БИОМАССА Как источник энергии

Система единиц

Для составления массового баланса может быть использована любая система единиц. Рекомендуется производить расчеты в международной системе единиц (СИ). Однако расчеты или по крайней мере его резуль­таты должны быть представлены в единицах, которые обычно исполь­зуются промышленностью (табл. 1 и 2).

Технические и экономические аспекты

341

Таблица 1. Основные и производные единицы системы СИ [4]

Величина

Единица СИ

Другие

Единицы

Наименование

Наименование усл.

Обозн.

Длина

Метр м

Масса

Килограмм га-

Время

Секунда с

Термодинамическая температура

Кельвин К

Количество вещества

Моль

Сила

Ньютон Н

Кгм/с2

Давление

Паскаль Па

Н/м2

Энергия, работа, количество тепла

Джоуль Дж

Н-м

Мощность

Ватт В

Дж/с

Плотность теплового потока

Вт/м2

Теплоемкость, энтропия

Дж/К

Удельная теплоемкость, удельная эн

Дж/кг • К

Тропия

Таблица 2. Коэффициенты для пересчета английских мер в единицы системы СИ

Английская мера

Единица СИ

Множительный

Коэффициент

Баррель (42 галлона для нефти)

М3

1,5898729-Ю-1

Британская тепловая единица, БТЕ

Дж

1,0550559 103

БТЕ/фунт • масса • F

Дж/кг-К

4,186800-103

БТЕ/ч

Вт

2,9307107-103

БТЕ/с

Вт

1,0550559-Ю3

БТЕ/фут2 • ч • F

Дж/м2 • с • К

5,678263

БТЕ/фут2-ч

Дж/м2-с

3,1545907

Калория

Дж

4,1868000

Кал/г-°С

Дж/кг-К

4,186800-103

Фут3

М3

2,8316847-102

Галлон

М3

3,7854118-10_3

Мощность (550 фут - фунт = сила/с)

Вт

7,4569987-102

Фунты на квадратный дюйм

Па

6,8947573-103

Ватт-ч

Дж

3,6000000-103

Пример 1. Газификаторы с воздушным дутьем [5]. Материальный баланс для системы, находящейся в стационарных условиях, можно выразить в виде «Общая поступающая масса = Общая выходящая масса». Границы системы для газификатора и конденсатора показаны на рис. 1. Данные о материальном ба­лансе приведены в табл. 3. Такой материальный баланс содержит ограниченную информацию; составы поступающих и выходящих потоков неизвестны. В связи с тем что происходит химическая реакция с образованием водяного пара, нельзя однозначно сказать, какая вода выходит из конденсатора-подведенная или образующаяся из водяного пара. При составлении материального баланса дан-

Система единиц

Рис. 1. Упрошенная схема технологического процесса газификации с воз­душным дутьем.

Таблица 3, Материальный баланс системы газифи­кации с воздушным дутьем (на 100 кг древесины)

[5]

Входящий поток, кг

Выходящий поток, кг

Древесина 100

Газ 263

Воздух 164

Зола 3

Водяной пар 17

Вода 15

Итого 281

Итого 281

Ного типа нет необходимости знать, какое количество массы образуется или расходуется. И в то же время это действительный баланс, поскольку общая по­ступающая масса включает все реагирующие и инертные вещества, а общая масса выходящих веществ-все инертные и непрореагировавшие вещества, а так­же продукты, образовавшиеся в результате реакции, за вычетом израсходо­ванных реагентов. Если известны точная природа реакции и выход продуктов, то можно рассчитать состав исходных потоков.

Пример 2. Пиролизно-газификационный реактор. Данные о материальном балансе комбинированной системы пиролиза и газификации приведены в табл. 4. Схема технологического процесса приведена на рис. 2. Вначале из влажной древесины испаряется вода, а затем водяной пар и древесина напра­вляются в реактор для получения газа. Поскольку известны количество обра­зующегося или расходуемого материала в ходе химических реакций и количе­ство инертных веществ в каждом потоке, можно составить материальный баланс по компонентам системы. Для этого необходима следующая информа­ция:

Таблица 4. Материальный баланс реактора [6]

Компоненты Входящий пот», иг Выходящий поток, кг

Реактор первой ступени Древесина Органические вещества

Зола Вода Итого

997,0 997,0

3,0 3,0

1103,0 1103,0

2103,0 2103,0

Пиролизно-газификационный реактор Древесина

Органические вещества

997,0

Зола

3,0

3,0

Водяной пар

1103,0

Итого

2103,0

3,0

Оздух

Кислород

482,8

0,0

Азот

1575,5

1575,5

Аргон

26,9

26,9

Диоксид углерода

1,1

938,0

Водород

0,0

65,3

Моноксид углерода

0,0

505,8

Метан

0,0

26,5

Водяной пар

11,3

1059,6

Итого

2097,6

4197,6

Всего

4200,6

4200,6

Древесина f"'

Выход производимо­го газа

Реактор первой ступени

-Q,

Пиролизно- газшрикационный реактор

Рис. 2. Упрощенная схема технологи­ческого комбинированного процесса пиролиз - газификация.

• состав древесины (т. е. содержание углерода, водорода, кислорода и золы в масс. %) и

• выход водорода, моноксида углерода, диоксида углерода и метана.

Пример 3. Пиролиз древесины (рис. 3). Материальный баланс по компонен­там и атомным группам приведен в табл. 5. Выходы определялись с пересчетом на сухую и беззольную древесину. В расчетах было принято 30 масс. % углисто­го вещества (безводного и беззольного), 25 масс.% топливной жидкости (с 12 масс.% воды) и 13 масс.% воды. Мы можем также проверить общий мате­риальный баланс:

Общее поступление массы = Потоки (1 + 2 + 7 + 9) =

= 166,7 + 28,8 + 809,3 + 34,1 = = 1033,9 103 кг/ч.

Общий выход массы = Потоки (8 + 10 + топливная жидкость +

+ углистое вещество) = = 937,9 + 50,0 + 20,8 + 25,2 = = 1033,9 103 кг/ч.

Данные, представленные в примере 3, оказываются наиболее удобными для оценки процесса переработки древесины.

БИОМАССА Как источник энергии

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Комплекс по производству этанола, где полностью используется сырье (например, пшеничные зерна (рис. 4)), может дать положительный энер­гетический эффект. Такой комплекс включает установку для пронзвод- Ства этанола и промышленного типа хозяйство для откормки рогатого скота. В энергетическом балансе учитывается энергия, расходуемая на выращивание пшеницы, и энергия для производства пара.

Кислород

Микроорганизмы, ответственные за производство этанола фермента­цией, являются факультативными, так как они могут развиваться как при наличии кислорода, так и без него. В присутствии кислорода из на­чального субстрата образуется больше клеточной массы (в 5-10 раз больше, чем в анаэробных условиях), и скорость роста ее увеличивается. Другими словами, аэрацией можно увеличить выход клеточной массы и интенсивность процесса.

Тепловой и энергетический к. п. д

Для составления энергетического баланса необходимо точно опреде­лить границы рассматриваемой системы. Энергетический к. п.д. может быть использован для оценки к. п.д. различных систем по переработке биомассы. Однако в тех случаях, когда процесс переработки биомассы включает стадии производства энергии (например, водяного пара или электроэнергии), более полезным будет сравнение термодинамических к. п. д., поскольку последний дает возможность установить, какая из си­стем для производства работы (энергии) лучше по сравнению с идеаль­ной.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.