本發(fā)明屬于厭氧發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能發(fā)酵罐。

背景技術(shù)：

沼氣的厭氧發(fā)酵是指有機(jī)物質(zhì)，如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等，在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過(guò)種類(lèi)繁多、數(shù)量巨大、且功能不同的各類(lèi)微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合性氣體的復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程。

以厭氧發(fā)酵為核心環(huán)節(jié)的沼氣技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，厭氧發(fā)酵是廢物在厭氧條件下通過(guò)微生物的代謝活動(dòng)而被穩(wěn)定化，同時(shí)伴有甲烷和co2產(chǎn)生，液化階段主要是發(fā)酵細(xì)菌起作用，包括纖維素分解菌和蛋白質(zhì)水解菌，產(chǎn)酸階段只要是醋酸菌起作用，產(chǎn)甲烷階段主要是甲烷細(xì)菌，他們將產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的產(chǎn)物降解成甲烷和co2，同時(shí)利用產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的氫將還原成甲烷。

現(xiàn)有的厭氧發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)靜態(tài)的發(fā)酵過(guò)程，在發(fā)酵中只需要將反應(yīng)物靜置發(fā)酵即可，無(wú)法保證發(fā)酵過(guò)程的完整性，也無(wú)法使厭氧發(fā)酵應(yīng)用于規(guī)模化的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種智能發(fā)酵罐，智能化全自動(dòng)操作，在反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)在反應(yīng)物內(nèi)形成強(qiáng)漩流，能夠充分加速發(fā)酵反應(yīng)進(jìn)程，使發(fā)酵更加完全，極大程度的降低了成本，維修維護(hù)方便。

具體的技術(shù)方案如下：

一種智能發(fā)酵罐，包括發(fā)酵罐體，發(fā)酵罐體上設(shè)有攪拌裝置，所述發(fā)酵罐體包括蓋體、釜體和支撐柱，釜體包括中部釜體和底部釜體，中部釜體為中空的圓柱體結(jié)構(gòu)，底部釜體為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，支撐柱固定在釜體底部，半球體結(jié)構(gòu)的蓋體固定在釜體頂部，所述蓋體上設(shè)有進(jìn)料口和排氣口，釜體上設(shè)有出料口；

所述攪拌裝置設(shè)置在蓋體上，所述攪拌裝置包括第一固定殼體、第二固定殼體、第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第一主動(dòng)齒輪、第一從動(dòng)齒輪、第二主動(dòng)齒輪、第二從動(dòng)齒輪、調(diào)節(jié)固定板、絲桿、第一固定環(huán)、第二固定環(huán)、固定轉(zhuǎn)軸和螺旋槳，中空的第一固定殼體固定在蓋體上方，中空的第二固定殼體固定在第一固定殼體上方，第二殼體內(nèi)壁均勻的設(shè)有6個(gè)導(dǎo)條，第二殼體上表面和下表面的中心處分別設(shè)有一個(gè)絲桿固定槽，絲桿可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定在兩個(gè)絲桿固定槽之間，所述第一從動(dòng)齒輪固定在絲桿上，第一步進(jìn)電機(jī)固定在第二固定殼體上，第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與第一主動(dòng)齒輪固定連接，第一主動(dòng)齒輪與第一從動(dòng)齒輪相嚙合，所述調(diào)節(jié)固定板上均勻設(shè)有6個(gè)滑槽，調(diào)節(jié)固定板通過(guò)滑槽與導(dǎo)條的配合作用可移動(dòng)的設(shè)置在第二固定殼體內(nèi)，調(diào)節(jié)固定板的中心處設(shè)有第一通道，第一通道內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺紋相契合，所述第二步進(jìn)電機(jī)固定在調(diào)節(jié)固定板上，第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與第二主動(dòng)齒輪固定連接，固定轉(zhuǎn)軸上設(shè)有第一固定卡槽和第二固定卡槽，第一固定環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)的包覆在第一固定卡槽上，第二固定環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)的包覆在第二固定卡槽上，固定轉(zhuǎn)軸穿過(guò)第一固定殼體與第二固定殼體，固定轉(zhuǎn)軸一端設(shè)有第二從動(dòng)齒輪，另一端與螺旋槳固定連接，所述第一固定環(huán)固定在第一固定殼體內(nèi)，第二固定環(huán)固定在調(diào)節(jié)固定板上，所述第二從動(dòng)齒輪與第二主動(dòng)齒輪相嚙合。

上述一種智能發(fā)酵罐，其中，所述智能發(fā)酵罐還包括液體儲(chǔ)罐、固體儲(chǔ)罐、液位變送器和plc控制器；所述液體儲(chǔ)罐、固體儲(chǔ)罐分別通過(guò)第一管道、第二管道與進(jìn)料口相連接，第一管道上設(shè)有第一電磁閥，第二管道上設(shè)有第二電磁閥，所述液位變送器設(shè)置在發(fā)酵罐體上，所述第一電磁閥、第二電磁閥、液位變送器、第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)分別與plc控制器相連接。

上述一種智能發(fā)酵罐，其中，所述出料口上設(shè)有取樣管道，取樣管道上設(shè)有取樣閥。

上述一種智能發(fā)酵罐，其中，其反應(yīng)方法如下：

(1)在液體儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存溶劑，在固體儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存反應(yīng)用固體顆粒，通過(guò)plc控制器控制第一電磁閥、第二電磁閥開(kāi)啟，使溶劑和反應(yīng)用固體顆粒通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)得到反應(yīng)混合物，并使螺旋槳浸沒(méi)在反應(yīng)混合物中；

(2)通過(guò)液位變送器檢測(cè)反應(yīng)混合物的液面高度，plc控制器根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)值控制第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺旋槳與反應(yīng)混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15；

(3)通過(guò)plc控制器控制第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺旋槳進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；

(4)在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)位變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)混合物的液面高度，當(dāng)液面高度的變化值大于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)plc控制器關(guān)閉第二步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)開(kāi)啟第一步進(jìn)電機(jī)以重新調(diào)整螺旋槳的位置，使螺旋槳與反應(yīng)混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15，再重復(fù)步驟(3)即可完成發(fā)酵反應(yīng)。

上述一種智能厭氧發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng)，其中，所述釜體的體積小于等于100m³。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明應(yīng)用于體積小于等于100m³的中小型發(fā)酵罐，經(jīng)過(guò)頂置式螺旋槳旋轉(zhuǎn)，在反應(yīng)物混合物內(nèi)形成強(qiáng)漩流，使反應(yīng)物充分混合，從而提高了發(fā)酵效率。

2.本發(fā)明通過(guò)plc控制器控制螺旋槳與反應(yīng)混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15，根據(jù)這一要求設(shè)置的螺旋槳在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中造成的強(qiáng)漩流能夠帶動(dòng)整個(gè)釜體內(nèi)的反應(yīng)物勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.本發(fā)明適用性廣，反應(yīng)裝置內(nèi)溫度分布均勻，全自動(dòng)智能化控制，能耗低，運(yùn)行管理方便，利用厭氧發(fā)酵解決了因養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大帶來(lái)的環(huán)境惡化問(wèn)題，極大地改善了農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展，有著豐富的資源和廣闊的前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明剖視圖。

圖2為本發(fā)明電氣控制圖。

圖3為本發(fā)明固定轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明攪拌裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明第二固定殼體剖視圖。

圖6為本發(fā)明調(diào)節(jié)固定板結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰明確，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，任何對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征進(jìn)行等價(jià)替換和常規(guī)推理得出的方案均落入本發(fā)明保護(hù)范圍。

附圖標(biāo)記

液體儲(chǔ)罐1、固體儲(chǔ)罐2、液位變送器4、plc控制器5、發(fā)酵罐體6、攪拌裝置7、蓋體8、釜體9、支撐柱10、中部釜體11、底部釜體12、進(jìn)料口13、排氣口14、出料口15、第三電磁閥16、取樣管道17、取樣閥18、第一固定殼體19、第二固定殼體20、第一步進(jìn)電機(jī)21、第二步進(jìn)電機(jī)22、第一主動(dòng)齒輪23、第一從動(dòng)齒輪24、第二主動(dòng)齒輪25、第二從動(dòng)齒輪26、調(diào)節(jié)固定板27、絲桿28、第一固定環(huán)29、第二固定環(huán)30、固定轉(zhuǎn)軸31、螺旋槳32、導(dǎo)條33、絲桿固定槽34、滑槽35、第一通道36、第一管道37、第二管道38、第一電磁閥39、第二電磁閥40、第一固定卡槽41、第二固定卡槽42。

如圖所示一種智能發(fā)酵罐，包括發(fā)酵罐體6，發(fā)酵罐體上設(shè)有攪拌裝置7，所述發(fā)酵罐體6包括蓋體8、釜體9和支撐柱10，所述釜體9的體積小于等于100m³，釜體9包括中部釜體11和底部釜體12，中部釜體11為中空的圓柱體結(jié)構(gòu)，底部釜體12為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，支撐柱10固定在釜體9底部，半球體結(jié)構(gòu)的蓋體8固定在釜體9頂部，所述蓋體8上設(shè)有進(jìn)料口13和排氣口14，釜體9上設(shè)有出料口15，出料口15上設(shè)有第三電磁閥16，所述出料口15上設(shè)有取樣管道17，取樣管道17上設(shè)有取樣閥18；

所述攪拌裝置7設(shè)置在蓋體8上，所述攪拌裝置7包括第一固定殼體19、第二固定殼體20、第一步進(jìn)電機(jī)21、第二步進(jìn)電機(jī)22、第一主動(dòng)齒輪23、第一從動(dòng)齒輪24、第二主動(dòng)齒輪25、第二從動(dòng)齒輪26、調(diào)節(jié)固定板27、絲桿28、第一固定環(huán)29、第二固定環(huán)30、固定轉(zhuǎn)軸31和螺旋槳32，中空的第一固定殼體固定在蓋體上方，中空的第二固定殼體固定在第一固定殼體上方，第二殼體內(nèi)壁均勻的設(shè)有6個(gè)導(dǎo)條33，第二殼體上表面和下表面的中心處分別設(shè)有一個(gè)絲桿固定槽34，絲桿可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定在兩個(gè)絲桿固定槽之間，所述第一從動(dòng)齒輪固定在絲桿上，第一步進(jìn)電機(jī)固定在第二固定殼體上，第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與第一主動(dòng)齒輪固定連接，第一主動(dòng)齒輪與第一從動(dòng)齒輪相嚙合，所述調(diào)節(jié)固定板上均勻設(shè)有6個(gè)滑槽35，調(diào)節(jié)固定板通過(guò)滑槽與導(dǎo)條的配合作用可移動(dòng)的設(shè)置在第二固定殼體內(nèi)，調(diào)節(jié)固定板的中心處設(shè)有第一通道36，第一通道內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋與絲桿的外螺紋相契合，所述第二步進(jìn)電機(jī)固定在調(diào)節(jié)固定板上，第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與第二主動(dòng)齒輪固定連接，固定轉(zhuǎn)軸上設(shè)有第一固定卡槽41和第二固定卡槽42，第一固定環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)的包覆在第一固定卡槽上，第二固定環(huán)可轉(zhuǎn)動(dòng)的包覆在第二固定卡槽上，固定轉(zhuǎn)軸穿過(guò)第一固定殼體與第二固定殼體，固定轉(zhuǎn)軸一端設(shè)有第二從動(dòng)齒輪，另一端與螺旋槳固定連接，所述第一固定環(huán)固定在第一固定殼體內(nèi)，第二固定環(huán)固定在調(diào)節(jié)固定板上，所述第二從動(dòng)齒輪與第二主動(dòng)齒輪相嚙合；

所述智能發(fā)酵罐還包括液體儲(chǔ)罐1、固體儲(chǔ)罐2、液位變送器4和plc控制器5；所述液體儲(chǔ)罐1、固體儲(chǔ)罐2分別通過(guò)第一管道37、第二管道38與進(jìn)料口13相連接，第一管道上設(shè)有第一電磁閥39，第二管道上設(shè)有第二電磁閥40，所述液位變送器4設(shè)置在發(fā)酵罐體3上，所述第一電磁閥39、第二電磁閥40、第三電磁閥16、液位變送器4、第一步進(jìn)電機(jī)21、第二步進(jìn)電機(jī)22分別與plc控制器5相連接，plc控制器為西門(mén)子s7-400。

所述智能發(fā)酵罐的反應(yīng)方法如下：

(1)在液體儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存溶劑，所述溶劑按重量份數(shù)計(jì)由95份水和5份酒精混合制備而成；在固體儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存反應(yīng)用固體顆粒，所述固體顆粒制備過(guò)程為：將干燥的重量份數(shù)為45份的牛糞，25份的秸稈和20份的梧桐樹(shù)葉混合后，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎即可；

(2)通過(guò)plc控制器控制第一電磁閥、第二電磁閥開(kāi)啟，使溶劑和反應(yīng)用固體顆粒通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)得到反應(yīng)混合物，并使螺旋槳浸沒(méi)在反應(yīng)混合物中，溶劑和反應(yīng)用固體顆粒的體積比為95:5；

(3)初始狀態(tài)時(shí)，螺旋槳距離中部釜體的底部的距離為h1，中部釜體的高度為h2，且h2-h1＝h2/15；

(4)反應(yīng)混合物進(jìn)入釜體后，通過(guò)液位變送器檢測(cè)反應(yīng)混合物的液面高度為h3，經(jīng)plc控制器計(jì)算δh＝h3-h2，當(dāng)δh＞0時(shí)，plc控制器控制第三電磁閥打開(kāi)，從出料口放出部分反應(yīng)混合物，直至δh≤0；當(dāng)δh≤0時(shí)，plc控制器控制第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第一主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第一主動(dòng)齒輪帶動(dòng)第一從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)調(diào)節(jié)固定板向下移動(dòng)，從而帶動(dòng)固定轉(zhuǎn)軸以及固定在轉(zhuǎn)軸上的螺旋槳向下移動(dòng)δh，從而使螺旋槳與反應(yīng)混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15；

(5)通過(guò)plc控制器控制第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺旋槳進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為100rmp；

(6)3h后打開(kāi)取樣閥取反應(yīng)物進(jìn)行粘度測(cè)試，得到初始粘度值為μ0；

(7)每1d打開(kāi)取樣閥取反應(yīng)物進(jìn)行粘度測(cè)試，測(cè)試值分別為μ1、μ2、μ3…μn，用每天的測(cè)試值減去初始粘度值可以得到每天的粘度變化值δμ，則粘度的變化率a＝(δμ-μ0)/μ0，當(dāng)-2％≤a≤2％時(shí)，螺旋槳轉(zhuǎn)速不做變化，當(dāng)2％≤a≤6％時(shí)，plc控制器控制螺旋槳轉(zhuǎn)速為95rmp，當(dāng)-6％≤a≤-2％時(shí)，plc控制器控制螺旋槳轉(zhuǎn)速為105rmp，當(dāng)a＞6％時(shí)，控制第一電磁閥打開(kāi)向發(fā)酵罐體內(nèi)添加溶劑，當(dāng)a＜-6％時(shí)，控制第二電磁閥打開(kāi)向發(fā)酵罐體內(nèi)添加反應(yīng)用固體顆粒；

(8)在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)位變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)混合物的液面高度，當(dāng)液面高度的變化值大于4cm時(shí)，通過(guò)plc控制器關(guān)閉第二步進(jìn)電機(jī)，再重復(fù)步驟(4)(5)(6)(7)即可完成發(fā)酵反應(yīng)。