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

     Принимаем скорость истечения декантата из щелевых отверстий 0.2 м/с.

     Необходимая площадь живого сечения щелей  в распределительных лучах: 

     Площадь щели одного луча, при числе лучей 8 штук: 

     При длине щели луча 700 мм ширина щели составит: 

     Таким образом, каждый луч имеет обращенную к днищу биореактора щель по длине луча размером 700 ´ 1 мм. 

     4.1.3 Труба для вывода шлама из биореактора.

     В ходе запуска биореактор работает без отвода избыточного активного ила. В дальнейшем необходимо периодическое (1 раз в 2-3 суток) удаление осадка из нижней части биореактора. Количество избыточного активного ила, подлежащего удалению из биореактора, составляет 5л на 1 м³ сточной воды, или в сутки:

                              (4.6)

     Объемный  расход шлама при выводе его из биореактора в течение 1 часа: 

     Диаметр трубопровода для вывода шлама 

     где w=0.2 − скорость движения шламовой суспензии в трубопроводе, м/с.

     Принимаем внутренний диаметр трубы и трех отводящих шлам патрубков 95×4 мм. 

     4.1.4 Труба для вывода из биореактора биологически очищенной воды

     Диаметр трубопровода для биологически очищенной воды:

                                                            (4.7) 

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

     G - расход БОВ, м3/с.

     Принимаем стандартный внутренний диаметр  трубопровода 38×2 мм.

     4.2  Расчет насоса

     При проектировании необходимо определить напор жидкости, создаваемый насосом, и мощность электродвигателя при  заданном расходе жидкости. По этим характеристикам выбирают насос  конкретной марки.

     а) Рассчитаем насос, необходимый для подачи питательной среды в биореактор.

     Полезная  мощность на перекачивание жидкости

                                                      (4.8)

     где      Q – расход жидкости, м³/с;

     ρ – плотность жидкости, кг/м³;

     g – ускорение свободного падения, м/с²;

     H – напор, м. 

                               (4.9)

     где  Р₁ – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, кПа;

     Р₂ – давление в аппарате, в который перекачивается жидкость, кПа;

     H_г – геометрическая высота подъема жидкости, м – H_г = 18 м;

     h_п – суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях, м (h_п = 6¸8 м), 

     Номинальная мощность двигателя:

                                    (4.10)

     где  η_н – к. п. д. насоса (для центробежного насоса η_н = 0,7¸0,9)

     η_пер – к. п. д. передачи от электродвигателя к насосу (η_пер = 0,93¸0,98 при зубчатой передаче).

                                           (4.11)

     Величина  к. п. д. двигателя (η_дв) зависит от его номинальной мощности и для N = 423,4 Вт равна 0,8

     В соответствии с производительностью  и напорам выбираем насос: X8/18, Q = 2.4*10^-3 м³/c, H = 18м, n = 48.3 с^-1, электродвигатель типа ВАО-31-2 N_дв = 3 кВт.

     4.3 Подбор и расчет  емкостного оборудования

     Необходимый объем емкости рассчитывается следующим  образом:

                                                                 (4.12)

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

     Исходя  из необходимого объема емкости, подбирается  стандартная емкость по ГОСТ 9931-85.

     Приемник  кека (G=2449 кг/ч=2,2 м³/ч) 

     Объем стандартной емкости (V_ст) равен     10  м³, диаметр 1600   мм, высота цилиндрической части 5250   мм.

     Приемник  фугата (G = 16185 кг/ч=15,9 м³/ч) 

     Объем стандартной емкости равен  10   м³, диаметр 1600     мм, высота цилиндрической части 5250  мм.

     Сборник фильтрата (G = 17756 кг/ч=17,8 м³/ч) 
 

     Объем стандартной емкости равен 10   м³, диаметр 1600  мм, высота цилиндрической части 5250   мм.

     Газгольдер  выбирается в соответствии с ГОСТ 5172-49. Производительность по биогазу V =277 м³/ч. Учитывая разность давлений в биореакторе и газгольдере получим,

                                                     P₁·V₁=P₂·V₂,                                                      (4.13)

     где P₁ – атмосферное давление, МПа;

     V₁ - расход биогаза при давлении P1, м3/ч;

     P₂ - давление в газгольдере, МПа;

     V₂ - расход биогаза при давлении P2, м3/ч.

     1367887,5·V₁ = 101325·277

     V₁ = 20,5 м3/ч,

     тогда

     V = 3·20,5 = 61,5 м3

       При давления 1,37 МПа выбираем газгольдер объемом 100 м3, D = 3200 мм, L = 13200 мм.

     4.4 Подробный расчет  сушильной установки

     Масса испаряемой влаги в барабане

                             (4.14)

     где G_н – производительность по исходному влажному материалу, кг/ч;

     u₁ – начальная влажность материала, %;

     u₂– конечная влажность материала, %.

     Объём сушильного барабана V_б: 

     где А – напряжённость барабана по влаге (при сушке кека А = 50 кг/м^3.ч)

     Диаметр барабана находим из соотношения:

                                                          (4.15)

                                                   

     Из (4.9)

                                                                               (4.16) 

     где L=5D– отношение длины барабана к диаметру. 

     Принимаем нормализованные размеры барабана: D_вн = 2200 мм; L = 16000 мм.

     4.5 Декантерная центрифуга 

     Возможно  использование декантерных центрифуг серии  СНNX производства «Альфа-Лаваль» или D42C-D китайского производства. 
   Декантерные  центрифуги  «Альфа Лаваль» обеспечивают высокую производительность процесса сепарации, надежны в работе, могут работать в непрерывном режиме, имеют низкое отношение капитальных затрат к производительности и эксплутационным расходам. Они могут работать со средами, содержащими сухие вещества в весовом отношении от 0,5 до 50% и при значительных колебаниях в подаче сырья. 
   Центрифуги производства КНР, в принципе, не отличаются по характеристикам от «европейских», но несколько дешевле. 

     Выбираем D42C-D китайского производства

     Габаритные  размары 3480 910 1360 мм

     Эквивалентная поверхность осаждения 3,68 м²

     Максимальная  скорость вращения барабана 3250 об/мин

     Диаметр барабана 430 мм

     Максимальное  ускорение 2540g

     Производительность  по барде до 18 м³/ч.

    Так как требуемая производительность по барде 18634 кг/ч или 18 м³/ч, то потребуется только 1 установка.

     4.6 Ультрафильтрационная установка

     Установку СОМ У 16000-2 производительностью 18000 л/ч, потребляемой мощностью 8,5 кВт, габариты которой 2360 1750 2100 мм.

     Так как требуемая производительность 18563 кг/ч или 17849 л/ч, то потребуется  только 1 установка.

     4.7 Установка обратного  осмоса

     Установку MA-18 производительностью 18000 л/ч, потребляемой мощностью 15 кВт, габариты которой 5200×2000 
×1950 мм.

     Так как требуемая производительность 17756 кг/ч или 17580 л/ч, то потребуется  только 1 установка.

     4.8 Отстойник-преацидификатор

    Найдем  скорость осаждения шарообразных частиц по формуле Стокса:

                                                  (4.17)

     где d-диаметр шарообразной частицы, м;

     ρ-плотность  частицы, кг/м3;

     ρс-плотность  среды, кг/м3;

     μ_с-динамический коэффициент вязкости среды, Па*с.

     Действительная  скорость осаждения:

                                                                (4.18)

     Площадь отстойника найдем по формуле:

                                                    (4.19)

     где  G_н-массовый расход начальной суспензии$

     c_н-массовая концентраций твердой фазы в начальной суспензии, кг/кг;

     c_к-массовая концентраций твердой фазы в шламе, кг/кг;

     В соответствии с найденной величиной  поверхности отстойников (F=65 м²) определяем, что высота отстойника L=3,6 м, D=9 м. 

     Отстойник декантата

     Найдем  скорость осаждения шарообразных частиц 

     Действительная  скорость осаждения 

     Площадь отстойника найдем по формуле

                                                        (4.20)

     В соответствии с найденной величиной  поверхности отстойника определяем, что высота отстойника L=1,8 м, D=1,8 м.

     4.9 Расчет адсорбционных колонн

     Найдем  объем адсорбционной колонны, если время пребывания в колонне τ=3-5 мин=0,08 ч, а для биогаза G=430 кг/ч, значит Q=450 м³/ч. 

     Найдем  диаметр и длину колонн, используя  соотношение H:D=3:1

                                                          (4.21)