基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及生物质能利用领域，特别是涉及一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置。基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，包括气缸控制装置、活塞驱动装置、发酵罐和控制器，所述气缸控制装置包括空气压缩机、气管I、气管II、电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III和电磁阀IV；所述空气压缩机的出气口连接有气管I和气管II，气管I上设置有电磁阀I和电磁阀II，气管II上设置有电磁阀III和电磁阀IV。本实用新型专利技术通过分析压力传感器反馈的数据智能控制活塞，改变容积，进而将压力控制在最适范围，能够有效提高产量。

Variable volume controlled pressure anaerobic fermentation device based on pressure monitoring

The utility model relates to the field of biomass energy utilization, in particular to a variable volume controlled pressure anaerobic fermentation device based on pressure monitoring. Variable volume pressure monitoring pressure control device based on anaerobic fermentation, including the piston cylinder control device, driving device, fermentation tank and a controller, wherein the cylinder control device comprises an air compressor, air I, air pipe II, solenoid valve solenoid valve II, I, III and IV solenoid valve solenoid valve; the air outlet port of the compressor I and II are connected with trachea trachea, tracheal I solenoid valve is arranged on the I and II solenoid valve, solenoid valve is arranged on the tracheal II III and solenoid valve IV. By analyzing the data feedback from the pressure sensor, the utility model controls the piston intelligently, and changes the volume, so that the pressure is controlled at the optimum range, and the output can be effectively increased.

【技术实现步骤摘要】
基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置
本技术涉及生物质能利用领域，具体涉及一种发酵装置，特别是涉及一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置。
技术介绍
21世纪能源问题已持续火热，如今能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成环境污染问题正威胁着人类的生存与发展。这些问题人们早已意识到并着手寻求解决途径。早在上世纪后半叶发达国家已开始发展新型能源，经过数十年发展，风能、太阳能、潮汐能、生物质能等清洁能源已较为成熟，这其中生物质能因原料来源广泛、受地理因素影响较小等原因，尤其受到各国重视，在生物质能利用领域最为人们所熟知就是沼气。沼气是微生物发酵的产物，发酵是借助微生物本身在有氧或无氧条件下的生命活动制备微生物菌体本身，或其直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有好氧发酵和厌氧发酵之分。相对于好氧发酵，厌氧发酵具有清洁环境、建立绿色能源自给系统的功能，被广泛应用在城市垃圾、农业废弃物处理和生物能源再利用上。厌氧发酵是利用一些厌氧微生物进行的发酵生产，如丙酮、丁醇、乳酸、沼气的生产，整个发酵过程不需通入空气，是在密闭条件下进行的。有机物的厌氧发酵过程主要包括产酸和产CH4两个阶段。而对于不溶性有机物有机垃圾一般可认为在上述两阶段之前多一个“水解阶段”。水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌，脂肪分解菌、蛋白质水解菌；它们在水解酶的作用下，转化产生单糖、肽或氨基酸、脂肪酸和甘油。产酸阶段起作用的细胞是发酵性细菌，产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌在胞内酶的作用下，转化产生挥发性脂肪酸、醇类、H2和CO2；产CH4阶段是产CH4菌利用H2，CO2,乙酸，甲醇等化合物为基质，将其转化成CH4，其中，H2,CO2和CH3COOH是主要基质。CH4生产过程中的化学计量关系如下：CnHaOb+(n-a/4-b/2)H2O→(n/2-a/8+b/4)CO2+(n/2+a/8-b/4)CH4；由此关系可知，发酵装置内压力升高会抑制发酵反应正向进行。研究表明，发酵器内部压力的变化会引起氢分压的改变进而影响沼气发酵反应的进行。仅当氢分压低于60pa时厌氧产氢反应处于热力学优势状态，研究也表明高氢分压会抑制沼气发酵反应的进行，否则反应过程会生成其它产物由沼气厌氧发酵原理亦可知，在产CH4阶段30％CH4是由H2还原CO2得来的：H2+CO2→CH4+H2O；H2含量降低势必导致CH4产量减少，这是我们不希望产生的结果；沼气作为一种清洁能源在当代能源紧缺的格局下其发展备受关注，然而，经过数十年发展各类沼气生产工艺产量始终没有大幅提升，众多科研人员从温度、酸碱度等多个方面进行了大量实验需求改进方法，却忽略了一个重要影响因素—压力。压力作为菌种生存及沼气发酵的重要环境因素之一其对沼气产量的影响不容忽视，
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，本技术通过分析压力传感器反馈的数据智能控制活塞，改变容积，进而将压力控制在最适范围，能够有效提高产量。本技术的目的通过以下技术方案来实现：基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，包括气缸控制装置、活塞驱动装置、发酵罐和控制器，所述气缸控制装置包括空气压缩机、气管I、气管II、电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III和电磁阀IV；所述空气压缩机的出气口连接有气管I和气管II，气管I上设置有电磁阀I和电磁阀II，气管II上设置有电磁阀III和电磁阀IV；所述活塞驱动装置包括气缸、无杆腔、小活塞、有杆腔、活塞杆和大活塞；所述气缸内部设置有小活塞，小活塞通过活塞杆连接大活塞，大活塞设置在气缸的外部；所述小活塞将气缸内部分为无杆腔和有杆腔，活塞杆设置在有杆腔内部；所述发酵罐包括罐体、密封盖、排气口、进料口、出料口、压力传感器和温度传感器；所述罐体的一端设置有密封盖，罐体的另一端设置有排气口、进料口和出料口；所述罐体的内部设置有压力传感器和温度传感器；所述气管I连通有杆腔内部；所述气管II连通有杆腔内部；所述气缸固定连接在密封盖上；所述大活塞间隙配合连接在罐体内部；所述控制器通过导线连接控制空气压缩机、压力传感器、温度传感器、电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III、电磁阀IV、排气口的电磁阀、进料口的电磁阀、出料口的电磁阀。所述发酵罐的罐体内部设置加热带，加热带采用内置式螺旋管加热器，内置式螺旋管加热器通过导线连接电源和控制器。所述控制器采用STC89C52为芯片的单片机。所述压力传感器采用MP180气压传感器。所述温度传感器采用W1209温度传感器。所述气缸采用SC80X350气缸，气缸的直径为88mm，气缸的高度为456mm。所述发酵罐的罐体采用201不锈钢材质制成，罐体的内径为263mm，罐体的内高为385mm，罐体的壁厚为5mm。所述控制器的外端还连接液晶显示屏和独立按键。所述电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III、电磁阀IV、排气口的电磁阀、进料口的电磁阀和出料口的电磁阀皆采用ATC05026电磁阀。本技术的有益效果：本技术的一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，通过分析压力传感器反馈的数据智能控制活塞，改变容积，进而将压力控制在最适范围，能够有效提高产量。本技术的一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，其内部的压力传感器、温度传感器用于监测发酵装置内部压力、及温度，将参数实时反馈给单片机，单片机判断发酵装置内压力是否在发酵反应预设最适范围内，若超出最适范围则控制空气压缩机、电磁阀工作，进而驱动气缸带动活塞运动，改变发酵装置容积，发酵装置在发酵过程中处于密闭状态，因此，容积改变的同时，其内部压力会发生变化，经过单片机的智能调控可保证发酵装置内压力始终处于最适范围。此外，活塞运动改变发酵装置内氢气分压力、气液两相容积比，使之保持最适范围，也能够促进发酵反应进行，活塞运动过程中可以对发酵装置内壁起到清洁作用，去除挂壁的发酵原料与残渣，还能够促进沼液沼渣排出。本技术的一种基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，其优点在于：1、通过活塞式厌氧发酵装置的设计，根据微生物生长状况实时改变发酵过程的容积负荷，使其始终保持在最佳发酵状态，提高产气率；2、实时监测并调控发酵装置内压力，当压力超过设定范围，增大发酵罐有效容积，降低压力，防止安全事故发生；3、通过活塞挤压保证出料过程更加彻底、顺利地进行，缓解发酵原料滞留装置内壁的问题，免去清洁装置内壁的繁琐，降低维护成本。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是本技术内部气缸控制装置的结构示意图；图3是本技术内部活塞驱动装置的结构示意图；图4是本技术内部发酵罐的结构示意图；图5是本技术内部气缸控制装置的工作流程图；图6是本技术内部控制器的系统工作原理。图中：气缸控制装置1；空气压缩机1-1；气管I1-2；气管II1-3；电磁阀I1-4；电磁阀II1-5；电磁阀III1-6；电磁阀IV1-7；活塞驱动装置2；气缸2-1；无杆腔2-2；小活塞2-3；有杆腔2-4；活塞杆2-5；大活塞2-6；发酵罐3；罐体3-1；密封盖3-2；排气口3-3；进料口3-4；出料口3-5。具体实施方式下面结合附图1-6对本技术作进一步详细说明。具体实施方式一：如图1-6所示，基于压力监测的可变本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，包括气缸控制装置(1)、活塞驱动装置(2)、发酵罐(3)和控制器，其特征在于：所述气缸控制装置(1)包括空气压缩机(1‑1)、气管I(1‑2)、气管II(1‑3)、电磁阀I(1‑4)、电磁阀II(1‑5)、电磁阀III(1‑6)和电磁阀IV(1‑7)；所述空气压缩机(1‑1)的出气口连接有气管I(1‑2)和气管II(1‑3)，气管I(1‑2)上设置有电磁阀I(1‑4)和电磁阀II(1‑5)，气管II(1‑3)上设置有电磁阀III(1‑6)和电磁阀IV(1‑7)；所述活塞驱动装置(2)包括气缸(2‑1)、无杆腔(2‑2)、小活塞(2‑3)、有杆腔(2‑4)、活塞杆(2‑5)和大活塞(2‑6)；所述气缸(2‑1)内部设置有小活塞(2‑3)，小活塞(2‑3)通过活塞杆(2‑5)连接大活塞(2‑6)，大活塞(2‑6)设置在气缸(2‑1)的外部；所述小活塞(2‑3)将气缸(2‑1)内部分为无杆腔(2‑2)和有杆腔(2‑4)，活塞杆(2‑5)设置在有杆腔(2‑4)内部；所述发酵罐(3)包括罐体(3‑1)、密封盖(3‑2)、排气口(3‑3)、进料口(3‑4)、出料口(3‑5)、压力传感器和温度传感器；所述罐体(3‑1)的一端设置有密封盖(3‑2)，罐体(3‑1)的另一端设置有排气口(3‑3)、进料口(3‑4)和出料口(3‑5)；所述罐体(3‑1)的内部设置有压力传感器和温度传感器；所述气管I(1‑2)连通有杆腔(2‑4)内部；所述气管II(1‑3)连通有杆腔(2‑4)内部；所述气缸(2‑1)固定连接在密封盖(3‑2)上；所述大活塞(2‑6)间隙配合连接在罐体(3‑1)内部；所述控制器通过导线连接控制空气压缩机(1‑1)、压力传感器、温度传感器、电磁阀I(1‑4)、电磁阀II(1‑5)、电磁阀III(1‑6)、电磁阀IV(1‑7)、排气口(3‑3)的电磁阀、进料口(3‑4)的电磁阀和出料口(3‑5)的电磁阀。...

【技术特征摘要】
1.基于压力监测的可变容积控压厌氧发酵装置，包括气缸控制装置(1)、活塞驱动装置(2)、发酵罐(3)和控制器，其特征在于：所述气缸控制装置(1)包括空气压缩机(1-1)、气管I(1-2)、气管II(1-3)、电磁阀I(1-4)、电磁阀II(1-5)、电磁阀III(1-6)和电磁阀IV(1-7)；所述空气压缩机(1-1)的出气口连接有气管I(1-2)和气管II(1-3)，气管I(1-2)上设置有电磁阀I(1-4)和电磁阀II(1-5)，气管II(1-3)上设置有电磁阀III(1-6)和电磁阀IV(1-7)；所述活塞驱动装置(2)包括气缸(2-1)、无杆腔(2-2)、小活塞(2-3)、有杆腔(2-4)、活塞杆(2-5)和大活塞(2-6)；所述气缸(2-1)内部设置有小活塞(2-3)，小活塞(2-3)通过活塞杆(2-5)连接大活塞(2-6)，大活塞(2-6)设置在气缸(2-1)的外部；所述小活塞(2-3)将气缸(2-1)内部分为无杆腔(2-2)和有杆腔(2-4)，活塞杆(2-5)设置在有杆腔(2-4)内部；所述发酵罐(3)包括罐体(3-1)、密封盖(3-2)、排气口(3-3)、进料口(3-4)、出料口(3-5)、压力传感器和温度传感器；所述罐体(3-1)的一端设置有密封盖(3-2)，罐体(3-1)的另一端设置有排气口(3-3)、进料口(3-4)和出料口(3-5)；所述罐体(3-1)的内部设置有压力传感器和温度传感器；所述气管I(1-2)连通有杆腔(2-4)内部；所述气管II(1-3)连通有杆腔(2-4)内部；所述气缸(2-1)固定连接在密封盖(3-2)上；所述大活塞(2-6)间隙配合连接在罐体(3-1)内部；所述控制器通过导线连接控制空气压缩机(1-1)、压力传感器、温度传感器、电磁阀I(1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗立娜，刘鑫，肖文哲，齐鸿阅，张文睿，郭旭，
申请(专利权)人：东北农业大学，刘鑫，肖文哲，齐鸿阅，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23