一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，其包括罐体、电机、双向搅拌装置、三相分离装置、第一下套筒、第一上套筒、第二下套筒、第二上套筒和第三下套筒、格网、水箱、循环管和循环水泵。所述套筒将罐体内部分为4个区域，水解发酵区、酸性发酵区、甲烷发酵区和回流区，避免了装置内酸化影响甲烷的产率，实现了功能分区。通过循环管、水箱和循环水泵，将循环水再次射入水解发酵区内，不仅对该区域内进行再次搅拌，增加反应底物与污泥的接触面积，也可以使秸秆，牲畜粪便进行再次发酵，使反应底物发酵彻底，减少沼渣量的生成。本发明专利技术的反应器解决了现有技术中的搅拌不充分，装置内部易酸化，发酵效率低和产甲烷率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器
本专利技术属于沼气制备
，特别涉及一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应设备。
技术介绍
农业废弃物的处置一直是一个令人困扰的问题。农业废弃物主要包括畜禽粪便和纤维性废弃物，在这两类废弃物中，猪粪和秸秆是最典型的代表。据农业统计年鉴推算，每年的猪粪产量高达2.8亿吨，而秸秆产量每年达到了9亿吨。每年产生的大量的秸秆，猪粪等农业废弃物如若未有效处理就会对环境造成严重的污染。目前，猪粪的处理方法主要有将其加工成肥料，饲料和沼气发酵等，其中厌氧沼气发酵是现今备受关注的一个研究方向，具有广泛的应用前景。而存量巨大的秸秆的处置则主要是采用直接焚烧的方法进行，从而引起了严重的空气污染问题。大量剩余秸秆的随地堆弃和任意焚烧，造成了大气污染，土壤矿化，火灾事故，堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题。与此同时，秸秆和猪粪作为一种可再生能源，蕴含着巨大的生物质能量，它的资源化利用，对节约能源，改善生态环境，实现社会的可持续发展，有着重大意义。农业废弃物发酵产沼气是以水稻，玉米，花生等农作物秸秆作为原料，经过粉碎并进行预处理后，与猪粪按一定比例混合后加入厌氧发酵装置中进行厌氧发酵来生产沼气和有机肥料，在工业生产中，通常采用CSTR反应器（continuousstirredtankreactor，即连续搅拌反应器系统）作为厌氧发酵装置来生产沼气。利用传统CSTR反应器发酵是一个在密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程，反应装置内内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。由于传统的CSTR反应装置内结构简单，流态单一，在反应器装置内无法实现功能分区和生物相的分离，导致传统的厌氧发酵装置搅拌效率低，对于高固态的秸秆和猪粪来说，容易发生酸化现象，致使发酵效率和产气率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，解决现有技术中搅拌器搅拌效率低，装置内易酸化，发酵效率和产甲烷率低的问题，保证反应器内部高负荷，高稳定，高效率地运行。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，其包括一个罐体容器，罐体的外壁设置有保温加热层；罐体顶壁设置有若干出气口，每个出气口均连接有沼气收集管；罐体的顶壁设置有多个进料口，其中一个进料口设置在顶壁中心位置，该进料口下方设置有进料管，进料管上端与顶壁固连，下端伸入罐体内；进料管通道旁设有搅拌杆，搅拌杆上设有向下搅拌叶和上提升搅拌叶，搅拌杆上端伸出罐体顶壁且通过电机驱动；搅拌杆和进料管外套有第一下套筒，第一下套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，第一下套筒的圆台小端内壁与进料管之间留有间隙，圆台小端上部与罐体顶壁之间留有间隙；第一下套筒内壁设有格网，格网中心开有通孔，进料管穿过格网中心通孔并与格网固连；格网上方的套筒内壁设有三相分离装置；第一下套筒外套有第一上套筒，第一上套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第一上套筒外壁设有三相分离装置；第一上套筒外设有第二下套筒，第二下套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第二下套筒外套有第二上套筒，第二上套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第二上套筒外壁设有三相分离装置；第二上套筒外设有第三下套筒，第三下套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第三下套筒外设有圆柱形套筒，圆柱形套筒上端与罐体顶壁固连，圆柱形套筒下端与罐体底壁间留有空隙；第一下套筒所围空间作为空间A；与第一上套筒与第二下套筒之间的空间B相对应的罐体顶壁上，以及与第二上套筒与第三下套筒之间的空间C相对应的罐体顶壁上均设有进料口，相对应的罐体底壁上设有出料口；圆柱形套筒与罐体外壁之间的空间为D空间，D空间相对应的罐体底壁上也设有出料口；第一下套筒与罐体连接区域的底部设有回流入口，回流入口通过循环水泵连接有水箱，水箱通过循环管与设置在外壁中间处的回流出口相连，循环管上设有阀门；将污泥通过各个进料口加入罐体中，将水通过中心的进料口加进罐体，同时开启循环管的阀门使回水进入水箱，待罐体和水箱中水即将充满时停止进水，关闭进料口；开启循环水泵，将水箱中的水射入罐体内，通过阀门和循环水泵流量控制循环管中进出水量一致；当农业废弃物原料从中心的进料口进入罐体A区域后启动电机，带动搅拌杆上的向下搅拌叶和上提升搅拌叶转动，使得在搅拌过程中原料在两个搅拌叶之间形成对流；第一下套筒内的原料被污泥分解部分溶于水形成沼液，通过循环水流的作用下，进入第一上套筒、第二下套筒、第二上套筒以及第三下套筒之间的区域进一步反应，通过循环管进入水箱后再经循环水泵射入第一下套筒内进行反应，直至高固态反应物反应完全后，开启中间区域的出料口将废物排出。所述套筒将罐体内部分为4个区域，分别为第一下套筒内的水解发酵区，第一上套筒与第二下套筒之间的酸性发酵区，第二上套筒与第三下套筒之间甲烷发酵区，以及圆柱形套筒与罐体内壁之间的回流区，避免了装置内酸化影响甲烷的产率，实现了功能分区。所述格网在罐体中水解发酵区，为了避免原料在搅拌作用下进入别的区域，影响其他区域内正常发酵，也有利于后期发酵完全后沼渣的收集；在工作时，将污泥通过5个进料口加入罐体水解发酵区、酸性发酵区和甲烷发酵区三个区域中；当原料从中心进料口进入罐体水解发酵区后启动电机，电机带动轴以及固定于其上的双向搅拌叶转动，使得在搅拌过程中，原料能在两个搅拌叶之间形成对流，再加上循环水泵的射流作用，以解决传统搅拌机搅而不拌的问题；同时，中心原料被污泥分解部分溶于水形成沼液，通过循环水水流推流及套筒的导流作用下，依次进入酸性发酵区和甲烷发酵区进一步进行反应，有效解决装置中酸度过高影响厌氧消化后续反应。在每个区域内设置三相分离装置，用于防止污泥流失。最后沼液流入回流区域，通过重力进入水箱，再通过循环水泵再次进入水解发酵区进行反应，不停循环，直至高固态反应物反应完全后，开启中间区域的出料口将废料排出；保留酸性发酵区和甲烷发酵区内污泥和水进行下一批高固态原料发酵。进一步的，第一下套筒、第一上套筒、第二下套筒、第二上套筒和第三下套筒的空心圆台外壁母线与水平夹角为45度。进一步的，罐体上还设置有压力传感器和温度传感器，用于监控罐体内的压力和温度。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：在传统CSTR反应装置中加入了若干套筒，使得装置内流态更加复杂化，提高传质装置内传质效率，初步形成装置内的功能分区和生物相分区。同时在装置外部加入循环系统，循环水经过循环泵再次射入反应区内，不仅对反应区域内进行再次搅拌，增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，包括一个罐体，罐体的外壁设置有保温加热层（20）；其特征在于罐体顶壁设置有若干出气口，每个出气口均连接有沼气收集管（8）；罐体的顶壁设置有多个进料口（1），其中一个进料口（1）设置在顶壁中心位置，该进料口（1）下方设置有进料管（12），进料管（12）上端与顶壁固连，下端伸入罐体内；进料管（12）通道旁设有搅拌杆，搅拌杆上设有向下搅拌叶（4）和上提升搅拌叶（5），搅拌杆上端伸出罐体顶壁且通过电机（2）驱动；搅拌杆和进料管（12）外套有第一下套筒（13），第一下套筒（13）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，第一下套筒（13）的圆台小端内壁与进料管（12）之间留有间隙，圆台小端上部与罐体顶壁之间留有间隙；第一下套筒（13）内壁设有格网（3），格网（3）中心开有通孔，进料管（12）穿过格网（3）中心通孔并与格网（3）固连；格网（3）上方的套筒内壁设有三相分离装置（11）；第一下套筒（13）外套有第一上套筒（14），第一上套筒（14）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第一上套筒（14）外壁设有三相分离装置（11）；第一上套筒（14）外设有第二下套筒（15），第二下套筒（15）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第二下套筒（15）外套有第二上套筒（16），第二上套筒（16）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第二上套筒（16）外壁设有三相分离装置（11）；第二上套筒（16）外设有第三下套筒（17），第三下套筒（17）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第三下套筒（17）外设有圆柱形套筒（18），圆柱形套筒（18）上端与罐体顶壁固连，圆柱形套筒（18）下端与罐体底壁间留有空隙；第一下套筒（13）所围空间作为空间A；与第一上套筒（14）与第二下套筒（15）之间的空间B相对应的罐体顶壁上，以及与第二上套筒（16）与第三下套筒（17）之间的空间C相对应的罐体顶壁上均设有进料口（1），相对应的罐体底壁上设有出料口（6）；圆柱形套筒（18）与罐体外壁之间的空间为D空间，D空间相对应的罐体底壁上也设有出料口（6）；第一下套筒（13）与罐体连接区域的底部设有回流入口，回流入口通过循环水泵（7）连接有水箱（19），水箱（19）通过循环管（9）与设置在外壁中间处的回流出口相连，循环管（9）上设有阀门（10）；将污泥通过各个进料口（1）加入罐体中，将水通过中心的进料口（1）加进罐体，同时开启循环管（9）的阀门（10）使回水进入水箱（19），待罐体和水箱（19）中水即将充满时停止进水，关闭进料口（1）；开启循环水泵（7），将水箱（19）中的水射入罐体内，通过阀门（10）和循环水泵（7）流量控制循环管（9）中进出水量一致；当农业废弃物原料从中心的进料口（1）进入罐体A区域后启动电机（2），带动搅拌杆上的向下搅拌叶（4）和上提升搅拌叶（5）转动，使得在搅拌过程中原料在两个搅拌叶之间形成对流；第一下套筒（13）内的原料被污泥分解部分溶于水形成沼液，通过循环水流的作用下，进入第一上套筒（14）、第二下套筒（15）、第二上套筒（16）以及第三下套筒（17）之间的区域进一步反应，通过循环管（9）进入水箱（19）后再经循环水泵（7）射入第一下套筒（13）内进行反应，直至高固态反应物反应完全后，开启中间区域的出料口将废物排出。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，包括一个罐体，罐体的外壁设置有保温加热层（20）；其特征在于罐体顶壁设置有若干出气口，每个出气口均连接有沼气收集管（8）；罐体的顶壁设置有多个进料口（1），其中一个进料口（1）设置在顶壁中心位置，该进料口（1）下方设置有进料管（12），进料管（12）上端与顶壁固连，下端伸入罐体内；进料管（12）通道旁设有搅拌杆，搅拌杆上设有向下搅拌叶（4）和上提升搅拌叶（5），搅拌杆上端伸出罐体顶壁且通过电机（2）驱动；搅拌杆和进料管（12）外套有第一下套筒（13），第一下套筒（13）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，第一下套筒（13）的圆台小端内壁与进料管（12）之间留有间隙，圆台小端上部与罐体顶壁之间留有间隙；第一下套筒（13）内壁设有格网（3），格网（3）中心开有通孔，进料管（12）穿过格网（3）中心通孔并与格网（3）固连；格网（3）上方的套筒内壁设有三相分离装置（11）；第一下套筒（13）外套有第一上套筒（14），第一上套筒（14）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第一上套筒（14）外壁设有三相分离装置（11）；第一上套筒（14）外设有第二下套筒（15），第二下套筒（15）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第二下套筒（15）外套有第二上套筒（16），第二上套筒（16）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第二上套筒（16）外壁设有三相分离装置（11）；第二上套筒（16）外设有第三下套筒（17），第三下套筒（17）为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，圆台小端与罐体顶壁之间留有间隙；第三下套筒（17）外设有圆柱形套筒（18），圆柱形套筒（18）上端与罐体顶壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳秀萍，赵博玮，端允，于凯，李永平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14