本發明屬于生物質水解酸化技術領域，具體涉及生物質水解酸化裝置。

背景技術：

農作物秸稈能源化利用技術是緩解當今我國面臨的“糧食、能源、環境”三大危機的有效途徑之一，厭氧發酵技術作為生物質能主要利用技術已廣受關注。厭氧發酵技術可分為單相厭氧發酵技術、兩相厭氧發酵技術、混合厭氧發酵技術。其中，兩相厭氧發酵工藝中的產酸階段和產甲烷階段是2個獨立的處理單元，各自形成產酸發酵微生物和產甲烷微生物的最佳生態條件，使其分別發揮最大的代謝能力，避免了傳統的單相厭氧發酵工藝中微生物之間和代謝產物對微生物的抑制作用，從而使整個工藝達到最好的處理效果。

秸稈中的有機成分以纖維素、半纖維素為主，其次為木質素、蛋白質、氨基酸、樹脂、單寧等。秸稈中的木質素包裹在纖維素和半纖維素的表面，阻礙了酶和微生物與纖維素、半纖維素的充分接觸，因此，纖維素和半纖維素的水解就成為秸稈類原料生物降解的限制步驟。因此，在進行厭氧發酵之前，必須對農作物秸稈進行預處理。常用的預處理方法包括物理處理法、化學處理法和生物處理法。其中，生物處理法就是在人工控制條件下，利用一些細菌、真菌等微生物的發酵作用來處理秸稈。傳統觀點認為厭氧生物處理的限速步驟是產甲烷階段，但是產酸相對系統的穩定運行也起著關鍵的作用，產酸相的產物組成對產甲烷相產甲烷的效率有很大影響，對產生甲烷的底物進行分析，結果表明，28%的甲烷來自氫的氧化和二氧化碳的還原，72%的甲烷來自乙酸的裂解。而產酸階段運行的穩定性不僅受到溫度、pH、底物組成等因素的影響，還受到反應器（即罐體）結構的影響，反應器結構的合理性是生物質秸稈能夠有效產酸和穩定運行的前提。

徐鋼，方琦，竺強（徐鋼,方琦,竺強.秸稈水解酸化+厭氧發酵生物氣化集中供氣工程研究[J],農業環境與發展, 2012, 29(2):29-32）采用水解酸化＋厭氧發酵生物氣化技術處理農作物廢棄物秸稈，在建德市航頭鎮航川村建設了工程示范點，處理廢棄物的同時實現了為15戶農戶集中供氣。通過工程實例證明該工藝能有效處理秸稈廢棄物，且易于操作和管理，并具有一定的經濟效益。

通常，產酸階段使用的設備稱為水解酸化罐或水解酸化反應器，該類設備是針對生物質水解酸化的特點及需求而應運產生的。該類設備隨厭氧發酵技術的發展而不斷改進。

申請號為2015101745105的專利公開了一種秸稈水解酸化處理裝置，適用于秸稈產沼氣前的水解酸化處理領域。該裝置包括位于秸稈水解酸化處理室內部的秸稈水解酸化槽、位于外部的集水槽和設置在頂部的太陽能加熱裝置；在秸稈水解酸化槽底部設置有加熱元件，側部設置有超聲波發生裝置，在秸稈水解酸化槽的一側設置有進出料門，在秸稈水解酸化槽底部設置有與集水槽相連通的排水孔，且秸稈水解酸化槽的底部以向集水槽一側傾斜的方式設置，在秸稈水解酸化槽的頂部設置有噴淋頭，噴淋頭通過管路、水循環泵與集水槽相連通；加熱元件通過熱水循環泵及相應管路與太陽能加熱裝置相連接。該發明能提高秸稈厭氧發酵的產氣率，解決物料在厭氧發酵罐內的上浮現象。但是公知的，水解酸化工藝需要一定的溶解氧，且需要充分的混合潤脹，以利于產酸，就該發明而言，其實用性并不強，超聲波發生器雖能破壞秸稈的結構，但是在料液粘度不斷增大的情況下，超聲波的傳播損耗也會隨之增加，能耗高，而且對料液的整體循環流動作用并不顯著，不利于料液的均勻混合。申請號為201410714419.3的中國專利公開了一種液壓水下攪拌裝置，支撐立柱的下端轉動安裝在反應器內，上端位于反應器的上方，并罩于與反應器密封連接的密封箱內部；攪拌本體位于反應器內，與支撐立柱可相對升降地連接、并隨支撐立柱轉動，電機安裝在支撐立柱的上端，電機的輸出端通過牽引繩與攪拌本體連接、驅動攪拌本體升降；反應器內充有發酵液體，反應器內的發酵液體通過既可轉動又可升降的攪拌本體攪拌；反應器的頂部安裝有伸縮液壓缸，伸縮液壓缸的輸出端連接有氣體保護簾，氣體保護簾由伸縮液壓缸帶動升降。該發明可以對反應器內的發酵液體進行充分攪拌，在攪拌本體檢修的過程中，可以在不清除發酵液體的前提下實現攪拌本體的罐外檢修。該發明針對厭氧發酵罐設計出了與其適應的攪拌裝置，但是周知的水解酸化罐用于產酸階段，厭氧發酵罐用于產甲烷階段，兩個階段的工作條件存在明顯的不同；上述不同給反應器的設計和構思帶來了明顯的區別。本領域技術人員若將上述攪拌裝置用于水解酸化階段的反應器還需要做進一步的改進，使之能夠與水解酸化工作條件相適應。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是提供一種適合生物質進行水解酸化的反應裝置，能夠實現生物質料液的除雜、潤脹和高效酸化。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

生物質水解酸化裝置，包括罐體、攪拌機構、布氣管、進料口和出料口，所述罐體的頂板設置工作窗和通風窗，底部位于地面以下，所述攪拌機構包括：手搖式升降機、攪拌器和吊繩，所述手搖式升降機通過所述工作窗垂直穿過所述罐體的頂板，且偏離所述罐體的中心設置，所述攪拌器與所述手搖式升降機滑動連接，所述吊繩的一端與攪拌器連接，另一端與所述手搖式升降機連接。

進一步的，所述手搖式升降機包括支撐桿、手柄、滑輪和繞線圈，所述支撐桿通過支座與所述罐體的頂板連接，所述支座固定在所述罐體的頂板上，所述支撐桿位于所述罐體的頂板以下的部位設置滑道及與所述滑道相配合的限位鎖，所述繞線圈通過連接件Ⅰ及所述滑輪通過連接件Ⅱ分別傾斜設置在所述支撐桿的頂端兩側，所述連接件Ⅰ和所述連接件Ⅱ的軸線平行。

進一步的，所述支撐桿與所述支座轉動連接，所述支撐桿上位于所述支座以上的部位設置旋轉桿。

進一步的，所述攪拌器包括攪拌軸，所述攪拌軸的一端與所述滑道滑動連接，另一端設置攪拌槳，所述攪拌軸的軸線與所述支撐桿垂直。

進一步的，所述連接件Ⅰ上設置連接環Ⅰ，所述連接環Ⅰ穿設輔助拉件，所述輔助拉件的一端與所述攪拌器連接，另一端固定于所述支座上，所述輔助拉件上設置多個足以使所述吊繩穿過的連接環Ⅱ。

進一步的，所述進料口與料液輸送管連接，所述出料口與厭氧發酵罐連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

本發明生物質水解酸化裝置，通過將罐體的底部埋于地面以下，可以減小罐體內部水解酸化液溫度的波動，利于微生物的生長和繁殖，提高水解酸化效率；通過在罐體內設置攪拌機構和布氣管，兩者協同，使料液溶氧更加均勻，加強和提高原料在罐體內的接觸、碰撞和混合幾率，使雜質從原料中脫離，并沉淀至罐體的底部；在罐體的頂板偏心設置手搖式升降機，且手搖式升降機與攪拌機構連接，可以使得攪拌機構進行攪拌作業后料液呈現不對稱性，增強料液的對流度，而且能夠實現攪拌機構在不同的高度上進行攪拌作業，從而滿足不同垂直面的溶氧和混合要求。

通過上述各部件的配合，可以使生物質料液在罐體內經過10~15小時的停留，即可將生物質原料充分潤脹，高效完成酸化過程，顯著提高料液的可生化性，為厭氧發酵產甲烷奠定良好的基礎。

附圖說明

圖1：本發明實施例1的結構示意圖；

圖2：本發明圖1中罐體頂板結構示意圖；

圖3：本發明圖1中支座的結構示意圖；

圖4：本發明實施例2的結構示意圖；

圖5：本發明實施例3的結構示意圖；

圖6：本發明實施例4的結構示意圖；

圖7：本發明圖6的右視圖；

圖8：本發明實施例5的結構示意圖；

其中，1-罐體，2-支撐桿，3-手柄，4-滑輪，5-繞線圈，6-旋轉桿，7-滑道，8-連接件Ⅰ，9-連接件Ⅱ，10-連接環Ⅰ，11-連接環Ⅱ，12-輔助拉件，13-吊繩，14-攪拌軸，15-攪拌槳，16-氣體總管，17-進料口，18-出料口，19-人孔，20-地面，21-通風窗，22-支座，23-工作窗，24-軸套，25-布氣管，26-氣孔，27-輔助環，28-吊環螺母，29-檢修窗。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步清楚闡述本發明的內容，但本發明的保護內容不僅僅局限于下面的實施例。在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。

實施例1

參閱圖1~3，本發明一種生物質水解酸化裝置，包括罐體1、攪拌機構、布氣管25、進料口17和出料口18，所述罐體1的頂板設置工作窗23和通風窗21，底部位于地面20以下，攪拌機構包括：手搖式升降機、攪拌器和吊繩13，手搖式升降機通過所述工作窗垂直穿過罐體1的頂部，且偏離罐體1的中心設置，攪拌器與手搖式升降機滑動連接，吊繩13的一端與攪拌器連接，另一端與手搖式升降機連接。

在一個實施例中，罐體1為圓柱狀，也可以設置為其他本領域通用的其他形狀。

通風窗21為格柵狀，活動安裝在罐體1的頂板上；通風窗的上部設置有方便掀起的把手21-1。

罐體1的底部位于地面20以下1.5米。

參閱圖2，工作窗23設置有足以使支撐桿2和吊繩13通過，并使吊繩13跟隨所述攪拌器進行旋轉的通道23-1。

在一個實施例中，進料口17設置在罐體的側面靠近底端，與料液輸送管連接。這樣設置可以使得料液進入罐體后，其中的雜質更加快速地沉降至罐體的底部，減少內部料液的阻礙，尤其對于連續運行的裝置來說，更是如此。

所述出料口18設置在罐體的側面底端，與厭氧發酵罐連接。這樣設置可在兼顧料液酸化效果的基礎上，便于罐體內剩余料液的充分攪拌和混合，而且放料容易，控制簡單。

在一個實施例中，所述手搖式升降機包括支撐桿2、手柄3、滑輪4和繞線圈5，所述支撐桿通過支座22與所述罐體1的頂板連接，所述支座22固定在所述罐體的頂板上，所述支撐桿位于所述罐體的頂板以下的部位設置滑道7及與所述滑道相配合的限位鎖，所述繞線圈5通過連接件Ⅰ8及所述滑輪通過連接件Ⅱ9分別傾斜設置在所述支撐桿的頂端兩側，所述連接件Ⅰ和所述連接件Ⅱ的軸線平行。

參閱圖3，支座22的底端通過螺栓固定在罐體1的頂板上，頂端則通過軸套24與支撐桿活動連接。

繞線圈5用于纏繞和釋放吊繩；而滑輪4則用于控制吊繩的走向，防止跑偏。

作業時，若要縮短吊繩的長度，則工作人員手握手柄旋轉，使吊繩通過滑輪，不斷纏繞在繞線圈上，則攪拌器在吊繩的向上拉力作用下，也向罐體的上部滑動，改變攪拌器的垂直度及攪拌范圍。

在一個實施例中，所述支撐桿與所述支座轉動連接，所述支撐桿上位于所述支座以上的部位設置旋轉桿6。

該旋轉桿6通過預設在支撐桿2上的圓孔與支撐桿2活動連接，在其作用下，可以將支撐桿進行±90°的旋轉，進而帶動攪拌器旋轉。

因此，支撐桿2與罐體1內壁之間的距離需滿足攪拌器跟隨支撐桿2在水平面內進行±90°度旋轉時不至于碰觸到罐體1的內壁。

在一個實施例中，所述攪拌器包括攪拌軸，所述攪拌軸14的一端與所述滑道滑動連接，另一端設置攪拌槳15，所述攪拌軸的軸線與所述支撐桿垂直。攪拌器位于料液內部工作，需保證良好的密封性，且耐腐蝕。

本發明中攪拌軸與支撐桿垂直設置，攪拌槳的轉動面與攪拌軸垂直，便于料液的上下混合。

實施例2

參閱圖4，本實施例所描述的生物質水解酸化裝置，是在實施例1的基礎上進行的改進，與實施例1不同的是：

布氣管呈環狀均勻布設在罐體1的底部，布氣管25與罐體1的底部之間的距離可根據工藝需求進行設定，其高度不構成對本發明的限制。

進入布氣管25內的氣體為空氣，空氣由加壓風機加壓后按照工藝需求定時定量地由氣體總管16分配到布氣管25中，布氣管25呈環形設置，在布氣管25的上部均勻分布氣孔26，以確保對料液進行均勻曝氣。

實施例3

參閱圖5，本實施例所描述的生物質水解酸化裝置，是在實施例1的基礎上進行的改進，與實施例1不同的是：

所述連接件Ⅰ上設置連接環Ⅰ10，所述連接環Ⅰ穿設輔助拉件12，所述輔助拉件的一端與所述攪拌器連接，另一端固定于所述支座上，所述輔助拉件上設置多個足以使所述吊繩穿過的連接環Ⅱ11。

其中，連接環Ⅰ10用于穿設輔助拉件12，輔助拉件12采用高強度工程塑料。

連接環Ⅱ11的數量可以設置2個以上，例如，2個，3個，甚至更多。

此外，為了方便清除罐體底部的雜質，便于檢修，在罐體的地面以上部位設置人孔19，其具體位置的設定不構成對本發明的限制。

為了便于收集和控制罐體的液位數據的變化和內部壓力數據的變化，在罐體1上設置液位傳感器和壓力控制器，其具體的位置的設定不構成對本發明的限制。

實施例4

參閱圖6~7，本實施例所描述的生物質水解酸化裝置，是在實施例1的基礎上進行的改進，與實施例3不同的是：

為了延長輔助拉件12的使用壽命，減少連接環Ⅰ10對其的磨損，本發明優選的在，輔助拉件12的外部套設輔助環27，該輔助環27包括本體27-1和設置在本體外部的空心環片27-2，所述本體為空心圓柱體，所述空心環片與所述連接環Ⅰ10通過吊環螺母28固定起來。這樣設置后，輔助拉件12與連接環Ⅰ10不直接接觸，磨損程度大幅度較小。

空心環片27-2的數量可以設置1個，也可以設置2個，甚至更多。當設置2個以上時，可以同時掛置在不同的支撐物上。而且，為了不同方位的掛置需要，多個空心環片可以不同的角度與本體27-1連接。例如，垂直、交叉或平行。圖5所示為2個空心環片垂直設置的圖例。

實施例5

參閱圖8，本實施例所描述的生物質水解酸化裝置，是在實施例1的基礎上進行的改進，與實施例1不同的是：

為了便于將攪拌器取出、放回及檢修，在罐體1的頂板設置檢修窗29，該檢修窗口為格柵狀，活動安裝在罐體1的頂板上。

其中，本發明述及的支撐桿2、攪拌器、輔助拉件12、吊繩13均為耐腐蝕制件。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。