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养殖废弃物好氧发酵罐研究与设计

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 畜禽养殖废弃物污染

1.1.2 畜禽粪便资源

1.1.3 政策背景

1.2 国内外研究概况

1.2.1 固态好氧发酵技术

1.2.2 好氧发酵设备研究

1.3 研究意义

1.4 研究内容

第二章 好氧发酵工艺研究

2.1 工艺基本流程

2.1.1 碳氮比

2.1.2 温度

2.1.3 含水率

2.1.4 通风

2.1.5 PH值

2.3 材料特性及调控

2.3.1 工艺材料特性

2.3.2 理化参数测定

2.3.3 发酵物料调控

2.3.4 发酵物料容重

2.4 工艺流程及设备设计

2.4.1 工艺流程设计

2.4.2 设备设计要求

2.4.3 设计思路

2.5 本章小节

第三章 好氧发酵罐设计

3.1 主体结构

3.1.1 发酵罐罐体

3.1.2 发酵罐壁厚

3.2 保温结构

3.3 进料系统

3.4 出料系统

3.4.1 出料结构分析

3.4.2 出料系统设计

3.5 搅拌系统

3.5.1 布料机构设计

3.5.2 移料机构设计

3.5.3 刮料机构设计

3.5.4 搅拌轴设计

3.6 通气系统

3.6.1 通气量

3.6.2 通气孔设计

3.7 传动系统设计

3.7.1 棘轮棘爪机构

3.7.2 液压驱动设计

3.8 发酵罐其他附件

3.8.1 测试孔和气孔

3.8.2 密封

3.8.3 控制系统及传感器

3.8.4 支撑座

3.8.5 螺旋梯

3.8.6 护栏

3.9 本章小节

第四章 关键部件仿真分析

4.1 有限元分析

4.1.1 静力学分析理论基础

4.1.2 ANSYS Workbench

4.2 分离板分析

4.2.1 模型建立

4.2.2 建立有限元模型

4.2.3 添加边界条件与载荷

4.2.4 结果与分析

4.2.5 分离板改进设计

4.3 移料叶片分析

4.3.1 模型简化

4.3.2 网格划分及参数设置

4.3.3 仿真结果与分析

4.4 传动系统动力学仿真

4.4.1 ADAMS

4.4.2 传动系统装配

4.4.3 建立动力学模型

4.4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小节

第五章 好氧发酵罐试验研究

5.1 装配及技术参数

5.1.1 整体装配

5.1.2 技术参数

5.2 试验过程

5.2.1 试验条件

5.2.2 试验材料

5.3 腐熟度评定

5.3.1 腐熟度评价

5.3.2 测试仪器

5.3.3 测定结果

5.4 本章小节

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

随着养殖业蓬勃发展,畜禽养殖废弃物逐年增加。畜禽养殖废弃物由于不能及时处理,给环境带来严重的污染,另外,国内养殖废弃物资源存在利用率较低的情况。基于此,本课题对畜禽养殖废弃物好氧发酵工艺进行研究,根据工艺要求设计了一个好氧发酵罐,可快速实现畜禽粪便无害化处理和利用,具有一定的经济效益和社会意义。
  畜禽养殖废弃物好氧发酵罐由进出料系统、保温结构、搅拌系统、通风系统、传动系统等组成。通过理论计算得最低耗氧量为396m3/h;对搅拌机构建立数学模型,得到的扭矩为170742N·m;对大扭矩低转速工况,设计了液压驱动棘轮棘爪传动机构,选用的液压缸行程为500mm,压力为16MPa,棘轮为十二齿。应用建模软件SolidWorks建立了零部件的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对复杂的受力部件进行强度和应力校核。其中发现:分离板中心处变形较大,刚度不能满足要求。针对此情况提出改进,并对改进后的模型进行应力分析,结果得出改进后的分离板刚度和强度均能满足实际要求;对移料机构进行应力分析,得出最大应力分布在叶片与轮毂的焊接处,最大变形在叶片的自由端,设计的移料机构能够正常工作。在机械系统动力学自动分析软件ADAMS中对传动机构进行动力学仿真分析,由仿真得到棘轮运动轨迹、棘爪和活塞杆的位移变化曲线,分析各曲线可知设计的传动机构能够按照设计要求进行运动,满足传动要求。
  利用调控处理的物料进行试验,经过一个周期的发酵,得到了发酵产物深褐色、无臭,检测结果达到农业标准NY525-2012要求。

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