CN107217003A - 一种自动化酒精发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动化酒精发酵罐，包括机架、发酵罐本体、温度传感器、上盖、风机、压力传感器、搅拌装置、乙醇检测装置、加热管、乙醇承装盒、电机和控制器，所述的乙醇检测装置为旁热式结构，包括：由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；上述的敏感材料为静电纺丝法制备的SnO2复合纳米纤维，该复合纳米纤维中包括SnO2多孔空心球、ZnO纳米线，并且，该SnO2多孔空心球掺杂有WO3。

Description

一种自动化酒精发酵罐
技术领域
本发明涉及发酵罐技术领域，尤其涉及一种自动化酒精发酵罐。
背景技术
每次添加营养盐与活性酵母的时候都需要取下沉重的孔盖才能完成，给操作人员带来极大的不便，由于人孔盖的打开，造成罐体内腔与外界的相通，使空气中的细菌容易进入到发酵罐内，感染酵母，影响发酵效率，罐内的含有酒精成分的二氧化碳气体会从人孔处溢流到大气中，一方面造成产品的浪费，同时污染工作环境。
发明内容
本发明旨在提供一种自动化酒精发酵罐，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种自动化酒精发酵罐，包括机架、发酵罐本体、温度传感器、上盖、风机、压力传感器、搅拌装置、乙醇检测装置、加热管、乙醇承装盒、电机和控制器，所述发酵罐本体通过螺栓固定在机架上，所述发酵罐本体的底部设有废料出口，且肥料出口上设有控制阀，所述上盖通过旋转装置安装在发酵罐本体上，所述风机安装在上盖上，所述上盖和发酵罐本体的接触点上设有密封装置，所述温度传感器和压力传感器安装在发酵罐本体的内部侧壁上，所述加热管安装在发酵罐本体的内部，所述电机安装在机架上，所述搅拌装置安装在电机上，所述乙醇检测装置安装在搅拌装置上，所述乙醇承装盒通过挂钩放置在机架上，且乙醇承装盒通过管道与发酵罐本体连接，所述管道上设有电磁控制阀，所述机架的桌腿底部设有减震装置，所述控制器安装在机架上；所述的乙醇检测装置为旁热式结构，包括：由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；上述的敏感材料为静电纺丝法制备的SnO2复合纳米纤维，该复合纳米纤维中包括SnO2多孔空心球、ZnO纳米线，并且，该SnO2多孔空心球掺杂有WO3。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1.该自动化酒精发酵罐，安装有密封装置使其在打开上盖的时候，不会轻易的使空气中的细菌进入到发酵罐内，感染酵母，影响发酵效率，在搅拌轴的底部设有凸起的圆盘，可通过搅拌轴带动圆盘转动，使其快速的排出残渣，不会存在一些卫生的死角，保证乙醇生产有着良好的卫生环境，控制器电性输入连接搅拌轴和加热管，压力传感器和乙醇检测装置电性输入连接控制器，使其操作更加的简单方便，实现了自动化操作；
2.该自动化酒精发酵罐，安装有乙醇检测装置，该乙醇检测装置中的敏感材料为SnO2复合纳米纤维，具有灵敏性高、响应迅速的优点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明发酵罐的结构示意图；
其中，1、机架，2、废料出口，3、发酵罐本体，4、温度传感器，5、旋转装置，6、上盖，7、风机，8、密封装置，9、压力传感器，10、搅拌装置，11、乙醇检测装置，12、加热管，13、管道，14、乙醇承装盒，15、电机，16、控制器，17、减震装置。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的技术方案涉及一种自动化酒精发酵罐，参照图1，该酒精发酵罐包括机架1、发酵罐本体3、温度传感器4、上盖6、风机7、压力传感器9、搅拌装置10、乙醇检测装置11、加热管12、乙醇承装盒14、电机15和控制器16，发酵罐本体3通过螺栓固定在机架1上，发酵罐本体3的底部设有废料出口2，且肥料出口2上设有控制阀，上盖6通过旋转装置5安装在发酵罐本体3上，风机7安装在上盖6上，用于快速的给发酵罐本体3中降温，所述上盖6和发酵罐本体3的接触点上设有密封装置8，温度传感器4和压力传感器9安装在发酵罐本体3的内部侧壁上，用于检测发酵罐本体3的内部温度和压力，保证生产的安全，加热管12安装在发酵罐本体3的内部，电机15安装在机架1上，搅拌装置10安装在电机15上，乙醇检测装置11安装在搅拌装置10上，乙醇承装盒14通过挂钩放置在机架1上，且乙醇承装盒14通过管道13与发酵罐本体3连接，管道13上设有电磁控制阀，机架1的桌腿底部设有减震装置17，控制器16安装在机架1上，控制器16上设有液晶控制屏，搅拌装置10的底部设有凸起的圆盘，便于将废料的彻底的从发酵罐本体3中排出，管道13上设有过滤装置，机架1的桌腿上设有升降装置，便与向发酵罐本体3中加入原料。
工作原理：使用时，先打开上盖6，掀开密封装置8的一角，向其加入相应的原料，并将密封装置8密封好，在盖上上盖6，通过控制器16启动电机15，并启动加热装管12，通过温度传感器4传出来的数据进行控制加热管12的功率，使其稳定在相应的温度，当乙醇检测装置11检测到发酵罐本体3中不再生成乙醇时候，通过控制器16打开管道13上的电磁阀，将乙醇排放到乙醇承装盒14中，最后打开废料出口上2的控制阀，通过凸起的圆盘将废料从发酵罐本体3中排出。
本发明技术方案中，所述的乙醇检测装置11为旁热式结构，包括：由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；上述的敏感材料为静电纺丝法制备的SnO2复合纳米纤维，该复合纳米纤维中包括SnO2多孔空心球、ZnO纳米线，并且，该SnO2多孔空心球掺杂有WO3，其中，WO3与SnO2质量比为1:67。
静电纺丝是一种实际应用的、制备一维纳米材料的方法，其是一种制备纳米材料的简便方法，在传感器领域，由电纺丝技术制备的敏感材料，具有大的比表面积而且纤维具备微孔结构，这些特征都有利于其作为敏感材料对于气体的响应。而涉及到SnO2基气体传感器，目前，采用静电纺丝法制备SnO2复合纳米纤维作为敏感材料的技术方案不多；本发明的技术方案中，采用静电纺丝技术，将SnO2多孔空心球、ZnO纳米线混合制备了一种SnO2复合纳米纤维，将该复合纳米纤维作为传感器的敏感材料，使得传感器具有灵敏性高、响应迅速的优点。
所述SnO2复合纳米纤维是这样制备的：将上述的SnO2多孔空心球、ZnO纳米线按比例混合后，加入到聚乙烯醇溶液中，得到纺丝溶液，进行静电纺丝，得到复合纤维膜，将其煅烧去除聚乙烯醇后，得到复合纳米纤维。
优选地，上述纺丝溶液中，聚乙烯醇质量百分比为9wt.％。
优选地，上述复合纳米纤维中，SnO2多孔空心球、ZnO纳米线的质量比为5:1。
所述敏感材料中，该SnO2多孔空心球是以碳胶球为模板制备的，该SnO2多孔空心球的粒径为300nm，其是由大量纳米颗粒构成的多孔壳层结构。
SnO2纳米材料具有独特的电学、光学性能，在太阳能电池、传感器、锂电池、催化剂及透明导电电极等领域具有广泛应用；并且其是一种最早被开发的金属氧化物气体敏感材料，SnO2因具有成本低、稳定性好、灵敏度高等优点而受到关注，随着纳米技术的发展，对各种纳米结构的SnO2材料研究增多。
本发明技术方案中，利用水热法制备的碳胶球具有亲水性，表面具有-OH和C-O功能团，这些功能团的存在使金属离子很容易与碳胶球结合，形成金属的氢氧化物并分布其表面，然后，经过高温煅烧，碳胶球中的碳原子被氧化以二氧化碳的形式释放，从而形成金属氧化物空心球，即SnO2多孔空心球，其多孔壳层结构有利于对气体的吸附，增加了敏感材料的灵敏度。此外，该SnO2多孔空心球掺杂有WO3，目前对各种纳米结构的SnO2材料研究增多，对该材料的研究主要是通过各种手段提高传感器性能方面，掺杂的金属或金属氧化物主要有Zn、Pt、CuO、ZnO等，而掺杂WO3的技术方案不多；本发明中，通过掺杂，制备了WO3掺杂的SnO2多孔空心球，该掺杂的WO3与ZnO纳米线协同作用，对传感器的灵敏度和响应时间起到积极作用。
所述敏感材料中，该ZnO纳米线长度为600nm，直径为50nm。
ZnO纳米材料是一种半导体金属氧化物材料，其在传感器、太阳能电池、锂电池、催化等领域都有着实际应用，本发明方案中，采用静电纺丝法将上述的SnO2多孔空心球和ZnO纳米线结合制备复合纳米纤维，由于一维纳米结构，该ZnO纳米线对分立的SnO2多孔空心球能够起到连接作用，从而形成一种载流子的导电通路，同时由于ZnO与SnO2同样都是n型宽禁带半导体材料，两者禁带宽度相近，大大提高了复合纳米纤维的电导率，使得传感器的响应时间减小。
本发明还涉及所述SnO2复合纳米纤维的制备步骤：
步骤1，取葡萄糖9g、去离子水50ml，混合均匀，然后将混合溶液倒入水热釜中，在180℃恒温干燥箱中加热8h，然后冷却至室温；然后用酒精和去离子水离心分离、洗涤，洗涤三遍，得到碳胶球，将其干燥后备用；
步骤2，取60ml乙醇与8ml水混合，向其中加入3.8mmol氯化锡和钨酸，搅拌均匀，形成溶液A；
向溶液A中加入35mmol尿素，搅拌均匀形成溶液B；
向溶液B中加入32mmol碳胶球，超声分散2h，然后静置30h后离心分离，洗涤，在80℃干燥12h；
将干燥后的产物在580℃下干燥2h，得到WO3掺杂SnO2多孔空心球；
将聚乙烯醇0.8g、蒸馏水10g混合装入锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；
然后加入ZnO纳米线和上述得到的WO3掺杂SnO2多孔空心球，继续搅拌6h，得到纺丝溶液；
步骤3，将上述纺丝溶液静电纺丝，静电纺丝时所加电压为18kV，喷丝头与接收板之间距离为17.5cm，得到WO3掺杂SnO2多孔空心球/ZnO纳米线/聚乙烯醇复合纤维膜；
步骤4，将上述复合纤维膜在700℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到SnO2复合纳米纤维。
然后，将上述SnO2复合纳米纤维配置成浆料后，涂覆在陶瓷管表面，制备电极后，即得本发明中所述的乙醇检测装置。
通过改变流过加热线圈的电流来调控传感器的工作温度，通过测量传感器处于不同气体中时两个金电极之间的电阻值可以获得传感器的灵敏度。传感器对于乙醇气体的灵敏度S定义为：S＝Rg/Ra，其中Rg和Ra分别为传感器在乙醇气体和空气中时两金电极间的电阻值，发现，本实施例中该传感器的灵敏度为13.5。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动化酒精发酵罐，包括机架、发酵罐本体、温度传感器、上盖、风机、压力传感器、搅拌装置、乙醇检测装置、加热管、乙醇承装盒、电机和控制器，其特征在于：所述发酵罐本体通过螺栓固定在机架上，所述发酵罐本体的底部设有废料出口，且肥料出口上设有控制阀，所述上盖通过旋转装置安装在发酵罐本体上，所述风机安装在上盖上，所述上盖和发酵罐本体的接触点上设有密封装置，所述温度传感器和压力传感器安装在发酵罐本体的内部侧壁上，所述加热管安装在发酵罐本体的内部，所述电机安装在机架上，所述搅拌装置安装在电机上，所述乙醇检测装置安装在搅拌装置上，所述乙醇承装盒通过挂钩放置在机架上，且乙醇承装盒通过管道与发酵罐本体连接，所述管道上设有电磁控制阀，所述机架的桌腿底部设有减震装置，所述控制器安装在机架上；所述的乙醇检测装置为旁热式结构，包括：由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；上述的敏感材料为静电纺丝法制备的SnO2复合纳米纤维，该复合纳米纤维中包括SnO2多孔空心球、ZnO纳米线，并且，该SnO2多孔空心球掺杂有WO3。
2.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，所述SnO2复合纳米纤维中，SnO2多孔空心球、ZnO纳米线的质量比为5:1。
3.根据权利要求2所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，该SnO2多孔空心球是以碳胶球为模板制备的，该SnO2多孔空心球的粒径为300nm，其是由大量纳米颗粒构成的多孔壳层结构；该SnO2多孔空心球掺杂有WO3，其中，WO3与SnO2质量比为1:67。
4.根据权利要求2所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，该ZnO纳米线长度为600nm，直径为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，所述SnO2复合纳米纤维的制备步骤：
步骤1，取葡萄糖9g、去离子水50ml，混合均匀，然后将混合溶液倒入水热釜中，在180℃恒温干燥箱中加热8h，然后冷却至室温；然后用酒精和去离子水离心分离、洗涤，洗涤三遍，得到碳胶球，将其干燥后备用；
步骤2，取60ml乙醇与8ml水混合，向其中加入3.8mmol氯化锡和钨酸，搅拌均匀，形成溶液A；
向溶液A中加入35mmol尿素，搅拌均匀形成溶液B；
向溶液B中加入32mmol碳胶球，超声分散2h，然后静置30h后离心分离，洗涤，在80℃干燥12h；
将干燥后的产物在580℃下干燥2h，得到WO3掺杂SnO2多孔空心球；
将聚乙烯醇0.8g、蒸馏水10g混合装入锥形瓶中，在保温90℃下不断搅拌，使之完全溶解，自然冷却至室温；
然后加入ZnO纳米线和上述得到的WO3掺杂SnO2多孔空心球，继续搅拌6h，得到纺丝溶液；
步骤3，将上述纺丝溶液静电纺丝，静电纺丝时所加电压为18kV，喷丝头与接收板之间距离为17.5cm，得到WO3掺杂SnO2多孔空心球/ZnO纳米线/聚乙烯醇复合纤维膜；
步骤4，将上述复合纤维膜在700℃下退火处理5h，以去除高分子聚乙烯醇，得到SnO2复合纳米纤维。
6.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，所述控制器上设有液晶控制屏。
7.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，所述搅拌装置的底部设有凸起的圆盘。
8.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于，所述管道上设有过滤装置。
9.根据权利要求1所述的一种自动化酒精发酵罐，其特征在于：所述机架的桌腿上设有升降装置。
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