CN104031828A - 新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，包括反应体外筒和反应体内筒，反应体外筒的顶部设置有法兰盘，特征在于：反应体内筒中设置有进料管和气体导管，法兰盘上设置有与气体导管相通的气体进入管；反应体外筒的上部开设有与外部相通的出料口，法兰盘上开设有与反应体内筒与反应体外筒之间的空腔相通的气体出口，反应体内筒上设置有开口朝上的用于连通反应体内筒内部与外部空腔的U型管。本发明的厌氧发酵反应器，通过U形管的气体输导作用，实现了发酵基质的周期性搅拌，结构简单、不需要电能来维持反应的进行，使得无动力搅拌反应器的适用范围扩大为贫困落后的国家和地区，意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，更具体的说，尤其涉及一种依靠基质发酵产生的气体推动液位变化来实现搅拌的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器。
背景技术
随着世界科技经济的不断发展，有限的资源被迅速的消耗，同时环境问题也日益突出。特别是全球温室效应严重威胁着人类的生存。厌氧发酵技术在处理废弃物或者其它固体基质的同时，可以将有机物转化为甲烷等能源气体。在改善环境的同时，减少了温室气体的排放，因而具有巨大的社会效益。
然而，固体基质厌氧发酵经常出现反应器部分区域的挥发性脂肪酸浓度升高的现象，引起酸化。特别是入口附近，由于产酸菌生长过快，极易导致反应器内的pH值急速降低，抑制了产甲烷菌的生长，最后导致反应器运行失败。如果在反应器中增加搅拌设备，不但增加了构筑物的复杂程度，同时使运行成本增加。原本的技术优势被大大减弱。以上的缺点严重制约了其技术的推广和应用范围。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器。
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，包括反应体外筒和设置于反应体外筒内的反应体内筒，反应体外筒的顶部设置有法兰盘，反应体内筒的顶部固定于法兰盘上；反应体内筒的下端开口并距离反应体外筒的底部一定距离；其特别之处在于：所述反应体内筒中设置有分别向反应器中通入发酵基质和气体的进料管和气体导管，法兰盘上设置有与气体导管相通的气体进入管；所述反应体外筒的上部开设有与外部相通的出料口，法兰盘上开设有与反应体内筒与反应体外筒之间的空腔相通的气体出口，反应体内筒上设置有开口朝上的用于连通反应体内筒内部与外部空腔的U型管。
反应体外筒和反应体内筒中的空腔用于存储产生沼气的发酵基质，法兰盘实现对反应体外筒和反应体内筒顶部的密封作用；气体经气体进入管和气体导管进入，实现对反应器中发酵基质的搅拌作用。U型管设置于反应体内筒上，用于连通反应体内筒空腔以及反应体内、外筒之间的空腔，当反应体内筒中收集的气体达到一定量时，通过U型管导出，同时实现对发酵基质的搅拌作用。
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，所述反应体外筒与反应体内筒同轴线设置，气体导管的直径大于进料管的直径，气体导管位于进料管的外围且同轴线设置。
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，记反应体内筒的横截面积为 ，反应体内筒与反应体外筒之间的横截面积为，U型管的长度为；所述出料口的高度高于U型管上端开口的高度，出料口与U型管上端开口的高度差大于。
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，所述进料管的底端出口距离反应体外筒底部内壁的距离为5～15cm，气体导管的出口高度高于进料管的出口高度；气体导管的出口距离进料管的距离为5～10cm。
本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，所述反应体内筒上所设置的U型管的数量为一个或多个。
本发明的有益效果是：本发明的厌氧发酵反应器，通过设置反应体内筒和反应体外筒，在反应体内筒上设置用于连通内筒内外空腔的U型管，当反应体内筒中收集的气体达到一定量时，气体会经过U型管排出，同时反应体内筒外部的基质会进入到反应体内筒之中，实现了对基质的搅拌功能。在外界无动力源的情况下，依靠基质发酵过程中产生的气体实现对基质的周期性搅拌，保证了基质发酵过程的顺利、可靠进行，避免了以往由于流动性差所造成的易酸化问题，同时节约了能源。
本发明借助发酵产生的气体的压力能量，通过U形管的气体输导作用，带动了反应器内部基质的混合。没有机械设备所需要的电能输入，同时保证发酵过程的的正常进行。本发明将社会对节能环保的需求进一步扩大，将可持续使用的生物质转化为能源产出。不但能够减轻社会处理污染物的负担、保护环境，产生的生物质能源缓解社会的能源需求。由于结构简单、不需要电能来维持反应的进行，使得无动力搅拌反应器的适用范围扩大为贫困落后的国家和地区，因而意义重大。
附图说明
图1为本发明的圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器的结构示意图；
图2为图1中A-A截面的剖视图。
图中：1反应体外筒，2反应体内筒，3 U型管，4进料管，5出料口，6气体出口，7气体进入管，8气体导管，9法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器的结构示意图，如图2给出了图1中A-A截面的剖视图，其包括反应体外筒1、反应体内筒2、U型管3、U型管4、气体进入管7、气体导管8、法兰盘9；所示的反应体外筒1的内部为存储发酵基质的空腔，反应体内筒2位于反应体外筒1的内部，反应体内筒2的下端开口且与反应体外筒1的底部保留一定距离，以实现反应体内筒2内外空腔的连通。法兰盘9设置于反应体外筒1的顶端，反应体内筒2的上端固定于法兰盘9上，这样，法兰盘9就实现了对反应体外筒1和反应体内筒2顶部的密封作用。
所示的进料管4和气体导管8均位于反应体内筒2的内部空腔中，进料管4穿过法兰盘9后伸入到反应体外筒1的底部。气体导管8设置于进料管4的外围，且气体导管8的顶端固定于法兰盘9上，气体进入管7穿过法兰盘9后与气体导管8相同，以便将气体的通入到反应器中，实现对发酵基质的搅拌作用。所示的气体出口6设置于法兰盘9上，使反应体外筒1与反应体内筒2之间的空腔与外界相通。出料口5开设于反应体外筒1的上部，用于将反应后的发酵基质排出。
所示的U型管3设置于反应体内筒2上，U型管3的开口朝上且两开口分别位于反应体内筒2筒壁的两侧，实现了反应体内筒2内外空腔的连通。根据实际需求，反应体内筒2上的U型管3可设置为多个。由于U型管3的存在，当反应体内筒2中的气体收集到一定量时，会通过U型管3排入到反应体内筒2与反应体外筒1之间的空腔中，再经过气体出口6排出，同时反应体内筒2与反应体外筒1之间的基质会通过下部开口进入到反应体内筒2中，实现了对基质的自动搅拌功能。
为了便于设置，所示的反应体内筒2与反应体外筒1同轴线设置，气体导管8与进料管4也同轴线设置。所进料管4的下端开口距离反应体外筒1底部的距离以5～15cm为宜，气体导管8的出气口高于进料管4的下端开口，气体导管8的出气口与进料管4的下端开口以相距5～10cm为宜。
出料口5所在位置高于U型管3的上端开口，记反应体内筒2的横截面积为，反应体内筒2与反应体外筒1之间的横截面积为，U型管3的长度为；出料口与U型管上端开口的高度差应大于，以使反应体内筒2和反应体外筒1中始终保留有足够量的发酵基质。
本发明的自动搅拌厌氧发酵反应器具体工作过程如下：
1、由处于反应体外筒1和反应体内筒2中央的进料管4流入的基质，到达反应器的底部；在反应体内筒2中的基质发酵产生的气体在密封的反应器内筒2上部收集储存，无法直接流出；在反应体外筒1和反应体内筒2之间基质产生的气体由气体出口6流出。
图中：1反应体外筒，2反应体内筒，3 U型管，4进料管，5出料口，6气体出口，7气体进入管，8气体导管，9法兰盘。
2、随着反应体内筒2中气体量增多，反应器内筒2和U形管3中基质的液位会下降，反应器其它位置的液位在基质不流出的情况下会上升；随着存储到反应体内筒2中气体的增加，基质液位降低到U形管3的底部并且进一步下降时，由于液位压差原理，U形管3中的基质会被瞬间压出，反应体内筒2中的气体会通过U形管3流到反应体外筒1与反应体内筒2之间的空间中。
3、由于反应体内筒2中气体的转移，其中的基质液位开始上升，同时其它区域的液位开始下降，直到反应体内筒2中液位高于U形管3的上端开口，基质流入U形管3并被灌满；整个反应器液位不再变化。
4、步骤2至3为一个自搅拌周期；U形管3充满基质后，反应体内筒2中继续储存气体，进入搅拌的下一个周期。随着反应器中不同部位液位的循环变化，基质被不断的间歇搅拌，因而保证了整个系统的连续运行。
5、如果反应器采用自由出流的形式，由于液位变化的周期时间远小于基质在反应器中的停留时间，基质只会在反应体内筒2液位降低过程中流出；反应体外筒1和反应体内筒2液位不会高于出料口5。
6、排出反应器的生物气体，在必要的情况下，可以通过气泵气体进入管7返送回反应器，以便增加搅拌；特别是在启动阶段，产气量小，需要增加气体的转移次数保证搅拌；随着反应器搅拌效果的改善，气体产量的增加，反应器自身可以维持搅拌，可以不再进行产气返送。
7、在进行气体返送时，由于气体导管8出口位置高于进料管4，返送的气体不会影响进料的正常进行；在不进行气体返送时，关闭气体进入管7，部分产生的气体会进入气体导管并在其中聚集，保证了基质不会从出料口4以外的地方流出。
8、虽然，反应器中产生的气体每隔一定时间被间歇的转移，整个反应器的出气量不会出现随着时间的间歇变化。
9、由于液位的变化频率决定了搅拌的效果，产气量成为维持搅拌的关键因素；因而，随着流入的基质浓度或者量的增加，产气量也会增加，有利于搅拌的进行，确保了本发明适用于高浓度和高基质流量的高负荷运行。
Claims (5)
1.一种新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，包括反应体外筒（1）和设置于反应体外筒内的反应体内筒（2），反应体外筒的顶部设置有法兰盘（9），反应体内筒的顶部固定于法兰盘（9）上；反应体内筒的下端开口并距离反应体外筒的底部一定距离；其特征在于：所述反应体内筒中设置有分别向反应器中通入发酵基质和气体的进料管（4）和气体导管（8），法兰盘上设置有与气体导管（8）相通的气体进入管（7）；所述反应体外筒的上部开设有与外部相通的出料口（5），法兰盘上开设有与反应体内筒与反应体外筒之间的空腔相通的气体出口（6），反应体内筒上设置有开口朝上的用于连通反应体内筒内部与外部空腔的U型管（3）。
2.根据权利要求1所述的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，其特征在于：所述反应体外筒（1）与反应体内筒（2）同轴线设置，气体导管（8）的直径大于进料管（4）的直径，气体导管位于进料管的外围且同轴线设置。
3.根据权利要求1或2所述的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，其特征在于：记反应体内筒（2）的横截面积为 ，反应体内筒与反应体外筒之间的横截面积为，U型管（3）的长度为；所述出料口（5）的高度高于U型管（3）上端开口的高度，出料口与U型管上端开口的高度差大于。
4.根据权利要求1或2所述的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，其特征在于：所述进料管（4）的底端出口距离反应体外筒（1）底部内壁的距离为5～15cm，气体导管（8）的出口高度高于进料管的出口高度；气体导管的出口距离进料管的距离为5～10cm。
5.根据权利要求1或2所述的新型圆筒无动力自动搅拌厌氧发酵反应器，其特征在于：所述反应体内筒（2）上所设置的U型管（3）的数量为一个或多个。
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