IC厌氧反应器的内循环装置

1、IC厌氧反应器的内循环装置龚钢明,邵希豪,蔡宝国(上海应用技术学院生物与食品工程系,上海200433摘要:通过模拟实验,对IC厌氧反应器中内循环装置进行了研究,并对其工作原理及影响内循环的一些因素进行了探讨。关键词:IC厌氧反应器;内循环装置;厌氧消化中图分类号:X703;S216.4文献标识码:A文章编号:1000-1166(200201-0023-03Study0n I nternal Circulation Device of I nternal Circulation Anaerobic Reactor G ONG G ang-ming,S HAO Xi-hao, CAI Bao-gu

2、o(Dept.of Biotechnology,Shanghai Institute of Technology,Shanghai200433,ChinaAbs tract:The Internal Circul ation Device of Internal Circul ation(ICAnaerobic Reactor was studied by imitative experim-ents.The working principle and factors that influence internal circulation were described in detail.K

3、eywords:IC anaerobic reactor;internal circulati on device利用厌氧反应器本身所产生的沼气驱动发酵液在反应器内不断地循环,以达到强化传质过程的目的,是IC厌氧反应器最基本的特点。而发酵液的循环是靠反应器中一特殊结构内循环装置来实现的。该装置设计是否合理,对IC反应器的性能有着重要的影响,笔者采用模拟方法,对内循环装置进行了研究,并对其工作原理和影响内循环的一些因素进行了探讨。1内循环装置的结构及工作原理实验用IC反应器用有机玻璃制作。内循环装置的结构见示意图,它主要由沼气提升管、回流管、集气罩和气液分离器4个部分构成。在模拟实验中,以空气代

4、替沼气。用可调式微型气泵将空气送入IC反应器内。气体量用贮气浮罩进行计量,液体的循环量用量筒计量。在实验中采用了数个高度(50 120cm不同的反应器和数个直径(220mm不同的提升管。为了说明内循环装置的工作原理,可将提升管与回流管看成是一个连通器。当气体进入提升管后,管内气、水混合液的比重小于回流管内水的比重,比重小的液体的液位高,在高度为h1的回流管内水柱的压力下,提升管内的液面会上升至h2的高度,其等式如下:D w h1=D m(h1+h2(1式中D w水(发酵液的容重(kgm-3 1.气体出口;2.气液分离器;3.溢流口;4.滞留液位5.发酵液液面;6.提升管;7.回流管;8.气咀;

5、9.集气罩;10.沼气导向板收稿日期:2001-04-29修回日期:2001-08-15作者简介:龚钢明(1957-男,江西南昌人,硕士,主要从事生物技术的教学与研究工作。23中国沼气China Biogas2002,20(1D m提升管内气、水(沼气与发酵液混合液的容重(kgm-3h1提升管在水(发酵液内的浸没深度(mh2水(发酵液的提升高度(m当沼气进入提升管后,管内发酵液的容重变小,从理论上讲,只要出现D m(h1+h2小于D wh1这一条件,混入沼气后的发酵液就能上升至h2的高度,并从提升管的上端(溢流口溢出。溢出的发酵液在气液分离器内分离出沼气后,在高水位势能(重力的作用下进入回流管

6、,从而形成内循环。只要沼气不断地进入提升管,发酵液就能不停地循环。需要指出的是,实验中所测得数据与公式(1计算的结果并不相符,无疑地,这与水在管内提升时遇到的阻力有关。2沼气产量与产生连续循环的临界值在实验中观察到,发酵液连续循环的出现与沼气量密切相关,而且,沼气气量太低或太高,内循环的连续性都会受到影响。气量较低时,气体会以小气泡的形式从提升管内的水中逸出,不能形成内循环。随着气量的增加,开始出现间断性循环。只有当气量增加到一定程度时,才会出现连续性循环。开始出现连续循环时的沼气产量,为连续循环的“最小沼气临界值(Y min”。随着气量的继续增加,循环量也相应地增加。但是,当气量大到某一数值

7、时,循环再一次发生间断,气体会阵发性地从提升管中冲出,所带出的水量很少,循环量显著下降,影响到连续循环的正常进行。连续循环遭到破坏时的沼气产量,为连续循环的“最大沼气临界值(Y max”。由此可见,一方面必须要有足够的沼气产量才能形成连续的循环,另一方面,又必须将沼气的最高产量控制在一定的范围内,才不至于使连续循环遭到破坏。沼气产量的变化,实际上所带来的是提升管内发酵液容重的变化。随着沼气产量的增加,进入提升管内的沼气逐渐增多,导致提升管内发酵液容重逐渐变小。只有当管内发酵液容重下降到最大临界值D m(max时,才会出现连续的循环。当沼气产量继续增加,管内发酵液容重继续下降,直至降到最小临界值

8、D m(min时,因气量过大,使升水发生断裂,导致循环量下降。因此,连续的内循环是在D m(maxD m(min两个临界值的范围内进行的。实验还发现,Y min和Y max,或者D m (max和D m(min两个临界值会随提升管的直径、浸没深度和提升高度的不同而有所改变。3提升管的提升高度在这里所定义的“提升高度”是指:提升管上端溢流口至IC反应器发酵液液面的距离,即提升管与回流管之间的液位差(h2。根据(1式可以推导出:h2=(D w D m-1h1(2从(2式可以了解到,提升高度(h2与提升管内发酵液的容重(D m和提升管的浸没深度(h1有关。D m越小(进入提升管内的沼气量越多,或者提

9、升管的浸没深度(h1越大,提升高度(h2也越大。但在设计中,不能根据(2式确定提升管的提升高度,这是因为在内循环装置的设计中希望得到最大的循环量,而不是为了要将发酵液提升得很高。如果将提升管溢流口至发酵液液面的距离(h2拉得很大,会增加发酵液在提升管内上升时的沿程阻力,从而会减少循环量。而适当地降低提升高度(h2却可以增加发酵液的循环量。笔者认为,只要能保证提升液在气液分离器内的“滞流液位”不会淹没提升管的溢流口,这一提升高度就是适宜的。如果“滞流液位”超过溢流口,也会增加提升的阻力,减少循环量。4提升管的浸没深度提升管下端沼气入口处(气咀至I C反24中国沼气China Biogas2002

10、,20(1应器发酵液液面的距离称为提升管的“浸没深度(h1”。实验观察到,在气量相同的情况下,随着提升管浸没深度的增加,发酵液的循环量增加。如果采用“气提比”这样一个参数,即每1m3沼气可提升的发酵液数量,单位为m3(发酵液m-3(沼气,那么,随着提升管浸没深度的增加,气提比增加。也就是说,随着提升管浸没深度的增加,同样多的沼气能提升更多的发酵液。5提升管的管径如何确定提升管的管径是内循环装置设计中的一个重要问题。在实验中观察到,无论气量是多、是少,只要提升管的管径合适,便会有内循环的产生。这表明,根据沼气产量选用直径合适的提升管是十分必要的,它的作用在于调整提升管内气、液混合的比例,使混合液

11、的容重保持在D m(max和D m(min两个临界值的范围之内,使循环得以连续的进行。而要正确地选择提升管的直径,首先要了解I C反应器的沼气产量。反应器的沼气产量可通过实验求得,也可根据已有的资料进行计算,然后根据“沼气产量”和“气提比”计算出提升液的“流量”(m3s-1,再根据“流量”和“上升流速”(ms-1计算出提升管的管径。由于沼气产量、提升管的浸没深度和提升高度都会对循环液的流量、流速产生影响,因此,提升管的直径应当在一定的沼气产量、一定的浸没深度和一定的提升高度这样具体的条件下,根据循环液的流量和流速来加以确定。6回流管回流管的直径不应小于提升管的直径,以保证回流的畅通。回流管直径

12、过小,会提高气液分离器中的滞留液位,滞留液位淹没提升管的溢流口时,会给提升造成一定的阻力。7提升管的气咀沼气从集气罩进入提升管的入口处称为“气咀”。通过实验观察到:1.气咀不宜设在提升管的最下端;2.气咀最好是由多个小孔眼所组成。总之,气咀的设计是否合理,同样会给内循环造成一定的影响。参考文献:1邵希豪,喻俊,等.内循环厌氧反应器(IC探讨J.中国沼气,2001,19(1:27-28.2吴允,等.啤酒生产废水处理新技术内循环反应器J.环境保护,1997,9(4:18-19.未来德国风力发电量将超过水力发电量在德国明斯特召开的可再生能源国际经济论坛最近预测,到2003年,德国风力发电量将会超过水力发电量。德国目前的水力发电量为200亿千瓦时,已几乎没有再增长的可能。德国去年的风力发电量仅为91亿千瓦时,但发展速度很快,而且发展潜力巨大。到2003年,德国所拥有的风力发电设备年度发电量预计将突破200亿千瓦时大关,超过水力发电量。英发展政策将