Физика кафедрасы
Биогаз өндіру технологиясы
жүктеу/скачать 6,09 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Биогаздың
- Қазақстанда биоотынды өндіру мүмкіндігі
| Биогаз өндіру технологиясы
Қазіргі кезде дүниежүзінің көптеген елдерінде биогаз өндіретін әртүрлі техникалық қондырғылар пайдалануда және жаңа жобалар жасалуда. Шет елдерде биогаз өндіру ауылшаруашылық саласының энергетикалық теңгерісінде алдынғы қатарлы орын алады. Биогаз өнімі газ тәріздес, ол әртүрлі органикалық қалдықтардың ферменттерінің анаэоборлық жолмен, ауа бермей өңдеудің нәтежесінен пайда болады. Одан алынған өнімнің құрамында метан (СН4) – 55-70%, көмір кышқыл газы (СО2) – 28-43% жәнеде аз мөлшерде күкіртті сутегі – (Н2S) бар. Биогаз өндірудің кең тараған әдісі ол – анаэробты ашыту реактор-метатанкте немесе анаэробты бөшкелерде. 1 м3биогаздың құрамындағы 50-80% метан және 20-50% көмір қышқыл газы бар жылу беретін өнімділігінің шамасы 10-24 МДж бұл 0,7-0,8 кг шартты отынға тең. Биогаздың – жану жалыны көгілдір түсті оның құрамындағы 60-70% метан 4500-5000 ккал/м3жылу өнімін береді бұл шамалар бір-біріне тікелей тәуелді. Егер арнайы биогаз жағатын оттықты пайдаланса онда жылу эффектісін 55-65% көтеруге болады [10,17,13,24]. Биогаз – улы емес, түссіз, дәмсіз және исі жоқ тұрақты газ. Қазақстанда биоотынды өндіру мүмкіндігі Қазақстанның ауыл шаруашылығында жылына жиналатын органикалық қалдықтар 40 миллион тоннаны құрайды. Оны биогаз технологиясымен өңдей отырып 18 миллиард куб биогаза өндіруге болады, бұл 14-15 млн. тоннш.о. құрайды. Қазақстанда мал өнімдерінің қалдықтары тұрақты биомаңыз энергиясын өндіретін өндіріс болып табылады [10,11,17]. Қазірдің өзінде елімізде мал қадықтарынан қалған өнімдерден шамамен 2 млн.т.ш.о. жыл биогаз өндіруге болады. Мысалы - 15 м3биогаз семьясында 4-5 адам бар бір үйді (60 м2), бір тәулік бойы жылумен және ыстық су мен қамтамасыз етеді. Есеп бойынша 1 м3 биогаз – 0,4 л керосинге, 1,6 кг көмірге; 0,4 кг бутанға немесе 2,5 кг мал қалдығының брикіне тең. Қазақстанда биомаңыз өнімдері жеткілікті себебі біздің елде малшаруашылығы жақсы дамыған, сондықтан тұрақты жағдайда биогаздың көмегімен жылу немесе электр энергиясын өндіруге мүмкіндік бар. Қазіргі кездегі физика жарықты электромагниттік толқындар ретінде қарастырады, оның екі түрлі табиғаты бар. Ол өзін толқын ретінде көрсетеді және корпускулалық қасиетке ие. Жарық сәуле шығарады және үздіксіз ағынмен емес, ол бөлек, бір-бірімен байланысы жоқ порциялармен немесе толқындық фотондармен таралады. Әрбір фотон белгілі мөлшердегі энергия тасығыш болып саналады. Фотондар энергия мөлшері бойынша ажыратылады. Энергия мөлшері ең үлкен фотон бұл толқындық теорияның ең үлкен жиілігімен сипатталатын сәулеленуге сәйкес фотон [1, 12 ,46]. Егер тек көрінетін жарық туралы айтсақ, ең үлкен энергияға күлгін түсті фотондар ие, ал ең кіші фотондар, қызғылт сәуле ағындарының құрамына кіреді /8/. Фотон энергиясы есәулелену жиілігінеvпропорционал екені анық: (9.1) мұндағы, – Планк тұрақтысы Егер ефотон энергиясы жоғары болса, яғни жиілікvтөмен болса,электрмагниттік сәулеленудің корпускулалық құрылымы соғұрлым тезірек анықталады. Рентген немесе γ-сәулелер ағынында практикалық түрде негізінен корпускулалық қасиет пайда болады. Фотон энергиясы етөмен болса, яғни жиілік v төмен болса сәулеленудің толқындық қасиеті соғұрлым үлкен дәрежеде көрінеді. Ұзын толқынды сәулелену ағыны (радиотолқындар) тек өзінің толқындық қасиетін ғана оңай анықтайды және практикалық түрде корпускулалықты анықтамайды. Электромагниттік сәулелену шкаласында көрінетін жарық жиіліктері немесе толқын ұзындықтарының арасы өте тар мәнге ие болады: 0,4-0,8 мк. Көрінетін сәулеленудің жартылай өткізгіші бетіне түскенде болатын физикалық құбылыстарды қарастырғанда, әртүрлі энергиялардың фотондар ағыны ретінде қарастыруға болады [5, 12, 34, 50]. 23-сурет. Металдар мен жартылай өткізгіштердің фотоэффектілік сұлбасы Егер фотондардың ағыны қандай да бір металл бетіне түссе, фотондардың бір бөлігі сонда шағылады, ал қалған бөлігі металға жұтылады. Жұтылған фотондар өз энергиясын металдың кристалл торына және бос электрондарға береді де, тордың амплитудалық тербелісін және бос электрондарының хаостық қозғалыс жылдамдығын жоғарылатады Егер фотон энергиясы үлкен болса, онда ол металдан электронды шығарып алуға жеткілікті болады, яғни шығу жұмысына φ (9.1 а-сурет) қарағанда тең немесе үлкен энергияны қабылдайды. Бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады. Егер жұтылған фотон энергиясы металдан электронды шығарып алуға жеткілікті болмаса, оның энергиясы ақырында түгелімен металды қыздыруға кетеді [46, 51, 52]. Бұндай құбылысты біз жартылай өткізгішке фотондардың ағыны әсер еткенде байқаймыз. Кристалдық жартылай өткізгіштердің металдардан таза түрінде (қоспаларсыз) айырмашылығы, егер оларға ешқандай сыртқы факторлар әсер етпесе (температура, электрлік өріс, жарық сәулеленуі, т.с.с.), бос электрондары болмайды. Бірақ жартылай өткізгіш материалына әрқашан қандай да бір температура (жиі бөлменікі) әсер етсе, атомдармен байланысқан электрондардың бір бөлігі жылулық тербелістердің арқасында атомдардан үзуге жеткілікті энергия шығаруы мүмкін. Бұндай электрондар бос электрондарға айналады және электр тасымалдаушы бола алады. Электронынан айрылған жартылай өткізгіш атомы электрон зарядына тең дұрыс зарядқа ие болады. Бірақ электроны жоқ атомдағы орын көршілес атом электронымен толтырылуы мүмкін. Бос электрон түзілуінен босаған орын зарядталған бөлшекке теңдей болады, ол кемтікдеп аталады.Кемтіктерэлектр тогының өту үдерісіне қатысуы мүмкін. Атомдармен байланысқан электрондардың энергиясы, оның шегінде табылатын толтырылған энергетикалық аймақ немесе валенттік байланыс аймағы деп аталады. Бос электрондардың энергиясы салыстырмалы үлкен, сондықтан ол әлдеқайда жоғары энергетикалық аймақта –өткізу аймағында (9.1-суреттегі 1-аймақ) тұрады. Толтырылған аймақ пен өткізу аймағының арысында тыйым салынған энергиялардың аймағы болады, яғни энергиялардың мұндай мәндегі аймағында, берілген жартылай өткізгіштің материалының байланысқан да, бос күйінде де бола алмайды. Бұл жартылай өткізгіштердің әртүрлі тыйым салынған аймақтағы мөлшері әрқилы. Мысалы, германий үшін – 0,7 эв(электроновольт), ал кремний үшін 1,12– эв . Кемтіктер толтырылған аймақта болады, себебі олардың түзілуі тек қана жартылай өткізгіштердің кристалл торларының атомдарында ғана мүмкін [5,12,17,25]. Бос электрон-кемтік жұбының мөлшері жартылай өткізгіштердің беті жарықтанғанда кенет өсуі мүмкін. Бұл мынамен түсіндіріледі, кейбір фотондардың энергиялары электрондарды атомдардан шығарып алуға және оларды толтырылған аймақтан өткізу аймағына ауыстыруға жеткілікті болады. Бұл құбылыс ішкі фотоэффектдеп аталады. Ішкі фотоэффекттің шарты мына теңдеумен анықталады Eg, (9.2) мұндағы, Eg – тыйым салынған аймақтың ені. Электрондардың және кемтіктердің концентрациясының артуы жартылай өткізгіштік материалдың өткізгіштігінің артуына алып келеді. Сыртқы факторлардың әсерінен ток өткізгіштігі таза монокристалды жартылай өткізгіште меншікті өткізгіш деп аталады, себебі ол тек қана жартылай өткізгіштің қозған күйімен ескертілінген. Сыртқы әсерлердің жоғалуымен бос электрон-кемтікті шарлар жоғалады (бір-бірімен кері комбинацияланады) және меншікті өткізгіштігі нөлге ұмтылады. Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффектқұбылысы да бар. Бірақ ол металдағы жағдайға қарағанда әлдеқайда күрделі сипатқа ие. Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффектін жасау үшін квант жұтып алынған энергиясы толтырылған аймақтан электрондарды шығаруға және оларды жартылай өткізгіштен жоюға жеткілікті болуы керек. Сонымен, жартылай өткізгіштегі сыртқы фотоэффект сәулеленудің жиілікпен әсері арқасында болады, ол ішкі фотоэффект қарастыратын жарық жиілігінен әлдеқайда үлкен. Сондай жоғары жиілікті сәулелену үлесі жалпы түсетін күн сәулеленумен салыстырғанда үлкен емес, сондықтан әдеттегі жартылай өткізгіштерде сыртқы фототоктар аз [22, 25, 46]. Жарықты электр энергиясына түрлендіру ішкі фотоэффектімен ғана байланысты. Тек қана бір меншікті өткізгіштікке ие идеалды таза жартылай өткізгіш материалдар жоқ. Әдетте жартылай өткізгіш қандай да бір белгілі типті өткізгіштікке ие: не тек қана кемтікті (р-типті), не тек қана электронды жартылай өткізгіштің өткізгіштік типі оның кристалдық торына активті қоспалар енгендегі валенттілікпен анықталады. Кремний үшін активті қоспа ретінде Менделеевтің периодтық кестесінің үшінші (бор, алюминий, галлий, индий, таллий) немесе бесінші (фосфор, мырыш, сурьма, висмут) тобына жататын элементтер кіреді. Ал кремнийдің өзі периодтық кестенің төртінші тобына жатады. жүктеу/скачать 6,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|