CN107586714B - 一种生物质物料分段反应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质物料分段反应方法，解决农产品原料酶处理堆肥时间长，效率低等问题。本方法包括以下步骤：a、根据生物质物料的种类，选取多种反应酶，按照各反应酶的最佳反应温度区分成若干组；b、将各组反应酶分别投放到对应的反应罐内，各反应罐依次串联；c、各反应罐的罐体环绕设置温控盘管，冷介质罐和热介质罐中的温控介质按照不同比例混流进入各温控盘管控温，温控盘管的进口端和出口端分别监控进口温度和出口温度；d、各温控盘管出口分流成两股回流，一股回流经过散热后回到冷介质罐，另一股回流经加热回到热介质罐。本发明串联多个反应罐进行多段式反应，保证不同反应酶均在最佳反应温度工作，且温控稳定均匀，提高了生产效率。

Description

一种生物质物料分段反应方法

技术领域

本发明属于农业设备领域，涉及一种反应器，特别涉及一种生物质物料分段反应方法。

背景技术

农作物秸秆一直以来都是作为低附加值的农产品进行处理，甚至有些时候直接在田间焚烧，不仅造成空气污染，而且对农作物秸秆本身来说也是极大的资源浪费。随着人们环保意识的增强，以及能源危机意识的增强，人们迫切寻找新的清洁、可持续能源，农作物秸秆等原先低附加值的农产品原料进入了人们的视线。目前、农作物秸秆等一些农产品经过处理发酵产生沼气、农作物秸秆经过酶处理后作为植物柴油的原料、农作物秸秆碳化后作为土壤修复材料等课题已经得到成熟的发展。但是目前也存在着农产品原料酶处理堆肥时间长，效率低等问题，制约了产业的发展。

发明内容

本发明的目的在于解决农产品原料酶处理堆肥时间长，效率低等问题，制约了产业的发展的问题，提供一种生物质物料分段反应方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物质物料分段反应方法，包括以下步骤：

a、根据生物质物料的种类，选取多种反应酶，将各种反应酶按照各自的最佳反应温度区分成若干组；

b、设置与反应酶组数对应的反应罐，将各组反应酶分别投放到对应的反应罐内，各反应罐依次串联；

c、各反应罐的罐体环绕设置温控盘管，各温控盘管连接有总的冷介质罐和热介质罐，冷介质罐和热介质罐中的温控介质按照不同比例混流进入各温控盘管控温，温控盘管的进口端和出口端分别监控进口温度和出口温度；

d、各温控盘管出口分流成两股回流，一股回流经过散热后回到冷介质罐，另一股回流经加热回到热介质罐。

各个反应罐中装入不同的反应酶群组，反应酶的最佳反应温度存在差异，而且，当环境温度过低而反应罐内发热较少时，反应罐内温度会持续降低，而当反应罐内发热量大时，反应罐内温度会持续升高，上述两种情况均会对生产效率造成影响。本方案将反应酶按最佳反应温度进行分类后，分别设置在多个反应罐内，并根据各反应酶对应的物料处理阶段不同排列各反应罐串联顺序。通过一个冷介质罐和一个热介质罐作为温控介质的集中储存器，每个反应罐温控盘管通过三通阀进行不同比例的混流，使温控盘管内的温控介质温度为反应酶的最佳反应温度。通过监控温控盘管进口端和出口端的温度，可以获知反应罐内的温度是偏高还是偏低，而且根据温控盘管进口端和出口端的温度差值，可以调节温控介质流速，保证反应罐内温度稳定。多级反应罐处理后，产生的沼气收集到沼气储存罐中作为沼气产品，最后一个反应罐输出经过充分酶化处理的物料，可以进行后续的进一步加工作为燃料或者肥料使用。温控介质从温控盘管回流，分别经过散热和加热后回流至冷介质罐和热介质罐。本方法采用温控盘管控温的方式，温控介质始终流动，对反应罐进行整体控温，保证反应罐内的温控始终均匀而稳定，波动性小，温控系统响应及时。传统方式是通过监控反应罐内温度，温度高时采用低温急速换热，温度低时采用高温急速加热，温控点是否对反应罐整体情况具有代表性很难把控，换热急而不稳定，波动性大，容易导致反应酶在急速变化中失效，影响效率。

作为优选，步骤c中，当温控盘管进口温度低于出口温度，则控制混流比例使温控盘管的进口温度低于反应罐内的最佳反应温度，通过流量控制让温控盘管的出口温度高于反应内的最佳反应温度；当温控盘管进出口温度下降，则进口端温度高于反应罐内的最佳反应温度，出口端温度低于反应罐内的最佳反应温度。

作为优选，所述温控盘管的进口温度和出口温度差值不超过设定差值，设定差值为0.5～5℃之间。

作为优选，步骤c中，温控盘管进口温度和出口温度的差值低时，减慢温控盘管内温控介质流速来节能，温控盘管进口温度和出口温度的差值高时，通过加快温控盘管内的温控介质的流速降低温控盘管进口温度和出口温度的差值。温控过程中，当温控盘管进出口温度上升，则控制温控盘管的进口端温度低于反应罐的最佳温度0.5-2度，而通过流量控制让温控盘管的出口端温度高于反应罐最佳温度0.5-2度；当温控盘管进出口温度下降，则进口端温度高于反应罐的最佳温度0.5-2度，出口端温度低于反应罐最佳温度0.5-2度；实际的进出口温度偏差值大小由酶的活跃温度范围值来确定，达到既节约能源，又能保证酶活跃性的效果。

作为优选，收集反应罐产生的沼气，为步骤d中回到热介质罐的回流加热。

作为优选，冷介质罐和热介质罐的各自的输出流量和各自的回流流量保持一致；反应罐内最佳反应温度低的温控盘管优先回流至冷介质罐，达到冷介质罐回流流量后分流至热介质罐。

一种适用上述反应方法的仿生反应器，包括依次串联输送物料的第一反应罐、第二反应罐…第N反应罐，各反应罐的罐体环周设有温控盘管，换热盘管内流通温控介质，各反应罐的罐体顶部设有出气口，各出气口汇总连接沼气储存罐，所述温控系统还包括一个冷介质罐和一个热介质罐，所述第一反应罐、第二反应罐…第N反应罐的温控盘管进口端分别设有第一输入三通阀、第二输入三通阀…第N输入三通阀，所述第一反应罐、第二反应罐…第N反应罐的温控盘管出口端分别设有第一输出三通阀、第二输出三通阀…第N输出三通阀，所述冷介质罐和热介质罐的温控介质经过各输入三通阀合流后进入对应的各反应罐温控盘管，然后从各对应的输出三通阀分流后分别回流至冷介质罐和热介质罐，所述冷介质罐回流管路上设有散热器，所述热介质罐中设有电加热装置。作为优选，所述沼气储存罐连接有为热介质罐回流管路加热的沼气加热管。冷介质罐输出端设有冷介质输出总管，冷介质输出总管通过对应的支路分别连接第一输入三通阀、第二输入三通阀…第N输入三通阀，热介质罐输出端设有热介质输出总管，热介质输出总管通过对应的支路分别连接第一输入三通阀、第二输入三通阀…第N输入三通阀。所述冷介质罐回流管路设有冷介质回流总管，第一输出三通阀、第二输出三通阀…第N输出三通阀汇总到冷介质回流总管后回流至冷介质罐，所述热介质罐回流管路设有热介质回流总管，第一输出三通阀、第二输出三通阀…第N输出三通阀汇总到热介质回流总管后回流至热介质罐。所述第一反应罐、第二反应罐…第N反应罐的温控盘管的进口端和出口端分别设有温度传感器。反应罐各反应器内部不设置温度传感器。传统的在反应罐内部设置温度传感器，传感器实际上监测的是单点的温度，而反应罐内的各处温度实际上是存在差异的，以单点温度代表反应罐的实际温度并不可靠。本装置采用温控盘管的精确控温来达到类似水浴恒温的效果，利用温控盘管进出口的温度变化来判断反应罐内实际热量值的大小和变化趋势，更具有宏观性，对反应罐内的热量实现整体稳定控制。

本发明将生物质物料通过多个串联的反应罐进行多段式反应，各反应罐内设置不同的反应酶并通过冷热温控介质不同比例混合分别进行精准控温，保证不同反应酶均在最佳反应温度工作，且温控稳定均匀，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图中：1、冷介质罐，2、热介质罐，3、第一反应罐，4、第二反应罐，5、第三反应罐，6、第一输入三通阀，7、第二输入三通阀，8、第三输入三通阀，9、第一输出三通阀，10、第二输出三通阀，11、第三输出三通阀，12、冷介质输出总管，13、热介质输出总管，14、冷介质回流总管，15、热介质回流总管，16、温控盘管，17、搅拌器，18、散热器，19、出气口，20、沼气储存罐，21、沼气加热管，22、电加热装置。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种生物质物料仿生反应器,如图1所示。本装置包括依次串联输送物料的第一反应罐3、第二反应罐4、第三反应罐5，各反应罐的罐体环周设有温控盘管16，换热盘管内流通温控介质，反应罐的内部设有搅拌器17，各反应罐的罐体顶部设有出气口19，各出气口汇总连接沼气储存罐20。所述温控系统还包括一个冷介质罐1和一个热介质罐2，所述第一反应罐3、第二反应罐4、第三反应罐5的温控盘管16进口端分别设有第一输入三通阀6、第二输入三通阀7、第三输入三通阀8；所述第一反应罐3、第二反应罐4、第三反应罐5的温控盘管16出口端分别设有第一输出三通阀9、第二输出三通阀10、第三输出三通阀11。冷介质罐输出端设有冷介质输出总管12，热介质罐输出端设有热介质输出总管13，冷介质输出总管12和热介质输出总管13通过支路分别在第一输入三通阀6、第二输入三通阀7、第三输入三通阀8按不同的比例合流后分别进入第一反应罐3、第二反应罐4、第三反应罐5的温控盘管进口端。冷介质罐回流管路设有冷介质回流总管14，热介质罐回流管路设有热介质回流总管15，第一反应罐3、第二反应罐4、第三反应罐5的温控盘管的出口端通过第一输出三通阀9、第二输出三通阀10、第三输出三通阀11分流后分别汇合到冷介质回流总管14和热介质回流总管15，回流至冷介质罐1和热介质罐2。冷介质回流总管14上设有散热器18。沼气储存罐20设有一个沼气加热管21通过沼气燃烧给热介质回流总管15加热，热介质罐2中还设有电加热装置22。冷介质罐的输出流量和回流流量保持一致，所述热介质罐的输出流量和回流流量保持一致。第一反应罐、第二反应罐、第三反应罐的温控盘管16均为下进上出设置，第一反应罐、第二反应罐、第三反应罐的物料均为上进下出设置，物料从第一反应罐、第二反应罐、第三反应罐依次向后传送，第三反应罐的下部设有酶处理物料输出端。温控盘管16的进口端和出口端分别设有温度传感器，可以检测各反应器温控盘管16的输入温度和输出温度。

本仿生反应器的生物质物料多段式反应方法，包括以下步骤：

a、根据生物质物料的种类，选取多种反应酶，将各种反应酶按照各自的最佳反应温度区分成若干组；

b、设置与反应酶组数对应的反应罐，将各组反应酶分别投放到对应的反应罐内，各反应罐依次串联；

c、各反应罐的罐体环绕设置温控盘管，各温控盘管连接有总的冷介质罐和热介质罐，冷介质罐和热介质罐中的温控介质按照不同比例混流进入各温控盘管控温，温控盘管的进口端和出口端分别监控进口温度和出口温度；当温控盘管进口温度低于出口温度，则控制混流比例使温控盘管的进口温度低于反应罐内的最佳反应温度，通过流量控制让温控盘管的出口温度高于反应内的最佳反应温度；当温控盘管进出口温度下降，则进口端温度高于反应罐内的最佳反应温度，出口端温度低于反应罐内的最佳反应温度；温控盘管进口温度和出口温度的差值低时，减慢温控盘管内温控介质流速来节能，温控盘管进口温度和出口温度的差值高时，通过加快温控盘管内的温控介质的流速降低温控盘管进口温度和出口温度的差值；温控盘管的进口温度和出口温度差值不超过4℃；

d、各温控盘管出口分流成两股回流，一股回流经过散热后回到冷介质罐，另一股回流经加热回到热介质罐；收集反应罐产生的沼气，为步骤d中回到热介质罐的回流加热。

冷介质罐和热介质罐的各自的输出流量和各自的回流流量保持一致；反应罐内最佳反应温度低的温控盘管优先回流至冷介质罐，达到冷介质罐回流流量后分流至热介质罐。

Claims (5)

1.一种生物质物料分段反应方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、根据生物质物料的种类，选取多种反应酶，将各种反应酶按照各自的最佳反应温度区分成若干组；

b、设置与反应酶组数对应的反应罐，将各组反应酶分别投放到对应的反应罐内，各反应罐依次串联；

c、各反应罐的罐体环绕设置温控盘管，各温控盘管连接有总的冷介质罐和热介质罐，冷介质罐和热介质罐中的温控介质按照不同比例混流进入各温控盘管控温，温控盘管的进口端和出口端分别监控进口温度和出口温度；当温控盘管进口温度低于出口温度，则控制混流比例使温控盘管的进口温度低于反应罐内的最佳反应温度，通过流量控制让温控盘管的出口温度高于反应内的最佳反应温度；当温控盘管进出口温度下降，则进口端温度高于反应罐内的最佳反应温度，出口端温度低于反应罐内的最佳反应温度；

d、各温控盘管出口分流成两股回流，一股回流经过散热后回到冷介质罐，另一股回流经加热回到热介质罐。

2.根据权利要求1所述的一种生物质物料分段反应方法，其特征在于：所述温控盘管的进口温度和出口温度差值不超过设定差值，设定差值为0.5～5℃之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种生物质物料分段反应方法，其特征在于：步骤c中，温控盘管进口温度和出口温度的差值低时，减慢温控盘管内温控介质流速来节能，温控盘管进口温度和出口温度的差值高时，通过加快温控盘管内的温控介质的流速降低温控盘管进口温度和出口温度的差值。

4.根据权利要求1或2所述的一种生物质物料分段反应方法，其特征在于：收集反应罐产生的沼气，为步骤d中回到热介质罐的回流加热。

5.根据权利要求1或2所述的一种生物质物料分段反应方法，其特征在于：冷介质罐和热介质罐的各自的输出流量和各自的回流流量保持一致；反应罐内最佳反应温度低的温控盘管优先回流至冷介质罐，达到冷介质罐回流流量后分流至热介质罐。

Images