【正文】 cD —— 計算直徑， mm； P —— 計算壓力， Mpa； ? —— 圓筒的焊接接頭系數(shù)； K —— 結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，eK ??? ，且不小于 , ? 指圓筒計算壁厚， mm； ? ? 32 ?????? ?????????? ）（）（ et ie PPDK ????代入上式中，可得 3 ??????p? 設(shè)計厚度 2 4 9 . 1 m ????? C?? 根據(jù) dp? ? .1mm249 查表得 ?C ，圓整后，最后采用 mm250np ?? 厚的鋼板制作。 帶入數(shù)據(jù)得， 1 0 ) 9 88 0 0 0( 6 ??????? ?P Mpa 本裝置選用 Q235一 B型鋼，通過查《壓力容器設(shè)計手冊》可得， ??t? [6]=113Mpa，100%無損檢測的焊接接頭系數(shù) ? [6]=，鋼板負偏差 1C [3]=， 腐蝕裕量2C [4]=,帶入 圓筒 設(shè)計 壁厚公式 ? ?22 CPPDt id ??? ???中 得 0 1 32 0 3 ????? ???d? mm 圓整量圓整量 ????? ? 圓整后取名義厚度為 .57?n? mm。本裝置罐體底部所受的壓強最大，所以工作壓力應(yīng)該按罐體的底部壓強進行計算。碳鋼的物理特性如表 3． 3所示。本裝置可采用屈服極限為 245MPa到 345MPa的鋼材。不僅應(yīng)該從裝置結(jié)構(gòu)、制造工藝、使用條件和壽命等方面考慮，而且還應(yīng)該從裝置工作條件下的力學性能，物理性能，耐腐性能，加工性能以及材料的價格、來源、供應(yīng)情況等方面綜合考慮。 已知料液的進料量為 40t/d,其濃度為 8%，密度 ?? kg/cm3,適當發(fā)酵時間為 20d，所以， 發(fā)酵罐有效容 0 9 8%8 20%81040 30 ?? ????V m3 因為料液按罐體內(nèi)部容積的 80%填加， 所以，發(fā)酵罐的容積1 0 0 0 1%80 0 ??? VV m3 根據(jù)國內(nèi)外厭氧發(fā)酵的實驗以及本實驗的特點設(shè)計反應(yīng)器，罐體擬采用圓柱形狀，在發(fā)酵罐內(nèi)部容積一定的情況下，為了減少罐體熱量損失以及降低發(fā)酵罐制造成本，首先采用數(shù)學的 方法對罐體進行理論優(yōu)化。剩余物沼渣經(jīng)脫水、配料、造粒、干燥、包裝后，即可以作為有機肥料用于無公害農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)等。太陽能加熱系統(tǒng)中還設(shè)有循環(huán)泵的總控裝置。其功能是為中溫發(fā)酵的沼氣反應(yīng)罐進行加熱。為了改變這種不利狀況，就需要采取攪拌措施，變靜態(tài)發(fā)酵為動態(tài)發(fā)酵。在一般的沼氣發(fā)酵原料和水中，沼氣微生物的含量很少，靠其自己繁殖，很難啟動。 2． 2． 4 pH值與堿度 沼氣微生物的生長、繁殖，要求發(fā)酵原料的酸堿度保持中性，或者微偏堿性，過酸、過堿都會影響產(chǎn)氣 。發(fā)酵原料的碳氮比不同，其發(fā)酵產(chǎn)氣情況差異也很大。 、適宜的發(fā)酵原料 在沼氣發(fā)酵過程中，發(fā)酵原料既是產(chǎn)生沼氣的基質(zhì)，又是沼氣發(fā)酵微生物賴以生存的養(yǎng)料來源。在沼氣發(fā)酵后期，則是 3個階段的作用同時進行，一定時間后，保持一定的動態(tài)平衡持續(xù)正常的產(chǎn)氣。 第 2章 沼氣發(fā)酵的基本原理 沼氣發(fā)酵原理 沼氣是有機物質(zhì)在隔絕空氣和保持一定水分、溫度、酸堿度等條件下，經(jīng)過多種微生物 (統(tǒng)稱沼氣細菌 )的分解而產(chǎn)生的。 1． 3研究目的和意義 針對我國農(nóng)村沼氣池冬季產(chǎn)氣量下降甚至不產(chǎn)氣的主要問題，考慮在冬季為其保溫并通過熱源來提高池溫。各類沼氣工程達到 2． 66萬處，其中大型沼氣工程 1600多處。這一階段雖然出了些問題，但為后來的發(fā)展提供了經(jīng)驗。但由于嚴格厭氧微生物研究技術(shù)上的困難未能解決，理論研究未能深入下去，修建的沼氣池又缺乏正確的技術(shù)管理，留下來能夠使用的沼氣池為數(shù)不多。熱電聯(lián)產(chǎn)也發(fā)展很快，占整個國家沼氣發(fā)電的 ％，占沼氣工 業(yè)的 ％。 (4)瑞典 沼氣主要有兩個來源：污水處理廠 (140座，沼氣產(chǎn)量 ， l ktoe是 1千噸石油當量 )，填埋場 (60座，沼氣產(chǎn)量 )。通過非化石燃料義務(wù)項目 (NFFO)的實施，英國政府的能源政策鼓勵可再生能源發(fā)電量達到 1500MW。 (3)英國 20xx年英 國開始實行綠色證書系統(tǒng) —— 《可再生能源義務(wù)證書系統(tǒng)》，該系統(tǒng)要求電力供應(yīng)商逐年增加可再生能源發(fā)電的份額，從 20xx、 20xx年度的 3％，增加到 20xx、 20xx年度的 ％， 20xx． 20xx年度 ％， ％，在 202 2027年度達到 15． 4％。在國內(nèi)市場快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，德國沼氣工業(yè)的出口也持續(xù)增長， 20xx年達到 2700萬歐元，約占行業(yè)總產(chǎn)值的 10％，在不久的將來，預(yù)計達到 30％。據(jù)專家測算，安裝一個 68m3的沼氣罐，能解決 5口之家每年的做飯、取暖、照明、洗浴等生活能源。在發(fā)展中國家，沼氣是解決農(nóng)村能源的一項重要途徑，印度和中國是最早大力開發(fā)沼氣的國家，并且取得了巨大的成就。 在未來多樣化的以可再生能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)中，綜合利用兩類或幾類能源，使各種能源相互補充，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢以提高其能源利用效率 ，就顯得非常重要了。 (3)可再生能源分布廣泛，相對均衡，世界各國人民都可利用。 能源問題是當今世界的重大問題之一。 目前，世界上開發(fā)利用 的能源主要是煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)礦物燃料，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的迅速增長，社會對能源的需求量越來越大，而地球上的傳統(tǒng)礦物燃料能源是有限的，如此大量的消耗，世界的能源資源很快會枯竭。為減少冬季罐體熱損失需要在發(fā)酵罐外部附加保溫層保溫，再 進行保溫材 料的選擇。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。同時對沼氣池保溫，減少能耗，提高池溫。 能源的人均占有量、構(gòu)成結(jié)構(gòu)、 使用效率和對環(huán)境的影響等因素，是衡量一個國家現(xiàn)代化程度的重要標準之一，因此世界各國都把能源的開發(fā)和利用作為發(fā)展經(jīng)濟的前提。 21世紀新能源的開發(fā)與利用，已小再是一個將來的話題，而 是關(guān)系到人類子孫后代命運，刻不容緩的一件大事。 80年代常規(guī)能源的過度消耗和環(huán)境污染問題的口益突出使得各國政府加大了對可再生能源 的研究和投入力度，并把建立安全、可靠、穩(wěn)定的能源供應(yīng)保障體系作為國民經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。可再生能源中比重較大的是水利發(fā)電，我國有水力發(fā)電 4800多億千瓦時發(fā)電量，占整個發(fā)電量的 16％。在構(gòu)成生物體的物質(zhì)中，除了礦物質(zhì)和木質(zhì)素外，幾乎所有的生物質(zhì)都可以用來產(chǎn)生沼氣，包括動物和人的排泄物、污水污泥、農(nóng)作物秸稈、含碳工業(yè)廢物等，所以沼氣的成本相當?shù)土Ｕ託獬刂械乃统猎?，保存了植物和糞便中的絕大部分氮、磷、鉀元素，是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，可以使生物質(zhì)能利用 3次至 4次，使生物體內(nèi)的能量和各種成份都能得到充分的利用。 國內(nèi)外沼氣發(fā)展現(xiàn)狀 (1)德國 在歐洲國家中，德國是發(fā)展中小型農(nóng)場沼氣工程的典型代表，主要動力來自于一系列優(yōu)惠鼓勵政策的出臺。自從綠電法案頒布以來，農(nóng)場沼氣工程發(fā)展迅速， 20xx至 20xx年期間，沼氣工程數(shù)量翻倍?？稍偕茉错椖扛采w了沼氣產(chǎn)業(yè)的幾乎所有類別：農(nóng)場沼氣工程、填埋氣利用、市政垃圾厭氧消化、工業(yè)有機 廢水厭氧消化。沼氣初級能源的增加主要是填埋氣發(fā)電市場的增加。另外，也將凈化后的沼氣注入天然氣燃氣網(wǎng)，每年相當于 180萬 m3天然 氣 。丹麥沼氣工程的收入主要來源于三個方面： 出售電占 1／ 3，供熱占 1／ 3，收購工業(yè)廢棄物占 1／ 3。在當時條件下靠商品能源沒法解決這一問題，于是沼氣應(yīng)用重新得到重視，在一些地方將沼氣發(fā)展列入了政府的議事日程，成立了相應(yīng)機構(gòu)。 1979年，召開了全國沼氣工作會議，總結(jié)了經(jīng)驗教訓。全國規(guī)?；B(yǎng)殖場大中型沼氣工程總數(shù)達 4700處左右，達到適宜畜禽養(yǎng)殖場總數(shù)的 39％左右。裝置可以解決傳統(tǒng)沼氣池冬季不產(chǎn)氣的問題，實現(xiàn)沼氣池向北方寒冷地區(qū)的過渡，滿足本地區(qū)農(nóng)戶全年對沼氣的需求。也就是將固體有機物轉(zhuǎn)化成可溶性物質(zhì)。 根據(jù)發(fā)酵溫度的高低可分為常溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵、高溫發(fā)酵三種。因此，在進行沼氣發(fā)酵時，它們不必進行預(yù)處理，就容易厭氧分解，產(chǎn)氣很快，發(fā)酵期較短。如果比例失調(diào)，就會使產(chǎn)氣和微生物的生命活動受到影響。隨著發(fā)酵持續(xù)進行，氨化作用產(chǎn)生的氨中和一部分有機酸，同時甲烷菌的活動，使大量的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，使 pH逐漸回升到正常值。加入接種物的數(shù)量要足夠，接種物太少，不利于產(chǎn)氣；接種物過多，又會占去沼氣池的有效容積，影響總產(chǎn)氣量。實踐證明，適當?shù)臄嚢璺绞胶蛷姸?，可以使發(fā)酵原料分布均勻，增強微生物與原料的接觸，使之獲取營養(yǎng)物質(zhì)的機會增加，活性增強，生長繁殖旺盛，從而提高產(chǎn)氣量。因為溫度過高時容易引起局部污泥溫度過高以及螺旋罐外壁結(jié)殼，通過熱水緩沖器將進入螺旋管中的溫度控制在 60℃177。糞便在預(yù)加熱發(fā)酵池里停留時吸收太陽輻射產(chǎn)生的熱量，從而使料液溫度升 高，達到預(yù)加熱的目的。另外，也受地域環(huán)境條件影響，在我國南方地區(qū)建的沼氣池，發(fā)酵料液濃度可以稍低，而北方地區(qū)則應(yīng)提高料液的濃度，以保證產(chǎn)氣正常，提高產(chǎn)氣率 。 2222 RRhS hRV ??? ??? 式中： V 一發(fā)酵罐容積， m3： S 一發(fā)酵罐內(nèi)表面積． m2； R 一圓柱體半徑， m； h 一圓柱體的高， m。屈服強度、抗拉強度是決定鋼板許用應(yīng)力的依 據(jù)。對比兩種材料的性能， 普通低合金鋼的強度比碳素鋼強度高很多，制造中、高壓容器時優(yōu)先選用，而以剛度為主的常、低壓容器常采用強度級別低的碳鋼為罐體材料，而且碳鋼的價格比較低廉且較容易獲取，因此在滿足機械性能的前提下，采用碳鋼作為發(fā)酵罐的主體材《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程設(shè)計 19 料還是比較經(jīng)濟的選擇。 k1） 導熱系數(shù)（ WP 為 8000Pa，罐體高為 ，料液按罐體內(nèi)部容積的 80％填加，液體高 %39。 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程設(shè)計 21 校核水壓試驗強度 內(nèi)壓容器的試驗壓力 液壓試驗 ? ?? ?tP ?? ?[4] 式中： TP —— 試驗壓力， Mpa； P—— 設(shè)計壓力， Mpa； ??? —— 容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力， Mpa； ??t? —— 容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， Mpa。同時，溫度波動還會影響沼氣中甲烷的含量多少。擠塑聚苯乙烯保溫板 (XPS)是以聚苯乙烯樹脂為原料，經(jīng)由特殊工藝連續(xù)擠出發(fā)泡成型的硬質(zhì)板材，其內(nèi)部為獨立的密閉式氣泡結(jié)構(gòu)，是一種具有高抗壓、不吸水、防潮、不透氣、輕質(zhì)、耐腐蝕、使用壽命長、導熱系數(shù)低等優(yōu)異性能的環(huán)保型保溫材料。因此，系統(tǒng)的能量平衡主要受以下幾部分的影響：①維持恒溫發(fā)酵由太陽能提供的熱量；②發(fā)酵過程產(chǎn)生的生物熱：③罐體的散熱損失；④提高進料溫度所需的熱量 (出料帶走的熱量 )；⑤沼氣帶走的熱量。 ss TQ ）柱底 ?? 2([7] （ ） 式中： 底Q —— 罐體底面單位時間內(nèi)散熱量， w； 柱Q —— 罐體圓柱面單位時間散熱量， W； sT —— 一 天內(nèi)的總時間， s?！?)， 計算中，2h可取常數(shù)值，對于金屬保護層， 2h 取 ／ (m2 2） 圓柱壁散熱損失 通過圓柱壁單位時間內(nèi)向外界的散熱的熱量可以通過以下公式計算： 221220110101021ln21ln2121 )(2rhrrrrrhttrQ?????? ?????柱 [7] （ ） 式中： 0r 一罐體內(nèi)徑， ； 1r 一發(fā)酵罐罐體外 壁半徑， m4 0 7 0 7 ????? ?rr ； 2r 一保溫層外壁半徑， m5 0 7 0 7 ????? ?rr 。只要不出現(xiàn)連續(xù)陰天情況或者極端惡劣的氣候條件，本實驗裝置在冬季情況下正常運行。 老 師務(wù)實和勇于開拓的科學態(tài)度、嚴謹?shù)闹螌W和育人風范都給作者留下了深刻的印象，使 我們 不論是在治學方面還是為人處世方面都受益匪淺，在此 郜 老師表示衷心的感謝 ! 我以后一定會好好學習，不辜負老師和家人的期望， 最后，我再一次向所有給予我指導、幫助、關(guān)心和支持的老師、同學、朋友和親人表示衷心的感謝 ! 孫 梅娟 20xx年 5月于昆明