厌氧发酵反应器热工特性及能效研究

发布时间：2020-04-07 21:48

【摘要】：厌氧发酵反应器是沼气发酵工程的重要装置,由于其内部反应十分复杂,因此,发酵反应器内的局部流动和传热过程的研究一直是一个颇具研究价值的问题。其传热能耗直接影响到沼气工程的节能效果以及能否实现正能输出。降低反应器的能耗是沼气工程在北方寒冷地区能否正常运行的关键所在。掌握反应器的温度分布,有助于控制厌氧发酵过程的工艺优化,对反应器的温度控制起着至关重要的作用。本文利用FLUENT软件对发酵料液内的速度场及温度场进行了数值模拟的基础上,运用传热学的基本原理,对反应器的热工特性进行了分析。从经济性方面考虑,若反应器体积过大,反应器的经济性差,若体积过小,又满足不了发酵反应条件。因此,本文又求解了反应器传热表面积最小时的结构尺寸,并对反应器的能耗及保温效果进行了计算分析,同时对沼气工程全年产能及能耗进行了预测。本文的主要研究内容和研究成果如下:(1)运用GAMBIT建立发酵反应器的计算求解模型,设定合适的初始条件和边界条件采用有限容积法对方程进行离散处理,对模型体划分成均匀交错网格,对离散方程进行迭代求解。运用FLUENT软件,对厌氧发酵反应器中发酵料液的速度场及温度场进行计算,对所得的不同时间的流动及温度分布的情况进行分析,得出可以忽略自然对流换热,直接按照导热计算。(2)对厌氧发酵反应器系统进行了热平衡分析,建立了相应的传热模型。(3)对比分析了一定体积下,表面积最小的几种反应器,得出平顶反应器为最佳选择。(4)分别计算出反应器围护结构各部分的散热量和总散热量,分析各项所占比例,得出侧壁面占比例较大,水分蒸发损失和显热损失可以忽略。(5)为了有利于反应器的保温、提高产气率以及降低投资费用等,求取了它的最佳保温层厚度,保证发酵料液最佳产气温度的基础上,当保温层厚度超过150mm时,散热量减小得不明显,因此选取厚度为150mm的保温层最为合适。(6)对沼气工程全年各月份的能耗进行分析,得到每个月份的正能输出量。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S216.4

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本文编号：2618433