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1、. . . . 目 录目 录I摘 要IIIAbstractIV第一章 前言11 引言12餐厨垃圾处理处置现状12.1 粉碎直排12.2 肥料化处理22.3 饲料化处理22.4 生物发酵制氢技术22.5 厌氧发酵技术33 厨余垃圾厌氧发酵技术详探4第二章：工艺计算62.1初始设计参数62.2 设计计算参数62.3反应器的传热计算72.4确定夹套里水的质量流量8第三章 发酵罐的结构设计93.1 发酵罐尺寸的初选93.2 发酵罐搅拌器的选型103.3 发酵罐传热元件的设计113.3.1 传热元件的选取113.3.2 夹套的尺寸与连接型式123.4 发酵罐的具体尺寸的设计计算133.4.1 发酵罐筒体
2、厚度设计计算133.4.2 封头厚度计算143.4.3夹套的壁厚计算163.5 发酵罐搅拌功率计算与电机的选型163.5.1搅拌功率计算163.5.2 电机的选型163.6 传动装置与选型173.6.1减速器的选取173.6.2 联轴器的选择173.6.3 搅拌轴的设计183.6.3.1 搅拌轴强度预算183.6.3.2 按扭矩和弯矩合成计算轴强度193.6.3.3 搅拌轴临界转速的校核213.6.4 凸缘法兰的选型233.6.5 安装底盖的选型243.6.6螺栓强度的校核253.7 水压试验263.8接管与管法兰的设计27第四章 发酵罐的附件的选取294.1 视镜的选取294.2 温度计测量
3、元件294.3 挡板的选型304.4 支座的选型304.5 转轴的密封324.6焊接结构设计33结论35致36参考文献37附录3950L通用式厌氧发酵罐的设计摘 要 本设计介绍了餐厨垃圾的成分、特点，综述了目前处理厨余垃圾的基本方法：饲料化技术、堆肥化处理技术、生物厌氧发酵技术。确定了厨余垃圾的厌氧发酵工艺，先对收集来的厨余垃圾进行预处理：除杂、含水量的调节、PH的调节等，用泵打入发酵罐进行厌氧发酵。本设计着重于厌氧发酵罐的设计，对发酵罐罐体的尺寸，发酵工艺，搅拌功率，搅拌桨，搅拌轴等进行了设计计算和应力校核。对于一些相对复杂的设计过程全部运用了MATLAB进行编程计算。关键词：厨余垃圾；处理
4、技术；厌氧发酵；厌氧发酵罐；搅拌轴设计；MATLAB编程计算50LUniversalDesign ofanaerobicfermentation tankAbstractThis designintroducesfood wastecomposition, characteristics, review the currentbasickitchen wastetreatmentmethod: Feed technology,composting, biological anaerobic fermentation. Kitchen wasteto determinetheanaerobicf
5、ermentation process, the first of collectedkitchen wastepretreatment: purification,waterregulation, PH adjustment, etc., into thefermentation tankwith apumpfor anaerobicfermentation.The designfocuses onthe design ofanaerobicfermentation, the fermentationjarsofbodysize, fermentation technology, mixin
6、g power, impeller, shaft, etc. Checkthe design. For somerelatively complexdesign of allcalculatedusingtheMATLABprogramming.Key words：food waste; processing technology; anaerobic fermentation; anaerobic fermentation; shaft design; MATLAB programming calculation朗读显示对应的拉丁字符的拼音第一章 前言1 引言餐厨垃圾主要是指居民日常生活与除
7、此以 外的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾1。餐厨垃圾包括废弃食用油脂和厨余垃圾。其中废弃食用油脂是指不可再食用的动植物油脂和各类油水混合物，而厨余垃圾是指食物残余和食品加工废料，主要为餐厨垃圾中的固体残留物。 近年来,随着人们生活水平的日益提高以与全球人口的增加，厨余垃圾的产量呈现明显的增长趋势。目前，全球每年产生的城市生活垃圾为500亿t左右，其中厨余垃圾约占其中的10202。我国厨余垃圾产量巨大，据国家环境公报显示，2001年城市生活垃圾的清运量13470.4万t，其中厨余垃圾4041.1万5388.2万t，占城市生活垃圾总量的30503。目前，国外厨余垃圾资源化技术主要有
8、粉碎直排、料化处理技术、饲料化技术肥、生物制氢、厌氧发酵处理技术等。2餐厨垃圾处理处置现状2.1 粉碎直排由于厨房空间有限，因此就地减量处理是餐厨垃圾处理的基本立足点。目前一些国家普遍采用在厨房配置餐厨垃圾处理装置，将粉碎后的餐厨垃圾排人市政下水管网的方法。如国外研制的餐厨垃圾机械研磨装置即通过高速运转的刀片将装在胆的各种食物垃圾切碎搅拌后冲入下水道，这样可部分解决下水道堵塞问题。但餐厨垃圾粉碎直排容易产生污水和臭气，滋生病菌、蚊蝇和导致疾病传播，油污凝结成块会造成排水管堵塞，降低城市下水道的排水能力，高油脂含量等特性也增加了城市污水处理厂和垃圾填埋场负荷，同时也不可避免地产生二次污染4。2.
9、2 肥料化处理厨余垃圾的肥料化处理方法主要包括好氧堆肥和厌氧消化两种。好氧堆肥过程是在有氧条件下，利用好氧微生物分泌的胞外酶将有机物固体分解为可溶性有机物质，再渗入到细胞中，通过微生物的新代，实现整个堆肥过程5。同时，由好氧堆肥引申出一些类似的方法，如蚯蚓堆肥是近年来发展起来的一项新技术， 利用蚯蚓吞食大量厨余垃圾，并将其与土壤混合，通过砂囊的机械研磨作用和肠道的生物化学作用将有机物转化为自身或其他生物可以利用的营养物质。厨余垃圾的厌氧消化处理是指在特定的厌氧条件下，微生物将有机垃圾进行分解，其中的碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳，而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中， 并转化为易被动植物吸收利用
10、的形式6。厨余垃圾的肥料化处理的缺点是肥料质量不高，同时较高质量的堆肥方式成本比较高，推广困难。 2.3 饲料化处理厨余垃圾的饲料化处理原理是利用厨余垃圾中含有的大量有机物，通过对其粉碎、 脱水、发酵、软硬分离后，将垃圾转变成高热量的动物饲料，变废为宝目前我国厨余垃圾的饲料化处理技术已趋成熟，有多种类型的处理技术在、等城市推广应用。在饲料化处理中，最为重要的一步工艺就是发酵，在该方向上很多研究都取得了显著成果。邬焕7等通过采用多种酵母菌和霉菌的混合发酵，筛选出白地酶 F-1，米曲霉F-6进行优势菌种组合，在一定的发酵条件下，最终得到的饲料粗蛋白含量33.87，比原料增加了6.85；金钟8等采用
11、多菌种混合发酵同时处理泔脚和秸杆，在两者按3:1混合，温度150， 高压锅中高温湿热酸处理的条件下，获得了粗蛋白 25，粗纤维18，水分能耗大且生产成本高，而生物制氢；主要利用光合细菌产氢和发酵产氢法反应条件温和、能耗低，因而受到关注。Lay Jiunn-Jyi8等从活性污泥中获取微生物，对不同化学组成的餐厨垃圾：糖类（米和马铃薯）、酯类（肥肉和鸡皮）、蛋白质（鸡蛋和瘦肉）进行发酵产氢，得出糖类垃圾的产氢能力大概是其他2类的20倍。敏等9采用连续流厌氧发酵法研究了糖蜜废水、淀粉废水与牛奶废水生物制氢，结果表明，糖蜜废水与淀粉废水都是较好的厌氧发酵法生物产氢底物，3大类有机物中碳水化合物是目前技
12、术条件下最具可能性的原材料。而碳水化合物中，溶解性好的糖比溶解性差的淀粉更具生物产氢可行性，但淀粉比溶解性糖更具有产氢前景，牛奶废水则不适用于作为CSTR反应器中发酵法生物制氢底物。春芳等10，进行了以葡萄糖为基质的消化污泥厌氧发酵产氢气的研究，结果表明在厌氧产酸阶段，通过控制体系的PH和污泥停留时间(SRT)，可以得到较高的产氢量。在PH为5.0、SRT为6h的条件下，产氢能力达到2.298L/(LD)，日均处理葡萄糖COD负荷8.7Kg。2.5 厌氧发酵技术由于厨余垃圾容易发酵、变质、腐烂，不仅产生大量的毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，所以厨余垃圾如果得不到与时的处理，不仅影响城市市
13、容和环境卫生，而且会传播疾病，危害人们的日常生活和身体健康。但与其他垃圾相比，厨余垃圾因其高碳氮比(C/N)、营养元素多、可生化性强等特点，适合于厌氧发酵的处理技术。其处理的优点在于利用微生物降解有机成分，不仅具有较高的废物处理效率，而且还可以得到有机肥料、化工产品以与生物气能源等。目前， 在国外厌氧发酵技术已应用于酒精、食品、制药、化工等行业的废水处理过程 中。随着厌氧发酵技术的广泛运用，国外已经有将该技术用于厨余垃圾处理的实例，并获得乙酸等化工产品，取得 了一定的效果。为了提高厨余垃圾厌氧发酵产酸的效率，笔者以厨余垃圾为原料，采用正交试验设计方法，研究接种比例、pH值和温度对厨余垃圾厌氧发
14、酵产酸的影响，并最终确定厨余垃圾厌氧发酵产酸的最佳条件11。其具体工艺如下此工艺是以后各种高固体厌氧消化工艺的基础。3 厨余垃圾厌氧发酵技术详探采用厌氧发酵工艺处理厨余垃圾具有许多独特的优点12:(1)厌氧系统可以处理含固率为10%-25%的有机废弃物,厨余垃圾的含固率一般在15%-20%左右,因此发酵前既不需加水也不需要脱水,简化了前处理,也节约了能耗；(2)通常,有机物碳氮比在20-30间最适合厌氧发酵而厨余垃圾的碳氮比在10-25之间,非常适合厌氧发酵,如果碳氮比过低还可以添加猪粪和污泥等碳氮比较高的有机废弃物进行调节；（3）厌氧发酵具有有机负荷高、占地少、周期短、对环境造成的负面作用小
15、特别适合环境要求高的城市；（4）厌氧发酵可以在处理厨余垃圾时，同时处理其它可腐有机物如粪便、污泥等，并根据各种需求添加相应的添加料、制造特种肥料、提高产品的附加值。厌氧发酵的产物乳酸（Lactic Acid）又名-羟基丙酸。物理性质：纯品为无色液体，工业品为无色到浅黄色液体。无气味，具有吸湿性。相对密度1.2060(25/4)。熔点18。沸点122（2kPa)。折射率nD(20)1.4392。能与水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常压下加热分解，浓缩至50%时，部分变成乳酸酐，因此产品中常含有10%15%的乳酸酐。化学性质：乳酸分子中既带羟基又带羧基，是自然界中存在的最广泛的一种羟基羧酸，也是最简单的一种羟酸，因而乳酸可以进行围广泛的化学反应，如氧化反应、还原反
