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1、中北大学信息商务学院课程设计任务书20212021学年第 二 学期院:化工与环境学院业:环境工程学生姓名:宋思奇学号:1304014145课程设计题目：水压式沼气池设计米3混凝土结构池容产率米3/米 3?天起迄日期:4月29日6月10 日课程设计地点:中北大学信息商务学院李颖指导教师:任:张建忠下达任务书日期 :2021年4月29 日水压式沼气池设计率米3/米3?天摘要米3混凝土结构池容产气活动盖、“直水压式沼气池是我国推广最早、数量最多的池形，是在总结“三结合、“圆、小、浅 管进料、“中层出料等群众建池的根底上，加 以综合提高而形成的。“三结合就是厕所、猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便 可以直
2、接清扫到沼气池里进行发酵。 “圆、小、浅就是池体圆、体积小、埋深 浅。“活动盖就是沼气池顶加活动盖板。这种池型的池体上部气室完全封闭， 随着沼气的不断产生，沼气池内压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气 池内的一局部料液进到与池体相通的水压间内， 使得水压间内的液面升高。这样来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差。 用气时，沼气开 关翻开，沼气在水压下排出，当沼气减少时，水压间的料也又返回池体内，使得 水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。关键词：水压式沼气池，设计，沼气目录绪1.论沼气介绍沼气发酵的原理沼气发酵原料选择 1工艺流程 2水压式沼气池结构 2水压式沼气池工
3、作原理及优点 3圆筒形水压式沼气池的结构设计和计2.算设计参 数设计原始数工艺流程设 计发酵料液的计 算发酵间的设计进料口管的设 计水压间的设3. 圆筒形水压式沼气池施工及材料设计10材料参考用量 10沼气池施工 1112 本钱核 12算4.参考文献 135.结束语 14绪论沼气介绍沼气是由生物质和有机质如秸秆、畜禽粪便等经微生物发酵产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷CH4，大约占 60%；其次是二氧化碳C02，大约占35%；此外还有少量其他气体，有水蒸气、硫 化氢、一氧化碳、氮气等。【1】不同条件下产生的沼气，成分有一定差异。 沼气发酵的原理沼气发酵，又称甲烷发酵，是由多种微生物在绝
4、氧条件下分解有机物实现的。通常把参与沼气发酵的微生物分 为三类。第一类叫发酵细菌，包括各种有机物分解菌，它们通过分泌的胞外酶，将复杂的有机物分解为较简单的物 质，例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为甘油和氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸；第二类叫产氢产乙酸菌，它们 的主要作用是将前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳；第三类细菌叫产甲烷菌，其作用是利用乙酸 氢气和二氧化碳产生甲烷。在沼气发酵过程中，这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼 气过程。【1】 根据三阶段理论，甲烷发酵原理可由下列图表示糖类多糖单糖挥发酚、CO2氨基酸 丙酮酸、乙酸碳水化合物有机物 蛋白质 脂肪脂肪酸、甘油
5、便类。粪便类分解速度相对较快，入池和出料都很 方便，单独使用产气效果也很好，因而许多地方只采用 粪便入池发酵。但随着农业产业化的开展，农村种植和 养殖模式发生了显著的变化，家庭养猪数量不断减少， 沼气发酵的粪便量严重缺乏，秸秆作为发酵主要原材料成为必然。秸秆随农事活动批量获得，能长时间存放不 影响产气。但秸秆发酵速度较慢，需要较长时间才能到达预期的沼气产量，且出渣较为困难。为此，入池前需要进行切短、堆沤等预处理，或和粪便一起发1】酵，并采用批量入池，批量出渣的方法。 工艺流程沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下述两种工艺。1自然温度半批量投料发酵工艺这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变
6、化，采用半批量方式投料。这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为5个月左右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下 降，该工艺的主要缺点是出料操作劳动量大。2自然温度连续投料发酵工艺这种工艺是在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比拟稳定的发酵条件，使沼气微生物菌群积累区系稳 定，保持逐步完善的原料消化速度，提高 原料利用率和沼气池负荷能力，到达较高的产气率；工艺自身能耗少，简单方便，容易操作。 【2】 水压式沼气池结构在我国农村，沼气发酵不仅作为农业生态系统中的 一个重要环节， 处理各 类2】废弃物来制成农家肥，而且获得生物质能用来照明或作为燃料。厌氧发酵一般在沼气发酵池中进行。
7、沼气池种类很多，我国农村最常用的有： 家用水压式沼气池，曲流布料沼气池和圆柱形自循环沼气池等。 【3】其中，水压式沼气池是农村推广的主要池型。水压式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、发酵间、 【2】出料管、水压间、导气管几个局部。水压式沼气池结构简图如下2图121加料管；2发酵间；3水压间；4导气管；5控制阀 水压式沼气池工作原理及优点 家用水压式沼气池的工作原理是：池内装入发酵原料约占池体积的 80%左右)，以料液外表为界限，上部为贮气间，下部为发酵间。当沼气池内产生沼 气时，沼气集中在贮气间内，随着沼气的增多，池内的压力不断
8、增大，此时沼气 压迫发酵液进入水压间。用沼气时，贮气间的沼气被放出，此时，水压间内的料 液进入发酵间，如此“气压水、水压气反复进行，因此称之为水压式沼气池。水压式沼气池构造简单，施工方便，各种建筑材料均可使用，取材容易，价格较低，一般68m3沼气池造价6001000元。混凝土结构的沼气池使用寿命可达20年。年产沼气240m3以上黄河以北，可供五口之家8个月做饭和全年照明。【3】2.圆筒形水压式沼气池的结构设计和计算设计参数气压：7480Pa即80cm水柱。2池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1昼夜的产气量，单位为m3沼气/ (m3池容d。我国通常采用的池容产气率包括和几种。3贮气量：
9、贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气 池的最大贮气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。4m3、4池容：系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有6m3、8m3、10m3 等几种。5投料率：系指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在 85%95%之间为宜。设计原始数据发酵间容积池容为立方米；最大投料量小于发酵间总容积的 90%； 池容产气率：米3/米3 天； 建池材料：现浇混凝土；池内正常工作压力W800毫米水柱（压强公斤/厘米2）。 工艺流程设计此处采用自然连续投料发酵工艺，以人、禽畜粪便及蔬菜秸秆为发酵原料， 定时定量投料和出料，简单工艺流程图如下：
10、人畜粪便青 进料厌氧发水压出田料间草及农业废间物图 21发酵料液的计算 发酵料液的体积22nT3式中：V1发酵料液体积，m3；35 6 0 30 m3/人d取值;3/头d取值;n1产人粪便总量。按常住人口Xn2产牲畜粪便总量。按养猪头数Xn 3每日舍外能定量收集粪便总量，m3/d；k2收集系数，取；T原料滞留期d；蔬菜区T取30,平坝农业区取35，丘陵农 区取40。气室容积的计算气室容积V1Vk1m321 3式中：V1发酵料液体积，m3；原料产气率，我国通常采用的产气率包括血d、k3m3/m3 d、m3/m3 d、m3/ 血 d。 发酵间的设计 发酵间的容积V k m32 1式中：V3发酵间容
11、积，m；1发酵料液体积，m；V 2气室容积， m； k 1容积保护系数，取。 发酵间各局部尺寸确实定1沼气池的直径根据用户平面布置确定。考虑充分利用土地资源、平面 布局紧凑的原那么，确定沼气池的直径为。2发酵间池盖削球体矢高和净容积池盖削球体矢高f dm1a 5式中：f1池盖削球体矢高，m；圆柱体形池身直径，m；1直径与池顶矢高的比值，取56。池盖削球体净容积Qf3R2f211166m33式中：Q1池盖削球体净容积，m；f 1池盖削球体矢高， m；池身圆柱体内半径， m。3发酵间池底削球体矢高和净容积池底削球体矢高f Dm228式中：f2池盖削球体矢高，m；池身圆柱体直径， m；2直径与池底矢
12、高的比值，取810。池底削球体净容积Qf3R2 f23 2 263 2 26m33式中：Q3发酵间池底削球体净容积，m；f 2池底削球体矢高， m；4发酵间池身圆柱体容积和池墙高度 发酵间池身圆柱体净容积Q V Q Qm32133发酵间总容积， m；式中：Q2发酵间池身圆柱体净容积，m；Q 1池盖削球体净容积， mQ3发酵间池底削球体净容积，m。发酵间池身圆柱体高度R2 2式中：R发酵间池身圆柱体半径，m；发酵间池身圆柱体高度，m。5发酵间内总外表积池盖削球体球面内外表积SR2f2 2112m2式中：S1池盖削球面内外表积，m2；R池身圆柱体半径，m；fl池盖削球面矢高，m。 圆柱体池身内外表
13、积S 2m2式中：S3池底削球体内外表积, R池身圆柱体内半径，m。2式中：S2池身圆柱体内外表积，R池身圆柱体内半径，m；H池身圆柱体高度，m。 池底削球体内外表积m2；SR2f2 22m232m2；f2池底削球体矢高，m；发酵间总外表积S S SSm2123发酵间各局部位置标注Q1f1Q2 V H f2Q3 DR图22 进料口管的设计进料口管由上部长方形槽和下部圆管组成， 其中上部长方形槽几何尺寸 是长X宽X深=600mmX320mmX500mm；下部圆管采用260mm现浇混凝土管，管 与池墙角为40?。水压式沼气池进料管安装位置一般都确定在发酵间的最低设计液面高度处。该位置计算如下：hm死气箱拱的矢高fh死1式中：h1池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在 1015cm 之间；h 2导气管下露出长度，取 35cm；
