農(nóng)村家用沼氣池設(shè)計(jì)精校版

課程設(shè)計(jì)說明書題目農(nóng)村家用沼氣池設(shè)計(jì)院系：地球與環(huán)境學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：環(huán)境工程班 學(xué)號(hào)： 年月日設(shè)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)要求工作量工作計(jì)劃參考資料安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書地球與環(huán)境學(xué)院院系環(huán)境工程教研室學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目學(xué)生姓名專學(xué)生姓名農(nóng)村家用沼氣池設(shè)計(jì)收集系數(shù)；圓柱體型池身直徑。沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進(jìn)料間與人、畜糞入口相連通；堅(jiān)持適用、衛(wèi)生、平面布局合理，外型美觀；池蓋頂端復(fù)土厚度不小于；強(qiáng)度安全系數(shù)≥；正常使用壽命年以上。指導(dǎo)教師簽字設(shè)計(jì)計(jì)算說明書份；設(shè)計(jì)成果打印并裝訂好，與圖紙一起放入專門的牛皮紙袋中。資料收集與整理天；設(shè)計(jì)計(jì)算天；繪制有關(guān)圖紙?zhí)欤痪帉懺O(shè)計(jì)說明書天王志魁化工原理北京化學(xué)工業(yè)出版社羋振明固體廢物的處理與處置北京高等教育出版社趙由才固體廢物污染控制與資源化北京化學(xué)工業(yè)出版社卞有生生態(tài)農(nóng)業(yè)中廢棄物的處理與再生利用北京化學(xué)工業(yè)出版社張平水壓式沼氣池原理與構(gòu)造可再生資源教研室主任簽字年月日年月日概論根據(jù)基礎(chǔ)資料，設(shè)計(jì)一個(gè)方案，對(duì)農(nóng)業(yè)固體廢物畜禽糞便和秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，溫度低的時(shí)候?qū)υ线M(jìn)行換熱，使進(jìn)口溫度滿足中溫厭氧發(fā)酵，出口氣體吸收其中的硫化氫，沼氣經(jīng)凈化之后達(dá)到《惡臭污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》()中二級(jí)新擴(kuò)改建標(biāo)準(zhǔn)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)如示：表1惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)值新擴(kuò)改建三級(jí)新擴(kuò)改建控制項(xiàng)目三甲胺硫化氫甲硫醇二甲二硫二硫化碳苯乙烯臭氣濃度無量綱序號(hào)123456789(1)設(shè)計(jì)題目(2)主要設(shè)計(jì)任務(wù)①水壓式沼氣池尺寸設(shè)計(jì)：沼氣池主體容積、高度、直徑、水壓間容積、②配套設(shè)施：換熱器的傳熱面積、管長、管徑、標(biāo)準(zhǔn)換熱器選型；吸收塔填料層高度、塔徑、總壓力等。③換熱器和吸收塔采用間歇式操作，一次厭氧發(fā)酵時(shí)間為30天，比較冷的(3)設(shè)計(jì)目的學(xué)過的與環(huán)境工程有關(guān)的專業(yè)知識(shí)，特別是厭氧發(fā)酵章節(jié)；②領(lǐng)會(huì)國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)的方針、政策和法規(guī)，初步樹立正確的環(huán)境保護(hù)指導(dǎo)思想；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，通過課程設(shè)計(jì)規(guī)定的任務(wù)，培養(yǎng)全面考慮和解決問()基礎(chǔ)資料地基允許承載力≥，地下水位在地面下，水壓間有效容積是日產(chǎn)氣量的，裝置內(nèi)最大氣壓極限≤，裝置內(nèi)正常工作氣壓≤，()在總體技術(shù)路線上要符合我國生活垃圾處理的技術(shù)政策，水壓式沼氣()配套換熱器和吸收塔，保證水壓式沼氣池的溫度比較恒定且能有效回()根據(jù)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)承受能力，盡可能為國家節(jié)省建設(shè)資金。隨著生活水平的提高和集約式農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)村固體廢物中畜禽糞便和秸稈的產(chǎn)生量越來越大，不及時(shí)有效的處理將造成農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生的破壞。利用普通使用的水壓式沼氣池進(jìn)行處理，既可以有效利用資源，又可以產(chǎn)生新的清潔大、處理效果好的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在隨季節(jié)溫度變化工作不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)的過程中需要克服該問題。()沼氣及其產(chǎn)生過程通過微生物發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。由于這種氣體最初是在沼澤、湖 ()。沼氣細(xì)菌分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣的過程，叫沼氣發(fā)酵。根據(jù)沼氣發(fā)酵過程中各類細(xì)菌的作用，沼氣細(xì)菌可以分為兩大類。第一類細(xì)菌叫做分解菌，它的作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物和二氧化碳()等。它們當(dāng)中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質(zhì)的，叫蛋白分解菌；有專門分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二類細(xì)菌叫含甲烷細(xì)菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把簡(jiǎn)單的有機(jī)物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機(jī)物變成沼氣的過程，就好比工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品的兩道工序：首先是分解細(xì)菌將糞便、秸稈、雜草等復(fù)雜的有機(jī)物加工成半成品——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的化合物；再物加工成產(chǎn)品——()沼氣的成分沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫 ()、氮及其他一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重?zé)N等氣體；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣成分中甲烷含量為~、二氧化碳含量為~、硫化氫平均含量為()沼氣的理化性質(zhì)沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭的氣體，它的主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體。甲烷分子式是，是一個(gè)碳原子與四個(gè)氫原子所結(jié)合的簡(jiǎn)單碳?xì)浠衔铩＜淄閷?duì)空氣的重量比是，比空氣約甲烷是簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，最高溫度可達(dá)發(fā)熱量約℃左右。純甲烷每立方米發(fā)熱量為千焦。沼氣每立方米的千焦，相當(dāng)于千克柴油或千克煤炭充分燃燒后放出的所能利用的熱量。水壓沼氣池是一種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)部分。圓筒形結(jié)構(gòu)沼氣池的受力性能好，比相同容積的長方形池表面積小左右，池內(nèi)無死角，容易密封，有利于甲烷菌的活動(dòng)，以發(fā)揮甲烷菌的產(chǎn)氣作水壓式沼氣池的工作原理是：產(chǎn)氣時(shí)，沼氣壓料液使水壓箱內(nèi)液面壓高；用氣時(shí)，料液壓沼氣供氣。產(chǎn)氣、用氣循環(huán)工作，依靠水壓箱內(nèi)料液的自動(dòng)升降，使氣室的氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。()水壓式沼氣池型有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①池體結(jié)構(gòu)受力性能良好，而且充分利用土壤的承載能力，所以省工省料，成本比較低。②適于裝填多種發(fā)酵原料，特別是大量的作物秸稈，對(duì)農(nóng)村積肥十分有③為便于經(jīng)常進(jìn)料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時(shí)都能打掃④沼氣池周圍都與土壤接觸，對(duì)池體保溫有一定的作用。()水壓式沼氣池型也存在一些缺點(diǎn)，主要是：①由于氣壓反復(fù)變化，而且一般在~千帕(即~厘米水柱)壓力之間變化。這對(duì)池體強(qiáng)度和燈具、灶具燃燒效率的穩(wěn)定與提高都有不利的影②由于沒有攪拌裝置，池內(nèi)浮渣容易結(jié)殼，又難于破碎，所以發(fā)酵原料的利用率不高，池容產(chǎn)氣率(即每立方米池容積一晝夜的產(chǎn)氣量)偏低，一般產(chǎn)氣率每天僅為米米左右。③由于活動(dòng)蓋直徑不能加大，對(duì)發(fā)酵原料以秸稈為主的沼氣池來說，大出料工作比較困難。因此，出料的時(shí)候最好采用出料機(jī)械。與高溫發(fā)酵相比，所需熱量要少得多。從能量回收的角度，該工藝被認(rèn)為是一種較理想的發(fā)酵工藝類型。目前世界各國的大、中型沼氣工程普遍采用此工有機(jī)物厭氧發(fā)酵依次分為液化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段(如圖所示)。各階段各有其獨(dú)特的微生物類群起作用。液化階段起作用的細(xì)菌稱為發(fā)酵細(xì)菌，包括纖維素分解菌、脂肪分解菌、蛋白質(zhì)水解菌。產(chǎn)酸階段起作用的細(xì)菌是醋酸分解菌。這兩個(gè)階段起作用的細(xì)菌稱為不產(chǎn)甲烷菌。產(chǎn)甲烷階段起作用的細(xì)工藝流程圖如圖所示，采用中溫厭氧發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間為天，也就是說天進(jìn)行一次大換料。一月到三月、十月到一月溫度比較低，這段時(shí)間對(duì)原料發(fā)酵原料：所設(shè)計(jì)的沼氣池所用的農(nóng)業(yè)固體廢物主要有豬糞和秸稈兩種，其年產(chǎn)量為噸，因?yàn)樵谀戏?，所以秸稈為稻草。為使發(fā)酵過程有一個(gè)較高的產(chǎn)氣量，可將貧氮原料與富氮原料適當(dāng)配合成為具有適宜碳氮比的混合原料。羋振明《固體廢棄物的處理與處置》表—得稻草中為、為；豬。，豬糞則為()噸一次性投加的稻草為噸，豬糞為噸。水壓式沼氣池的容積比較小，對(duì)于每月噸的原料無法全部容納，因此分十個(gè)沼氣池同時(shí)作業(yè)，每個(gè)料一次，()氣壓：(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)為宜。()池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池容一晝夜的產(chǎn)氣量，單位為沼氣(池容)。目前，我國農(nóng)村沼氣池一般為常溫發(fā)酵，在設(shè)計(jì)沼氣池時(shí)，參照試驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用產(chǎn)氣率標(biāo)準(zhǔn)為：在溫度變化幅度為~℃，發(fā)酵料液中的干物質(zhì)含量為~％時(shí)，每天每立方米發(fā)酵料液產(chǎn)氣量為~，夏季產(chǎn)氣旺盛，冬季較差。我國通常采用的池容產(chǎn)氣率包括、、和幾種，本設(shè)計(jì)取池容產(chǎn)氣率為。()貯氣量：貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣()池容：池容系指發(fā)酵間的容積，農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有()投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比，一般在為宜。()確定池容稻草和豬糞的年產(chǎn)量為噸，月產(chǎn)量為噸。因?yàn)榱弦旱暮食^，取，所以沼氣池的容積可以定為÷。()確定貯氣量貯氣量池容產(chǎn)氣率×池容×××，這是每月產(chǎn)生的總沼氣量，每個(gè)沼氣池產(chǎn)生的沼氣通過管道連接在一起，進(jìn)入吸收塔進(jìn)行后續(xù)處()計(jì)算圓筒形發(fā)酵間容積：——池蓋曲率半徑，它與其他尺寸的關(guān)系為r=1(R2+f2)；12f11——池底曲率半徑，它與其他尺寸的關(guān)系r2——池體內(nèi)徑——池身高度1(R2+f2)；2f22π——圓周率，取綜合圓形沼氣池的內(nèi)力結(jié)構(gòu)計(jì)算，材料用量計(jì)算和施工、管理、使用技術(shù)等各種因素，一般認(rèn)為池蓋矢跨比f1=1，池底矢跨比f2=1和池身高H=DD5D82.5f=，ff=，f=，R=代入上面各式得：15282V =1氣死貯沼氣池的總高為，因?yàn)榈叵滤辉诘孛嫦?。假設(shè)在地面下，為了避免污染地下水，可設(shè)沼氣池的地下埋深為，在地面以上的部分為確定進(jìn)出料管的安裝位置：水壓式沼氣池進(jìn)出料管的的水平位置，一般都確定在發(fā)酵間直徑的兩端。()進(jìn)出料管的垂直位置一般確定在發(fā)酵間的最低液面設(shè)計(jì)高度處。該位置①計(jì)算死氣箱拱的矢高：即池蓋拱頂點(diǎn)到發(fā)酵間的最高液面—位置的距離，如圖所示。其中，死氣箱拱的矢高可按下式計(jì)算死死式中：——池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下邊緣平面的距離(計(jì)算過程略去)，對(duì)直徑的活動(dòng)蓋，該值在—之間，取——導(dǎo)氣管下露出長度，一般取—，取——導(dǎo)氣管下口到—液面距離，一般取—，取死、活動(dòng)蓋、導(dǎo)氣管、蓄水圈、死氣箱、固定拱蓋②計(jì)算死氣箱的容積死死死徑死投料率()④計(jì)算最大貯氣量貯池容×池容產(chǎn)氣率×××貯⑤計(jì)算氣箱總?cè)莘e氣氣死貯效氣箱容積(最大貯氣量)氣×÷××因此—液面位置在池身內(nèi)⑦計(jì)算發(fā)酵間最低液面位—對(duì)于一般的沼氣池來說，氣均大于，也就是說—液面位置在圓筒形池身范圍內(nèi)，此時(shí)，要確定進(jìn)出料管的安裝位置，應(yīng)按下式先算出氣箱在圓筒形池身部分的容積筒氣筒V，因此h=筒筒筒R2筒—液面位在池蓋與池身交接平面以下就是進(jìn)出料管的安裝位置。筒×筒水壓間的設(shè)計(jì)水壓間的設(shè)計(jì)包括確定以下三個(gè)尺寸：()水壓間的底面標(biāo)高，此標(biāo)高應(yīng)確定在發(fā)酵間開始工作狀態(tài)時(shí)的液面位置—水平。()水壓間的高度△：此高度應(yīng)等于發(fā)酵間最大液位下降值與水壓間液面最大上升值之和，即△()水壓間容積：此容積等于池內(nèi)最大貯氣量。最大投料量因?yàn)橐驗(yàn)? 直徑()池蓋曲率半徑()矢高()集氣間體積()，儲(chǔ)氣量()()××()根據(jù)，就可求出水壓間的直徑。假設(shè)則因?yàn)榱弦汉食^，可以把料液當(dāng)水看待。料液從℃升至℃，熱水從℃降至℃，逆流流動(dòng)。每月的原料液一次性進(jìn)入換熱器，加熱后再進(jìn)入沼氣池進(jìn)行中溫發(fā)酵，每個(gè)沼氣池配一臺(tái)換熱器，則原料液流量為月，換熱時(shí)間為，則原料液的流量為。()計(jì)算熱負(fù)荷(不計(jì)熱損失)及熱水用量()平均溫度差△℃；△℃ttt2t+t 逆2℃，因?yàn)樵弦汉蜔崴髁勘容^大，單管程的換熱器無法完成換熱任務(wù)，所以選擇單殼程雙管程的換熱TT7545 221， 21Tt，溫度校正系數(shù)φ1((為φ＞可行，△φ×△ ()估算傳熱面積估選總傳熱系數(shù)估逆×估℃ ()試選型號(hào)因?yàn)樵弦褐泻袘腋∥镔|(zhì)，長期在換熱器中流動(dòng)，會(huì)有部分沉積，造成換熱管堵塞，增大污垢熱阻，必須經(jīng)常清洗換熱器。殼程中有旋流擋板，易造成懸浮顆粒沉降，而管程則易于清洗，所以熱水走殼程，料液走管程。管內(nèi)料液的流速選取估算單程管子根數(shù)為根===幾3600pd2u411根據(jù)傳熱面積估算管子長度估′A估若用管程，則每管程的管長選用L6h0.2根，每管程的管數(shù)根，管中心距，正方形錯(cuò)4塊。傳熱面積選()校核總傳熱系數(shù)αdup p11=7 p11=71α入d1r1×()0.8×②殼程對(duì)流傳熱系數(shù)α((t××(殼程流通截面積27.正方形排列的當(dāng)量直徑=0.027md3.140.0250ur.659ur.659w2w1×(1×()3×(2)α2Pα2dw③總傳熱系數(shù)取污垢熱阻1 K1a11 m④傳熱面積m選選A84.9，即傳熱面積有的裕量，符合要求()傳質(zhì)推動(dòng)力的計(jì)算在溫度℃，總壓下，含有(摩爾分?jǐn)?shù))的沼氣與清相同條件下，氣體密度之比等于氣體相對(duì)分子質(zhì)量之比?？諝馄骄肿恿渴牵蚧瘹涫?，所以硫化氫密度比空氣的大?！鏁r(shí)空氣的密度是，則的密度是，吸收后的必須小于，即×，吸收率要達(dá)到以上。一般硫化氫的濃度超過時(shí)可引起人頭痛、乏力、失明、胃腸道病等癥狀。超過時(shí)，可很快致人死亡。從實(shí)際情況考慮，只要的摩爾分?jǐn)?shù)低于即可，所以本設(shè)計(jì)要求吸收率達(dá)到，即出口混合氣體中的摩爾分?jǐn)?shù)是。從《化工原理》表查得水溶液的亨利系數(shù)，總壓，相平衡常數(shù)