秸稈兼氧預處理裝置設計及實驗研究.pdf

1、我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈資源量豐富，秸稈資源的不合理利用帶來大量的環(huán)境污染和資源浪費問題。秸稈厭氧發(fā)酵技術為秸稈資源化利用提供了有效途徑。但由于秸稈自身結(jié)構原因?qū)е聟捬跸瘑勇a(chǎn)氣率低。因此需要對秸稈進行預處理來破其內(nèi)部結(jié)構，提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率。生物預處理能夠有效的破壞秸稈內(nèi)部結(jié)構，降解木質(zhì)纖維素，利用生物復合菌預處理的研究也備受關注。目前，對復合菌預處理技術的研究開展很多，但是相關配套裝置的研究方面還不成熟。預處理裝置

2、的設計、預處理過程各項參數(shù)的監(jiān)測、預處理后傳遞物料與厭氧發(fā)酵過程配合連續(xù)生產(chǎn)、預處理過程中生物熱的研究和利用等問題有待深入的研究。
　　基于以上問題，自行設計了秸稈兼氧預處理裝置，由筒體、雙螺旋螺帶攪拌裝置、溫度監(jiān)測系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等幾部分組成。在預處理裝置中，秸稈在好氧及微好氧微生物的聯(lián)合作用下使木質(zhì)素、半纖維素和纖維素等大分子物質(zhì)快速降解轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)與水溶性物質(zhì)，水溶性物質(zhì)隨滲濾液進入料液儲存罐后根據(jù)工藝定量可以進

3、入?yún)捬醴磻?。預處理裝置的絞龍在正常工位下實現(xiàn)對物料的攪拌，進料工位時則可將降解后的固態(tài)物料輸送至后續(xù)的厭氧發(fā)酵裝置。該輸送過程不僅實現(xiàn)了反應物料的輸送，也將好氧、微好氧條件下的生化反應熱以物料顯熱的形式輸送到厭氧發(fā)酵裝置，為厭氧發(fā)酵過程提供熱量。
　　為了驗證秸稈預處理裝置的預處理效果，進行了玉米秸稈進行復合菌劑好氧預處理初步試驗研究。結(jié)果表明預處理后秸稈的的半纖維素降解率33.22％，半纖維素降解率21.94%，木質(zhì)素降解率3

4、0.63%。對處理后玉米秸稈進行掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)秸稈得到明顯的降解，微觀結(jié)構表面出現(xiàn)大量裂縫以及孔洞。但是分解效果相比在30L小型預處理裝置上試驗的效果略低，工程應用仍需調(diào)整各項運行參數(shù)進行試驗研究，使預處理反應產(chǎn)熱及秸稈分解效果達到最佳狀態(tài)。接著在預處理裝置上進行了通風量對玉米秸稈復合菌預處理的影響試驗研究，優(yōu)化裝置的通風參數(shù)。在預處理裝置上進行了四種不同的通風方案下，玉米秸稈復合菌劑預處理效果試驗。試驗結(jié)果表明，在固定通風量的情況

5、下，通風量過大或過小，均對秸稈分解產(chǎn)生不利影響，造成微生物對物料的分解不充分。在反應的不同階段，根據(jù)出氣口尾部氧氣含量的變化調(diào)整通風量，可以使微生物得到充足的氧氣，加速分解利用秸稈中的有機物，同時也保證溫度和水分不會散失過快。該通風方案下，物料能升高的溫度最高，利于后續(xù)厭氧發(fā)酵利用其產(chǎn)生的熱量，同時預處理后秸稈的分解效果也最好，可以作為厭氧發(fā)酵的優(yōu)質(zhì)原料。
　　根據(jù)試驗結(jié)果，分析預處理過程的產(chǎn)熱特性，利用預處理過程中溫度與時間的曲

6、線，擬合出溫度時間的多項式。然后按照能量守恒原理建立溫度場的數(shù)學關系式，得到導熱微分方程。經(jīng)過公式推導，引入測得的物性參數(shù)，得到內(nèi)熱源的生產(chǎn)熱經(jīng)驗公式。為了進一步驗證經(jīng)驗公式的準確性，采用fluent軟件對秸稈兼氧預處理裝置內(nèi)的溫度場進行了模擬分析，模擬結(jié)果與試驗結(jié)果趨勢基本吻合。表明模擬結(jié)果正確，證明前面建立的數(shù)學模型是準確的，對以后的試驗工作有參考意義?？梢赃\用建立的Fluent模型預測和分析預處理過程中溫度場的實時分布于變化情況，