本文选题基于国家科技支撑项目“大型养殖场沼气工程技术开发及综合利用示范”,旨在为其中重要研究内容之一的农牧业混合有机废弃物发酵前预处理,提供技术及设备支持。在综述国内外发展现状的基础上,分析牛粪的基础特性,拟定高含水率流态化、柔性物挑出、重物沉降分离、调质贮存的工艺流程,并且运用理论分析、虚拟样机设计、试验设计相结合的方法,对流状混合物分选装置关键部件的结构、原理、参数进行研究与探索。具体内容如下:(1)明确牛粪为研究对象,进行混合有机废弃物基础特性的研究,采用数学统计的方法描述废弃物所含各类组分的构成,分析组分的理化特性,测定物料含水率等基础参数,为确定工艺过程及相关设备工作原理及结构参数提供依据。(2)根据组分构成及理化特征制定预处理工艺流程,按生物发酵规范及沼气工业化生产对原料的要求,针对原料分选及处理后调质备用的预处理工艺、设备进行设计,将混合物筛分为有机直接利用、有机再加工利用与无机废弃物三部分。(3)根据预处理工艺要求,确定了每一流程所需设备;针对各种设备,详细介绍其工作原理和结构设计;流状混合物分选装置,是预处理过程的关键设备,对其进行详细设计,主要包括分离槽关键结构尺寸确定并对关键参数进行理论分析。(4)利用CATIA V5提供的虚拟样机应用功能,建立虚拟装配设计流程,实现自上而下的面向装配的设计;应用CATIA V5虚拟样机功能模块进行干涉检查、运动学仿真、拆装模拟等分析。依据虚拟样机设计模式进行设计使工程更改急剧减少,设计质量大为提高,实现缩短产品开发周期、降低产品开发成本和提高产品质量的目标。在实际应用中取得了明显的效果。(5)首先,以柔性物分离率为试验指标,在预处理系统上,进行单因素试验和二次正交旋转组合试验,应用Design-Expert软件进行试验数据的处理与分析。单因素试验可以得出因素与试验指标之间的影响关系图和回归方程,通过得出的回归方程和影响关系图,了解因素与试验指标之间的变化关系,从而指导二次旋转正交组合试验。根据单因素试验结果,选取物料含水率、进料流量、柔性物分离器转速进行多因素试验,依据二次旋转正交组合设计的试验方法,建立因素对分离率的回归方程,探讨物料含水率、进料流量、柔性物分离器转速对分离率的影响规律。通过对回归方程的分析,得出影响分离率的主次因素。采用目标优化的方法,进行模型优化,得到满足试验指标范围的因素的最佳组合。然后,在预处理系统上进行验证试验,同时引入沉降物分离率及物料损失率作为指标,确定沉降物分离器最佳转速。在牛粪原料预处理试验得出的最优工况基础上,对餐余垃圾进行预处理,从试验结果看,同样具有良好的工作性能。