Биоэнергетики тамбов Издательский центр фгбоу во «тгту» 2018

Х=0,1+0,005*0,1+0,03*х +0,003*х,

0,967X = 0,1005
X=0,10393.
Следовательно, на данную стадию поступает 0,10393 м^з промытого биодизельного топлива.
Для того чтобы провести расчёт последующих стадий, необходимо знать количество рапсового масла, которое полается в аппаратах вихревого слоя в час, поскольку количество остальных веществ определяется в зависимости от количества масла. Поэтому для дальнейщего расчёта примем количество рапсового масла равным х кг.
На 100 кг рапсового масла для проведения реакции метанолиза добавляют 30 кг метанола (в избытке около 7,8%) и 1 кг катализатора КОН. Выход продуктов синтеза на стадии метанолиза 93,5%. Следовательно, потери на данной стадии составляют 6,5 % от реакционной смеси. Отсюда, со стадии метанолиза будет выходить

1,22485х — это количество продуктов синтеза, которое переходит со стадии органического синтеза — метанолиза на стадию сепарации.
На стадии сепарации от продуктов синтеза отделяется глицерин в количестве 1094 от обшей массы, т.е. глицерина
0.1*1,22485х=0,122485х
Потери на стадии сепарации — 0,5% от выходящего из сепаратора потока. Следовательно, выход с данной стадии с учётом потерь
1,22485х – 0,122485х - 0,005*(1,22485х - 0,122485х) = 1,096853х
1,096853х - количество биодизельного топлива, которое переходит на следующую стадию — промывка биодизельного топлива.
Для промывки биодизельного топлива необходимо приготовить промывную воду, которая представляет из себя 0,2%-ный раствор кислоты H₂C₈O₇ Это необходимо для того, чтобы промыть биодизельное топливо от отработанного катализатора и избытка метанола.
Количество лимонной кислоты и отходящего цитрата калия рае оттаем ио уравнению химической реакции:
Для нейтрализации кг КОН необходимо кислоты в количестве

В результате данной реакции получится

так как раствор кислоты 0.2%-ный, то количество воды, расходуемое па промывку , равно

Избыток метанола составляет около 7,8% от входящего потока биодизельного топлива:

Воды в отходящем потоке промытого биодизельного топлива 3% от общей массы

Так как выше изложенный расчёт производится по массе, то масса воды в отходящем потоке равна

где 1000 — плотность воды в кг/м^з .
Потери на стадии промывки биодизельного топлива составляют 0,3% от отходящего со стадии потока:

Пересчитаем на массу. Так как примеси в отходящем потоке невелики, причем плотность его, равную плотности чистого биодизельного топлива — 874 кг/м .
Следовательно, потери составляют
0,000312*874 = 0,272 кг,
Следовательно, исходя из вышеизложенного, на стадию промывки биодизельного топлива, поступает

Отводится с данной стадии:

Следовательно, в час в аппарат синтеза поступает 87,6 кг рапсового масла, рассчитаем объём количества масла;

На основании выведенных выше соотношений и найденного количества рапсового масла, рассчитаем материальные потоки на остальных стадиях

3. Промывка биодизельного топлива.

а) Приготовление промывной воды.
Количество лимонной кислоты для приготовления О, 1%-ното раствора составляют

Плотность кислоты 1685 к г/м^з. Отсюда, объёмный расход кислоты 1,001/1685 = 0,000594 м^з

Расход воды для приготовления раствора кислоты :

Плотность воды 1000 к/м³. Отсюда, объёмный расход воды:

б) Промывка биодизельного топлива,
Из данного количества биодизельным топливом поглощается
3,118 кг воды (0,0031 м^з ), остальное количество проходит сквозь биодизельное топливо и удаляется в канализацию

Количество вымываемой соли

Плотность цитрата калия 2560 кг/м ^з . Следовательно, соли

Потери на стадии промывки биодизельного топлива равны 0,272 кг (0,000312 м³).
Количество биодизельного топлива, которое подаётся на стадию промывки, равно

Найдём объём биодизельного топлива, поступающего на стадию промывки.
Помимо биодизельного топлива, на стадию за 1 час поступает раствор кислоты объёмом
(0,5 + 0,000594) м³
Отводится со стадии промытое биодизельное топливо, избыток метанола, соль, вода и потери
(0,497 + 0,000625 0,00944 0,000312 + 0,10393) м³.
Следовательно, на стадию промывки подаётся 1 м^з биодизельного топлива.
Отсюда плотность биодизельного топлива, поступающего на стадию промывки
96,08/0,11= 873,45 кг/м^з.
4. Сепарация продуктов синтеза. На данную стадию поступают продукты синтеза в количестве
1,22485 = 107,29 кг.
Отводится со стадии сепарации:
- биодизельное топливо — 96,08 кг (0,11 м³)
-глицерин
1,22485*87,6=107,29 кг,
плотность глицерина 1265,6 кг/м^з, следовательно объём глицерина
10,729/1265,6= 0,00847 м³
- потери
0,005*(1,22485*87,6 – 0,122485*87,6) = 0,482 кг,
пересчитаем на объём
4,82/863 - 0,00558 м³,
плотность биодизельного топлива, отходящего со стадии сепарации рассчитана ранее (см, п. 4), рассчитаем объём продуктов синтеза, отходящих за час со стадии синтеза на стадию сепарации:

0,11+0,00847 +0,00558=0,124 м³

Найдём плотность продуктов синтеза

5. Органический синтез. На стадию поступает:
- метанол

87,6*0,3= 26,28 кг (26,28/793 = 0,033 м³ );

- катализатор КОН
87,6*0,01 = 0,876 кг,
Плотность КОН 2044 кг/м³, тогда объём 0,876/2044 = 0,0000429 м³.
- рапсовое масло 87,6 кг (0,095 м³).
Со стадии отводится:
- продукты синтеза 0,124м³
- потери 6,5% от массы реакционной смеси:

Проверим правильность материального баланса:

Все данные, полученные в результате расчёта материального баланса, сведём в табл. 1.
Тепловой баланс.
Целью составлении любого по теллу является нахождение расходов теплоносителей, т.е. такого количества энергии, которое обеспечит прохождение данного теплового процесса или какой-либо фазовый переход жидкости в пар, или наоборот.
Растворение щелочи в метаноле и нагрев раствора от 20 до 80 ^о с ТЭНОМ. Потери примем 5 ⁰/0.
(20+273) -
Требуемая мощность электронагревателя кВт,
Приложение Б

Пример расчёта материального баланса производства биодизельного топлива из биомассы микроводорослей для потребностей фермерского хозяйства

Потребность фермерского хозяйства г. Тамбова в биотогллинс составляет 190 кг!сут [54]. Для этого объёма необходимо 215 кг технических липидов.
На стадию храпения готовой продукции поступают липиды в количестве — 215 кг.
1. фасовка
На Стадию фасовки поступает готовый продукт с учётом потерь:
С; - кг,
где (К— масса липидов, кг.

2.

-215,43 0,005- КГ,

где — потери продукта на стадии упаковки, кг.
Количество смеси, ушедшее со стадии охлаждения: = 216,5 кг,

3. 
   Стадия дистилляции
   

Количество смеси, поступившей на стадию дистилляции с уётом потерь:
+ (Ъ , ЗЛОО) = 223,0 кг,
где — масса смеси масел на дистилляции, кг.

3. 
   Стадия центрифуаиров,чння 2
   

На сталшо центрифугирования 2 с учётом потерь поступает смесь технических липидов в количестве;
= 227,5 кг,
где 2 — масса технических липидов на стадии центрифугировапия 2, кг,
Это количество составляет З 1 ^ПА, От массы СВ (сухих вещесгв) биомассы микроводоросли, тогда количество биомассы равно:
с;гвьм 10031 - 733,7 кг,
где (Эсны, — масса СВ микроводоросли, кг.
Учтём, что влажность биомассы составляет 98 ⁰,6, тогда общее количсство биомассы:
- 36687,4 „г.
где — масса биомассы микроводоросли с учётом влажности, кг,
Рассчитаем количество оставшихся компонентов биомассы:
• 506,3 кг, или с учётом влажиОСтм биомассы
98%-25 314,3 кг,
где — масса оставшихся компонентов, кг.

5. Стадия экстра кшш

Определим количество этанола и петролейного эфира, необходимых для проведения процесса экстракции, Согласно исследованиям, на [ г сухой биомассы микроводоросли необходимо 20 мл экстрагентов в соотно1г1снии (6,7 мл и 13,3 мл эфира). Количество этанола:
= 733,8 кг, 5,4 кг- 3928,9 кг,
где — масса этанола на стадии экстракции, кг,
Количество петролейного Эфира;
G„», = „8,8 733,8 • 6457 кг,
где 1 — масса петролейного эфира на стадии экстракции, кг.
Количество смеси экстрагентов, поступивших на стадию центрифугироваиия 2, с учётом потерь;
G„2)• 0,2/100 = 8308,7 кг,
В уравнении (Жэк — общая масса системы экстрагентов, кг.
Количество смеси экстрагентов, ушедшей со стадии центрифугирования 2, с биошротом:
а) по петролейному эфиру;
5/100 = 322,9 КГ,
— масса петролейного эфира, ушедшая с биошрот-ом, кг,
б) по этанолу,
5/100= 196,4 кг,
где — масса этанола, ушедшая с биошротюм, кг.
Компонентн биошркута составляют с учётом экстратрующсй смеси:
и -25 845 кг,
— масса биошркуга и смеси экстрагеггтов, кг.
6. Стадия дезинтеграции
К оличество биомассы, поступившее на стадию дезинтеграции с учётом
-37 788,0 кг,
где (К — масса биомассы микроволоросли на стадии дезинтеграции, кг.
Предварительно рассчитаем количество целлюлозы, которое со. держится в 755,8 кг сухой биомассы. Известно, в г сухой биомас-
сс хлореллы содержится углеводов, из которых на целлюлозу приходится 5 ⁰,4:
• 0,25) • кг,
где — масса целлюлозы в биомассе микроволоросли, кг,
Согласно технологическим условиям на 0,02 г сухой биомассы нужно 0,0012 мг фермента:
С— А = (9447 = 0,6 КГ,
где А — масса ФП Целлолюкса — А, кг.
Действие смеси «Целоллюкс-А» и «Прогосубтилин гЗх» эффективно в соотношении (масс.), Количество «Протосубтилина гЗх», необходимое на дезинтеграцию клеточной стенки:

где — масса «Протосубтилин гЗх», кг,

7 , Стадия

Количество биомассы, поступившей на Стадию разделения, с учёТОм потерь;
НМ- + 2/100) = 38 543,8 КГ, где — масса влажной биомассы, г,
Количество биомассы влажностью 98 ⁰/0 в культуральной жидкости составляет до 10 ⁰/0, следовательно, отделено будет с ущётом потерь :
ШОЛО- 385 438,0 кг,
- 346 894,2 кг.
В уравнениях: — масса суспензии биомассы; (;кж — масса культу ральлой жидкости, кг.
8. культивирован ин
Произведём расчёт КОЛИЧССТВа УГЛСКИСЛОГО газа. необходимого для прироста биомассы на каждом этапе культивирования.
рассчитаем усредненную формулу жирных кислот хлореллы: усреднённая формула липидов хлореллы: тогда формула Смоля:
Для «усреднённой» биомассы часто используется формула, предложенная Стоугхамером для Смоля: СН
Рассчитаем С-мојть биомассы хлореллы, зная, что в ней содержится 3 1 ⁰,4 липидов:
= 1,85;
Пренебрегаем азотом из-за его незначительного содержания. Смоль биомассы хлореллы:
рассчитаем по углероду количество углекислого газа, необходимого для получения (г) биомассы, Массовая доля углерода в биомае се составит;
= [6-0,39) = 0,6.
В уравнении: А — атомная масса элемента, а.е.м„; п — индекс Этого Элемента в формул; — средняя молярная масса, 1Чмоль. Массовую долю углерода в углекислом газе:
В уравнении: мсо2 — молярная масса углекислого газа, г•/моль.
Тогда масса СС», необходимого для получения 1 г биомассы, составит
= 0,27 = 2,20 г,
Масса углекислого газа, расходуемого за цикл на образование сухого вещества биомассы (734 кг):
734 кг- 1,6т.
В уравнении: (Ко, — масса углекислого газа, т.
Из простейшего уравнения фотосинтеза найдём количество выделяем0'№ биомассой кислорода на стадии роста биомассы:

Молярная масса углекислого газа и кислорода:
12 г,'моль; 16,2-32 г;моль.
Так как на один моль углекислого газа приходило моль кислорода, масса кислорода, приходящаяся на г углекислого газа,
г.
Масса выделяемого биомассой кислорода на стадии росла биомассы:
1,17 т,
Необходимое количество воды на стадии культивирования (К, ку, составляет 340 893,8 кг ((;кж) или — 350 м ^з
В данном производстве используется питательная среда Тамийя ОРТЈМГЈМ, разбавленная н 3 раза, в состав которой входят следующие
макро- и микрокомпоненты, среда Тамийя ортјмк.м:

= 370 кг;

GM„s047H20 = 0,33 = 14,5 кг;

= 0,33, = 253,2 кг;

, 0,003 = 0,35 кг.
где — масса нитрата калия, кг; GMgs04_7H20 — масса сульфата магния, кг; — масса дигидрофосфа•га калия, кг; — масса сульфата железа, кг,
Количество микроэлементов по Арнону (К = 350 л раствора микроэлементов):
(Энвоз 0,28 = 0,98 кг;
GMnc12-4H20 0,28 кг;
- 0,35 кг;
8,05 кг,
где — масса борной кислоты, кг; — масса хлорида марганца, кг; (Коз „по — масса сульфата цинка, кг; — масса окиси марганца. кг; — масса ванадатм аммония. кг.
Общее количество смеси солей с учётом потерь на загрузку:
где — масса смсси солей по макроэлементам. кг; са смсси солей ло МИКГО'ЈЛСМСНТЛМ. кг; — масса потерь по микРО- и макрокомпонентам питательной среды. кг.
Количество солей, необходимое на цикл культивирования. режим подкормки цикличным и сославляет норму трата питательного раствора на трое суток:
= = 660 КГ,
где (А, — масса одной нормы концентрата, кг.
Цикл культивирован... равняется 14—15 дням: 8 дней — накопле ния биомассы, 6-7 дней - стимуляции накопления липидов.
Количество подкормок: А! 15/3 ' 5. Причём на 9 сутки культивирования нужно вносить макро- и микроэлементы без добавления нитрата калия, для того чтобы стимулировать накопление липидов внутри клеток.

Учебное электронное издание

ДВОРЕЦКИЙ Дмитрий Станиславович
ТЕМНОВ Михаил Сергеевич
АКУЛИНИН И,орсьич голуьятников Олег Олегович
МАРКИН Илы Владимирович

ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ

Учебное пособие
Редактор И, В, Калистратова
Инженер ло компьютерному макетированию М, Н. Р ы ж к о в а
lSBN 978-5-8265-20004 Подписано к использоњанмо тираж 50 заказ № 34'
издательскит• центр ФЛОУ ВО «тгту»
392000, г. Тамбов. ул. Соњстскзя.д. 106, к. 14. телефон [phone], 63-81 зу E-mail: