CN108384706A - 一种秸秆水解酸化预处理反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆水解酸化预处理反应装置，包括控温系统、搅拌系统、进料系统、出料系统、曝气系统、溢流系统、监测反馈系统。反应装置内部为倒锥型罐底，罐底中心向下连接出料管道和曝气通气管，出料管道的上端口通过电机支架连接出料电机，所述出料管道设有阀门，秸秆水解酸化预处理反应结束后，料液通过联通于倒锥形底部的出料电机，将料液充分排出罐体，水解渣与水解液混合物通过过滤篦子的过滤，使固液得到分离，固体水解渣留在过滤篦子中，水解液流入水解液收集池。本发明解决了秸秆水解酸化预处理过程中存在的结壳、曝气不均匀的问题，可以连续进出料、参数控制稳定、运行能耗低，具有广阔的应用前景。

Description

一种秸秆水解酸化预处理反应装置

技术领域

本发明涉及沼气工程水解酸化预处理技术领域，特别是涉及高浓度全发酵连续进出料倒锥形水解酸化预处理反应装置。

背景技术

对于所有生物过程来说，保持生物生长环境的稳定是非常重要的。厌氧微生物的新陈代谢过程受到众多因素的影响，如温度、pH、氧化还原电位、营养成分、微量元素、原料比表面积等。因此，为了为微生物提供一个适宜的发酵环境，必须充分考虑这些因素的影响并根据微生物的需要加以控制。此外，还应考虑到水解细菌和产酸细菌等发酵性细菌对环境的要求与产甲烷菌之间存在的差别。厌氧发酵过程中，如果要为所有的微生物提供最适宜的环境，只能将发酵过程分成两个阶段，第一阶段完成水解和产酸过程，第二阶段完成产乙酸和产甲烷过程，也就是两相发酵。

将木质纤维类生物质转化为甲烷，需要首先将原料所含的高分子聚合物水解成小分子有机物，而长期以来，水解一直被认为是木质纤维类生物质整个生物转化过程的限速阶段，木质素对纤维素和半纤维素的屏障作用产生的抑制机理在于：就这三种聚合物的生物降解特性而言，纤维素和半纤维素是可生物降解成分，而木质素则难以生物降解，而且未进行结构改变的木质素在厌氧环境中是不能被降解的，因为其最初的破碎需要分子氧的存在。在植物细胞壁中三种聚合物结合在一起形成“木质素碳水化合物联合体”阻碍了微生物对植物细胞壁的攻击，这是由于木质素覆盖在纤维素的表面降低了纤维素的可利用面积，从而阻碍了微生物和纤维素酶接近易生物降解的纤维素。因此，木质素的降解被认为是实现木质纤维类生物质生物降解的首要步骤。

现有的秸秆水解酸化预处理反应装置较少，且缺少精准的运行参数调控系统，水解酸化效率低。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有装置出现的出料困难的问题，提供了高浓度全发酵连续进出料倒锥形水解酸化预处理反应装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种秸秆水解酸化预处理反应装置，包括进料系统、出料系统、温度控制系统、混合搅拌系统，所述的出料系统由内部上小下大的倒锥型罐体、出料电机19、出料管道、阀门16、水解产物收集池18组成。所述罐体为上小下大形状，罐体下部一体连接倒锥型罐底，倒锥型罐底的中间向下连接出料管道，出料管道连接出料电机19。所述出料管道的出口设有阀门16，并连接到水解产物收集池或厌氧沼气发酵罐。

作为对上述方案的进一步改进，所述秸秆水解酸化预处理系统的溶氧控制，由曝气系统和搅拌系统、溶氧在线监测系统组成。所述的曝气系统由气泵20、曝气通气管21、曝气微孔15组成；所述的搅拌系统由搅拌电机8、搅拌螺杆7、搅拌旋浆3组成；所述的溶氧在线监测系统由在线溶氧检测仪13组成。

作为对上述方案的进一步改进，所述秸秆水解酸化预处理系统的温度控制系统由锅炉12、双层水浴控温夹水层2和水循环泵组成，所述锅炉的进液口和出液口分别连接连续进出料水解酸化预处理反应装置的左上部与右下部，通过水循环泵使水在锅炉12、双层水浴控温夹水层2及水网管道中循环流动，控制罐体内料液温度。

作为对上述方案的进一步改进，在进料系统中，秸秆原料投入料箱26内，电机带动下螺旋桨转动，推动原料进入中转料箱25内，再同另一电机带动上螺旋桨沼气原料推进到罐体即水解酸化预处理反应装置内。

作为对上述方案的进一步改进，所述的出料及固液分离系统，出料时，打开阀门16，开启出料电机19，水解渣和水解液就能快速且充分的排出，水解渣与水解液混合物通过过滤篦子17的过滤，使固液得到分离，固体水解渣留在过滤篦子中，水解液流入水解液收集池18。

本发明相比现有技术具有以下优点：可以连续进出料，参数控制稳定、运行能耗低，解决了秸秆水解酸化预处理过程中存在的“结壳、曝气不均匀、出料困难、加热困难”的问题。

附图说明

图1为一种水解酸化预处理反应装置的结构示意图。

图2为一种水解酸化预处理反应装置进料系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1中所示，一种秸秆水解酸化预处理反应装置，包括进料系统、出料系统、温度控制系统、混合搅拌系统、控温系统。所述的进料系统由进料口6、进料箱26、进料中转箱25、传送带24组成；所述的出料系统由排渣电机19、过滤篦子17、阀门16、水解收集池18组成；所述的混合搅拌系统由搅拌电机8、搅拌螺杆7、搅拌旋浆3组成；所述的控温系统由锅炉12、入水管11、双层水浴控温夹水层2、出水管22组成。

作为对上述方案的进一步改进，所述的秸秆水解酸化预处理的溶氧控制系统由曝气系统和搅拌系统、溶氧在线监测系统组成。所述的曝气系统由气泵20、曝气通气管21、曝气微孔15组成；所述的搅拌系统由搅拌电机8、搅拌螺杆7、搅拌旋浆3组成；所述的溶氧在线监测系统由在线溶氧监测仪13组成。气泵20将空气通过曝气通气管通过罐体底部中心将气体通入罐体底部的空气夹层22中，空气夹层22上布有若干个曝气微孔15，空气经曝气微孔15形成细碎气泡，经搅拌旋浆3的搅拌，使罐体内料液溶氧均匀。溶氧在线分析仪13可以实时显示水解酸化预处理反应装置内溶氧情况，通过调节搅拌电机8的转速和曝气强度可以调节水解酸化预处理反应装置内的溶氧状况。

作为对上述方案的进一步改进，所述的温度控制系统由锅炉12、双层水浴控温夹水层2和水循环泵组成，所述锅炉的进液口11和出液口23分别连接连续进出料水解酸化预处理反应装置的左上部与右下部，通过水循环泵使水在锅炉12、双层水浴控温夹水层2及水网管道中循环流动，控制罐体内料液温度。

作为对上述方案的进一步改进，所述的进料系统中，水解酸化预处理的原料投入到预处理箱26内，传送带24将水解酸化预处理的原料传送到进料中转箱25中，进料中转箱25中的水解酸化预处理的原料经传送带24传送到水解酸化预处理反应装置内。

作为对上述方案的进一步改进，所述的出料及固液分离系统，出料时，打开阀门16，开启出料电机19，水解渣和水解液就能自动排出，水解渣与水解液混合物通过过滤篦子17的过滤，使固液得到分离，固体水解渣留在过滤篦子17中，水解液流入水解液收集池18。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种秸秆水解酸化预处理反应装置，包括控温系统、搅拌系统、进料系统、预处理罐、出料系统、曝气系统、溢流系统、监测反馈系统。其特征在于，所述的出料系统由倒锥型罐底、出料电机、出料管道和阀门。所述罐体为上小下大形状，罐体下部一体连接倒锥型罐底，倒锥型罐底的中间向下连接出料管道，出料管道连接出料电机19。所述出料管道的出口设有阀门16，并连接到水解产物收集池18或厌氧沼气发酵罐。可根据产物用途，进行连续进出料水解酸化预处理反应。

2.根据权利要求1所述的水解酸化预处理反应装置，其特征在于，所述水解酸化预处理反应装置的控温系统由控温锅炉12、双层水浴控温夹水层2和温度显示系统组成。

3.根据权利要求1所述的水解酸化预处理反应装置，其特征在于，所述水解酸化预处理反应装置的搅拌系统由搅拌旋桨3、溢流池5和溢流管4组成。所述的搅拌旋桨3由变频电机8调控转速，搅拌螺杆7从罐体上部垂直深入水解酸化预处理反应装置内部，悬杆中部和底部设置两个旋桨3。罐体上部设置有溢流管4，一端贯通罐体顶部伸入到罐体内，另一端与溢流池5相连。

4.根据权利要求1所述的水解酸化预处理反应装置，其特征在于，所述水解酸化预处理反应装置的监测反馈系统由溶氧监测反馈系统和pH监测反馈系统组成。溶氧监测反馈系统由曝气通气管21、曝气微孔15、溶氧电极13和搅拌旋桨3组成。气泵20将空气通过曝气通气管21通过罐体底部中心将气体通入罐体底部的空气夹层22中，空气夹层上布有若干个曝气微孔15，空气经曝气微孔形成细碎气泡，经搅拌旋浆3的搅拌，使罐体内料液溶氧均匀。溶氧监测系统可以实时显示水解酸化预处理反应装置内溶氧浓度，通过调节搅拌电机的转速和曝气强度可以调节水解酸化预处理反应装置内的溶氧浓度。

5.根据权利要求1所述的水解酸化预处理反应装置，其特征在于，所述水解酸化预处理反应装置内部为倒锥形设计，水解酸化预处理反应结束后，料液通过联通于倒锥形底部的出料电机，将料液充分排出罐体。