【正文】 課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 水壓式沼氣池設(shè)計 課程設(shè)計題目： 學 院 名 稱： 專業(yè)： 班級： 學號： 姓名： 評分： 教師： 20 年 月 日目 錄1 概 論 2 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 2 設(shè)計內(nèi)容 2 水壓式沼氣池設(shè)計任務(wù) 2 課程設(shè)計原則 3 工程設(shè)計范圍 3 項目的背景及建設(shè)的必要性 3 沼氣的基本知識 3 水壓式沼氣池基本知識 4 水壓式沼氣池的特點 4 沼氣池采用中溫厭氧發(fā)酵 42 厭氧發(fā)酵工藝流程說明 43 沼氣池體部分的設(shè)計計算 5 發(fā)酵原料 5 沼氣發(fā)酵原料的理論產(chǎn)氣量 5 原料的碳氮比 5 沼氣池體部分設(shè)計計算 6 設(shè)計參數(shù) 6 發(fā)酵間的設(shè)計 6 水壓間的設(shè)計 104 配套設(shè)施的設(shè)計計算 10 換熱器的計算 10 吸收塔的計算 12參考文獻 141 概 論 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)基礎(chǔ)資料，設(shè)計一個方案，對農(nóng)業(yè)固體廢物畜禽糞便和秸稈進行厭氧發(fā)酵處理，溫度低的時候?qū)υ线M行換熱，使進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)凈化之后達到《惡臭污染物控制標準》（GB1455493）中二級新擴改建標準?？刂茦藴嗜绫?所示：表1 惡臭污染物廠界標準值序號控制項目單位一級二級三級新擴改建現(xiàn)有新擴改建現(xiàn)有1氨mg/m32三甲胺mg/m33硫化氫mg/m34甲硫醇mg/m35甲硫醚mg/m36二甲二硫mg/m37二硫化碳mg/m3108苯乙烯mg/m314199臭氣濃度無量綱1020306070沼氣中的臭氣主要為H2S，%，經(jīng)過吸收塔的吸收后就可以達到排放標準。 水壓式沼氣池設(shè)計任務(wù)（1）設(shè)計題目水壓式沼氣池設(shè)計（2）主要設(shè)計任務(wù) ①水壓式沼氣池尺寸設(shè)計：沼氣池主體容積、高度、直徑、水壓間容積、高度、直徑。 ②配套設(shè)施：換熱器的傳熱面積、管長、管徑、標準換熱器選型；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)酵時間為30天，比較冷的月份分兩個區(qū)間，從1月份到3月份，從10月份到1月份是比較冷的時間，所以需要用到換熱器；產(chǎn)生的氣體要經(jīng)過吸收才能達到《惡臭污染物控制標準》，所以要用到吸收塔。（3）設(shè)計目的①鞏固已學過的與環(huán)境工程有關(guān)的專業(yè)知識，特別是厭氧發(fā)酵章節(jié)；②領(lǐng)會國家關(guān)于環(huán)境保護的方針、政策和法規(guī)，初步樹立正確的環(huán)境保護指導(dǎo)思想；③綜合運用所學知識，通過課程設(shè)計規(guī)定的任務(wù)，培養(yǎng)全面考慮和解決問題的能力；④提高計算、制圖等方面的基本技能；⑤提高運用文獻、技術(shù)資料和工具書的能力。（4）基礎(chǔ)資料地基允許承載力≥8t/m2，地下水位在地面下56m，水壓間有效容積是日產(chǎn)氣量的50%，裝置內(nèi)最大氣壓極限≤800kPa，裝置內(nèi)正常工作氣壓≤ 784kPa，活載荷≥200kg/m2 課程設(shè)計原則（1）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，水壓式沼氣池要符合無害化的總目標。（2）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收沼氣中的二氧化碳。（3）根據(jù)該地區(qū)的經(jīng)濟承受能力，盡可能為國家節(jié)省建設(shè)資金。 工程設(shè)計范圍 工程設(shè)計范圍為工藝部分設(shè)計計算。 項目的背景及建設(shè)的必要性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行處理，既可以有效利用資源，又可以產(chǎn)生新的清潔能源——沼氣，還可以消除環(huán)境污染。水壓式沼氣池存在能耗低、占地面積不大、處理效果好的優(yōu)點，但是也存在隨季節(jié)溫度變化工作不穩(wěn)定等缺點，在設(shè)計的過程中需要克服該問題。 沼氣的基本知識（1）沼氣及其產(chǎn)生過程沼氣是有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃氣體。由于這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發(fā)現(xiàn)的，所以人們叫它沼氣。沼氣含有多種氣體，主要成分是甲烷（CH4）。沼氣細菌分解有機物，產(chǎn)生沼氣的過程，叫沼氣發(fā)酵。根據(jù)沼氣發(fā)酵過程中各類細菌的作用，沼氣細菌可以分為兩大類。第一類細菌叫做分解菌，它的作用是將復(fù)雜的有機物分解成簡單的有機物和二氧化碳（CO2）等 。它們當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；第二類細菌叫含甲烷細菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把簡單的有機物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機物變成沼氣的過程，就好比工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品的兩道工序：首先是分解細菌將糞便、秸稈、雜草等復(fù)雜的有機物加工成半成品——結(jié)構(gòu)簡單的化合物；再就是在甲烷細菌的作用下，將簡單的化合物加工成產(chǎn)品—— 即生成甲烷。 （2）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（H2S）、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、一氧化碳和重烴等氣體；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55%～70%、二氧化碳含量為28%～44%、%。（3）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CH4，是一個碳原子與四個氫原子所結(jié)合的簡單碳氫化合物。，比空氣約輕一半。甲烷溶解度很少，在20℃、100單位體積的水，只能溶解3個單位體積的甲烷。甲烷是簡單的有機化合物，是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。燃燒時呈藍色火焰，最高溫度可達1400 ℃左右。，相當于 。從熱效率分析，每立方米沼氣所能利用的熱量。 水壓式沼氣池基本知識 水壓式沼氣池的特點 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20%左右，池內(nèi)無死角，容易密封，有利于甲烷菌的活動，以發(fā)揮甲烷菌的產(chǎn)氣作用。 水壓式沼氣池的工作原理是：產(chǎn)氣時，沼氣壓料液使水壓箱內(nèi)液面壓高；用氣時，料液壓沼氣供氣。產(chǎn)氣、用氣循環(huán)工作，依靠水壓箱內(nèi)料液的自動升降，使氣室的氣壓自動調(diào)節(jié)。（1）水壓式沼氣池型有以下幾個優(yōu)點：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，對農(nóng)村積肥十分有利。③為便于經(jīng)常進料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時都能打掃進池。④沼氣池周圍都與土壤接觸，對池體保溫有一定的作用。 （2）水壓式沼氣池型也存在一些缺點，主要是：①由于氣壓反復(fù)變化，而且一般在4～16千帕（即40～160厘米水柱）壓力之間變化。這對池體強度和燈具、灶具燃燒效率的穩(wěn)定與提高都有不利的影響。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。③由于活動蓋直徑不能加大，對發(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，出料的時候最好采用出料機械。 沼氣池采用中溫厭氧發(fā)酵發(fā)酵溫度維持在30～35℃，此發(fā)酵工藝有機物消化速度較快，產(chǎn)氣率高，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藝。 有機物厭氧發(fā)酵依次分為液化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個階段（如圖1所示）。各階段各有其獨特的微生物類群起作用。液化階段起作用的細菌稱為發(fā)酵細菌，包括纖維素分解菌、脂肪分解菌、蛋白質(zhì)水解菌。產(chǎn)酸階段起作用的細菌是醋酸分解菌。這兩個階段起作用的細菌稱為不產(chǎn)甲烷菌。產(chǎn)甲烷階段起作用的細菌是甲烷細菌。 圖1 厭氧發(fā)酵三階段2 厭氧發(fā)酵工藝流程說明所設(shè)沼氣池采用厭氧發(fā)酵工藝流程。工藝流程圖如圖2所示，采用中溫厭氧發(fā)酵，發(fā)酵時間為30天，也就是說30天進行一次大換料。一月到三月、十月到一月溫度比較低，這段時間對原料要進行換熱處理。產(chǎn)生的沼氣要經(jīng)過吸收塔吸收才能用，才能達到排放要求。 圖2 厭氧發(fā)酵工藝流程3 沼氣池體部分的設(shè)計計算 發(fā)酵原料發(fā)酵原料：所設(shè)計的沼氣池所用的農(nóng)業(yè)固體廢物主要有豬糞和秸稈兩種，其年產(chǎn)量為3000噸，因為在南方，所以秸稈為稻草。厭氧發(fā)酵的適宜碳氮比為20：1—30：1，碳氮比達35：1時產(chǎn)氣量明顯下降，本沼氣池選用的碳氮比為25：1。為使發(fā)酵過程有一個較高的產(chǎn)氣量，可將貧氮原料與富氮原料適當配合成為具有適宜碳氮比的混合原料。混合原料碳氮比式中：K——混合原料的碳氮比 C、N——分別為原料中碳、氮含量，% x——原料的重量，kg采用一次性進料，一次性出料的方式，豬糞和稻草的月產(chǎn)量為250噸，查羋振明《固體廢棄物的處理與處置》表9—7得稻草中C1為42%、%；%、%。 設(shè)稻草有x