Проект цеха для переработки послеспиртовой барды с получением кормового продукта и биогаза

 

      3 Материальные и тепловые расчеты технологического процесса

     Исходные  данные:

1. Количество барды 500 м³/сут
2. Содержание сухих веществ в барде 7,5%
3. Количество осадка дробины при отстаивании от объема барды 86%
4. Содержание сухих веществ в фугате 4,1%
5. Влажность кека 70%
6. Продолжительность стадии преацидификации 1 сут.
7. Продолжительность стадии метаногенеза 8 сут.
8. Выход биогаза из 1м³ фугата 15 м³.

Считая  плотность барды 1040 кг/м³, получаем массовый расход барды:

                                         (3.1)             

     Так как при отстаивании количество осадка дробины составляет 86% от объема барды, то на центрифугирование поступает  барды:

                                 (3.2)

     Расход  фугата определим из уравнения материального баланса:

                                      (3.3)

     где G_б,G_ф - расход барды и фугата, соотвественно, кг/ч;

C_б, C_к,C_ф - концентрация сухих веществ в барде, кеке, фугате , соотвественно. 
 
 

Влажного кека на стадию сушки поступает:

                   (3.4)

     На  термофильное анаэробное сбраживание  поступает:

фугата –

декантата - ,

тогда количество образующегося биогаза составляет:

            (3.5)

     Количество  избыточного активного ила, выводимого из метантенка, составляет 5л/м³ сбраживаемого раствора или

            (3.6)

     На  стадию доочистки сброженного раствора поступает:

                                  (3.7) 
 
 
 
 
 

     Содержание  сухих веществ в сброженном растворе составляет 1,2%

     Степень концентрирования на ультрафильтрационной установке n_у=23

     На  стадию сушки с ультрафильтрационной установки поступает концентрата:

                                              (3.8)

     Степень концентрирования на обратноосмотической  установке равна n_o=20.

     На  обратноосмотической установке  образуется концентрат, который направляется в канализацию:

                               (3.9)

     На  производство поступает очищенной  воды:

                  (3.10)

     На  стадию сушки поступает смесь, влажность  которой определяется из уравнения:

                   (3.11)

   (3.12)

     10% сухого продукта с влажностью 10% возвращается для смешения  с влажным продуктом.

     Необходимо  высушить продукта – 3352 кг/ч

     Количество  сухих веществ в смеси - 1012кг/ч

     Количество  продукта с влажностью 10% - 1113 кг/ч

     Требуется испарить влаги – 3352-1012=2239 кг/ч 
 

     Таблица 3.1 Сводно-часовой материальный баланс 

 

     Тепловой  баланс

           Уравнение теплового баланса  процесса метаногенеза в одном аппарате в общем виде можно представить выражением:

                                         (3.13)

  где Q₁,Q₂ – количество тепла, вносимое в метантенк и отдаваемое теплоносителем соотвественно;

Q₃ – количество тепла, уносимого из метантенка со средой;

Q₄ – количество тепла, уносимого из метантенка с биогазом;

Q₅ – количество тепла, уносимого из метантенка с избыточным активным илом;

Q₆ – потери тепла в окружающую среду.

     Количество  тепла, вносимого в аппарат:

            (3.13) 

где G_з -количество среды на загрузку метантенка,кг/ч

    t_н -начальная температура среды, °С.

    t_окр. - температура окружающего воздуха,0°С.

     Количество  тепла, уносимого из метантенка со средой:

            (3.14) 
 

где t_м - конечная температура среды, °С.

     Количество  тепла, уносимого из метантенка с биогазом: 

     Количество  тепла, уносимого из метантенка с избыточным активным илом: 

     Потери  тепла в окружающую среду:

                                                        (3.15) 

     t_{ст.нар..}= температура наружной поверхности стенки аппарата,47°С

     t_{ст. вн..}= температура внутренней стенки,47°С.

     F-поверхность аппарата (1000м³);

     -коэффициент  теплопроводности, Вт/ м*К;

     K – коэффициент теплопередачи, Вт/ м²*К

                                          (3.16) 

                                                                                                                   (3.17) 
 

     Расход  тепла на сушку:

                                                    (3.18) 

где w - количество испаряемой воды кг/ч;

    r - удельная теплота парообразования при температуре сушке, кДж/кг;

    ∑Q_пот.-расход тепла на нагрев материала и потери в окружающую среду.

     Расход  тепла на нагревание материала рассчитывают:

              (3.19)

G_м- количество высушиваемого материала, кг/ч;

c_м- теплоемкость высушиваемого материала, Дж/кгК

t_вых.,t_вх- температура материала на выходе и входе в сушилку, °С

     Расход  тепла на нагревание воды в материале рассчитывают: 

     Расход  тепла на испарение влаги рассчитывают: 

     Потери  в окружающею среду: 

        (3.20)

     Расход  пара определяется из уравнения: 
 

     где r - удельная теплота парообразования, кДж/кг (при Р=0,4 МПа);

          x - паросодержание греющего пара.

 

4 Выбор и расчет основного технологического оборудования.

     4.1 UASB биореактор

     Так как время пребывания барды в биореакторе 6-8 суток, то суммарная емкость биореактора:

      

     Тогда, для улучшения гидродинамики  в аппарате и облегчения работы, сделаем 4 аппарата с аналогичной суммой объемов.

     Объем биореактора V = 1000 м3

     Примем, H:D = 3:1 , тогда

     (4.1) 

                                                    (4.2) 

                                                    (4.3) 
 

     Исходя  из стандартного ряда диаметров аппаратов  выбираем диаметр D=7,5 м, тогда 

     Биореактор подбирается как вертикальный емкостной аппарат с сферической крышкой и плоским днищем.

     Необходимый объем емкости биореактора рассчитывается следующим образом

                                                 V = τ · G : k,                                                            (4.4)

     где τ – время пребывания жидкости в емкости, ч;

     G – расход жидкости, м³/ч;

     k – коэффициент заполнения емкости, k = 0,8¸0,9 для емкостей без перемешивающего устройства и k = 0,7 для емкостей с перемешивающим устройством.

    V=17.8·8·24/0.8=3980 м³

следовательно требуется 4 биореактора объемом 1000 м³.

     Биореактор подбирается как вертикальный емкостной аппарат с сферической крышкой и коническим днищем.  
 
 
 

                                               

     4.1.2 Диаметр трубопровода для подачи сточной воды в один биореактор:

                                                             (4.5)   

     где w =2 − скорость движения декантата в трубопроводе, м/с;

     G - расход декантата, м3/с.

     Принимаем стандартный внутренний диаметр  трубопровода 38×2 мм.

     Распределительная система состоит из соединенных  с центральной трубой восьми труб − лучей длиной по 700 мм со щелевым выпуском декантата.