论文总字数：18635字

摘 要

随着人民生活水平的日益提高，城市生活垃圾的日排放量在逐渐上升。传统的堆肥、焚烧处理城市生活垃圾会对环境造成二次污染，当下厌氧发酵已成为了垃圾处理的主流方法。在工业生产中，发酵罐是用来进行垃圾厌氧发酵过程的核心装备，它在餐厨垃圾处理的处理中起到了关键性的作用。

本文设计了50发酵罐用于处理餐厨垃圾，主体材质选用不锈钢材料制造。在总结相关文献的基础上，按照GB150-2011《压力容器》、HG/T20569-2013《机械搅拌设备》、TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》等标准要求完成了工艺计算、结构设计和强度校核，得到了发酵罐的几何尺寸：筒体高度，罐体直径,换热面积，全容积。发酵罐采用机械搅拌加气升式结构，选用了直叶圆盘涡轮搅拌器，加热方式为盘管辅助加热。运用SW6软件对筒体、封头以及裙座等关键结构进行强度校核，计算结果表明能够满足安全要求。运用CAD绘制发酵的工艺流程图、设备总体装配图以及各主要部分的零部件图。最后对发酵罐的材料成本和制造成本进行经济估算，完成设备的经济评价。

关键词：发酵罐 餐厨垃圾 机械搅拌式 强度计算

Abstract

With the increasing living standards of the people, the daily emissions of municipal solid waste are gradually increasing.Traditional composting and incineration of municipal solid waste will cause secondary pollution to the environment. Current anaerobic fermentation has become the mainstream method of waste disposal.In industrial production, the fermenter is the core equipment used for the anaerobic fermentation of waste, and it plays a key role in the treatment of food waste.

50m³ fermenters were designed to process food waste. The main material was made of 0Cr18Ni9 stainless steel. On the basis of summarizing relevant documents, the process calculations and structures were completed in accordance with standards such as GB150-2011 "Pressure Vessels", HG/T20569-2013 "Mechanical Mixing Equipment" and TSG21-2016 "Safety Technology Supervision Regulations for Fixed Pressure Vessels".The design and strength were verified and the geometry of the fermenter was obtained: cylinder height H0 = 7040m, tank diameter D = 3200m, heat exchange area A = 43.25mm, full volume V = 52.3m3.The fermenter adopts a mechanical stirring and air-lifting structure, and a straight leaf disk turbine stirrer is used, and the heating method is coil coil auxiliary heating.SW6 software is used to check the strength of key structures such as cylinders, heads and skirts. The calculation results show that they can meet the safety requirements.The use of CAD to draw the fermentation process chart, the overall assembly drawing of the equipment and the parts drawings of the main parts.Finally, the economic costs of the fermenter's material costs and manufacturing costs are estimated and the economic evaluation of the equipment is completed.

Key words：Fermenter Food waste Mechanical stirring Strength calculation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 餐厨垃圾的定义及特点 1

1.3 餐厨垃圾的危害 1

1.4 餐厨垃圾处理现状 2

1.4.1 粉碎后直排放 2

1.4.2 焚烧 2

1.4.3 好氧堆肥处理 2

1.4.4 厌氧发酵处理 3

1.5 发酵罐的设计方案 3

1.6 本章小结 3

第二章 发酵的工艺流程及原理 5

2.1 概述 5

2.2 发酵的工艺流程 5

2.3 厌氧发酵的基本原理 5

2.4 主要几何尺寸的计算 6

2.4.1 D、H的确定 7

2.4.2容积的确定 8

2.5 冷却装置的设计计算 10

2.5.1 冷却方式的选择 10

2.5.2 换热面积的计算 10

2.5.3 蛇管参数计算 12

2.6 本章小结 13

第三章 主要部件的结构设计及选型 14

3.1 搅拌装置的选择 14

3.1.1 搅拌器的作用 14

3.1.2 搅拌器的计算选型 14

3.2 传动装置及选型 14

3.2.1 联轴器的选择 15

3.2.2 搅拌轴的设计 15

3.2.3 搅拌功率的计算及电机选型 17

3.4 开孔与管道连接 19

3.4.1 餐厨垃圾发酵罐主要开孔 19

3.4.2 接管尺寸 20

3.5 发酵罐附件的选取 20

3.5.1 座的设计 20

3.5.2 人孔的选用 21

3.7 本章小结 23

第四章 发酵罐载荷分析及主要部件强度校核 24

4.1 按设计压力计算罐体和封头厚度 24

4.1.1 罐体壁厚 24

4.1.2 封头厚度 24

4.2 塔设备质量载荷计算 24

4.3 自振周期计算 26

4.4 地震载荷和地震弯矩计算 26

4.5主要部件强度校核 30

4.6本章小结 30

第五章 经济评价 31

5.1 经济估算与评价 31

5.2 产品评估 31

第六章 结论与展望 32

6.1结论 32

6.2展望 32

参考文献 33

致谢 35

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