干法厌氧发酵反应器内温度场变化规律与模拟仿真研究

发布时间：2020-10-21 22:27

　　 能源短缺已经是我国面对的一项重大难题,大力开发利用包括生物质能源在内的可再生清洁能源是新世纪面临的重要挑战之一。我国每年有3亿吨秸秆废弃田间或就地焚烧,每年畜禽粪污产量约38亿吨,40%以上均未有效利用,造成了严重的环境污染和资源浪费。厌氧发酵技术作为实现农业废弃物能源化利用重要的途径之一,具有生产过程清洁、运行成本低等特点,且干法厌氧发酵技术因具有能量需求低、产生污泥量少、可产生沼气这一可再生清洁能源、沼渣可进行堆肥或者用于生产土壤改良剂等优势。通过国内外厌氧发酵技术研究现状分析,目前在干法发酵技术中的一大难题就是反应器内的传质传热问题,制约了干法厌氧发酵技术的推广使用。本研究以秸秆、畜禽粪便等农业有机废弃物为原料,通过理论研究、试验分析及仿真模拟,进行序批式干法厌氧发酵试验平台的设计及试验研究,对试验结果及工艺参数进行了分析。主要研究工作如下:(1)在一定的初始条件下,以干玉米秸秆和新鲜牛粪为原料开展的干法厌氧发酵试验。结果表明该试验平台运行正常,产气稳定,平均每天产气量达37.55L,平均容积产气率可达0.83L/(Ld),单位干物质产气量151L。(2)依托设计的干法厌氧发酵试验平台测试在温度为40℃、45℃条件下干法厌氧发酵混合底物升温过程中的温度的变化,根据试验结果表明应优先选择加热条件为40℃的温度条件。同时,依托干法厌氧发酵平台,在含固率25%以及20%之间,优先选择混合发酵底物含固率为25%的发酵条件。(3)将牛粪-秸秆混合原料体系作为“拟流体”,将离散的固体颗粒视为虚拟的连续相流体。利用Fluent开展模拟研究建立温度场模拟数值模型。建立的仿真模型结果与实际试验数据在一定程度上趋势是吻合的,误差范围在15%之内。因此,Fluent对于预测整个干法厌氧发酵升温过程有很大的指导作用。
【学位单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S216;X71
【部分图文】：

图４?ＢｌＯｆｅｒｍ序批式干发酵反应器??Ｆｉｇ．４?ＢｌＯｆｅｒｍ?ｄｒｙ?ｂａｔｃｈ?ｄｉｇｅｓｔｅｒａ??ＢＩＯＦｅｒｍ?（ＣｈｏＳＫｅｔａｌ．，２０１３）工艺描述：发酵底物的含固率一般在２５％？３５％??这个范围内，在反应器里的发酵时间一般在２８天左右，在厌氧发酵过程中产生的渗??滤液经过回收之后喷洒到发酵底物上，相当于接种源。一般ＢＩＯＦｅｒｍ工艺发酵所产??生沼气经过提纯后将进入天然气轨道，也或者用来发电使用。??干法连续式反应器一般为单相反应器，即产酸和产甲烷过程在同一个反应器内完??成，一般物料的含固率可高达２０？４０％，沼气产率可达到０．３？０．５ｍ３／ｋｇ?ＶＳ?（Ｄｅ?Ｂｅｒｅ?Ｌ，??２０００）。国外现在比较典型的连续式干法厌氧反应器代表有比利时的Ｄｒａｎｃｏ、瑞典??的Ｋｏｍｐｏｇａｓ、法国的Ｖａｌｏｒｇａ这三种。??Ｄｒａｎｃｏ工艺（Ｓｉｘ?Ｗｅｔ?ａｌ．，１９９２）主要包括一个混料罐和一个上进料、下出料的??７??

推流式反应器。原料与回流的发酵剩余物首先在混料罐内混合，之后输送至反应器顶??部进料。一般回流的发酵剩余物与新鲜原料的比例为６：１?（Ａｎｇｅｌｉｄａｋｉ?Ｉ?ｅｔａｌ．，２００３）。??工作过程如图５所示。??沼气?沼气??ｊｆｉｆ?斗?＿ｒ．——１．，．．．．．．一．．．．．．．．—．—??＊?＂ｒｆｌ?？?讀：Ｈ?｝ｉ??ｔ?Ｌ－接种物循环＿＿??＞Ｗｎ??＾?发自ｉ剩余物一一一Ｊ??发＿剩余物??图５?Ｄｒａｎｃｏ干发酵工艺?图６?Ｋｏｍｐｏｇａｓ干发酵工艺??Ｆｉｇ．５?Ｄｒａｎｃｏ?ｄｒｙ?ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?Ｆｉｇ．６?Ｋｏｍｐｏｇａｓ?ｄｒｙ?ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??瑞典Ｋｏｍｏｐｏｇａｓ?（Ｗｉｌｌｎｇｅｒ?Ａｅｔａｌ．，?１９９３）干法厌氧发酵工艺是处理源头分类的??有机废物的典型工艺。其特点在于反应器以转子泵方式进料，水平安装搅拌轴，通过??搅拌轴完成物料的充分混合，并完成物料的推流出料。反应器内发酵底物的含固率为??３０％？４５％之间，挥发性固体含量（ＶＳ）?５５％？７５％?（?ｏｆ?ＴＳ），粒径＜４０?ｍｍ，?ｐ?Ｈ４．５？７，??凯氏氮＜?４ｇ＿ｋｇ／ｌ，Ｃ／Ｎ＞１８。厌氧发酵反应器的温度为高温５５°Ｃ。工作过程如图??６所示。??法国Ｖａｌｏｒｇａ（ＬａｃｌｏｓＨＦｅｔａｌ．，?１９９７）干法厌氧发酵工艺主要适用于对生活垃圾、??工业有机废弃物的处理利用。其工作过程如下．？物料首先经过分选、过筛等预处理

?干法厌氧发酵反应器内温度场变化规律与模拟仿真研究???推流式反应器。原料与回流的发酵剩余物首先在混料罐内混合，之后输送至反应器顶??部进料。一般回流的发酵剩余物与新鲜原料的比例为６：１?（Ａｎｇｅｌｉｄａｋｉ?Ｉ?ｅｔａｌ．，２００３）。??工作过程如图５所示。??
【参考文献】

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本文编号：2850670