1. Modelowanie matematyczne procesów fermentacji metanowej Mirosław Imbierowicz Alicja Zawadzka Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej V I Forum Klastra Bioenergia d la Regionu Biogazownie rolnicze – uwarunkowania polskie i szwedzkie Łódź, 6.05.2010 r.
2.
3. Produkcja biogazu R ys historyczny Żródło : Buswell A.M., „ Production of Fuel Gas by Anaerobic Fermentations ”, Ind. Chem. Eng ., 1930 , 22(11), p. 1168
4. Produkcja biogazu S tan obecny Żródło :De Baere L., Mattheeuws B.: „ State-of-the-art 2008 - Anaerobic digestion of solid waste ”, Waste M anag . W orld , 2008 , 9(4), 3 Przepustowość instalacji do fermentacji odpadów stałych w krajach UE
5. Produkcja biogazu wniosek/teza Szybki rozwój sektora przetwórstwa odpadów organicznych i produkcji biogazu pociągnął za sobą wzrost zapotrzebowania na prace o charakterze B+R, zmierzające do optymalizacji procesów pozyskiwania metanu i redukcji kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych instalacji fermentacyjnych. Podstawowym narzędziem wykorzystywanym do optymalizacji procesów biochemicznych i obniżania kosztów jednostkowych produkcji biogazu, jest modelowanie matematyczne procesów, biegnących w analizowanych instalacjach.
6. Modelowanie procesów biochemicznych Model to system założeń, pojęć i zależności pozwalający opisać (zamodelować) w przybliżony sposób jakiś aspekt rzeczywistości. Na ogół wyrażany jest w języku matematyki (tzw. model matematyczny), gdyż taki sposób zapisu daje możliwość jego doświadczalnego sprawdzenia. Obiekt Idealizacja i uproszczenie obiektu Model matematyczny obiektu Stworzenie pełnego modelu matematycznego bioreaktora jest zadaniem złożonym, a otrzymanie pełnego rozwiązania tego problemu jest obecnie niemożliwe. W wielu przypadkach nie można bowiem w sposób pewny opisać procesów elementarnych i warunków ich wzajemnych powiązań
9. Kinetyka reakcji biochemicznych Mechanizm reakcji fermentacji
10. Kinetyka reakcji biochemicznych Badanie mechanizmu i kinetyki reakcji fermentacji
11. Kinetyka reakcji biochemicznych Mechanizm reakcji fermentacji (model ADM1) Żródło :Batstone D. J., Mathematical modelling of anaerobic reactors treating domestic wastewater: Rational criteria for model use, Rev. Environ. Sci. Bio/Techn. , 2006 5, pp. 57–71. W modelu ADM1 uwzględniono 19 procesów elementarnych, opisanych za pomocą 26 zmiennych i wielu różnych parametrów kinetycznych. Należy podkreślić, że zastosowanie modelu takiego jak ADM1 (lub jakiegokolwiek innego) do symulacji konkretnego procesu fermentacji, musi być poprzedzone jego kalibracją, czyli identyfikacją wartości parametrów i stałych kinetycznych obecnych w tym modelu, w oparciu o przeprowadzone eksperymenty.
19. Modelowanie procesów biochemicznych Hydrodynamiczne modele przepływu – modele CFD Skomplikowany charakter zjawisk zachodzących w mieszalnikach (bioreaktorach) oraz trudności w opisie właściwości fizykochemicznych środowiska sprawiają, że bezpośrednie wykorzystanie równań hydrodynamiki klasycznej przy modelowaniu fermentatorów nie jest możliwe. Stosuje się w takich przypadkach modele uproszczone, które w sposób wystarczająco dokładny opisują warunki hydrodynamiczne panujące w reaktorze. Obecnie, coraz większego znaczenia nabierają modele CFD (numerycznej mechaniki płynów), bazujące na rozwiązaniach równań transportu masy, energii i pędu (np. równanie Naviera-Stokesa). Modelowanie obiektów z użyciem metod CFD można określić jako sztukę przekształcania równań różniczkowych transportu w taki sposób, aby uzyskać wartości liczbowe prędkości, temperatury i stężeń w wybranych punktach modelowanego urządzenia procesowego. Żródło : Jaworski Z. „Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej” , Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005.
20. Etapy analizy numerycznej CFD Żródło : Jaworski Z. „Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej” , Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2005, str. 10
21. Rezultaty analizy numerycznej CFD Żródło : Um B.-H., Hanley T. R. „ A CFD model for predicting the flow patterns of viscous fluids in a bioreactor under various operating conditions , Korean J. Chem. Eng ., 2008 , 25(5), 1094-1102. Mapa wektorów prędkości promieniowo-osiowych w zbiorniku z mieszadłem Rushtona
![Treść wystąpienia ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)