本文關(guān)鍵詞：基于超聲波的玉米秸稈厭氧發(fā)酵工藝優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國有非常豐富的秸稈資源,通過厭氧消化將秸稈中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為可再生的清潔能源,是秸稈能源化利用的有效手段之一。但是由于秸稈復雜的結(jié)構(gòu),導致了厭氧消化時間長、效率低,所以一直無法在實際生產(chǎn)中大范圍推廣。超聲波具有能量集中、無污染等優(yōu)點,是一種高效的處理方法,本課題結(jié)合超聲波的機械效應、熱效應以及空化效應,對超聲波輔助玉米秸稈的厭氧發(fā)酵做了一系列研究,針對玉米秸稈發(fā)酵工藝的兩個過程,預處理過程和厭氧消化過程,分別加入超聲波作用,為超聲波在秸稈厭氧消化領(lǐng)域的大規(guī)模應用提供了指導作用。首先,在玉米秸稈厭氧發(fā)酵的預處理過程中,為了探明雙頻超聲預處理對玉米秸稈厭氧發(fā)酵的影響,在稀堿預處理的基礎上,聯(lián)合雙頻超聲波預處理玉米秸稈,并進行厭氧消化產(chǎn)氣實驗。比較了稀堿預處理、單頻超聲聯(lián)合稀堿預處理、雙頻超聲聯(lián)合稀堿預處理后的產(chǎn)氣性能。實驗結(jié)果表明,雙頻超聲波預處理可以顯著改善玉米秸稈的生物可降解性,提高消化效率。其次,對超聲波作用于玉米秸稈厭氧發(fā)酵預處理過程的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。在雙頻超聲波聯(lián)合稀堿預處理的基礎上,通過正交試驗設計和響應曲面法對玉米秸稈厭氧消化進行了工藝參數(shù)優(yōu)化,得到最優(yōu)參數(shù)組合并進行了實驗驗證。針對兩種優(yōu)化方法存在的問題,將支持向量機與正交試驗設計相結(jié)合,建立了工藝優(yōu)化的預測模型,確定了玉米秸稈厭氧消化的最優(yōu)工藝參數(shù)組合并通過產(chǎn)氣實驗驗證。最后,在玉米秸稈厭氧發(fā)酵的厭氧消化過程中,基于超聲波作用機理,將超聲波作用于厭氧消化過程中。通過改進常規(guī)的恒溫水浴裝置,將超聲波換能器與不銹鋼體的水槽相結(jié)合,用以實現(xiàn)玉米秸稈在厭氧消化過程中加入超聲波。使用改進后的恒溫水浴裝置進行中溫厭氧消化實驗,實驗結(jié)果表明,超聲波在厭氧消化過程中可以顯著提高秸稈的生物可降解性。隨著負荷率的增大,增加了消化的有機質(zhì),延長了產(chǎn)氣時長,產(chǎn)氣量明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：超聲波 厭氧消化 正交試驗設計 響應曲面法 支持向量機
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S216;TB559
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題研究背景和意義16
• 1.2 作物秸稈利用現(xiàn)狀16-17
• 1.2.1 作物秸稈產(chǎn)生及結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.2 秸稈主要利用途徑17
• 1.3 秸稈厭氧消化技術(shù)概述17-20
• 1.3.1 厭氧消化機理17-18
• 1.3.2 影響厭氧消化因素18-19
• 1.3.3 國內(nèi)外秸稈預處理技術(shù)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 超聲波技術(shù)在秸稈發(fā)酵過程中的應用20-23
• 1.4.1 超聲波作用機制20-21
• 1.4.2 影響厭氧消化效果的超聲波參數(shù)21-22
• 1.4.3 超聲波在秸稈發(fā)酵預處理過程的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4.4 超聲波在秸稈厭氧消化過程中的研究現(xiàn)狀23
• 1.5 待解決的問題23
• 1.6 本課題研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點23-26
• 第二章 超聲波作用于預處理過程的單/雙頻工藝研究26-38
• 2.1 材料和儀器26
• 2.2 實驗裝置26-28
• 2.2.1 超聲預處理裝置26-27
• 2.2.2 厭氧發(fā)酵裝置27
• 2.2.3 恒溫水浴裝置27-28
• 2.3 實驗方案28
• 2.4 實驗方法28-29
• 2.4.1 預處理方法28-29
• 2.4.2 厭氧消化產(chǎn)氣實驗29
• 2.5 分析方法29-31
• 2.5.1 TS、VS測量30
• 2.5.2 生物氣品質(zhì)檢測30-31
• 2.6 結(jié)果與討論31-35
• 2.6.1 日產(chǎn)氣量31
• 2.6.2 累計產(chǎn)氣量31-32
• 2.6.3 甲烷含量32-33
• 2.6.4 厭氧消化時間33
• 2.6.5 TS和VS去除率33
• 2.6.6 預處理后秸稈主要成分33-34
• 2.6.7 物質(zhì)結(jié)構(gòu)34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-38
• 第三章 超聲波作用于預處理過程的工藝參數(shù)優(yōu)化38-48
• 3.1 基于正交試驗設計的厭氧消化參數(shù)優(yōu)化38-41
• 3.1.1 正交試驗設計38-39
• 3.1.2 實驗結(jié)果及分析39-41
• 3.2 基于響應曲面法的厭氧消化參數(shù)優(yōu)化41-47
• 3.2.1 響應曲面法41
• 3.2.2 實驗結(jié)果及分析41-47
• 3.3 不同優(yōu)化方法比較分析47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 基于支持向量機的工藝參數(shù)優(yōu)化48-56
• 4.1 支持向量機原理48-52
• 4.1.1 支持向量機回歸48-50
• 4.1.2 核函數(shù)性質(zhì)與構(gòu)造50-52
• 4.2 支持向量機與正交試驗設計相結(jié)合52
• 4.3 不同工藝參數(shù)模擬分析52-54
• 4.4 實驗結(jié)果及驗證54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 超聲波作用于厭氧消化過程的工藝參數(shù)分析56-66
• 5.1 改進的恒溫水浴裝置56-58
• 5.1.1 改進思想56-57
• 5.1.2 設備及參數(shù)57-58
• 5.2 改進實驗及結(jié)果分析58-64
• 5.2.1 日產(chǎn)氣量59-60
• 5.2.2 累計產(chǎn)氣量60-62
• 5.2.3 甲烷產(chǎn)量62
• 5.2.4 厭氧消化時間62-63
• 5.2.5 TS和VS去除率63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-74
• 研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文74-76
• 作者和導師簡介76-78
• 北京化工大學碩士研究生學位論文答辯委員會決議書78-79

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5 王

本文編號：278390