CN111249797B - 一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置。酸液分离罐内的中空纤维膜上下两端分别通过水解酸化液进液管和水解酸化液排液管与产酸发酵罐连通，酸液回收罐的积液瓶分别通过吸收液排液管和吸收液进液管与酸液分离罐顶端与低端相连通，中空纤维膜内的高密度滤网间填充有碳基固体酸，产酸发酵罐内安装有电机驱动的搅拌叶轮，其底端安装有恒温水浴皿。本发明结构简单，能够及时抽取产酸发酵罐内的水解酸化液，促进发酵底物反应；在碳基固体酸的作用下自动调节水解酸化液的酸碱度以达到中空纤维膜分离吸收所需的要求；水解酸化液回流至产酸发酵罐时，因与碳基固体酸分离，其酸碱度显著回升，不会阻碍产酸发酵。
Description
技术领域
本发明创造属于固体废物资源化技术领域，尤其涉及一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置。
背景技术
挥发性脂肪酸是指具有1-6个碳原子碳链的短链脂肪酸，它们具有较强的挥发性。由于其较高的附加值，已被广泛应用于生产可生物降解塑料的原料、废水处理过程中的碳源及生产生物甲烷和生物柴油的底物。传统的用于化工的挥发性脂肪酸主要通过化学合成途径从石化资源中制取，会导致石化资源大量消耗，并造成严重的环境污染和能源危机，而剩余污泥、农林废物、餐厨垃圾、畜禽粪便等可生物降解固体废物作为原料通过厌氧发酵生产挥发性有机酸具有废物能源化和生产方式环境友好等优点。然而从复杂的厌氧消化体系中分离回收有机酸是一重大难题，因此，开发一种分离回收挥发性脂肪酸的装置是非常必要的。
一般情况下，酸分离可以通过膜接触反应器实现，膜接触反应器是一种膜分离系统，该系统结合了化学吸收法和膜分离法，是一种具有前景的气体和挥发性物质的分离回收方法。膜接触反应器常使用的是疏水微滤膜，其过滤动力取决于膜两侧的蒸汽压差。溶解的气体和挥发性物质在蒸汽压的作用下通过疏水膜被吸收液吸收，实现溶解性气体和挥发性物质的分离回收。
目前，产酸发酵过程与酸液分离回收过程一般是分开进行的，存在诸多弊端。一方面，现有装置的产酸发酵过程中由于挥发性脂肪酸的不断积累，使系统pH不断降低，进而影响产酸量和降解量；另一方面，现有的通过膜接触反应器分离回收挥发性脂肪酸的装置需要将完成产酸过程的水解酸化液通过调节pH至更低的酸度值后，才可再利用膜接触反应器进行膜分离回收有机酸，因此，工序繁杂，耗费人力，效率低下。
发明内容
本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，提高了挥发性有机酸生产、分离和回收的效率，减少了人力消耗，达到了增产提效的目的。
本发明创造的技术方案是这样实现的：一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：该回收装置主要由产酸发酵罐1、酸液分离罐2、酸液回收罐3三个模块构成，所述产酸发酵罐1由恒温水浴皿101、螺栓103、螺母106、钢化玻璃罩I102、接口盘I 105与接口盘II 104构成；所述恒温水浴皿101通过螺栓103与接口盘I 105固装，在所述接口盘I 105与恒温水浴皿101之间通过钢化玻璃罩I 102固装，所述接口盘I105与接口盘II 104通过螺栓103相对连接并由螺母106固定，在所述接口盘II 104上固装有酸液分离罐2，所述酸液分离罐2由分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203、分离罐顶盖201、中空纤维膜202构成，所述分离罐底座204下端与接口盘I 105固装，分离罐底座204上端通过钢化玻璃罩II 203与分离罐顶盖201固装，在所述分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203和分离罐顶盖201所密闭围成的空间内安装有中空纤维膜202，中空纤维膜202内固装有多层高密度滤网205，每层高密度滤网205间填充有碳基固体酸，所述高密度滤网205的目数大于200目；酸液回收罐3由积液瓶302和恒温水浴桶301构成，所述恒温水浴桶301内放置有积液瓶302。中空纤维膜202的上端和下端分别通过水解酸化液进液管4和水解酸化液排液管6与产酸发酵罐1连接，所述水解酸化液进液管4上安装有蠕动泵I 5，水解酸化液的上清液可以通过滤网107经由蠕动泵I 5和水解酸化液进液管4以0-0.5m/s的速度进入并通过酸液分离罐2中的中空纤维膜202内部，所述中空纤维膜202工作温度为30-150℃；在分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203和分离罐顶盖201所密闭围成的空间上下分别通过吸收液排液管9和吸收液进液管7与酸液回收罐3中的积液瓶302连接，所述吸收液进液管7上安装有蠕动泵II8。接口盘II 104内安装有电机108，所述电机108的转子与搅拌叶轮109固装，在所述接口盘II 104下方固装有滤网107。
与现有技术相比，本发明创造的优点在于集成挥发性脂肪酸生产、分离和回收于一体：(1)本发明创造将挥发性脂肪酸从产酸体系中分离出来，可以稳定产酸发酵系统中的酸碱度，解除系统中因有机酸积累而减缓降解速率的问题，从而实现固体废物降解总量和有机酸产量进一步提升；(2)水解酸化液在发酵罐中酸碱度最低为pH≈5，利用负载碳基固体酸的中空纤维膜可以自动调节水解酸化液的酸碱度达到挥发性脂肪酸分离吸收所需的酸度，即pH≈2，其降低了水解酸化液进入中空纤维膜所需酸碱度的要求限制，提高了挥发性脂肪酸的分离和回收量；(3)水解酸化液流出中空纤维膜后与碳基固体酸分离，其pH显著回升，回流产酸发酵系统后不对产酸体系产生抑制影响。此外，也实现了节省人工、降低劳动强度的目的。
附图说明
图1是一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置结构示意图；
图2是一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置纵剖面结构示意图；
图3是空纤维膜内部结构剖面示意图。
图中件号说明：
1、产酸发酵罐；101、恒温水浴皿；102、钢化玻璃罩I；103、螺栓；104、接口盘II；105、接口盘I；106、螺母；107、滤网；108、电机；2、酸液分离罐；201、分离罐顶盖；202、中空纤维膜；203、钢化玻璃罩II；204、分离罐底座；205、高密度滤网；3、酸液回收罐；301、恒温水浴桶；302、积液瓶；4、水解酸化液进液管；5、蠕动泵I；6、水解酸化液排液管；7、吸收液进液管；8、蠕动泵II；9、吸收液排液管；10、开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：该回收装置主要由产酸发酵罐1、酸液分离罐2、酸液回收罐3三个模块构成，所述产酸发酵罐1由恒温水浴皿101、螺栓103、螺母106、钢化玻璃罩I 102、接口盘I 105与接口盘II 104构成；所述恒温水浴皿101通过螺栓103与接口盘I 105固装，在所述接口盘I 105与恒温水浴皿101之间通过钢化玻璃罩I 102固装，所述接口盘I 105与接口盘II 104通过螺栓103相对连接并由螺母106固定，在所述接口盘II 104上固装有酸液分离罐2，所述酸液分离罐2由分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203、分离罐顶盖201、中空纤维膜202构成，所述分离罐底座204下端与接口盘I 105固装，分离罐底座204上端通过钢化玻璃罩II 203与分离罐顶盖201固装，在所述分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203和分离罐顶盖201所密闭围成的空间内安装有中空纤维膜202，中空纤维膜202内固装有多层高密度滤网205，每层高密度滤网205间放置有碳基固体酸，所述高密度滤网205的目数大于200目；酸液回收罐3由积液瓶302和恒温水浴桶301构成，所述恒温水浴桶301内放置有积液瓶302。中空纤维膜202的上端和下端分别通过水解酸化液进液管4和水解酸化液排液管6与产酸发酵罐1连接，所述水解酸化液进液管4上安装有蠕动泵I 5，水解酸化液的上清液可以通过滤网107经由蠕动泵I 5和水解酸化液进液管4以0-0.5m/s的速度进入并通过酸液分离罐2中的中空纤维膜202内部，所述中空纤维膜202工作温度为30-150℃；在分离罐底座204、钢化玻璃罩II 203和分离罐顶盖201所密闭围成的空间上下分别通过吸收液排液管9和吸收液进液管7与酸液回收罐3中的积液瓶302连接，所述吸收液进液管7上安装有蠕动泵II 8。接口盘II 104内安装有电机108，所述电机108的转子与搅拌叶轮109固装，在所述接口盘II 104下方固装有滤网107。
在作业使用时，在恒温水浴皿101中加入适量发酵底物并接种相应的发酵微生物，在积液瓶302中加入适量吸收液，将接口盘I 105与接口盘II 104对正通过螺栓103和螺母106紧固使得酸液分离罐2稳固安装在产酸发酵罐1上，确认水解酸化液进液管4、水解酸化液排液管6、吸收液排液管9和吸收液进液管7安装紧固，打开开关10，恒温水浴皿101加热至30-150℃，电机108带动搅拌叶轮109转动，发酵底物经过产酸发酵微生物发酵生产水解酸化液，水解酸化液的上清液可以通过滤网107经由蠕动泵I 5和水解酸化液进液管4以0-0.5m/s的速度进入并通过酸液分离罐2中的中空纤维膜202内部，水解酸化液与中空纤维膜202内的碳基固体酸接触，此时水解酸化液pH降到2左右达到分离的酸度需求，使得挥发性脂肪酸主要以分子形态存在，容易挥发为气态，同时，存放在酸液回收罐3中的吸收液经由蠕动泵II 8和吸收液进液管7进入酸液分离罐2内，回收液在中空纤维膜202的外部，由于中空纤维膜202的超疏水性，气态的挥发性脂肪酸受膜内外蒸汽压差容易通过中空纤维膜202进入吸收液中，吸收液经由吸收液排液管9回到酸液回收罐3，同时，流出中空纤维膜202的水解酸化液由于碳基固体酸无法通过高密度滤网205进而与碳基固体酸分离，此后，水解酸化液的pH回升，经过水解酸化液排液管6回到产酸发酵罐1里继续发酵。
Claims (5)
1.一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：该回收装置主要由产酸发酵罐(1)、酸液分离罐(2)、酸液回收罐(3)三个模块构成，所述产酸发酵罐(1)由恒温水浴皿(101)、螺栓(103)、螺母(106)、钢化玻璃罩I(102)、接口盘I(105)与接口盘II(104)构成；所述恒温水浴皿(101)通过螺栓(103)与接口盘I(105)固装，在所述接口盘I(105)与恒温水浴皿(101)之间通过钢化玻璃罩I(102)固装，所述接口盘I(105)与接口盘II(104)通过螺栓(103)相对连接并由螺母(106)固定，在所述接口盘II(104)上固装有酸液分离罐(2)，所述酸液分离罐(2)由分离罐底座(204)、钢化玻璃罩II(203)、分离罐顶盖(201)、中空纤维膜(202)构成，所述分离罐底座(204)下端与接口盘I(105)固装，分离罐底座(204)上端通过钢化玻璃罩II(203)与分离罐顶盖(201)固装，在所述分离罐底座(204)、钢化玻璃罩II(203)和分离罐顶盖(201)所密闭围成的空间内安装有中空纤维膜(202)，中空纤维膜(202)内固装有多层高密度滤网(205)，每层高密度滤网(205)间放置有碳基固体酸；酸液回收罐(3)由积液瓶(302)和恒温水浴桶(301)构成，所述恒温水浴桶(301)内放置有积液瓶(302)。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：中空纤维膜(202)的上端和下端分别通过水解酸化液进液管(4)和水解酸化液排液管(6)与产酸发酵罐(1)连接，所述水解酸化液进液管(4)上安装有蠕动泵I(5)；在分离罐底座(204)、钢化玻璃罩II(203)和分离罐顶盖(201)所密闭围成的空间上下分别通过吸收液排液管(9)和吸收液进液管(7)与酸液回收罐(3)中的积液瓶(302)连接，所述吸收液进液管(7)上安装有蠕动泵II(8)。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：接口盘II(104)内安装有电机(108)，所述电机(108)的转子与搅拌叶轮(109)固装，在所述接口盘II(104)下方固装有滤网(107)。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：高密度滤网(205)的目数大于200目。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳基固体酸填充中空纤维膜的挥发性脂肪酸回收装置，其特征在于：水解酸化液的上清液可以通过滤网(107)经由蠕动泵I(5)和水解酸化液进液管(4)以0-0.5m/s的速度进入并通过酸液分离罐(2)中的中空纤维膜(202)内部，所述中空纤维膜(202)工作温度为30-150℃。
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