CN110791425A - 一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，涉及物料搅拌技术领域，包括：发酵罐、升降搅拌装置和控制器，升降搅拌装置下部设置在搅拌罐内；升降搅拌装置包括驱动装置、搅拌轴、升降机构和搅拌桨，驱动装置固定设置，驱动装置输出端与搅拌轴上端固定连接，升降机构与搅拌轴上部固定连接，用于驱动搅拌轴上下往复运动，搅拌桨固定连接于搅拌轴下部，控制器设置在发酵罐侧壁上，发酵罐和升降搅拌装置均与控制器电连接。本发明克服了机械送风无法提高物料混合效果以及成本高的缺陷，能够提高物料搅拌效果，并且有利于装置内外气体的交换，以促进发酵且有利于节约成本。

Description

一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置
技术领域
本发明涉及物料搅拌技术领域，特别是涉及一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置。
背景技术
好氧、厌氧或好氧-厌氧联合固态发酵是目前利用动植物源性有机物生产发酵饲料、酵素、生物有机肥等的主要技术手段，为提高微生物的发酵效率、保证发酵产物的质量和安全性，发酵过程一般在条件可控的发酵装置中进行。固态发酵基质的物化特性决定了物料颗粒的混合程度以及物料颗粒和微生物、气体之间的传质效率是制约整个固态发酵过程的关键要素，生产中常通过在发酵装置上设置机械搅拌来改善物料颗粒的混合度，并在好氧发酵过程中增加机械送风来提高物料的含氧量，以加快发酵进程。当前国内外无论是立式、卧式或柜式固态发酵装置采用的都是水平搅拌，罐体内周边和中心以及上部和下部物料无法真正实现交换混合，好氧发酵时富氧气体也无法进入物料内部和下部，发酵效率与液态发酵相比差别巨大。同时，机械送风虽然提高了表层物料的好氧发酵效率，但也显著增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高物料搅拌效果，并且有利于装置内外气体的交换，以促进发酵且有利于节约成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，包括发酵罐、升降搅拌装置和控制器，所述升降搅拌装置下部设置在所述搅拌罐内；所述升降搅拌装置包括驱动装置、搅拌轴、升降机构和搅拌桨，所述驱动装置固定设置，所述驱动装置输出端与所述搅拌轴上端固定连接，所述升降机构与所述搅拌轴上部固定连接，用于驱动所述搅拌轴上下往复运动，所述搅拌桨固定连接于所述搅拌轴下部，所述控制器设置在所述发酵罐侧壁上，所述发酵罐和所述升降搅拌装置均与所述控制器电连接。
优选的，所述驱动装置包括动力支架、电机和变速机构，所述动力支架下端固定连接于所述发酵罐顶部，所述电机和所述变速机构均固定设置在所述动力支架上，所述电机输出端与所述变速机构输入端固定连接，所述变速机构输出端通过联轴器与所述搅拌轴上端固定连接，所述电机与所述控制器电连接。
优选的，所述升降机构包括升降驱动装置、升降轴、上升降座、下升降座和连接套，所述升降驱动装置固定设置，且所述升降驱动装置与所述控制器电连接，所述搅拌轴上部穿过所述上升降座和所述下升降座，所述上升降座和所述下升降座在竖直方向上间隔固定连接于所述连接套内壁，所述上升降座上方和所述下升降座下方均设置有轴承，所述下升降座底部与所述动力支架固定连接，所述升降驱动装置输出端与所述升降轴一端固定连接，所述连接套上开设有升降槽，所述升降轴穿过所述升降槽，所述升降轴另一端与所述搅拌轴转动连接，且所述升降轴用于驱动所述搅拌轴在所述间隔内竖直方向上往复运动。
优选的，所述搅拌罐包括罐体和加热装置，所述罐体包括内层和外层，所述加热装置固定设置在所述内层与所述外层之间，所述加热装置与所述控制器电连接。
优选的，所述内层为不锈钢内层，所述外层为塑料层。
优选的，所述罐体底部所述内层与所述外层之间设置有水浴夹层，所述加热装置设置在所述水浴夹层内，所述水浴夹层的上部和下部分别设置有注水口和排水口。
优选的，所述搅拌桨包括桨毂、多个桨叶和连接板，所述桨毂上端固定连接于所述搅拌轴下端，多个所述桨叶间隔固定连接于所述桨毂上，每个所述桨叶一端均固定连接于所述桨毂上，位于所述桨毂一侧的多个所述桨叶另一端通过所述连接板连接。
优选的，所述罐体底部设置有支撑脚，所述罐体侧壁固定设置有工作梯。
优选的，所述罐体顶部设置有进料口、发酵剂投入口和单向排气口，所述罐体下部设置有出料口，所述进料口上设置有物料盖，所述物料盖上设置有通气口。
优选的，所述罐体内部固定设置有含氧量传感器和温度传感器，所述含氧量传感器和所述温度传感器均与所述控制器电连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，包括发酵罐和升降搅拌装置，升降搅拌装置下部设置在发酵罐内，升降搅拌装置的升降机构能够使搅拌轴和搅拌桨在搅拌物料的同时在上下方向上往复运动，从而带动物料和发酵罐内的空气在上下方向上充分流动，使物料充分混合，同时有利于发酵罐内空气抽排，以促进发酵并且有利于节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置整体结构示意图；
图2为本发明提供的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置的升降搅拌装置结构示意图；
图3为本发明提供的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置的搅拌罐结构示意图；
其中：1-动力支架，2-电机，3-变速机构，4-升降搅拌装置，41-轴承，42-连接套，43-下升降座，44-密封圈，45-上升降座，46-升降轴，47-搅拌轴，48-桨毂，49-桨叶，410-连接板，5-发酵罐，51-发酵剂投入口，52-单向排气口，53-罐体，54-物料盖，55-通气口，56-进料口，57-加热装置，58-注水口，59-出料口，510-排水口，6-工作梯，7-控制器，8-支撑脚。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，以解决现有技术存在的问题，能够提高物料搅拌效果，并且有利于装置内外气体的交换，以促进发酵并且有利于节约成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～3所示：本实施例提供了一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，包括发酵罐5、升降搅拌装置4和控制器7，升降搅拌装置4下部设置在搅拌罐内；升降搅拌装置4包括驱动装置、搅拌轴47、升降机构和搅拌桨，驱动装置固定设置，驱动装置输出端与搅拌轴47上端固定连接，升降机构与搅拌轴47上部固定连接，用于驱动搅拌轴47上下往复运动，使搅拌桨在搅拌的同时能够在发酵罐5内进行上下往复运动，以带动发酵罐5内物料和空气上下运动，这样设置，不仅能够提高搅拌效果，而且能够加快发酵罐5内气体的抽排，促进发酵并且相比现有的机械通气的技术方案有利于节约成本；搅拌桨固定连接于搅拌轴47下部，控制器7设置在发酵罐5侧壁上，发酵罐5和升降搅拌装置4均与控制器7电连接。
驱动装置包括动力支架1、电机2和变速机构3，动力支架1下端固定连接于发酵罐5顶部，电机2和变速机构3均固定设置在动力支架1上，电机2输出端与变速机构3输入端固定连接，变速机构3输出端通过联轴器与搅拌轴47上端固定连接，电机2与控制器7电连接，控制器7用于控制电机2开启与否以及电机2转速。
升降机构包括升降驱动装置、升降轴46、上升降座45、下升降座43和连接套42，升降驱动装置固定设置，升降驱动装置与控制器7电连接，且升降驱动装置采用现有技术中广泛使用的升降驱动装置，用于控制升降驱动装置开启与否，搅拌轴47上部穿过上升降座45和下升降座43，上升降座45和下升降座43在竖直方向上间隔固定连接于连接套42内壁，连接套42用于支撑上升降座45，上升降座45上方和下升降座43下方均设置有轴承41，轴承41用于限制上升降座45和下升降座43在搅拌轴47上的相对位置，密封圈44位于搅拌轴47和轴承41之间，用于把搅拌轴47和其工作环境隔离开来，防止搅拌介质进入轴承41而将其磨损甚至卡死，下升降座43底部与动力支架1固定连接，用于防止下升降座43随搅拌轴47发生转动，升降驱动装置输出端与升降轴46一端固定连接，连接套42上开设有升降槽，升降轴46穿过升降槽，升降轴46另一端与搅拌轴47转动连接，且升降轴46用于驱动搅拌轴47在间隔内竖直方向上往复运动，从而实现搅拌桨在搅拌的同时能够在上下方向上往复运动，进而带动发酵罐5内的空气充分流动，实现发酵罐5内空气的抽排。
搅拌罐包括罐体53和加热装置57，罐体53包括内层和外层，加热装置57固定设置在内层与外层之间，加热装置57与控制器7电连接，控制器7用于控制加热装置57开启与否。
内层为不锈钢内层，为承力内层；外层为塑料层，用于保温，进而有利于节能。
罐体53底部内层与外层之间设置有水浴夹层，加热装置57设置在水浴夹层内，其中，加热装置57为现有的发酵罐5广泛采用的加热装置57，水浴夹层的上部和下部分别设置有注水口58和排水口510。
搅拌桨包括桨毂48、多个桨叶49和连接板410，桨毂48上端固定连接于搅拌轴47下端，多个桨叶49间隔固定连接于桨毂48上，每个桨叶49一端均固定连接于桨毂48上，位于桨毂48一侧的多个桨叶49另一端通过连接板410连接，这样设置，能够均衡上部的桨叶49和下部的桨叶49之间在升降过程中产生的升降力。
罐体53底部设置有支撑脚8，罐体53侧壁固定设置有工作梯6。
罐体53顶部设置有进料口56、发酵剂投入口51和单向排气口52，分别用于进料、投放发酵剂和向罐体53外排出气体，罐体53下部设置有出料口59，用于排除废料，进料口56上设置有物料盖54，物料盖54上设置有通气口55。
罐体53内部固定设置有含氧量传感器和温度传感器，含氧量传感器和温度传感器均与控制器7电连接，含氧量传感器监测罐体53内含氧量，并将监测值发送给控制器7，控制器7根据含氧量传感器的监测值控制升降驱动装置开启与否；温度传感器用于监测罐体53内温度，并将监测值输送给控制器7，控制器7根据监测值控制加热装置57开启与否。
本发明可应用到下列几种发酵过程中：
1、好氧发酵时，发酵物料由进料口56投入发酵罐内，同时启动搅拌系统，物料达到装料系数7.0时停止进料，关闭物料盖54，打开通气口55，关闭单向排气口52，通过控制系统7调节和设置搅拌速度、发酵温度和发酵时限到设定值，通过发酵剂投入口51接入发酵菌剂或投入酶制剂，发酵达到设定时限，发酵产物经由出料口59排出。气温低于20℃时，在投料前先期启动加热装置57，使罐内温度达到指定值，再行投料。根据产品种类和性质以及贮存时间，发酵产物可直接使用，也可采用普通包(罐)装或真空包(罐)装的方式包(罐)装，真空包(灌)装可以有效延长产品的贮存时间。
好氧发酵过程中，桨叶49水平搅拌与升降运动相结合，除可以使物料得到充分混合外，当搅拌桨下降时，物料下沉，罐体上部空间变大，产生抽吸作用，外部空气通过装有空气过滤管的通气口55被吸入罐内，搅拌桨49上升时，物料抬升，罐体上部空间变小，罐内气体经由通气口排出罐体，从而在不设置专用通气设备的情况下，完成罐体内外的气体交换。进入罐体内的富氧空气随搅拌桨带动的物料的交融混合，均匀进入物料内部，为发酵过程提供充足的氧气供应，而排出罐体外的气体则可以带走大量发酵过程中产生的水汽，有效降低发酵产物的含水量。这种物料搅拌耦合气体交换的发酵方式可极大地强化搅拌过程，改善物料内部的氧气含量，有效提高好氧发酵速率，提升发酵产品的质量，同时还可以大幅降低好氧发酵成本。
2、厌氧发酵时，发酵物料由进料口56投入发酵罐内，同时启动搅拌系统，物料达到装料系数7.5时停止进料，关闭物料盖及通气口55，打开单向排气口52，通过控制系统7调节和设置搅拌速度、发酵温度和发酵时限到设定值，通过发酵剂投入口51接入发酵菌剂或投入酶制剂，发酵达到设定时限，发酵产物经由出料口59排出。气温低于20℃时，在投料前先期启动加热系统57，使罐内温度达到指定值，再行投料。根据产品种类和性质以及贮存时间，发酵产物可直接使用，也可采用普通包(罐)装或真空包(罐)装的方式包(罐)装，真空包(灌)装可以有效延长产品的贮存时间。
厌氧发酵过程中，搅拌桨49水平搅拌与升降运动相结合，可以使物料得到充分混合，但由于通气口55被关闭，并不能进行内外气体交换，外部富氧空气不能进入罐体，这样可以维持罐体内的厌氧状态。当内部气体累积到内部气压略高于外部气压时，内部气体就通过单向排气口52，向外排出，以保持罐体内外气压平衡。罐内气体通过单向排气口52向外排放时，可带走了发酵过程中产生的大量水汽，有效降低发酵产物的含水量。
3、对于那些以结构性碳水化合物为主难以降解的物料，在本发明装置内，采用先好氧后厌氧的好氧-厌氧联合发酵方式，可大大改善产品的可消化性或有效性，达到单一发酵方式无法达到的效果。
好氧-厌氧联合发酵时，先进行好氧发酵然后进行厌氧发酵。好氧发酵启动操作与实施例相同。好氧发酵达到设定时限，即关闭通气口55，开启单向排气口52，同时按厌氧发酵工艺要求调整和设定搅拌速度、发酵温度、发酵时间等发酵参数，启动厌氧发酵过程。待罐内含氧量下降到稳定数值时，从发酵剂投入口51接入厌氧发酵菌剂或投入相关厌氧发酵酶制剂。达到厌氧发酵时限，出料包装，后续过程与厌氧发酵相同。
好氧发酵向厌氧发酵的转化开始于通气口55关闭之时，通气口55关闭导致罐体内外气体交换终止，富氧空气不再进入罐内，罐内剩余氧气很快被好氧微生物耗尽，后者进入消亡或休眠状态，此时接入厌氧发酵微生物制剂或投入厌氧发酵酶制剂，可最大限度推动厌氧发酵过程。
4、某些具有特殊要求的发酵产品可能需要采用先厌氧后好氧的发酵方式进行生产，利用本发明装置可方便地满足这种生产工艺。
厌氧-好氧联合发酵时，先进行厌氧发酵后再进行好氧发酵。厌氧发酵启动与运行过程和实施例2相同。厌氧发酵达到设定时限，即行关闭单向排气口52，打开通气口55，当罐内氧气含量上升到稳定数值后，及时通过发酵剂投入口51接入好氧发酵微生物制剂或好氧发酵酶制剂，从而推动物料由厌氧发酵转入好氧发酵。厌氧-好氧联合发酵的后续发酵过程与好氧发酵相同。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：包括发酵罐、升降搅拌装置和控制器，所述升降搅拌装置下部设置在所述搅拌罐内；所述升降搅拌装置包括驱动装置、搅拌轴、升降机构和搅拌桨，所述驱动装置固定设置，所述驱动装置输出端与所述搅拌轴上端固定连接，所述升降机构与所述搅拌轴上部固定连接，用于驱动所述搅拌轴上下往复运动，所述搅拌桨固定连接于所述搅拌轴下部，所述控制器设置在所述发酵罐侧壁上，所述发酵罐和所述升降搅拌装置均与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述驱动装置包括动力支架、电机和变速机构，所述动力支架下端固定连接于所述发酵罐顶部，所述电机和所述变速机构均固定设置在所述动力支架上，所述电机输出端与所述变速机构输入端固定连接，所述变速机构输出端通过联轴器与所述搅拌轴上端固定连接，所述电机与所述控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述升降机构包括升降驱动装置、升降轴、上升降座、下升降座和连接套，所述升降驱动装置固定设置，且所述升降驱动装置与所述控制器电连接，所述搅拌轴上部穿过所述上升降座和所述下升降座，所述上升降座和所述下升降座在竖直方向上间隔固定连接于所述连接套内壁，所述上升降座上方和所述下升降座下方均设置有轴承，所述下升降座底部与所述动力支架固定连接，所述升降驱动装置输出端与所述升降轴一端固定连接，所述连接套上开设有升降槽，所述升降轴穿过所述升降槽，所述升降轴另一端与所述搅拌轴转动连接，且所述升降轴用于驱动所述搅拌轴在所述间隔内竖直方向上往复运动。
4.根据权利要求1所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述搅拌罐包括罐体和加热装置，所述罐体包括内层和外层，所述加热装置固定设置在所述内层与所述外层之间，所述加热装置与所述控制器电连接。
5.根据权利要求4所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述内层为不锈钢内层，所述外层为塑料层。
6.根据权利要求4所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述罐体底部所述内层与所述外层之间设置有水浴夹层，所述加热装置设置在所述水浴夹层内，所述水浴夹层的上部和下部分别设置有注水口和排水口。
7.根据权利要求1所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述搅拌桨包括桨毂、多个桨叶和连接板，所述桨毂上端固定连接于所述搅拌轴下端，多个所述桨叶间隔固定连接于所述桨毂上，每个所述桨叶一端均固定连接于所述桨毂上，位于所述桨毂一侧的多个所述桨叶另一端通过所述连接板连接。
8.根据权利要求4所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述罐体底部设置有支撑脚，所述罐体侧壁固定设置有工作梯。
9.根据权利要求4所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述罐体顶部设置有进料口、发酵剂投入口和单向排气口，罐体下部设置有出料口，所述进料口上设置有物料盖，所述物料盖上设置有通气口。
10.根据权利要求4所述的物料搅拌耦合气体交换的固态发酵装置，其特征在于：所述罐体内部固定设置有含氧量传感器和温度传感器，所述含氧量传感器和所述温度传感器均与所述控制器电连接。
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