Biologisk och termisk energiåtervinning
Provmoment:
Tentamen
Ladokkod:
41N07B
Tentamen ges för:
En2
7,5 högskolepoäng
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:
Telefonnummer:
Kamran Rousta
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)
b)
c)
d)
e)
Verkliga luftmängd i kmol/(kg br) (8p)
Avgaser mängd sammansättning i kmol/(kg br) (8p)
Volym- och viktprocent för avgaser sammansättnig (6p)
Hur många ton ånga produceras per timme? (10p)
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 5·106
celler/mL efter 2 timmar och 2·107 celler/mL efter ytterligare 2 timmar. Räkna ut
generationstiden (tg) och specifik tillväxthastighet (µmax) (4p)
4- En mikroorganism odlas kontinuerlig i en omrörd tankreaktor. Tillväxtkinetiken kan
beskrivas med Monod:
där µmax = 0,4 h-1 och Ks = 4g/L
För övrigt följande data gäller för processen:
Reaktor volym, V = 2 m3
Flödet in och ut, F = 0,4 m3/h
Substrat koncentration i inflödet, S0 = 10 g/L
Ytbytet av biomassa på förbrukat substrat, Yx/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 m3 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/m3/dag organisk
belastning (OLR).
a) Hur hög är det volymetriska flödet (m3/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)
