CN107227254A - 一种智能发酵罐 - Google Patents

Abstract

本发明针对上述问题提出了一种智能发酵罐，包括发酵罐体，发酵罐体上设有搅拌装置，所述发酵罐体包括盖体、釜体和支撑柱；所述搅拌装置设置在盖体上，所述搅拌装置包括第一固定壳体、第二固定壳体、第一步进电机、第二步进电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二主动齿轮、第二从动齿轮、调节固定板、丝杆、第一固定环、第二固定环、固定转轴和螺旋桨，智能化全自动操作，在反应过程中通过螺旋桨的旋转在反应物内形成强漩流，能够充分加速发酵反应进程，使发酵更加完全，极大程度的降低了成本，维修维护方便。

Description

一种智能发酵罐

技术领域

本发明属于厌氧发酵技术领域，具体涉及一种智能发酵罐。

背景技术

沼气的厌氧发酵是指有机物质，如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等，在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体的复杂的生物化学过程。

以厌氧发酵为核心环节的沼气技术在我国已经得到了广泛的应用，厌氧发酵是废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO2产生，液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌，产酸阶段只要是醋酸菌起作用，产甲烷阶段主要是甲烷细菌，他们将产酸阶段产生的产物降解成甲烷和CO2，同时利用产酸阶段产生的氢将还原成甲烷。

现有的厌氧发酵过程是一个静态的发酵过程，在发酵中只需要将反应物静置发酵即可，无法保证发酵过程的完整性，也无法使厌氧发酵应用于规模化的工业化生产。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种智能发酵罐，智能化全自动操作，在反应过程中通过螺旋桨的旋转在反应物内形成强漩流，能够充分加速发酵反应进程，使发酵更加完全，极大程度的降低了成本，维修维护方便。

具体的技术方案如下：

一种智能发酵罐，包括发酵罐体，发酵罐体上设有搅拌装置，所述发酵罐体包括盖体、釜体和支撑柱，釜体包括中部釜体和底部釜体，中部釜体为中空的圆柱体结构，底部釜体为圆台形结构，支撑柱固定在釜体底部，半球体结构的盖体固定在釜体顶部，所述盖体上设有进料口和排气口，釜体上设有出料口；

所述搅拌装置设置在盖体上，所述搅拌装置包括第一固定壳体、第二固定壳体、第一步进电机、第二步进电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二主动齿轮、第二从动齿轮、调节固定板、丝杆、第一固定环、第二固定环、固定转轴和螺旋桨，中空的第一固定壳体固定在盖体上方，中空的第二固定壳体固定在第一固定壳体上方，第二壳体内壁均匀的设有6个导条，第二壳体上表面和下表面的中心处分别设有一个丝杆固定槽，丝杆可转动的固定在两个丝杆固定槽之间，所述第一从动齿轮固定在丝杆上，第一步进电机固定在第二固定壳体上，第一步进电机转轴与第一主动齿轮固定连接，第一主动齿轮与第一从动齿轮相啮合，所述调节固定板上均匀设有6个滑槽，调节固定板通过滑槽与导条的配合作用可移动的设置在第二固定壳体内，调节固定板的中心处设有第一通道，第一通道内壁上的内螺纹与丝杆的外螺纹相契合，所述第二步进电机固定在调节固定板上，第二步进电机转轴与第二主动齿轮固定连接，固定转轴上设有第一固定卡槽和第二固定卡槽，第一固定环可转动的包覆在第一固定卡槽上，第二固定环可转动的包覆在第二固定卡槽上，固定转轴穿过第一固定壳体与第二固定壳体，固定转轴一端设有第二从动齿轮，另一端与螺旋桨固定连接，所述第一固定环固定在第一固定壳体内，第二固定环固定在调节固定板上，所述第二从动齿轮与第二主动齿轮相啮合。

上述一种智能发酵罐，其中，所述智能发酵罐还包括液体储罐、固体储罐、液位变送器和PLC控制器；所述液体储罐、固体储罐分别通过第一管道、第二管道与进料口相连接，第一管道上设有第一电磁阀，第二管道上设有第二电磁阀，所述液位变送器设置在发酵罐体上，所述第一电磁阀、第二电磁阀、液位变送器、第一步进电机、第二步进电机分别与PLC控制器相连接。

上述一种智能发酵罐，其中，所述出料口上设有取样管道，取样管道上设有取样阀。

上述一种智能发酵罐，其中，其反应方法如下：

(1)在液体储罐内储存溶剂，在固体储罐内储存反应用固体颗粒，通过PLC控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀开启，使溶剂和反应用固体颗粒通过进料口进入反应装置内得到反应混合物，并使螺旋桨浸没在反应混合物中；

(2)通过液位变送器检测反应混合物的液面高度，PLC控制器根据检测到的数值控制第一步进电机转动，从而使螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15；

(3)通过PLC控制器控制第二步进电机转动，从而使螺旋桨进行转动；

(4)在反应过程中，通过位变送器实时检测反应混合物的液面高度，当液面高度的变化值大于设定值时，通过PLC控制器关闭第二步进电机，通过开启第一步进电机以重新调整螺旋桨的位置，使螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15，再重复步骤(3)即可完成发酵反应。

上述一种智能厌氧发酵反应系统，其中，所述釜体的体积小于等于100m³。

本发明的有益效果为：

1.本发明应用于体积小于等于100m³的中小型发酵罐，经过顶置式螺旋桨旋转，在反应物混合物内形成强漩流，使反应物充分混合，从而提高了发酵效率。

2.本发明通过PLC控制器控制螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15，根据这一要求设置的螺旋桨在转动过程中造成的强漩流能够带动整个釜体内的反应物匀速转动。

3.本发明适用性广，反应装置内温度分布均匀，全自动智能化控制，能耗低，运行管理方便，利用厌氧发酵解决了因养殖规模扩大带来的环境恶化问题，极大地改善了农业的生态环境，提高了人们的生活质量，促进了可持续发展，有着丰富的资源和广阔的前景。

附图说明

图1为本发明剖视图。

图2为本发明电气控制图。

图3为本发明固定转轴结构图。

图4为本发明搅拌装置结构图。

图5为本发明第二固定壳体剖视图。

图6为本发明调节固定板结构图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

附图标记

液体储罐1、固体储罐2、液位变送器4、PLC控制器5、发酵罐体6、搅拌装置7、盖体8、釜体9、支撑柱10、中部釜体11、底部釜体12、进料口13、排气口14、出料口15、第三电磁阀16、取样管道17、取样阀18、第一固定壳体19、第二固定壳体20、第一步进电机21、第二步进电机22、第一主动齿轮23、第一从动齿轮24、第二主动齿轮25、第二从动齿轮26、调节固定板27、丝杆28、第一固定环29、第二固定环30、固定转轴31、螺旋桨32、导条33、丝杆固定槽34、滑槽35、第一通道36、第一管道37、第二管道38、第一电磁阀39、第二电磁阀40、第一固定卡槽41、第二固定卡槽42。

如图所示一种智能发酵罐，包括发酵罐体6，发酵罐体上设有搅拌装置7，所述发酵罐体6包括盖体8、釜体9和支撑柱10，所述釜体9的体积小于等于100m³，釜体9包括中部釜体11和底部釜体12，中部釜体11为中空的圆柱体结构，底部釜体12为圆台形结构，支撑柱10固定在釜体9底部，半球体结构的盖体8固定在釜体9顶部，所述盖体8上设有进料口13和排气口14，釜体9上设有出料口15，出料口15上设有第三电磁阀16，所述出料口15上设有取样管道17，取样管道17上设有取样阀18；

所述搅拌装置7设置在盖体8上，所述搅拌装置7包括第一固定壳体19、第二固定壳体20、第一步进电机21、第二步进电机22、第一主动齿轮23、第一从动齿轮24、第二主动齿轮25、第二从动齿轮26、调节固定板27、丝杆28、第一固定环29、第二固定环30、固定转轴31和螺旋桨32，中空的第一固定壳体固定在盖体上方，中空的第二固定壳体固定在第一固定壳体上方，第二壳体内壁均匀的设有6个导条33，第二壳体上表面和下表面的中心处分别设有一个丝杆固定槽34，丝杆可转动的固定在两个丝杆固定槽之间，所述第一从动齿轮固定在丝杆上，第一步进电机固定在第二固定壳体上，第一步进电机转轴与第一主动齿轮固定连接，第一主动齿轮与第一从动齿轮相啮合，所述调节固定板上均匀设有6个滑槽35，调节固定板通过滑槽与导条的配合作用可移动的设置在第二固定壳体内，调节固定板的中心处设有第一通道36，第一通道内壁上的内螺纹与丝杆的外螺纹相契合，所述第二步进电机固定在调节固定板上，第二步进电机转轴与第二主动齿轮固定连接，固定转轴上设有第一固定卡槽41和第二固定卡槽42，第一固定环可转动的包覆在第一固定卡槽上，第二固定环可转动的包覆在第二固定卡槽上，固定转轴穿过第一固定壳体与第二固定壳体，固定转轴一端设有第二从动齿轮，另一端与螺旋桨固定连接，所述第一固定环固定在第一固定壳体内，第二固定环固定在调节固定板上，所述第二从动齿轮与第二主动齿轮相啮合；

所述智能发酵罐还包括液体储罐1、固体储罐2、液位变送器4和PLC控制器5；所述液体储罐1、固体储罐2分别通过第一管道37、第二管道38与进料口13相连接，第一管道上设有第一电磁阀39，第二管道上设有第二电磁阀40，所述液位变送器4设置在发酵罐体3上，所述第一电磁阀39、第二电磁阀40、第三电磁阀16、液位变送器4、第一步进电机21、第二步进电机22分别与PLC控制器5相连接，PLC控制器为西门子S7-400。

所述智能发酵罐的反应方法如下：

(1)在液体储罐内储存溶剂，所述溶剂按重量份数计由95份水和5份酒精混合制备而成；在固体储罐内储存反应用固体颗粒，所述固体颗粒制备过程为：将干燥的重量份数为45份的牛粪，25份的秸秆和20份的梧桐树叶混合后，经粉碎机粉碎即可；

(2)通过PLC控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀开启，使溶剂和反应用固体颗粒通过进料口进入反应装置内得到反应混合物，并使螺旋桨浸没在反应混合物中，溶剂和反应用固体颗粒的体积比为95:5；

(3)初始状态时，螺旋桨距离中部釜体的底部的距离为H1，中部釜体的高度为H2，且H2-H1＝H2/15；

(4)反应混合物进入釜体后，通过液位变送器检测反应混合物的液面高度为H3，经PLC控制器计算ΔH＝H3-H2，当ΔH＞0时，PLC控制器控制第三电磁阀打开，从出料口放出部分反应混合物，直至ΔH≤0；当ΔH≤0时，PLC控制器控制第一步进电机转动，第一步进电机带动第一主动齿轮转动，第一主动齿轮带动第一从动齿轮转动，从而带动丝杆转动，丝杆带动调节固定板向下移动，从而带动固定转轴以及固定在转轴上的螺旋桨向下移动ΔH，从而使螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15；

(5)通过PLC控制器控制第二步进电机转动，从而使螺旋桨进行转动，转速为100rmp；

(6)3h后打开取样阀取反应物进行粘度测试，得到初始粘度值为μ0；

(7)每1d打开取样阀取反应物进行粘度测试，测试值分别为μ1、μ2、μ3…μn，用每天的测试值减去初始粘度值可以得到每天的粘度变化值Δμ，则粘度的变化率a＝(Δμ-μ0)/μ0，当-2％≤a≤2％时，螺旋桨转速不做变化，当2％≤a≤6％时，PLC控制器控制螺旋桨转速为95rmp，当-6％≤a≤-2％时，PLC控制器控制螺旋桨转速为105rmp，当a＞6％时，控制第一电磁阀打开向发酵罐体内添加溶剂，当a＜-6％时，控制第二电磁阀打开向发酵罐体内添加反应用固体颗粒；

(8)在反应过程中，通过位变送器实时检测反应混合物的液面高度，当液面高度的变化值大于4cm时，通过PLC控制器关闭第二步进电机，再重复步骤(4)(5)(6)(7)即可完成发酵反应。

Claims (5)

1.一种智能发酵罐，其特征为，包括发酵罐体，发酵罐体上设有搅拌装置，所述发酵罐体包括盖体、釜体和支撑柱，釜体包括中部釜体和底部釜体，中部釜体为中空的圆柱体结构，底部釜体为圆台形结构，支撑柱固定在釜体底部，半球体结构的盖体固定在釜体顶部，所述盖体上设有进料口和排气口，釜体上设有出料口；

所述搅拌装置设置在盖体上，所述搅拌装置包括第一固定壳体、第二固定壳体、第一步进电机、第二步进电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二主动齿轮、第二从动齿轮、调节固定板、丝杆、第一固定环、第二固定环、固定转轴和螺旋桨，中空的第一固定壳体固定在盖体上方，中空的第二固定壳体固定在第一固定壳体上方，第二壳体内壁均匀的设有6个导条，第二壳体上表面和下表面的中心处分别设有一个丝杆固定槽，丝杆可转动的固定在两个丝杆固定槽之间，所述第一从动齿轮固定在丝杆上，第一步进电机固定在第二固定壳体上，第一步进电机转轴与第一主动齿轮固定连接，第一主动齿轮与第一从动齿轮相啮合，所述调节固定板上均匀设有6个滑槽，调节固定板通过滑槽与导条的配合作用可移动的设置在第二固定壳体内，调节固定板的中心处设有第一通道，第一通道内壁上的内螺纹与丝杆的外螺纹相契合，所述第二步进电机固定在调节固定板上，第二步进电机转轴与第二主动齿轮固定连接，固定转轴上设有第一固定卡槽和第二固定卡槽，第一固定环可转动的包覆在第一固定卡槽上，第二固定环可转动的包覆在第二固定卡槽上，固定转轴穿过第一固定壳体与第二固定壳体，固定转轴一端设有第二从动齿轮，另一端与螺旋桨固定连接，所述第一固定环固定在第一固定壳体内，第二固定环固定在调节固定板上，所述第二从动齿轮与第二主动齿轮相啮合。

2.如权利要求1所述的一种智能发酵罐，其特征为，所述智能发酵罐还包括液体储罐、固体储罐、液位变送器和PLC控制器；所述液体储罐、固体储罐分别通过第一管道、第二管道与进料口相连接，第一管道上设有第一电磁阀，第二管道上设有第二电磁阀，所述液位变送器设置在发酵罐体上，所述第一电磁阀、第二电磁阀、液位变送器、第一步进电机、第二步进电机分别与PLC控制器相连接。

3.如权利要求1所述的一种智能发酵罐，其特征为，所述出料口上设有取样管道，取样管道上设有取样阀。

4.如权利要求2所述的一种智能发酵罐，其特征为，其反应方法如下：

(1)在液体储罐内储存溶剂，在固体储罐内储存反应用固体颗粒，通过PLC控制器控制第一电磁阀、第二电磁阀开启，使溶剂和反应用固体颗粒通过进料口进入反应装置内得到反应混合物，并使螺旋桨浸没在反应混合物中；

(2)通过液位变送器检测反应混合物的液面高度，PLC控制器根据检测到的数值控制第一步进电机转动，从而使螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15；

(3)通过PLC控制器控制第二步进电机转动，从而使螺旋桨进行转动；

(4)在反应过程中，通过位变送器实时检测反应混合物的液面高度，当液面高度的变化值大于设定值时，通过PLC控制器关闭第二步进电机，通过开启第一步进电机以重新调整螺旋桨的位置，使螺旋桨与反应混合物的液面之间的距离＝中部釜体的高度/15，再重复步骤(3)即可完成发酵反应。

5.如权利要求1所述的一种智能发酵罐，其特征为，所述釜体的体积小于等于100m³。