农村家用沼气池设计精校版

课程设计说明书题目农村家用沼气池设计院系：地球与环境学院 专业班级：环境工程班 学号： 年月日设设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料安徽理工大学课程设计(论文)任务书地球与环境学院院系环境工程教研室学号设计题目学生姓名专学生姓名农村家用沼气池设计收集系数；圆柱体型池身直径。沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入口相连通；坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观；池盖顶端复土厚度不小于；强度安全系数≥；正常使用寿命年以上。指导教师签字设计计算说明书份；设计成果打印并装订好，与图纸一起放入专门的牛皮纸袋中。资料收集与整理天；设计计算天；绘制有关图纸天；编写设计说明书天王志魁化工原理北京化学工业出版社芈振明固体废物的处理与处置北京高等教育出版社赵由才固体废物污染控制与资源化北京化学工业出版社卞有生生态农业中废弃物的处理与再生利用北京化学工业出版社张平水压式沼气池原理与构造可再生资源教研室主任签字年月日年月日概论根据基础资料，设计一个方案，对农业固体废物畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵处理，温度低的时候对原料进行换热，使进口温度满足中温厌氧发酵，出口气体吸收其中的硫化氢，沼气经净化之后达到《恶臭污染物控制标准》()中二级新扩改建标准。控制标准如示：表1恶臭污染物厂界标准值新扩改建三级新扩改建控制项目三甲胺硫化氢甲硫醇二甲二硫二硫化碳苯乙烯臭气浓度无量纲序号123456789(1)设计题目(2)主要设计任务①水压式沼气池尺寸设计：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、②配套设施：换热器的传热面积、管长、管径、标准换热器选型；吸收塔填料层高度、塔径、总压力等。③换热器和吸收塔采用间歇式操作，一次厌氧发酵时间为30天，比较冷的(3)设计目的学过的与环境工程有关的专业知识，特别是厌氧发酵章节；②领会国家关于环境保护的方针、政策和法规，初步树立正确的环境保护指导思想；③综合运用所学知识，通过课程设计规定的任务，培养全面考虑和解决问()基础资料地基允许承载力≥，地下水位在地面下，水压间有效容积是日产气量的，装置内最大气压极限≤，装置内正常工作气压≤，()在总体技术路线上要符合我国生活垃圾处理的技术政策，水压式沼气()配套换热器和吸收塔，保证水压式沼气池的温度比较恒定且能有效回()根据该地区的经济承受能力，尽可能为国家节省建设资金。随着生活水平的提高和集约式农业的发展，农村固体废物中畜禽粪便和秸秆的产生量越来越大，不及时有效的处理将造成农村环境卫生的破坏。利用普通使用的水压式沼气池进行处理，既可以有效利用资源，又可以产生新的清洁大、处理效果好的优点，但是也存在随季节温度变化工作不稳定等缺点，在设计的过程中需要克服该问题。()沼气及其产生过程通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖 ()。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳()等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再物加工成产品——()沼气的成分沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢 ()、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为~、二氧化碳含量为~、硫化氢平均含量为()沼气的理化性质沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是，比空气约甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达发热量约℃左右。纯甲烷每立方米发热量为千焦。沼气每立方米的千焦，相当于千克柴油或千克煤炭充分燃烧后放出的所能利用的热量。水压沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池，池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构包括加料管、出料管、水压间、导气管几个部分。圆筒形结构沼气池的受力性能好，比相同容积的长方形池表面积小左右，池内无死角，容易密封，有利于甲烷菌的活动，以发挥甲烷菌的产气作水压式沼气池的工作原理是：产气时，沼气压料液使水压箱内液面压高；用气时，料液压沼气供气。产气、用气循环工作，依靠水压箱内料液的自动升降，使气室的气压自动调节。()水压式沼气池型有以下几个优点：①池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。②适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有③为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫④沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。()水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是：①由于气压反复变化，而且一般在~千帕(即~厘米水柱)压力之间变化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影②由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低，一般产气率每天仅为米米左右。③由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。与高温发酵相比，所需热量要少得多。从能量回收的角度，该工艺被认为是一种较理想的发酵工艺类型。目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段(如图所示)。各阶段各有其独特的微生物类群起作用。液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌，包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌。产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用的细菌称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细工艺流程图如图所示，采用中温厌氧发酵，发酵时间为天，也就是说天进行一次大换料。一月到三月、十月到一月温度比较低，这段时间对原料发酵原料：所设计的沼气池所用的农业固体废物主要有猪粪和秸秆两种，其年产量为吨，因为在南方，所以秸秆为稻草。为使发酵过程有一个较高的产气量，可将贫氮原料与富氮原料适当配合成为具有适宜碳氮比的混合原料。芈振明《固体废弃物的处理与处置》表—得稻草中为、为；猪。，猪粪则为()吨一次性投加的稻草为吨，猪粪为吨。水压式沼气池的容积比较小，对于每月吨的原料无法全部容纳，因此分十个沼气池同时作业，每个料一次，()气压：(即一个标准大气压)为宜。()池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容一昼夜的产气量，单位为沼气(池容)。目前，我国农村沼气池一般为常温发酵，在设计沼气池时，参照试验测定的数据和生产实践经验，采用产气率标准为：在温度变化幅度为~℃，发酵料液中的干物质含量为~％时，每天每立方米发酵料液产气量为~，夏季产气旺盛，冬季较差。我国通常采用的池容产气率包括、、和几种，本设计取池容产气率为。()贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气()池容：池容系指发酵间的容积，农村家用水压式沼气池的池容积有()投料率：投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在为宜。()确定池容稻草和猪粪的年产量为吨，月产量为吨。因为料液的含水率超过，取，所以沼气池的容积可以定为÷。()确定贮气量贮气量池容产气率×池容×××，这是每月产生的总沼气量，每个沼气池产生的沼气通过管道连接在一起，进入吸收塔进行后续处()计算圆筒形发酵间容积：——池盖曲率半径，它与其他尺寸的关系为r=1(R2+f2)；12f11——池底曲率半径，它与其他尺寸的关系r2——池体内径——池身高度1(R2+f2)；2f22π——圆周率，取综合圆形沼气池的内力结构计算，材料用量计算和施工、管理、使用技术等各种因素，一般认为池盖矢跨比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气死贮沼气池的总高为，因为地下水位在地面下。假设在地面下，为了避免污染地下水，可设沼气池的地下埋深为，在地面以上的部分为确定进出料管的安装位置：水压式沼气池进出料管的的水平位置，一般都确定在发酵间直径的两端。()进出料管的垂直位置一般确定在发酵间的最低液面设计高度处。该位置①计算死气箱拱的矢高：即池盖拱顶点到发酵间的最高液面—位置的距离，如图所示。其中，死气箱拱的矢高可按下式计算死死式中：——池盖拱顶点到活动盖下边缘平面的距离(计算过程略去)，对直径的活动盖，该值在—之间，取——导气管下露出长度，一般取—，取——导气管下口到—液面距离，一般取—，取死、活动盖、导气管、蓄水圈、死气箱、固定拱盖②计算死气箱的容积死死死径死投料率()④计算最大贮气量贮池容×池容产气率×××贮⑤计算气箱总容积气气死贮效气箱容积(最大贮气量)气×÷××因此—液面位置在池身内⑦计算发酵间最低液面位—对于一般的沼气池来说，气均大于，也就是说—液面位置在圆筒形池身范围内，此时，要确定进出料管的安装位置，应按下式先算出气箱在圆筒形池身部分的容积筒气筒V，因此h=筒筒筒R2筒—液面位在池盖与池身交接平面以下就是进出料管的安装位置。筒×筒水压间的设计水压间的设计包括确定以下三个尺寸：()水压间的底面标高，此标高应确定在发酵间开始工作状态时的液面位置—水平。()水压间的高度△：此高度应等于发酵间最大液位下降值与水压间液面最大上升值之和，即△()水压间容积：此容积等于池内最大贮气量。最大投料量因为因为1 直径()池盖曲率半径()矢高()集气间体积()，储气量()()××()根据，就可求出水压间的直径。假设则因为料液含水率超过，可以把料液当水看待。料液从℃升至℃，热水从℃降至℃，逆流流动。每月的原料液一次性进入换热器，加热后再进入沼气池进行中温发酵，每个沼气池配一台换热器，则原料液流量为月，换热时间为，则原料液的流量为。()计算热负荷(不计热损失)及热水用量()平均温度差△℃；△℃ttt2t+t 逆2℃，因为原料液和热水流量比较大，单管程的换热器无法完成换热任务，所以选择单壳程双管程的换热TT7545 221， 21Tt，温度校正系数φ1((为φ＞可行，△φ×△ ()估算传热面积估选总传热系数估逆×估℃ ()试选型号因为原料液中含有悬浮物质，长期在换热器中流动，会有部分沉积，造成换热管堵塞，增大污垢热阻，必须经常清洗换热器。壳程中有旋流挡板，易造成悬浮颗粒沉降，而管程则易于清洗，所以热水走壳程，料液走管程。管内料液的流速选取估算单程管子根数为根===几3600pd2u411根据传热面积估算管子长度估′A估若用管程，则每管程的管长选用L6h0.2根，每管程的管数根，管中心距，正方形错4块。传热面积选()校核总传热系数αdup p11=7 p11=71α入d1r1×()0.8×②壳程对流传热系数α((t××(壳程流通截面积27.正方形排列的当量直径=0.027md3.140.0250ur.659ur.659w2w1×(1×()3×(2)α2Pα2dw③总传热系数取污垢热阻1 K1a11 m④传热面积m选选A84.9，即传热面积有的裕量，符合要求()传质推动力的计算在温度℃，总压下，含有(摩尔分数)的沼气与清相同条件下，气体密度之比等于气体相对分子质量之比。空气平均分子量是，硫化氢是，所以硫化氢密度比空气的大。℃时空气的密度是，则的密度是，吸收后的必须小于，即×，吸收率要达到以上。一般硫化氢的浓度超过时可引起人头痛、乏力、失明、胃肠道病等症状。超过时，可很快致人死亡。从实际情况考虑，只要的摩尔分数低于即可，所以本设计要求吸收率达到，即出口混合气体中的摩尔分数是。从《化工原理》表查得水溶液的亨利系数，总压，相平衡常数