【正文】 kg，豬糞則為（250x）kg 求出x= 。水壓式沼氣池的容積比較小，對(duì)于每月250噸的原料無(wú)法全部容納，因此分十個(gè)沼氣池同時(shí)作業(yè)。采用每30天投料一次，30天進(jìn)行一次大換料。 沼氣池體部分設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù)（1）氣壓：（即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）為宜。（2）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m3沼氣/（）。目前，我國(guó)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10～28℃，發(fā)酵料液中的干物質(zhì)含量為6～10％時(shí)，～，夏季產(chǎn)氣旺盛，冬季較差。、。（3）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的最大貯氣量以12小時(shí)產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。（4）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10m3等幾種，現(xiàn)采用的集中式沼氣池容積比較大。（5）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85~95%為宜。 發(fā)酵間的設(shè)計(jì)（1）確定池容V 稻草和豬糞的年產(chǎn)量為3000噸，月產(chǎn)量為250噸。因?yàn)榱弦旱暮食^(guò)90%，取95%，所以沼氣池的容積V可以定為，每個(gè)沼氣池的容積為500m3。（2）確定貯氣量 貯氣量=池容產(chǎn)氣率池容=5000=500 m3，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(guò)管道連接在一起，進(jìn)入吸收塔進(jìn)行后續(xù)處理。（3）計(jì)算圓筒形發(fā)酵間容積：圓筒形發(fā)酵間由池蓋、池身、池底組成（如圖3所示），三個(gè)部分的容積計(jì)算公式如下： 圖3 沼氣池發(fā)酵間的組成 式中：VVV3——分別為池蓋容積、池底容積、池身容積 ff2——分別為池蓋矢高、池底矢高 r1——池蓋曲率半徑，它與其他尺寸的關(guān)系為； r2——池底曲率半徑，它與其他尺寸的關(guān)系為； R——池體內(nèi)徑 H——池身高度 π——圓周率，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，池底失跨比和池身高時(shí)沼氣池的尺寸比較合理。，代入上面各式得：V= V1+V2+V3=++= D3=故 說(shuō)明：，因?yàn)榈叵滤辉诘孛嫦?6m。假設(shè)在地面下6m，為了避免污染地下水，所以可設(shè)沼氣池的地下埋深為5m。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。（4）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。該位置的計(jì)算方法如下：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O—O位置的距離，如圖4所示。其中，死氣箱拱的矢高f死可按下式計(jì)算f死=h1+h2+h3式中：h1——池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下邊緣平面的距離（計(jì)算過(guò)程略去），對(duì)260cm直徑的活動(dòng)蓋，該值在40—60cm之間，取50cm h2——導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，一般取12—20cm，取15cm h3——導(dǎo)氣管下口到O—O液面距離，一般取80—120cm，取100cmf死=50+15+100=165cm= 圖4 死氣箱的矢高活動(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V死式中：V死、f死、r1——分別為死氣箱容積、死氣箱的矢高、池高曲率半徑③ 求投料率：根據(jù)死氣箱容積，可計(jì)算出沼氣池投料率，投料率=式中：V、V死——分別為沼氣池容積和死氣箱容積，m3 投料率=④計(jì)算最大貯氣量V貯V貯=池容池容產(chǎn)氣率=500=50m3⑤計(jì)算氣箱總?cè)莘eV氣 V氣=V 死+V貯 式中：V氣、V死、V貯——分別為沼氣池氣箱總?cè)莘e、死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量） V氣= +50=⑥計(jì)算池蓋容積V1 式中：VfR——分別為池蓋容積、池蓋矢高和池體內(nèi)徑 因此A—A液面位置在池身內(nèi)⑦計(jì)算發(fā)酵間最低液面位A—A對(duì)于一般的沼氣池來(lái)說(shuō)，V氣均大于V1，也就是說(shuō)A—A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V筒V筒=V氣V1由于V筒=πR2h筒，因此式中：h筒——圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度 R——圓筒形池身半徑A—A液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上，這個(gè)位置就是進(jìn)出料管的安裝位置。 V筒= = m3 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：（1）水壓間的底面標(biāo)高，此標(biāo)高應(yīng)確定在發(fā)酵間開(kāi)始工作狀態(tài)時(shí)的液面位置O—O水平。（2）水壓間的高度△H：此高度應(yīng)等于發(fā)酵間最大液位下降值H1與水壓間液面最大上升值H2之和，即△H=H1+H2（3）水壓間容積：此容積等于池內(nèi)最大貯氣量。水壓間的計(jì)算如下：①設(shè)計(jì)參數(shù) 最大投料量Vmax=90%500=450m3 儲(chǔ)氣系數(shù)KG= 產(chǎn)氣率K= （m3d） 總?cè)莘eV=500 m3 直徑D=（m） 池蓋曲率半徑r1=（m） 矢高f1=（m）②設(shè)計(jì)計(jì)算 （m3），儲(chǔ)氣量VG（m3）V0=VVmax=500450=50（m3）VG= VmaxKKG==45（m3）=VG，就可求出水壓間的直徑DW。 假設(shè)hw=2m則 4 配套設(shè)施的設(shè)計(jì)計(jì)算 換熱器的計(jì)算因?yàn)榱弦汉食^(guò)90%，可以把料液當(dāng)水看待。料液從5℃升至35℃，熱水從75℃降至45℃，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500m3/月，換熱時(shí)間為5h，則原料液的流量為105 kg/h。（1）計(jì)算熱負(fù)荷（不計(jì)熱損失）及熱水用量 （2）平均溫度差△t1=7535=40℃；△t2=455=40℃因?yàn)?=12，所以逆流△t逆==40℃，因?yàn)樵弦汉蜔崴髁勘容^大，單管程的換熱器無(wú)法完成換熱任務(wù)，所以選擇單殼程雙管程的換熱器。 R===，P===，溫度校正系數(shù)φ=，因?yàn)棣眨?，△tm=φ△t逆=40=℃（3）估算傳熱面積A估 選總傳熱系數(shù)K估=1200W/（），（4）試選型號(hào)因?yàn)樵弦褐泻袘腋∥镔|(zhì)，長(zhǎng)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u1=2m/s 選取傳熱管φ25mm，其內(nèi)徑d1=，外徑d2= 估算單程管子根數(shù)為 ，取45根 根據(jù)傳熱面積A估估算管子長(zhǎng)度 L180。== 若用4管程，則每管程的管長(zhǎng)選用L=6000mm 管總數(shù)N=188根，每管程的管數(shù)n==47根，管中心距t=32mm，正方形錯(cuò)列。殼體內(nèi)徑D=600mm，折流擋板間距h=200mm，故折流板擋板數(shù)NB=1=1=29塊。傳熱面積A選=（5）校核總傳熱系數(shù)①管程對(duì)流傳熱系數(shù)α1管內(nèi)料液流速u1==Re1==Pr1==α1==（）=②殼程對(duì)流傳熱系數(shù)α2殼程流通截面積S=hd（1）= （1）=熱水的流速u2==正方形排列的當(dāng)量直徑de==（）=163，Pr2==熱水被冷卻，取（）=α2=163（）=163（）= W/③總傳熱系數(shù)取污垢熱阻Rd1= Rd2=，碳鋼的熱導(dǎo)率=45W/（）=+Rd1++Rd2+ =++++ =K= W/④傳熱面積A=== 與原估計(jì)值基本相符==，即傳熱面積有2%的裕量，符合要求 吸收塔的計(jì)算（1）傳質(zhì)推動(dòng)力的計(jì)算 在溫度t=35℃，含有H2S %（摩爾分?jǐn)?shù)）的沼氣與清水接觸，吸收其中的H2S。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。空氣平均分子量是29，硫化氫是34，所以硫化氫密度比空氣的大。35℃， kg/m3，108，%以上。%時(shí)可引起人頭痛、乏力、失明、胃腸道病等癥狀。%時(shí)，可很快致人死亡。從實(shí)際情況考慮，%即可，所以本設(shè)計(jì)要求吸收率達(dá)到98%，%。從《化工原理》表51查得H2S水溶液的亨利系數(shù)E=，總壓P=，相平衡常數(shù)m== （2）吸收劑（水溶液）用量的計(jì)算①設(shè)計(jì)參數(shù) 由沼氣池出來(lái)的沼氣用水溶液去除其中的H2S，每月沼氣產(chǎn)量為500m3，則混合氣體的流量1000m3/h，沼氣的溫度為35℃，其中的二氧化碳、甲烷等氣體可視為惰性氣體，性質(zhì)認(rèn)為與空氣相同。，已知操作壓力為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。②設(shè)計(jì)計(jì)算惰性氣體流量為吸收劑用量L=18=（3）吸收塔塔徑的計(jì)算①設(shè)計(jì)參數(shù) 用清水吸收沼氣中的H2S，沼氣的處理量為1000m3/h，密度ρG=，溶液密度看作與水的密度相同，ρL=1000 kg/m3。操作壓力為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為35℃。②設(shè)計(jì)計(jì)算混合氣的質(zhì)量流量G180。=ρGV=1000=1150kg/h（）=用《化工原理》，查的縱坐標(biāo)為選用25mm25mm亂堆瓷鮑爾環(huán)，填料因子=300 l/m，==135℃溶液取35℃水的黏度=106Pa/s 泛點(diǎn)氣速==取空塔氣速為80%，則=80%=