生物質(zhì)水解酸化裝置的制作方法

本發(fā)明屬于生物質(zhì)水解酸化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及生物質(zhì)水解酸化裝置。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物秸稈能源化利用技術(shù)是緩解當(dāng)今我國面臨的“糧食、能源、環(huán)境”三大危機(jī)的有效途徑之一，厭氧發(fā)酵技術(shù)作為生物質(zhì)能主要利用技術(shù)已廣受關(guān)注。厭氧發(fā)酵技術(shù)可分為單相厭氧發(fā)酵技術(shù)、兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)、混合厭氧發(fā)酵技術(shù)。其中，兩相厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段是2個獨(dú)立的處理單元，各自形成產(chǎn)酸發(fā)酵微生物和產(chǎn)甲烷微生物的最佳生態(tài)條件，使其分別發(fā)揮最大的代謝能力，避免了傳統(tǒng)的單相厭氧發(fā)酵工藝中微生物之間和代謝產(chǎn)物對微生物的抑制作用，從而使整個工藝達(dá)到最好的處理效果。

秸稈中的有機(jī)成分以纖維素、半纖維素為主，其次為木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、氨基酸、樹脂、單寧等。秸稈中的木質(zhì)素包裹在纖維素和半纖維素的表面，阻礙了酶和微生物與纖維素、半纖維素的充分接觸，因此，纖維素和半纖維素的水解就成為秸稈類原料生物降解的限制步驟。因此，在進(jìn)行厭氧發(fā)酵之前，必須對農(nóng)作物秸稈進(jìn)行預(yù)處理。常用的預(yù)處理方法包括物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法。其中，生物處理法就是在人工控制條件下，利用一些細(xì)菌、真菌等微生物的發(fā)酵作用來處理秸稈。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為厭氧生物處理的限速步驟是產(chǎn)甲烷階段，但是產(chǎn)酸相對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也起著關(guān)鍵的作用，產(chǎn)酸相的產(chǎn)物組成對產(chǎn)甲烷相產(chǎn)甲烷的效率有很大影響，對產(chǎn)生甲烷的底物進(jìn)行分析，結(jié)果表明，28%的甲烷來自氫的氧化和二氧化碳的還原，72%的甲烷來自乙酸的裂解。而產(chǎn)酸階段運(yùn)行的穩(wěn)定性不僅受到溫度、pH、底物組成等因素的影響，還受到反應(yīng)器（即罐體）結(jié)構(gòu)的影響，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的合理性是生物質(zhì)秸稈能夠有效產(chǎn)酸和穩(wěn)定運(yùn)行的前提。

徐鋼，方琦，竺強(qiáng)（徐鋼,方琦,竺強(qiáng).秸稈水解酸化+厭氧發(fā)酵生物氣化集中供氣工程研究[J],農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展, 2012, 29(2):29-32）采用水解酸化＋厭氧發(fā)酵生物氣化技術(shù)處理農(nóng)作物廢棄物秸稈，在建德市航頭鎮(zhèn)航川村建設(shè)了工程示范點(diǎn)，處理廢棄物的同時實(shí)現(xiàn)了為15戶農(nóng)戶集中供氣。通過工程實(shí)例證明該工藝能有效處理秸稈廢棄物，且易于操作和管理，并具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

通常，產(chǎn)酸階段使用的設(shè)備稱為水解酸化罐或水解酸化反應(yīng)器，該類設(shè)備是針對生物質(zhì)水解酸化的特點(diǎn)及需求而應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生的。該類設(shè)備隨厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。

申請?zhí)枮?015101745105的專利公開了一種秸稈水解酸化處理裝置，適用于秸稈產(chǎn)沼氣前的水解酸化處理領(lǐng)域。該裝置包括位于秸稈水解酸化處理室內(nèi)部的秸稈水解酸化槽、位于外部的集水槽和設(shè)置在頂部的太陽能加熱裝置；在秸稈水解酸化槽底部設(shè)置有加熱元件，側(cè)部設(shè)置有超聲波發(fā)生裝置，在秸稈水解酸化槽的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)出料門，在秸稈水解酸化槽底部設(shè)置有與集水槽相連通的排水孔，且秸稈水解酸化槽的底部以向集水槽一側(cè)傾斜的方式設(shè)置，在秸稈水解酸化槽的頂部設(shè)置有噴淋頭，噴淋頭通過管路、水循環(huán)泵與集水槽相連通；加熱元件通過熱水循環(huán)泵及相應(yīng)管路與太陽能加熱裝置相連接。該發(fā)明能提高秸稈厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣率，解決物料在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的上浮現(xiàn)象。但是公知的，水解酸化工藝需要一定的溶解氧，且需要充分的混合潤脹，以利于產(chǎn)酸，就該發(fā)明而言，其實(shí)用性并不強(qiáng)，超聲波發(fā)生器雖能破壞秸稈的結(jié)構(gòu)，但是在料液粘度不斷增大的情況下，超聲波的傳播損耗也會隨之增加，能耗高，而且對料液的整體循環(huán)流動作用并不顯著，不利于料液的均勻混合。申請?zhí)枮?01410714419.3的中國專利公開了一種液壓水下攪拌裝置，支撐立柱的下端轉(zhuǎn)動安裝在反應(yīng)器內(nèi)，上端位于反應(yīng)器的上方，并罩于與反應(yīng)器密封連接的密封箱內(nèi)部；攪拌本體位于反應(yīng)器內(nèi)，與支撐立柱可相對升降地連接、并隨支撐立柱轉(zhuǎn)動，電機(jī)安裝在支撐立柱的上端，電機(jī)的輸出端通過牽引繩與攪拌本體連接、驅(qū)動攪拌本體升降；反應(yīng)器內(nèi)充有發(fā)酵液體，反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液體通過既可轉(zhuǎn)動又可升降的攪拌本體攪拌；反應(yīng)器的頂部安裝有伸縮液壓缸，伸縮液壓缸的輸出端連接有氣體保護(hù)簾，氣體保護(hù)簾由伸縮液壓缸帶動升降。該發(fā)明可以對反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，在攪拌本體檢修的過程中，可以在不清除發(fā)酵液體的前提下實(shí)現(xiàn)攪拌本體的罐外檢修。該發(fā)明針對厭氧發(fā)酵罐設(shè)計(jì)出了與其適應(yīng)的攪拌裝置，但是周知的水解酸化罐用于產(chǎn)酸階段，厭氧發(fā)酵罐用于產(chǎn)甲烷階段，兩個階段的工作條件存在明顯的不同；上述不同給反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和構(gòu)思帶來了明顯的區(qū)別。本領(lǐng)域技術(shù)人員若將上述攪拌裝置用于水解酸化階段的反應(yīng)器還需要做進(jìn)一步的改進(jìn)，使之能夠與水解酸化工作條件相適應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種適合生物質(zhì)進(jìn)行水解酸化的反應(yīng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)料液的除雜、潤脹和高效酸化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

生物質(zhì)水解酸化裝置，包括罐體、攪拌機(jī)構(gòu)、布?xì)夤?、進(jìn)料口和出料口，所述罐體的頂板設(shè)置工作窗和通風(fēng)窗，底部位于地面以下，所述攪拌機(jī)構(gòu)包括：手搖式升降機(jī)、攪拌器和吊繩，所述手搖式升降機(jī)通過所述工作窗垂直穿過所述罐體的頂板，且偏離所述罐體的中心設(shè)置，所述攪拌器與所述手搖式升降機(jī)滑動連接，所述吊繩的一端與攪拌器連接，另一端與所述手搖式升降機(jī)連接。

進(jìn)一步的，所述手搖式升降機(jī)包括支撐桿、手柄、滑輪和繞線圈，所述支撐桿通過支座與所述罐體的頂板連接，所述支座固定在所述罐體的頂板上，所述支撐桿位于所述罐體的頂板以下的部位設(shè)置滑道及與所述滑道相配合的限位鎖，所述繞線圈通過連接件Ⅰ及所述滑輪通過連接件Ⅱ分別傾斜設(shè)置在所述支撐桿的頂端兩側(cè)，所述連接件Ⅰ和所述連接件Ⅱ的軸線平行。

進(jìn)一步的，所述支撐桿與所述支座轉(zhuǎn)動連接，所述支撐桿上位于所述支座以上的部位設(shè)置旋轉(zhuǎn)桿。

進(jìn)一步的，所述攪拌器包括攪拌軸，所述攪拌軸的一端與所述滑道滑動連接，另一端設(shè)置攪拌槳，所述攪拌軸的軸線與所述支撐桿垂直。

進(jìn)一步的，所述連接件Ⅰ上設(shè)置連接環(huán)Ⅰ，所述連接環(huán)Ⅰ穿設(shè)輔助拉件，所述輔助拉件的一端與所述攪拌器連接，另一端固定于所述支座上，所述輔助拉件上設(shè)置多個足以使所述吊繩穿過的連接環(huán)Ⅱ。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料口與料液輸送管連接，所述出料口與厭氧發(fā)酵罐連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明生物質(zhì)水解酸化裝置，通過將罐體的底部埋于地面以下，可以減小罐體內(nèi)部水解酸化液溫度的波動，利于微生物的生長和繁殖，提高水解酸化效率；通過在罐體內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)構(gòu)和布?xì)夤埽瑑烧邊f(xié)同，使料液溶氧更加均勻，加強(qiáng)和提高原料在罐體內(nèi)的接觸、碰撞和混合幾率，使雜質(zhì)從原料中脫離，并沉淀至罐體的底部；在罐體的頂板偏心設(shè)置手搖式升降機(jī)，且手搖式升降機(jī)與攪拌機(jī)構(gòu)連接，可以使得攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行攪拌作業(yè)后料液呈現(xiàn)不對稱性，增強(qiáng)料液的對流度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)攪拌機(jī)構(gòu)在不同的高度上進(jìn)行攪拌作業(yè)，從而滿足不同垂直面的溶氧和混合要求。

通過上述各部件的配合，可以使生物質(zhì)料液在罐體內(nèi)經(jīng)過10~15小時的停留，即可將生物質(zhì)原料充分潤脹，高效完成酸化過程，顯著提高料液的可生化性，為厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷奠定良好的基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明圖1中罐體頂板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本發(fā)明圖1中支座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5：本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6：本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7：本發(fā)明圖6的右視圖；

圖8：本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-罐體，2-支撐桿，3-手柄，4-滑輪，5-繞線圈，6-旋轉(zhuǎn)桿，7-滑道，8-連接件Ⅰ，9-連接件Ⅱ，10-連接環(huán)Ⅰ，11-連接環(huán)Ⅱ，12-輔助拉件，13-吊繩，14-攪拌軸，15-攪拌槳，16-氣體總管，17-進(jìn)料口，18-出料口，19-人孔，20-地面，21-通風(fēng)窗，22-支座，23-工作窗，24-軸套，25-布?xì)夤埽?6-氣孔，27-輔助環(huán)，28-吊環(huán)螺母，29-檢修窗。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步清楚闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

實(shí)施例1

參閱圖1~3，本發(fā)明一種生物質(zhì)水解酸化裝置，包括罐體1、攪拌機(jī)構(gòu)、布?xì)夤?5、進(jìn)料口17和出料口18，所述罐體1的頂板設(shè)置工作窗23和通風(fēng)窗21，底部位于地面20以下，攪拌機(jī)構(gòu)包括：手搖式升降機(jī)、攪拌器和吊繩13，手搖式升降機(jī)通過所述工作窗垂直穿過罐體1的頂部，且偏離罐體1的中心設(shè)置，攪拌器與手搖式升降機(jī)滑動連接，吊繩13的一端與攪拌器連接，另一端與手搖式升降機(jī)連接。

在一個實(shí)施例中，罐體1為圓柱狀，也可以設(shè)置為其他本領(lǐng)域通用的其他形狀。

通風(fēng)窗21為格柵狀，活動安裝在罐體1的頂板上；通風(fēng)窗的上部設(shè)置有方便掀起的把手21-1。

罐體1的底部位于地面20以下1.5米。

參閱圖2，工作窗23設(shè)置有足以使支撐桿2和吊繩13通過，并使吊繩13跟隨所述攪拌器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的通道23-1。

在一個實(shí)施例中，進(jìn)料口17設(shè)置在罐體的側(cè)面靠近底端，與料液輸送管連接。這樣設(shè)置可以使得料液進(jìn)入罐體后，其中的雜質(zhì)更加快速地沉降至罐體的底部，減少內(nèi)部料液的阻礙，尤其對于連續(xù)運(yùn)行的裝置來說，更是如此。

所述出料口18設(shè)置在罐體的側(cè)面底端，與厭氧發(fā)酵罐連接。這樣設(shè)置可在兼顧料液酸化效果的基礎(chǔ)上，便于罐體內(nèi)剩余料液的充分?jǐn)嚢韬突旌?，而且放料容易，控制簡單?/p>

在一個實(shí)施例中，所述手搖式升降機(jī)包括支撐桿2、手柄3、滑輪4和繞線圈5，所述支撐桿通過支座22與所述罐體1的頂板連接，所述支座22固定在所述罐體的頂板上，所述支撐桿位于所述罐體的頂板以下的部位設(shè)置滑道7及與所述滑道相配合的限位鎖，所述繞線圈5通過連接件Ⅰ8及所述滑輪通過連接件Ⅱ9分別傾斜設(shè)置在所述支撐桿的頂端兩側(cè)，所述連接件Ⅰ和所述連接件Ⅱ的軸線平行。

參閱圖3，支座22的底端通過螺栓固定在罐體1的頂板上，頂端則通過軸套24與支撐桿活動連接。

繞線圈5用于纏繞和釋放吊繩；而滑輪4則用于控制吊繩的走向，防止跑偏。

作業(yè)時，若要縮短吊繩的長度，則工作人員手握手柄旋轉(zhuǎn)，使吊繩通過滑輪，不斷纏繞在繞線圈上，則攪拌器在吊繩的向上拉力作用下，也向罐體的上部滑動，改變攪拌器的垂直度及攪拌范圍。

在一個實(shí)施例中，所述支撐桿與所述支座轉(zhuǎn)動連接，所述支撐桿上位于所述支座以上的部位設(shè)置旋轉(zhuǎn)桿6。

該旋轉(zhuǎn)桿6通過預(yù)設(shè)在支撐桿2上的圓孔與支撐桿2活動連接，在其作用下，可以將支撐桿進(jìn)行±90°的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動攪拌器旋轉(zhuǎn)。

因此，支撐桿2與罐體1內(nèi)壁之間的距離需滿足攪拌器跟隨支撐桿2在水平面內(nèi)進(jìn)行±90°度旋轉(zhuǎn)時不至于碰觸到罐體1的內(nèi)壁。

在一個實(shí)施例中，所述攪拌器包括攪拌軸，所述攪拌軸14的一端與所述滑道滑動連接，另一端設(shè)置攪拌槳15，所述攪拌軸的軸線與所述支撐桿垂直。攪拌器位于料液內(nèi)部工作，需保證良好的密封性，且耐腐蝕。

本發(fā)明中攪拌軸與支撐桿垂直設(shè)置，攪拌槳的轉(zhuǎn)動面與攪拌軸垂直，便于料液的上下混合。

實(shí)施例2

參閱圖4，本實(shí)施例所描述的生物質(zhì)水解酸化裝置，是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，與實(shí)施例1不同的是：

布?xì)夤艹虱h(huán)狀均勻布設(shè)在罐體1的底部，布?xì)夤?5與罐體1的底部之間的距離可根據(jù)工藝需求進(jìn)行設(shè)定，其高度不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

進(jìn)入布?xì)夤?5內(nèi)的氣體為空氣，空氣由加壓風(fēng)機(jī)加壓后按照工藝需求定時定量地由氣體總管16分配到布?xì)夤?5中，布?xì)夤?5呈環(huán)形設(shè)置，在布?xì)夤?5的上部均勻分布?xì)饪?6，以確保對料液進(jìn)行均勻曝氣。

實(shí)施例3

參閱圖5，本實(shí)施例所描述的生物質(zhì)水解酸化裝置，是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，與實(shí)施例1不同的是：

所述連接件Ⅰ上設(shè)置連接環(huán)Ⅰ10，所述連接環(huán)Ⅰ穿設(shè)輔助拉件12，所述輔助拉件的一端與所述攪拌器連接，另一端固定于所述支座上，所述輔助拉件上設(shè)置多個足以使所述吊繩穿過的連接環(huán)Ⅱ11。

其中，連接環(huán)Ⅰ10用于穿設(shè)輔助拉件12，輔助拉件12采用高強(qiáng)度工程塑料。

連接環(huán)Ⅱ11的數(shù)量可以設(shè)置2個以上，例如，2個，3個，甚至更多。

此外，為了方便清除罐體底部的雜質(zhì)，便于檢修，在罐體的地面以上部位設(shè)置人孔19，其具體位置的設(shè)定不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

為了便于收集和控制罐體的液位數(shù)據(jù)的變化和內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)的變化，在罐體1上設(shè)置液位傳感器和壓力控制器，其具體的位置的設(shè)定不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

實(shí)施例4

參閱圖6~7，本實(shí)施例所描述的生物質(zhì)水解酸化裝置，是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，與實(shí)施例3不同的是：

為了延長輔助拉件12的使用壽命，減少連接環(huán)Ⅰ10對其的磨損，本發(fā)明優(yōu)選的在，輔助拉件12的外部套設(shè)輔助環(huán)27，該輔助環(huán)27包括本體27-1和設(shè)置在本體外部的空心環(huán)片27-2，所述本體為空心圓柱體，所述空心環(huán)片與所述連接環(huán)Ⅰ10通過吊環(huán)螺母28固定起來。這樣設(shè)置后，輔助拉件12與連接環(huán)Ⅰ10不直接接觸，磨損程度大幅度較小。

空心環(huán)片27-2的數(shù)量可以設(shè)置1個，也可以設(shè)置2個，甚至更多。當(dāng)設(shè)置2個以上時，可以同時掛置在不同的支撐物上。而且，為了不同方位的掛置需要，多個空心環(huán)片可以不同的角度與本體27-1連接。例如，垂直、交叉或平行。圖5所示為2個空心環(huán)片垂直設(shè)置的圖例。

實(shí)施例5

參閱圖8，本實(shí)施例所描述的生物質(zhì)水解酸化裝置，是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，與實(shí)施例1不同的是：

為了便于將攪拌器取出、放回及檢修，在罐體1的頂板設(shè)置檢修窗29，該檢修窗口為格柵狀，活動安裝在罐體1的頂板上。

其中，本發(fā)明述及的支撐桿2、攪拌器、輔助拉件12、吊繩13均為耐腐蝕制件。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。