某水壓式沼氣池課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、前言沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物的發(fā)酵作用生成的一種以甲烷為主體的可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷和二氧化碳。沼氣發(fā)酵有很多有點(diǎn)。沼氣發(fā)酵可產(chǎn)生甲烷，它是清潔方便的燃料；發(fā)酵過(guò)程中n、p、k等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機(jī)氮被水解成氨太氮，速效性養(yǎng)分增加;發(fā)酵殘?jiān)梢宰鳛轱暳戏柿?；沼氣發(fā)酵處理有機(jī)物課大量地節(jié)省曝氣消化所消耗的能量等等。沼氣發(fā)酵非常適合在農(nóng)村地區(qū)推廣使用。 目錄 一、課程設(shè)計(jì)的題目- 2 -三、課程設(shè)計(jì)的目的- 2 -四、設(shè)計(jì)參數(shù)- 2 -五、工藝流程- 3 -六、發(fā)酵料液的計(jì)算- 4 -七、發(fā)酵間的設(shè)計(jì)- 4 -八、進(jìn)料口（管）的設(shè)計(jì)- 8 -九、水壓間（管）的設(shè)計(jì)

2、- 10 -十、沼氣發(fā)酵的投料計(jì)算- 10 -十三、設(shè)計(jì)小結(jié)- 13 -一、課程設(shè)計(jì)的題目水壓式沼氣池設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步笑話和鞏固本課程所學(xué)內(nèi)容，并使所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行沼氣池設(shè)計(jì)的初步能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，了解工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的能力。三、設(shè)計(jì)參數(shù)1、 氣壓：7840 pa (即80 cm水柱)2、 池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣(m3池容. d)。常溫下我國(guó)常用的池容產(chǎn)氣率為0.2 m3（m3. d）3、 貯氣量：指氣箱內(nèi)

3、的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯存氣量以12h產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。4、 池容：指發(fā)酵間的容積。本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積為8 m3。5、 投料率：指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比。四、工藝流程沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國(guó)農(nóng)村普遍采用的是下面兩種工藝。1.自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝這種工藝的發(fā)酵溫度隨自然溫度變化而變化投料，基本流程圖如圖所示原料選擇原料欲處理配料加活性污泥入池發(fā)酵產(chǎn)氣大出料定期出料送農(nóng)田自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程 這種工藝的發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一般為五個(gè)月左右，運(yùn)行中要求定期補(bǔ)充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工

4、藝主要缺點(diǎn)使出料操作勞動(dòng)量大。 2自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝 這種工藝在自然溫度下，定時(shí)定量投料和出料，能維持比較穩(wěn)定的發(fā)酵條件，使沼氣微生物（菌群積累）區(qū)系穩(wěn)定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼氣池負(fù)荷能力，達(dá)到較高的產(chǎn)氣率；工藝自身消耗能少，簡(jiǎn)單方便，容易操作。我們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。五、發(fā)酵料液的計(jì)算1. 發(fā)酵料液體積的計(jì)算 v1=(n1+n2)k2+n3tv1=(0.030.30)×0.6+0.034×30=6.96m³式中 v1 發(fā)酵料液的體積，m³； n1 產(chǎn)人糞便總量。按5口人×0.006（人. d）取值；

5、 n2 產(chǎn)牲畜糞便總量。按4頭豬×0.08（頭 d）取值； n3 每日舍外能定量收集糞便總量，m³/d,取0.034 k2 收集系數(shù)。取值0.6 t 原料停滯期（d ）蔬菜區(qū)t取302. 氣室容積的計(jì)算 v2=1/2·v1·k3式中 v1發(fā)酵料液體積，m3； v2氣室容積，m3； k3原料產(chǎn)氣率，本次試驗(yàn)為0.2，為常溫下產(chǎn)率。 v2=12×6.96×0.2=0.696 (m3)六、發(fā)酵間的設(shè)計(jì)1.發(fā)酵間的容積 v=（v1v2）·k1式中 v發(fā)酵間的容積，m³ v1發(fā)酵料液體積，m³； v2氣室容積，m&

6、#179;； k1容積保護(hù)系數(shù)，取0.91.05。本次設(shè)計(jì)取k1=0.9 v=（6.96-0.696）×0.9=6.264m³2.發(fā)酵間各部分尺寸確定 沼氣池的直徑根據(jù)題目要求及經(jīng)驗(yàn)和平面設(shè)計(jì)，確定為2.8m（1）發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積。池蓋削球體矢高 f1=d/a1式中 f1池蓋削球體矢高，m； d圓柱體形池身直徑，m； a1直徑與池體矢高的比值，取6。 f1=2.8/6=0.47(m)池蓋削球體凈容積 q1=f1(3r2+f12)式中 q1池蓋削球體凈容積，m3； 圓周率，取3.14； f1池蓋削球體矢高，m；r池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則 q1=3.14/6

7、5;0.47×(3×1.42+0.472)=1.5（m3）（2）發(fā)酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 f2=d/2式中 f2-池底削球體矢高,m; d池身圓柱體直徑，m； 2直徑與池底矢高的比值，取值8那么 f2=2.8/8=0.35（m）池底削球體凈容積 q3=f 2(3r2+f22)式中 f2-池底削球體矢高,m; q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3； 圓周率，取值3.14。則 q3=3.14/6×0.35×(3×1.42+0.352) =1.1（m3）（3）發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度。發(fā)酵間池身圓柱體容積 q2= v- q1- q

8、3式中 q1池蓋削球體凈容積，m3； v發(fā)酵間總?cè)莘e，m3； q2發(fā)酵間池身圓柱體容積，m3； q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3。 q2=6.264-1.5-1.1=3.664（m3）發(fā)酵間池身圓柱體高度 h=q2/r2式中 圓周率，取值3.14； r發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m； h發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。 h =3.664/(3.14×1.42)=0.595（m）（4）發(fā)酵間內(nèi)總面積 s=s1+s2+s3式中 s內(nèi)總表面積，m2 s1池蓋削球體內(nèi)表面積，m2s2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2s3池底削球體內(nèi)表面積，m2 蓋削球體球面內(nèi)表面積 s1=(r2+f12)式中 s1池蓋削球面內(nèi)表

9、面積，m3； r池身圓柱體半徑，m； f1池蓋削球面矢高，m； 圓周率，取值3.14。 s1=3.14×（1.42+0.472）=6.848（m2） 圓柱體池身內(nèi)表面積 s2=2rh式中 s2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2； r池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m； h池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 s2=2×3.14×1.4×0.595=5.234（m2） 池底削球體內(nèi)表面積 s3=(r2+f22)式中 s3池底削球體內(nèi)表面積，m2； f2池底削球面矢高，m； r池身圓柱體內(nèi)半徑，m； 圓周率，取值3.14。 s3=3.14×(1.42+0.3

10、52 )=6.539（m2） 發(fā)酵間總表面積 s=6.848+5.234+6.539=18.261（m2）七、進(jìn)料口（管）的設(shè)計(jì) 進(jìn)料口（管）由上部長(zhǎng)方形槽和下部圓管組成，其中上部長(zhǎng)方形槽幾何尺寸是長(zhǎng)×寬×深=600mm×320mm×500mm；下部圓管才用300預(yù)制混領(lǐng)土管，管與池墻角為35°。（1） 死氣箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式中 h1池底拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間,取15cm； h2導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，取5 cm； h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取25 cm。f死=0. 15+0.05+0.25=0

11、.45 (m)（2） 死氣箱容積 v死=f死2（p1-f死/3）式中 v死，f死，p1分別為死氣箱容積，死氣箱矢高，池蓋曲率半徑。 v死=3.14×0. 452×（1.95750.40/3）=1.16（m3）（3） 投料率。根據(jù)死氣箱的容積，可計(jì)算出沼氣池投料率，即 投料率=（vv死）/ v×100%式中 v， v死分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m3； 投料率=(6.264-1.16)/6.264×100%=81.5%（4） 最大貯氣量 v貯=池容×池容產(chǎn)氣率×1/2 v貯=6.264×0.2×1/2=0.626（

12、m3）（5） 氣箱總?cè)莘e v氣=v死+v貯式中 v氣，v死，v貯分別為沼氣池氣箱總?cè)莘e，死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量）。 v氣=1.16+0.626=1.786(m3)（6） 發(fā)酵間最低液面位氣箱在圓筒形池身部分的容積為 v筒= v氣q1 v筒=1.786-1.5=0.286（）圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度為 h筒=0.286/(3.14×1.42 )=0.0465(m) 最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上。這個(gè)位置也就是進(jìn)出料管的安裝位置。八、水壓間（管）的設(shè)計(jì) h水壓間=h筒+f死+h-0.8 h水壓間= 0.0465+0.45+0.595-0.8=0.291

13、(m)有效容積：v有=池容×池容產(chǎn)氣率×投料量×1/2 v有=6.264×0.2×81.5%×1/2=0.511(m3) h = v有 / (3.14×r2) 0.291 =0.511/ (3.14×r2 ) r水壓間 =0.748水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計(jì)完成九、沼氣發(fā)酵的投料計(jì)算本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容為8 m3，假設(shè)一個(gè)五口之家一天的用氣量為1.2 m3,為了保證每天的供氣充足。我們選擇了干稻草、人糞、豬糞、青草等作為發(fā)酵物。在8 m3的沼氣池內(nèi)每天的產(chǎn)氣量最大為1.2 m3.物料名稱產(chǎn)氣量m3d投料

14、量kgd碳所占百分比%氮所在百分比%豬糞0.3540907.800.6人糞0.0300.0752.50.85青草0.6451.514.00.84干稻草0.1710.542.00.63c:n=(0.9×7.8%+0.075×2.5%1.5×14.0%0.5×42%)(0.9×0.6%+0.075×0.85%+1.5×0.84%+0.5×0.63)= 23.6:1我們計(jì)算出了物料的碳氮比為23.6:1,符合沼氣池普通的碳氮比要求。十、發(fā)酵原料的預(yù)處理1. 糞便原料不必進(jìn)行預(yù)處理，作物秸稈必須鍘短到5厘米或粉碎。2. 在

15、接種物用量小于20%，鮮糞用量與風(fēng)干秸稈的重量比小于1：1時(shí)，啟動(dòng)時(shí) 所用的秸稈原料應(yīng)進(jìn)行堆漚處理。方法有：(1)池外堆漚：將原料加水拌勻。加水量以料堆下部不出水為宜，料堆上加蓋塑料膜。氣溫在15攝氏度左右時(shí)堆漚4-5天，氣溫在20攝氏度以上進(jìn)堆漚2-3天。(2)池內(nèi)堆漚：將原料及接種物拌勻后，投入沼氣池內(nèi)進(jìn)行堆漚，堆漚時(shí)間參照池外堆漚。接種物1、沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)所用的含有大量沼氣發(fā)酵微生物的各種厭氧活性污泥稱接種物。在沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)，料液中要添加10%-30%的接種物。2、老沼氣池中的懸浮污泥、各種有機(jī)廢水沉污泥、河流湖泊底層的沉渣、坑塘污泥和積水糞坑的糞肥等，都可用來(lái)作接種物。所用接種物的揮

16、發(fā)性固體含量不低于3%。沼氣發(fā)酵的啟動(dòng)1、投料：將預(yù)處理的原料和準(zhǔn)備好的接種物混合在一起投入池內(nèi)。啟動(dòng)時(shí)的料液干物質(zhì)含水量控制在6%-12%。2、加水封池：原料和接種物入池后，要及時(shí)加水封池。以料液量約占沼氣池總?cè)萘糠e的85%-90%為宜。然后將蓋密封。3、放氣試火：沼氣發(fā)酵啟動(dòng)初期，通常不能點(diǎn)燃。因此，當(dāng)水壓表壓力達(dá)到20厘米水柱以上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行放氣試火。所產(chǎn)沼氣可正常燃燒使用時(shí)，沼氣發(fā)酵的啟動(dòng)階段即告完成。氣池的運(yùn)轉(zhuǎn)管理1、當(dāng)沼氣發(fā)酵啟動(dòng)之后，即進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段。為了維持沼氣的均衡產(chǎn)氣，啟動(dòng)后30天左右就應(yīng)定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料。2、正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可。3

17、、正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間的進(jìn)料濃度應(yīng)盡量大一些，干物質(zhì)含量可以大于8%。4、為了便于管理和均衡產(chǎn)氣，可每隔5-7天補(bǔ)料一次，“三結(jié)合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進(jìn)入沼氣池，產(chǎn)氣量不足時(shí)，則應(yīng)每5-7天添加秸稈或青草等原料一次。5、每隔5-7天攪拌一次，可通過(guò)進(jìn)料口或水壓間用木棍攪拌，也可以從水壓間淘出料液，再?gòu)倪M(jìn)料口倒入進(jìn)行攪拌。若發(fā)生浮料結(jié)殼并嚴(yán)重影響產(chǎn)氣時(shí)，則應(yīng)打開活動(dòng)蓋進(jìn)行攪拌。冬天減少或停止攪拌。十一、安全注意事項(xiàng)1、沼氣發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程中，試火應(yīng)在燈、爐具上進(jìn)行，禁止在導(dǎo)氣管口試火。2、沼氣池在大換料時(shí)，要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明池內(nèi)確系安全時(shí)，不允許工作人員下池操作。3、池內(nèi)操作人員不得使用明火照明，不準(zhǔn)在池內(nèi)吸煙。4、池內(nèi)操作人員不得使用單人操作，下池人員要系安全繩，池上要有人監(jiān)護(hù)。以防萬(wàn)一發(fā)生意外可及時(shí)進(jìn)行搶救3、沼氣 池進(jìn)、出料口要加蓋。6、輸氣管道、開關(guān)、接頭等處要經(jīng)常檢修，防止輸氣管路漏氣和堵塞。水壓表要定期檢查。確保水壓表準(zhǔn)確反映池內(nèi)壓力變化。要經(jīng)常排放冷凝水收集器中的積水，以防管道發(fā)生水堵。7、活動(dòng)蓋密封情況下,進(jìn)出料的速度不宜過(guò)快,保證池內(nèi)緩慢升壓或降壓。在沼氣池日常進(jìn)出料時(shí)，不得使用沼氣燃燒和有明火接近沼氣池。十二、