CN103408210A - 一种厌氧发酵分段控温系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种厌氧发酵分段控温系统及方法，它涉及一种厌氧发酵控温系统及方法，以解决现有厌氧发酵控温系统及方法不能使发酵罐受热均匀，控温精度差、适应性差以及发酵过程可靠性差的问题，它包括溶媒加热罐、加热器、第一温度传感器、循环泵和厌氧发酵罐，溶媒加热罐内安装有加热器，溶媒加热罐上安装有第一温度传感器；所述系统还包括比例调节阀、两个开关阀和两个第二温度传感器，比例调节阀的进口通过循环泵与溶媒加热罐的出口连通，厌氧发酵罐的上加热夹套的出口和下加热夹套的出口均与溶媒加热罐的入口连通，厌氧发酵罐的上部和下部各安装有一个第二温度传感器。本发明用于厌氧发酵的温度控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种厌氧发酵控温系统及方法，具体涉及一种基于厌氧发酵过程参数的分段控温系统及控温方法，属于生物工程领域。
背景技术
由于厌氧发酵技术具有多功能性，在治理环境污染、开发新能源的同时还可以为农户提供优质的肥料，因此，利用厌氧消化来处理粪便能够有效的维持我国农业生产体系的可持续发展，从而取得综合治理效益有着深远的意义。
其中，在影响厌氧发酵的各种因素中，温度对产气量的影响尤为明显。温度越高，原料分解速度越快。温度和粪便发酵周期的关系是：温度越低，粪便的发酵周期越长；温度越高，发酵周期越短，高温发酵在处理时间上有较大优势。但是现有的厌氧发酵控温系统及方法不能使发酵罐受热均匀或罐内的温度恒定，控温精度差，适应性差及发酵过程可靠性差。
发明内容
本发明的目的是为解决现有厌氧发酵控温系统及方法不能使发酵罐受热均匀，控温精度差、适应性差以及发酵过程可靠性差的问题，进而提供一种厌氧发酵分段控温系统及方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
本发明的一种厌氧发酵分段控温系统包括溶媒加热罐、加热器、第一温度传感器、循环泵和厌氧发酵罐，溶媒加热罐内安装有加热器，溶媒加热罐上安装有第一温度传感器；所述系统还包括比例调节阀、两个开关阀和两个第二温度传感器，所述比例调节阀为三通阀，所述厌氧发酵罐为带有上加热夹套和下加热夹套的厌氧发酵罐，比例调节阀的进口通过循环泵与溶媒加热罐的出口连通，比例调节阀的其中一个出口与溶媒加热罐的入口连通，比例调节阀的另一个出口通过并联设置的两个开关阀分别与厌氧发酵罐的上加热夹套的入口和下加热夹套的入口连通，厌氧发酵罐的上加热夹套的出口和下加热夹套的出口均与溶媒加热罐的入口连通，厌氧发酵罐的上部和下部各安装有一个第二温度传感器。
利用上述厌氧发酵分段控温系统的厌氧发酵控温方法是按照以下步骤实现：一、将溶媒注入溶媒加热罐内，启动加热器加热，通过第一温度传感器的监测，溶媒加热罐内的溶媒温度控制在80℃～90℃；二、启动循环泵，通过比例调节阀与开关阀调节溶媒对厌氧发酵罐进行加热，控制管道内溶媒的流速为5t/h～7t/h，压力为0.3Mp～0.5Mp；三、采用开关阀的启闭为输入，比例调节阀开启大小为输出的PID调节法，控制厌氧发酵罐内的上部和下部的两个第二温度传感器的监测值稳定在设置值52.5℃～54.5℃。
本发明的有益效果是：
一、本发明的厌氧发酵分段控温系统对厌氧发酵罐内的发酵原料进行分段局部加热（通过上加热夹套和下加热夹套分别加热），并在厌氧发酵罐的上部和下部分别设置第二温度传感器，使整个厌氧发酵罐内受热均匀。
二、通过控制比例调节阀和开关阀以调节厌氧发酵罐的下部和上部的溶媒进入量，对厌氧发酵罐内的发酵原料进行分段局部加热，使整个发酵罐内受热均匀，具有加热效率高，加热效率提高了10%-85%，控温精度好，温度控制精度为±0.1℃等特点，保证了发酵过程的恒定温度，而且可以根据需要不断调整发酵温度的设置值，增强了控温系统的适应性，提高了发酵工程中发酵运行的可靠性与经济性。
附图说明
图1是本发明厌氧发酵分段控温系统的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种厌氧发酵分段控温系统包括溶媒加热罐1、加热器2、第一温度传感器3、循环泵5和厌氧发酵罐8，溶媒加热罐1内安装有加热器2，溶媒加热罐1上安装有第一温度传感器3；所述系统还包括比例调节阀6、两个开关阀7和两个第二温度传感器9，所述比例调节阀6为三通阀，所述厌氧发酵罐8为带有上加热夹套8-1和下加热夹套8-2的厌氧发酵罐，比例调节阀6的进口通过循环泵5与溶媒加热罐1的出口连通，比例调节阀6的其中一个出口与溶媒加热罐1的入口连通，比例调节阀6的另一个出口通过并联设置的两个开关阀7分别与厌氧发酵罐8的上加热夹套8-1的入口和下加热夹套8-2的入口连通，厌氧发酵罐8的上加热夹套8-1的出口和下加热夹套8-2的出口均与溶媒加热罐1的入口连通，厌氧发酵罐8的上部和下部各安装有一个第二温度传感器9。
本实施方式的加热器可以采用蒸汽或热水加热，也可以采用电加热。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述加热器2为蛇管加热器、盘管加热器或电加热管。本实施方式的加热器为蛇管加热器或盘管加热器，可采用蒸汽或热水方式加热。如此设置，加热效率高，加热方便可靠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的溶媒加热罐1内的溶媒为乙二醇水溶液。如此设置，乙二醇是一种无色微粘的液体，沸点是197.4℃，冰点是-11.5℃，能与水任意比例混合，加热效率较高，加热效率提高了10%～30%。混合后由于改变了冷却水的蒸气压，冰点显著降低，便于寒冷地区使用，适应性好。本实施方式中乙二醇水溶液中乙二醇的含量为40%-60%。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述两个开关阀7为电动开关阀。如此设置，开关控制方便，工作效率高和可靠性高。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第一温度传感器3为热电偶温度传感器。如此设置，该温度传感器具有温度测量范围大、价格低、输出热电势高、线性度好、复现性好和在高温下抗氧化能力强等优点，满足设计要求。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述两个第二温度传感器9为热电偶温度传感器。如此设置，该温度传感器具有温度测量范围大、价格低、输出热电势高、线性度好、复现性好和在高温下抗氧化能力强等优点，满足设计要求。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式为利用具体实施方式一、二、四或六中任意一个具体实施方式所述的厌氧发酵分段控温系统进行厌氧发酵控温方法，厌氧发酵控温方法是按照以下步骤实现：一、将溶媒注入溶媒加热罐1内，启动加热器2加热，通过第一温度传感器3的监测，溶媒加热罐1内的溶媒温度控制在80℃～90℃；二、启动循环泵5，通过比例调节阀6与开关阀7调节溶媒对厌氧发酵罐8进行加热，控制管道内溶媒的流速为5t/h～7t/h，压力为0.3Mp～0.5Mp；三、采用开关阀7的启闭为输入，比例调节阀6开启大小为输出的PID调节法，控制厌氧发酵罐8内的上部和下部的两个第二温度传感器9的监测值稳定在设置值52.5℃～54.5℃。
本实施方式的加热器可以采用蒸汽或热水加热，也可以采用电加热。
PID控制的要素包括三个部分：测量、比较和执行，以厌氧发酵罐内的上下温度为测量变量，其与设置值相比较，通过测量值与设置值之间误差纠正调节开关阀的启闭。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中的溶媒为乙二醇水溶液，溶媒加热罐1内的溶媒温度控制在85℃。如此设置，乙二醇是一种无色微粘的液体，沸点是197.4℃，冰点是-11.5℃，能与水任意比例混合，加热效率较高，加热效率提高了10%～30%。混合后由于改变了冷却水的蒸气压，冰点显著降低，便于寒冷地区使用，适应性好。本实施方式中乙二醇水溶液中乙二醇的含量为40%-60%。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是的步骤二中的控制管道内溶媒的流速为6t/h，压力为0.4Mp。此流速可以确保管道中的乙二醇水溶液与厌氧发酵罐充分进行热量交换，其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八或九不同的是步骤三中的控制厌氧发酵罐8的上部和下部的两个第二温度传感器9的监测值稳定在设置值53.5℃。确保发酵温度在53.5℃，可以使发酵充分，增加沼气产量，其它步骤及参数与具体实施方式八或九相同。
Claims (10)
1.一种厌氧发酵分段控温系统，所述分段控温系统包括溶媒加热罐（1）、加热器（2）、第一温度传感器（3）、循环泵（5）和厌氧发酵罐（8），溶媒加热罐（1）内安装有加热器（2），溶媒加热罐（1）上安装有第一温度传感器（3）；其特征在于：所述系统还包括比例调节阀（6）、两个开关阀（7）和两个第二温度传感器（9），所述比例调节阀（6）为三通阀，所述厌氧发酵罐（8）为带有上加热夹套（8-1）和下加热夹套（8-2）的厌氧发酵罐，比例调节阀（6）的进口通过循环泵（5）与溶媒加热罐（1）的出口连通，比例调节阀（6）的其中一个出口与溶媒加热罐（1）的入口连通，比例调节阀（6）的另一个出口通过并联设置的两个开关阀（7）分别与厌氧发酵罐（8）的上加热夹套（8-1）的入口和下加热夹套（8-2）的入口连通，厌氧发酵罐（8）的上加热夹套（8-1）的出口和下加热夹套（8-2）的出口均与溶媒加热罐（1）的入口连通，厌氧发酵罐（8）的上部和下部各安装有一个第二温度传感器（9）。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵分段控温系统，其特征在于：所述加热器（2）为蛇管加热器、盘管加热器或电加热管。
3.根据权利要求1或2所述的一种厌氧发酵分段控温系统，其特征在于：溶媒加热罐（1）内的溶媒为乙二醇水溶液。
4.根据权利要求3所述的一种厌氧发酵分段控温系统，其特征在于：所述两个开关阀（7）为电动开关阀。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种厌氧发酵分段控温系统，其特征在于：所述第一温度传感器（3）为热电偶温度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种厌氧发酵分段控温系统，其特征在于：所述两个第二温度传感器（9）为热电偶温度传感器。
7.利用权利要求1、2、4或6中任意一个权利要求所述的厌氧发酵分段控温系统实现厌氧发酵控温的方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现：一、将溶媒注入溶媒加热罐（1）内，启动加热器（2）加热，通过第一温度传感器（3）的监测，溶媒加热罐（1）内的溶媒温度控制在80℃～90℃；二、启动循环泵（5），通过比例调节阀（6）与开关阀（7）调节溶媒对厌氧发酵罐（8）进行加热，控制管道内溶媒的流速为5t/h～7t/h，压力为0.3Mp～0.5Mp；三、采用开关阀（7）的启闭为输入，比例调节阀（6）开启大小为输出的PID调节法，控制厌氧发酵罐（8）内的上部和下部的两个第二温度传感器（9）的监测值稳定在设置值52.5℃～54.5℃。
8.根据权利要求7所述的一种厌氧发酵控温方法，其特征在于：步骤一中的溶媒为乙二醇水溶液，溶媒加热罐（1）内的溶媒温度控制在85℃。
9.根据权利要求8所述的一种厌氧发酵控温方法，其特征在于：步骤二中的控制管道内溶媒的流速为6t/h，压力为0.4Mp。
10.根据权利要求8或9所述的一种厌氧发酵控温方法，其特征在于：步骤三中的控制厌氧发酵罐（8）的上部和下部的两个第二温度传感器（9）的监测值稳定在设置值53.5℃。
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