中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2021?2021 學(xué)年第二學(xué)期院:化工與環(huán)境學(xué)院院:化工與環(huán)境學(xué)院業(yè):環(huán)境工程業(yè):環(huán)境工程學(xué)生姓名:宋思奇學(xué)號(hào):1304014145課程設(shè)計(jì)題目：水壓式沼氣池設(shè)計(jì)米學(xué)生姓名:宋思奇學(xué)號(hào):1304014145課程設(shè)計(jì)題目：水壓式沼氣池設(shè)計(jì)米3混凝土結(jié)構(gòu)〔池容產(chǎn)率米3/米3?天〕起迄日期:4月29日?起迄日期:4月29日?6月10日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院李穎指導(dǎo)教師:李穎任:張建忠任:下達(dá)任務(wù)書(shū)日期:2021 年4月29日水壓式沼氣池設(shè)計(jì)率米3/米3?天〕摘要米3混凝土結(jié)構(gòu)〔池容產(chǎn)氣活動(dòng)蓋〞、“直水壓式沼氣池是我國(guó)推廣最早、數(shù)量最多的池形，是在總結(jié)“三結(jié)合〞、“圓、小、淺〞管進(jìn)料〞、“中層出料〞等群眾建池的根底上，加以綜合提高而形成的?！叭Y(jié)合〞就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，人畜糞便可以直接清掃到沼氣池里進(jìn)行發(fā)酵?！皥A、小、淺〞就是池體圓、體積小、埋深淺?！盎顒?dòng)蓋〞就是沼氣池頂加活動(dòng)蓋板。這種池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產(chǎn)生，沼氣池內(nèi)壓力相應(yīng)提高。這個(gè)不斷增高的氣壓，迫使沼氣池內(nèi)的一局部料液進(jìn)到與池體相通的水壓間內(nèi)，使得水壓間內(nèi)的液面升高。這樣活動(dòng)蓋〞、“直來(lái)，水壓間的液面跟沼氣池體內(nèi)的液面就產(chǎn)生了一個(gè)水位差。用氣時(shí)，沼氣開(kāi)關(guān)翻開(kāi)，沼氣在水壓下排出，當(dāng)沼氣減少時(shí)，水壓間的料也又返回池體內(nèi)，使得水位差不斷下降，導(dǎo)致沼氣壓力也隨之相應(yīng)降低。關(guān)鍵詞：水壓式沼氣池，設(shè)計(jì)，沼氣

目錄緒1.論 沼氣介紹 沼氣發(fā)酵的原理 沼氣發(fā)酵原料選TOC\o"1-5"\h\z擇 1工藝流程 2水壓式沼氣池結(jié)構(gòu) 2水壓式沼氣池工作原理及優(yōu)點(diǎn) 3圓筒形水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)2.算 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)原始數(shù)工藝流程設(shè)計(jì) 發(fā)酵料液的計(jì)算 發(fā)酵間的設(shè)計(jì) 進(jìn)料口〔管〕的設(shè)計(jì) 水壓間的設(shè)3.圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計(jì)3.圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計(jì) 10材料參考用量 10沼氣池施工 1112本錢核12算 4. 參考文獻(xiàn) 135. 結(jié)束語(yǔ) 14緒論沼氣介紹沼氣是由生物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)如秸稈、畜禽糞便等經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷〔CH4〕，大約占60%；其次是二氧化碳〔C02〕，大約占35%；此外還有少量其他氣體，有水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮?dú)獾??！?】不同條件下產(chǎn)生的沼氣，成分有一定差異。沼氣發(fā)酵的原理沼氣發(fā)酵，又稱甲烷發(fā)酵，是由多種微生物在絕氧條件下分解有機(jī)物實(shí)現(xiàn)的。通常把參與沼氣發(fā)酵的微生物分為三類。第一類叫發(fā)酵細(xì)菌，包括各種有機(jī)物分解菌，它們通過(guò)分泌的胞外酶，將復(fù)雜的有機(jī)物分解為較簡(jiǎn)單的物質(zhì)，例如多糖轉(zhuǎn)化為單糖，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為甘油和氨基酸，脂肪轉(zhuǎn)化為甘油和脂肪酸；第二類叫產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，它們的主要作用是將前一類細(xì)菌分解的產(chǎn)物進(jìn)一步分解成乙酸和二氧化碳；第三類細(xì)菌叫產(chǎn)甲烷菌，其作用是利用乙酸氫氣和二氧化碳產(chǎn)生甲烷。在沼氣發(fā)酵過(guò)程中，這三類微生物既相互協(xié)調(diào)，又相互制約，共同完成產(chǎn)沼氣過(guò)程?！?】根據(jù)三階段理論，甲烷發(fā)酵原理可由下列圖表示糖類多糖單糖揮發(fā)酚、CO2糖類多糖單糖揮發(fā)酚、CO2氨基酸丙酮酸、乙酸有機(jī)物蛋白質(zhì)脂肪脂肪酸、甘油便類。糞便類分解速度相對(duì)較快，入池和出料都很方便，單獨(dú)使用產(chǎn)氣效果也很好，因而許多地方只采用糞便入池發(fā)酵。但隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)展，農(nóng)村種植和養(yǎng)殖模式發(fā)生了顯著的變化，家庭養(yǎng)豬數(shù)量不斷減少，沼氣發(fā)酵的糞便量嚴(yán)重缺乏，秸稈作為發(fā)酵主要原材料成為必然。秸稈隨農(nóng)事活動(dòng)批量獲得，能長(zhǎng)時(shí)間存放不影響產(chǎn)氣。但秸稈發(fā)酵速度較慢，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)預(yù)期的沼氣產(chǎn)量，且出渣較為困難。為此，入池前需要進(jìn)行切短、堆漚等預(yù)處理，或和糞便一起發(fā)1】酵，并采用批量入池，批量出渣的方法。工藝流程沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國(guó)農(nóng)村普遍采用的是下述兩種工藝。1〕自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝這種工藝的發(fā)酵溫度隨自然溫度變化而變化，采用半批量方式投料。這種工藝的發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一般為5個(gè)月左右，運(yùn)行中要求定期補(bǔ)充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工藝的主要缺點(diǎn)是出料操作勞動(dòng)量大。2〕自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝這種工藝是在自然溫度下，定時(shí)定量投料和出料，能維持比擬穩(wěn)定的發(fā)酵條件，使沼氣微生物〔菌群積累〕區(qū)系穩(wěn)定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利用率和沼氣池負(fù)荷能力，到達(dá)較高的產(chǎn)氣率；工藝自身能耗少，簡(jiǎn)單方便，容易操作?！?】水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)在我國(guó)農(nóng)村，沼氣發(fā)酵不僅作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，處理各類2】廢棄物來(lái)制成農(nóng)家肥，而且獲得生物質(zhì)能用來(lái)照明或作為燃料。厭氧發(fā)酵一般在沼氣發(fā)酵池中進(jìn)行。沼氣池種類很多，我國(guó)農(nóng)村最常用的有：家用水壓式沼氣池，曲流布料沼氣池和圓柱形自循環(huán)沼氣池等。【3】其中，水壓式沼氣池是農(nóng)村推廣的主要池型。水壓式沼氣池是一種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、【2】出料管、水壓間、導(dǎo)氣管幾個(gè)局部。水壓式沼氣池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下

2□□2□□圖1—21—加料管；2—發(fā)酵間；3—水壓間；4—導(dǎo)氣管；5—控制閥水壓式沼氣池工作原理及優(yōu)點(diǎn)家用水壓式沼氣池的工作原理是：池內(nèi)裝入發(fā)酵原料〔約占池體積的80%左右)，以料液外表為界限，上部為貯氣間，下部為發(fā)酵間。當(dāng)沼氣池內(nèi)產(chǎn)生沼氣時(shí)，沼氣集中在貯氣間內(nèi)，隨著沼氣的增多，池內(nèi)的壓力不斷增大，此時(shí)沼氣壓迫發(fā)酵液進(jìn)入水壓間。用沼氣時(shí)，貯氣間的沼氣被放出，此時(shí)，水壓間內(nèi)的料液進(jìn)入發(fā)酵間，如此“氣壓水、水壓氣〞反復(fù)進(jìn)行，因此稱之為水壓式沼氣池。水壓式沼氣池構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，各種建筑材料均可使用，取材容易，價(jià)格較低，一般6~8m3沼氣池造價(jià)600~1000元?；炷两Y(jié)構(gòu)的沼氣池使用壽命可達(dá)20年。年產(chǎn)沼氣240m3以上〔黃河以北〕，可供五口之家8個(gè)月做飯和全年照明。【3】2.圓筒形水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)⑴氣壓：7480Pa〔即80cm水柱〕。2〕池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池容積1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣/(m3池容?d〕。我國(guó)通常采用的池容產(chǎn)氣率包括和幾種。

〔3〕貯氣量：貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以12h產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。4m3、〔4m3、6m3、8m3、10m3等幾種?！?〕投料率：系指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比，一般在85%~95%之間為宜。設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)發(fā)酵間容積〔池容〕為立方米；最大投料量小于發(fā)酵間總?cè)莘e的90%；池容產(chǎn)氣率：米3/米3?天；建池材料：現(xiàn)澆混凝土；池內(nèi)正常工作壓力W800毫米水柱（壓強(qiáng)公斤/厘米2）。工藝流程設(shè)計(jì)此處采用自然連續(xù)投料發(fā)酵工藝，以人、禽畜糞便及蔬菜秸稈為發(fā)酵原料，定時(shí)定量投料和出料，簡(jiǎn)單工藝流程圖如下：人畜糞便〔青進(jìn)料厭氧發(fā)水壓〔出 田料〕間草及農(nóng)業(yè)廢 間料〕間物〕圖2—1 發(fā)酵料液的計(jì)算發(fā)酵料液的體積圖2—1 發(fā)酵料液的計(jì)算發(fā)酵料液的體積22nT3式中：式中：V1——發(fā)酵料液體積，m3；356030m3/〔人/〔人?d〕取值;3/〔頭?d〕取值;n1――產(chǎn)人糞便總量。按常住人口X

n 2――產(chǎn)牲畜糞便總量。按養(yǎng)豬頭數(shù)Xn3——每日舍外能定量收集糞便總量， m3/d；k2――收集系數(shù)，取 ；T――原料滯留期〔d〕；蔬菜區(qū)T取30,平壩農(nóng)業(yè)區(qū)取35，丘陵農(nóng)區(qū)取40。氣室容積的計(jì)算氣室容積V 1Vk 1 m32 13式中：V1發(fā)酵料液體積，m3；原料產(chǎn)氣率，我國(guó)通常采用的產(chǎn)氣率包括血原料產(chǎn)氣率，我國(guó)通常采用的產(chǎn)氣率包括血?d〕、k3m3/〔m3?d〕、m3/〔m3?d〕、m3/血?d〕。發(fā)酵間的設(shè)計(jì)發(fā)酵間的容積Vkm321式中：V3發(fā)酵間容積，m；TOC\o"1-5"\h\z1――發(fā)酵料液體積， m；V2——?dú)馐胰莘e，m；k1――容積保護(hù)系數(shù)，取。發(fā)酵間各局部尺寸確實(shí)定〔1〕沼氣池的直徑根據(jù)用戶平面布置確定?？紤]充分利用土地資源、平面布局緊湊的原那么，確定沼氣池的直徑為 。〔2〕發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積①池蓋削球體矢高fd m1a5式中：f1 池蓋削球體矢高，m； 圓柱體形池身直徑，m；1 直徑與池頂矢高的比值，取5~6。②池蓋削球體凈容積Q f3R2 f211166m33式中：Q1——池蓋削球體凈容積，m；f1——池蓋削球體矢高，m；池身圓柱體內(nèi)半徑，m池身圓柱體內(nèi)半徑，m。3〕發(fā)酵間池底削球體矢高和凈容積①池底削球體矢高fD m228式中：f2——池蓋削球體矢高，m；——池身圓柱體直徑，m；2——直徑與池底矢高的比值，取8~10。②池底削球體凈容積Q f3R2f232263226m33式中：Q3——發(fā)酵間池底削球體凈容積，m；f2——池底削球體矢高，m；〔4〕發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度①發(fā)酵間池身圓柱體凈容積QVQQ m32 1 33發(fā)酵間總?cè)莘e，m；式中：Q2發(fā)酵間池身圓柱體凈容積，m；Q1——池蓋削球體凈容積，mQ3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m。②發(fā)酵間池身圓柱體高度R22式中：R發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m；發(fā)酵間池身圓柱體高度，式中：R發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m；發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。5〕發(fā)酵間內(nèi)總外表積①池蓋削球體球面內(nèi)外表積S R2 S R2 f22112 m2TOC\o"1-5"\h\z式中：S1 池蓋削球面內(nèi)外表積， m2；R 池身圓柱體半徑，m；fl——池蓋削球面矢高，m。②圓柱體池身內(nèi)外表積S2 m2式中：S3——式中：S3——池底削球體內(nèi)外表積,R 池身圓柱體內(nèi)半徑， m。式中：S2 池身圓柱體內(nèi)外表積，R 池身圓柱體內(nèi)半徑， m；H——池身圓柱體高度，m。③池底削球體內(nèi)外表積m2；SR2 f222m232m2；TOC\o"1-5"\h\zf2――池底削球體矢高，m；④發(fā)酵間總外表積SSS Sm2123發(fā)酵間各局部位置標(biāo)注Q1f1Q2VHf2Q3DR圖2—2進(jìn)料口〔管〕的設(shè)計(jì)進(jìn)料口〔管〕由上部長(zhǎng)方形槽和下部圓管組成，其中上部長(zhǎng)方形槽幾何尺寸是長(zhǎng)X寬X深=600mmX320mmX500mm；下部圓管采用?260mm現(xiàn)澆混凝土管，管與池墻角為40?。水壓式沼氣池進(jìn)料管安裝位置一般都確定在發(fā)酵間的最低設(shè)計(jì)液面高度處。該位置計(jì)算如下：hm死氣箱拱的矢高h(yuǎn)mfh死1式中：h1——池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在10~15cm之間；h2——導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，取3~5cm；h3——導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取20~30cm。死氣箱容積fV 2 1f死死死323m3式中：V死，f死，P1――分別為死氣箱容積、死氣箱矢高、池蓋曲率半徑。

投料率根據(jù)死氣箱容積，可計(jì)算出沼氣池投料率。V死100%85.5%3式中：V,V死――分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積， m。1 1 1 1 m322m3V池容池容產(chǎn)氣率貯氣箱總?cè)莘eVVV氣死貯式中：V氣，V死，V貯一一分別為沼氣池的氣箱總?cè)莘e、死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積〔最大貯氣量〕。發(fā)酵間最低液面位1〕氣箱在圓筒形池身局部的容積VBVBV氣Qm312〕圓筒形池身內(nèi)氣箱局部的高度V筒h筒R2 2最低液面位于池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上，這個(gè)位置也就是進(jìn)料管的安裝位置。水壓間的設(shè)計(jì)水壓間零壓線無(wú)效水壓間的容積取為水壓間零壓線無(wú)效水壓間的容積取為0。未產(chǎn)生沼氣時(shí)液面位置在池蓋拱頂下處，因此水壓間底面標(biāo)高確定在池蓋拱頂下處的水平線上。發(fā)酵間最大料液水位降產(chǎn)生最大貯氣量時(shí)的液面距池頂?shù)母叨葹閒1+h筒，又未產(chǎn)氣時(shí)液面距池頂，所以，發(fā)酵間最大料液水位降為水壓間高度由于設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為7480Pa〔即80cm水柱〕，因此水壓間的高度Hm水壓間水壓間圓柱體底面積S水壓V貯貯H水壓間水壓間底面半徑s水壓間rm圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計(jì)材料參考用量根據(jù)33如下： GB/T4752-2002中4m~10m現(xiàn)澆混凝土圓筒形沼氣池材料參考用量表,容積m34混凝土6體積m3水泥kg中沙m3碎石m3835010容積455m3561462368池體抹灰水泥素漿10體積m3水泥kg中沙m3水泥kg11361427163920811容積合計(jì)材料用量14/1814中沙m3碎石m3中沙m3碎石m3TOC\o"1-5"\h\z4 4696 6048 73310842表3—13 3 3本設(shè)計(jì)為池容6m,產(chǎn)氣率為/〔m?d〕的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池，參照標(biāo)準(zhǔn)，取材料用量為水泥 604kg，中砂3,碎石3。33一般情況建一個(gè)8m的沼氣池需要紅磚 600塊，假設(shè)建6m沼氣池，那么水泥、3磚、砂比8m沼氣池用量要減少10%。考慮到進(jìn)出料間用料那么本設(shè)計(jì)需紅磚600塊,由于進(jìn)出料管為現(xiàn)澆混凝土管,所以水泥、中沙、碎石的用量分別增加為720kg，3，3，鋼筋。沼氣池施工1〕考察地