CN220149575U - 一种多功能煤炭生物转化发酵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微生物发酵领域的煤炭生物转化、煤炭生物发酵气化领域，具体涉及一种多功能煤炭生物转化发酵装置；包括发酵罐本体和用于控制发酵罐本体的控制系统；发酵罐本体包括盖体和罐体；盖体顶部设置有气体单向阀、火焰接种口、进气循环口及取液口、补料口、pH酸碱度电极以及温度电极；盖体安装在罐体顶部使罐体内构成密闭空间，罐体的底部是底座加热装置；本实用新型提供的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，结构简单，操作快捷，体积较小、可拆卸、成本低，满足煤炭生物发酵气化中自动控温、自动搅拌、尾气收集、pH酸碱度调节、保持厌氧条件、厌氧发酵过程封闭式取液、厌氧发酵过程封闭式补液、好氧发酵过程接种等各个条件及要求。

Description

一种多功能煤炭生物转化发酵装置

技术领域

本实用新型属于微生物发酵领域的煤炭生物转化、煤炭生物发酵气化领域，具体涉及一种多功能煤炭生物转化发酵装置。

背景技术

目前，传统的发酵罐种类较多，但都是各种有机酸、蛋白质以及酒类产品的液体发酵罐，并没有完全适合煤炭生物转化固态发酵的发酵装置。由于煤炭生物转化、煤炭生物气化发酵过程中受到的影响因素很多，包括：发酵液pH、温度、煤粒度、氧化还原电位、搅拌周期与速度以及发酵系统压力等条件。传统的发酵罐并不能满足上述实验所需所有条件的控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种满足煤炭生物转化、煤炭生物发酵气化过程中发酵液pH、温度、煤粒度、氧化还原电位、搅拌周期与速度以及发酵系统压力等条件的发酵装置。

本实用新型采用如下技术方案：一种多功能煤炭生物转化发酵装置，包括发酵罐本体和用于控制发酵罐本体的控制系统；

发酵罐本体包括盖体和罐体；盖体顶部设置有气体单向阀、火焰接种口、进气循环口及取液口、补料口、pH酸碱度电极以及温度电极；气体单向阀上方设置有压力表和气体收集阀；与进气循环口及取液口连接的管路深入至距离罐体底部；

盖体安装在罐体顶部使罐体内构成密闭空间，罐体底部封板空心，底部封板处设置罐体冷却水出口和罐体冷却水进口，罐体的底部是底座加热装置；底座加热装置设置有两点点对点按压式、接触式加热部件，并与罐体内的加热管电路连通。

进一步地，盖体顶部设置有搅拌电机，搅拌电机的轴穿过盖体后连接消泡桨和搅拌桨叶；罐体内壁设置有内扰流板。

进一步地，控制系统设置有控制柜电源开关、控制柜进气口、控制柜冷却水出口、控制柜冷却水进口、控制柜显示屏、控制柜出气口、pH酸碱度电极信号线接口、温度电极信号线接口以及搅拌电机信号线接口；控制柜进气口与气路口连接，控制柜出气口连接进气循环口及取液口；控制柜冷却水出口、控制柜冷却水进口分别与罐体底部的罐体冷却水出口、罐体冷却水进口连通，形成闭合冷却水回路，连通管路间安装有电磁阀；pH酸碱度电极、温度电极分别与pH酸碱度电极信号线接口、温度电极信号线接口连接。

进一步地，还包括补料瓶，补料瓶经补料软管与蠕动泵和进气循环口及取液口连接。

进一步地，盖体和罐体之间通过螺栓密封连接，接缝处安装密封条。

进一步地，盖体、罐体是不锈钢制件。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

本装置是一种专门针对煤炭生物气化的全自动可控小型固态厌氧/好氧发酵装置，同时此装置也可适用于其他领域的发酵，适用性、兼容性较强。此装置可实现自动控温、自动搅拌、尾气收集、pH酸碱度调节、保持厌氧条件、厌氧发酵过程封闭式取液、厌氧发酵过程封闭式补液、好氧发酵过程接种等，并可以实现各数据的自动监测以及存储。此设备安装快速、操作简单、价格低廉、节省人力、实用性强。很大程度上满足了煤炭生物转化的各个条件要求，以及发酵过程中各数据的自动采集存储工作，为煤炭生物气化的中试试验提供了有力的保障。

本装置安装快速、操作简单、价格低廉、节省人力、适用性强、兼容性强。此装置配置加入下位机系统，由智能模块组成的现场数据采集控制柜、PLC控制器，可与各传感器连接，与各执行器件及补料系统连接，实时显示罐体各种数据、系统数据浏览与分析、对下位机的参数进行设定、读取下位机的各种参数，功能齐全，性能先进、运行稳定的各数据的自动采集存储工作，为煤炭生物气化的中试试验提供了有力的保障。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2发酵罐的结构示意图。

图中：1-盖体；2-罐体；3-底座加热装置；4-搅拌电机；5-控制系统；6-补料瓶；101-压力表；102-气体收集阀；103-气体单向阀；104-火焰接种口；105-进气循环口及取液口；106-补料口；107-pH酸碱度电极；108-温度电极；109-螺栓；110-消泡桨；111-搅拌桨叶；201-内扰流板；202-罐体冷却水出口；203-罐体冷却水进口；501-控制柜电源开关；502-控制柜进气口；503-控制柜冷却水出口；504-控制柜冷却水进口；505-控制柜显示屏；506-蠕动泵；507-补料软管；508-控制柜出气口；509-pH酸碱度电极信号线接口；510-温度电极信号线接口；511-搅拌电机信号线接口。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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。

如图1～2所示：本实施例提供了一种多功能煤炭生物转化发酵装置，包括盖体1、罐体2、底座加热装置3、搅拌电机4、控制系统5以及补料瓶6，盖体1顶部设置有气体单向阀103，气体单向阀103上方设置有压力表101以及气体收集阀102；盖体1顶部还设置有火焰接种口104、进气循环口及取液口105(此管路深入至距离罐体2底部3cm处)、补料口106、pH酸碱度电极107以及温度电极108。

搅拌电机4控制盖体1底部的消泡桨110和搅拌桨叶111，并与搅拌电机信号线接口连接，罐体2内壁设置有三片内扰流板201，罐体2底部封板(空心)处设置有罐体冷却水出口202、罐体冷却水进口203。底座加热装置3的上面设置有两点点对点按压式、接触式加热部件，并与罐体2内的n型加热管电路连通。

控制系统5设置有控制柜电源开关501、控制柜进气口502、控制柜冷却水出口503、控制柜冷却水进口504、控制柜显示屏505、蠕动泵506、补料软管507、控制柜出气口508、pH酸碱度电极信号线接口509、温度电极信号线接口510、搅拌电机信号线接口511；控制柜进气口502与气路口连接，控制柜出气口508连接进气循环口及取液口105；控制柜冷却水出口503、控制柜冷却水进口504分别与罐体2底部环箍上的罐体冷却水出口202、罐体冷却水进口203连通，形成闭合冷却水回路，连通管路间安装有电磁阀。补料瓶6与补料软管507、进气循环口及取液口105连接；盖体1上pH酸碱度电极107、温度电极108分别与pH酸碱度电极信号线接口509、温度电极信号线接口510连接。

本实施例中，盖体1的材料为SUS316L不锈钢材质，罐体2公称容量5L，工作容量70％；罐体为特种耐温耐压无应力硅硼玻璃材质，罐体2上下封板为不锈钢SUS316L材质，搅拌电机4、盖体1底部的消泡桨110、搅拌桨叶111所形成的搅拌系统，驱动方式为顶部机械搅拌；配置2层4片平直叶搅拌叶轮，桨叶高度可调(底部桨叶距离罐底部1-2mm)，3块扰流板，1套机械消泡桨；搅拌电机4选用日本松下伺服电机，电机功率为0.4KW，转速0～100rpm，精度±2rpm。压力表101显示罐内压力，气体收集阀102为气体单向阀，气体流向只能从罐内至罐外。补料瓶6为600ml特种耐温耐压无应力硅硼玻璃材质，可高压灭菌。控制系统5采用由智能模块组成的现场数据采集控制柜，在现场进行触摸屏显示、操作；PLC控制器可与各传感器二次仪表电连接，与各执行器件及补料系统连接；功能齐全，性能先进、运行稳定，具体为采样并实时显示罐体内的各个数据、系统数据浏览与分析。

本例实施中控制参数具体为：pH控制方式：全自动控制，PID全数字化设定显示范围0～14pH，显示精度0.01pH，控制内容：pH值曲线分析、批报表分析、pH值异常报警，酸加入量累计显示记录。执行机构：外源自动补酸，瑞士梅特勒传感器及信号传输线控制蠕动泵。温度控制方式：自动PID控制，PID全数字化信号处理、数字化设定；显示范围：0-150℃，控制精度±0.2℃；控制内容：温度值曲线分析、批报表分析、温度值异常报警；执行机构：PT100温度传感器，升温采用电加热管，降温采用不锈钢U型管通冷却水。搅拌系统，控制方式：全自动设定控制；转速范围：0-100rpm，功率400W，控制精度：±2rpm；控制内容：转速值曲线分析、批报表分析、转速值异常报警；执行机构：日本松下伺服电机。整个系统电源均为AC220V/50Hz。

本实用新型的使用方法如下：

将盖体1上的压力表101、pH酸碱度电极107，温度电极108取下、搅拌电机4取下后，对罐体2进行灭菌，灭菌后在罐体2内装入发酵所需煤及其底物(含氧气显色剂)，迅速将上述取下部分重新装回，用螺栓109将盖体1、罐体2固定封闭，中间安装有密封条，补料口106套上软管通过蠕动泵506连接至补料瓶6，并用夹子夹住，至此盖体1上所有部件及孔洞均为封闭状态。将进气循环口及取液口105与控制柜出气口508使用软管连接，打开气路阀门，气路中的载气通过控制柜进气口502、控制柜出气口508、进气循环口及取液口105、及中间的连接软管进入罐体2内，立即打开气体收集阀102，以此达到使用载气驱替罐体2中液体培养物以及上层空间的氧气，待液体培养物中的显色剂完全变色后，表示罐体2内的氧气已全部去除，稍保持罐体2内小范围正压状态，此刻应立即关闭气体收集阀102，断开与控制柜出气口508的连接，并用夹子夹住。保证罐体2底部封板处设置的罐体冷却水出口202、罐体冷却水进口203与控制柜冷却水进口504、控制柜冷却水出口503畅通连接。打开控制柜电源开关501，设置温度控制参数、pH异常报警值、电机搅拌持续时间、转速、运行间隔时间，pH异常报警值，当温度超出预设范围时，控制系统5启动冷却水管路电磁阀，冷却水由管路电磁阀、控制柜冷却水出口503、罐体冷却水进口203进入罐体2下封板中；当pH值超出预设范围，pH异常报警运行，提示应加入缓冲液，打开蠕动泵506，释放连接软管上的夹子，开始从补料瓶6中泵入缓冲液，待pH值回归正常后，关闭蠕动泵506，夹子关闭软管，停止泵入缓冲液。

进入发酵期抽取罐体2内发酵液时，通过压力表101观察，若罐体2内为正压，只需打开与进气循环口及取液口105连接的软管夹子，即可利用罐体2内的正压将所取液体压出，完成取液工作；若罐体2内为负压或零压，可将控制柜出气口508及中间的连接软管短暂连接至补料口106上，向罐内输入微量的与罐体2内发酵反应无影响的高纯无菌载气，保持罐体2内微正压，将所取液体从进气循环口及取液口105压出，取液完成后恢复原样，亦可完成取液工作。

本实用新型提供的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，结构简单，操作快捷，体积较小、可拆卸、成本低，满足煤炭生物发酵气化中自动控温、自动搅拌、尾气收集、pH酸碱度调节、保持厌氧条件、厌氧发酵过程封闭式取液、厌氧发酵过程封闭式补液、好氧发酵过程接种等各个条件及要求；同时，此装置拆卸后可进行灭菌，可循环使用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：包括发酵罐本体和用于控制发酵罐本体的控制系统(5)；

发酵罐本体包括盖体(1)和罐体(2)；盖体(1)顶部设置有气体单向阀(103)、火焰接种口(104)、进气循环口及取液口(105)、补料口(106)、pH酸碱度电极(107)以及温度电极(108)；气体单向阀(103)上方设置有压力表(101)和气体收集阀(102)；与进气循环口及取液口(105)连接的管路深入至距离罐体(2)底部；

盖体(1)安装在罐体(2)顶部使罐体(2)内构成密闭空间，罐体(2)底部封板空心，底部封板处设置罐体冷却水出口(202)和罐体冷却水进口(203)，罐体(2)的底部是底座加热装置(3)；底座加热装置(3)设置有两点点对点按压式、接触式加热部件，并与罐体(2)内的加热管电路连通。

2.根据权利要求1所述的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：所述的盖体(1)顶部设置有搅拌电机(4)，搅拌电机(4)的轴穿过盖体(1)后连接消泡桨(110)和搅拌桨叶(111)；罐体(2)内壁设置有内扰流板(201)。

3.根据权利要求2所述的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：所述的控制系统(5)设置有控制柜电源开关(501)、控制柜进气口(502)、控制柜冷却水出口(503)、控制柜冷却水进口(504)、控制柜显示屏(505)、控制柜出气口(508)、pH酸碱度电极信号线接口(509)、温度电极信号线接口(510)以及搅拌电机信号线接口(511)；控制柜进气口(502)与气路口连接，控制柜出气口(508)连接进气循环口及取液口(105)；控制柜冷却水出口(503)、控制柜冷却水进口(504)分别与罐体(2)底部的罐体冷却水出口(202)、罐体冷却水进口(203)连通，形成闭合冷却水回路，连通管路间安装有电磁阀；pH酸碱度电极(107)、温度电极(108)分别与pH酸碱度电极信号线接口(509)、温度电极信号线接口(510)连接。

4.根据权利要求3所述的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：还包括补料瓶(6)，补料瓶(6)经补料软管(507)与蠕动泵(506)和进气循环口及取液口(105)连接。

5.根据权利要求1所述的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：所述的盖体(1)和罐体(2)之间通过螺栓密封连接，接缝处安装密封条。

6.根据权利要求1所述的一种多功能煤炭生物转化发酵装置，其特征在于：所述的盖体(1)、罐体(2)是不锈钢制件。