Biologisk och termisk energiåtervinning 7,5 högskolepoäng Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N07B En2 Namn: ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Personnummer: ------------------------------------------------------------------------------------------- Tentamensdatum: Fredag 16 mars 2012 Tid: 14.00 18.00 Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur) Totalt antal poäng på tentamen: 100p Betyg 3: 45p, betyg 4: 65p och betyg 5: 85p Allmänna anvisningar: Läs noga igenom frågorna och följ anvisningarna i uppgifterna. Var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkningar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. OBS! Börja besvara varje fråga på ny sidan. Rättningstiden är i normalfall tre veckor. Viktigt! Glöm inte att skriva namn på alla blad du lämnar in. Lycka till! Ansvarig lärare: Kamran Rousta Telefonnummer: 033-4354644, 0732300861
1- Fig. A visar schematisk av en ångpanna som producerar ånga med trycket 50 bar och temperaturen 420 C. Det används ett bränsle med viktsammansättningen i följande tabell. Förbrännings process är fullständigt med förbrännings verkningsgrad 100 %, och inkommande temperatur för luft och bränsle till förbrännings process är 0 C. Matarvattens temperatur är 70 C och luftöverskott för den förbränningen är 30 %. Rökgaser lämnar ångpanna med temperaturen 200 C. Totala förluster för ångpannans är 5 MW och bränslets massflöde är 5 ton per timme. Svara följande frågor: a) Verkliga luftmängd i kmol/(kg br) (8p) b) Avgaser mängd sammansättning i kmol/(kg br) (8p) c) Volym- och viktprocent för avgaser sammansättnig (6p) d) Hur många ton ånga produceras per timme? (10p) e) Hur mycket värme effekt har ekonomiser, förångare och överhettare om försummas tryckfallet? (9p) f) Beräkna ångpannans verkningsgrad (4p) c h(väte) o s n f(fukt) a Vikt% 55 10 9 1 2 19 4 M (kg/kmol) 12 1 16 32 14 18 --- Rökgas Matarvatten Ekonomiser Ånga Överhettare Förångare Bränsle Luft Figur A) kopplingsschema för ångpanna H i = 0,341 c + 1,02 h + 0,063 n + 0,191 s 0,0985 o 0,025 f (MJ/kg br)
2- Beskriv kortfattad vad menas med en satsvis/batch odling (2p) Skissa i ett diagram hur biomassa koncentrationen och substrat koncentrationen förändras med tiden under en batch odling (2p) 3- Vid en batch odling av mikroorganismen Theoromyces Hypotheticum uppmättes 5 10 6 celler/ml efter 2 timmar och 2 10 7 celler/ml efter ytterligare 2 timmar. Räkna ut generationstiden (t g ) och specifik tillväxthastighet (µ max ) (4p) 4- En mikroorganism odlas kontinuerlig i en omrörd tankreaktor. Tillväxtkinetiken kan beskrivas med Monod: där µ max = 0,4 h -1 och K s = 4g/L För övrigt följande data gäller för processen: Reaktor volym, V = 2 m 3 Flödet in och ut, F = 0,4 m 3 /h Substrat koncentration i inflödet, S 0 = 10 g/l Ytbytet av biomassa på förbrukat substrat, Y x/s = 0,15 g/g a) Beräkna biomassa koncentration i reaktor/utflödet (3p) b) Beräkna flödet i systemet som ger maximal cellproduktion. Vid optimering gäller: S SoKs (3p) 5- Bioetanol a. Bioetanol produceras biotekniskt i Sverige från stärkelse baserade råvaror (Agroetanol), men bioetanol kan även tillverkas från cellulosa baserade råvaror (Etanolpiloten; Sekab, Övik). Beskriv och jämför tillverkningsprocessens olika steg för dessa två råvaror (8p) b. Vilka problem behöver man bemöta vid etanolproduktion från cellulosa jämfört med den från stärkelse? (2p) 6- Biogas Vilken sort avfall som lämpar sig till biogasproduktion? (1p) Ge minst 4 exemplar (4p) Vilken råvara som används mest här Sverige för biogasproduktion? (1p) 7- En rötanläggning på 300 m 3 ska byggas för rötning av utsorterat hushållsavfall och livsmedel avfall. Anläggningen körs 365 dagar per år och belastas jämt över tiden. Processen körs med 14 dagars uppehållstid (HRT) och 4kgVS/m 3 /dag organisk belastning (OLR). a) Hur hög är det volymetriska flödet (m 3 /dag)? (2p) b) Hur mycket avfall kan behandlas årligen om avfallet har 25% TS halt och 85% glödförlust av TS? (6p) c) Vad kan inträffa om den organiska belastningen överskrids? (2p)
8- Vad karaktäriserar en avfallsaska? Ge minst tre karaktärsdrag. (3p) 9- Vid vilka temperaturer sker Lågtemperaturkorrosion och vad beror det på!(2p) 10- De två vanligaste typerna av förbränningsanläggningar för avfall är rosterpanna och fluidiserad bädd. Beskriv vad det är för skillnad mellan dem och belys särskilt vilka styrkor och svagheter som respektive teknik har. (4p) 11- Vad menas med att en reaktion är endoterm? Ge exempel på minst 1 endoterm reaktion som sker vid förgasning. (2p) 12- Vad är det för skillnad mellan förgasning och förbränning? (1p) 13- I Borås avfallsförbränningsanläggning används ett torrt rökgasreningssystem. Beskriv vilka delar som ingår och vilken huvuduppgift respektive del har. (3p)