac la temperatura de 3C,

cnd bacteriile i ncep activitatea, perioada de descompunere poate dura pn la cteva luni

funcie de materia organic folosit, n regimul de temperaturi cuprins ntre 50-60Cperioada de descompunere variaz ntre 15-25 de zile, ceea ce determin ca perioada

maxim de retenie a biomasei n fermentator s fie de maxim 25 de zile.

n aceste condiii volumul final al fermentatorului va fi:

Vfinal=25 Vtot.biomas rel.3.1.1.5.1

unde:

Vfinalvolumul final de fermentare [m]

Vtot.biomas = 55,15 [m3]volumul zilnic de biomas;

Vfinal=2555,15=1378,75 m3

3.1.2 Calculul volumul de biogaz rezultat n urma fermentrii anaerobe

Volumul de biogaz rezultat n urma fermentrii anaerobe depinde ntr-o foarte mare

msur de urmtorii factori:

-materia organic folosit;-regimul de temperatur la care are loc procesul de fermentare.

n corelaie cu aceti factori trebuiesc ndeplinii i o serie de factori menionati n

materialul anterior, care nu modific semnificativ producia de biogaz, ci inhib activitatea

bacteriilor metanogene, mai exact conduc la stoparea produciei de biogaz.

-lipsa variaiilor de temperatur;


66/103


_________________________________________________________________________________

66

-temperatur peste 3 C;-absena luminii;

-nlimea coloanei de biomas de maxim 4,5-5 m;

-umiditatea reetei de amestec de peste 90%;

-respectarea raportului C/N=15-25;

-pH cuprins ntre 7,0-7,6;

-s nu conin substane inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele,

detergeni, antibiotice, concentraii mari de sulfai, formol, dezinfectani, fenoli, etc.

3.1.2.1 Materia organic folosit

Materie primBiogaz optenabil

m/kg S.U.

Coninutul

mediu de

metan n %

Durata de

fermentare n

zile

Cantitatea

zilnic de

S.U. Kg

Dejecii de porc 0,480 60 60 4810

Paie de gru tocate

la 0,2 cm0,423 81,3 60 134

Tabelul 3.1.2.1.1 Biogazul optenabil, coninutul mediu de metan, d

licenta - instalatie biogaz

Documents