农村家用沼气池设计精校版

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日第1页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年月日学号学生姓名专业（班级）设计题目农村家用沼气池设计设计技术参数1.收集系数0.8；2.产气率：0.3m3/m3*d；3.池容产气率：0.3；4.家庭人口：7；5.畜生数量：9；6.圆柱体型池身直径3.3m。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、畜粪入口相连通；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200mm；4.强度安全系数K≥2.65；5.正常使用寿命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.王志魁.化工原理[M].北京.化学工业出版社.20022.芈振明.固体废物的处理与处置[M].北京.高等教育出版社.19933.赵由才.固体废物污染控制与资源化.北京.化学工业出版社.20024.卞有生.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.20055.张平.水压式沼气池原理与构造.可再生资源.2003.6指导教师签字教研室主任签字第2页学生姓名：学号：21专业班级：课程设计题目：农村家用沼气池设计指导教师评语：成绩：指导教师：年月日第3页目录1概论............................................................41.1设计任务和内容..............................................41.1.1设计内容...............................................41.1.2水压式沼气池设计任务...................................41.1.3课程设计原则...........................................51.1.4工程设计范围...........................................51.2项目的背景及建设的必要性....................................51.3沼气的基本知识..............................................61.4水压式沼气池基本知识........................................71.4.1水压式沼气池的特点.....................................71.4.2沼气池采用中温厌氧发酵.................................72厌氧发酵工艺流程说明..............................................83沼气池体部分的设计计算...........................................83.1发酵原料...................................................93.2沼气池体部分设计计算.......................................93.2.1设计参数..............................................93.2.2发酵间的设计.........................................103.2.3水压间的设计........................................144配套设施的设计计算..............................................154.1换热器的计算..............................................154.2吸收塔的计算.............................................175设计总结.........................................................206参考文献.........................................................20第4页1概论1.1设计任务和内容1.1.1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一级二级三级新扩改建现有新扩改建现有1氨mg/m31.01.52.04.05.02三甲胺mg/m30.050.080.150.450.803硫化氢mg/m30.030.060.100.320.604甲硫醇mg/m30.0040.0070.0100.0200.0355甲硫醚mg/m30.030.070.150.551.106二甲二硫mg/m30.030.060.130.420.717二硫化碳mg/m32.03.05.08.0108苯乙烯mg/m33.05.07.014199臭气浓度无量纲1020306070沼气中的臭气主要为H2S，而H2S的含量为0.034%，经过吸收塔的吸收后就可以达到排放标准。1.1.2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①水压式沼气池尺寸设计：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、高度、直径。②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。③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，比较冷的第5页月份分两个区间，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①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；②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；③综合运用所学知识，通过课程设计规定的任务，培养全面考虑和解决问题的能力；④提高计算、制图等方面的基本技能；⑤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≤800kPa，装置内正常工作气压≤784kPa，活载荷≥200kg/m21.1.3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。1.1.4工程设计范围工程设计范围为工艺部分设计计算。1.2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，在设计的过程第6页中需要克服该问题。1.3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（CO2）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：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——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——（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（H2S）、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0.034%。（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CH4，是一个碳原子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0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，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℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热第7页量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。1.4水压式沼气池基本知识1.4.1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：①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。②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。③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。④沼气池周围都与土壤接触，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：①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。②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0.15米3/米3左右。③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。1.4.2沼气池采用中温厌氧发酵发酵温度维持在30～35℃，此发酵工艺有机物消化速度较快，产气率高，第8页与高温发酵相比，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