【文章內(nèi)容簡介】 2222212r R ff??； R—— 池體內(nèi)徑 H—— 池身高度 π—— 圓周率，取 綜合圓形沼氣池的內(nèi)力 結(jié)構(gòu)計算，材料用量計算和施工、管理、使用技術(shù)等各種因素，一般認(rèn)為池蓋 矢 跨比 1 1=5fD ，池底失跨比 2 1=8fD 和池身高 ? 時沼氣池的尺寸比較合理。 1 5Df ?，2 8Df ?， =2DR 代入上面各式得 ： 8 223122322333 6 5 2 53 6 8 2 82 D D DVDD D DVDDDVD?????? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????? ? ????? V= V1+V2+V3=++= D3= 故 33 500 1 0 .3 8 ( )0 .4 4 7 0 .4 4 7VDm??? 1 1 0 .3 8 2 .0 7 6 ( )5fm?? 2 1 0 .3 8 1 .2 9 7 5 ( )8?? 1 0 .3 8 = 4 .1 5 2 ( )2 .5Hm? 1 0 .3 8 5 .1 9 )22DRm? ? ? （ ? ?221 1 5 .1 9 2 .0 7 6 7 .5 2 6 ( )2 2 .0 7 6rm? ? ?? ? ?222 1 5 . 1 9 1 . 2 9 7 5 1 1 . 0 2 9 ( )2 1 . 2 9 7 5? ? ?? 說明 ： 沼氣池的總高為 ，因為 地下水位在地面下 56m。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，在地面以上的部分為 。 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)計高度處。該位置的計算方法如下： ① 計算死氣箱拱的矢高：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 可按下式計算 f 死 =h1+h2+h3 式中： h1—— 池蓋拱頂點(diǎn)到活動蓋下邊緣平面的距離（計算過程略去），對 260cm直徑 的活動蓋，該值在 40— 60cm 之間，取 50cm h2—— 導(dǎo)氣管下露出長度，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 100cm f 死 =50+15+100=165cm= 9 圖 4 死氣箱的矢高 活動蓋 導(dǎo)氣管 蓄水圈 死氣箱 固定拱蓋 ② 計算死氣箱的容積 V 死 2 1= 3fV f r? ???????死死 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 .6593 2 ?????????死V ③ 求投料率：根據(jù)死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率，投料率 =? ? 100%VVV? ?死 式中： V、 V 死 —— 分別為沼氣池容積和死氣箱容積 ， m3 投料率 = 5 0 0 3 .9 1 0 0 % = 9 8 .2 2 %500? ? ④ 計算最大貯氣量 V 貯 V 貯 =池容 池容產(chǎn)氣率 =500=50m3 ⑤ 計算氣箱總?cè)莘e V 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 計算池蓋容積 V1 ? ?22111=36fV R f? ? 式中： V f R—— 分別為池蓋容積、池蓋矢高和池體內(nèi)徑 ? ? 33221 . mmV ??????? 因此 A— A液面位置在池身內(nèi) ⑦ 計算發(fā)酵間最低液面位 A— A 對于一般的沼氣池來說， V 氣 均大于 V1，也就是說 A— A液面位置在圓筒形池身 范圍內(nèi)，此時，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 10 V 筒 =V 氣 V1 由于 V 筒 =πR2h 筒 ， 因此2=Vh R?筒筒 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 個位置就是進(jìn)出料管的安裝位置。 V 筒 = = m3 . .117 2 ???筒h 水壓間的設(shè)計 水壓間的設(shè)計包 括確定以下三個尺寸： （ 1） 水壓間的底面標(biāo)高，此標(biāo)高應(yīng)確定在發(fā)酵間開始工作狀態(tài)時的液面位置 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。 水壓間的計算如下： ① 設(shè)計參數(shù) 最大投料量 Vmax=90%? 500=450m3 儲氣系數(shù) KG= 產(chǎn)氣率 K= （ m3d ） 總?cè)莘e V=500 m3 直徑 D=（ m） 池蓋曲率半徑 r1=（ m） 矢高 f1=（ m） ② 設(shè)計計算 V0 （ m3） ，儲氣量 VG（ m3） V0=VVmax=500450=50（ m3） VG= VmaxKKG=450? ? =45（ m3） VW=VG，就可求出水壓間的直徑 DW。 假設(shè) hw=2m 則 4 4 4 5 5 . 3 53 . 1 4 2GW wVDmh? ?? ? ?? 4 配套設(shè)施的設(shè)計計算 換熱器的計算 因為料液 含水率超過 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。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，每個沼氣池配一臺換熱器，則原料液流量為 500m3/月，換熱時間為 5h，則原 料 液 的 流量為 105 kg/h。 （ 1）計算熱負(fù)荷（不計熱損失） 及熱水用量 ? ? ? ?? ? ? ? hkgskgTTCQqWttCqQpmpm/10/ 53621226351211????? ????????????? 11 （ 2）平均溫度差 △ t1=7535=40℃ ； △ t2=455=40℃ 因為 12tt?? =4040 =12，所以逆流 △ t 逆 = 122tt? ?? =40℃ ，因為原料液和熱水流量比較大，單管程的換熱器無法完成換熱任務(wù)，所以選擇單殼程雙管程的換熱器。 R= 1221TTtt?? = 5354575?? =， P= 2111ttTt?? = 575535?? =， 溫度校正系數(shù) φ=，因為 φ＞ 可行 ，△ tm=φ△ t 逆 =40=℃ （ 3）估算傳熱面積 A 估 選總傳熱系數(shù) K 估 =1200W/（ ） ， 26 mtK QA m ?????? 估估 （ 4） 試選型號 因為原料液中含有懸浮物質(zhì)，長期在換熱器中流動，會有部分沉積，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 1043600251211 ????????????udqn m??， 取 45 根 根據(jù)傳熱面積 A 估 估算管子長度 L180。=2dnA? ???估 = ??? 若用 4 管程，則每管程的管長選用 L=6000mm 由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)初選浮頭式換熱器型號為 管總數(shù) N=188 根，每管程的管數(shù) n= 418 =47 根， 管 中心距 t=32mm，正方形錯列。殼體內(nèi)徑D=600mm，折流 擋 板間距 h=200mm，故折流板擋板數(shù) NB=hL 1= 1=29 塊。傳熱面積 A 選 = （ 5） 校核總傳熱系數(shù) ① 管程對流傳熱系數(shù) α1 管內(nèi) 料液 流速 u1=ndqm???211143600?? = sm / 8 9 83 6 0 01025??? ? Re1= 1 1 11ud ???? = 3 ?? ?? ? 12 Pr1=111???pc = 33 ???? ? α1=11d? R P = （ ） 7=② 殼程對流傳熱系數(shù) α2 殼程流通截面積 S=hd（ 1td0） = （ 13225） = 熱水 的流速 u2=Sqm?2 2?= sm /026 ?? 正方形排列的當(dāng)量直徑 de=0202 )4(4ddt?????? = )(4 22 ?? ??? 62 222 ?? ?????? ??? ud e 3122 ?ru PN （w??2 ） ? =163， Pr2=222???pc = 63 ???? ? 熱水 被 冷卻 ，?。╳??2 ） = α2=163ed2? 312?rP （w??2 ） =163 （ ） 31? = W/ ③ 總傳熱系數(shù) 取污垢熱阻 Rd1= Rd2=，碳鋼的熱導(dǎo)率 ? =45W/（ ） K1 = 11? +Rd1+ mddb??? 1 +Rd221dd + 22 1dd?? = ++ ? ? +2520 + ? = K= W/ ④ 傳熱面積 A=mtKQ?? = 6?? = 與原估計值基本相符 AA選 = =，即傳熱面積有 2%的裕量，符合要求 13 吸收塔的計算 （ 1） 傳質(zhì)推動力的計算 在溫度 t=35℃ ，總壓 下，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分子質(zhì)量之比?？諝馄骄肿恿渴?29， 硫化氫是 34，所以硫化氫密度比空氣的大 。 35℃ 時空氣的密度是 ，則 H2S 的密度是 kg/m3，吸收后H2S 的必須小于 ，即 108， 吸收率要達(dá)到 %以上 。一般硫化氫的濃度 超 過 %時可引起人頭痛、乏力、失明、胃腸道病等癥狀。超過 %時， 可很快致人死亡。 從實際情況考慮，只要 H2S 的摩爾分?jǐn)?shù)低于 %即可，所以本設(shè)計要求吸收率達(dá)到 98%，即出口混合氣體中 H2S 的摩爾分?jǐn)?shù)是 %。 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=pE= 343 ? ? ?11122112 2 222%%1 1 34%98% 1 , 1 98% 006 8%0 , 0%yYyYYYYX Y mXYY??? ? ???? ? ? ? ?? ? ??? （ 2） 吸收劑（水溶液）用量的計算 ① 設(shè)計參數(shù) 由沼氣池出來的沼氣用水溶液去除其中的 H2S， 每月沼氣產(chǎn)量為 500m3， 處理完，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。吸收劑用量為最小用量的 倍 ， 已知操作壓力為 2 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。 ② 設(shè)計計算 惰性 氣體流量為 ? ? hk m olG /% ?????? 121m in1 34% 006 8% 33 %00 343YYL YG m? ??? ? ? ????? ?? m i n1 .1 1 .1 3 3 6 .1 4 3 6 9 .7 5LLGG? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 吸收劑用量 L=18=（ 3） 吸收塔塔徑的計算 ① 設(shè)計參數(shù) 用清水吸收沼氣中的 H2S， 沼氣的處理量為 1000m3/h，密度 ρG=，用水量為 ，溶液密度看作與水的密度相同， ρL=1000 kg/m3。操作壓力為 2 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為 35℃ 。 ② 設(shè)計計算 混合氣的質(zhì)量流量 G180。=ρGV=1000=1150kg/h 14 GL??（LG?? ） 21 = 21??????? 用《化工原理》 圖 529 坐 標(biāo)的 與亂堆填料 的泛點(diǎn)線，查的縱坐標(biāo)為2 ( ) 0 . 0 0 1 4f GLLg? ? ??? ? ? ? ? ? ? 選用 25mm25mm 亂堆瓷鮑爾環(huán)，填料因子 ? =300 l/m， ? =L??水 =1 35℃ 溶液取 35℃ 水的黏度 L? =106Pa/s 泛點(diǎn)氣速 f? = LGLg ?????? ?? ? ?= ? ? sm /10 ???????? 取空塔氣速為 80% f? ，則 ? =80% f? ==塔徑 D=uVs?4?= 1000 ??? （ 4） 填料層高度的計算 ① 設(shè)計參數(shù) 沼氣在直徑為 的填料吸收塔中用清水吸收其中的 硫化氫 ，沼氣流量為 1000m3/h，操作溫度為 35℃ ， 硫化氫的氣相體積吸收總系數(shù) KYa=300kmol/。 ② 設(shè)計計算 maK GHYOG1 5 43 0 02?????? ? 1222343= = 0. 93 1 = 0. 0736 9. 751 1 0. 03