【摘要】：針對當(dāng)前熱帶地區(qū)小戶型干式沼氣發(fā)酵裝置發(fā)酵產(chǎn)氣效率低、難以對物料進(jìn)行攪拌、進(jìn)出料工作強(qiáng)度大、控制精度低等問題，本論文以熱帶地區(qū)小戶型干式沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)及其發(fā)酵裝置研究為研究對象，開展了發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計、攪拌裝置性能的三維建模與仿真、智能監(jiān)控下位機(jī)沼氣發(fā)酵過程各參數(shù)的監(jiān)測和控制研究、智能監(jiān)控上位機(jī)力控組態(tài)監(jiān)控界面的設(shè)計、智能監(jiān)控系統(tǒng)及其發(fā)酵裝置的實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理與誤差分析研究。具體研究內(nèi)容如下： （1）新型發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計 通過閱讀大量國內(nèi)外發(fā)酵裝置的相關(guān)資料，系統(tǒng)分析各種發(fā)酵裝置的形式、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)、使用場合、加工制造的難度與成本等問題，在不斷優(yōu)化與改進(jìn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種適合熱帶地區(qū)小戶型干式沼氣發(fā)酵的發(fā)酵裝置具體結(jié)構(gòu)，包括罐體結(jié)構(gòu)、材料確定，進(jìn)、出料口的設(shè)計，自動攪拌裝置設(shè)計，罐體密封、耐壓與安全保護(hù)設(shè)計，發(fā)酵裝置底座設(shè)計等，完成了發(fā)酵裝置二維裝配圖和所有零件圖的設(shè)計。 （2）攪拌裝置結(jié)構(gòu)力學(xué)性能三維建模與仿真 在完成發(fā)酵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Ansys有限元分析軟件建立模型并劃分出比較優(yōu)良的網(wǎng)格單元，對攪拌裝置的主要受力情況進(jìn)行加載約束和加載仿真分析。根據(jù)其應(yīng)力分布云圖，調(diào)整攪拌裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化攪拌裝置的結(jié)構(gòu)尺寸。 （3）智能監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)沼氣發(fā)酵過程各參數(shù)的監(jiān)測和控制研究 在系統(tǒng)分析了國內(nèi)沼氣發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種干法厭氧發(fā)酵過程智能監(jiān)控的新方法與控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。該智能監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對干法厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)研究中所需數(shù)據(jù)的采集和處理。該系統(tǒng)具有實(shí)時自動采集數(shù)據(jù)的功能，靈活性高、控制精度高、可移植性強(qiáng)，為系統(tǒng)獲取干法厭氧發(fā)酵的工藝參數(shù)、優(yōu)化干法厭氧發(fā)酵的工藝過程、提高產(chǎn)氣效率提供了一條新的可行途徑。 （4）智能監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)力控組態(tài)監(jiān)控界面的設(shè)計 在系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用PC機(jī)和力控組態(tài)軟件相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對發(fā)酵過程中各數(shù)據(jù)的集中管理和發(fā)酵工藝過程的實(shí)時監(jiān)控，本監(jiān)控系統(tǒng)操作簡單、可靠性高、可擴(kuò)展、可移植、具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。 （5）熱帶地區(qū)小戶型干式沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)及其發(fā)酵裝置的實(shí)驗(yàn)研究 對設(shè)計出的發(fā)酵裝置進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究，分析該發(fā)酵裝置在熱帶地區(qū)小戶型干式沼氣發(fā)酵的實(shí)際工況下，攪拌裝置的實(shí)用性、智能監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。本階段在熱帶地區(qū)干式沼氣發(fā)酵原理的基礎(chǔ)上，完成發(fā)酵裝置實(shí)物的加工、裝配和調(diào)試工作，通過系統(tǒng)、完整的實(shí)驗(yàn)研究，得到相關(guān)的圖片和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 （6）數(shù)據(jù)處理與誤差分析研究 對實(shí)驗(yàn)研究得到的各種數(shù)據(jù)和圖片進(jìn)行整理和分析。采用相關(guān)的誤差處理方法，計算出誤差范圍，與實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍進(jìn)行對比，以確保實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性。同時得到各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布圖，，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論結(jié)果的對比圖。通過將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與理論結(jié)果的對比，得出實(shí)驗(yàn)研究的驗(yàn)證結(jié)論。
【圖文】：

棄物的重要手段之一，也是利用能源、解決環(huán)境危機(jī)的重要途徑之一[1]。中國是農(nóng)業(yè)大國，年產(chǎn)稻秸達(dá) 6. 4 億噸，居農(nóng)作物秸稈資源擁有量首位。傳統(tǒng)秸稈使用方式的熱效率僅為 10%～30%，而 1kg 秸稈轉(zhuǎn)化為沼氣燃燒的有效熱值為64%[2]。因此具有很高的實(shí)用性，這為解決環(huán)境、能源問題開辟了一條新的思路。1.1 熱帶地區(qū)干式沼氣發(fā)酵簡介所謂沼氣干法厭氧發(fā)酵是指在總固體含量超過 20%的情況下，利用厭氧菌將固體有機(jī)廢棄物分解為甲烷、二氧化碳、硫化氫等氣體的發(fā)酵工藝[3]。除了具有濕式發(fā)酵的高廢物處理效率、高有機(jī)肥料產(chǎn)物優(yōu)點(diǎn)外，干法發(fā)酵技術(shù)還具有運(yùn)行費(fèi)用低、負(fù)荷大、需水量少和沼液少等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。沼氣發(fā)酵在我國已有多年的應(yīng)用歷史，羅國瑞先生早在 1929 年在廣東省汕頭市興建第一個沼氣池，使廣東成為全國第一個應(yīng)用沼氣的省份[7]。之后，由于沼氣技術(shù)不成熟、發(fā)酵產(chǎn)氣率低、質(zhì)量得不到保障等原因，使得沼氣發(fā)酵的實(shí)際應(yīng)用狀況發(fā)展緩慢。干法厭氧發(fā)酵是沼氣發(fā)酵的一種方式，其操作過程多以手工操作為主，其發(fā)酵工藝流程圖如圖 1。

整體研究方法
【學(xué)位授予單位】：廣東海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S216.4;TP277

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2700306