2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  第十節(jié) 消化池容積計算</p><p>  泥量計算:V=m3/d</p><p> ?、畔赜行莘e的計算</p><p><b> ?、?根據(jù)污泥齡計算</b></p><p>  V=Qvc

2、 式(2.39)</p><p>  式中 V———消化池容積,m3;</p><p>  Q———污泥量,m3/d;</p><p>  vc———污泥齡,d,采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。取vc=20d.</p><p>  V=Qvc=906×20=18120(m3)</p><p>

3、;<b> ?、诔伢w設(shè)計 </b></p><p>  采用中溫兩級消化,容積比一級∶二級=2∶1,則一級消化池容積為12080m3,用2座,單池容積為 6040m3。二級消化池容積為 6040m3,用1座。</p><p> ?、?圓柱形消化池幾何尺寸。一級、二級消化池采用相同的池形。</p><p>  圖2.15 計算簡圖<

4、/p><p>  消化池直徑D采用30m,集氣罩直徑d3=4m,高h(yuǎn)4=3.0m,池底錐底直徑d2=2m,錐角采用20。</p><p>  故h2=h3=(30-2)/2 ×tan=6.0 m</p><p>  消化池柱體高度h1>D/2=15m,取16m</p><p><b>  消化池各部分容積:</b&

5、gt;</p><p>  集氣罩容積V4=×h4==25.13m3 式(2.40) </p><p>  下錐體容積 V3=1/3() 式(2.41)</p><p><b>  =1/3×6.0×</b&

6、gt;</p><p>  =1514.25m3</p><p>  弓形部分容積,即V2=+4h22)=6446.55m3 式(2.42) </p><p>  柱體容積V1==×302×16=11309.8m3 式(2.43

7、) </p><p>  故消化池有效容積V= V1+V3=11309.8+1514.25=112824.05m3>6040m3</p><p>  消化池個部分表面積:</p><p>  集氣罩表面積A4== 式(2.44)</p><p>  池頂表面積A3=m2 式(

8、2.45) </p><p>  池壁表面積:(地上部分)A2==m2 式(2.46)</p><p>  (地下部分) A1=A2=753.9m2</p><p>  池底表面積A0=m2 式(2.47)</p><p>  故消化池總面積A=A0+A1+A2+A3+A4=882.5+753.9+753.9+

9、51.8+37.7=2179.8m2</p><p> ?、浦袦匚勰嘞到y(tǒng)熱平衡計算</p><p>  ①.消化系統(tǒng)耗熱量計算</p><p>  消化系統(tǒng)總耗熱量經(jīng)常保持要求的溫度,保證消化過程順利進(jìn)行。熱平衡計算包括消化系統(tǒng)耗熱量計算、消化池保溫設(shè)計、熱交換器的熱損失三部分。</p><p>  加熱生污泥好熱量Q1,kcal/h&l

10、t;/p><p>  Q1= 式(2.48)</p><p>  式中 ———每日投入消化池的生污泥量,m3/d;</p><p>  TD ———消化污泥溫度,℃;</p><p>  TS ——— 生污泥溫度,℃。</p><p>  已知每座一級消化池每日投配的生活

11、污泥,=60405%=302m3/d,</p><p>  TD=35℃,污泥平均溫度為8℃,日平均最低溫度6.4℃,故</p><p>  平均耗熱量 Q1==3.375×105 kcal/h</p><p>  最大耗熱量 Q1max= kcal/h</p><p>  消化池體熱損失Q2,kcal/h</p>&

12、lt;p>  Q2=∑FK(TD-TA)×1.2 式(2.49)</p><p>  式中 F———池蓋、池壁及池底的散熱面積,m2;</p><p>  TD———池外介質(zhì)的溫度,℃,池外介質(zhì)為大氣時,計算平均耗熱量,采</p><p>  用年平均氣溫9.1°,計算最大耗熱量,采用冬季室外計算

13、溫度-9°;池外介質(zhì)為土壤時,采用全年平均溫度TB=13°冬季室外計算溫度4°;</p><p>  K———池蓋、池體與池底的傳熱系數(shù),kJ/(m2·h·℃)。</p><p>  池蓋K≤0.7kcal/(m2·h·℃)</p><p>  池壁K≤0.6 kcal/(m2·h

14、83;℃)(池外為大氣)</p><p>  池底K≤0.45 kcal/(m2·h·℃)(池外為土壤)</p><p>  池蓋的熱損失Q21,已知F=A3+A4=37.7+51.8=89.5m2,池外介質(zhì)為大氣,</p><p>  平均氣溫為9.3℃,冬季室外計算氣溫為-9℃,故</p><p>  平均耗熱量Q21

15、=89.5×0.7×(35-9.3)×1.2=1947.2 kcal/h</p><p>  最大耗熱量Q21=89.5×0.7×[35-(-9)]×1.2=3307.9 kcal/h</p><p>  池壁(地面以上)的熱損失Q22。若消化池池壁的1/2在地面以下,1/2在地面以上,則F=753.9m2</p>

16、<p>  平均耗熱量Q22=753.9×0.6×(35-9.1)×1.2=14058.8kcal/h</p><p>  最大耗熱量Q22=923.16×0.6×[35-(-9)]×1.2=23883.5kcal/h</p><p>  池壁(地面以下)的熱損失Q23</p><p>  因

17、F=753.9m2,池外介質(zhì)為土壤,故</p><p>  平均耗熱量Q23=753.9×0.45×(35-13)×1.2=8956.3 kcal/h</p><p>  最大耗熱量Q23=7539×0.45×(35-4)×1.2=17081.5kcal/h</p><p><b>  池底熱損失

18、Q24</b></p><p>  因 F=A2=882.5m2</p><p>  故 平均耗熱量Q24=882.5×0.45×(35-13)×1.2=10484.1kcal/h</p><p>  最大耗熱量Q24=882.5×0.45×(35-4)×1.2=14773.1kcal/h&

19、lt;/p><p>  每座消化池的總熱量:</p><p>  平均耗熱量Q2=90436.7 kcal/h</p><p>  最大耗熱量Q2max=98453.7kcal/h</p><p>  輸泥管道與熱交換器的好熱量Q3</p><p>  輸泥管道與熱交換器的耗熱量可簡化計算取前兩項熱損耗和的5%—15%。&

20、lt;/p><p>  即Q3=(0.05—0.15)(Q1+Q2),設(shè)計取10%。</p><p>  Q3=0.1×(3.3×105+0.91×105)=0.421×105 kcal/h</p><p>  Q3max=0.1×(3.7×105+0.99×105)=0.469×105 k

21、cal/h</p><p>  每座消化池總耗熱量為:</p><p>  QT =(Q1+Q2+Q3)=4.64×105 kcal/h</p><p>  QTmax =(Q1max+Q2max+Q3max)=5.16×105 kcal/h</p><p>  消化池系統(tǒng)總耗熱量=n×QT =2×4.

22、64×105=9.28×105kcal/h</p><p>  Tmax= n×QTmax =2×5.16×105=10.32×105kcal/h</p><p>  式中,n為一級消化池的個數(shù)。</p><p><b> ?、?消化池保溫設(shè)計</b></p><p

23、>  為減少消化池內(nèi)熱量損失,節(jié)約能耗,在消化池體外側(cè)應(yīng)設(shè)保溫結(jié)構(gòu)。由保溫層和保護(hù)層組成。保溫結(jié)構(gòu)的厚度可通過消化池池壁結(jié)構(gòu)低限熱阻進(jìn)行計算。即使消化池池壁結(jié)構(gòu)的總熱阻R0≥。</p><p>  保溫材料厚度 式(2.50)</p><p>  式中 ———保溫材料的熱導(dǎo)率,kcal/(m2·h·℃

24、),由計算手冊附錄表十一查得</p><p>  ———池壁結(jié)構(gòu)低限熱阻,(m2·h·℃)/kcal。</p><p>  = 式(2.51)</p><p>  式中 ———冬季池壁結(jié)構(gòu)允許溫差,℃,一般=7-10℃</p><p>  Rn——— 池壁結(jié)構(gòu)熱阻,

25、m2·h·℃/kcal,對消化池蓋內(nèi)表面</p><p><b>  Rn=0.133;</b></p><p>  K——— 溫度修正系數(shù),對消化池蓋k=1;</p><p>  A———保溫材料變形和池壁結(jié)構(gòu)熱惰性系數(shù),對壓縮的保溫材料A=1.2,熱惰性指標(biāo)D0≤3材料A=1.1,其他材料A=1。</p>

26、<p>  對于多層保溫結(jié)構(gòu) D0=RiSi 式(2.52) </p><p>  式中 Ri———某一層材料的熱阻,m2·h·℃/kcal;</p><p>  Si———某一層材料的蓄熱系數(shù),kcal/ (m2·h·℃);

27、</p><p><b>  =Rn+</b></p><p>  式中 ———池壁結(jié)構(gòu)中除掉保溫材料外的總熱阻,m2·h·℃/kcal;</p><p>  Rw———池壁結(jié)構(gòu)外表面熱阻,m2·h·℃/kcal,取Rw=0.05。</p><p><b>  式(2

28、.53)</b></p><p>  ———除保溫材料外各層池壁結(jié)構(gòu)厚度,m </p><p>  ———除保溫材料外各層池壁結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率,kcal/ (m2·h·℃);</p><p>  采用上述計算方法 較為復(fù)雜,為簡化計算對于固定蓋式消化池,池體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土?xí)r,各部保溫材料厚度。</p>

29、<p>  = 式(2.53)</p><p>  式中 ———消化池各部鋼筋混凝土的熱導(dǎo)率,kcal/ (m2·h·℃);</p><p>  ———保溫材料的熱導(dǎo)率,kcal/ (m2·h·℃);</p><p>  R——— 各部分傳熱系數(shù)的允許值,kca

30、l/ (m2·h·℃);</p><p>  ———消化池各部分結(jié)構(gòu)厚度,mm;</p><p><b> ?、?池頂蓋保溫。</b></p><p>  確定參數(shù)。對于消化池頂蓋=7℃,Rn=0.133,Rw=0.05,k=1,假定池頂結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)D0<3,故取A=1.1。</p><p><

31、;b>  計算低限熱阻</b></p><p>  == 式(2.54)</p><p>  設(shè)計保溫層厚度、計算各層材料的R、D0 。查附錄表可得: 鋼筋混凝土=1.33,S4=12.85</p><p>  R4===0.0752,D04=0.0752×12.85=0.966</p><p>  R2=,D0

32、2=0.025×8.65=0.216</p><p>  防水層=0.15,S1=2.85</p><p>  R1=,D01=0.067×2.85=0.191</p><p>  由于 =Rn+=0.133+0.0752+0.025+0.067+0.05=0.35</p><p>  消化池頂蓋保溫材料采用加氣混凝土,

33、=0.25,S3=3.2</p><p>  0.25×(0.792-0.35)=0.111m,取=110mm。</p><p>  則 R3=,D03=0.44×3.2=1.41</p><p>  d.校核總的熱惰性指標(biāo)</p><p>  D0=D01+D02+D03+D04=0.191+0.216+1.41+

34、0.966=2.783<3.0</p><p>  與假定的D0值相符,保溫材料及選定厚度合理。</p><p> ?、?池壁(地面以上)保溫。消化池池壁采用聚氨酯泡沫塑料作為保溫材料,聚氨酯泡</p><p>  沫塑料的熱導(dǎo)率=0.02kcal/(m·h·℃),鋼筋混凝土的熱導(dǎo)率=1.33 kcal/(m·h·℃)。采用簡

35、化計算公式。</p><p>  池壁 ==27mm 式(2.55)</p><p> ?、?池壁(地面以下)、底低保溫。池底及地面以下池壁以土壤為保溫層,熱導(dǎo)率=1.0 kcal/(m·h·℃)。</p><p>  ==1620mm 式(2.56) </p><p>  池壁在

36、地面以上的保溫材料延伸至地面以下1.2m,即凍土深度加0.5m。</p><p><b>  ⑷.熱交換器的計算</b></p><p>  污泥加熱的方法有池內(nèi)加熱和池外加熱兩種。池內(nèi)加熱是用熱水或蒸汽直接通入消化池或通入設(shè)在消化池內(nèi)的盤管進(jìn)行加熱,這種方法由于存在許多缺點,很少采用。目前最常用的方法是采用泥-水熱交換器池外加熱兼混合的方式。</p>

37、<p>  熱交換器的計算包括熱交換器管長,熱源、消化污泥循環(huán)量計算。</p><p>  ①.污泥循環(huán)量的確定。設(shè)計采用一座消化池對應(yīng)一臺熱交換器,全天均勻投配。</p><p>  每個消化池生污泥進(jìn)入一級消化池前,與回流的一級消化污泥先混合再進(jìn)入熱交換</p><p>  器,生污泥與回流污泥的比為1∶2。</p><p> 

38、 回流的消化污泥量Qs2=12.5×2=25m3/h</p><p>  污泥循環(huán)總量QS=QS1+Qs2=12.5+25=37.5m3/h</p><p> ?、?計算污泥出口溫度。已知生污泥日平均最低溫度為13℃。</p><p>  生污泥與消化污泥混合后的污泥溫度:</p><p>  ℃

39、 式(2.57)</p><p>  污泥出口溫度==27.67+℃</p><p> ?、?熱水循環(huán)量Qw 。熱交換器入口熱水溫度采用Tw=85℃,出水溫度=75℃,Tw-=85-75=10℃。</p><p><b>  則熱水循環(huán)量為:</b></p><p>  Qw=m3/h 式(2.58)&

40、lt;/p><p> ?、?熱交換器口徑確定。選用套管式泥-水熱交換器,內(nèi)管通污泥,管徑DN85mm,內(nèi)管外</p><p><b>  徑D=94mm。</b></p><p>  污泥在管內(nèi)流速m/s(在1.5—2.0m/s之間,合格)</p><p>  外管管徑DN135mm,熱水在外管內(nèi)管間流速為:</p&g

41、t;<p>  m/s(在1.0—1.5m/s之間,合格)。</p><p> ?、?熱交換器長度L。</p><p>  由以上計算可知,=27.67-75=-47.33 ℃</p><p>  =36.80-85=-48.20 ℃</p><p>  ℃ 式(2.59)</p>

42、<p>  故熱交換器長度L= 式(2.60)</p><p>  式中 D———內(nèi)管外徑,m;</p><p>  K———傳熱系數(shù),約為600kcal/(m·h·℃)。</p><p><b>  故 L=m</b></p><p

43、>  設(shè)每根熱交換器長5m,則共有根數(shù)為:</p><p>  N=48.6/5=9.72根,取10根。</p><p>  ⑸.鍋爐容量計算 </p><p>  設(shè)計選用常壓熱水鍋爐,鍋爐供熱水量Gw,kg/h。</p><p><b>  式(2.61)</b></p><p> 

44、 式中 QT———總耗熱量,kcal/h;</p><p>  T4———鍋爐內(nèi)熱水水溫,約90℃</p><p>  ——— 水比熱容,1.0kcal/(kg·℃)</p><p>  ——— 鍋爐的熱效率。</p><p>  鍋爐供水溫度取T=5℃,熱效率80%,</p><p>  則 Gw

45、==10082kg/h 式(2.62)</p><p> ?、?消化池污泥氣循環(huán)攪拌計算</p><p>  消化池攪拌方法有多種,沼氣循環(huán)攪拌法、泵攪拌法、機(jī)械攪拌法及混合攪拌法等,</p><p>  現(xiàn)代消化池最常用的是沼氣循環(huán)攪。沼氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓后,通過消化池頂?shù)呐錃猸h(huán)管,</p><p> 

46、 由均布的豎管輸入,豎管的噴氣出口位置在消化池半徑的2/3處。</p><p> ?、?攪拌氣量 消化池攪拌氣量一般按5—7m3/(1000m3·min)計,設(shè)計取6 m3/(1000m3·min)。</p><p>  每座消化池氣體用量q=636.24m3/min=0.61m3/s</p><p>  ②.干管、豎管管徑 循環(huán)攪拌系統(tǒng)干管

47、和配氣管流速一般為10—15m/s,豎管為5—7m/s。干管流速取v1=12m/s,干管管徑d1(m)為:</p><p>  ,取d1=300mm。</p><p>  每座消化池設(shè)24條豎管,豎管流速v2=7m/s,豎管管徑d2(m)為:</p><p>  =0.068,取d2=80mm。</p><p><b> ?、?豎管

48、長度</b></p><p>  消化池有效深度17+20+2/2=20m</p><p>  豎管插入污泥面以下的長度h=2/3=2/3×20=13.33m</p><p> ?、?壓縮機(jī)功率 通常一臺壓縮機(jī)對應(yīng)一座消化池。</p><p>  所需壓縮機(jī)功率N為:</p><p><b

49、>  N=VW</b></p><p>  式中 N———沼氣壓縮機(jī)功率,W;</p><p>  V———一級消化池容積,m3;</p><p>  W———單位池容所需功率,一般取5—8W/m3。</p><p>  設(shè)計取W=5W/m3,</p><p>  則 N=VW=6040&

50、#215;5=38219.1W≈32kW</p><p>  兩座6040m3一級消化池,需兩臺功率為32kW的壓縮機(jī)。</p><p>  ⑺.污泥消化池沼氣收集貯存系統(tǒng)設(shè)計</p><p> ?、?沼氣產(chǎn)量計算 污泥消化的產(chǎn)氣量主要與污泥中揮發(fā)性有機(jī)物的含量及各種有機(jī)</p><p>  物的比率有關(guān)。查手冊得沼氣產(chǎn)量按10倍的污泥產(chǎn)

51、量考慮,則</p><p>  沼氣產(chǎn)量=90610=9060m3/d</p><p>  根據(jù) n----污泥投配率,5% 式(2.63)</p><p>  =14.4m3氣/m3污泥 則沼氣產(chǎn)量=14.4m3/d</p><p>  為安全,沼氣量取大值。 </p><p>

52、 ?、?集氣管管徑的確定 污泥一級消化、二級消化產(chǎn)氣量分別是總氣量的80%、20%,故 一級消化產(chǎn)氣量=13046.4×80%=1043.72m3/d</p><p>  每個消化池產(chǎn)氣量=1043.72/n=1043.72/2=5218.6 m3/d=0.06m3/s</p><p>  式中,n為消化池的個數(shù),座。</p><p>  所以二級

53、消化產(chǎn)氣量=1043.72×20%=1449.6 m3/d=0.02 m3/s</p><p>  由于一級消化池中設(shè)沼氣攪拌,攪拌氣量為0.4m3/s,故</p><p>  一級消化池集氣管的集氣量q1=0.4+0.06=0.46 m3/s</p><p>  二級消化池集氣管的集氣量q2=0.04 m3/s</p><p> 

54、 集氣管內(nèi)平均流速以5m/s計,最大不超過7—8m/s,故</p><p>  集氣管管徑d1=m,取集氣管d1=400mm</p><p>  d2=m,取沼氣管最小管徑d2=100mm。</p><p>  按最大產(chǎn)氣量進(jìn)行校核,最大產(chǎn)氣量為平均日產(chǎn)氣量的1.5—3.0倍,取2.2倍。</p><p>  m/s(符合要求)

55、 式(2.64)</p><p>  6.13 m/s(符合要求)</p><p> ?、?貯氣柜容積計算 </p><p>  沼氣貯柜的容積應(yīng)按產(chǎn)氣量與用氣量的時變化曲線來確定,當(dāng)無</p><p>  資料時,按平均熱產(chǎn)氣量的25%—40%,即6—10h的平均產(chǎn)氣量計算。大型污水處理廠取小值,故</p><p&

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