鲜绿植物作沼气原料用盘刀式切碎机设计论述

鲜绿植物作沼气原料用盘刀式切碎机设计论述沼气的成分沼气，是各种有机物质，在隔绝空气，并在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。沼气是一种可燃性混合气体，其主要成分为甲烷和二氧化碳，此外还有少量氮气，一氧化碳，氢气，氨气与硫化氢。作为一种可再生的优质清洁能源，沼气能够有效地缓解农村能源紧缺的局面、保护和恢复森林植被、改善生态环境、增加农民收入，在农业和农村经济结构调整中占有举足轻重的地位。沼气的发酵原理沼气发酵是生物质能转化最重要的技术之一，它不仅能有效处理有机废物，降低化学需氧量，还有杀灭致病菌，减少蚊蝇孳生的功能。此外，沼气发酵作为废物处理的手段，不仅能耗省，还能产生优质的燃料沼气和肥料。发酵是复杂的生物化学变化，有许多微生物参与。反应大致分两个阶段：（1）不产甲烷菌把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由甲烷菌种的作用，使一些简单的物质变成甲烷和二氧化碳也就是沼气排出。沼气原料的分类在沼气发酵过程中，沼气微生物需要吸收充足的营养和能量，才能进行正常的生命活动（包括生长、发育、繁殖和代谢等），旺盛地、不间断地产生沼气。因此充足的发酵原料是生产沼气的物质基础。根据沼气发酵原料的化学性质和来源，可以分为以下几类：⑴富氮原料富氮原料在农村主要是指人、畜和家禽粪便。这类原料颗粒较细，含有较多的低分子化合物，氮素的含量较高。富氮原料的碳氮比一般都小于25/1，因此不必进行预处理，分解和产气速度较快。这种原料是我国农村沼气发酵原料的主要来源之一。其特点是发酵周期较短，产气速度快，单位发酵原料的总产气量较农作物秸秆低。⑵富碳原料富碳原料在农村主要指各种农作物秸秆。其碳素含量较高，原料的碳氮比一般都在30/1以上。与人、畜粪便一样，农作物秸秆也是我国农村沼气主要发酵原料之一。农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成，其产气特点是分解速度较慢，产气周期较长，但单位原料总产气量较高。使用这种原料在入池前一般要进行预处理，以提高产气效果。但是针对目前众多沼气项目来说存在一些原料上的问题，譬如用人畜家禽粪便原料虽然在进行沼气发酵时不必预处理，就容易厌氧分解，产气速度快，发酵周期较短。但是存在成本和运输成本过高的问题；而秸秆作为发酵原料相对来说比较经济，而且没有硫化氢等产生的臭气，产气能力也比较强。但是秸秆含有大量难降解的纤维素、木质素等，导致沼气发酵启动慢、产气率低等问题长期制约着秸秆作为沼气池发酵原料。如将秸秆预处理再入池，则可以提高产气率，缩短启动时间。通过对秸秆预处理寻求一种可以取代或部分取代禽畜粪便的沼气原料，进而来降低生产成本，提高原料利用率，增加净收益。农村沼气的预处理1.切碎或粗粉碎，将秸秆等纤维性原料用铡刀切成5cm左右长短，或进行粉碎，既能加快原料的分解利用，也便于进出料和施肥时的操作2.堆沤处理，秸秆经过堆沤后，能产生70℃以上的高温，有利于提高料温，可以加快纤维的分解和沼气发酵过程的进行；还可以破坏秸秆表面的蜡质层，增加其含水量，下池后不易结壳；并且堆沤后，秸秆体积缩小，其中的空气大部分被排除，有利于厌氧发酵。堆沤的方法分池外堆沤和池内堆沤两种。（一）池外堆沤，先将秸秆铡碎，起堆时分层泼一些人畜粪尿或沼液，加水量以料堆下部不流水，使秸秆充分湿润为宜，料堆上覆盖塑料薄膜或糊一层稀泥。堆沤时间为夏季3～5天，冬季10～15天。当堆内发热烫手时（50℃～60℃），要立即翻堆，把堆外的翻入堆内，并补充些水分，再堆沤一定时间。待大部分秸秆颜色呈褐色时，即可入池发酵。（二）池内堆沤，池内堆沤比池外堆沤的能量和养分损失要少一些，而且可以利用堆沤时产生的热量来增加池温，加快启动，提前产气。新池进料前应先将沼气池里试压的水抽出，老池大换料时，也要把发酵液取出，只留下菌种部分。料下好后，将活动盖口用塑料薄膜封好，当发酵原料的料温上升到50℃时（打开活动盖口塑料薄膜有水蒸汽），再加水至零压水位线并封好活动盖。秸秆破碎方式木质纤维质原料可以通过切碎、粉碎、研磨等处理以降低结晶度,使颗粒变小。与切割相比,研磨更有利于破坏木质纤维素原料的细胞结构,所以一般认为研磨比切割更有效。在以用稻草为原料利用两相工艺产沼气的试验研究中,采用了研磨和切碎2种物理预处理方法对稻草进行处理,发现在原料的颗粒度均为25mm的情况下,研磨处理的原料比切碎的原料沼气产率提高了12.2%;而切碎的原料与没做任何处理的原料相比,沼气产率并没有明显的不同。有研究表明,麦秸秆粉碎程度越大,酶解速度也越大,并且麦秸粉碎至120~150目经1%的NaOH溶液浸渍后是一种理想的制糖原料。试验表明,随着大豆秸秆粉碎细度增加,酶与底物接触面积不断增大,酶解液原糖量逐渐增加,但到140目后其还原糖量增加幅度减小,原因可能是随试样粉碎细度增加到一定值后,其对表面积增加的影响有所减少。所以木质纤维素颗粒细小到一定程度后,继续粉碎对酶解效率影响不大,而处理成本相对增加。粉碎处理能耗占糖化过程总能耗的50%~60%,这种方法并不适合各种材料的处理。切碎机种类最常见的卧室切割机，砍刀片装在电动机的主轴上，通过电动机提供给刀片的旋转运动来切割青饲料，但是缺点是不能切割块茎类饲料，同时刀片为直刃砍刀，消耗功率大，振动也大。立式切割机，优点是结构紧凑，占用空间小；缺点是对能切割饲料的种类有限。卧式辊筒破碎机，有点是能很好切割块茎，辊筒上的刀片拆卸也很方便，缺点是不能切割藤蔓类青饲料，所以他的使用也受到了很大的限制。卧式多功能切割机，优点是即能切割藤蔓类，又能切割块茎类，缺点是，该设计在为了完成切割块茎的目的是，过多装入转动刀片，在拆卸刀片时，非常不便，并且过多的刀片也增加产品的成本。总结由于植物所含大量不易分解的纤维素木质素等物质，造成秸秆类农村广泛资源的浪费，而当今环境污染与资源越发消耗严重的情况，新的可再生无污染的能源开发已经是大势所趋，而对秸秆类原料等可再利用资源的开发无疑能对当前的窘境略微改善，同时沼气的开发也能对农村经济有很大提高，而物理化学相结合的秸秆预处理技术无疑在农村是最容易大规模推行的，相信的不久的将来，切碎机对秸秆类的预处理会更加实用与方便。