一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，尤其是以農(nóng)業(yè)秸桿為碳源的厭氧連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，屬于生物過程工程設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以秸桿類生物質(zhì)為碳源的設(shè)備，進行發(fā)酵，由于受到秸桿顆粒狀態(tài)的影響只能進行非連續(xù)批次發(fā)酵，發(fā)酵底物和剩余物進出不能實現(xiàn)自動化，發(fā)酵過程代謝產(chǎn)物不能原位分離，產(chǎn)生拮抗作用。由于上述原因限制生物質(zhì)的生物利用，本發(fā)明將實現(xiàn)生物質(zhì)的連續(xù)，高效和低能耗的發(fā)酵，為以秸桿為碳源的生物質(zhì)的生物技術(shù)開發(fā)提供設(shè)備方面的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵所需設(shè)備技術(shù)方面的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是提出一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備設(shè)計，尤其是以農(nóng)業(yè)秸桿為碳源的厭氧連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)特征是生物質(zhì)及培養(yǎng)基在儲料罐內(nèi)配置完畢，通過固液比可控的無軸螺旋送料裝置送入，厭氧發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。厭氧發(fā)酵罐為柔性結(jié)構(gòu)，受外力擠壓實現(xiàn)物料混合，由于生物質(zhì)為顆粒狀態(tài)，為提高發(fā)酵效率，在發(fā)酵過程中間生物質(zhì)被送入研磨裝置，研磨后重新進入發(fā)酵罐，發(fā)酵結(jié)束，大部分剩余物會被擠壓出罐體，少部分留在罐底，作為種子，新的基質(zhì)會被送料器送入罐內(nèi)，實現(xiàn)了高效連續(xù)的生物質(zhì)發(fā)酵。
[0004]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，由儲料罐，送料器和發(fā)酵罐系組成在控制系統(tǒng)控制下，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵過程，其實質(zhì)性特點是所述生物質(zhì)及培養(yǎng)基在儲料罐內(nèi)配置完畢，通過固液比比可控的無軸螺旋送料裝置送入，厭氧發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。厭氧發(fā)酵罐為柔性結(jié)構(gòu)，受外力擠壓實現(xiàn)物料混合，由于生物質(zhì)為顆粒狀態(tài)，為提高發(fā)酵效率，在發(fā)酵過程中間生物質(zhì)被送入研磨裝置，研磨后重新進入發(fā)酵罐，發(fā)酵結(jié)束，大部分剩余物會被擠壓出罐體，少部分留在罐底，作為種子，新的基質(zhì)會被送料器送入罐內(nèi)，實現(xiàn)了高效連續(xù)的生物質(zhì)發(fā)酵。
[0005]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述發(fā)酵罐罐體為球體結(jié)構(gòu)，由柔性材料制成，具有頂部進料口和中上部出料口兩個接口，進料口上部向上依次具有氣動截止閥，往復(fù)式研磨器，球形三通，氣動截止閥，接送料器進料口，出料口依次接通氣動截止閥，球形三通，發(fā)酵罐罐體下半部分由半球形螺旋管狀結(jié)構(gòu)支撐，螺旋管有入口和出口，通過介質(zhì)溫度控制，調(diào)節(jié)罐體溫度，半球螺旋狀結(jié)構(gòu)之間增強結(jié)構(gòu)固定并與懸掛裝置固定連接，懸掛裝置再通過彈簧與罐體固定支架連接，重力計替代一組彈簧實現(xiàn)罐體重量控制。
[0006]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述儲料罐為橢球結(jié)構(gòu)，為生物質(zhì)和培養(yǎng)基預(yù)處理設(shè)備，能夠滿足發(fā)酵前的全部條件要求，生物質(zhì)廢碎成3?8毫米顆粒，通過固體注入口，注入儲料罐，培養(yǎng)基通過液體注入口注入儲料罐，液體培養(yǎng)基和生物質(zhì)的重量配比為15:1，浸泡后培養(yǎng)基祛除生物質(zhì)內(nèi)部氧氣，氧化還原點位，pH值控制在微生物生長所需條件，為實現(xiàn)上述條件，還需要注液口，注氣口，排氣口，排渣口。
[0007]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述送料器為無軸螺旋結(jié)構(gòu)，送料器中間部分為一定螺距的類彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)，送料螺旋葉片固定在螺旋結(jié)構(gòu)上，無軸螺旋與具有摩擦條的送料管接觸，送料管由可調(diào)節(jié)高度結(jié)構(gòu)支撐，無軸螺旋送料器進料口深入儲料罐，無軸螺旋送料器出料口連接發(fā)酵罐進料口，無軸送料器末端與驅(qū)動電機軸連接，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速和送料管高度實現(xiàn)生物質(zhì)與培養(yǎng)基比例可控。
[0008]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述罐體擠壓變形機構(gòu)固定端固定在螺旋結(jié)構(gòu)上，擠壓機構(gòu)運動端收到控制信號，協(xié)同動作擠壓柔性罐體實現(xiàn)罐體內(nèi)物料混合。
[0009]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述發(fā)酵罐體內(nèi)壁為膜分離層，膜分離層與柔性罐體材料交錯連接，微流道收集膜過濾后，通過濾液出口接負壓裝置進入濾液分離系統(tǒng)。
[0010]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述菌種或酶制劑通過出料口的接口注入罐內(nèi)，罐體擠壓機構(gòu)按照控制工藝擠壓罐體，實現(xiàn)混料，由于生物質(zhì)內(nèi)部難降解，發(fā)酵過程中，生物質(zhì)可以被擠壓裝置同時運動壓入出料口，到達出料球形三通，驅(qū)動電機啟動，通過離合器連接另外一套無軸送料系統(tǒng)送入進料球形三通，再通過往復(fù)研磨裝置重新進入發(fā)酵罐內(nèi)，再次發(fā)酵。
[0011]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述發(fā)酵過程結(jié)束后，擠壓裝置一同動作，實現(xiàn)產(chǎn)物通過截止閥進入出料口，到達出料球形三通，氣動截止閥開通從排料口排出，降解物料排出時，進料口，出料口截止閥關(guān)閉，保證發(fā)酵條件。
[0012]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述大部分生物質(zhì)排出罐體后，關(guān)閉出料口截止閥，剩余的未排除部分，可以作為種子留在發(fā)酵罐內(nèi)，送料器啟動送入新的培養(yǎng)基，進行下一周期發(fā)酵，實現(xiàn)了連續(xù)發(fā)酵。
[0013]按照技術(shù)方案提供的一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，其實質(zhì)性特點是所述截止閥均為氣動截止閥，物料通過柔性軟管進出發(fā)酵罐，氣動裝置推動擠壓結(jié)構(gòu)實現(xiàn)軟管截止和開通。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:實現(xiàn)一個無死角，可以原位分離的以生物質(zhì)為碳源的發(fā)酵系統(tǒng)；由儲料罐，送料器和發(fā)酵罐在控制系統(tǒng)控制下可以連續(xù)發(fā)酵。發(fā)酵微生物所需的底物在儲料罐內(nèi)調(diào)控完成，達到發(fā)酵基本條件如PH值，溫度，氧化還原電位，水分和所需微量元素含量等。送料器實現(xiàn)固液比可控生物質(zhì)傳送。發(fā)酵罐內(nèi)無攪拌球形罐體設(shè)計，由柔性硅橡膠材料制備，盡量減少開口，管口多種功能復(fù)用，傳感器盡量不安裝在罐體內(nèi)，或者只進行罐體內(nèi)表面安裝，達到罐體無死角的效果，其次是動力學(xué)系統(tǒng)，采用一種機械結(jié)構(gòu)模擬蠕動，作用于柔性發(fā)酵罐外壁，通過局部罐體外壁擠壓變性，作用于罐體內(nèi)部物料實現(xiàn)混合作用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)攪拌方式，達到不污染內(nèi)環(huán)境，不切削菌絲，混料柔和。由于罐內(nèi)具有膜分離裝置，分離代謝產(chǎn)物，使底物降解效率更高，對于共培養(yǎng)微生物，代謝產(chǎn)物被及時分離出，不易出現(xiàn)競爭關(guān)系，容易實現(xiàn)目標產(chǎn)物導(dǎo)向的共生培養(yǎng)。由于蠕動消除內(nèi)壁膜的負壓帶來的膜污染和濃差極化現(xiàn)象的多重效果。生物質(zhì)以顆粒形式發(fā)酵，不用完全研磨，發(fā)酵中期發(fā)酵過的秸桿顆粒重新研磨后再次進入發(fā)酵罐。發(fā)酵后期大部分底物排出發(fā)酵罐外，部分留在罐體內(nèi)充當種子，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
圖1 一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備簡圖；
圖2 一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵罐簡圖；
圖3 一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)無軸螺旋送料器簡圖；
圖4 一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)截止閥簡圖，
其中儲料罐I，送料器2，發(fā)酵罐3，橢球結(jié)構(gòu)4，固體注入口 5，液體注入口 6，注液口 7，注氣口 8，排氣口 9，排渣口 10，球體結(jié)構(gòu)11，頂部進料口 12，中上部出料口 13，氣動截止閥14，往復(fù)式研磨器15，球形三通16，氣動截止閥17，送料器進料口 18，氣動截止閥19，球形三通20，螺旋管狀結(jié)構(gòu)支撐21，螺旋管入口 22，螺旋管出口 23，增強結(jié)構(gòu)24，懸掛裝置25固定連接，彈簧26，罐體固定支架27，重力計28，膜分離層29，濾液出口 30;出料口的接口 31，罐體擠壓機構(gòu)32，驅(qū)動電機33，離合器34，無軸送料系統(tǒng)35氣動截止閥36，排料口 37 ；無軸螺旋結(jié)構(gòu)38，螺旋葉片39，摩擦條40，結(jié)構(gòu)支撐41，送料器進料口 42送料器出料口 43 ；氣動裝置44，擠壓結(jié)構(gòu)45。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合圖1?4，介紹一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的優(yōu)選實施例，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的優(yōu)選的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]如圖1所示，一種生物質(zhì)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，由儲料罐I，送料器2和發(fā)酵罐3組成在控制系統(tǒng)控制下，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵過程，生物質(zhì)及培養(yǎng)基在儲料罐內(nèi)配置完畢，通過固液比比可控的無軸螺旋送料裝置送入，厭氧發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵。厭氧發(fā)酵罐為柔性結(jié)構(gòu)，受外力擠壓實現(xiàn)物料混合，由于生物質(zhì)為顆粒狀態(tài)，為提高發(fā)酵效率，在發(fā)酵過程中間生物質(zhì)被送入研磨裝置，研磨后重新進入發(fā)酵罐，發(fā)酵結(jié)束，大部分剩余物會被擠壓出罐體，少部分留在罐底，作為種子，新的基質(zhì)會被送料器送入罐內(nèi)，實現(xiàn)了高效連續(xù)的生物質(zhì)發(fā)酵。
[0018]如圖2所示，發(fā)酵罐罐體為球體結(jié)構(gòu)11，由柔性材料制成，具有頂部進料口12和中上部出料口 13兩個接口，進料口上部向上依次具有氣動截止閥14，往復(fù)式研磨器15，球形三通16，氣動截止閥17，接送料器進料口 18，出料口依次接通氣動截止閥19，球形三通20，發(fā)酵罐罐體下半部分由半球形螺旋管狀結(jié)構(gòu)支撐21，螺旋管有入口 22和出口 23，通過介質(zhì)溫度控制，調(diào)節(jié)罐體溫度，半球螺旋狀結(jié)構(gòu)之間增強結(jié)構(gòu)24固定并與懸掛裝置25固定連接，懸掛裝置再通過彈簧26與罐體固定支架27連接，重力計28替代一組彈簧實現(xiàn)罐體重量控制。
[0019]如圖1所示，所述儲料罐為橢球結(jié)構(gòu)4，為生物質(zhì)和培養(yǎng)基預(yù)處理設(shè)備，能夠滿足發(fā)酵前的全部條件要求，生物質(zhì)廢碎成3-8毫米顆粒，通過固體注入口 5，注入儲料罐，培養(yǎng)基通過液體注入口 6注入儲料罐，液體培養(yǎng)基和生物質(zhì)的重量配比為15:1，浸泡后培養(yǎng)基祛除生物質(zhì)內(nèi)部氧氣，氧化還原電位，PH值控制在微生物生長所需條件，為實現(xiàn)上述條件，還需要注液口 7，注氣口 8，排氣口 9，排渣口 10。
[0020]如圖3所示，所述送料器為無軸螺旋結(jié)構(gòu)38，送料器中間部分為一定螺距的類彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)，送料螺旋葉片39固定在螺旋結(jié)構(gòu)上，無軸螺旋與具有摩擦條40的送