热带地区小户型干式沼气发酵装置及其智能监控系统研究

发布时间：2020-06-06 21:40

【摘要】：针对当前热带地区小户型干式沼气发酵装置发酵产气效率低、难以对物料进行搅拌、进出料工作强度大、控制精度低等问题，本论文以热带地区小户型干式沼气智能监控系统及其发酵装置研究为研究对象，开展了发酵装置结构设计、搅拌装置性能的三维建模与仿真、智能监控下位机沼气发酵过程各参数的监测和控制研究、智能监控上位机力控组态监控界面的设计、智能监控系统及其发酵装置的实验研究、数据处理与误差分析研究。具体研究内容如下：（1）新型发酵装置的结构研究与设计通过阅读大量国内外发酵装置的相关资料，系统分析各种发酵装置的形式、工作原理、优缺点、使用场合、加工制造的难度与成本等问题，在不断优化与改进的基础上，设计出一种适合热带地区小户型干式沼气发酵的发酵装置具体结构，包括罐体结构、材料确定，进、出料口的设计，自动搅拌装置设计，罐体密封、耐压与安全保护设计，发酵装置底座设计等，完成了发酵装置二维装配图和所有零件图的设计。（2）搅拌装置结构力学性能三维建模与仿真在完成发酵装置结构设计的基础上，应用Ansys有限元分析软件建立模型并划分出比较优良的网格单元，对搅拌装置的主要受力情况进行加载约束和加载仿真分析。根据其应力分布云图，调整搅拌装置结构设计参数，进一步优化搅拌装置的结构尺寸。（3）智能监控系统下位机沼气发酵过程各参数的监测和控制研究在系统分析了国内沼气发酵监控系统的发展现状的基础上，提出了一种干法厌氧发酵过程智能监控的新方法与控制系统的框架结构。该智能监控系统以PLC为下位机，实现对干法厌氧发酵实验研究中所需数据的采集和处理。该系统具有实时自动采集数据的功能，灵活性高、控制精度高、可移植性强，为系统获取干法厌氧发酵的工艺参数、优化干法厌氧发酵的工艺过程、提高产气效率提供了一条新的可行途径。（4）智能监控系统上位机力控组态监控界面的设计在系统下位机设计的基础上，采用PC机和力控组态软件相结合的方法，实现对发酵过程中各数据的集中管理和发酵工艺过程的实时监控，本监控系统操作简单、可靠性高、可扩展、可移植、具有理论和现实意义。（5）热带地区小户型干式沼气智能监控系统及其发酵装置的实验研究对设计出的发酵装置进行实物实验研究，分析该发酵装置在热带地区小户型干式沼气发酵的实际工况下，搅拌装置的实用性、智能监控系统的可靠性。本阶段在热带地区干式沼气发酵原理的基础上，完成发酵装置实物的加工、装配和调试工作，通过系统、完整的实验研究，得到相关的图片和实验数据。（6）数据处理与误差分析研究对实验研究得到的各种数据和图片进行整理和分析。采用相关的误差处理方法，计算出误差范围，与实验允许的误差范围进行对比，以确保实验装置的可靠性。同时得到各种实验数据分布图，，以及实验数据与理论结果的对比图。通过将实验的结果与理论结果的对比，得出实验研究的验证结论。
【图文】：

工艺流程图,沼气发酵,干法,工艺流程图

弃物的重要手段之一，也是利用能源、解决环境危机的重要途径之一[1]。中国是农业大国，年产稻秸达 6. 4 亿吨，居农作物秸秆资源拥有量首位。传统秸秆使用方式的热效率仅为 10%～30%，而 1kg 秸秆转化为沼气燃烧的有效热值为64%[2]。因此具有很高的实用性，这为解决环境、能源问题开辟了一条新的思路。1.1 热带地区干式沼气发酵简介所谓沼气干法厌氧发酵是指在总固体含量超过 20%的情况下，利用厌氧菌将固体有机废弃物分解为甲烷、二氧化碳、硫化氢等气体的发酵工艺[3]。除了具有湿式发酵的高废物处理效率、高有机肥料产物优点外，干法发酵技术还具有运行费用低、负荷大、需水量少和沼液少等优点[4-6]。沼气发酵在我国已有多年的应用历史，罗国瑞先生早在 1929 年在广东省汕头市兴建第一个沼气池，使广东成为全国第一个应用沼气的省份[7]。之后，由于沼气技术不成熟、发酵产气率低、质量得不到保障等原因，使得沼气发酵的实际应用状况发展缓慢。干法厌氧发酵是沼气发酵的一种方式，其操作过程多以手工操作为主，其发酵工艺流程图如图 1。

热带地区小户型干式沼气发酵装置及其智能监控系统研究

整体研究方法
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4;TP277

【参考文献】