一种干式厌氧实验室发酵装置及发酵方法

本发明涉及实验装置，尤其是一种干式厌氧实验室发酵装置及发酵方法。

背景技术：

1、目前，现有干式厌氧发酵装置规模在15l-30l，专门针对含固率大于15％、成分比较复杂的有机废弃物进行厌氧发酵处理。包括厌氧发酵系统、取样系统、进出料系统以及搅拌系统等，厌氧发酵系统为装置的主体系统，取样系统用于监测装置运行稳定性，进出料系统实现装置的半连续循环，搅拌系统提高装置反应性能。干式厌氧发酵装置对气密性及取样口要求较高，并依靠进出料系统和搅拌系统实现装置的稳定运行。

2、中国专利202121534055.2公开了一种公开了一种连续式厌氧发酵装置，涉及生物质能源技术领域，包括发酵反应器、供气装置和曝气装置，曝气装置设置在发酵反应器内部，供气装置与曝气装置连通且用于向曝气装置输送沼气，曝气装置能够将沼气加热并扩散在发酵物中。通过在发酵反应器内设置曝气装置，曝气装置将供气装置输送的沼气进行加热并扩散至发酵物中，沼气可以带动发酵物中的液体向四周固态发酵物中扩散，使液体和固态发酵物更加充分混合，改善发酵物的传质效果，且沼气经过加热到适宜发酵的温度，能够在发酵物中扩散的过程中吸收或释放自身热量，当扩散出发酵物时能够改善发酵物内部各个位置的发酵物温度，使发酵物得到更好的传热，进而保证发酵反应的稳定进行。

3、连续式干式厌氧发酵技术作为一种新兴技术，具有产气连续稳定、干物质降解率高等优势。但因总固体含量高，物料流动性较差，存在传质、传热不均匀，进而影响发酵系统运行稳定性差等问题，此外，为了实现连续进料，一般连续式干式厌氧发酵罐体规模较大，导致难以实现大批量装置同步运行，占地面积较大对场地要求较高。同时，可能出现取样不均匀而导致装置稳定性监测不及时，不利于厌氧发酵装置性能优化，尤其是对大部分实验室规模的机理研究，需要装置大批量同步开展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高发酵的稳定性，减少进料和取样的扰动，保证发酵温度，便于取样的干式厌氧实验室发酵装置。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种干式厌氧实验室发酵装置，包括支架、耐高温的球形发酵瓶以及加热装置；

3、所述支架包括水平环形圈；所述水平环形圈上设置有沿圆周均匀分布的支撑腿；

4、所述加热装置包括透明材质的半球形加热筒；所述半球形加热筒上端设置有向内延伸的环形布水腔；所述环形布水腔上端设置有安装槽；所述环形布水腔下方设置有进液管；所述环形布水腔下方设置有与环形布水腔连通，且沿圆周均匀分布的布水嘴；所述布水嘴半球形加热筒内；

5、所述半球形加热筒下端设置有出口；所述出口设置有向内延伸的支撑筒；所述支撑筒上端设置有环形支撑凸台；所述环形支撑凸台内设置有密封圈；所述出口外侧设置有与半球形加热筒内腔连通的环形出水腔；所述环形出水腔上设置有出液管；

6、所述水平环形圈一侧设置有竖向安装架；所述竖向安装架内设置有循环加热器；所述循环加热器包括循环泵以及热水器；所述循环泵具有入水管；所述热水器具有出水管；所述循环泵与热水器连通；所述入水管与出液管连通；所述出水管与进液管连通；所述入水管上设置有t型三通阀；所述t型三通阀具有排液管；

7、所述球形发酵瓶顶部设置有进料嘴；所述球形发酵瓶的两侧均设置有取样嘴；分别为第一取样嘴以及第二取样嘴；所述球形发酵瓶的下端设置有第三取样嘴；所述进料嘴的口径大于第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴的口径；

8、所述第三取样嘴穿过半球形加热筒下端的出口；所述球形发酵瓶与密封圈接触；所述球形发酵瓶下端外表面与半球形加热筒内壁之间形成储水腔；

9、所述球形发酵瓶上方设置有压封圈；所述压封圈外圈与安装槽匹配；

10、所述进料嘴上设置有进料密封盖；所述第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴上均设置有取样密封盖。

11、进一步的，所述球形发酵瓶采用gg-17料耐高温玻璃制作。

12、进一步的，所述进料嘴、第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴均与球形发酵瓶可拆卸连接；

13、所述进料嘴、第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴的一端均设置有gl25螺纹口；

14、所述球形发酵瓶上设置有与进料嘴匹配的进料口；以及分别与第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴匹配的取料口；

15、所述进料嘴、第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴的与球形发酵瓶螺纹连接，且球形发酵瓶与进料嘴、第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴之间均设置有密封垫圈。

16、进一步的，所述密封垫圈采用聚四氟乙烯垫圈。

17、进一步的，所述进料密封盖与进料嘴螺纹连接。

18、进一步的，所述取样密封盖包括盖体；所述盖体上取样管；所述取样管通过阀门与盖体内腔连通。

19、进一步的，所述竖向安装架包括两根平行的拉杆；所述拉杆上设置有第一滑动板以及第二滑动板；

20、所述拉杆穿过第一滑动板以及第二滑动板；所述第一滑动板上方设置有与拉杆螺纹配合的第一调节螺母；所述第二滑动板下方设置有与拉杆螺纹配合的第二调节螺母。

21、进一步的，所述水平环形圈上设置有限位孔；所述进液管穿过限位孔与出水管连通。

22、进一步的，所述压紧圈采用橡胶圈。

23、本发明还提供了一种采用干式厌氧实验室发酵装置的发酵方法，包括步骤：

24、s1、将第一取样嘴、第二取样嘴以及第三取样嘴关闭；然后将实验用发酵物料通过进料嘴放入到球形发酵瓶内，并关闭进料嘴；

25、s2、转动t型三通阀使得入水管与t型三通阀上的排液管连通；在排液管上接入供水管；此时出液管与入水管未连通，出液管处于封闭状态；

26、启动循环泵，通过循环泵向球形发酵瓶下端外表面与半球形加热筒内壁之间的储水腔内注满水；关停循环泵；并且转动t型三通阀，使得入水管与出液管连通；

27、s3、启动循环泵，同时启动热水器；使得储水腔内的水温度升高到加热温度；使得发酵物料在球形发酵瓶内发酵；

28、s4、发酵一段时间后，进行取样；从各个取样嘴分别打开取样密封盖取样并进行厌氧发酵装置稳定性的监测；需要进样时再打开进料嘴进行进样。

29、s5、发酵实验结束后可以打开第三取样嘴的取样密封盖；使得发酵后的物料在重力作用下从第三取样嘴排出。

30、本发明的有益效果是：本发明所述的干式厌氧实验室发酵装置及发酵方法中干式厌氧实验室发酵装置通过对球形发酵瓶的材质、造型、口径大小的设置，别解决了干式厌氧发酵反应的反应不均匀、进料扰动大、取样困难的缺点；

31、首先，球形发酵瓶采用gg-17料耐高温玻璃材料制作，使得干式厌氧发酵受热均匀；采用球形设置使得物料不挂壁；

32、其次，将进料嘴孔径设置为大于取样嘴的孔径，且取样口可替换塞盖的设计；从而提高厌氧发酵的稳定性，减少进料和取样的扰动；

33、再次，将物料取样口设计在球形发酵瓶下方利用重力作用优化了干式厌氧发酵反应体系流动性差取样困难的问题。

34、最后，便于小型化装置，整体尺寸2-5l，体积小巧，结构简单，易制作；实现实验室等场所可操作的规模；

35、再次，通过循环加热装置实现球形发酵瓶的水浴加热，能保证加热温度的稳定性以及加热均匀性，保证发酵的稳定性。

36、本发明所述的发酵方法由于采用本发明所述的干式厌氧实验室发酵装置因此能够保证发酵的稳定性，降低发酵温度、进料、取样扰动对发酵的影响。