Biokaasulaitteiston suunnittelu, rakentaminen ja validointi

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella, rakentaa ja validoida laboratoriomittakaavan biokaasutuslaitteisto, joka tulee palvelemaan sekä Savonia-ammattikorkeakoulua että Itä-Suomen yliopistoa yhteisissä laboratoriotiloissa. Taustana työlle toimi lisääntynyt tarve eri ainesten kaasuuntuvuustutkimuksille tarve sekä puutteet olemassa olevassa laitteistossa. Biokaasualan tutkimus- ja kehitystyö on yksi Savonia-ammattikorkeakoulun ympäristötekniikan painopisteistä. Työssä vertailtiin muualla käytössä olevia vastaavia biokaasutuslaitteistoja ja tutkittiin eri materiaalien soveltuvuutta suunniteltavaan laitteistoon. Näiden ja työn tilaajan tarpeiden pohjalta suunniteltiin uusi laitteisto. Laitteistolle asetettiin vaatimuksiksi läpinäkyvyys ja autoklaavin kestävyys. Valmiin ja hyväksytyn suunnitelman pohjalta kilpailutettiin laitteiston eri osien valmistaminen eri yrityksillä ja rakennettiin prototyyppi, jossa on vastaavat rakenteet. Prototyypillä tutkittiin laitteiston yleistä toimintaa, käyttöä ja tulosten luotettavuutta osana validointia. Suunnittelun mukaisesti rakennettiin neljän reaktorin muodostama kokonaisuus. Valmis laitteisto koepaineistettiin kaasutiiviyden varmistamiseksi. Rakennettu laitteisto todettiin luotettavaksi, toimivaksi ja edulliseksi. Kehitetylle laitteistolle laadittiin käyttöohjeet laitteen opetus- ja tutkimuskäyttöön.

The purpose of this thesis was to design, construct and validate a new laboratory-scale biogas plant for continuous tests. The subscriber was Savonia University of Applied Sciences. The apparatus will be used for testing the gasification and anaerobic digestion of different organic materials, like biomass and biowaste. Writing the manual for the apparatus was also part of the thesis. Main requirements set for the apparatus were transparency and autoclave durability. The designing process was based on similar apparatuses currently in use. Designing also included charting of suitable materials for the biogas reactor. With these and after finding an affordable manufacturer, the final design was formed after a few sketches. Before constructing the actual apparatus, a prototype was made. This prototype included all the features of the actual one, except that it was much cheaper to construct. The prototype was used for the validating process along with some other tests carried out before ordering the parts for the actual apparatus. The main parts of the plant were constructed by subcontractors, leaving practically only the assembly to be done within this thesis. The apparatus constructed combined all of the best features of the apparatuses used by others and was made out of lasting materials. The requirements set were all met and the design works perfectly.