CN115161160A - 一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器 - Google Patents

一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，包括多个沿垂直方向依次布设的反应筒体，每个反应筒体的轴线均大致沿左右方向设置并具有一个向上倾斜的角度，且任意两个相邻的反应筒体的倾斜角度相反，任意两个相邻的反应筒体中，位于相对下方的反应筒体的进料口与位于相对上方的反应筒体的出料口通过连接管连通，每个反应筒体的进料端的轴向端盖均连接有一个固液分离装置。各级反应筒体中液化产生的半固体物料在重力作用下反方向自动进入固液分离装置进行固液分离，能够及时将水解液化产生的液体排出反应筒体，使得厌氧消化反应器始终维持高含固率物料水平，利于固体物料翻动，并提升反应器利用效率。

Description

一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反 应器
技术领域
本发明涉及反应器技术领域，尤其涉及一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器。
背景技术
厌氧消化就是一种较有用的处理有机废弃物的方法，既能解决污染环境问题，又能生产出清洁能源(沼气)。厌氧消化依据总固体(TS)含量可分为干式厌氧消化(TS>15％)和湿式厌氧消化(TS<15％)。与湿式厌氧消化相比，干式发酵具有单位容积负荷承受能力更强、能耗低、厌氧发酵产沼气的效率更高、沼液产量低、二次污染小等优势。目前，针对高含固有机垃圾厌氧消化(干式厌氧消化)的反应器主要有立式和卧式两种。立式反应器的气动搅拌搅拌难度大且装置复杂，动力消耗大；单轴立式机械搅拌，耗能较大且搅拌难度极大。卧式反应器的占地面积大，容积率较低；同时反应器长度长，发酵过程中反应器前后物料的含固率差异较大，导致前后的搅拌阻力和扭矩差异极大，对搅拌轴强度要求高。
针对卧式和立式高含固厌氧消化反应器存在的问题，本申请人已申请的中国专利CN113462536A公开了一种仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器，该新型反应器具有整体呈“立式”、局部呈“卧式”的外形特征，模拟肠道的消化功能，物料从进料到出料的过程中，能够在不同的反应腔室内经历不同的反应阶段，据各个反应阶段物料含水量和黏稠度，各反应腔室配置独立的搅拌装置，控制物料运动。通过组合反应腔室形成仿真肠道外立内卧反应器，能够增加物料在反应器内的反应时间，促使物料充分反应，还能够降低各反应腔室所配置的搅拌装置的要求，具有搅拌效率高、出料方便、占地面积小等优点。
然而该反应器在厌氧消化过程中物料持续发生水解液化，含固率逐渐降低，将导致固体物料翻动困难，而随着含固率持续下降，会导致物料含固率达不到15％以上，此时反应器内部就不再是干式厌氧发酵了，使得反应器使用效率下降。
发明内容
本发明实施例提供一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，用以解决由于在厌氧消化过程中物料持续发生水解液化，导致含固率逐渐降低的技术问题，使得厌氧消化反应器始终维持高含固率物料水平，利于固体物料翻动，提升反应器利用效率。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，包括多个沿垂直方向依次布设的反应筒体，每个反应筒体的轴线均大致沿左右方向设置并具有一个向上倾斜的角度，即每个反应筒体的左端部和右端部中有一个端部高度高于另一个端部的高度，即每个反应筒体的左端的高度高于其右端的高度或其右端的高度高于其左端的高度，且任意两个相邻的反应筒体的倾斜角度相反，即任意两个相邻的反应筒体中，当位于相对上方的反应筒体的左端高于右端时，位于相对下方的反应筒体的右端高于左端，或当位于相对上方的反应筒体的右端高于左端时，位于相对下方的反应筒体的左端高于右端，以每个反应筒体的左端和右端中高度较高的一端为出料端，高度较低的一端为进料端，进料端的筒形侧壁上设置有进料口，出料端的筒形侧壁上设置有出料口，任意两个相邻的反应筒体中，位于相对下方的反应筒体的进料口与位于相对上方的反应筒体的出料口通过连接管连通，
每个反应筒体的进料端的轴向端盖均连接有一个固液分离装置，所述的固液分离装置包括固液分离压榨机和螺杆输送装置，所述进料端的轴向端盖上设置有固液分离出料口和固液分离回料口，固液分离出料口位于轴向端盖的下部，固液分离压榨机的进料口连接所述固液分离出料口，固液分离压榨机的固料出料口通过螺杆输送装置连接所述固液分离回料口，固液分离压榨机的液体物料出料口用于排出固液分离后的液体物料。固液分离回料口在轴向端盖上的设置位置不做限定，其可设置于轴向端盖的上部，也可以其可设置于轴向端盖的下部或中部。
反应筒体内的半固体物料在重力作用下经固液分离出料口自流入固液分离的固液分离压榨机，不均匀物料经固液分离装置后，液体部分由固液分离压榨机的液体物料出料口排出，固体部分经螺杆输送装置由固液分离回料口送回反应筒体中。从而使物料在反应筒体内含固率上升，物料搅拌效果充分。可以理解的是，并非所有的物料都经过压榨机进行固液分离，只有经重力自流入压榨机的半固体物料被压榨，相比于大型的压榨机，该套固液分离装置的能耗较小。
可选的，各反应筒体的轴线与水平面之间的夹角为α，0°＜α≤10°。α的角度大小根据物料流体性质进行调节，物料含固率低时倾斜角度小，反之倾斜角度大。
优选的，每个反应筒体内均配置有一个搅拌装置。进一步可选的，所述的搅拌装置包括搅拌电机和搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌桨，搅拌轴与反应筒体同轴设置，搅拌轴的两端均通过轴承可旋转地安装于反应筒体，搅拌电机固定安装在反应筒体的外壁上，并且该搅拌电机的输出轴与搅拌轴的其中一个端部机械连接，例如联轴器或者齿轮传动连接等方式。进一步可选的，搅拌桨配置为杆件并固定安装在搅拌轴的周向侧壁上，或者在另一些实施例中，配置搅拌桨为螺旋叶片。
进一步优选的，所述的反应筒体安装有旋转刮板，旋转刮板也固定安装于搅拌轴上，并由搅拌轴驱动旋转，旋转刮板紧贴进料端的轴向端盖的内壁，其在旋转过程中经过固液分离出料口和固液分离回料口，实现对固液分离出料口和固液分离回料口进行刮擦，防止物料赌塞固液分离出料口和固液分离回料口。
本发明的上述结构使得所述的多个反应筒体沿物料输送方向，依次串联，反应筒体的首尾方向交错布置，从而使所有的反应筒体呈“弓”字型或者“Z”字型方式串联连接。
优选的，连接管延垂直方向延伸，以便于物料下料。
可选的，所述的反应筒体为由金属卷制而成的圆筒状结构，反应筒体内的搅拌装置搅拌过程中无死角。
也可选的，所述的反应筒体为方筒状结构。具体的，所述方筒状结构可以采用金属材料制成。也可选的，所述方筒状结构采用其他材料(如建筑材料)制成，并在其内表面设置树脂内衬涂层。
使用时，将物料从最上方的一个反应筒体的进料口中加入，物料由进料口进入反应器，在搅拌装置的作用下，以新进物料的堆积挤压为推动力，或以桨叶转动作为推动力，在水平方向上向前运动，物料进行充分反应的同时，也随之向出料口一侧流动，并通过连接管进入下一层的反应筒体中；在下一层反应筒体中继续进行反应的同时，也在下一层反应筒体所配置的搅拌装置的作用下向该反应筒体的出料口流动，并进入到再下一层反应筒体中继续进行反应，依次类推，直至物料反应后的残渣从最下方的一个反应筒体的出料口中流出。搅拌装置使物料与厌氧微生物充分接触，并推动物料沿反应筒体向出料口运动，搅拌装置根据当前局部反应区域内物料所处的反应阶段设置不同的转速，可单独控制，以适应不同罐体内的物料性质和发酵要求。反应结束后物料由出料口排出。物料在整个反应器内呈“弓”字的运动轨迹，依次流经各反应筒体。
各个搅拌装置相互之间独立设置，因此便于进行功率和尺寸的配置，可根据各个反应阶段物料含水量和黏稠度，配置合适的搅拌装置，单独调节转速，控制物料运动周期。同时，由于将反应空间分割成多个反应筒体，使得每个反应筒体的尺寸得到降低，为其配置的搅拌装置的要求也得以降低，从而实现降本增效。另外，多个反应筒体的设置，还使得物料的反应阶段被合理的分配在不同的反应筒体中，在不同的反应筒体内经历不同的反应阶段，从而物料依次流经各反应筒体使得物料在装置内滞留足够的时间，使物料的反应更加充分。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
本发明提供的仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器的每个反应筒体沿物料运动方向倾斜放置，各级反应筒体中液化产生的半固体物料在重力作用下与固体物料运动反方向自动进入固液分离装置进行固液分离，系统能耗较小，操作简单，费用低。能够及时将水解液化产生的液体排出反应筒体，使得厌氧消化反应器始终维持高含固率物料水平，利于固体物料翻动，并提升反应器利用效率。
本发明提供的固液分离装置将分离后的固体部分就近打回反应器内，与分离后的固体物料长距离运输至前端打回相比，能耗降低。
反应器各反应筒体的进料端，每个反应筒体均单独设置一个小型固液分离压榨机，各固液分离压榨机独立进行物料固液分离，有针对性地根据各反应筒体内物料性质不同，有效提高含固率。
附图说明
图1为本发明的具有固液分离功能的仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器的结构示意图；
图2为本发明的固液分离装置安装于仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器的结构示意图侧视图；
图3为本发明的固液分离装置安装于仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器的另一种结构示意图侧视图。
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作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。
本发明实施例提供一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，用以解决由于在厌氧消化过程中物料持续发生水解液化，导致含固率逐渐降低的技术问题，使得厌氧消化反应器始终维持高含固率物料水平，利于固体物料翻动，提升反应器利用效率。
具体的，如图1、图2所示，所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，包括多个沿垂直方向依次布设的反应筒体1.1，每个反应筒体1.1的轴线均大致沿左右方向设置并具有一个向上倾斜的角度，即每个反应筒体1.1的左端部和右端部中有一个端部高度高于另一个端部的高度，即每个反应筒体1.1的左端的高度高于其右端的高度或其右端的高度高于其左端的高度，且任意两个相邻的反应筒体1.1的倾斜角度相反，即任意两个相邻的反应筒体1.1中，当位于相对上方的反应筒体1.1的左端高于右端时，位于相对下方的反应筒体1.1的右端高于左端，或当位于相对上方的反应筒体1.1的右端高于左端时，位于相对下方的反应筒体1.1的左端高于右端，以每个反应筒体1.1的左端和右端中高度较高的一端为出料端，高度较低的一端为进料端，进料端的筒形侧壁上设置有进料口1.4，出料端的筒形侧壁上设置有出料口1.5，任意两个相邻的反应筒体1.1中，位于相对下方的反应筒体1.1的进料口1.4与位于相对上方的反应筒体1.1的出料口1.5通过连接管1.2连通，
每个反应筒体1.1的进料端的轴向端盖均连接有一个固液分离装置，所述的固液分离装置包括固液分离压榨机2.2和螺杆输送装置2.4，所述进料端的轴向端盖上设置有固液分离出料口和固液分离回料口，固液分离出料口位于轴向端盖的下部，固液分离压榨机2.2的进料口连接所述固液分离出料口，固液分离压榨机2.2的固料出料口通过螺杆输送装置2.4连接所述固液分离回料口，固液分离压榨机2.2的液体物料出料口2.3用于排出固液分离后的液体物料。固液分离回料口在轴向端盖上的设置位置不做限定，如图2所示，其可设置于轴向端盖的上部，也可以如图3所示，其可设置于轴向端盖的下部，当然其也可以设置于轴向端盖的中部。
每个反应筒体1.1均通过支撑装置固定安装，所述的支撑装置可以为机架、支座、连接架等结构，对此不做限制。
反应筒体1.1内的半固体物料在重力作用下经固液分离出料口自流入固液分离的固液分离压榨机2.2，不均匀物料经固液分离装置后，液体部分由固液分离压榨机2.2的液体物料出料口2.3排出另行处理，固体部分经螺杆输送装置2.4由固液分离回料口送回反应筒体1.1中。在部分实施例中螺杆输送装置2.4通过固体回送管2.5连接固液分离回料口。从而使物料在反应筒体1.1内含固率上升，物料搅拌效果充分。可以理解的是，并非所有的物料都经过压榨机进行固液分离，只有经重力自流入压榨机的半固体物料被压榨，相比于大型的压榨机，该套固液分离装置的能耗较小。
可选的，各反应筒体1.1的轴线与水平面之间的夹角为α，0°＜α≤10°。α的角度大小根据物料流体性质进行调节，物料含固率低时倾斜角度小，反之倾斜角度大。
优选的，每个反应筒体1.1内均配置有一个搅拌装置1.3。进一步可选的，所述的搅拌装置1.3包括搅拌电机和搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌桨，搅拌轴与反应筒体1.1同轴设置，搅拌轴的两端均通过轴承可旋转地安装于反应筒体1.1，搅拌电机固定安装在反应筒体1.1的外壁上，并且该搅拌电机的输出轴与搅拌轴的其中一个端部机械连接，例如联轴器或者齿轮传动连接等方式。进一步可选的，搅拌桨配置为杆件并固定安装在搅拌轴的周向侧壁上，或者在另一些实施例中，配置搅拌桨为螺旋叶片。
进一步优选的，所述的反应筒体1.1安装有旋转刮板2.1，旋转刮板2.1也固定安装于搅拌轴上，并由搅拌轴驱动旋转，旋转刮板2.1紧贴进料端的轴向端盖的内壁，其在旋转过程中经过固液分离出料口和固液分离回料口，实现对固液分离出料口和固液分离回料口进行刮擦，防止物料赌塞固液分离出料口和固液分离回料口。
本发明的上述结构使得所述的多个反应筒体1.1沿物料输送方向，依次串联，反应筒体1.1的首尾方向交错布置，从而使所有的反应筒体1.1呈“弓”字型或者“Z”字型方式串联连接。
优选的，连接管1.2呈竖直状态，以便于物料下料。
可选的，所述的反应筒体1.1由金属卷制而成的圆筒状结构，反应筒体1.11内的搅拌过程中无死角。
也可选的，所述的反应筒体为方筒状结构。具体的，所述方筒状结构可以采用金属材料制成。也可选的，所述方筒状结构采用其他材料(如建筑材料)制成，并在其内表面设置树脂内衬涂层。
使用时，将物料从最上方的一个反应筒体1.1的进料口1.4中加入，物料由进料口进入反应器，在搅拌装置1.3的作用下，以新进物料的堆积挤压为推动力，或以桨叶转动作为推动力，在水平方向上向前运动，物料进行充分反应的同时，也随之向出料口一侧流动，并通过连接管1.2进入下一层的反应筒体1.1中；在下一层反应筒体1.1中继续进行反应的同时，也在下一层反应筒体1.1所配置的搅拌装置1.3的作用下向该反应筒体1.1的出料口流动，并进入到再下一层反应筒体1.1中继续进行反应，依次类推，直至物料反应后的残渣从最下方的一个反应筒体1.1的出料口1.5中流出。搅拌装置1.3使物料与厌氧微生物充分接触，并推动物料沿反应筒体1.1向出料口运动，搅拌装置1.3根据当前局部反应区域内物料所处的反应阶段设置不同的转速，可单独控制，以适应不同罐体内的物料性质和发酵要求。反应结束后物料由出料口排出。物料在整个反应器内呈“弓”字的运动轨迹，依次流经各反应筒体1.1。
各个搅拌装置1.3相互之间独立设置，因此便于进行功率和尺寸的配置，可根据各个反应阶段物料含水量和黏稠度，配置合适的搅拌装置1.3，单独调节转速，控制物料运动周期。同时，由于将反应空间分割成多个反应筒体1.1，使得每个反应筒体1.1的尺寸得到降低，为其配置的搅拌装置1.3的要求也得以降低，从而实现降本增效。另外，多个反应筒体1.1的设置，还使得物料的反应阶段被合理的分配在不同的反应筒体1.1中，在不同的反应筒体1.1内经历不同的反应阶段，从而物料依次流经各反应筒体1.1使得物料在装置内滞留足够的时间，使物料的反应更加充分。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
本发明提供的仿真肠道式高含固有机物料厌氧消化反应器的每个反应筒体沿物料运动方向倾斜放置，各级反应筒体中液化产生的半固体物料在重力作用下与固体物料运动反方向自动进入固液分离装置进行固液分离，系统能耗较小，操作简单，费用低。能够及时将水解液化产生的液体排出反应筒体，使得厌氧消化反应器始终维持高含固率物料水平，利于固体物料翻动，并提升反应器利用效率。
本发明提供的固液分离装置将分离后的固体部分就近打回反应器内，与分离后的固体物料长距离运输至前端打回相比，能耗降低。
反应器各反应筒体的进料端，每个反应筒体均单独设置一个小型固液分离压榨机，各固液分离压榨机独立进行物料固液分离，有针对性地根据各反应筒体内物料性质不同，有效提高含固率。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，包括多个沿垂直方向依次布设的反应筒体，每个反应筒体的轴线均大致沿左右方向设置并具有一个向上倾斜的角度，且任意两个相邻的反应筒体的倾斜角度相反，以每个反应筒体的左端和右端中高度较高的一端为出料端，高度较低的一端为进料端，进料端的筒形侧壁上设置有进料口，出料端的筒形侧壁上设置有出料口，任意两个相邻的反应筒体中，位于相对下方的反应筒体的进料口与位于相对上方的反应筒体的出料口通过连接管连通，
每个反应筒体的进料端的轴向端盖均连接有一个固液分离装置，所述的固液分离装置包括固液分离压榨机和螺杆输送装置，所述进料端的轴向端盖上设置有固液分离出料口和固液分离回料口，固液分离出料口位于轴向端盖的下部，固液分离压榨机的进料口连接所述固液分离出料口，固液分离压榨机的固料出料口通过螺杆输送装置连接所述固液分离回料口。
2.如权利要求1所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，固液分离压榨机的液体物料出料口用于排出固液分离后的液体。
3.如权利要求1所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，物料各反应筒体的轴线与水平面之间的夹角为α，0°＜α≤10°。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，每个反应筒体内均配置有一个搅拌装置。
5.如权利要求4所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，所述的搅拌装置包括搅拌电机和搅拌轴，搅拌轴上设置有搅拌桨。
6.如权利要求5所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，搅拌轴与反应筒体同轴设置，搅拌轴的两端均通过轴承可旋转地安装于反应筒体，搅拌电机固定安装在反应筒体的外壁上，并且该搅拌电机的输出轴与搅拌轴的其中一个端部机械连接。
7.如权利要求5或6所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，所述的反应筒体安装有旋转刮板，旋转刮板固定安装于搅拌轴上，并由搅拌轴驱动旋转，旋转刮板紧贴进料端的轴向端盖的内壁，其在旋转过程中经过固液分离出料口和固液分离回料口。
8.如权利要求1-3中任意一项所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，连接管延垂直方向延伸。
9.如权利要求1-3中任意一项所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，所述的反应筒体为由金属卷制而成的圆筒状结构。
10.如权利要求1-3中任意一项所述的一种具备实时固液分离功能的仿真肠道式高含固厌氧消化反应器，其特征在于，所述的反应筒体为方筒状结构，
所述方筒状结构采用金属材料制成，
或所述方筒状结构采用建筑材料制成，并在其内表面设置树脂内衬涂层。
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