Thiết kế hệ thống biogas cung cấp cho hộ gia đình với công suất 10m3

Thiết kế hệ thống biogas cung cấp cho hộ gia đình với công suất 10m3

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN TUYẾT HẠNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG BIOGAS CUNG CẤP CHO HỘ GIA ĐÌNH CÔNG SUẤT 10m 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC Người hướng dẫn ThS. NGUYỄN THANH THIỆN BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Tuyết Hạnh MSSV: 0852010043 Ngày, tháng, năm sinh: 25-02-1990 Nơi sinh: Đồng Nai Ngành: Công nghệ kĩ thuật Hóa học I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống Biogas cung cấp cho hộ gia đình với công suất 10m 3 II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Thiết kế một hệ thống tạo ra khí gas trong quy mô hộ gia đình.  Công suất hay thể tích hầm biogas này là 10m 3 III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 22-3-2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 12-7-2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths. Nguyễn Thanh Thiện Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chun ngành Hóa dầu Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm LỜI CẢM ƠN Để có thể hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: BGH Trường đại học Bà Rịa- Vũng Tàu. Em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến các q Thầy Cơ trong khoa Hóa Học & Cơng nghệ thực phẩm. Em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn thầy: Th.s Nguyễn Thanh Thiện đã tận tình hướng dẫn giúp em hồn thành khóa luận tốt nghiệp này. Vì thời gian hạn hẹp và trình độ hiểu biết còn hạn chế, nên luận văn tốt nghiệp của em sẽ còn những thiếu sót không tránh khỏi, em rất mong được sự thông cảm , đóng góp ý kiến và sửa đổi của quý thầy cô. Vũng Tàu, ngày 11 tháng 07 năm 2012 SVTH Trần Tuyết Hạnh Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MUC HÌNH 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 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 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 H 2 S .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 CO 2 .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 h tđ 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 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 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 H 2 S 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 CO 2 Bảng 3.8: Cân bằng vật chất của tháp hấp thụ Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 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 H 2 S Hình 3.6: Phoi sắt trước khi bị oxy hóa (a) và sau khi bị oxy hóa (b Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 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. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm - 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 10m 3 . 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 10m 3 . - Dự đoán khả năng làm việc và hiệu quả khi đưa vào thực tế. 1.1.4. Phương pháp thực hiện đề tài - Phương pháp thu thập, tổng hợp thông tin từ sách vở, tài liệu, báo chí. - Phương pháp khảo sát tình hình dựa trên thực tế. - Phương pháp phân tích, lựa chọn tính toán. 1.1.5. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa thực tiễn - Khi thực hiện đề tài này sẽ giúp các hộ gia đình giải quyết vấn đề chất thải trong chăn nuôi từ đó tạo ra được khí gas phục vụ trong sinh hoạt của hộ gia đình. - Giúp các hộ chăn nuôi thấy được lợi ích của việc sử dụng hệ thống biogas trong việc sử lý chất thải, góp phần bảo vệ môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế, phát triển xã hội. - Giảm thiểu các vấn đề về ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, giảm hiệu ứng nhà kính. Ý nghĩa khoa học. Khí Biogas là khí thiên nhiên được sản xuất khá rộng rải ở nước ta hiện nay, đặc biệt ở vùng nông thôn vì vậy việc sử dụng nhiên liệu khí Biogas để phục vụ nhu cầu sử dụng của các hộ gia đình sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO 2 , NO x , HC, CO góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu Đồ án tốt nghiệp đại học- Khóa 2008-2012 Trường ĐHBRVT Chuyên ngành Hóa dầu 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu Biogas mà hiện nay chúng ta đang lãng phí, tránh gây khó khăn cho việc cất giữ loại nhiên liệu này. Đưa ra các đề xuất khác mang lại hiệu quả cao trong xử lý chất thải trong chăn nuôi, sinh hoạt… 1.2. Một số ưu điểm của nhiên liêu Biogas. 1.2.1. Về mặt môi trường.  Giảm lượng khí phát thải CO 2 , do đó giảm được lượng khí thải là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh được các thảm họa về môi trường.  Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel).  Không chứa hydrocacbon thơm nên không gây ung thư.  Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày).  Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.  Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ. 1.2.2. Về mặt kỹ thuật Biogas rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào. 1.2.3. Về mặt kinh tế  Sử dụng nhiên liệu Biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dụng các nguồn rác thải sẵn có.  Đa dạng hoá nền nông nghiệp, tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn.  Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoảng ngoại tệ. . Ngành: Công nghệ kĩ thuật Hóa học I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống Biogas cung cấp cho hộ gia đình với công suất 10m 3 II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Thiết kế. HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRẦN TUYẾT HẠNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG BIOGAS CUNG CẤP CHO HỘ GIA ĐÌNH CÔNG SUẤT 10m 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ