CN113308345A - 一种生化发酵制氢设备用提纯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生化发酵制氢技术领域，且公开了一种生化发酵制氢设备用提纯装置，包括破碎装置和发酵室，所述发酵室设于破碎装置的下方且与破碎装置的出料口连通，所述发酵室的顶部设有纯化室和酸碱储存盒，所述纯化室的内腔中安装有进气管且进气管的外端穿过发酵室延伸至发酵室的内腔。本发明通过控制器控制滚珠丝杠启动，于是抽取装置贴着透明隔层移动并且将堆积在透明隔层上的沉淀和纯化室中部分浓度较低的氢氧化钙悬浊液抽出，而注液管又会对纯化室中氢氧化钙悬浊液液进行补充，令纯化室中的氢氧化钙悬浊液浓度始终保持在一定的浓度范围之内，即可保证二氧化碳的脱除效率，也可以确保碱液使用程度。

Description

一种生化发酵制氢设备用提纯装置
技术领域
本发明属于生化发酵制氢技术领域，具体为一种生化发酵制氢设备用提纯装置。
背景技术
随着时代发展，人们对美好环境的实际需求以及对绿水青山的渴望越来越强烈，促使对垃圾的环保型处理的长足发展，在人们日常生活中产生的垃圾中，尤其以厨余垃圾占有相当大一部分比例，这部分垃圾在经过生化发酵的处理之后，可以产生氢气，用这类垃圾作为制备氢气的原料，既实现了对垃圾的环保型处理，也实现了资源的再生利用。
现有的通过垃圾制备氢气主要有厌氧发酵和富氧发酵两种方式，本发明利用厌氧发酵实现对氢气的制取，厌氧发酵主要是通过微生物对厨余垃圾中纤维素和葡萄糖进行降解，生产乙酸、二氧化碳、氢气和水，通过对二氧化碳和氢气的混合气体收集并进行提纯，实现对氢气的制取，但是现有的氢气制取后提纯，是通过将氢气通入到脱硫塔中进行，利用碱液喷淋方式对二氧化碳进行中和去除，这种方式对碱液的消耗量非常大，并且喷淋后的碱液其含碱浓度也相对较高，为了避免浪费，后续需要对其进行重新收集，工序繁琐，因此需要设计一种新的脱二氧化碳方式，既可以保证二氧化碳脱除效率，也可以保证碱液消耗充分利用。
并且通过对发酵室进行新的设计，令发酵室可以提供一个更合适的发酵环境，有利于提高发酵效率，缩短发酵时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生化发酵制氢设备用提纯装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生化发酵制氢设备用提纯装置，包括破碎装置和发酵室，所述发酵室设于破碎装置的下方且与破碎装置的出料口连通，所述发酵室的顶部设有纯化室和酸碱储存盒，所述纯化室的内腔中安装有进气管且进气管的外端穿过发酵室延伸至发酵室的内腔，所述进气管的表面下侧连通有细化筒且细化筒插入到纯化室的氢氧化钙溶液中，所述纯化室的内腔下方设有透明隔层，所述透明隔层和纯化室的内腔底面之间设有光敏传感器，所述纯化室的内腔中设有滚珠丝杠和抽取装置且滚珠丝杠和抽取装置传动连接，所述纯化室的顶部和后部分别固定连通有排气管和注液管，所述纯化室的侧面固定安装有连通管且连通管与位于抽取装置内部的抽吸管固定连通,所述纯化室内腔的顶部固定安装有灯管。
优选的，所述发酵室的内腔两侧和中部分别设有侧输送绞龙和中部输送绞龙，所述发酵室的内腔还设有两块控温隔板将中部输送绞龙和侧输送绞龙隔开，所述控温隔板的内部设有电加热管，所述中部输送绞龙和侧输送绞龙和设于发酵室外部的链轮机构传动连接，所述发酵室内腔的两端内壁均固定安装有PH值检测仪。
优选的，所述破碎装置还包括破碎辊和出料口，所述出料口设于破碎辊的底部，所述破碎筒的圆周外侧与破碎辊的圆形内壁之间形成夹缝，所述破碎辊固定安装于生化发酵制氢设备的顶部，破碎筒和破碎辊之间的宽度在1-1.5mm范围之内，厨余垃圾从破碎装置的顶部投料口进入，经过破碎辊转动时对其与内壁之间的的研磨而将厨余垃圾磨碎成粒径为1-1.5mm的碎料，通过缝隙后的碎料到达出料口并进入到发酵室中。
优选的，所述抽取装置包括外壳和两个铲块，所述外壳的底面与透明隔层的表面相贴合，两个所述铲块分别设置于外壳的两开口侧且铲块的斜面朝向外壳外侧，所述抽吸管位于两个铲块之间且其表面开设有一列朝上的圆形孔，所述外壳通过顶部的连接件与滚珠丝杠传动连接，抽取装置通过滚珠丝杠带动可以在纯化室的内腔底部移动，从而将纯化室底部的沉淀沿着铲块的斜面铲起，并通过外壳的开口进入，而抽吸管可将碳酸钙沉淀通过抽吸管的小孔抽走，并顺着连通管排出。
优选的，所述连通管在纯化室上的安装位置位于纯化室的中部，所述连通管分为位于纯化室内部和位于纯化室外部的两个部分，所述连通管位于纯化室内部的部分为软管，所述连通管位于纯化室外部的部分为硬管，抽取装置在纯化室的内腔中处于移动状态，故而与抽取装置连接的连通管需要水抽取装置的移动发生形变和位移，设置软管可以顺利达到这一目的，外部设置硬管是为了方便管道的连接的拆除。
优选的，所述进气管共设置有九根，所述细化筒的底面开设有圆形小孔且小孔与细化筒和进气管的内腔连通，发酵室经过发酵产生的气体通过顺着进气管并最终经过细化筒底部的小孔被排到纯化室内部的氢氧化钙悬浊液中，细化筒底部小孔的孔径在零点五毫米左右，且由于进气管的内部为正压，所以氢氧化钙悬浊液无法通过小孔进入到细化筒中，而从细化筒底部小孔被排出到悬浊液中的气体则非常细密。
优选的，所述外壳的底面设置有一层橡胶垫，此处橡胶垫的作用主要有两个，一来是为了避免外壳与透明隔层硬接触导致透明隔层表面产生划痕，而来是为了让橡胶垫在透明隔层表面移动时，可以将碳酸钙沉淀干净的抹除。
优选的，两块所述控温隔板将发酵室内腔隔成两侧和中部共三个部分，所述发酵室的三部分内腔在各自的两端彼此连通，发酵室的三部分内腔没有被完全隔开，在两端分别设置连通位置是为了让发酵室内部的厨余垃圾可以在三个不同的内腔中流通，且位于控温隔板内部的电加热管可对三部分内腔中的厨余垃圾进行加热，随着中部输送绞龙和侧输送绞龙的搅拌输送，从而将热量均匀的散布到厨余垃圾上。
优选的，所述侧输送绞龙设置于发酵室的两侧内腔中，所述中部输送绞龙设置于发酵室的中部内腔中，所述中部输送绞龙和侧输送绞龙的螺旋方向相反，如图所示，中部输送绞龙将内部的厨余垃圾输送到发酵室内腔的一端后，厨余垃圾会进入到发酵室的两侧内腔中，然后再随着设置于两侧内腔中的侧输送绞龙被输送到发酵室内腔的另一端，又重新进入到发酵室的中部内腔中，如此循环往复，不断拌料。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过将发酵室内产生的混合气体通入到纯化室的氢氧化钙悬浊液中，将混合气体中的二氧化碳去除并析出碳酸钙沉淀，沉淀会逐渐堆积直至大幅降低透明隔层的透光性，于是位于透明隔层下方的光敏传感器会由于光照强度不够而向控制器发出信号，控制器控制滚珠丝杠启动，于是抽取装置贴着透明隔层移动并且将堆积在透明隔层上的沉淀和纯化室中部分浓度较低的氢氧化钙悬浊液抽出，而注液管又会对纯化室中氢氧化钙悬浊液液进行补充，令纯化室中的氢氧化钙悬浊液浓度始终保持在一定的浓度范围之内，即可保证二氧化碳的脱除效率，也可以确保碱液使用程度。
2、本发明通过在发酵室中设置中部输送绞龙和侧输送绞龙，可以完成对厨余垃圾的输送搅拌，并且在由于设置了控温隔板将发酵室的内腔隔成三个部分，且中部输送绞龙和侧输送绞龙的螺旋方向不同，于是厨余垃圾会被顺着三部分内腔进行循环输送搅拌，提高厨余垃圾与发酵菌落的混合程度，通过设置于控温隔板中的电加热管对厨余垃圾进行恒温维持，且通过PH值检测仪和酸碱储存盒的配合，对发酵环境中的PH进行调控，为生化发酵提供最合适的发酵条件，提高发酵速率，缩短发酵工时。
3、本发明通过破碎装置中的破碎筒和破碎辊圆弧形内壁的配合，将放入的厨余垃圾进行破碎研磨，且由于破碎筒的弧形内壁与破碎筒之间为同心圆，致使破碎筒的内壁和破碎辊之间可以保持较长的弧形夹缝，有利于对厨余垃圾的充分研磨破碎，被细化的厨余垃圾有利于和发酵菌落之间保持较大的接触面积，从而提高发了酵效率和程度。
附图说明
图1为本发明的整体布局示意图；
图2为本发明破碎装置的剖视图；
图3为本发明纯化室的外部示意图；
图4为本发明纯化室的内部示意图；
图5为本发明纯化室的内部结构侧视图；
图6为本发明抽取装置的内部结构剖视图；
图7为本发明抽吸管结构示意图；
图8为本发明进气管和细化筒的结构示意图；
图9为本发明发酵室的内部结构俯视图；
图10为本发明控温隔板的局部剖视图。
图中：1、破碎装置；101、破碎筒；102、破碎辊；103、出料口；2、发酵室；3、链轮机构；4、中部输送绞龙；5、侧输送绞龙；6、控温隔板；61、电加热管；7、PH值检测仪；8、纯化室；9、进气管；91、细化筒；10、滚珠丝杠；11、抽取装置；111、外壳；112、铲块；113、抽吸管；12、连通管；13、注液管；14、排气管；15、酸碱储存盒；16、透明隔层；17、光敏传感器；18、灯管。
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做出创造性劳动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。
如图1至图10所示，本发明实施例中，一种生化发酵制氢设备用提纯装置，包括破碎装置1和发酵室2，发酵室2设于破碎装置1的下方且与破碎装置1的出料口103连通，发酵室2的顶部设有纯化室8和酸碱储存盒15，纯化室8的内腔中安装有进气管9且进气管9的外端穿过发酵室2延伸至发酵室2的内腔，进气管9的表面下侧连通有细化筒91且细化筒91插入到纯化室8的氢氧化钙溶液中，纯化室8的内腔下方设有透明隔层16，透明隔层16和纯化室8的内腔底面之间设有光敏传感器17，纯化室8的内腔中设有滚珠丝杠10和抽取装置11且滚珠丝杠10和抽取装置11传动连接，纯化室8的顶部和后部分别固定连通有排气管14和注液管13，纯化室8的侧面固定安装有连通管12且连通管12与位于抽取装置11内部的抽吸管113固定连通,纯化室8内腔的顶部固定安装有灯管18。
其中，发酵室2的内腔两侧和中部分别设有侧输送绞龙5和中部输送绞龙4，发酵室2的内腔还设有两块控温隔板6将中部输送绞龙4和侧输送绞龙5隔开，控温隔板6的内部设有电加热管61，中部输送绞龙4和侧输送绞龙5和设于发酵室2外部的链轮机构3传动连接，发酵室2内腔的两端内壁均固定安装有PH值检测仪7。
其中，破碎装置1还包括破碎辊102和出料口103，出料口103设于破碎辊102的底部，破碎筒101的圆周外侧与破碎辊102的圆形内壁之间形成夹缝，破碎辊102固定安装于生化发酵制氢设备的顶部，破碎筒101和破碎辊102之间的宽度在1-1.5mm范围之内，厨余垃圾从破碎装置1的顶部投料口进入，经过破碎辊102转动时对其与内壁之间的的研磨而将厨余垃圾磨碎成粒径为1-1.5mm的碎料，通过缝隙后的碎料到达出料口103并进入到发酵室2中。
其中，抽取装置11包括外壳111和两个铲块112，外壳111的底面与透明隔层16的表面相贴合，两个铲块112分别设置于外壳111的两开口侧且铲块112的斜面朝向外壳111外侧，抽吸管113位于两个铲块112之间且其表面开设有一列朝上的圆形孔，外壳111通过顶部的连接件与滚珠丝杠10传动连接，抽取装置11通过滚珠丝杠10带动可以在纯化室8的内腔底部移动，从而将纯化室8底部的沉淀沿着铲块112的斜面铲起，并通过外壳111的开口进入，而抽吸管113可将碳酸钙沉淀通过抽吸管113的小孔抽走，并顺着连通管12排出。
其中，连通管12在纯化室8上的安装位置位于纯化室8的中部，连通管12分为位于纯化室8内部和位于纯化室8外部的两个部分，连通管12位于纯化室8内部的部分为软管，连通管12位于纯化室8外部的部分为硬管，抽取装置11在纯化室8的内腔中处于移动状态，故而与抽取装置11连接的连通管12需要水抽取装置11的移动发生形变和位移，设置软管可以顺利达到这一目的，外部设置硬管是为了方便管道的连接的拆除。
其中，进气管9共设置有九根，细化筒91的底面开设有圆形小孔且小孔与细化筒91和进气管9的内腔连通，发酵室2经过发酵产生的气体通过顺着进气管9并最终经过细化筒91底部的小孔被排到纯化室8内部的氢氧化钙悬浊液中，细化筒91底部小孔的孔径在零点五毫米左右，且由于进气管9的内部为正压，所以氢氧化钙悬浊液无法通过小孔进入到细化筒91中，而从细化筒91底部小孔被排出到悬浊液中的气体则非常细密。
其中，外壳111的底面设置有一层橡胶垫，此处橡胶垫的作用主要有两个，一来是为了避免外壳111与透明隔层16硬接触导致透明隔层16表面产生划痕，而来是为了让橡胶垫在透明隔层16表面移动时，可以将碳酸钙沉淀干净的抹除。
其中，两块控温隔板6将发酵室2内腔隔成两侧和中部共三个部分，发酵室2的三部分内腔在各自的两端彼此连通，发酵室2的三部分内腔没有被完全隔开，在两端分别设置连通位置是为了让发酵室2内部的厨余垃圾可以在三个不同的内腔中流通，且位于控温隔板6内部的电加热管61可对三部分内腔中的厨余垃圾进行加热，随着中部输送绞龙4和侧输送绞龙5的搅拌输送，从而将热量均匀的散布到厨余垃圾上。
其中，侧输送绞龙5设置于发酵室2的两侧内腔中，中部输送绞龙4设置于发酵室2的中部内腔中，中部输送绞龙4和侧输送绞龙5的螺旋方向相反，如图9所示，中部输送绞龙4将内部的厨余垃圾输送到发酵室2内腔的一端后，厨余垃圾会进入到发酵室2的两侧内腔中，然后再随着设置于两侧内腔中的侧输送绞龙5被输送到发酵室2内腔的另一端，又重新进入到发酵室2的中部内腔中，如此循环往复，不断拌料。
工作原理及使用流程：
从破碎装置1的顶部投入厨余垃圾等废料，将控制破碎筒101转动，破碎筒101会与厨余垃圾进行不断研磨，被磨碎的厨余垃圾会通过破碎筒101和破碎辊102之间的缝隙进到达出料口103处，然后顺着出料口103进入到发酵室2中，整个生化发酵装置的各部分电器均通过PLC控制器控制；
在破碎装置1向发酵室2中送料的过程中，启动链轮机构3带动中部输送绞龙4和侧输送绞龙5对发酵室2中厨余垃圾进行不断输送搅拌，由于中部输送绞龙4和侧输送绞龙5的螺旋方向相反，那么位于发酵室2中部内腔中的厨余垃圾会经过中部输送绞龙4的输送到达发酵室2内腔的端部，也就是中部内腔和两侧内腔的连通处，厨余垃圾再从连通处进入到发酵室2的两侧内腔，位于发酵室2两侧内腔的侧输送绞龙5会将厨余垃圾反向搅拌输送至另一端的中部内腔和两侧内腔连通处，由此致使发酵室2中厨余垃圾在可以在发酵室2的内腔形成一个流动搅拌状态，令厨余垃圾与原先发酵室2中的厌氧发酵菌落充分混合，并且在此过程中，电加热管61控制发酵室2内腔中的温度适中保持在50-55摄氏度，为发酵提供良好的温度条件，而位于发酵室2内腔两端的PH值检测仪7，实时监控发酵室2中厨余垃圾的PH值，当发酵室2中的PH值低于5.5时，控制酸碱储存盒15向发酵室2中加入碱液，提高PH值，当发酵室2中厨余垃圾PH值高于5.5时，控制酸碱储存盒15向发酵室2中加入酸液，降低发酵室2中的PH值，直至控制发酵室2中厨余垃圾的PH值达到5.5为止，为生化发酵提供合适的酸碱条件，设置两个PH值检测仪7的目的是为了提高对PH值测定的准确性，当两个PH值检测仪7检测的PH值吻合且保持数值稳定时，则取该数值为判定发酵室2中的PH值的标准值；
生化发酵的过程中主要产生的氢气和二氧化碳混合气体会经过发酵室2顶部的进气管9进入到纯化室8中，混合气体顺着细化筒91被排出到氢氧化钙悬浊液中，二氧化碳和氢氧化钙发生反应生成碳酸钙并析出沉淀，当沉淀堆积程度较浅，灯管18发出的光可以被位于透明隔层16下方的光敏传感器17接收，在较强光照强度时，光敏传感器17无动作，当碳酸钙沉淀累积到一定程度时，光敏传感器17所接受的光照强度便会大大削减，直至达到触发条件，于是光敏传感器17向PLC控制器发出高电平信号，控制器控制滚珠丝杠10启动，抽取装置11便会受传动从纯化室8内腔的一端移向另一端，此过程中，抽取装置11会将透明隔层16上方的碳酸钙沉淀铲起，碳酸钙沉淀沿着铲块112的斜面到达外壳111的内腔中，同时外部与连通管12连接的抽水泵会抽吸抽吸管113上方的碳酸钙沉淀和一部分氢氧化钙浓度已经不高的悬浊液，并将其顺着连通管12吸走排出，而注液管13同时也向纯化室8中注入新的氢氧化钙悬浊液，从而保持纯化室8中氢氧化钙悬浊液的浓度保持在一定的范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：包括破碎装置(1)和发酵室(2)，所述发酵室(2)设于破碎装置(1)的下方且与破碎装置(1)的出料口(103)连通，所述发酵室(2)的顶部设有纯化室(8)和酸碱储存盒(15)，所述纯化室(8)的内腔中安装有进气管(9)且进气管(9)的外端穿过发酵室(2)延伸至发酵室(2)的内腔，所述进气管(9)的表面下侧连通有细化筒(91)且细化筒(91)插入到纯化室(8)的氢氧化钙溶液中，所述纯化室(8)的内腔下方设有透明隔层(16)，所述透明隔层(16)和纯化室(8)的内腔底面之间设有光敏传感器(17)，所述纯化室(8)的内腔中设有滚珠丝杠(10)和抽取装置(11)且滚珠丝杠(10)和抽取装置(11)传动连接，所述纯化室(8)的顶部和后部分别固定连通有排气管(14)和注液管(13)，所述纯化室(8)的侧面固定安装有连通管(12)且连通管(12)与位于抽取装置(11)内部的抽吸管(113)固定连通,所述纯化室(8)内腔的顶部固定安装有灯管(18)。
2.根据权利要求1所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述发酵室(2)的内腔两侧和中部分别设有侧输送绞龙(5)和中部输送绞龙(4)，所述发酵室(2)的内腔还设有两块控温隔板(6)将中部输送绞龙(4)和侧输送绞龙(5)隔开，所述控温隔板(6)的内部设有电加热管(61)，所述中部输送绞龙(4)和侧输送绞龙(5)和设于发酵室(2)外部的链轮机构(3)传动连接，所述发酵室(2)内腔的两端内壁均固定安装有PH值检测仪(7)。
3.根据权利要求1所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述破碎装置(1)还包括破碎辊(102)和出料口(103)，所述出料口(103)设于破碎辊(102)的底部，所述破碎筒(101)的圆周外侧与破碎辊(102)的圆形内壁之间形成夹缝，所述破碎辊(102)固定安装于生化发酵制氢设备的顶部。
4.根据权利要求1所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述抽取装置(11)包括外壳(111)和两个铲块(112)，所述外壳(111)的底面与透明隔层(16)的表面相贴合，两个所述铲块(112)分别设置于外壳(111)的两开口侧且铲块(112)的斜面朝向外壳(111)外侧，所述抽吸管(113)位于两个铲块(112)之间且其表面开设有一列朝上的圆形孔，所述外壳(111)通过顶部的连接件与滚珠丝杠(10)传动连接。
5.根据权利要求1所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述连通管(12)在纯化室(8)上的安装位置位于纯化室(8)的中部，所述连通管(12)分为位于纯化室(8)内部和位于纯化室(8)外部的两个部分，所述连通管(12)位于纯化室(8)内部的部分为软管，所述连通管(12)位于纯化室(8)外部的部分为硬管。
6.根据权利要求1所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述进气管(9)共设置有九根，所述细化筒(91)的底面开设有圆形小孔且小孔与细化筒(91)和进气管(9)的内腔连通。
7.根据权利要求4所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述外壳(111)的底面设置有一层橡胶垫。
8.根据权利要求2所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：两块所述控温隔板(6)将发酵室(2)内腔隔成两侧和中部共三个部分，所述发酵室(2)的三部分内腔在各自的两端彼此连通。
9.根据权利要求8所述的一种生化发酵制氢设备用提纯装置，其特征在于：所述侧输送绞龙(5)设置于发酵室(2)的两侧内腔中，所述中部输送绞龙(4)设置于发酵室(2)的中部内腔中，所述中部输送绞龙(4)和侧输送绞龙(5)的螺旋方向相反。
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