CN109762720A - 改进的厌氧发酵系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于发酵装置，特别是指一种改进的厌氧发酵系统。包括罐体、进料装置、气体处理装置、搅拌装置，罐体上设有进料口、观察口、出料口、产气口、人孔，罐体上设有与其内部连通的温度及ORP传感器，搅拌装置的动作执行端设于罐体内；搅拌装置包括由两个底面贴合的旋转双曲面组成的旋转体，搅拌叶浆在两个旋转双曲面表面呈旋向相同的螺旋面分布，旋转体的中轴顶部连接转动电机的动力输出，转动电机通过连接座与罐体内壁连接，连接座通过升降器与罐体顶部内壁连接。本发明有效解决了现有技术中物料混合不均匀问题，具有物料混合均匀、有效实现自动控制及罐内压力保护等优点。

Description

改进的厌氧发酵系统

技术领域

本发明属于发酵装置，特别是指一种改进的厌氧发酵系统。

背景技术

厌氧发酵产沼气是将秸秆、畜禽粪便、污泥等各种有机物在适宜的温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经过微生物的发酵分解作用生产沼气。随着我国城镇化建设进程、农村土地集约化种植、畜禽规模化养殖得到进一步实现，为集约式的秸秆、畜禽粪便的处理技术推广也进一步创造了条件。同时，厌氧发酵产沼气技术的推广应用对于大气改善、水土污染治理等，具有举足轻重的作用。

目前，国内已经建成了一些CSTR等厌氧发酵污染治理设施，但由于存在设计、技术、运行等方面的问题，造成许多工程处理和净化效果不理想。由于秸秆密度相对较低，如搅拌混合不均匀容易上浮，长期下来在上层形成板结，对设备的连续运行造成了不利影响。

根据申请人对相关技术的搜查，很多研究人员在混合物搅拌方式上提出了不同的方案，或在横向增加搅拌或在纵向增加叶浆，但依然是分层搅拌，对于混合物料的全混合没有发生本质的改变。

申请人检索的专利文献包括：

申请号为201711094534.5的专利文献中公开了一种新型厌氧发酵装置加设了横轴搅拌，同时导料板布置在纵轴搅拌与横轴搅拌机中间，上部纵轴搅拌机为常规搅拌机构，搅拌效果主要体现为横向，对于顶层物料纵向搅拌效果差，下部横轴搅拌机受搅拌范围与导向板间隔限制，也不能对顶部物料起到搅拌作用。因而，对于上下层的混合没有发生本质的改变。底部加设的多孔滤板存在堵塞的风险。

申请号为201711272475.6的专利文献中公开的厌氧发酵装置也是加设了横轴搅拌装置，由于横轴搅拌加设在罐体中下部，在低转速条件下对于顶部物料难以起到搅动作用，高转速条件下根据流体力学分析顶部与底部反向受力，罐体存在不稳定性，另因罐体为圆柱体，横轴搅拌范围并不能在全罐体覆盖，因而会产生死角。因而该装置对于上下层的均匀混合效果欠佳，特别是上层物料的板结，起不到破碎作用。

申请号为201810499331.2的专利文献中公开了一种新型搅拌机叶轮，介绍了一种双曲线叶轮，该实用新型虽在叶轮纵向开设了导水孔，但受结构限制，导水孔的直径相对有限且阻力较大，所以水流会优先沿叶轮曲面流出，因而对于底部物料搅拌效果欠佳，经久会有物料沉积的隐患。另外，在罐体高度相对较高情形下，顶层物料的混合程度也会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的厌氧发酵系统，对罐体内的发酵物料在升降器的作用下形成多层次纵横向循环扰动且层间连续混合的流态，根本上解决了物料在罐体中上下层混合不均匀的状况，对于上层物料板结、底层物料沉积情况有了根本性改变。

本发明的整体技术构思是：

改进的厌氧发酵系统，包括罐体、进料装置、气体处理装置、搅拌装置，罐体上开设有进料口、观察口、出料口、产气口、人孔，罐体上设有与其内部连通的温度传感器及ORP传感器，搅拌装置的动作执行端设于罐体内；搅拌装置包括由两个底面贴合的旋转双曲面组成的旋转体，搅拌叶浆在两个旋转双曲面表面呈旋向相同的螺旋面分布，旋转体的中轴顶部连接转动电机的动力输出，转动电机通过连接座与罐体内壁连接，连接座通过升降器与罐体顶部内壁连接。

根据申请人了解的技术内容而言，螺旋面是一类常见的曲面。以螺旋线和它的轴线为导线，直母线(也可以是曲母线)沿两条导线滑动，并始终与轴线交成定角所形成的曲面称为螺旋面。同螺旋线一样，螺旋面也分成左旋和右旋两种。在形成螺旋面的过程中，母线上各点轨迹都是螺旋线。常见的螺旋面有正螺旋面、斜螺旋面(阿基米德螺旋面)、sincos螺旋面、渐开螺旋面等。

本发明的具体技术构思还有：

为增强对于物料的扰动效果，同时满足扰动的均匀性。优选的技术方案是，搅拌叶浆沿两个旋转双曲面的邻接面呈对称分布，搅拌叶浆外端的旋转体外沿固定有外围叶浆，外围叶浆根部和旋转体装配处的切线与外围叶浆夹角为β，90°＜β＜180°。

为提高搅拌叶浆的强度，使其在旋转并对物料形成扰动时不致因结构强度差或应力过于集中而损坏，优选的技术方案是，搅拌叶浆的断面呈三角形，其顶角为α，0°＜α＜90°。

升降器的主要作用是满足搅拌装置在罐体内的纵向移动，已形成对于罐体内不同层次物料的有效扰动，并使其均匀的混合及反应，其可以采用多种机械结构实现，其中包括但不局限于采用包括液压缸、直线电机、丝杠进给机构等，均不脱离本发明的技术实质，其中优选的技术方案是，所述的升降器包括均布于连接座上且与其纵向导向配合的导向杆，液压缸的固定端与罐体顶部内壁连接且动作端与连接座上部配接，液压缸由设于罐体外部的液压泵站驱动。

为实现对于罐体内物料的加热，优选的技术实现手段是，罐体内壁设有热管，热管的加热进水口及加热出水口与加热器连接。

热管在罐体内的分布应满足加热均匀及便于布置，同时对物料扰动影响较小等要求，优选的技术实现手段是，热管沿罐体内壁呈螺旋线分布。

为便于检测罐体内的压力信号，实现对于反应压力的有效监控，优选的技术实现手段是，还包括一与罐体内腔连通的压力变送器。

为便于实现对于罐体反应的温度、压力等参数的实时检测，同时实现对于各机构的有效控制，优选的技术实现方式是，还包括一控制装置，控制装置与温度传感器、ORP传感器、液压泵站、加热器、压力变送器电连接。

为便于保证罐体内腔中的压力，避免其超压或失压，优选的技术实现手段是，还包括一与罐体内部连通的正负压保护器。

正负压保护器优选的技术实现手段是，正负压保护器包括侧壁自上之下依次开设有透气孔、正压排气孔、负压排气孔的腔体，滑动活塞配合于腔体内壁，滑动活塞内部开设的通气孔内端与罐体连通，通气孔外端与正压排气孔及负压排气孔适配，腔体上部封装有堵头，伸缩弹簧两端分别与堵头下端及滑动活塞顶端连接。

为便于伸缩弹簧的装配，优选的技术实现手段是，所述的伸缩弹簧上端与装配于堵头下端的弹簧座连接。

为便于对正负压保护器的防护，优选的技术实现手段是，所述的腔体外部设有防护罩。

更为优选的技术实现手段是，防护罩通过紧固构件与腔体外壁固定，防护罩包括开设有气孔的保护壳、端盖及防尘网，防尘网设于保护壳内侧，端盖设于保护壳顶部且通过螺母及密封圈与实现密封装配。其中紧固构件包括但不局限于采用销钉、螺栓、螺钉等多种现有紧固构件，均不脱离本发明的技术实质。

申请人需要说明的是：

在本发明的描述中，术语“底面”、“纵向”、“顶端”、“输入”、“输出”、“内壁”、“内端”、“外端”、“两端”、“上端”、“下端”、“外部”、“外壁”、“顶部”、“内侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为验证本发明中搅拌装置的技术效果，申请人进行了如下试验：

通过实验看出，本发明的搅拌装置在运行过程中形成的上部搅拌区域、中部交错区域、下部搅拌区域，在液压缸驱动下上下行进，搅拌无死角、破碎混合性能好、重心集中，结构受力小，运行稳定性好。

本发明所具备的实质性特点及取得的显著技术进步在于：

1、本发明有效实现了在预设高度范围内充分搅拌罐体混合物料的功能，避免了上层与底部物料含固量不一致的弊端，消除了上层物料板结现象；搅拌叶浆形成的曲面，最大程度减少了水损，罐体内流态沿轴向、径向形成强有力的回流搅拌，另外，上部搅拌与下部搅拌区域同时进行对于搅拌叶浆的水力学受力更加平衡，运行更加稳定。上部的回流搅拌迫使顶部板结不复存在，底部的回流搅拌避免底部沉积，物料混合不均情形的产生。

2、由于本发明采用在升降器驱动下的搅拌装置，促使物料在罐体内形成连续的搅动流，且以搅拌叶浆的上下中心为界形成上下分明的混合流态，在搅拌装置的升降过程中，上下层的物料在交错区域得到二次混合。四曲线搅拌叶浆上设置的外围叶片促使物料在横向产能流动动能。

3、搅拌叶浆设计为在旋转体上采用螺旋面分布的结构设计，罐体内物料混合物流态分为三种状态：上部搅拌区域、交错区域、底部搅拌区域三个部分，三个区域在液压升降的作用下不断发生改变，促使物料进一步混合。

4、系统设置的进出料，参数检测、加热、液压控制等结合控制装置实现了系统的自动运行；系统所产沼气经过净化处理后一部分可用于加热器加热罐体、干化机干化物料，一部分接入燃气管网，有效实现循环利用。

5、正负压保护器设计为一种干型活塞式保护，根据罐体内压力的变化迫使伸缩弹簧压缩和拉伸带动活塞的上升下降，从而达到降低和增加罐体内的压力的目的。

6、正负压保护器结构精巧，安装方便，安装方式可为快装式也可为法兰等方式。借助活塞式滑动结构，促使在压力变化条件下罐体内外连通达到降压、增压、稳压的效果。该保护器破除了常规加水密封的缺点，运行稳定，可加设压力表等参照判断罐体压力的变化。

7、伸缩弹簧的形变量与罐体内压力成正比，根据正负压差有效匹配伸缩弹簧的变形量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的搅拌装置的结构示意图。

图3是图2的A-A向视图。

图4是图3的B-B向视图。

图5是图3的II部局部放大图。

图6是本发明的控制原理图。

图7是本发明中的正负压保护器的结构示意图。

附图中的附图标记如下：

1、罐体；2、观察口；3、正负压保护器；3a、端盖；3b、密封圈；3c、保护壳；3d、防尘网；3e、弹簧座；3f、伸缩弹簧；3g、滑动活塞；3h、螺母；3i、堵头；3j、透气孔；3k、正压排气孔；3l、通气孔；3m、负压排气孔；3n、腔体；4、产气口；5、进料口；6、温度传感器；7、ORP传感器；8、加热进水口；9、加热出水口；10、人孔；11、出料口；12、压力变送器；13、搅拌装置；13a、液压缸；13b、导向杆；13c、连接座；13d、转动电机；13e、旋转体；13f、搅拌叶浆；13h、外围叶浆；14、热管；16、液压泵站；17、控制装置；18、加热器。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

本实施例的整体结构如图示，其中包括罐体1、进料装置、气体处理装置、搅拌装置，罐体1上开设有进料口5、观察口2、出料口11、产气口4、人孔10，罐体1上设有与其内部连通的温度传感器6及ORP传感器7，搅拌装置13的动作执行端设于罐体1内；搅拌装置包括由两个底面贴合的旋转双曲面组成的旋转体13e，搅拌叶浆13f在两个旋转双曲面表面呈旋向相同的螺旋面分布，旋转体13e的中轴顶部连接转动电机13d的动力输出，转动电机13d通过连接座13c 与罐体1内壁连接，连接座13c通过升降器与罐体1顶部内壁连接。

搅拌叶浆13f沿两个旋转双曲面的邻接面呈对称分布，搅拌叶浆13f外端的旋转体13e外沿固定有外围叶浆13h，外围叶浆13h根部和旋转体13e装配处的切线与外围叶浆13h夹角为β，90°＜β＜180°。

搅拌叶浆13f的断面呈三角形，其顶角为α，0°＜α＜90°。

所述的升降器包括均布于连接座13c上且与其纵向导向配合的导向杆 13b，液压缸13a的固定端与罐体1顶部内壁连接且动作端与连接座13c上部配接，液压缸13a由设于罐体1外部的液压泵站16驱动。

罐体1内壁设有热管14，热管14的加热进水口8及加热出水口9与加热器18连接。

热管14沿罐体1内壁呈螺旋线分布。

还包括一与罐体1内腔连通的压力变送器12。

还包括一控制装置17，控制装置17与温度传感器6、ORP传感器7、液压泵站16、加热器18、压力变送器12电连接。

为便于保证罐体内腔中的压力，避免其超压或失压，优选的技术实现手段是，还包括一与罐体1内部连通的正负压保护器3。正负压保护器3包括侧壁自上之下依次开设有透气孔3j、正压排气孔3k、负压排气孔3m的腔体3n，滑动活塞3g配合于腔体3n内壁，滑动活塞3g内部开设的通气孔3l内端与罐体1连通，通气孔3l外端与正压排气孔3k及负压排气孔3m适配，腔体3n 上部封装有堵头3i，伸缩弹簧3f两端分别与堵头3i下端及滑动活塞3g顶端连接。

所述的伸缩弹簧3f上端与装配于堵头3i下端的弹簧座3e连接。

所述的腔体3n外部设有防护罩。

防护罩通过紧固构件与腔体3n外壁固定，防护罩包括开设有气孔的保护壳3c、端盖3a及防尘网3d，防尘网3d设于保护壳3c内侧，端盖3a设于保护壳3c顶部且通过螺母3h及密封圈3b与实现密封装配。其中紧固构件包括但不局限于采用销钉、螺栓、螺钉等多种现有紧固构件，均不脱离本发明的技术实质。

Claims (13)

1.改进的厌氧发酵系统，包括罐体(1)、进料装置、气体处理装置、搅拌装置，罐体(1)上开设有进料口(5)、观察口(2)、出料口(11)、产气口(4)、人孔(10)，罐体(1)上设有与其内部连通的温度传感器(6)及ORP传感器(7)，搅拌装置(13)的动作执行端设于罐体(1)内；其特征在于搅拌装置包括由两个底面贴合的旋转双曲面组成的旋转体(13e)，搅拌叶浆(13f)在两个旋转双曲面表面呈旋向相同的螺旋面分布，旋转体(13e)的中轴顶部连接转动电机(13d)的动力输出，转动电机(13d)通过连接座(13c)与罐体(1)内壁连接，连接座(13c)通过升降器与罐体(1)顶部内壁连接。

2.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于搅拌叶浆(13f)沿两个旋转双曲面的邻接面呈对称分布，搅拌叶浆(13f)外端的旋转体(13e)外沿固定有外围叶浆(13h)，外围叶浆(13h)根部和旋转体(13e)装配处的切线与外围叶浆(13h)夹角为β，90°＜β＜180°。

3.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于搅拌叶浆(13f)的断面呈三角形，其顶角为α，0°＜α＜90°。

4.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于所述的升降器包括均布于连接座(13c)上且与其纵向导向配合的导向杆(13b)，液压缸(13a)的固定端与罐体(1)顶部内壁连接且动作端与连接座(13c)上部配接，液压缸(13a)由设于罐体(1)外部的液压泵站(16)驱动。

5.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于罐体(1)内壁设有热管(14)，热管(14)的加热进水口(8)及加热出水口(9)与加热器(18)连接。

6.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于热管(14)沿罐体(1)内壁呈螺旋线分布。

7.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于还包括一与罐体(1)内腔连通的压力变送器(12)。

8.根据权利要求1、4、5、7中任一项所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于还包括一控制装置(17)，控制装置(17)与温度传感器(6)、ORP传感器(7)、液压泵站(16)、加热器(18)、压力变送器(12)电连接。

9.根据权利要求1所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于还包括一与罐体(1)内部连通的正负压保护器(3)。

10.根据权利要求9所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于正负压保护器(3)包括侧壁自上之下依次开设有透气孔(3j)、正压排气孔(3k)、负压排气孔(3m)的腔体(3n)，滑动活塞(3g)配合于腔体(3n)内壁，滑动活塞(3g)内部开设的通气孔(3l)内端与罐体(1)连通，通气孔(3l)外端与正压排气孔(3k)及负压排气孔(3m)适配，腔体(3n)上部封装有堵头(3i)，伸缩弹簧(3f)两端分别与堵头(3i)下端及滑动活塞(3g)顶端连接。

11.根据权利要求10所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于所述的伸缩弹簧(3f)上端与装配于堵头(3i)下端的弹簧座(3e)连接。

12.根据权利要求10所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于所述的腔体(3n)外部设有防护罩。

13.根据权利要求12所述的改进的厌氧发酵系统，其特征在于防护罩通过紧固构件与腔体(3n)外壁固定，防护罩包括开设有气孔的保护壳(3c)、端盖(3a)及防尘网(3d)，防尘网(3d)设于保护壳(3c)内侧，端盖(3a)设于保护壳(3c)顶部且通过螺母(3h)及密封圈(3b)与实现密封装配。