稻草厌氧发酵搅拌设备参数CFD模拟与优化试验研究

发布时间：2024-12-02 21:43

　　稻草是我国农业废弃物的重要组成部分,其产量大、分布面积广,不合理的处理处置将会带来环境和安全两方面的问题。厌氧发酵技术处理稻草效果显著,不仅可以达到减量化,还能实现资源化。由于稻草的密度小,吸水性差,吸水后易沉底,在反应器中容易出现表面结壳现象,这将减小反应器的有效容积,导致传质传热受阻,最终导致厌氧发酵效率降低。通过机械搅拌可以缓解上述情况。为了改善搅拌罐内物料混合情况,本文以稻草为原料,通过计算流体力学(CFD)数值模拟和中试试验,筛选出搅拌桨型、优化搅拌罐高径比和侧搅拌安装高度、确定合适的搅拌转速范围、获取合适的搅拌组合方式,结合厌氧发酵实验,考察搅拌桨型对稻草厌氧发酵产气性能的影响。首先,将稻草厌氧发酵物料视为固液两相流体,进行数值模拟分析。考察不同搅拌设备参数和运行参数对搅拌罐内流场变化的影响,结果表明最优的搅拌桨型为六直叶圆盘涡轮搅拌桨,最佳高径比为0.5,侧搅拌安装高度为0.5H(液面高度),立式搅拌转速应大于等于50rpm,侧搅拌转速应大于等于140 rpm。其次,通过中试搅拌试验,考察不同搅拌设备参数和运行参数对物料搅拌效果的影响,结果表明最优的搅拌桨型为六直叶圆盘涡轮...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１我国稻草种植面积和产量变化情况??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｉｎ?ｐｌａｎｔｉｎｇ?ａｒｅａ?ａｎｄ?ｙｉｅｌｄ?ｏｆ?ｒｉｃｅ?ｓｔｒａｗ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??１??

水稻是我国的主要粮食农作物之一，其分布广泛且亩产量大，在我国的华南、??西南、华北、华中、东北等广大区域都有分布。据统计ｍ，我国水稻种植面积和??产量达到了一个稳定值，每年得变化不大（见图１－１），２０１６年水稻产量达到２．１??亿吨，根据全国污染普查系数可得，稻草的草谷比为：１....

图１－５厌氧发酵三阶段理论Ｉ２４）??Ｆｉｇ．?１－５?Ａｎａｅｒｏｂｉｃ?ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｔｈｒｅｅ－ｓｔａｇｅ?ｔｈｅｏｒｙ??

对于厌氧发酵的机理研宄较为透彻并被大众所认可的为三阶段理论，??１９７９年Ｂｒｙａｎｔ等［２３］提出的厌氧发酵三阶段理论，是目前最常用的理论模式。三??阶段过程如图１－５所示。??碳水化合物＾?＾?Ａ类有机物?ｔ???????ＣＨ３ＣＯＯＨ１?＿ｉ?????丨?Ｈ２￣￣Ｉ?Ｌ－ｇ....

图２－１?ＣＦＤ软件模拟计算步骤??Ｆｉｇ．?２－１?ＣＦＤ?ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ??２．２物理几何模型和网格划分??

２．１?ＣＦＤ数值模拟步骤??由于ＣＦＤ数值模拟计算过程过于繁复，不同的公司针对不同的工况开发了??不同的商用软件。当前市面上应用广泛的ＣＦＤ软件，具体流程图如图２－１所示??［７０］??〇??本实验选用美国Ａｎｓｙｓ公司发行的Ｆｌｕｅｎｔ?１５．０版商用软件进行数值计算，??包....

图2一不同搅拌桨型搅拌罐物理模型

?北京化工大学硕士学位论文???２．２．１多相流反应器物理几何模型??目前实际厌氧发酵工程中使用了很多典型的反应器，包括ＣＳＴＲ、ＵＡＳＢ＾、??１Ｃ等【７２］，其中ＣＳＴＲ反应器在厌氧发酵中应用较频繁［７３］。本实验主要选取按照??一定比例放大的ＣＳＴＲ进行模拟研究。??为了使....

本文编号：4013954