Model MINLP za izbor optimalnega procesa za proizvodnjo bioplina iz živalske biomase
Eden izmed najbolj perečih problemov, s katerim se danes soočamo, je, kako preprečiti in zmanjšati kopičenje organskih in živalskih odpadkov. Zaradi okoljskih, ekonomskih in socialnih vidikov ti predstavljajo vrsto problemov. Razvoj novih tehnologij za izkoriščanje obnovljivih in alternativnih energ...
Shranjeno v:
| Main Authors: | , , , |
|---|---|
| Format: | Software Book Chapter |
| Jezik: | Slovenian |
| Teme: | |
| Sorodne knjige/članki: | Vsebovano v:
Slovenski kemijski dnevi 2008, Maribor, 25. in 26. september 2008 |
| Oznake: |
Označite
Brez oznak, prvi označite!
|
| LEADER | 07684naa a2200289 ib4500 | ||
|---|---|---|---|
| 001 | 12622870 | ||
| 003 | SI-MaCOB | ||
| 005 | 20080930000000.0 | ||
| 006 | m||||fq||d|||||||| | ||
| 007 | co|||| | ||
| 008 | 080930s2008 xv ||||fq|||||||| ||slv c | ||
| 040 | |a KTFMB |b slv |c SI-MaIIZ |e ppiak | ||
| 041 | 0 | |a slv |b eng |b slv | |
| 080 | |a 628.4 | ||
| 242 | 1 | 0 | |a MINLP model for the selection of optimal biogass process for the conversion of animal biomass. |y eng |
| 245 | 1 | 0 | |a Model MINLP za izbor optimalnega procesa za proizvodnjo bioplina iz živalske biomase |h [Elektronski vir] / |c Rozalija Drobež ... [et al.]. |
| 300 | |a 11 str. | ||
| 500 | |a Soavtorji: Zorka N. Pintarič, Bojan Pahor, Zdravko Kravanja. | ||
| 520 | |a Eden izmed najbolj perečih problemov, s katerim se danes soočamo, je, kako preprečiti in zmanjšati kopičenje organskih in živalskih odpadkov. Zaradi okoljskih, ekonomskih in socialnih vidikov ti predstavljajo vrsto problemov. Razvoj novih tehnologij za izkoriščanje obnovljivih in alternativnih energetskih virov za proizvodnjo energije je postala zelo obetajoča disciplina za reševanje teh problemov. Proizvodnja bioplina iz organskih odpadkov in živalske biomase, kot so klavni odpadki iz živilsko predelovalne industrije in živalski gnoj iz kmetijstva, je ena izmed najbolj atraktivnih tehnologij za proizvodnjo zelene energije. V prispevku je predstavljen matematični model, ki je zasnovan kot mešano celoštevilski nelinearni problem (MINLP) za preliminarni izbor optimalnega procesa izrabe živalskih in drugih bio odpadkov. Model maksimira neto sedanjo vrednost procesa in vključuje izračun snovnih bilanc, poenostavljene zveze za izračun učinkovitosti proizvodnje in oceno investicijskih sredstev, ki so opisana z eksponencialno korelacijo. V študiji predpostavljamo, da so razpoložljive količine vhodnih substratov, vsebnost hlapnih organskih komponent v substratih in specifična proizvodnja metana iz substratov, znane. V modelu so uporabljene poenostavljene zveze brez kinetike in časovnih omejitev. Model superstrukture vsebuje agregirana matematična modela, ki sta opisana s termofilnimi in mezofilnimi pogoji fermentacije in agregirani model kafilerije t.j. obrata za predelavo klavnih odpadkov. V vhodnem substratu so zajeti svinjska gnojevka in piščančji odpadki III. (klavni odpadki) in II. kategorije (piščančji gnoj) ter rastlinski odpadki iz tovarne krmil. Uporaba modela je prikazana na industrijskem primeru in obravnava tri različne variante. Prva varianta obravnava reševanje problema, kjer gre za odločitev o izboru najboljših pogojev fermentacije t.j. za proizvodnjo bioplina z anaerobno razgradnjo po enem od dveh različnih reakcijskih pogojev (termofilni proces PI ali mezofilni proces PII), v kombinaciji s kafilerijo (proces PIII). V slednjem primeru je v procesu predelave možno uporabiti le živalske odpadke III. kategorije. Drugi dve varianti obravnavata primer, ko je iz vhodnega substrata izvzeta svinjska gnojevka, ki je zamenjana z ustrezno količino piščančjega gnoja in omogoča optimizacijo porabe vode v procesu. To je možno zagotavljati bodisi iz lokalnega vodnega vira kot svežo vodo, ali pa kot industrijsko odpadno vodo iz bližnje tovarne, ki jo je z bioplinarno potrebno povezati s tlačnim komunalnim vodom. Pri tem lahko uporabimo odprti (druga varianta) ali zaprti (tretja varianta) vodni sistem. Rezultati preliminarne ekonomske analize v prvi varianti kažejo, da je proizvodnja bioplina pri termofilnih pogojih v kombinaciji s kafilerijo najprivlačnejša opcija, ne glede na kakovost in kvantiteto vhodnega substrata. Optimalna rešitev je drugavarianta, ki za učinkovito delovanje procesa predvideva uporabo sveže vode iz lokalnega vodnega vira. Prihranki na račun uporabe industrijske vode ne upravičijo dodatne investicije v tlačni komunalni vod. Prav tako prihranki zmanjšane porabe vode v zaprtem vodnem sistemu zaenkrat še ne upravičujejo investicijo v ultrafiltracijo. | ||
| 520 | |a One of the most urgent problems that we are confronting with today is how to prevent and/or reduce the accumulation of organic and animal waste. Animal waste from slaughterhouses, animal dung and other bio waste represent serious problems from the environmental, economic, and social points of view. Development of new technologies for the utilization of renewable resources and the production of alternative energy became a very promising nascent discipline. Therefore, the production of biogas from various organic wastes became one of the most attractive technologies for the production of green energy. In this contribution a mathematical model that is formulated as a mixed integer nonlinear programming (MINLP) problem for the preliminary selection of optimal process for the use of animal and other bio waste is presented. The model maximizes net present value (NPV) of the process subjected to mass balances, simplified relationship of production efficiency and estimation of investment costs, which are represented by exponential correlation. It was assumed that any available quantities of substrates, specific methane production of substrates as well as their properties, e.g. volatile suspended solid (VSS) were known. Simplified performance relationships were used, without reaction kinetics and time constraints. A superstructure comprises two aggregated mathematical models for digesters tha tare described by thermophilic and mesophilic conditions, respectively and aggregated model for rendering plant in which slaughterhouse waste is processed. The inlet substrate consists of pig liquid manure (animal waste of category III.), poultry manure (category II.) and other residual green waste from feed factory. An industrial case with three variants was use to test the use of derived mathematical model. The first variant deals with a problem where a decision about the selection of best possible fermenting conditions (thermophilic that is represented by process PI vs. mesophilic that is represented by process PII) in combination with rendering plant (process PIII) is brought up. In latter, at rendering process only of category III waste could be used. The next two variants deal with a case where pig liquid manure is taken out of consideration and additional quantities of chicken manure are used whick enables optimization of the consumption of water in the process. Process water could be supplied either from a local well (fresh water) or meat factory (industrial water) located nearby and connected by a pressure sewage pipeline. The results of preliminary economic analysis show that in the first variant the production of biogas at thermophilic conditions in combination with rendering plant is the most attractive solution, regardless the quality and quantity of inlet substrate. In the second variant,the optimal solution anticipates the use of fresh water from local well, because savings on the account of the use of industrial waste water do not justify additional investment costs into the pressure sewage pipeline. | ||
| 653 | 0 | |a MINLP |a živalska biomasa |a bioplin |a superstruktura |a termofilni proces |a mezofilni proces |a kafilerija | |
| 653 | 0 | |a MINLP |a animal biomass |a biogas |a superstructure |a thermophilic process |a mesophilic process |a rendering part | |
| 700 | 1 | 2 | |a Drobež, Rozalija. |4 aut |
| 700 | 1 | 2 | |a Novak-Pintarič, Zorka. |4 aut |
| 700 | 1 | 2 | |a Pahor, Bojan, |d 1965- |4 aut |
| 700 | 1 | 2 | |a Kravanja, Zdravko. |4 aut |
| 773 | 0 | |a Slovenski kemijski dnevi (2008 : Maribor) |t Slovenski kemijski dnevi 2008, Maribor, 25. in 26. september 2008 |d Maribor : Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, 2008 |w 4013082 |z 9789612481186 |g 11 str. | |