通用式厌氧发酵罐的设计.docx

目录 1摘要 3Abstract 4第一章前言 51引言 52餐厨垃圾处理处置现状 52.1 粉碎直排 52.2肥料化处理 62.3饲料化处理 72.4生物发酵制氢技术 72.5厌氧发酵技术 93厨余垃圾厌氧发酵技术详探 10第二章：工艺计算 132.1初始设计参数 132.2 设计计算参数 132.3反应器的传热计算 142.4确定夹套里水的质量流量 16第三章发酵罐的结构设计 173.1发酵罐尺寸的初选 173.2发酵罐搅拌器的选型 183.3发酵罐传热元件的设计 193.3. 1传热元件的选取 193.3.2夹套的尺寸及连接型式 203.4发酵罐的具体尺寸的设计计算 213.4.1发酵罐筒体厚度设计计算 213.4.2封头厚度计算 233.4.3夹套的壁厚计算 253.5发酵罐搅拌功率计算及电机的选型 253.5. 1搅拌功率计算 253.5.2电机的选型 263.6传动装置及选型 273.6.1减速器的选取 273.6.2联轴器的选择 273.6.3搅拌轴的设计 283.6.3.1搅拌轴强度预算 283.6.3.2按扭矩和弯矩合成计算轴强度 293.6.3.3搅拌轴临界转速的校核 333.6.4凸缘法兰的选型 353.6.5安装底盖的选型 363.6.6螺栓强度的校核 373.7水压试验 383.8接管及管法兰的设计 39第四章发酵罐的附件的选取 414.1视镜的选取 414.2温度计测量元件 424.3挡板的选型 424.4支座的选型 444.5转轴的密封 454.6焊接结构设计 47结论 49致谢 50参考文献 51附录 5350L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；处理技术；厌氧发酵；厌氧发酵罐； 搅拌轴设计；MATLAB编程计算50L Universal Design of anaerobicfermentation tankAbstractThis design introduces food waste composition, characteristics, review the current basic kitchen waste treatment method: Feed technology, composting, biological anaerobic fermentation. Kitchen waste to determine the anaerobic fermentation process, the first of collected kitchen waste pretreatment: purification, water regulation, PH adjustment, etc., into the fermentation tank with a pump for anaerobic fermentation. The design focuses on the design of anaerobic fermentation, the fermentation jars of body size, fermentation technology, mixing power, impeller, shaft, etc. Check the design. For some relatively complex design of all calculated using the MATLAB programming.Key words : food waste; processing technology;anaerobic fermentation; anaerobic fermentation; shaft design; MATLAB programming calculation第一章前言1引言餐厨垃圾主要是指居民日常生活及除此以 外的食品加 工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾⑴。

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及全球人口的 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10%〜20%⑵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30%〜50%⑶目前，国内外厨余垃圾资源化技术主要有粉碎直排、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 片将装在内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⑷。

2.2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，通过微生物的新陈代谢，实现整个堆肥过程⑸ 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内的生 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的形式⑹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上 海、北京、武汉、济南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。

邬苏焕⑺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% ；陈金钟⑻等采用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°C,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< 10%的高饲料但就总体来说，厨余垃圾饲 料化同样存在着质量不高、销路不好的问题2.4生物发酵制氢技术氢是一种清洁能源，且燃烧发热量高，因此被普遍认为 是最有潜力的替代能源传统的化学产氢法;电解水或热解 石油、天然气〉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-Jy i⑻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 倍刘敏等囱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赵春芳等［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/（L ・D）,日均处理葡萄 糖COD负荷8.7Kg2.5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 果得不到及时的处理，不仅影响城市市容和环境卫生，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、化工产品以及生物气能源等 目前，在国内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，国内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Im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a -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°C)熔点 18°C沸点 122C(2kPa)折射率 nD(20C)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。