农村家用沼气池设计精校版

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1、课程设计说明书题目:农村家用沼气池设计院系：地球与环境学院专业班级：环境工程班学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年1月9日安徽理工大学课程设计（论文）任务书地球与环境学院院系环境工程教研室学号学生姓名专业（班级）设计题目农村家用沼气池设计设计技 术参数1. 收2. 产3. 池4. 家5. 畜6. E（集系数；z气率：m3*d; 屯容产气率：； 尺庭人:7；夸生数量：9； 划柱体型池身直径。设计 要求1沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入 相连通；2. 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观；3. 池盖顶端复土厚度不小于 200mm4. 强度安全系数K；5. 正常使用寿命

2、20年以上。工作量1. 设计计算说明书1份；2. 图纸1张；3. 设计成果打印并装订好，与图纸一起放入专门的牛皮纸袋中。工作计 划1. 资料收集与整理1天；2. 设计计算2天；3. 绘制有关图纸1天；4. 编写设计说明书2天参考资 料1. 王2. 芈3. 赵4. 卞5. 张三志魁化工原理M.北京化学工业出版社.2002岸振明固体废物的处理与处置M.北京高等教育出版社.1993舀由才固体废物污染控制与资源化 北京化学工业出版社.2002有生生态农业中废弃物的处理与再生利用北京化学工业出版社.2005攵平水压式沼气池原理与构造可再生资源.指导教师签字教研室主任签字课程设计题目 农村家用沼气池设计指

3、导教师评语：成绩： 指导教J年月日1 概 论 3设计任务和内容 3设计内容 3水压式沼气池设计任务 4课程设计原则 5工程设计范围 5项目的背景及建设的必要性 5沼气的基本知识 5水压式沼气池基本知识 6水压式沼气池的特点 6沼气池采用中温厌氧发酵 72 厌氧发酵工艺流程说明 73 沼气池体部分的设计计算 8发酵原料 8沼气池体部分设计计算 8设计参数 8发酵间的设计 9水压间的设计 124 配套设施的设计计算 13换热器的计算 13吸收塔的计算 155 设计总结 176 参考文献 171 概论设计任务和内容设计内容根据基础资料，设计一个方案，对农业固体废物畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵处理，温度

4、低的时候对原料进行换热，使进口温度满足中温厌氧发酵，出口气体吸收其中的硫化氢，沼气经净化之后达到恶臭污染物控制标准（GB14554-93中二级新扩改建标准。控制标准如表 1 所示：表 1 恶臭污染物厂界标准值序号控制项目单位级二级三级新扩改建现有新扩改建现有1氨mgj/m2三甲胺mg/m3硫化氢mg/m4甲硫醇mg/m5甲硫醚mg/m6二甲二硫mg/m7二硫化碳mg/m108苯乙烯mg/m14199臭气浓度无量纲1020306070沼气中的臭气主E要为H2S,而H2S 的含量为经过吸收塔的U吸收后就可以达到排放标准。水压式沼气池设计任务（1）设计题目水压式沼气池设计（2）主要设计任务 水压式沼

5、气池尺寸设计：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、高 度、直 径。 配套设施：换热器的传热面积、管长、管径、标准换热器选型；吸收塔填 料层高 度、塔径、总压力等。 换热器和吸收塔采用间歇式操作，一次厌氧发酵时间为 30 天，比较冷的 月份分 两个区间，从 1 月份到 3 月份，从 10 月份到 1 月份是比较冷的时间，所 以需要用到换热 器；产生的气体要经过吸收才能达到恶臭污染物控制标准 ， 所以要用到吸收塔。（3）设计目的 巩固已学过的与环境工程有关的专业知识，特别是厌氧发酵章节； 领会国家关于环境保护的方针、政策和法规，初步树立正确的环境保护指 导思 想； 综合运用所学知识，通过课程设

6、计规定的任务，培养全面考虑和解决问题 的能 力； 提高计算、制图等方面的基本技能； 提高运用文献、技术资料和工具书的能力（4）基础资料地基允许承载力8t/m2,地下水位在地面下5-6m,水压间有效容积是日产气量的 50%装置内最大气压极限w 800kPa,装置内正常工作气压w 784kPa,活载荷200kg/m2 课程设计原则（1）在总体技术路线上要符合我国生活垃圾处理的技术政策，水压式沼气 池要符合 无害化的总目标。（2）配套换热器和吸收塔，保证水压式沼气池的温度比较恒定且能有效回 收沼气中 的二氧化碳。（3）根据该地区的经济承受能力，尽可能为国家节省建设资金。 工程设计范围 工程设计范围为

7、工艺部分设计计算。项目的背景及建设的必要性 随着生活水平的提高和集约式农业的发展，农村固体废物中畜禽粪便和秸 秆的产生 量越来越大， 不及时有效的处理将造成农村环境卫生的破坏。 利用普通 使用的水压式沼 气池进行处理， 既可以有效利用资源， 又可以产生新的清洁能源 沼气，还可以消除 环境污染。水压式沼气池存在能耗低、占地面积不大、处 理效果好的优点， 但是也存在随 季节温度变化工作不稳定等缺点， 在设计的过程 中需要克服该问题。沼气的基本知识（1）沼气及其产生过程 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱 度的条件下，通 过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼

8、泽、 湖泊、 池塘中发现的， 所以人们叫它沼气。 沼气含有多种气体， 主要成分是甲烷 （ CH4） 沼气细菌分解有机物， 产生沼气的过程， 叫沼气发酵。 根据沼气发酵过程中各 类 细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将 复杂的 有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO）等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维 分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂 肪的，叫脂肪分解菌；第二 类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把 简单的有机物及二氧化碳氧化或还原 成甲烷。 因此，有机物变成沼气的过程，就 好比工厂里生产一种产品的两道工序： 首先 是分解细菌

9、将粪便、秸秆、杂草等复 杂的有机物加工成半成品一一结构简单的化合物；再 就是在甲烷细菌的作用下， 将简单的化合物加工成产品一一 即生成甲烷。2） 沼气的成分沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢（HS）、氮 及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重 烃等气体； 不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为 55%- 70%二氧化碳 含量为28%- 44%硫化氢平均含量为。（3） 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是 一种无 色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH,是一个碳原子

10、与四个氢原子所结合的简 单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20C、千 帕时， 100单位体积的水，只能溶解 3个单位体积 的甲烷。甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温 度可达 1400 C 左右。纯甲烷每立方米发热量为千焦。沼气每立方米的发热量约 千焦，相当于 千 克柴油或千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每 立方米沼气所能利用的热 量，相当于燃烧千克煤所能利用的热量。水压式沼气池基本知识水压式沼气池的特点水压沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池，池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构包括加料管、出料管、水压

11、间、导气管几个部分。圆 筒形结构 沼气池的受力性能好，比相同容积的长方形池表面积小20%左右，池内无死角，容易密封，有利于甲烷菌的活动，以发挥甲烷菌的产气作用。水压式沼气池的工作原理是：产气时，沼气压料液使水压箱内液面压高； 用 气时，料 液压沼气供气。产气、用气循环工作，依靠水压箱内料液的自动升降， 使气室的气压自动 调节。（1）水压式沼气池型有以下几个优点： 池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料， 成本比较 低。 适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。 为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进 池。 沼气池周围都与

12、土壤接触，对池体保温有一定的作用。2） 水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是： 由于气压反复变化，而且一般在 4 16 千帕（即 40 160 厘米水柱）压力 之间变 化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。 由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利 用率不 高，池容产气率（即每立方米池容积一昼夜的产气量）偏低，一般产气率 每天仅为米 3/米 3 左右。 由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说， 大出料 工作比 较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。沼气池采用中温厌氧发酵发酵温度维持在30 35 C,此发酵工艺有机物消化速度

13、较快，产气率高，与高温发酵 相比，所需热量要少得多。从能量回收的角度，该工艺被认为是一种 较理想的发酵工艺类 型。目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段（如图 1 所示）。各阶 段各有 其独特的微生物类群起作用。 液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌， 包括 纤维素分解 菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌。产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解 菌。这两个阶段起作 用的细菌称为不产甲烷菌。 产甲烷阶段起作用的细菌是甲烷 细菌。图 1 厌氧发酵三阶段2厌氧发酵工艺流程说明所设沼气池采用厌氧发酵工艺流程。 工艺流程图如图2所示，采用中温厌氧发酵，发酵时间为 3

14、0天，也就是说 30天进行 一次大换料。一月到三月、十月到一月温度比较低，这段时间对原料 要进行换热处理。产 生的沼气要经过吸收塔吸收才能用，才能达到排放要求。图 2 厌氧发酵工艺流程3 沼气池体部分的设计计算发酵原料发酵原料：所设计的沼气池所用的农业固体废物主要有猪粪和秸秆两种，其年产量为吨，因为在南方，所以秸秆为稻草。厌氧发酵的适宜碳氮比为 20： 1 30： 1，碳氮比达 35： 1时产气量明显下 降， 本沼气池选用的碳氮比为 25: 1。为使发酵过程有一个较高的产气量，可将贫氮原料与富氮原料适当配合成为 具有适宜碳氮比的混合原料。Cx混合原料碳氮比kNx式中：K混合原料的碳氮比C、N -分别为原料中碳、氮含量，%x 原料的重量， kg采用一次性进料，一次性出料的方式，猪粪和稻草的月产量为吨，查芈振明 固体废 弃物的处理与处置表9 7得稻草中G为42% Ni为猪粪中C2为 n j为设稻草有x kg,猪粪则为(250-x) kg求出乂=吨 一次性投加的稻草为吨,猪粪为吨。水压式沼气池的容积比较小,对于每月 吨的原料 无法全部容纳,因此分十个沼气池同时作业,每个池子一次