抗結殼厭氧發酵反應器的研制與試驗

孫 勇，王連瑞，張兆國※，李景巖

（1. 東北農業大學工程學院，哈爾濱 150030； 2. 昆明理工大學現代農業工程學院，昆明 650500；3. 黑龍江德沃科技開發有限公司，哈爾濱 150100）

0 引 言

利用農作物秸稈為主要原料進行厭氧發酵制取沼氣是中國秸稈高值化利用的重要途經之一。以玉米秸稈為主要發酵原料進行厭氧發酵時，玉米秸稈中的一些難分解物質會上浮至表面，失水硬化形成浮渣層結殼，導致厭氧發酵中產生出料困難、產氣效率低等一系列問題，嚴重制約了秸稈沼氣工程的發展。Madhukara等研究不同發酵方式對浮渣層結殼的影響，指出堆漚處理可以減少結殼；Hill等分析了物料濃度對結殼形成的影響，提出合適的物料濃度能有效減少結殼的產生；彭震等設計了一種具有防止浮渣上浮和集氣功能的抗結殼裝置，該抗結殼裝置具有明顯的抗浮渣結殼作用并可以提高產氣；朱洪光等對比研究了不同的攪拌器安裝方式對全混合式厭氧發酵反應器內流場的影響，得出雙層攪拌器可以有效破殼并且改善流場狀態的結論；畢華飛等研究攪拌槳偏心攪拌對流場內部的影響，發現攪拌偏心對漩渦深度影響遠大于轉速及物料。以上研究大多是揭示結殼產生機理，并未從抑制打破結殼的角度進行研究，常用的機械攪拌方式有頂部中心攪拌，罐壁側面攪拌及斜置式攪拌等，傳統的攪拌方式結構較為單一，不能針對性的對浮渣層結殼進行破除。鑒于此，本文設計了一種抗結殼厭氧發酵反應器，通過機械攪拌方法對浮渣結殼層進行破除和抑制作用，利用DEM-CFD耦合的方法對破殼裝置的攪拌葉片進行優化，并通過與對照組試驗驗證抗結殼厭氧發酵反應器的工作性能。……