5.2. Розрахунок основних блоків технологічного обладнання біогазових установок

5.2.1. Обладнання для підготовки вхідної маси

Місткість приймальної споруди (V_п.с):

,

де Q – маса сировини, т;  – густина сировини, т/м³.

Густина залежить від вологості. Для рідкого гною, отриманого від сільськогосподарських тварин, вона становить:

Вологість, %	88	89	90	91	92
Густина, кг/м3	1080	1070	1060	1050	1040

t_нак – час накопичення сировини, діб;

k_з.г – коефіцієнт, що враховує зміну густини сировини залежно від початкової вологості за час накопичення.

Місткість резервуара для нагрівання (V_наг):

,

де L – добовий вихід сировини нормативної вологості, м³; t₀ – час нагрівання, діб; – коефіцієнт, що враховує зміну густини сировини за час нагрівання.

Поверхня теплообміну (F₁):

,

де Q₁ – кількість теплоти для нагрівання вхідної маси, Дж; t_п, t_к – відповідно початкова та кінцева температура сировини, С; k – коефіцієнт тепловіддачі, що залежить від виду теплоносія, характеру перебігу процесу теплообміну, форми теплообмінника; _наг – час нагрівання.

5.2.2. Визначення основних параметрів метантенка

Об’єм метантенка (V_мет):

,

де g – добова доза завантаження метантенка.

Тривалість бродіння (_б):

_б = 100 / q,

де q – питома кількість виходу газу з 1 т переробленої сировини.

Добовий вихід газу становить:

G_в.г = L q, м³.

5.2.3. Визначення основних параметрів газгольдера

Об’єм газгольдера

,

де t_нак – тривалість накопичування газу за добу.

Геометричні розміри газгольдера визначають, виходячи з умов найменших витрат матеріалу. За використання «мокрого» газгольдера його корисний об’єм визначається так:

,

де D – діаметр ковпака газгольдера; Н₀ – висота ковпака; h – висота шару води, що потрапляє під ковпак, як результат балансового відношення тисків.

Дійсне значення тиску під ковпаком становить:

р = р₀ – р₁ – р₂,

де р₀ – тиск, що виникає за рахунок маси ковпака:

де G' – маса ковпака.

Зниження тиску за рахунок виштовхувальної сили, що діє на занурену частину ковпака

,

де G' – маса ковпака з урахуванням виштовхувальної сили:

,

де m – маса стінок ковпака.

Зменшення тиску за рахунок різниці густини повітря навколишнього середовища та газу під ковпаком

,

де – вертикальна складова підйомної сили, що виникає як результат різниці густини повітря та газу:

,

де _пов, _газ – густина повітря та газу.

В «сухому» газгольдері різниця тиску становить:

,

де h_рд – висота газового шару в газгольдері.

Тиск у газгольдері є вихідним параметром установки, тому за його величиною корегують розміри газгольдера.

5.2.4. Розрахунок кількості теплоти в установці

Загальна теплова енергія від газу:

Q_заг = G_в.г  С,

де С – теплотвірна здатність газу (24 МДж / м³).

Витрати теплоти на нагрівання сировини

,

де t₁ – початкова температура нагрівання; t₂ – режимна температура (мезофільний або термофільний процес); С_с – теплоємність сировини (наприклад, для гною сільськогосподарських тварин 4,06 кДж / кгС);  – ККД нагрівача.

Витрати теплоти на власні потреби:

,

де Q_втр – кількість теплоти на компенсацію тепловтрат.