外旋转连续式厌氧干发酵设备及发酵方法与流程

1.本发明涉及废弃物厌氧发酵技术领域，特别是涉及一种外旋转连续式厌氧干发酵设备及发酵方法。


背景技术：

2.连续式厌氧干发酵技术是从反应器启动以后，每天连续定量地向发酵罐内添加新物料并排出沼渣沼液，实现反应器的连续运行，具有产气连续稳定、容积产气率高、干物质降解率高、处理量大等优势。但目前应用于连续厌氧干发酵技术的设备存在搅拌不均匀、易堵塞的问题，无法实现产气连续、容积产气率高、处理量大的效果。因此，如何研制一种高效、快速、均匀混合的外旋转连续式厌氧干发酵设备，以有效推进连续厌氧干发酵技术的应用，是本研究领域急需解决的一个技术问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种外旋转连续式厌氧干发酵设备及发酵方法，以解决上述现有技术存在的问题，减少连续厌氧干发酵过程中的堵塞现象，并增强连续厌氧干发酵过程中的搅拌作用，搅拌更加均匀，提高发酵效果。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种外旋转连续式厌氧干发酵设备，包括预储存装置、进料管道、密闭壳体、旋转发酵罐、搅拌器、旋转驱动装置和出料装置，所述密闭壳体内固定连接有中心轴，所述旋转发酵罐设置于所述密闭壳体内并转动连接在所述中心轴上，所述进料管道一端与所述预储存装置的下料口密封固定连接，所述进料管道另一端与所述密闭壳体密封固定连接，并穿过所述密闭壳体后与所述旋转发酵罐一端相对转动密封连接，所述旋转发酵罐另一端转动密封连接在所述中心轴上，所述搅拌器固定连接在所述中心轴上并位于所述旋转发酵罐内，所述旋转驱动装置能够驱动所述旋转发酵罐绕所述中心轴转动，所述旋转发酵罐远离所述进料管道的一端外周面上设有多个出料口，各所述出料口均与所述出料装置连通，所述出料装置上设有出气口和渣液出口，所述出气口和所述渣液出口分别与所述密闭壳体上的集气口和渣液收集口连通。
6.优选的，所述预储存装置包括至少一个锥形料斗，各所述锥形料斗内均转动连接有一个螺旋搅拌装置，所述螺旋搅拌装置包括转轴、螺旋搅拌叶和螺旋驱动电机，所述转轴转动连接在所述锥形料斗内并与所述锥形料斗同轴线，所述转轴外侧壁上固定连接有所述螺旋搅拌叶，所述螺旋搅拌叶与所述转轴同轴线，所述螺旋搅拌叶的半径由与所述锥形料斗大口端相对应的一端向与所述锥形料斗小口端相对应的一端逐渐变小。
7.优选的，所述搅拌器设有多个，多个所述搅拌器间隔固定于所述中心轴上，各所述搅拌器均包括两个搅拌单元，各所述搅拌单元沿所述中心轴轴向间隔分布，各所述搅拌单元均包括多个搅拌杆，一个所述搅拌单元中的各所述搅拌杆均固定连接在所述中心轴上并沿所述中心轴周向均匀分布，各所述搅拌杆顶端均固定设有一扇形刮板。
8.优选的，一个所述搅拌器中的两个所述搅拌单元之间固定连接有多个筛板，各所述筛板上均设有多个不同孔径的筛孔，各所述筛孔随机分布于所述筛板上。
9.优选的，所述密闭壳体包括互相密封固定连接的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的内径小于所述第二壳体的内径，所述旋转发酵罐包括互相密封固定连接的第一罐体和第二罐体，所述第一罐体的内径小于所述第二罐体的内径，所述第一罐体与所述第一壳体相对应设置，所述第二罐体与所述第二壳体相对应设置，所述进料管道与所述第一壳体密封固定连接，并穿过所述第一壳体后与所述第一罐体相对转动密封连接；所述中心轴包括同轴线并固定连接的第一轴段和第二轴段，所述第一轴段位于所述第一罐体内，所述第二轴段位于所述第二罐体内，所述第一轴段外周面上固定设有螺旋输送叶片，在所述旋转发酵罐旋转作用下，物料能够被所述螺旋输送叶片从所述第一罐体输送至所述第二罐体，所述第二轴段外固定套设有套筒，所述套筒外周面上固定设有所述搅拌器。
10.优选的，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机、动力输入轴、滚轮转轴和旋转滚轮，所述旋转驱动电机与所述动力输入轴传动连接，所述动力输入轴与所述滚轮转轴通过链条传动连接，所述第二罐体外周面上间隔设有多个圆形的滚轮轨道，所述滚轮转轴上固定连接有与各所述滚轮轨道相对应的多个所述旋转滚轮。
11.优选的，所述出料装置包括出料环，所述出料环内壁上设有环形凹槽，所述出料环固定连接在所述密闭壳体内，所述出料环与所述旋转发酵罐外周面相对转动并密封连接，且各所述出料口均与所述环形凹槽连通，所述出气口和所述渣液出口分别设置于所述环形凹槽上端和下端。
12.优选的，所述第二壳体内壁上固定设有螺旋加热管，所述螺旋加热管的轴线与所述第二壳体的轴线共线。
13.优选的，所述出料环与所述旋转发酵罐外周面、所述旋转发酵罐与所述进料管道均采用浮环密封连接，所述出气口与所述集气口、所述渣液出口和所述渣液收集口均通过软管连接。
14.本发明还提供一种基于以上所述的外旋转连续式厌氧干发酵设备的发酵方法，包括以下步骤：
15.s1：将发酵原料置于所述预储存装置中，发酵原料沿所述进料管道进入所述旋转发酵罐中，在所述旋转发酵罐中进行厌氧反应；
16.s2：所述旋转驱动装置驱动所述旋转发酵罐绕所述中心轴转动，转动的所述旋转发酵罐与所述搅拌器共同对发酵原料进行搅拌；
17.s3：发酵过程中产生的沼气、沼渣和沼液从所述出料口排入至所述出料装置，然后，沼气经所述出气口从所述集气口排出，沼渣和沼液经所述渣液出口从所述渣液收集口排出。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本发明提供一种外旋转连续式厌氧干发酵设备及发酵方法，工作时，将发酵原料置于预储存装置中，发酵原料沿进料管道进入旋转发酵罐中进行厌氧反应，密闭壳体为发酵过程提供气密性环境并具有保温作用，旋转驱动装置驱动旋转发酵罐绕中心轴转动，由于旋转发酵罐的旋转作用，发酵原料会随着旋转发酵罐的转动由底端逐渐上升至顶端，而后在重力作用下自由下落至旋转发酵罐底端，形成循环，促进发酵原料的流动与混合，增强
连续厌氧干发酵过程中的搅拌作用，同时，在搅拌器对发酵原料的搅拌作用下，使得发酵物料搅拌的更加均匀，从而提高发酵效果，由于在旋转发酵罐远离进料管道的一端外周面上设有多个出料口，在旋转发酵罐旋转的同时，通过各出料口能够将发酵产生的沼气、沼液和沼渣排入出料装置，沼气、沼液和沼渣始终处于运动状态，沼液和沼渣在运动中并在离心力作用下通过出料口排出，能够降低沼液和沼渣的沉积，从而减少连续厌氧干发酵过程中的堵塞现象。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
21.图1为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备的结构示意图；
22.图2为图1中外旋转连续式厌氧干发酵设备的局部剖视图；
23.图3为图1中外旋转连续式厌氧干发酵设备的a
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a剖视图；
24.图4为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备中的预储存装置的内部结构示意图；
25.图5为图2中外旋转连续式厌氧干发酵设备中的ⅰ部分的局部放大图；
26.图6为图2中外旋转连续式厌氧干发酵设备中的ⅱ部分的局部放大图；
27.图7为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备中的搅拌单元的结构示意图；
28.图8为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备中的搅拌器结构示意图；
29.图9为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备中的旋转发酵罐的剖视图；
30.图10为图9中旋转发酵罐中的ⅲ部分的局部放大图；
31.图11为本发明提供的外旋转连续式厌氧干发酵设备中的密闭壳体的剖视图；
32.图中：100
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外旋转连续式厌氧干发酵设备、1
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预储存装置、2
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进料管道、3
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密闭壳体、4
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旋转发酵罐、5
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搅拌器、6
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旋转驱动装置、7
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出料装置、8
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中心轴、9
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出料口、10
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出气口、11
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渣液出口、12
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集气口、13
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渣液收集口、14
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锥形料斗、15
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螺旋搅拌装置、16
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转轴、17
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螺旋搅拌叶、18
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螺旋加热管、19
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搅拌单元、20
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搅拌杆、21
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扇形刮板、22
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筛板、23
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第一壳体、24
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第二壳体、25
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第一罐体、26
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第二罐体、27
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第一轴段、28
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第二轴段、29
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螺旋输送叶片、30
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套筒、31
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滚轮转轴、32
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旋转滚轮、33
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滚轮轨道、34
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出料环、35
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环形凹槽。
具体实施方式
33.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做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。
34.本发明的目的是提供一种外旋转连续式厌氧干发酵设备及发酵方法，以解决现有技术存在的问题，减少连续厌氧干发酵过程中的堵塞现象，并增强连续厌氧干发酵过程中的搅拌作用，搅拌更加均匀，提高发酵效果。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.如图1～6所示，本实施例提供一种外旋转连续式厌氧干发酵设备100，包括预储存装置1、进料管道2、密闭壳体3、旋转发酵罐4、搅拌器5、旋转驱动装置6和出料装置7，密闭壳体3内固定连接有中心轴8，旋转发酵罐4设置于密闭壳体3内并转动连接在中心轴8上，进料管道2一端与预储存装置1的下料口密封固定连接，进料管道2另一端与密闭壳体3密封固定连接，并穿过密闭壳体3后与旋转发酵罐4一端相对转动密封连接，旋转发酵罐4另一端转动密封连接在中心轴8上，搅拌器5固定连接在中心轴8上并位于旋转发酵罐4内，旋转驱动装置6能够驱动旋转发酵罐4绕中心轴8转动，旋转发酵罐4远离进料管道2的一端外周面上设有多个出料口9，各出料口9均与出料装置7连通，出料装置7上设有出气口10和渣液出口11，出气口10和渣液出口11分别与密闭壳体3上的集气口12和渣液收集口13连通。
37.工作时，将发酵原料置于预储存装置1中，发酵原料沿进料管道2连续进入旋转发酵罐4中进行厌氧反应，密闭壳体3为发酵过程提供气密性环境并具有保温作用，旋转驱动装置6驱动旋转发酵罐4绕中心轴8转动，由于旋转发酵罐4的旋转作用，发酵原料会随着旋转发酵罐4的转动由底端逐渐上升至顶端，而后在重力作用下自由下落至旋转发酵罐4底端，形成循环，促进发酵原料的流动与混合，增强连续厌氧干发酵过程中的搅拌作用，同时，在搅拌器5对发酵原料的搅拌作用下，与转动的旋转发酵罐4共同起作用，使得发酵物料搅拌的更加均匀，从而提高发酵效果；由于在旋转发酵罐4远离进料管道2的一端外周面上设有多个出料口9，在旋转发酵罐4旋转的同时，通过各出料口9能够将发酵产生的沼气、沼液和沼渣排入出料装置7，沼气、沼液和沼渣始终处于运动状态，沼液和沼渣在运动中并在离心力作用下通过出料口9排出，能够降低沼液和沼渣的沉积，从而减少连续厌氧干发酵过程中的堵塞现象。
38.如图1～4所示，在本实施例中，预储存装置1包括至少一个锥形料斗14，各锥形料斗14内均转动连接有一个螺旋搅拌装置15，螺旋搅拌装置15包括转轴16、螺旋搅拌叶17和螺旋驱动电机，转轴16转动连接在锥形料斗14内并与锥形料斗14同轴线，转轴16外侧壁上固定连接有螺旋搅拌叶17，螺旋搅拌叶17与转轴16同轴线，螺旋搅拌叶17的半径由与锥形料斗14大口端相对应的一端向与锥形料斗14小口端相对应的一端逐渐变小。发酵原料在螺旋搅拌装置15的搅拌作用下保持流动状态，能够防止发酵原料凝固，同时促进发酵原料混合均匀，从而减少发酵原料因凝固而堵塞进料管道2或出料口9的情况。
39.如图2～3和图7～8所示，在本实施例中，搅拌器5设有多个，多个搅拌器5间隔固定于中心轴8上，各搅拌器5均包括两个搅拌单元19，各搅拌单元19沿中心轴8轴向间隔分布，各搅拌单元19均包括多个搅拌杆20，一个搅拌单元19中的各搅拌杆20均固定连接在中心轴8上并沿中心轴8周向均匀分布，各搅拌杆20顶端均固定设有一扇形刮板21。具体地，在本实施例中，搅拌器5设有三个，通过各搅拌杆20和扇形刮板21能够对发酵原料起到一个较好的扰动作用，从而使发酵原料混合地更加均匀，提高发酵效果。
40.如图8所示，在本实施例中，一个搅拌器5中的两个搅拌单元19之间固定连接有多个筛板22，各筛板22上均设有多个不同孔径的筛孔，各筛孔随机分布于筛板22上。运动中的发酵原料落在筛板22上，通过筛板22对发酵原料中的颗粒进行分离，进一步提升发酵原料的均匀性。
41.如图1～2所示，在本实施例中，密闭壳体3包括互相密封固定连接的第一壳体23和第二壳体24，第一壳体23的内径小于第二壳体24的内径，旋转发酵罐4包括互相密封固定连接的第一罐体25和第二罐体26，第一罐体25的内径小于第二罐体26的内径，第一罐体25与第一壳体23相对应设置，第二罐体26与第二壳体24相对应设置，进料管道2与第一壳体23密封固定连接，并穿过第一壳体23后与第一罐体25相对转动密封连接；中心轴8包括同轴线并固定连接的第一轴段27和第二轴段28，第一轴段27位于第一罐体25内，第二轴段28位于第二罐体26内，第一轴段27外周面上固定设有螺旋输送叶片29，在旋转发酵罐4旋转作用下，物料能够被螺旋输送叶片29从第一罐体25输送至第二罐体26，第二轴段28外固定套设有套筒30，套筒30外周面上固定设有搅拌器5。发酵原料沿进料管道2连续进入第一罐体25内，在螺旋输送叶片29和旋转发酵罐4旋转作用下，发酵原料能够进入第二罐体26内，发酵所形成的沼气、沼渣、沼液在新进发酵原料的推挤作用下不断向旋转发酵罐4后端移动，直到移动到旋转发酵罐4圆周面上的出料口9处，沼气、沼渣和沼液从各出料口9排入至出料装置7中，沼气通过出料装置7中的出气口10流向密闭壳体3上的集气口12，进而将沼气进行收集，沼渣和沼液通过出料装置7中的渣液出口11流向密闭壳体3上的渣液收集口13，进而将沼渣和沼液进行收集。
42.如图2和图10所示，在本实施例中，旋转驱动装置6包括旋转驱动电机、动力输入轴、滚轮转轴31和旋转滚轮32，旋转驱动电机与动力输入轴传动连接，动力输入轴与滚轮转轴31通过链条传动连接，第二罐体26外周面上间隔设有多个圆形的滚轮轨道33，滚轮转轴31上固定连接有与各滚轮轨道33相对应的多个旋转滚轮32。具体的，在本实施例中，滚轮轨道33设有三个，滚轮转轴31上设有与各滚轮轨道33相对应的三个旋转滚轮32，通过旋转驱动电机驱动动力输入轴转动，动力输入轴带动滚轮转轴31转动，滚轮转轴31带动各旋转滚轮32转动，从而驱动第二罐体26绕中心轴8转动，对发酵原料进行搅拌。其中，旋转驱动电机、动力输入轴、滚轮转轴31和旋转滚轮32均设置于密闭壳体3内部，从而保证发酵环境的密封性。
43.如图5～6所示，在本实施例中，出料装置7包括出料环34，出料环34内壁上设有环形凹槽35，出料环34固定连接在密闭壳体3内，出料环34与旋转发酵罐4外周面相对转动并密封连接，且各出料口9均与环形凹槽35连通，出气口10和渣液出口11分别设置于环形凹槽35上端和下端。其中，在旋转发酵罐4外周面上设有环形导流槽，各出料口9沿旋转发酵罐4周向均匀分布，并均与环形导流槽连通，环形导流槽与环形凹槽35连通，沼气、沼渣和沼液从各出料口9进入环形导流槽与环形凹槽35所构成的环形空间内，沿环形空间流动，沼气从环形凹槽35上端的出气口10经导管流向集气口12，进而将沼气进行收集，沼渣和沼液从环形凹槽35下端的渣液出口11经导管流向渣液收集口13，进而将沼渣和沼液进行收集。
44.如图11所示，在本实施例中，第二壳体24内壁上固定设有螺旋加热管36，螺旋加热管36的轴线与第二壳体24的轴线共线。通过向螺旋加热管36通入热水，能够对密闭壳体3内进行加热，为发酵过程提供适宜稳定的环境温度，利于发酵的进行。
45.出料环34与旋转发酵罐4外周面、旋转发酵罐4与进料管道2均采用浮环密封连接，出气口10与集气口12、渣液出口11和渣液收集口13均通过软管连接。浮环密封是指利用浮环与转动件之间压力较高的油膜阻止介质外漏的一种动密封装置，又称“油膜密封”，采用浮环密封，在旋转发酵罐4转动的同时实现密封，密封效果好。
46.一种基于以上所述的外旋转连续式厌氧干发酵设备100的发酵方法，包括以下步骤：
47.s1：将发酵原料置于预储存装置1中，发酵原料沿进料管道2进入旋转发酵罐4中，在旋转发酵罐4中进行厌氧反应；
48.s2：旋转驱动装置6驱动旋转发酵罐4绕中心轴8转动，转动的旋转发酵罐4与搅拌器5共同对发酵原料进行搅拌；
49.s3：发酵过程中产生的沼气、沼渣和沼液从出料口9排入至出料装置7，然后，沼气经出气口10从集气口12排出，沼渣和沼液经渣液出口11从渣液收集口13排出。
50.由于旋转发酵罐4的旋转作用，发酵原料会随着旋转发酵罐4的转动由底端逐渐上升至顶端，而后在重力作用下自由下落至旋转发酵罐4底端，形成循环，促进发酵原料的流动与混合，增强连续厌氧干发酵过程中的搅拌作用，同时，在搅拌器5对发酵原料的搅拌作用下，与转动的旋转发酵罐4共同起作用，使得发酵物料搅拌的更加均匀，从而提高发酵效果；由于在旋转发酵罐4远离进料管道2的一端外周面上设有多个出料口9，在旋转发酵罐4旋转的同时，通过各出料口9能够将发酵产生的沼气、沼液和沼渣排入出料装置7，沼气、沼液和沼渣始终处于运动状态，沼液和沼渣在运动中并在离心力作用下通过出料口9排出，能够降低沼液和沼渣的沉积，从而减少连续厌氧干发酵过程中的堵塞现象。
51.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。