CN104911100B - 模块化固态生物原料连续发酵装置 - Google Patents

模块化固态生物原料连续发酵装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化固态生物原料连续发酵装置，包括框架结构的塔架，沿横向水平设置在塔架顶部的刮板布料器，刮板布料器进料口通过摆式布料器与垂直设置在塔架一侧的提升机出料口相衔接，塔架的底部设置有缓冲出料斗，位于缓冲出料斗的出料口下方设置有出料刮板输送机；位于刮板布料器与缓冲出料斗之间的塔架上自下而上沿横向设置有多层发酵室，每层发酵室均由多个结构相同的箱体单元沿横向排列组成；上、下相邻层发酵室中的箱体单元沿竖向叠加设置。本发明优点在于物料自上而下由多层发酵室依次间歇发酵、重力流动翻料完成发酵和翻料，因此满足了酿造、生物饲料、生物制药、生物肥料等固态发酵的大规模工业化连续生产的需要。

Description

模块化固态生物原料连续发酵装置
技术领域
本发明涉及生物原料发酵技术领域，尤其是涉及适于工业化生产的模块化固态生物原料连续发酵装置。
背景技术
固态发酵技术历史由来已久，但发酵工艺及发酵设备滞后，大多采用人工配以简易设备，生产工艺过程相互脱节，不能实现工业化流水线自动生产，更不能适应目前发酵行业规模化发展需要。传统的生物原料固态发酵工艺（如生物有机肥，生物蛋白饲料），一般采用发酵池发酵，即将人工配制、机械混合的物料用人工推车或机动翻斗车运填在发酵池中发酵，发酵过程中间隔一段时间用人工或翻料机翻料，中途用人工检测温度，湿度和PH值，发酵基本达到要求后采用人工或推料机转入下道工序。此发酵池发酵，占地面积大，生产环境差，机械翻料存在死角，即物料发酵温度不均匀，发酵过程难掌控，物料发酵品质不稳定，且劳动强度大，消耗人力多，难实现规模化工业生产。
近些年来发酵技术经过不断的发展，出现了一此新的发酵工艺及设备，如立式发酵罐，卧式转鼓式发酵罐，卧式搅拌式发酵罐，固态流化发酵床等。部分发酵设备不同程度上采用了辅助通风、增温、增湿及温湿度检测装置，采用了PLC（可编程控制器）控制器控制技术，提高了适用性和控制技术水平，一定程度上适应了小规模工业化生产需要。但也存在不足，翻料要消耗较大动力且物料温度均匀性差，发酵室内物料残留难清除，受容积限制产量小，制造成本和使用成本相对生产量较高，不能适应年产5000吨以上至几万吨、几十万吨规模化的生物发酵生产需要。中国专利申请公布号：CN101914432A公开设一种《塔式固体发酵装置》，其公开的内容仅是一种思路而未给出可实施的技术手段，按照该公开的内容不能够实现固态发酵的规模化工业生产。
发明内容
本发明目的在于提供一种模块化固态生物原料连续发酵装置，以实现固态生物原料发酵的规模化工业自动化生产。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的模块化固态生物原料连续发酵装置，包括框架结构的塔架，沿横向水平设置在所述塔架顶部的刮板布料器，所述刮板布料器进料口通过摆式布料器与垂直设置在塔架一侧的提升机出料口相衔接，塔架的底部设置有缓冲出料斗，位于所述缓冲出料斗的出料口下方设置有出料刮板输送机；位于刮板布料器与缓冲出料斗之间的塔架上自下而上沿横向设置有多层发酵室，所述每层发酵室均由多个结构相同的箱体单元沿横向排列组成；上、下相邻层发酵室中的箱体单元沿竖向叠加设置；在顶层发酵室的箱体单元中设置有用于工控机检测的料位检测传感器；
所述箱体单元由底板为翻板结构的上开口箱体和翻板执行机构组成；所述翻板结构的箱体底板由至少两组下翻式翻板门组成，所述每组下翻式翻板门的门轴由方形钢管和焊接于所述方形钢管两端部的实心轴头组成，所述实心轴头分别与对应固定在上开口箱体前、后侧板上的轴承体转动连接，下翻式翻板门通过螺栓与方形钢管固定连接，在方形钢管上沿轴向固定有导风管，所述导风管的管壁沿轴向开设有10mm～40mm的缝隙用于导入气流穿透物料，当下翻式翻板门向下翻转卸料时，导风管以实心轴头为轴心向上转动，起到翻料和推动卸料作用；在每个上开口箱体内均安装有用于工控机检测的温湿度传感器；所述翻板执行机构由设置在上开口箱体前侧板或后侧板外部塔架上由工控机控制的气缸或液压缸、连杆机构和固定在每组下翻式翻板门门轴端部的拐臂组成；所述连杆机构由水平设置的第一连杆、倾斜设置的第二连杆和摆臂组成，所述摆臂上设置有用于限制气缸或液压缸活塞杆行程的限位座；所述每个拐臂均与所述第一连杆铰接，第一连杆通过第二连杆、摆臂与所述气缸或液压缸的活塞杆铰接；
塔架的一侧设置有进风通道而相对的另一侧设置有排风通道，位于顶层以下各层发酵室的箱体单元分别通过管道与所述进风通道、排风通道连通；在所述进风通道上设置有进风温湿度调节装置；所述进风温湿度调节装置由设置在管体内的加湿段和换热段构成；所述加湿段由沿轴向间隔设置的多层水帘构成，所述换热段由列管式换热器构成；加湿段与所述列管式换热器的管程相连通，列管式换热器的壳程通过电控三通阀分别与外部热源和冷源相连通；每个水帘的顶部通过管道与外部水源相连通。
所述每组下翻式翻板门的门轴由方形钢管和焊接于所述方形钢管两端的实心轴头组成，所述两实心轴头分别与对应固定在上开口箱体前、后侧板上的轴承体转动连接，所述下翻式翻板门通过螺栓与方形钢管固定连接；位于方形钢管上方沿轴向间隙设置有由两斜板组成的 “人”字形结构的减压板，所述两斜板之间的夹角小于60°，所述减压板的两端分别与所述上开口箱体前、后侧板固定连接。
位于所述提升机一侧的塔架上安装有用于人员检修的楼梯井架和维修平台。
所述每层发酵室相邻箱体单元的上开口箱体左、右侧板均通过螺栓相连接。
本发明优点在于可以根据生产规模、产品品种及投资能力对发酵容积进行模块化组合。物料通过刮板布料器完成顶层发酵室各箱体单元中的布料后，工控机发出指令给各箱体单元中的翻板执行机构打开下翻式翻板门，物料通过重力撒落到相邻下层发酵室对应的各箱体单元内后，工控机发出指令给各箱体单元中的翻板执行机构关闭下翻式翻板门，物料在撒落过程中完成了翻料操作，因此不存在翻料不均匀现象，进入下层发酵室对应各箱体单元内的物料，在密闭的环境中进行发酵，发酵的温、湿度通过温湿度传感器进行检测并将数据传输给工控机，工控机将检测到的数据与设定的发酵参数比较后，通过进风通道和排风通道进行调节，当发酵时间达到设定值后，工控机发出指令给该层各箱体单元中的翻板执行机构打开下翻式翻板门卸料后关闭，之后依次重复上述过程，直至完成发酵的物料自塔架底部缓冲出料斗输送到出料刮板输送机输出。物料自上而下由多层发酵室依次间歇发酵、重力流动翻料完成发酵和翻料，因此满足了酿造、生物饲料、生物制药、生物肥料等固态发酵的大规模工业化连续生产的需要。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述箱体单元的第一种结构示意图。
图2.1是图2中A部放大结构示意图。
图3是本发明所述箱体单元的第二种结构示意图。
图3.1是图3中B部放大结构示意图。
图4是本发明所述进风温湿度调节装置的结构示意图。
图5是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所述的模块化固态生物原料连续发酵装置；包括框架结构的塔架1，沿横向水平设置在塔架1顶部的刮板布料器2，刮板布料器2进料口通过摆式布料器3与垂直设置在塔架1一侧的提升机4出料口相衔接，位于提升机4一侧的塔架1上安装有用于人员检修的楼梯井架33和维修平台34。塔架1的底部设置有缓冲出料斗5，位于缓冲出料斗5的出料口下方设置有出料刮板输送机6；位于刮板布料器2与缓冲出料斗5之间的塔架1上自下而上沿横向设置有五层发酵室，每层发酵室均由四个结构相同的箱体单元7沿横向排列组成，上、下相邻层发酵室中的箱体单元7沿竖向叠加设置，组成上下五层、左右四列结构的发酵装置。
如图2和图2.1所示，箱体单元7由底板为翻板结构的上开口箱体和翻板执行机构组成；所述翻板结构的箱体底板由五组下翻式翻板门8组成，每组下翻式翻板门8的门轴均由方形钢管9和焊接于方形钢管9两端部的实心轴头10组成，两实心轴头10分别与对应固定在上开口箱体前、后侧板上的轴承体11转动连接，下翻式翻板门8通过螺栓与方形钢管9固定连接，在方形钢管9上沿轴向固定有导风管12，导风管12的管壁沿轴向开设有10mm～40mm的缝隙13用于导入气流穿透物料，同时，当下翻式翻板门8向下翻转卸料时，导风管12以实心轴头10为轴心向上转动，起到翻料和推动卸料作用；在每个上开口箱体内均安装有用于工控机检测的温湿度传感器14。翻板执行机构由设置在上开口箱体前侧板外部塔架1上由工控机控制的气缸15、连杆机构和固定连接在每组下翻式翻板门8实心轴头10上的拐臂16组成；连杆机构由水平设置的第一连杆17、倾斜设置的第二连杆18和摆臂19组成，摆臂19上设置有用于限制气缸15活塞杆行程的限位座20；每个拐臂16均与第一连杆17铰接，第一连杆17通过第二连杆18、摆臂19与气缸15的活塞杆铰接；在箱体单元7的上开口箱体前侧板上设置有观测窗21；每层发酵室相邻箱体单元7的上开口箱体左、右侧板均通过螺栓相连接。
箱体单元7也可采取如图3和3.1所示的结构，每组下翻式翻板门8的实心轴头10和翻板执行机构与图2和图2.1所示的结构相同，不再重复；其不同点是在位于方形钢管9上方沿轴向间隙设置有由两斜板组成的 “人”字形结构的减压板22，两斜板之间的夹角a在50-55°之间选择，减压板22的两端分别与上开口箱体前、后侧板固定连接。
塔架1的一侧设置有进风通道23而相对的另一侧设置有排风通道24，位于顶层发酵室（第五层发酵室）以下的各层发酵室的箱体单元7分别通过由工控机控制的电动阀和管道与进风通道23、排风通道24相连通；在进风通道23上设置有进风温湿度调节装置25；顶层发酵室箱体单元7的上开口箱体内设置有由工控机控制的料位检测传感器26。
如图4所述，进风温湿度调节装置25由设置在管体内的加湿段和换热段构成；加湿段由沿轴向间隔设置的五层水帘27构成，换热段由列管式换热器构成；加湿段与列管式换热器的管程28相连通，列管式换热器的壳程29通过由工控机控制的电控三通阀30分别与外部热源和冷源相连通；每个水帘27顶部通过管道31和由工控机控制的电控阀32与外部水源相连通。
本发明工作原理简述如下：
如图2-图5所示，工作时，斗式提升机4将物料（固态生物原料）提升输送到摆式布料器3内，物料通过塔架1顶部的刮板布料器2输送到第五层（顶层）发酵室各箱体单元7的上开口箱体内，当各上开口箱体内物料达到设定的布料厚度时即被料位检测传感器26检测到并将数据传输给控制系统的工控机，工控机发出指令停止上游设备进料，同时控制第五层发酵室各箱体单元7的翻板执行机构35打开下翻式翻板门8，物料在重力作用下撒落到第四层发酵室各箱体单元7的上开口箱体内（此时第四层发酵室各箱体单元7的下翻式翻板门8处于关闭状态），物料在撒落过程中得到翻料。经过设定的时间后，工控机控制第五层发酵室各箱体单元7的翻板执行机构35将下翻式翻板门8关闭，进入下一轮进料布料。
物料在第四层发酵室各箱体单元7的上开口箱体内发酵至设定的时间后，工控机发出指令，打开第四层发酵室各箱体单元7的下翻式翻板门8，物料在重力作用下撒落到第三层发酵室各箱体单元7的上开口箱体内，物料在撒落过程中得到第二次翻料。经过设定的时间后，工控机控制第四层发酵室各箱体单元7的下翻式翻板门8关闭，进入下一轮进料。
第三层发酵室、第二层发酵室、第一层发酵室的工作过程同第四层发酵室，不再重复。
物料在第一层发酵室经过设定的发酵时间后，工控机控制打开各箱体单元7的下翻式翻板门8，物料通过缓冲出料斗5出料口卸料到出料刮板输送机6输送至下一道工序。
第一层发酵室至第四层发酵室各箱体单元7的上开口箱体均通过管道和由工控机控制的进风电动阀36、排风电动阀37与进风通道23、排风通道24相连通。当工控机通过温湿度传感器14检测到某层发酵室（现以第三层发酵室为例）各箱体单元7的上开口箱体内物料发酵温度、湿度偏离设定的发酵值时，工控机发出指令开启鼓风机38、抽风机39，同时打开通往第二层发酵室各箱体单元7上开口箱体的进风电动阀36、通往第三层发酵室各箱体单元7上开口箱体的排风电动阀37，鼓风机输送的风通过进风温湿度调节装置25、进风通道23进入第二层发酵室各箱体单元7上开口箱体内，并经第三层发酵室各箱体单元7中的下翻式翻板门8的门缝、导风管12的管壁缝隙3（如图2.1所示），穿透第三层发酵室各箱体单元7上开口箱体内的物料后，自排风通道24排出。当发酵室的物料处于耗氧发酵期，可按上述步骤适度开启进风电动阀36和排风电动阀37进行通风供氧，在发酵休眠期，可关闭或关小进风电动阀36和排风电动阀37。
送风的温、湿度调节通过联通在进风通道23上的进风温湿度调节装置25来实现。如图4所示，当需要送热风时，工控机控制电控三通阀30开启与外部热源联通的阀门，外部热工质进入列管式换热器的壳程29对通过管程28的风进行加热；反之，工控机控制电控三通阀30开启与外部冷源联通的阀门，外部冷工质进入列管式换热器的壳程29对通过管程28的风进行降温。当需要加湿时，工控机控制电控阀32开启，外部水源通过管道31进入加湿段，通过水帘27对经过加湿段的风进行加湿，同时，通过加湿段的风也得到除尘处理。当然，也可以同时对送风进行加湿和降温处理，或加湿和冷却处理。

Claims (4)

1.一种模块化固态生物原料连续发酵装置，其特征在于：包括框架结构的塔架，沿横向水平设置在所述塔架顶部的刮板布料器，所述刮板布料器进料口通过摆式布料器与垂直设置在塔架一侧的提升机出料口相衔接，塔架的底部设置有缓冲出料斗，位于所述缓冲出料斗的出料口下方设置有出料刮板输送机；位于刮板布料器与缓冲出料斗之间的塔架上自下而上沿横向设置有多层发酵室，所述每层发酵室均由多个结构相同的箱体单元沿横向排列组成；上、下相邻层发酵室中的箱体单元沿竖向叠加设置；在顶层发酵室的箱体单元中设置有用于工控机检测的料位检测传感器；
所述箱体单元由底板为翻板结构的上开口箱体和翻板执行机构组成；所述翻板结构的箱体底板由至少两组下翻式翻板门组成，所述每组下翻式翻板门的门轴由方形钢管和焊接于所述方形钢管两端部的实心轴头组成，所述实心轴头分别与对应固定在上开口箱体前、后侧板上的轴承体转动连接，下翻式翻板门通过螺栓与方形钢管固定连接，在方形钢管上沿轴向固定有导风管，所述导风管的管壁沿轴向开设有10mm～40mm的缝隙用于导入气流穿透物料，当下翻式翻板门向下翻转卸料时，导风管以实心轴头为轴心向上转动，起到翻料和推动卸料作用；在每个上开口箱体内均安装有用于工控机检测的温湿度传感器；所述翻板执行机构由设置在上开口箱体前侧板或后侧板外部塔架上由工控机控制的气缸或液压缸、连杆机构和固定在每组下翻式翻板门门轴端部的拐臂组成；所述连杆机构由水平设置的第一连杆、倾斜设置的第二连杆和摆臂组成，所述摆臂上设置有用于限制气缸或液压缸活塞杆行程的限位座；所述每个拐臂均与所述第一连杆铰接，第一连杆通过第二连杆、摆臂与所述气缸或液压缸的活塞杆铰接；
塔架的一侧设置有进风通道而相对的另一侧设置有排风通道，位于顶层以下各层发酵室的箱体单元分别通过管道与所述进风通道、排风通道连通；在所述进风通道上设置有进风温湿度调节装置；所述进风温湿度调节装置由设置在管体内的加湿段和换热段构成；所述加湿段由沿轴向间隔设置的多层水帘构成，所述换热段由列管式换热器构成；加湿段与所述列管式换热器的管程相连通，列管式换热器的壳程通过电控三通阀分别与外部热源和冷源相连通；每个水帘的顶部通过管道与外部水源相连通。
2.根据权利要求1所述的模块化固态生物原料连续发酵装置，其特征在于：所述方形钢管上沿轴向固定的导风管可替换为：位于方形钢管上方沿轴向间隙设置有由两斜板组成的“人”字形结构的减压板，所述两斜板之间的夹角小于60°，所述减压板的两端分别与所述上开口箱体前、后侧板固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的模块化固态生物原料连续发酵装置，其特征在于：位于所述提升机一侧的塔架上安装有用于人员检修的楼梯井架和维修平台。
4.根据权利要求1或2所述的模块化固态生物原料连续发酵装置，其特征在于：所述每层发酵室相邻箱体单元的上开口箱体左、右侧板均通过螺栓相连接。
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