一种太阳能辅热cstr厌氧中试反应装置的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种厌氧发酵研宄装置，具体涉及一种太阳能辅热CSTR厌氧中试反应装置。
【【背景技术】】
[0002]近年来，中国沼气事业快速发展，2002?2013年中国政府累积投入各项资金315亿元用于发展沼气事业，并取得显著成效。截至2012年底农村户用沼气池保有量已达4083万户，年产沼气137.78亿m3，建设各类沼气工程9.19万处，其中大型工程5596处，年产沼气19.83亿m3，集中供气154万户，年发电3.84亿kw.h。与此同时，在《生物质能“十二五”发展规划》、《可再生能源发展中长期规划》中都将沼气作为重点的发展领域。沼气技术已成为各类有机废弃物无害化、资源化处理及节能减排的重要手段，也是中国农村能源及新能源开发中的重要组成部分。
[0003]然而，在中国沼气事业规模快速扩大的同时，沼气厌氧发酵技术及装备的落后也严重影响其整体水平的提高及综合效益的发挥。特别是在沼气厌氧发酵技术研宄领域，尽管取得了丰富的科研成果，但大量的专利及文献均是在实验室小试规模的基础上完成，研宄结果与沼气工程实际应用仍存在差异，难以直接应用于实际生产。也有少量报道是在中试规模下完成，但利用沼气工程领域应用最广泛的连续搅拌反应器系统(continuousstirred tank reactor以下简称CSTR)反应器的研宄却鲜见报道。如:何辰庆等人的研宄采用容积6.5m3的钢板焊接的卧式厌氧发酵罐为反应装置(何辰庆，戴良伟，李士兰，等.甜菜渣厌氧消化制取沼气中试发酵条件的研宄[J].辽宁大学学报.自然科学版，1987，2:59-64);周孟津等人的研宄采用固定床及水压式沼气池为反应装置(周孟津，杨秀山.以秸杆和猪粪为原料半两步沼气发酵中试研宄[J].中国沼气，1988，6(4):15-19.);杜静等人的研宄采用厌氧折流板中试反应器进行(杜静，严少华，常志州，等.太湖蓝藻产沼气潜力及复合折流板反应器(ABR)工艺中试[J].江苏农业学报，2008，24 ￠):948-953);孙朦朦等人进行的研宄采用自制的长方形卧式反应器和常规水压式沼气池进行(孙朦朦，李玉英，柴春月，等.中试秸杆沼气发酵好氧生理菌群的时空动态[J].南阳师范学院学报，2009,8(9):53-56);刘圣根等人进行的中试研宄采用自行设计的4m3矩形反应器进行(刘圣根，黄卫东，许子牧，等.水花生、水葫芦厌氧消化产沼气的中试实验研宄[J].环境工程学报，2011，5(6):1310-1314);李道义等人进行的干式厌氧发酵中试研宄采用卧式反应器进行(李道义，李树君，景全荣，等.连续高温干式厌氧发酵牛粪制取沼气中试[J].中国沼气，2013，31(5):20-24)。这些中试研宄所采用的反应器大都为卧式或传统水压式沼气池，对厌氧发酵过程的发酵液PH值、温度、氧化还原电位，以及所产沼气成分等缺乏有效的实时监测，也与国内外沼气工程主体反应器的发展现状及趋势不符。CSTRCSTR厌氧反应器具有良好原料适应性、高效、传质传热均匀，有效避免浮渣、结壳等优点，同时工程施工方便、造价较低，是国内外大中型沼气工程的主要池形。随着中国沼气技术及装备水平的发展，CSTRCSTR厌氧反应器应用将越来越广泛。而目前国内专门设计的应用于厌氧发酵中试研宄的CSTR厌氧中试反应装置仍旧空白。
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【发明内容】
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[0004]针对以上问题，本发明设计了可以实现发酵液及产气自动化在线监测、系统运行智能控制的CSTR厌氧中试反应装置，并采用太阳能集热器辅助加热、电加热的方式保证其中温或高温运行。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种太阳能辅热CSTR厌氧中试反应装置，包括:
[0006]用于储存料液的CSTR厌氧反应器，其上端设有电机，该电机的转轴上固定连接有搅拌桨，该搅拌桨设于CSTR厌氧反应器内部，且较CSTR厌氧反应器内料液液面低，所述CSTR厌氧反应器上设有用于监测其内部温度、pH值、压力、气体流量、沼气成分的监测装置，且所述CSTR厌氧反应器的外壁设有用于为其内部提供热能的夹套层，该夹套层顶端设有一冷水口，底端设有一热水口 ；
[0007]用于采集太阳能并将太阳能转换为热能的太阳能集热器，其通过冷水口与夹套层相连通；
[0008]与太阳能集热器相连通的储热水箱，其通过热水口与夹套层相连通。
[0009]特别的，所述监测装置包括PH值检测电极、温度计、气体流量计、在线沼气分析仪，所述PH值检测电极与温度计固定设于CSTR厌氧反应器顶端，且所述PH值检测电极与温度计的一端延伸至料液液面以下，另一端位于CSTR厌氧反应器外部，所述气体流量计、在线沼气分析仪依次设于出气管道上。
[0010]特别的，所述PH值检测电极为复合电极。
[0011]特别的，所述夹套层内设有加热器。
[0012]特别的，所述CSTR厌氧反应器外壁设有5-7cm的聚氨酯保温材料。
[0013]特别的，所述太阳能集热器采用平板型集热组件，且CSTR厌氧反应器与太阳能集热器按Im3CSTR厌氧反应器与4m2太阳能集热器面积的比例进行配置。
[0014]特别的，所述夹套层与储热水箱的容积相等，且所述夹套层的外壁设有3-5cm聚氨酯泡沫保温层。
[0015]特别的，所述储热水箱与夹套层之间设有循环水泵。
[0016]特别的，所述CSTR厌氧反应器与太阳能集热器之间设有补水管道。
[0017]相较于现有技术，本发明提供一种太阳能辅热CSTR厌氧中试反应装置，该装置以沼气工程领域应用最广泛的CSTR厌氧反应器为核心，通过电加热和太阳能集热系统实现其加热保温，节省能源，降低中试工程运行成本；同时通过单片机原理设计的控制系统可实现厌氧发酵过程发酵液PH值、温度、氧化还原电位以及沼气成分的实时监测和采集，并实现反应器搅拌速度、频率及时间的自动控制。与现有沼气厌氧中试系统相比，显著提高了系统的在线监测和调控水平，提高厌氧发酵效率及技术装备水平，可用作厌氧发酵中试研宄，也可用作中小规模沼气工程，对提高国内沼气工程科研装备水平具有重要意义。
【【附图说明】】
[0018]图1为本发明一种太阳能辅热CSTR厌氧中试反应装置的结构示意图。【【具体实施方式】】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。
[0020]本发明针对厌氧工程中试研宄，以工程领域应用最为广泛的CSTR厌氧反应器为核心反应装置，并通过太阳能和电加热实现系统的中温运行，同时增加在线监测及智能控制系统，为厌氧发酵研宄提供良好的解决方案。于本发明中，CSTR厌氧反应器设计的工作温度为中温段:35-43°C、高温:52-58°C两个温度段；进料有机负荷彡3.5kgVS/m3.d，厌氧发酵液氧化还原电位应< 350mV，发酵液pH值应多6.5。
[0021]请参阅图1 (图1中，点划线表示信号采集及控制线路)，本发明提供一种太阳能辅热CSTR厌氧中试反应装置，包括:
[0022]用于储存料液的CSTR厌氧反应器1，其上端设有电机11，该电机11的转轴上固定连接有搅拌桨12，该搅拌桨12设于CSTR厌氧反应器I内部，且较CSTR厌氧反应器I内料液液面低，所述CSTR厌氧反应器I上设有用于监测其内部温度、pH值、压力、气体流量、沼气成分的监测装置13，且所述CSTR厌氧反应器I的外壁设有用于为其内部提供热能的夹套层14，该夹套层14顶端设有一冷水口 15，底端设有一热水口 16，且该夹套层14上设有用于监测其内部温度的温度计(图中未标示)；
[0023]用于采集太阳能并将太阳能转换为热能的太阳能集热器2，其通过冷水口与夹套层14相连通；
[0024]与太阳能集热器2相连通的储热水箱3，其通过热水口 16，与夹套层14相连通，且所述出热水箱3上设有用于监测其内部温度的温度计(图中未标示)；
[0025]控制系统，其采用单片机原理，实现对CSTR厌氧反应器1、夹套层14、储热水箱3内温度的在线监测实现自