Đồ Án Thiết kế hệ thống Biogas cung cấp cho hộ gia đình với công suất 10m3

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC
BÀ RỊA – VŨNG TÀU,
NĂM 2012







MỤC LỤC



1.1. Tổng quan về đề tài . 1
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2. Một số ưu điểm của nhiên liêu Biogas. 3
1.2.1. Về mặt môi trường . 3
1.2.2. Về mặt kỹ thuật 3
1.2.3. Về mặt kinh tế 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS 4
2.1.Tìm hiểu chung về Biogas 4
2.2 Sơ đồ sản xuất Biogas 5
2.3. Tính năng của Biogas . 6
2.3.1. Thành phần chủ yếu của Biogas 6
2.3.2. Các tính chất của Biogas . 7
2.4. Tình hình sử dụng biogas trong hộ gia đình 8
2.5. Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas 8
2.5.1. Cơ sở lý thuyết . 8
2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men . 10
2.5.2.1. Môi trường kỵ khí . 10
2.5.2.3. Độ pH . 11
2.5.2.4. Đặc tính của nguyên liệu . 12
2.5.2.5. Thời gian lưu 12
2.6. Nguyên liệu 12
2.7. Xử lý nguyên liệu 14
2.8. Các loại mô hình Biogas . 14
2.8.1. Loại bán liên tục 15
2.8.1.1. Loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định . 15
2.8.1.2. Loại nắp di động. 16
2.8.1.3. Hầm sinh khí kiểu túi. . 17
2.8.1.4. Hầm sinh khí kiểu nước ngoài . 18
2.8.2. Loại hầm biogas theo kiểu nạp nguyên liệu theo từng mẻ 18
2.8.3. Hầm biogas composite . 19




CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BIOGAS GIA ĐÌNH . 23
3.1. Hầm biogas 23
3.1.1. Lựa chọn hầm kích thước hầm biogas 23
3.1.2. Cấu tạo và chức năng từng bộ phận . 25
3.1.3. Tính toán các phần của hầm biogas composite 26
3.1.3.1. Hầm ủ . 26
3.1.3.2. Bầu khí . 27
3.1.3.3. Cửa nạp 27
3.1.3.4. Cửa tháo bã 27
3.2. Tính toán hệ thống lọc 28
3.2.1. Tính toán thiết kế thiết bị hấp phụ H2S . 28
3.2.1.1. Cân bằng vật chất cho quá trình hấp phụ 28
3.2.1.2. Tính toán chiều cao lớp hấp phụ . 32
3.2.2. Tính toán thiết bị hấp thụ khí CO2 . .. .. .. . .. .. .. ... 39
3.2.2.1. Các thông số đầu vào và ra của khí Biogas . 39
5.2.2.2. Tính chất của khí Biogas . 43
3.2.2.4. Lập phương trình đường cân bằng 47
3.2.2.5. Tính toán lượng dung môi tiêu tốn và lập phương trình đường làm việc . 48
3.2.2.6. Tính số đĩa lý thuyết 51
3.2.2.7. Tính vận tốc của khí đi trong tháp . 52
3.2.2.8. Tính chiều cao tương đương của một bậc thay đổi nồng độ htđ . .. ... 54
3.2.2.9. Chiều cao của tháp . 54
3.2.2.10. Tính đường kính tháp 54
3.2.2.11. Tính trở lực của tháp 55
3.3. Tính toán kinh tế 57
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58
4.1. Kết luận . 58
4.2. Kiến nghị . 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 60
PHỤ LỤC . 62




DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Các tính chất của các thành phần Biogas
Bảng 2.2: Đặc tính và lượng khí sinh ra của một số nguyên liệu
Bảng 2.3: Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được
Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật vật liệu composite
Bảng 3.1: Thể tích hầm composite theo số luợng vật nuôi
Bảng 3.2: Thể tích và kích thước hầm composite
Bảng 3.3: Thành phần khí biogas vào và ra khỏi tháp hấp phụ H2S
Bảng 3.4: Lưu lượng và thành phần khí đi vào tháp hấp thụ
Bảng 3.5: Nồng độ phần mol các cấu tử khí ra khỏi tháp theo tính toán.
Bảng 3.6: Nồng độ phần mol trung bình của các cấu tử khí
Bảng 3.7: Nồng độ khí CO2
Bảng 3.8: Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ


DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống sản xuất Biogas
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo Biogas
Hình 2.3: Sơ đồ quá trình lên mem Methane
Hình 2.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ với sản lượng khí.
Hình 2.5: Hầm biogas kiểu vòm cố định
Hình 2.6: Hầm biogas nắp di động
Hình 2.7: Hầm biogas kiểu túi
Hình 2.8: Hầm biogas kiểu nuớc ngoài
Hình 2.9: Hầm biogas kiểu nạp nguyên liệu từng mẻ
Hình 2.10: Hầm biogas composite
Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động bể biogas composite
Hình 3.2: Kiểu dáng hình học hầm biogas composite
Hình 3.3: Kích thước các bộ phận hầm biogas composite
Hình 3.4: Cấu tạo hầm biogas composite
Hình 3.5: Thiết bị lọc khí H2S
Hình 3.6: Phoi sắt trước khi bị oxy hóa (a) và sau khi bị oxy hóa (b




CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Tổng quan về đề tài
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Thực tại ô nhiễm môi trường trong những thập niên gần đây đang là một vấn đề cấp bách của xã hội, hiện tượng ô nhiễm môi trường đang diễn ra khắp mọi nơi. Hiện nay, ô nhiễm trong nông nghiệp chăn nuôi là một vấn đề cấp thiết đặt ra nhiều thử thách cho các nhà môi trường. Cùng với việc tăng số lượng gia súc đã làm tăng số lượng chất thải chăn nuôi và gây ô nhiễm môi trường. Do đó, vấn đề đặt ra là việc quản lý chất thải chăn nuôi để vừa ngăn chặn tác nhân gây ô nhiễm từ chất thải này vừa tái tạo năng lượng phục vụ sản xuất đang là vấn đề đặt ra cho ngành chăn nuôi và các ngành công nghệ khác.
Công nghệ biogas nói riêng và công nghệ khí sinh học nói chung đã vạch ra cho người chăn nuôi một hướng giải quyết mới trong việc lựa chọn phương án thiết kế thi công một công trình xử lý chất thải chăn nuôi một cách hiệu quả nhất. Khí biogas sau khi tạo thành được sử dụng rộng rãi thay thế cho nhiên liệu, chất đốt trong các hộ gia đình, chạy máy phát điện . Hơn nữa, chất thải sau khi xử lý bằng công nghệ biogas đã được kiểm nghiệm và cho thấy đây là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho cây trồng, vật nuôi và các loại động thực vật thủy sinh. Ngược lại, nếu chưa được xử lý, chất thải chăn nuôi sẽ là nơi chứa nhiều mầm bệnh của các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ, các chất chứa ni-tơ và axit photphoric Chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt lẫn nước ngầm. Nước ô nhiễm chảy xuống sông, suối, ao hồ làm giàu các chất dinh dưỡng, gây ô nhiễm nguồn nước. Khi phân hủy sẽ tạo ra mêtan và amôniắc, hidrosunfua là những chất có mùi hôi thối, đồng thời gây hiện tượng nóng lên của toàn cầu. Vì thế, việc quản lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ biogas đã làm hạn chế đáng kể lượng phát thải, mang lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng, và đặc biệt là mang lại một nguồn lợi ích không nhỏ cho người chăn nuôi.
Vì vậy, việc thiết kế một hệ thống biogas quy mô gia đình sao cho nó hoạt động có hiệu quả, phục vụ cho sinh hoạt mang lại hiệu quả kinh tế và giảm các tác hại của chất thải trong chăn nuôi là vấn đề cấp thiết cần được giải quyết trong đề tài này.


- Thiết kế một hệ thống tạo biogas cho quy mô hộ gia đình.

1.1.2. Mục tiêu của đề tài
Giải quyết được các vấn đề về môi trường. Công suất của hệ thống biogas này là 10m3.
1.1.3. Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về công nghệ biogas, các mô hình biogas.
- Công nghệ biogas dùng hầm biogas composite hiện nay.
- Tính toán thiết kế một hệ thống biogas hoàn chỉnh cho hộ gia đình công suất
10m3.
- Dự đoán khả năng làm việc và hiệu quả khi đưa vào thực tế.