抗结壳厌氧发酵反应器的研制与试验

以玉米秸秆为主要原料进行厌氧发酵时,发酵液上部极易形成浮渣结壳层,严重影响秸秆产气效率.为了有效抑制浮渣结壳层的产生,该研究设计了一种抗结壳厌氧发酵反应器,首先阐述破壳装置的工作原理;其次进行主要部件设计,运用Adams对破壳装置机构进行动力学仿真,并对搅拌叶片进行受力分析,依据仿真结果,确定破壳机构的传动比以及搅拌叶片安装角;进一步以DEM-CFD耦合仿真方法对斜桨式叶片仿真模型的流场和颗粒场进行了数值模拟.仿真结果表明,斜桨式叶片转动时使颗粒产生轴向流与径向流,轴向流触底延壁面上升与推进式搅拌叶片产生共同作用形成涡流,径向流增加颗粒横向移动速度,流场产生大范围横向流动打破浮渣结壳层.为了探究抗结壳反应器对浮渣结壳层的抑制作用效果,以破壳装置搅拌转速、搅拌间隔时间及单次搅拌时间为因素,浮渣层厚度为指标,进行了三因素三水平试验.试验表明,当破壳装置主轴转速为120 r/min,每次搅拌间隔时间为3 h,搅拌时间为30 min时,浮渣结壳层厚度为16.1 cm,相比对照组,浮渣结壳层厚度减小了36.1％,该抗结壳反应器明显改善了秸秆厌氧发酵的结壳问题,可为后续抗结壳厌氧发酵反应器研制提供新思路.