Đồ án thiết kế hầm sinh khí biogas cho hộ chăn nuôi, trang trại và ứng dụng thực tế của biogas

b/ Hiện tượng lên men hiếu khí Ở một số nơi người ta ủ phân, rác rưởi, lá khô, gỗ mục thành từng đống và thỉnhthoảng có sáo trộn, lúc này những vi khuẩn hiếu khí là những vi khuẩn sống đ

Phần I : Sơ lược về nguồn nguyên liệu và việc xử lý nguồn nguyên

liệu trước khi ủ

1 Nguồn nguyên liệu :

Là phế liệu, phế thải trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, và các hoạt động trong đời sống của chúng ta ngày nay và các hoạt động trong các nghành kinh tế sản xuất và chế biến nông lâm thủy sản…v.v

2 Phân gia súc :

Đây Là nguồn nguyên liệu có rất nhiều trong nước ta hiện nay.Do vì nước ta là nước nông nghiệp nên sử dụng,tận dụng các nguồn thức ăn trong nghành này Vậy nên phân gia súc là nguồn nguyên liệu chủ yếu trong các hầm Biogas của nước ta hiện nay

 Khả năng cho phân và thành phần hoá học của phân gia súc,gia cầm :

a Xử lý nguyên liệu :

Nguyên liệu dùng để lên men tạo khí sinh học rất nó rất chi là phong phú và đa dạng ,trước khi sử dụng những nguyên liệu này chúng ta cần phải chọn lọc kỹ càng

và xử lý sao cho nó được phù hợp với yêu cầu và chất lượng như sau

- Nguyên liệu phải giàu cellulose

- Nguyên liệu phải Ít Ligin

- NH4+ ban đầu khoảng 2000mg/l

Thành phần hoá học ( % khối lượng phân tươi )

Thể tích :

m 3

Trọng lượng tươi (kg)

Chất tan dễ tiêu

Carbon / Nitơ

38,5 41,7 28,4 6,78 31,3

7,98 9,33 7,02 10,2 16,8

0,38 0,70 0,83 0,31 1,20

0,10 0,20 0,47 1,20

20-25 20-25 20-25 7-15

Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí sau khi

thu được :

Nguyên liệu Sản lượng khí

m3 /kg phânkhô

57696068

109302021

Pha chế nguyên liệu, và hỗn hợp khí sau khi lên men ở 210C

Sản lượng khím3/ kg ng.liệu

0,0810,081

0,210,210,190,21

0,260,22

60,057,660,452,8

68,068,0

1,12,12,9 -

-

-34,438,434,444,030,6 -

Phần II: Sơ lược tổng quan về công nghệ khí biogas

1: Giới thiệu chung.

- Khái niệm : Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân

rác, phân hữu cơ và bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học để sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất,công nghiệp

• Thành phần Biogas : CH4, CO2, N2 ,H2, H2S …, trong đó có các khí như CH4,

O2,H2, N2,O2, CO Ngoài việc sản xuất sinh ra các khí trên, việc lên men các chất hữu cơcòn làm giảm thể tích của chúng để trở thành các chất ở dạng nhão, những chất này làmphân bón cho cây trồng rất tốt Một lợi ích nửa của quá trình này là tạo môi trường sứckhoẻ tốt cho cộng đồng

Các kiểu hầm sinh khí

Hầm thu khí trôi nổi Ấn Độ, kiểu hầm sinh khí cố định của Trung Quốc và hầmsinh khí kiểu túi được phát triển mạnh ở Đài Loan Trung Quốc và Ấn Độ là hai quốc giathành công nhất trong việc triển khai áp dụng kỹ thuật lên men kỵ khí để giải quyết nhucầu về chất đốt và xử lý về ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi

a) Mô hình hầm BIOGAS ở các nước.

b)Mô hình hầm BIOGAS của bác Trương Gập (Đà Nẵng)

ong ngan

mui

nguon phan

vao

ong dan khi

ong dan ba thai

ong ap suat

be ap suat

be phan huy gas toi uu

Ho lang cat

ong dan phan

1 Những cơ sở khoa học của việc sản xuất khí sinh vật.

Khí sinh vật được tạo ra do hiện tượng lên men của các chất hữu cơ gây ra bởi cácloại vi khuẩn đặc biệt

Công nghệ lên men kỵ khí

Các chất hữu cơ có thể lên men theo hai cách tuỳ thuộc vào sự có mặt của khí trời

mà ta có hiện tượng lên men hiếu khí và hiện tượng lên men kỵ khí

a/ sơ đồ quá trình lên men mêtan

b/ Hiện tượng lên men hiếu khí

Ở một số nơi người ta ủ phân, rác rưởi, lá khô, gỗ mục thành từng đống và thỉnhthoảng có sáo trộn, lúc này những vi khuẩn hiếu khí (là những vi khuẩn sống được phải

có ôxi khí trời) sẽ phân huỷ các chất hữu cơ nhẹ và làm tăng nhiệt độ lên khoảng 600Ccao hơn nhiều so với nhiệt độ sinh ra trong quá trình lên men kỵ khí Cuối cùng người ta

có được một loại mùn giàu chất Nitơ, phot pho và kali (N,P,K) làm phân bón rất tốt

c/ Hiện tượng lên men kỵ khí

Mục đích chính của luận văn này là nguyên cứu đi sâu quá trình khí sinh vật trongđiều kiện lên men kỵ khí

Sinh khí mêtan là quá trình vi sinh vật học với sự tham gia của hàng trăm chủngloại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc Các vi sinh vật này tiến hànhhàng chục phản ứng hoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thànhmột khí cháy được gọi là khí sinh vật

Có thể chia quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan thành 3 giai đoạn chính như sau.Các giai đoạn của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan (CH4):

là quá trình hoà tan các chất hữu cơ phức tạp vào nước dưới tác dụng của các men do vikhuẩn tiết ra

+ Giai đoạn 2: Dưới tác dụng của vi khuẩn sinh axit, các chất tan nói trên sẽ biến thànhcác axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ hơn (axit axetic, axit butylic, axit probionic,…) và một

số khí CO2, N2, H2,…

+Giai đoạn 3: Là giai đoạn sinh mêtan là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình.Dưới tác dụng của vi khuẩn sinh mêtan, các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khácbiến thành khí mêtan, cacbonic, oxi,…

Sự tạo thành khí metan theo hai cách sau

- Dưới tác dụng của vi khuẩn, một phần CO2 sẽ bị khử thành CH4 trong đó chất cungcấp điện ly là H2 và rượu

CH4CO2

Chấtbéo

Cácchất tan

- Axit hữu cơ biến thành CH4 theo phản ứng sau.

CH3COOH CH4 + CO2

Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ biến thành CH4 theo phản ứng

R-COOH R1-COOH CH3COOH CH4 + CO2

1.3: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình len men sản suất khí sinh vật.

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản suất khí metan sinh học,trong đó các yếu tố có thể kiểm soát được như độ pha loãng nguyên liệu, độ kín của hầm,các cao độ cần thiết của bể nạp, bể thải, và còn có một số yếu tố quan trọng khác cầnnghiên cứu đó là: Nhiệt độ, độ pH, tỷ lệ C/N của nuyên liệu, thời gian lưu trữ, đặc tính vàtốc độ bổ sung nguyên liệu…

a/ Ảnh hưởng của độ kín.

Trong hầm ủ phân, khí metan được sinh ra hoàn toàn do vi khuẩn kỵ khí chỉ cầnmột lượng nhỏ oxi cũng làm cản trở việc sinh khí Do đó sự cần thiết cho hầm ủ khí làhoàn toàn kín

b/ Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Vi khuẩn sinh khí CH4 cũng như các loại vi khuẩn khác, quá trình sinh trưởng vàphát triển của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ tuân theo phương trình Vanhopf-Anrhenius:

E: hằng số đặc trưng phản ứngR: hằng số khí lí tưởng, R=8314 J/Kmol

Tích phân phương trình trên giữa T1 và T2 ta có:

ln(K2

K1)=

E (T2−T1)

R T2 T1

Nếu biết được K1, ta tính được K2

Trong thực tế, hằng số phân huỷ E được chọn khoảng 84000 J/mol

Miền nhiệt độ tối ưu cho các hoạt động của vi khuẩn tương đối hẹp Người ta chia

sinh khí đạt đỉnh cao thứ hai, ở đây một loại vi khuẩn ưu nhiệt trở nên rất sinh động vớimôi trường xung quanh nhưng sản phẩm phân bón có chất lượng giảm đi, hơn nữa để cónhiệt độ cao hơn 500C, thì nhiều khi tốn năng lượng để đốt nóng vì vậy người ta ít vậnhành bể sinh khí ở nhiệt độ này Ở những vùng lạnh hay mùa đông, muốn đủ khí dungngười ta phải có những biện pháp để đưa nhiệt độ phân huỷ lên trên 300C Người ta đãxác định được mức sản xuất khí của một tấn phân ở điều kiện nhiệt độ khác nhau nhưsau:

Nhiệt độ (0C) Sản xuất khí (m3/ngày) Thời gian phân huỷ kéo dài [tháng]

pH = -log(H+) hay pH = log(1/H+)

Độ pH thích hợp nhất cho lên men sản xuất khí sinh vật nằm trong giới hạn từ6,5\7,5 Trong điều kiện này, sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh metan đạt giátrị cực đại, pH nhỏ hơn 6,5 có nghĩa là axít nhẹ được tạo thành vượt khả năng sử dụngcủa vi khuẩn sinh khí metan, pH tiếp tục giảm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng

và phát triển của loại vi khuẩn này

Nguyên nhân thừa axit là do:

+ Tốc độ bổ sung nguyên liệu mới quá nhanh

+ Nhiệt độ môi trường thay đổi đột ngột

+ Độc tố được tích luỹ ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn sinh khí metan+ Bề mặt dung dịch lên 111men bị một lớp váng quá dày bao phủ

Có thể điều chỉnh độ pH của dung dịch bằng cách giảm tốc độ bổ sung nguyênliệu mới, tìm cách ổn định nhiệt độ môi trường xung quanh, thêm vôi, NH3 hoặc phá tanlớp váng

Do đó người ta ít dung trực tiếp phân bắc và nước tiểu để sản suất khí sinh vật vì tỉ lệ C/

N của chúng là quá thấp, thường thì chúng được kết hợp với nguyên liệu có tỉ lệ C/N caonhư rơm rạ, giấy vụn Số lượng và chất lượng phân thu được thay đổi tuỳ thuộc vào điềukiện cho ăn và vật liệu lót chuồng

e/ Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng và chất lượng nguyên liệu

Theo nguyên cứu thì nồng độ chất đốt khô trong dung dịch phân nạp vào bể từ (9 –10)% thì vừa thích hợp cho cả quá trình lên men tạo khí lẫn tháo bỏ nguyên liệu đã sửdụng.

Nói chung lượng nước đưa vào bể hoà tan phân theo tỷ lệ nước/phân dao động từ

1/1 đến 3/1 Tỷ lệ pha loãng đối với phân bò 2/1 đối với phân heo thì đang được sử dụng

phổ biến

f/ Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ nguyên liệu trong hầm.

Thời gian lưu giữ đóng vài trò quan trọng đối với quá trình lên men sản xuất khísinh học Nó phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu Trong thời gian thực tế nguyên liệulưu giữ khoảng 30 – 60 ngày

Như theo đi thực tế thì các hầm thương lưu trữ nguyên liệu khoảng 50 là chủ yếu

g/ Ảnh hưởng của các chất độc tố:

Do hoạt động lên men thì có thể tích luỹ các ion NH4, Na, K, Zn…sẽ ảnh hưởngđến quá trình sinh trưởng của các vi khuẩn sinh ra để lên men

h/ Các yếu tố ảnh hưởng khác.

Quá trình khuất đảo dung dịch cũ và áp suất tạo ra trong hầm khí

1.4: Giới thiệu một số loại bể sinh khí được sử dụng rộng rãi ở nước ta.

- Áp lực không thay đổi nhờ sự co giản của túi

- lắp đặt tương đối nhanh

- Giá thành hạ

Nhược điểm:

- Phải gắn van an toàn để xả bớt khí, nếu không túi có thể nổ

- Phải giữ không cho các loại gặm nhấm có thể cắn hỏng túi

- Không thể vớt váng ra

- Không khuất đảo phân được

Các khúc ống cong ở ống dẫn vào và ống thoát có thể bị nghẽn

Loại hầm sinh khí kiểu túi

b/ Hầm ủ có bình chứa gas nổi:

- Có thể nhấc bình chứa gas lên để vớt váng dễ dàng

- Áp suất gas không thay đổi

- Bình chứa gas có thể xoay để khuất phân ở một mức độ nào đó

Nhược điểm:

- Đại đa số đều dùng bình chứa gas bằng thép nhưng nó lại khá đắt Giá thànhbình gas chứa khoản (30 – 40)% tổng số vốn đầu tư xây dựng công trình bểsinh khí.

Vỏ ngoài bình chứa gas thường bị rỉ rét nhiều vì nó ngập trong phân sệt của hầm ủnên phải sơn bảo quản định kỳ

Loại hầm sinh khí có nắp di động

Phần III : THIẾT KẾ HẦM BIOGAS CHO TRANG TRẠI Ở NÔNG THÔN VIỆT NAM

Dự án được xây dựng trên một chăn trại ở nông thôn việt nam với khoảng 100 conlợn, từ yêu cầu của dự án nên ta cần chọn loại hình thiết kế KSH cho phù hợp nhất Dovậy chúng ta cần tìm hiểu kỹ về hoạt động và cấu tạo, đặc điểm loại hình thiết kế KSH đãchọn cho dự án Phương pháp xác định cơ sở thiết kế thiết bị thích hợp từ thiết kế mẫu

Giới thiệu hoạt động của thiết bị KSH

2.1 Chu trình hoạt động của thiết bị

Chu trình hoạt động của thiết bị gồm hai giai đoạn

Phần trên của bể phân hủy có chứa một lượng khí nhất định Tuy nhiên lượng khínày không thể lấy đi sử dụng vì không có áp suất để đẩy khí ra ngoài bể Phần khí này cóthể gọi là khí chết Phần không gian chứa khí chết gọi là phần không gian không hoạtđộng của bể phân hủy.

Khí bắt đầu được sinh ra và tích lại ở phần trên bể phân hủy ngày càng nhiều Nó sẽđẩy dịch phân hủy đi đến khoang thứ ba (lúc này đóng vai trò như một bể điều áp) củahầm và ống lối vào Vì ống lối vào nhỏ nên lượng dịch bị chiếm chủ yếu được chứa ởkhoang thứ ba (bể điều áp ) nên sau này ta không tính đến phần dịch phân hủy dâng lên ớống lối vào Bề mặt dịch phân hủy ở bề mặt phân hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịchphân hủy ở khoang thứ ba ( bể điều áp ) dâng lên dần Độ chênh lệch giữa hai bề mặt thểhiện áp suất khí Khí càng sinh ra nhiều thì áp suất càng tăng

Mức chất lỏng ở bể điều áp dâng lên tới mức cao nhất là “mức xả tràn” Khi đó chấtlỏng trong bể phân hủy hạ xuống “mức thấp nhất” Giai đoạn trữ khí của chu trình hoạtđộng đúng đắn của thiết bị kết thúc tại đây Đó là trạng thái cuối cùng của giai đoạn trữkhí của chu trình hoạt động Lúc này áp suất khí đạt giá trị lớn nhất (P = P max) Thể tíchkhí sinh ra trong chu trình bằng Vg Lượng chất lỏng bị khí chiếm chỗ được giữ lại ởkhoang thứ ba ( bể điều áp ) có thể tích là Vc = Vg*

Giá trị Pmax khi thiết kế được chọn trong giới hạn chịu được áp lực đẩy từ trong racủa thành bể phân hủy Nếu vượt quá giới hạn này có thể làm cho bể bị vỡ Thông thườngPmax < 100 cm cột nước Như vậy độ chênh lệch giữa “mức xả tràn” và “mức thấp nhất”bằng áp xuất cực đại ( Pmax) Đây là một ràng buộc phải tuân theo khi thiết kế và xâydựng

Khi xả khí ra sử dụng là điểm khởi đầu của giai đoạn hai Chất lỏng từ khoang thứ

ba ( bể điều áp) lại dồn về bể phân hủy và đẩy khí ra ngoài Bề mặt dịch phân hủy ởkhoang thứ ba hạ dần xuống ( bể điều áp), đồng thời bề mặt dịch phân hủy ở bể phân hủylại dâng lên dần Độ chênh giữa hai bề mặt này giảm dàn do đó áp suất khí cũng giảm dầnCuối cùng khi độ chênh giữa hai bề mặt dịch phân hủy bằng không, thiết bị trở lạitrạng thái ban đầu của chu trình hoạt động, P =0 và dòng khí cháy ra nơi sử dụng ngừnglại Lượng khí Vg có thể lấy sử dụng được bằng thể tích chất lỏng đã chiếm chỗ của nó là

Vc chứa ở khoang thứ ba ( bể điều áp )

Từ những phân tích trên ta rút ra được những kết luận quan trọng sau:

1) Để thiết bị hoạt động đều đặn như thiết kế, cần thường xuyên nạp và lấy dịchphân hủy ra hàng ngày với một lượng bằng nhau vì thế trong bảng thiết kế ta làm đườngthoát phân hủy thấp hơn mức xả tràn để có thể điều áp cho bể một cách khoa học và tựđộng nhưng ta cũng cần kiểm tra thường xuyên coi hệ thống hoạt động tốt không

2) Bề mặt dịch phân hủy chứa trong bể phân hủy khi áp suất khí bằng không nằm ởmức số không

3) Thể tích của phần bể phân hủy từ mức thấp nhất trở xuống là thể tích ổn định,được coi là thể tích phân hủy Vd của thiết bị Chỉ có phần khí từ mức số không tới mứcthấp nhất là có thể lấy để sử dụng Vì vậy thể tích của phần này là thể tích trữ khí Vg.Phần thể tích phía trên mức số không là thể tích “chết” Tổng 3 phần thể tích này là cởcủa thiết bị

4) Chỉ có phần của khoang thứ ba ( bể điều áp) từ mức số không tới mức xả tràn là

có tác dụng điều áp Thể tích hoạt động này phải bằng thể tích trữ khí Vc = Vg Do đáycủa khoang thứ ba nằm ở mức số không là hợp lý nhất, vì vậy khi xây dựng khoang thứ

ba ta chia làm hai phần: ( phân 1 là dáy bằng với bể phân hủy có tác dụng là phân hủy hếtphần nhiêu liệu chưa phân hủy hết ở bể phân hủy, phần hai ta xây dựng bằng với mức sốkhông có tác dụng điều áp cho bể hoạt động tốt) nghĩa là Hg + Hc = Pmax

Nếu thiết kế phần khoang thứ ba ( bể điều áp) tất cả sâu hơn mức số không thì khi lấykhí sử dụng, chỉ có phần dịch phân hủy nằm trên mức số không là tràn về bể phân hủy vàđẩy lượng khí đi lên Phần dịch phân hủy nằm dưới mức số không nằm lại đó ở khoang

số ba ( bể điều áp ) không có tác dụng gì

2.2 Những trường hợp hoạt động không đúng.

Sau đây ta xét xem điều gì sẽ xảy ra ra nếu dịch phân hủy (PH) chứa trong bể nhiềuhoặc ít hơn mức quy định ở trên

(A) Mức dịch PH ban đầu trên mức số không

(B) Mức dịch PH ban đầu dưới mức số không

a/Trường hợp dịch phân hủy trong bể nhiều hơn mức quy định, bề mặt dịch phân hủy

ở trạng thái ban đầu cao hơn “mức số không”:

Đến cuối giai đoạn tích khí, dịch phân hủy sẽ tràn ra khoang thứ ba (bể điều áp) Dovậy phần dịch phân hủy bị khí đẩy ra khỏi bể phân hủy được giữ lại ở bể điều áp sẽ nhỏhơn Vg Khí lấy sử dụng, lượng khí thay thế bởi phần dịch phân hủy này sẽ nhỏ hơn Vg.Như vậy mặc dù khí sinh ra là Vg nhưng ta chỉ sử dụng được một phần của nó thôi vàcũng chỉ một phần của khoang thứ ba (bể điều áp) là hoạt động thôi

Trong thực tế, nếu thiếu phân thì vận hành thiết bị ở trạng thái này vì sản lượng khíthực tế nhỏ hơn Vg theo thiết kế

b/ Trường hợp dịch phân hủy trong bể phân hủy ít hơn mức quy định, bề mặt dịchphân hủy ở trạng thái ban đầu thấp hơn mức số không:

Tới cuối giai đoan tích khí, mức dịch phân hủy trong bể phân hủy sẽ xuống thấp hơnmức thấp nhất theo thiết kế lúc này áp suất khí sẽ lớn hơn Pmax thiết kế Ngoài ra thểtích phân hủy thực tế cũng nhỏ hơn Vd theo thiết kế

PHẦN IV : CHUẨN BỊ VÀ TÍNH TOÁN

A/ Chuẩn bị

3.1/ Chọn thiết kế

Rất nhiều kiểu hầm sinh khí đã được phổ biến nhưng trên thực tế các loại hình thiết

kế được đưa ra phổ biển không có nghĩa là nó được xây dựng và thử nghiệm qua một thờigian Do vậy cần phải cẩn thận khi chọn loại hình thiết kế cho phù hợp

Nhưng điểm cần lưu ý khi chọn thiết kế

- Nếu dùng cả phân xanh thì phải vận hành theo nguyên lý từng đợt và nên dùng loạihầm có vòm cố định

- Nếu không có vật liệu xây dựng, lại không có kỹ thuật nhưng lại có plastic rẻ và tốt,đồng thời ta chỉ sử dụng phân chuồng, trong khi nhiệt độ quanh năm khá cao thì tanên sử dụng loại hầm ủ hình túi

Từ những ưu điểm của hầm sinh khí có dạng hình chữ nhật có nắp vòng cung lại vừaphù hợp với kỹ thuật xây dựng ở VIỆT NAM Ở đây với quy mô trang trại khoảng 100đầu lợn và điều kiện vùng miền trung duyên hải nên ta xây dựng cao hơn mặt đất từ 50đến 100 cm

3.2/ Lựa chọn địa điểm

Lựa chọn địa điểm thích hợp là việc làm đầu tiên Để cho hệ thống hoạt động thuậnlợi, tuổi thọ lâu dài, dễ dàng thi công, việc lựa chọn địa điểm căn cứ vào các yêu cầu sao:

1 Đảm bảo đúng diện tích mặt bằng để xây dựng hầm sinh khí đúng kích thước dựkiến, tiết kiệm diện tích mặt bằng, không ảnh hưởng đến các công trình khác

2 Cách xa nơi đất trũng, ao hồ để tránh ngập nước, thuận tiện cho việc thi công và

dữ cho công trình được bền vững lâu dài

3 Tránh xa nơi có cường độ đất kém, phải sử lý nền móng phức tạp

4 Tránh xa những loại cây lớn vì rể ăn sâu chằn chịt dễ gây thiệt hại và phá vỡ hầmsinh khí

5 Phải gần nơi cung cấp nguyên liệu để đỡ tốn công vận chuyển và cung cấpnguyên liệu

6 Gần nơi sử dụng để tiết kiệm đường ống, tránh được tổn thất áp suất và rò rỉ trênđường ống

7 Gần nơi tích trữ và chế biến bã thải để bã thải lỏng có thể chảy thẳng vào bể chứa

8 Đặt ở những nơi nắng nhiều nhưng ít gió để có thể giữ nhiệt độ của hầm cao và

ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh khí

3.3/ Chuẩn bị vật liệu xây dựng.

1 Gạch xây: Vì công trình cần lên cao, phải đảm bảo giữ kín, không thấm nước

và khí nên cần phải gạch xây phải loại tốt, kích thước cân đối vá nung chín đều

2 Cát: Cát phải sạch , không được chứa chất bùn hay chất hữu cơ Tùy theo yêucầu công việc mà chọn loại cát thích hợp ví dụ cát xây phải lớn hơn cát vữa trác

3 Ximăng: Thường chọn ximăng có chất lượng tốt

4 Vữa: Vữa xây hay vữa trác có thể dùng vữa ximăng hay hỗn hợp vữa ximăngvôi Ximăng tạo cho vữa tính cứng chống thấm nhưng ximăng có tính giòn dể gãy Vôilàm cho vữa mền, dính chặt, đặc và chắt hơn Không có vôi trong vữa thường tạo thànhbọt khí làm cho vữa trở nên rỗng, xốp chống thấm kém Vì vậy vữa xây và vữa trác nên

có một lượng vôi nhất định

5 Sỏi, đá dăm, gạch vỡ: Chúng là những cấu liệu cần thiết cho bê tông Đá dăm,gạch vỡ dính kết với ximăng tốt hơn sỏi yêu cầu là phải sạch không dính đất và các chấthữu cơ

6 Cốt thép: Phải chọn loại thép có chất lượng tốt, bề mặt lớp si còn láng, không

có những khuyết tật để giảm khả năng ăn mòn, rò rỉ do phân và khí metan tác động lên

B/ Tính toán.

3.1/ Tính sơ bộ thể tích hầm

Nguyên liệu : phân lợn

Số lượng lợn : 100 con

Lượng thải hàng ngày là : 3kg/ 1 con

Từ đây ta có lượng phân thu được hàng ngày là:

X = 100 3 = 300 kg

Hiệu quả sinh khí của phân (H):

Theo (TL3) H = 22 đến 40 lít/ngày nên ta chọn H = 30 lít/ngày

Lượng khí sinh ra hằng ngày Vs

Tỉ lệ pha loãn với nước là 1/1

Thời gian tối ưu để phân hủy hoàn toàn phân là từ 30 đến 35 ngày ở nhiệt độ cao.Chọn T=35 ngày

Vì vậy bể phân hủy có thể tích là:

Mô tả sơ bộ tổng quát hầm sinh khí thiết kế

Để đảm bảo chứa hết khí sinh ra từ trong hầm ta tăng chiều cao của phần chứa khílên 0.3m ta chọn Hn = 0.3m

3.2.2/ Các kích thước chính của hầm sinh khí:

Hầm có đường kính bằng chiều cao: Dh=Hh= 2.99m

Chiều dày thành dưới của hầm và phần chứa khí là: δ1 = 120mm

Độ cao phần chứa khí là: Hn = 0.278m

Độ dày nắp hầm bằng bê tông là: 10mm

Độ cao mặt nước hầm với mặt nước bể thải là : Δ H

P =

64,14.10 9,81.105

8 móc thép

b.Xác định chiều dày cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo công thức sau:

δ cn : chiều dày lớp cách nhiệt, m

λ cn : hệ số truyền nhiệt của lớp cách nhiệt ,W/mK

δ i : bề dày lớp kết cấu thứ I ,m

λ i : hệ số truyền nhiệt của lớp kêt cấu thứ I,m

k tu : hệ số truyền nhiệt tối ưu được chọn cho kết cấu nền, nó phụ thuộc vào nhiệt củahầm và tra bảng 3.3 trang 63 ( tài liệu 1) Theo nhiệt độ của hầm là 35 0 C, ta có k tu =0,87 W/m2K

α ng : hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của vách ngoài, tra bảng 3.7 trang 65( tài liệu 1) ta

có α ng = 23,3, W/m2K

α tr : hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của vách, vì ở phía trong nắp là môi trường khí

sinh ra trong quá trình lên men nên chọn α tr = 9, W/m2K

Hệ số truyền nhiệt của lớp vật liệu và chiều dày của nó theo thứ tự ở bảng dưới đây:

0,015

0,9 +

0,003 0,18 +

0,015 0,93 +

0,02

0,9 = 0,3622 , m2K/W

Thay các giá trị λ cn , α ng , α tr , k

tư ,

∑δ λ i

i , vừa xác định vào phương trình trên,

ta có chiều dày lớp cách nhiệt được xác định như sau:

b.Xác chiều dày cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo công thức:

δ cn : Chiều dày lớp cách nhiệt , m

λ cn : Hệ số truyền nhiệt lớp cách nhiệt, W/mK

δ i : Bề dày kết cấu thứ i, m

λalignl ¿ i ¿¿¿ : Hệ số truyền lớp kết cấu thứ i, W/mK