【正文】 不論從做人、做事還是做研究，都受到郜華萍老師的深深影響，這些都讓我受益終身!郜老師在教學(xué)過程中教導(dǎo)我們要善于把握可再生能源開發(fā)和利用的宏觀發(fā)展方向，注重培養(yǎng)動手實踐和獨(dú)立思考解決問題的能力。參考文獻(xiàn)[1]楊增玲，基于物理指標(biāo)快速預(yù)測豬糞尿肥料成分含量的試驗研究[D].北京:中國科技論文在線,2004.[2]邵紅艷，貴州農(nóng)村沼氣池結(jié)構(gòu)改進(jìn)及建池鋼模設(shè)計[D].貴州：貴州大學(xué)，2008.[3]譚蔚，化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)．第一版．天津：天津大學(xué)出版社，83．93．[4]刁玉韋，：大連理工大學(xué)出版社，2006：.[5]GB4750～4752—84．農(nóng)村家用水壓式沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集、農(nóng)村家用水壓式沼氣池質(zhì)量檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)村家用水壓式沼氣池施工操作規(guī)程．[6]董大勤，袁鳳隱，：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：186.[7][D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2009.[8]唐受印，戴友芝，：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，8.[9]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.[10]于海明，周嶺,[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2006，18(2)：53．56.[11]：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，.[12]繆則學(xué)，[J].江蘇沼氣，1988，6：1114.[13]王榮光，：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.[14]， and ，Simulation andexperimental performance of a solar—heated anaerobic digester[J]Solar ，70(2)：155一l 64.[15][J].福建建設(shè)科技，2006，1：58—59.致謝值此本設(shè)計完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、支持和幫助作者的老師、同學(xué)表示由衷的感謝!歲月冉冉，光陰似箭!化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計這門課已經(jīng)結(jié)束了。2）進(jìn)行不同發(fā)酵工藝條件的發(fā)酵對比實驗，分析各個因素對發(fā)酵過程的影響，確定出本套裝置的最佳發(fā)酵工藝條件，進(jìn)一步提高裝置的產(chǎn)氣率。 尚待解決的問題由于研究時間和個人知識的限制，本設(shè)計存在以下幾方面的問題沒有進(jìn)行充分的探討，建議再以后的研究中，對以下幾點(diǎn)進(jìn)行更深入的研究：1）本套裝置的成本較高，投資回報期較長。發(fā)酵周期20天。結(jié)合西北地區(qū)太陽能資源豐富的特點(diǎn)，將太陽能中、低溫集熱系統(tǒng)和沼氣發(fā)酵裝置結(jié)合，設(shè)計了一套太陽能加熱的恒溫沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，得出以下結(jié)論：1）根據(jù)本裝置的設(shè)計分析，一套發(fā)酵罐容積為的太陽能加熱的戶用型沼氣發(fā)酵裝置可以滿足用戶在冬季對沼氣的需求量?！妫?，因為料液固含量為8％，料液的大部分仍是水，因此其值可以取水的比熱4200J／(kg將各項參數(shù)代入公式（），可以得 將各部分的熱損失相加，可以求出罐體一天內(nèi)的散熱損失Qs： 加熱料液需要的熱量假設(shè)連續(xù)型發(fā)酵裝置需要每天出部分舊料，同時每天添加進(jìn)相同質(zhì)量的新料，由于這部分新料從環(huán)境中進(jìn)入，為維持發(fā)酵罐內(nèi)溫度恒定，需要提供熱量供其升溫。將各參數(shù)代入公式（），通過計算可以求出多層平板總傳熱系數(shù)℃)本裝置在西北地區(qū)室外條件下運(yùn)行，冬季氣候寒冷，按發(fā)酵罐內(nèi)部料液溫度取發(fā)酵溫度25℃進(jìn)行計算，環(huán)境溫度取冬季一個較冷氣溫7℃，將以上各項參數(shù)代入公式（）進(jìn)行計算：。一保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，= W／(m℃)，本文取52 W／(m℃)；對于非金屬保護(hù)層，／(m2℃)；一保溫層外表面與環(huán)境間換熱系數(shù)，= w／(m2K)一發(fā)酵罐內(nèi)部料液溫度，25℃一外部環(huán)境溫度，取冬季低溫7℃散熱面積A的大小由圓柱體半徑?jīng)Q定：一罐體半徑，m。因此，本厭氧發(fā)酵物料在保溫過程中的溫度場可看成是穩(wěn)態(tài)溫度場，物料溫變一致；假設(shè)4：保護(hù)層材料一般導(dǎo)熱系數(shù)較大，而厚度相對較小(常小于lmm)，故在計算時可忽略其熱阻。為簡化計算，可以根據(jù)實際情況做出以下幾點(diǎn)假設(shè)：假設(shè)1：在發(fā)酵過程中計算熱損失時，可假設(shè)消化池內(nèi)所有物質(zhì)(氣體和發(fā)酵原料)都處于相同的溫度。發(fā)酵罐為圓柱形，圓柱體表面積散熱分為2個部分，分別是2個圓底面以及圓柱壁面散熱，罐體一天內(nèi)的散熱損失為。因此，能量的平衡主要由太陽能集熱器吸收的太陽能，一天內(nèi)罐體向外界散失的熱量，出料帶出的熱量三部分組成。而對于發(fā)酵過程是否產(chǎn)生的熱量，仍是一個具有爭議的問題。由上述分析可知，沼氣發(fā)酵罐的熱量平衡方程為：[7]式中；——加熱裝置一天內(nèi)的熱負(fù)荷，J；——每天由發(fā)酵過程產(chǎn)生的生物熱，J；——罐體一天向周圍空氣的散熱量，J，一天按16小時算；——每天添加的物料升溫所需總熱量，J；——沼氣所帶走的熱量，J。假設(shè)系統(tǒng)采用連續(xù)進(jìn)料方式，每天都有新物料進(jìn)入，舊物料排出?！?。這種結(jié)構(gòu)使擠塑板在吸水率、蒸汽滲透系數(shù)以及導(dǎo)熱系數(shù)等方面均低于其它的板狀保溫材料，同時抗壓強(qiáng)度卻很高，因此具有優(yōu)越的保溫隔熱性能，良好的抗水性能和高抗壓性能。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(dú)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(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)異性能的環(huán)保型保溫材料。保護(hù)層一般緊貼絕熱層安裝。保溫結(jié)構(gòu)由絕熱層和保護(hù)層兩部分構(gòu)成：絕熱層主要由導(dǎo)熱系數(shù)小于O．2W／(m也有資料表述，一個好的設(shè)計應(yīng)避免使消化罐內(nèi)溫度變化大0．5℃／d，溫度變化必須控制在1℃／d以下。同時，溫度波動還會影響沼氣中甲烷的含量多少。 罐體保溫層設(shè)計本裝置要在冬季情況下運(yùn)行，冬季外界環(huán)境溫度較低，而要使厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果較好，必須首先維持料液溫度在較高的溫度范圍，其次應(yīng)該維持發(fā)酵罐內(nèi)物料溫度穩(wěn)定更為重要。 內(nèi)壓封頭設(shè)計封頭是容器的重要組成部分，其設(shè)計主要是建立在殼體的無力矩理論即假設(shè)應(yīng)力沿壁厚均勻分布的基礎(chǔ)上。圓筒的有效壁厚 。 校核水壓試驗強(qiáng)度內(nèi)壓容器的試驗壓力 液壓試驗 [4]式中：——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； ——容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，Mpa。 帶入數(shù)據(jù)得，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，[6]=113Mpa，100%無損檢測的焊接接頭系數(shù)[6]=，鋼板負(fù)偏差[3]=，腐蝕裕量[4]=,帶入圓筒設(shè)計壁厚公式 中得mm圓整后取名義厚度為mm。沼氣氣壓是計算發(fā)酵裝置內(nèi)壓力的重要外力，設(shè)計氣壓應(yīng)科學(xué)合理確定，根據(jù)國標(biāo)GB4750～4752．84[5]要求，設(shè)計參數(shù)一般不超過800mm水柱()，最大氣壓限值不超過1200mm水柱()，據(jù)此，本裝置安裝了工作壓力為8000Pa的安全閥。一般取最大工作壓力的1．10倍為設(shè)計壓力。K1） 碳鋼 1400～1500 ～ 罐體壁厚的計算 厚度計算罐體作為壓力容器承受內(nèi)壓力作用時在壁上將產(chǎn)生3個互相垂直的主應(yīng)力，它們是環(huán)向應(yīng)力或稱周向應(yīng)力徑向應(yīng)力和縱向應(yīng)力因罐體的壁厚d與其內(nèi)徑D的比值小于1／20所以反應(yīng)罐可以按照薄壁壓力容器進(jìn)行計算。k1） 導(dǎo)熱系數(shù)（W 碳鋼物理特性表【4】材料 密度（g/cm3） 熔點(diǎn)（℃） 比熱值（J這種方法可以在滿足設(shè)備力學(xué)性能以及耐腐蝕性能要求的情況下有效地降低發(fā)酵罐的罐體制造成本，是比較合適的材料選擇方案。不銹鋼雖然各種性能都好，但價格比較昂貴，焊接加工要求較高，因此也不宜采用。對比兩種材料的性能，普通低合金鋼的強(qiáng)度比碳素鋼強(qiáng)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(qiáng)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(jī)械性能的前提下，采用碳鋼作為發(fā)酵罐的主體材料還是比較經(jīng)濟(jì)的選擇。材料的選擇不僅要滿足設(shè)備的性能需要，另外還要從經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行考慮。本裝置工作壓力比較低，因此，裝置可按低壓容器的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計、選材。但強(qiáng)度高的材料，塑性、韌性一般較低，制造困難。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度是決定鋼板許用應(yīng)力的依據(jù)。在設(shè)計過程中，首先應(yīng)該考慮材料的物理、力學(xué)性能。 發(fā)酵罐罐體材料的選擇在發(fā)酵裝置的設(shè)計和制造過程中，罐體材料的選擇十分重要。面積對半徑求導(dǎo)得 根據(jù)上述的優(yōu)化方法得，=2，所以， mDi=m通過上述優(yōu)化，可以得出在發(fā)酵罐容積相同的情況下，圓柱體高徑比為1：1時的沼氣池表面積最小，因此罐體散熱面面積最小，制造罐體所需材料也最少，罐體的造價也最低。采用此方法設(shè)計發(fā)酵罐罐體尺寸，可以使發(fā)酵罐罐體表面積最小，從而達(dá)到減少熱損，減少罐體成本以及減少太陽能集熱器投資的目的。 已知料液的進(jìn)料量為40t/d,其濃度為8%，密度 kg/cm3,適當(dāng)發(fā)酵時間為20d，所以，發(fā)酵罐有效容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m3根據(jù)國內(nèi)外厭氧發(fā)酵的實驗以及本實驗的特點(diǎn)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(xué)的方法對罐體進(jìn)行理論優(yōu)化。發(fā)酵濃度247。 設(shè)計中取發(fā)酵料液濃度為8% 。夏季由于氣溫高、原料分解快，料液濃度一般為8％～1 O％，冬季由于原料分解緩慢，濃度一般為l 0％～12％。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(jī)肥料用于無公害農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)等。糞便在發(fā)酵間內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過汽水分離、脫硫等凈化處理后進(jìn)入儲氣罐，沼氣可供居民生活或豬場生產(chǎn)使用。同時，預(yù)加熱發(fā)酵池也起到暫時儲存豬糞便的作用，當(dāng)發(fā)酵間內(nèi)沒有多余的空間時，產(chǎn)生的糞便可暫時儲存在預(yù)加熱發(fā)酵池內(nèi)，需要時打開閥門，糞便在自身重力的作用下，流入發(fā)酵間，進(jìn)行發(fā)酵。 工藝流程輔熱集箱式厭氧發(fā)酵及沼液、沼渣處理工藝流程如圖2所示，豬場產(chǎn)生的糞便經(jīng)過預(yù)處理后，經(jīng)排糞槽流入預(yù)加熱發(fā)酵池。太陽能加熱系統(tǒng)中還設(shè)有循環(huán)泵的總控裝置。第1循環(huán)熱水緩沖器的溫度高于62℃時，其循環(huán)路線為：熱水緩沖器一循環(huán)泵一閥3一螺旋換熱器一閥4一電磁閥3一熱水緩沖器此時，電磁閥1與電磁閥2關(guān)閉，切斷與太陽能熱水箱的循環(huán)；電磁閥3打開，循環(huán)水直接通過熱水緩沖器進(jìn)行循環(huán)，促使熱水緩沖器中的溫度降低。2℃。熱水緩沖器的主要功能是為了控制進(jìn)入螺旋換熱器中水的溫度，防止溫度過高。其功能是為中溫發(fā)酵的沼氣反應(yīng)罐進(jìn)行加熱。第3章 太陽能加熱的沼氣發(fā)酵裝置的設(shè)計 太陽能加熱恒溫系統(tǒng) 太陽能加熱恒溫系統(tǒng)的組成太陽能加熱恒溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示。攪拌又可以打碎結(jié)殼，