CN109777729B - 一种撬装式高浓度发酵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种撬装式高浓度发酵系统，包括发酵箱，发酵箱内设有喷淋系统和搅拌系统，发酵箱连接有出料系统，出料系统连通固液分离机，固液分离机连通沼液池；喷淋系统包括回流泵，回流泵连接有过滤器，过滤器的出端连通喷淋管道，喷淋管道上设置有若干喷头；搅拌系统包括沿发酵箱的出料方向设置的若干个横向设置的搅拌轴，搅拌轴连接有搅拌机输出轴，搅拌轴上连接有若干个位于发酵箱内的矩形搅拌叶片；所述出料系统包括真空罐和两用气泵。通过本发明能够有效减少搅拌死角，提高搅拌率；且对真空罐吸气和排气的转换稳定可靠，满足工作需求；有效重复利用发酵液，提高厌氧菌的利用率。

Description

一种撬装式高浓度发酵系统

技术领域

本发明涉及发酵系统技术领域，具体涉及一种撬装式高浓度发酵系统。

背景技术

农作物发酵技术现在在农业生产运用得越来越广泛，目前的发酵系统的出料设备大多采用的是负压螺旋挤压出料方式，但是在实际运用中存在以下几点技术问题：由于发酵残余物存在分层，漂浮残渣在负压作用下进入进料口的效率不高；另外受流动性影响，产生负压的范围，即漂浮残渣能被吸进进料口的区域有限，导致该方式出料效率较低；由于出料装置安装在发酵箱体内部，维护维修操作不方便。

除此之外，在发酵系统的沼液回流工艺中，喷头易造成堵塞，清理困难；采用的浆叶搅拌的方式也存在死角，搅拌不均匀，容易结壳等现象。因此急需一种出料效率高、喷头不易堵塞且搅拌范围大的发酵系统，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种撬装式高浓度发酵系统，出料效率高，发酵罐内不结壳。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种撬装式高浓度发酵系统，包括发酵箱，所述发酵箱内设有喷淋系统和搅拌系统，所述发酵箱左右侧的侧壁上分别设置有进料口和出料口，所述出料口连接有出料系统，所述出料系统的排料口连通固液分离机，所述固液分离机的液体排出端连通沼液池；

所述喷淋系统包括设置在沼液池内的回流泵，所述回流泵的出端连接有过滤器，所述过滤器的出端连通位于发酵箱内发酵液上方的喷淋管道，所述喷淋管道上设置有若干喷头，其中所述喷头的过孔直径≥16mm，射流速度≥3m/s，所述过滤器为网式过滤器，其过滤网的规格≥200目；

所述搅拌系统包括从左到右并排设置的多个搅拌机，所述搅拌机的搅拌轴一端转动连接在发酵箱前侧壁上，所述搅拌轴另一端伸出发酵箱后侧壁外连接有与搅拌电机搅拌机的输出轴相连，所述搅拌轴上沿轴线方向设置有若干矩形搅拌叶矩形搅拌叶片，同一个搅拌轴上的相邻的两个矩形搅拌叶片分别位于搅拌轴的相对侧，当矩形搅拌叶片旋转至最高点时，其顶端位于发酵罐内的液面的上方；

所述出料系统包括真空罐和能吹气和吸气的两用气泵，所述两用气泵用于对向真空罐内吸气或排气，所述真空罐内设置有高液位传感器和低液位传感器，所述真空罐的底部的左右两侧分别开设有进料口和排料口，所述进料口设置有第一电动阀，所述排料口设置有第二电动阀，所述进料口与发酵箱的出料口连通，所述排料口连通固液分离机。

喷淋用于通过回流泵将沼液池内的沼液泵至喷淋管道中，再经喷头喷出，以回流回发酵箱内。搅拌系统用于搅拌发酵物，以充分混合，提高发酵效率。交错排列设置的矩形搅拌叶片用于减少死角。真空罐作为出料的中转容器，两用气泵用于形成压力差，从发酵箱内吸入发酵液和发酵物到真空罐中，并从真空罐中排出发酵液和发酵物至固液分离机中。第一电动阀和第二电动阀用于在真空罐内形成统一的发酵液和发酵物运动方向。固液分离机用于分离发酵液和发酵物，沼液池用于收集发酵液。

上述方案中：还包括控制器，所述两用气泵的受控端连接控制器的两用气泵控制端，所述真空罐内设有压力传感器，所述压力传感器的压力数据输出端连接控制器的压力数据接收端，所述第一电动阀的被控端连接控制器的第一电动控制端，用于两用气泵的气体吸入控制，所述第二电动阀的被控端连接控制器的第二电动控制端，用于两用气泵的气体排出控制，所述第一电动阀的阀门状态反馈端连接控制器的第一反馈接收端，所述第二电动阀的阀门状态反馈端连接控制器的第二反馈接收端，所述高液位传感器的高液位数据输出端连接控制器的高液位数据接收端，所述低液位传感器的低液位数据输出端连接控制器的低液位数据接收端，当所述高液位传感器检测到真空罐内的液面高度达到设定的高液位处时，控制器关闭第一电动阀并打开第二电动阀，同时控制两用气泵至向真空罐内排气；当所述低液位传感器检测到真空罐内的液面高度低于设定的低液位处时，控制器关闭第二电动阀并打开第一电动阀，同时控制两用气泵至向真空罐内吸气。通过控制器提高自动化程度，提高设备之间配合的密切度。

上述方案中：所述回流泵的受控端连接控制器的回流控制端，若干所述搅拌机的受控端均连接控制器的搅拌控制端，所述固液分离机的受控端连接控制器的固液分离控制端。

上述方案中：所述搅拌机上均连接有角度检测器，所述角度检测器的角度数据输出端连接控制器的角度数据接收端，通过角度检测器检测搅拌机的旋转角度。

上述方案中：所述搅拌机上均连接有计时模块，所述计时模块的时间数据输出端连接控制器的时间数据接收端，通过计时模块控制搅拌机的工作时间。

上述方案中：所述喷头的射流速度为3-3.6m/s。既能够满足冲击漂浮在发酵液液面上的发酵物料的需求，也能够避免流速过快导致流量过大而不能形成持续的水流。

上述方案中：所述搅拌机为四个。提高搅拌效率，使发酵物料与发酵液充分混合。

上述方案中：所述搅拌轴上设置有四个矩形搅拌叶片。能够对不同位置的发酵物料与发酵液进行搅拌，提高搅拌效率。

上述方案中：所述相邻的两个搅拌机的间隔距离大于矩形搅拌叶片的长度，小于两倍矩形搅拌叶片的长度。相邻的两个搅拌机之间能够形成重合的搅拌范围，提高搅拌效率，进一步避免发酵物料结壳。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：能够提高搅拌效率；矩形搅拌叶片高出液面，随着搅拌机的旋转，矩形搅拌叶片对液面交错打击，破壳效果好，能有效防止发酵物料结壳，提高发酵率；还能通过控制器提高设备之间的关联度，形成高效配合，提高工作效率。

本发明的附加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。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖面图；

图3本发明的控制电路的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示，本发明提供了一种撬装式高浓度发酵系统，包括发酵箱1，发酵箱1内设有喷淋系统和搅拌系统，发酵箱1左右侧的侧壁上分别设置有进口11和出口12，出口12连接有出料系统，出料系统的排料口连通固液分离机3，固液分离机3的液体排出端连通沼液池6。

喷淋系统包括设置在沼液池6内的回流泵22，回流泵22的出端连接有过滤器，过滤器的出端连通位于发酵箱1内发酵液上方的喷淋管道，喷淋管道上设置有若干喷头21，其中喷头21的过孔直径≥16mm，射流速度≥3m/s，优选射流速度为3-3.63.6m/s。过滤器为网式过滤器，其过滤网的规格≥200目，即过滤网的目数在200目以上。

搅拌系统包括从左到右并排设置的四个搅拌机，搅拌机的搅拌轴一端转动连接在发酵箱1前侧壁上，搅拌轴另一端伸出发酵箱1后侧壁外与搅拌电机51的输出轴相连，搅拌轴上沿轴线方向设置有四个矩形搅拌叶片52，同一个搅拌轴上的相邻的两个矩形搅拌叶片52分别位于搅拌轴的相对侧，当矩形搅拌叶片旋转至最高点时，其顶端位于发酵罐内的液面的上方。相邻的两个搅拌机的间隔距离大于矩形搅拌叶片52的长度，小于两倍矩形搅拌叶片52的长度。

出料系统包括真空罐43和能排气和吸气的两用气泵41，两用气泵41用于向真空罐43内吸气或排气，真空罐43内设置有高液位传感器81和低液位传感器82，真空罐43底部的左右两侧分别开设有进料口和排料口，进料口设置有第一电动阀44，排料口设置有第二电动阀42，进料口与发酵箱1的出口12连通，排料口连通固液分离机3。

还包括控制器7，两用气泵41的受控端连接控制器7的两用气泵41控制端，真空罐43内设有压力传感器，压力传感器的压力数据输出端连接控制器7的压力数据接收端，第一电动阀44的被控端连接控制器7的第一电动控制端，用于两用气泵41的气体吸入控制，第二电动阀42的被控端连接控制器7的第二电动控制端，用于两用气泵41的气体排出控制，第一电动阀44的阀门状态反馈端连接控制器7的第一反馈接收端，第二电动阀42的阀门状态反馈端连接控制器7的第二反馈接收端，高液位传感器81的高液位数据输出端连接控制器7的高液位数据接收端，低液位传感器82的低液位数据输出端连接控制器7的低液位数据接收端，当高液位传感器81检测到真空罐43内的液面高度达到设定的高液位处时，控制器7关闭第一电动阀44并打开第二电动阀42，同时控制两用气泵41至向真空罐43内排气；当低液位传感器82检测到真空罐43内的液面高度低于设定的低液位处时，控制器7关闭第二电动阀42并打开第一电动阀44，同时控制两用气泵41至向真空罐43内吸气。

回流泵22的受控端连接控制器7的回流控制端，若干搅拌机51的受控端均连接控制器7的搅拌控制端，固液分离机3的受控端连接控制器7的固液分离控制端。

搅拌机51上均连接有角度检测器54，角度检测器54的角度数据输出端连接控制器7的角度数据接收端，通过角度检测器54检测搅拌机51的旋转角度。

搅拌机上均连接有计时模块53，计时模块53的时间数据输出端连接控制器7的时间数据接收端，通过计时模块53控制搅拌机51的工作时间。

使用时，先打开第一电动阀44并关闭第二电动阀42，再启动两用气泵41，以此实现从发酵箱内抽取发酵液和发酵物至真空罐43内，完成对部分发酵液和发酵物的转移。

当抽取的发酵液和发酵物到达高液位传感器81所在位置时，停止两用气泵41。再关闭第一电动阀44并打开第二电动阀42，再启动两用气泵41向真空罐43内排气，以此实现从真空罐43排出发酵液和发酵物至固液分离机3。通过固液分离机3分离发酵液和发酵物，发酵液经固液分离机3排至沼液池6。经回流泵22压至喷淋管道中并从喷头21喷出，回到发酵箱1内，以实现对发酵液的重复利用，避免厌氧菌的流失。

基于上述方案，进行以下实验测试：

实验1

1)实验材料及设备：PVC管材φ50mm、φ16mm及管件；过滤器2只，进出口DN40；回流泵1台，流量15m³/h，扬程20m，功率1.5kw/380v；计时模块1只；电磁流量计1只，进出口DN40。

2)实验步骤：

①按照上述方案和图安装各设备，将电磁流量计安装在喷淋管道上，注意接头密封可靠；

②连接电源，将计时模块53的参数调节为：工作5min，间隙715min；

③启动回流泵22，记录工作时间，观察喷头21喷射情况，记录电磁流量计累计流量；

④定期清洗过滤器的滤网。

3)结果与分析

实验数据：

分析与结论：

结合上表可知，实验持续了15天，经观察喷头21喷射通畅无堵塞现象，喷头21出口射流速度稳定在3～3.6m/s之间，结合搅拌发酵箱基本无结壳现象。

实验2

1)实验材料：粪污20m³，TS8％--10％，秸秆800kg，TS85％--87％，粒度1～3CM；实验设备：搅拌电机51、矩形搅拌叶52、搅拌轴、发酵箱。

2)试验方法及步骤：

①按图和上述方案安装调试各设备；

②按厌氧发酵工艺规程要求培养厌氧发酵菌群：发酵箱1次进沼液和污泥10m3，约发酵箱总容积的35％，以后每天进粪污1m³，秸秆30kg，保持发酵箱环境温度20℃以上；

③每天搅拌机工作时间早晚各一次，每次工作时长20min；

④连续运行20天以上；

⑤观察发酵箱内发酵物料搅拌均匀性和结壳情况。

3)结果与分析

实验数据：

分析与结论：

结合上表可知，经连续15天的实验，从搅拌后漂浮秸秆分布情况看出，通过矩形交错多轴搅拌机的搅拌，基本能破壳，将浮渣和秸秆搅拌均匀，大部分浮渣从漂浮状态转变成悬浮状态，使秸秆发酵原料与发酵液成分接触，加速发酵过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种撬装式高浓度发酵系统，其特征在于：包括发酵箱（1），所述发酵箱（1）内设有喷淋系统和搅拌系统，所述发酵箱（1）左右侧的侧壁上分别设置有进口（11）和出口（12），所述出口（12）连接有出料系统，所述出料系统的排料口连通固液分离机（3），所述固液分离机（3）的液体排出端连通沼液池（6）；

所述喷淋系统包括设置在沼液池（6）内的回流泵（22），所述回流泵（22）的出端连接有过滤器，所述过滤器的出端连通位于发酵箱（1）内发酵液上方的喷淋管道，所述喷淋管道上设置有若干喷头（21），其中所述喷头（21）的过孔直径≥16mm，射流速度≥3m/s，所述过滤器为网式过滤器，其过滤网的规格≥200目；

所述搅拌系统包括从左到右并排设置的多个搅拌机，所述搅拌机的搅拌轴一端转动连接在发酵箱（1）前侧壁上，所述搅拌轴另一端伸出发酵箱（1）后侧壁外与搅拌机（51）的输出轴相连，所述搅拌轴上沿轴线方向设置有若干矩形搅拌叶片（52），同一个搅拌轴上的相邻的两个矩形搅拌叶片（52）分别位于搅拌轴的相对侧，当矩形搅拌叶片旋转至最高点时，其顶端位于发酵罐内的液面的上方；

所述出料系统包括真空罐（43）和能吹气和吸气的两用气泵（41），所述两用气泵（41）用于向真空罐（43）内吸气或排气，所述真空罐（43）内设置有高液位传感器（81）和低液位传感器（82），所述真空罐（43）底部的左右两侧分别开设有进料口和排料口，所述进料口设置有第一电动阀（44），所述排料口设置有第二电动阀（42），所述进料口与发酵箱（1）的出口（12）连通，所述排料口连通固液分离机（3）；

还包括控制器（7），所述两用气泵（41）的受控端连接控制器（7）的两用气泵（41）控制端，所述真空罐（43）内设有压力传感器，所述压力传感器的压力数据输出端连接控制器（7）的压力数据接收端，所述第一电动阀（44）的被控端连接控制器（7）的第一电动控制端，用于两用气泵（41）的气体吸入控制，所述第二电动阀（42）的被控端连接控制器（7）的第二电动控制端，用于两用气泵（41）的气体排出控制，所述第一电动阀（44）的阀门状态反馈端连接控制器（7）的第一反馈接收端，所述第二电动阀（42）的阀门状态反馈端连接控制器（7）的第二反馈接收端，所述高液位传感器（81）的高液位数据输出端连接控制器（7）的高液位数据接收端，所述低液位传感器（82）的低液位数据输出端连接控制器（7）的低液位数据接收端，当所述高液位传感器（81）检测到真空罐（43）内的液面高度达到设定的高液位处时，控制器（7）关闭第一电动阀（44）并打开第二电动阀（42），同时控制两用气泵（41）至向真空罐（43）内排气；当所述低液位传感器（82）检测到真空罐（43）内的液面高度低于设定的低液位处时，控制器（7）关闭第二电动阀（42）并打开第一电动阀（44），同时控制两用气泵（41）至向真空罐（43）内吸气；

所述回流泵（22）的受控端连接控制器（7）的回流控制端，若干所述搅拌机（51）的受控端均连接控制器（7）的搅拌控制端，所述固液分离机（3）的受控端连接控制器（7）的固液分离控制端；

所述搅拌机（51）上均连接有角度检测器（54），所述角度检测器（54）的角度数据输出端连接控制器（7）的角度数据接收端，通过角度检测器（54）检测搅拌机（51）的旋转角度；

所述搅拌机上均连接有计时模块（53），所述计时模块（53）的时间数据输出端连接控制器（7）的时间数据接收端，通过计时模块（53）控制搅拌机（51）的工作时间；

所述搅拌轴上设置有四个矩形搅拌叶片（52）；

所述相邻的两个搅拌机的间隔距离大于矩形搅拌叶片（52）的长度，小于两倍矩形搅拌叶片（52）的长度。

2.根据权利要求1所述的一种撬装式高浓度发酵系统，其特征在于：所述喷头（21）的射流速度为3m/s-3.6m/s。

3.根据权利要求1所述的一种撬装式高浓度发酵系统，其特征在于：所述搅拌机为四个。

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