CN102690753A - 一种适于沼气干发酵过程研究的试验装置 - Google Patents

一种适于沼气干发酵过程研究的试验装置 Download PDF

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Abstract

一种沼气干发酵过程研究的试验装置，包括发酵室、保温室、上端盖、下端盖、循环水浴加热装置、传感器、取样器和储气罐。上端盖上的取样口为球阀，上端连有一定长度的连接管，取样器为斜口滑管，可以在不破坏厌氧发酵环境的条件下，实施对发酵罐中样品在纵向空间上的取样。发酵料内温度、pH值等的时空变化可通过传感器和记录仪实时测量记录，发酵结束后的废料可以直接通过底部出料口排出。本发明提供了一种适用于沼气干发酵过程研究的试验装置，清洗及进出料方便，便于实验室研究。

Description

一种适于沼气干发酵过程研究的试验装置
技术领域
本发明提供一种沼气干发酵试验研究反应装置，具体是可以在不破坏厌氧发酵环境的条件下实施取样，对厌氧干发酵过程进行研究。
背景技术
沼气干发酵反应体系中的总固体含量可达到20-50%，与传统湿发酵相比，明显提高了容积产能能力，节约水资源和能源，并且产生的沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低。目前干发酵技术已经成为厌氧发酵研究的热点和主要发展趋势。
然而，干发酵中底物是以不流动的固态存在，难以搅拌，并且存在严重的异质性，使得反应中间产物、发酵微生物细胞及能量在介质中的传递和扩散受到严重限制。发酵过程中底物的特性在时间和空间（尤其是纵向上）的分布上均存在较大的差异，极易造成中间代谢产物在局部区域过度积累，最终导致酸中毒甚至发酵失败。因此针对不同的发酵基质，明确厌氧干发酵过程中基质特性在时间和空间上的变化规律，是保证厌氧干发酵顺利进行的前提条件。
沼气发酵过程需要厌氧的环境。目前，国内外对厌氧干发酵过程的研究均是采用破坏性试验，即同时做多个发酵罐，定期取出一罐对其物料特性进行分析。这种方法由于多采用小型发酵罐，很难对物料特性进行空间差异分析，与实际的生产工况不符，不能对实际生产过程进行准确的预测。另外，同时做多个发酵罐，也给试验增添了很多的麻烦。纵观沼气干发酵试验研究和生产的现状，急需一种在不破坏沼气厌氧发酵环境的条件下，能实施多次间隔取样，对厌氧干发酵过程进行预测或实时检测的试验装置。
发明内容
本发明的目的是解决目前沼气干发酵试验难以对物料特性进行空间差异分析的问题，提供一种在不破坏沼气厌氧发酵环境的条件下，能对固态物料实施多次间隔取样，对厌氧干发酵过程进行研究的试验装置。其技术方案为：
包括发酵罐罐体、上端盖、下端盖、循环水浴加热装置、传感器、储气罐、取样器和支架，其中发酵罐罐体包括发酵室和保温室，上端盖包括盖板、取样口、出气口和传感器插口，下端盖包括盖板和出料口，其特征在于：发酵罐罐体为2个同心圆筒，内筒为发酵室，内外筒间隙为保温室，保温室上下两端通过圆环形内外筒连接板密封连接，上端盖板中部沿圆周方向均布有多个球阀取样口和传感器插口，中间有1个出气口。
所述的圆环形内外筒连接板，内径略小于发酵室内径，外径略大于保温室外径，分别通过螺栓、螺母和硅胶垫将发酵罐体与上下端盖连接。
所述的球阀取样口内径略大于取样器外径，球阀通过螺纹连接固定在上端盖板上，上端口蒙以橡胶皮，其上开有口径略小于取样器外径的圆口。
所述的传感器带有螺纹连接，传感器（温度传感器、pH传感器等）与上盖之间通过螺纹连接，不插传感器时以螺钉密封。
所述的出气口连接1个三通阀，一端连接储气罐，另一端装1个阀门，用于气体采样分析。
所述的保温室采用水浴保温，保温水由恒温循环水浴锅提供。保温室外筒上下两端的出水口和进水口分别与循环水浴锅的进水管和出水管连接。
所述的斜口滑管式取样器，由两个半边钢管附着在内径略小管口密封的钢管上，半边钢管的取料端为斜口，取样时先将取样器插入球阀取样口上端连接管，打开球阀，通过球阀先将取样器的半边管插入发酵底物，然后插入另一半边管，实现在密闭状态下对固态物料的取样。
工作原理：本发明采用球阀做为取样口，配合橡胶皮和斜口滑管式取样器实现密闭状态下取样。取样时先将取样器的两个半边管退回封口钢管上，然后将取样器插入球阀取样口上连接管的橡胶皮，橡胶皮紧贴取样器保证密封，打开球阀，插入取样器，然后将某个半边管利用其尖锐锋利的斜口插入发酵底物，之后再将另一半边管插入，发酵料进入两个半边管形成的空腔，实现取样。取样完成后轻轻转动取样器，然后提起至球阀上连接管，先关闭球阀，再取出取样器。缓慢将某半边管退回封口钢管，此时的样品与罐内底物的纵向分布相同，将样品分段收集，研究发酵料特性在发酵罐纵向空间上的差异。
本发明与现有技术相比，解决了目前沼气干发酵试验难以通过单个发酵罐连续进行，难以对固态发酵底物进行取样和发酵罐出料困难，以及小型破坏性试验不能对物料特性进行空间差异分析的问题，提供了一种在不破坏沼气厌氧发酵环境和发酵底物纵向分布状态的条件下，能实施多次间隔取样，对厌氧干发酵过程进行预测或实时检测的试验装置，而且发酵罐底部可以敞开出料，便于清洗，利于实验室操作。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1所示实施例中发酵罐上端盖结构示意图。
图3是本发明实施例中取样器的结构示意图。
图4是图3所示取样器的半边管结构示意图。 
具体实施方式
1. 循环水浴锅  2. 传感器  3. 发酵室   4. 保温室  5. 上端盖板  6. 物料取样口    
7. 出气管  8. 传感器插口 9. 下端盖板 10. 出料口 11. 三通管 12. 储气罐  
 13. 气体取样口    14. 气体流量计 15. 上端盖固定孔  16. 传感器插孔  17. 球阀连接孔
18. 出气孔。
下面结合附图对本发明的具体实施方案做进一步的阐述。下端盖平放在支架上，发酵罐体通过螺栓与下端盖紧密连接。装填发酵料，盖好上端盖，通过螺栓与罐体紧密连接，同时布好温度或pH传感器。关闭所有球阀取样口，出气口与储气罐连接。保温室的进水口、出水口分别与恒温循环水浴锅的出水口和进水口连接，启动恒温循环水浴锅，进行注水保温发酵。发酵过程中取样时，先将取样器的两个半边管退回封口钢管上，然后将取样器插入球阀取样口上连接管的橡胶皮，橡胶皮紧贴取样器保证密封，打开球阀，插入取样器，然后将某个半边管利用其尖锐锋利的斜口插入发酵底物，之后再将另一半边管插入，发酵料进入两个半边管形成的空腔，实现取样。取样完成后轻轻转动取样器，然后提起至球阀上连接管，先关闭球阀，再取出取样器。缓慢将某半边管退回封口钢管，此时的样品与罐内底物的纵向分布相同，将样品分段收集，研究发酵料特性在发酵罐纵向空间上的差异。发酵过程中，随时可通过气体采样阀采集气体，进行成分分析。发酵完成后，打开下端盖上的取样口，从底部出料。 

Claims (8)

1. 一种沼气干发酵试验装置，包括发酵罐罐体、上端盖、下端盖、取样器、循环水浴加热装置（1）、传感器（2），其中发酵罐罐体包括发酵室（3）和保温室（4），上端盖包括上端盖板（5）、取样口（6）、出气口（7）和传感器插口（8），下端盖包括下端盖板（9）和出料口（10），其特征在于：发酵罐罐体为2个同心圆筒，内筒为发酵室（3），内外筒间隙为保温室（4），保温室上下两端通过内外筒连接板密封连接，上端盖板（5）中部沿圆周方向均布有多个取样口（6）和传感器插口（8），中间有1个出气口，下端盖板（9）上有一较大出料口（10）。
2. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：内外桶连接板（i）（ii）为圆环形，内径略小于发酵室内径，外径大于保温室外径，分别与发酵罐体内外筒密闭连接，通过螺栓、螺母和硅胶垫将发酵罐体与上、下端盖连接。
3. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：上端盖上取样口（6）为球阀，球阀内径略大于取样器外径，球阀与上端盖之间的连接为螺纹连接。
4. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：传感器插口（8）为螺纹孔，传感器（温度传感器、pH传感器等）与插口之间通过螺纹连接，不插传感器时以螺钉密封。
5. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：出气口上连接1个三通阀（11），一端连接储气罐（12），另一端装1个阀门（13），用于气体采样分析。
6. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：发酵罐采用水浴保温，保温室外筒上下两端的出水口和进水口分别与恒温循环水浴锅的进水管和出水管连接。
7. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：斜口滑管式取样器由两个半边钢管附着在内径略小管口密封的钢管上组成，半边钢管的取料端为斜口，取样时先将取样器插入球阀取样口上端连接管，打开球阀，通过球阀先将取样器的半边管插入发酵底物，然后插入另一半边管，实现在密闭状态下对固态物料的取样。
8. 如权利要求1所述的沼气干发酵试验装置，其特征在于：出料口（10）关闭时，与下端盖盖板（9）之间通过螺栓和硅胶垫密封。
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