基于CFD的堆肥反应器通气搅拌结构优化设计

堆肥反应器的分散性能会直接影响好氧堆肥反应的进程和结果,而堆肥反应器的通气搅拌结构是影响其分散性能的关键部件。为改善好氧堆肥反应器的分散性能,通过计算流体力学(CFD)方法对实验室用堆肥反应器的单层通气桨叶结构、单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构和三层通气桨叶结构分别进行了气液两相流模拟,对比分析了这3种通气搅拌结构性能的优劣,并进一步研究了单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构的安放角对其分散性能的影响。结果表明:采用单层通气桨叶双层搅拌桨叶式通气搅拌结构的分散性能更佳,堆肥反应器有较高平均气含率为0.408,不均匀性系数为0.035;不同安放角下,堆肥反应器内湍动能的分布规律基本保持一致,沿径向呈现双峰趋势,而堆肥反应器的单位体积功率随着安放角的增大而增大;综合考虑,通风搅拌结构的安放角为45°时,堆肥反应器的平均气含率最高且搅拌功率适宜,更适于气液混合搅拌。该结果可为堆肥反应器的设计提供参考。     

新型好氧堆肥装置的设计

近年来,人们对畜禽产品的需求量不断增加,一方面我国的畜禽产业得到了长足发展,另一方面畜禽粪便带来的污染随之产生。文中设计了一种新型好氧堆肥装置,由温度数据处理模块、曝气渗透模块、数据处理模块和数据显/存模块组成,堆体内部温度分布不均匀,传感器分布在以桨叶为中心的的堆体内部,能达到精确测量,减小误差,提高堆肥效率,同时曝气部分有效增大曝气面积,通过桨叶的搅拌,不断更新堆体表面,促使空气在界面向液相转移;对堆肥过程实时监控,实现数据可视化观测。     

不同搅拌桨设计对立式饲料混合机内流场的影响

【目的】为了提高立式饲料混合机的混合效率,需要研究不同搅拌桨形状、桨叶长度和数量条件下的混合效率,设计一款搅拌效率高的新型搅拌桨。【方法】课题组通过CFD仿真模拟,探究不同搅拌桨形状、数量以及桨叶长度对流场的影响,并根据混合机内速度场和湍流动能的变化,评估不同搅拌桨的搅拌效果。采用单因素实验设计,在每组实验中只改变一个自变量(即搅拌桨形状、数量或桨叶长度),对流场的速度和湍流动能变化进行分析研究。【结果】1)搅拌桨数量、长度不变,转速为50 r/min条件下,装配锚式搅拌装置的混合机内部流体的速度分布面积更为广阔,产生的湍流动能最大,为0.005 67 m²/s²;2)搅拌桨数量不变,桨叶从110 mm增加至150 mm时,混合机内的死区面积明显减少,桨叶附近的湍流强度明显升高;3)在锚式搅拌装置且转速为50 r/min的条件下,当主轴安装有两层搅拌桨时,混合机顶部和底部的速度都有所改善,部分区域可达到0.36 m/s,所产生的最大湍流动能为0.004 8 m²/s²,平均湍流动能分布均匀。【结论】...     

开启涡轮式搅拌器的流场分析及结构优化

对于开启涡轮式搅拌器的搅拌流场,采用多重参考系法、标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,应用Fluent软件对其进行数值模拟,并用PIV实验进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致,选用的MRF模型符合实际;对叶片数为4、桨叶倾角为45°、桨径为100mm的常用开启涡轮式搅拌器在转速为120r/min时进行模拟,发现桨叶区产生径向流,在挡板附近形成漩涡,在釜底存在搅拌死区;对搅拌器叶轮设计参数进行优化,发现当桨径为170mm、桨叶倾角为45°、叶片数为6时所产生的搅拌死区最少,搅拌效果最佳。     

饲料加工中的加水系统

1加水系统的应用原理1.1应用在调制工艺中饲料生产企业无论是生产膨化料还是颗粒料,都无一例外地要对物料进行调质,以期达到稳定的工艺条件。在生产过程中,许多企业在调质这一环节大多采用普通单轴调质器或双轴调质器,调质效果很难达到工艺要求。所谓调质,就是要将加入调质器内的饱和干蒸汽与物料充分混合并被物料吸收,使物料达到一定的温度和水分要求,满足后序加工的条件,在调质器搅拌桨叶的快速翻转和搅动作用下,促使水分均匀一致,温度稳定。在许多情况下,普通调质器很难达到上述效果,究其原因是:①调质时间短,即使将搅拌桨叶角度调整到使…     

桨式搅拌器结构参数优化试验

桨式搅拌器因其结构简单、性能稳定,一直被广泛应用于厌氧发酵领域,对于搅拌桨的结构参数却少有研究。为此,以搅拌轴旋转速度、桨叶直径、桨叶倾角作为影响因素,以搅拌所需净功率与搅拌强度(以完全搅拌所需时间长短,反映搅拌强度大小)为考察指标,采用3因素3水平正交试验确定桨式搅拌器结构优化参数。结果表明:当最优组合在搅拌轴旋转速度为150r/min、桨叶直径为135mm、桨叶倾角为60°时,得到的搅拌所需功率2.6W、搅拌时间为5s。     

改进型INTER-MIG桨尾涡结构的PIV试验与模拟

采用粒子图像测速(PIV)技术和计算流体力学(CFD)对改进型INTER-MIG桨釜内尾涡结构进行研究,将数值模拟结果与PIV试验进行了比较,分析了几种湍流模型的差异;利用2D-PIV对尾涡结构进行涡量分析,并探讨桨叶直径对尾涡的影响,以及尾涡与湍动能之间的关系.结果表明:LES对尾涡的预测优于Reynolds平均法;改进型INTER-MIG桨在运动过程中产生运动轨迹不对称的上下尾涡,桨叶下尾涡先于上尾涡形成,下尾涡最大涡量高于上尾涡;在尾涡形成到发展至最大的过程中,桨叶直径对下尾涡的径向位移影响较大,在桨叶直径D/T=0.57时,桨叶下尾涡沿径向方向运动最快,湍动能最大;当尾涡开始衰减后,桨叶直径越大,尾涡耗散的速度越快;湍动能最大值介于两尾涡之间,且伴随着尾涡的发展而增大,随其衰弱而减小.研究结果表明改进型INTER-MIG桨釜内的搅拌机理,可以为该桨叶釜内的工程和优化设计提供参考.     

密闭式防堵塞双轴翻堆智能化好氧堆肥装置的研究与设计

一种密闭式防堵塞双轴翻堆智能化好氧堆肥装置,属于肥料制备技术领域,该装置包括支撑架还由螺旋输送入料装置、中间传动系统、反应器主题、双轴翻堆搅拌装置、出料装置以及送氧调节装置构成;螺旋输送入料装置连接固定在反应器主体的一侧,双轴翻堆搅拌装置设置在反应器主体的内部,中间传动系统固定设置在反应器主体的顶端,双轴翻堆搅拌装置由中间传动系统控制相连,出料装置设置在反应器主体的底端,出料装置上设置,有电磁震动装置;送氧调节装置在反应器主体底部的一侧,反应器主体的顶部还设有排气阀。装置解决了内部物料板结化严重、出料易堵塞等问题,提高了堆肥反应速率,降低了生产成本。     

滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,〖JP3〗实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064MPa,最大形变量为0.038126mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31MPa,最大形变量为0.34417mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明：使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期（大于50℃）可持续6d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。     

新型太阳能堆肥反应装置设计

结合新疆丰富的太阳能资源,设计一种新型、高效、节能的堆肥反应器,主要内容包括以太阳能电池板作为原动力来源、设计消除冬季气温影响的辐射热源集热器,设计推动物料的对旋搅拌结构,装有无线温度传感调控单元。以牛粪为堆肥原料,试验研究在该装置内对牛粪堆肥过程性能的影响,并与普通堆肥进行对比。结果表明:堆肥处理初始升温速率较快,在升温和高温阶段翻堆后,再次升温趋势明显大于普通堆肥且堆肥过程堆体空间各层温差总体小于普通堆肥。     

好氧堆肥反应器系统在废弃物处理中的应用

好氧堆肥技术能有效地处理固体废弃物．实现秸秆、畜禽粪便等农业废弃物无害化、减量化和资源化。近年来,堆肥技术越来越受到重视,相应的堆肥设备发展迅速。为此．根据通风方式、有无搅拌和外形特点．分类介绍了多种在实际生产中应用广泛的商业化好氧堆肥反应器系统,并着重讨述了各类反应器系统的构造和原理。     

生物炭对鸡粪好氧堆肥过程的影响

生物炭作为堆肥调理剂对于加快畜禽粪污好氧堆肥进程、增强堆肥品质和改良堆肥工艺具有重要意义。分别选用玉米秸秆和树叶与鸡粪混合进行堆肥试验。通过研究堆体温度变化、含水率、pH值、电导率,以及氮、磷、钾营养成分含量的变化,分析生物炭对堆肥过程的影响。结果表明,添加生物炭可有效缩短堆肥周期2~3 d。添加生物炭前期会使堆体pH值升高但对于最终堆肥产品并无太大影响。添加生物炭较未添加堆体的EC值降低,表明生物炭对于游离盐离子具有很好的固定作用。通过对堆体物料各阶段主要养分进行检测,添加生物炭堆肥中全氮、全磷和全钾含量均高于未添加组。其中MSA与LA总氮含量较MS与L分别增加0.35%和0.53%,表明生物炭具有较好的固氮效果。综合pH值、电导率、含水率等指标来看,生物炭作为调理剂促进了好氧发酵过程的进行,有利于提高堆肥品质。      

农业废弃物堆肥平面翻堆技术的应用

目前地方政府以及农场对农业废弃物堆肥非常重视,但是由于堆肥过程中通风供氧不易控制的问题,使得堆肥产品质量与经济效益无法达到理想的效果;而通过机械曝气可较为有效地为堆肥过程通风供氧,有利于动态好氧发酵,加速农业废弃物中有机物的转化.为此,通过介绍翻堆机的使用,论述了在我国目前的经济及技术状况下,使用翻堆机来曝气是一个比较现实的选择.     

农村固体废弃物堆肥胡敏酸还原土壤Fe3+矿物研究

堆肥胡敏酸作为农村固体废弃物资源化处置的重要产物,除具有保水保肥的功能外,还具有氧化还原特性。针对农村固体废弃物堆肥胡敏酸结构特性,进行了堆肥全过程胡敏酸结构演变对土壤Fe~(3+)矿物还原特性研究。结果表明,随堆肥进行,堆肥胡敏酸芳香化、腐殖化加剧,氧化还原功能基团、组分含量增加,可有效促进土壤Fe~(3+)矿物还原。醌基团是堆肥胡敏酸重要的氧化还原功能基团,堆肥中后期木质纤维素降解释放醌基团,经缩合作用与堆肥胡敏酸结合加速堆肥腐殖化进程,增强堆肥胡敏酸氧化还原性能,提升Fe~(3+)矿物还原能力。     

Continuous Aerobic Treatment of Pig Slurry: Evaluation of Options based on Long-treatment Time and Two-stage Processing

Aerobic treatment can be very effective in dealing with a wide range of pollution problems from pig slurry, but it is often not popular due to the high energy costs implied. Improvement in the process performance and lower costs are key requirements in ensuring greater uptake of this technology. Two options in particular which may achieve this have been studied; long treatments of 20 d duration and two-stage processing.The long-treatment option offered major advantages when compared with a 2 d treatment process. The higher breakdown of organic matter, as indicated by the observed reduction in chemical oxygen demand (COD) of 43% compared with 30% for the short process was a significant improvement. This was achieved at a lower energy cost per m³of slurry processed. The improved efficiency of aeration was a consequence of the much lower aeration intensity (kgO₂/m³h) required in the long-treatment reactor which enabled the use of high-efficiency diffusers. However, the reduced agitation also resulted in a tendency for particles to settle out, leading to the need for some additional mixing; this partly negated the energy saving from the efficient aeration process. Emissions of the air pollutant, nitrous oxide, accounted for 12% of the original nitrogen. Similar emissions also occurred in the two-stage and the 2 d treatment processes.A two-stage treatment comprising a 2 d reactor followed by a 20 d reactor achieved a COD reduction of 40%; this was no better than the 20 d reactor alone. Most of the microbial activity occurred in the first stage leaving the second stage under-utilized. The energy cost of operation of the two-stage process exceeded the sum of the two separate stages making this an expensive option with little tangible benefit over the single stage. By contrast, the long-treatment option, with lower running costs, emerges as an improvement over a short intensive treatment. Thus, the long-treatment strategy is recommended for aerobic treatment of pig slurry.     

粉煤灰和猪粪好氧混合堆肥过程中养分转化研究

以猪粪为堆肥原材料,以玉米秸秆粉为调理剂,并添加干质量分数为0、2.5％、5.0％、7.5％和10％的粉煤灰进行90 d好氧堆肥,研究不同用量粉煤灰对猪粪堆肥过程中养分转化的影响。结果表明：添加粉煤灰能提高堆体的pH值,但在后期对电导率（EC）的增加有一定的抑制;碳氮比随着堆肥时间的延长而降低,而总氮（TN）则相反;当粉煤灰质量分数达10%时,在60d后堆体TN明显降低;添加粉煤灰对NH+4-N无明显影响,而所有添加粉煤灰均会抑制堆肥中NO3-N 的生成,且与粉煤灰用量呈正相关;添加粉煤灰对总磷（TP）和总钾（TK）的影响不大,但会抑制雪里蕻根部的生长。结合发芽率试验结果可以认为,90 d的试验中所添加的粉煤灰对猪粪堆肥的腐熟没有影响。     

微生物及C∕N比对果桑枝条堆肥腐熟的影响

以较大质量堆体（500 kg）为对象,探讨微生物及C/N比对果桑枝条堆肥腐熟效果的影响。以桑枝条和鸡粪为原料,调整堆体的C/N比为20∶1、25∶1和30∶1,分别搅拌4%、4%和6%的微生物,研究微生物及C/N比对桑枝条堆肥腐熟效率及肥力的影响。结果显示,微生物接种量为6%,C/N比为30∶1的1号堆腐熟效率最高、效果最好。在堆肥过程中,保持45℃以上的时间15d,可有效降解难降解的有机物。堆肥结束后,C/N比降至11.73∶1,可溶性腐殖质和总养分的增幅及其含量的积累均最高,发芽指数达到133.91%,T值为0.39。通过分析可知,C/N比是影响桑枝条堆肥腐熟效率的重要因素,适宜的C/N比有利于微生物的分解活动和肥力的增加;增加微生物接种量,能够提高其腐熟效率。      

死畜禽立式堆肥反应器分析与设计

针对我国目前死畜禽堆肥反应器存在的诸多问题,以缩短堆肥周期、减小占地面积、降低环境危害为目标,对死畜禽立式堆肥反应器展开研究与设计。该反应器主要由破碎搅拌系统、传动系统、控温系统所组成。在掌握相关堆肥工艺技术的前提下对反应器关键参数如容积、保温层厚度、加热器功率以及对关键零部件如搅刀轴、搅刀片、定刀进行分析设计。利用有限原软件进行仿真分析,结果表明：反应器内部能形成稳定对流的流场,搅刀所受载荷均匀,反应器设计可靠。     

功能膜覆盖好氧堆肥过程氨气减排性能研究

畜禽粪便高温好氧堆肥过程中氨气的排放不仅污染环境,而且会降低有机肥氮素含量。因此,控制好氧堆肥过程中氨挥发是降低氮损失及减少堆肥周边环境恶臭的关键。为研究膜覆盖对畜禽粪便好氧堆肥过程氨气挥发的影响,以猪粪和小麦秸秆为试验原料,采用具有选择渗透性的Gore膜作为覆盖材料,在实验室好氧堆肥反应器系统中进行了为期27 d的好氧堆肥试验。试验设置覆膜组和对照组,采用开启1 h、关闭1 h间歇通风方式,通风速率为3 L/min,重点监测堆肥过程堆体温度、氧浓度和NH3排放速率等。研究表明:覆膜组比对照组高温期持续时间略长,更有利于杀死堆体有害病原菌;相比于对照组,覆膜组NH3排放量减少18.87%;相比于温度峰值出现的时间,两组试验NH3峰值出现时间均延后,且覆膜组延后时间更长。     

微生物菌剂对农业废弃物腐熟进程影响研究

以蔬菜秸秆、西红柿蔓和牛粪为原料,添加自制速腐菌剂,并用未添加菌剂的常规处理做对照组,定期通气和搅拌,研究接种菌剂对腐熟进程的影响。结果表明,接种菌剂的组温度较高,高温持续时间较长;实验组高温期CO2释放量较对照组高,pH值和电导率变化趋势大,其中的微生物活动强烈;NH3释放量较对照组低,有利于减少氮损失;实验组有机质的减少幅度较对照组大,添加菌剂能够提高腐熟过程消解废弃物的能力,加快蔬菜秸秆和牛粪的腐熟进程。