本發明屬于厭氧發酵技術領域，具體涉及一種智能發酵罐。

背景技術：

沼氣的厭氧發酵是指有機物質，如人畜家禽糞便、秸稈、雜草等，在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過種類繁多、數量巨大、且功能不同的各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等混合性氣體的復雜的生物化學過程。

以厭氧發酵為核心環節的沼氣技術在我國已經得到了廣泛的應用，厭氧發酵是廢物在厭氧條件下通過微生物的代謝活動而被穩定化，同時伴有甲烷和co2產生，液化階段主要是發酵細菌起作用，包括纖維素分解菌和蛋白質水解菌，產酸階段只要是醋酸菌起作用，產甲烷階段主要是甲烷細菌，他們將產酸階段產生的產物降解成甲烷和co2，同時利用產酸階段產生的氫將還原成甲烷。

現有的厭氧發酵過程是一個靜態的發酵過程，在發酵中只需要將反應物靜置發酵即可，無法保證發酵過程的完整性，也無法使厭氧發酵應用于規?；墓I化生產。

技術實現要素：

本發明針對上述問題提出了一種智能發酵罐，智能化全自動操作，在反應過程中通過螺旋槳的旋轉在反應物內形成強漩流，能夠充分加速發酵反應進程，使發酵更加完全，極大程度的降低了成本，維修維護方便。

具體的技術方案如下：

一種智能發酵罐，包括發酵罐體，發酵罐體上設有攪拌裝置，所述發酵罐體包括蓋體、釜體和支撐柱，釜體包括中部釜體和底部釜體，中部釜體為中空的圓柱體結構，底部釜體為圓臺形結構，支撐柱固定在釜體底部，半球體結構的蓋體固定在釜體頂部，所述蓋體上設有進料口和排氣口，釜體上設有出料口；

所述攪拌裝置設置在蓋體上，所述攪拌裝置包括第一固定殼體、第二固定殼體、第一步進電機、第二步進電機、第一主動齒輪、第一從動齒輪、第二主動齒輪、第二從動齒輪、調節固定板、絲桿、第一固定環、第二固定環、固定轉軸和螺旋槳，中空的第一固定殼體固定在蓋體上方，中空的第二固定殼體固定在第一固定殼體上方，第二殼體內壁均勻的設有6個導條，第二殼體上表面和下表面的中心處分別設有一個絲桿固定槽，絲桿可轉動的固定在兩個絲桿固定槽之間，所述第一從動齒輪固定在絲桿上，第一步進電機固定在第二固定殼體上，第一步進電機轉軸與第一主動齒輪固定連接，第一主動齒輪與第一從動齒輪相嚙合，所述調節固定板上均勻設有6個滑槽，調節固定板通過滑槽與導條的配合作用可移動的設置在第二固定殼體內，調節固定板的中心處設有第一通道，第一通道內壁上的內螺紋與絲桿的外螺紋相契合，所述第二步進電機固定在調節固定板上，第二步進電機轉軸與第二主動齒輪固定連接，固定轉軸上設有第一固定卡槽和第二固定卡槽，第一固定環可轉動的包覆在第一固定卡槽上，第二固定環可轉動的包覆在第二固定卡槽上，固定轉軸穿過第一固定殼體與第二固定殼體，固定轉軸一端設有第二從動齒輪，另一端與螺旋槳固定連接，所述第一固定環固定在第一固定殼體內，第二固定環固定在調節固定板上，所述第二從動齒輪與第二主動齒輪相嚙合。

上述一種智能發酵罐，其中，所述智能發酵罐還包括液體儲罐、固體儲罐、液位變送器和plc控制器；所述液體儲罐、固體儲罐分別通過第一管道、第二管道與進料口相連接，第一管道上設有第一電磁閥，第二管道上設有第二電磁閥，所述液位變送器設置在發酵罐體上，所述第一電磁閥、第二電磁閥、液位變送器、第一步進電機、第二步進電機分別與plc控制器相連接。

上述一種智能發酵罐，其中，所述出料口上設有取樣管道，取樣管道上設有取樣閥。

上述一種智能發酵罐，其中，其反應方法如下：

(1)在液體儲罐內儲存溶劑，在固體儲罐內儲存反應用固體顆粒，通過plc控制器控制第一電磁閥、第二電磁閥開啟，使溶劑和反應用固體顆粒通過進料口進入反應裝置內得到反應混合物，并使螺旋槳浸沒在反應混合物中；

(2)通過液位變送器檢測反應混合物的液面高度，plc控制器根據檢測到的數值控制第一步進電機轉動，從而使螺旋槳與反應混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15；

(3)通過plc控制器控制第二步進電機轉動，從而使螺旋槳進行轉動；

(4)在反應過程中，通過位變送器實時檢測反應混合物的液面高度，當液面高度的變化值大于設定值時，通過plc控制器關閉第二步進電機，通過開啟第一步進電機以重新調整螺旋槳的位置，使螺旋槳與反應混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15，再重復步驟(3)即可完成發酵反應。

上述一種智能厭氧發酵反應系統，其中，所述釜體的體積小于等于100m³。

本發明的有益效果為：

1.本發明應用于體積小于等于100m³的中小型發酵罐，經過頂置式螺旋槳旋轉，在反應物混合物內形成強漩流，使反應物充分混合，從而提高了發酵效率。

2.本發明通過plc控制器控制螺旋槳與反應混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15，根據這一要求設置的螺旋槳在轉動過程中造成的強漩流能夠帶動整個釜體內的反應物勻速轉動。

3.本發明適用性廣，反應裝置內溫度分布均勻，全自動智能化控制，能耗低，運行管理方便，利用厭氧發酵解決了因養殖規模擴大帶來的環境惡化問題，極大地改善了農業的生態環境，提高了人們的生活質量，促進了可持續發展，有著豐富的資源和廣闊的前景。

附圖說明

圖1為本發明剖視圖。

圖2為本發明電氣控制圖。

圖3為本發明固定轉軸結構圖。

圖4為本發明攪拌裝置結構圖。

圖5為本發明第二固定殼體剖視圖。

圖6為本發明調節固定板結構圖。

具體實施方式

為使本發明的技術方案更加清晰明確，下面結合附圖對本發明進行進一步描述，任何對本發明技術方案的技術特征進行等價替換和常規推理得出的方案均落入本發明保護范圍。

附圖標記

液體儲罐1、固體儲罐2、液位變送器4、plc控制器5、發酵罐體6、攪拌裝置7、蓋體8、釜體9、支撐柱10、中部釜體11、底部釜體12、進料口13、排氣口14、出料口15、第三電磁閥16、取樣管道17、取樣閥18、第一固定殼體19、第二固定殼體20、第一步進電機21、第二步進電機22、第一主動齒輪23、第一從動齒輪24、第二主動齒輪25、第二從動齒輪26、調節固定板27、絲桿28、第一固定環29、第二固定環30、固定轉軸31、螺旋槳32、導條33、絲桿固定槽34、滑槽35、第一通道36、第一管道37、第二管道38、第一電磁閥39、第二電磁閥40、第一固定卡槽41、第二固定卡槽42。

如圖所示一種智能發酵罐，包括發酵罐體6，發酵罐體上設有攪拌裝置7，所述發酵罐體6包括蓋體8、釜體9和支撐柱10，所述釜體9的體積小于等于100m³，釜體9包括中部釜體11和底部釜體12，中部釜體11為中空的圓柱體結構，底部釜體12為圓臺形結構，支撐柱10固定在釜體9底部，半球體結構的蓋體8固定在釜體9頂部，所述蓋體8上設有進料口13和排氣口14，釜體9上設有出料口15，出料口15上設有第三電磁閥16，所述出料口15上設有取樣管道17，取樣管道17上設有取樣閥18；

所述攪拌裝置7設置在蓋體8上，所述攪拌裝置7包括第一固定殼體19、第二固定殼體20、第一步進電機21、第二步進電機22、第一主動齒輪23、第一從動齒輪24、第二主動齒輪25、第二從動齒輪26、調節固定板27、絲桿28、第一固定環29、第二固定環30、固定轉軸31和螺旋槳32，中空的第一固定殼體固定在蓋體上方，中空的第二固定殼體固定在第一固定殼體上方，第二殼體內壁均勻的設有6個導條33，第二殼體上表面和下表面的中心處分別設有一個絲桿固定槽34，絲桿可轉動的固定在兩個絲桿固定槽之間，所述第一從動齒輪固定在絲桿上，第一步進電機固定在第二固定殼體上，第一步進電機轉軸與第一主動齒輪固定連接，第一主動齒輪與第一從動齒輪相嚙合，所述調節固定板上均勻設有6個滑槽35，調節固定板通過滑槽與導條的配合作用可移動的設置在第二固定殼體內，調節固定板的中心處設有第一通道36，第一通道內壁上的內螺紋與絲桿的外螺紋相契合，所述第二步進電機固定在調節固定板上，第二步進電機轉軸與第二主動齒輪固定連接，固定轉軸上設有第一固定卡槽41和第二固定卡槽42，第一固定環可轉動的包覆在第一固定卡槽上，第二固定環可轉動的包覆在第二固定卡槽上，固定轉軸穿過第一固定殼體與第二固定殼體，固定轉軸一端設有第二從動齒輪，另一端與螺旋槳固定連接，所述第一固定環固定在第一固定殼體內，第二固定環固定在調節固定板上，所述第二從動齒輪與第二主動齒輪相嚙合；

所述智能發酵罐還包括液體儲罐1、固體儲罐2、液位變送器4和plc控制器5；所述液體儲罐1、固體儲罐2分別通過第一管道37、第二管道38與進料口13相連接，第一管道上設有第一電磁閥39，第二管道上設有第二電磁閥40，所述液位變送器4設置在發酵罐體3上，所述第一電磁閥39、第二電磁閥40、第三電磁閥16、液位變送器4、第一步進電機21、第二步進電機22分別與plc控制器5相連接，plc控制器為西門子s7-400。

所述智能發酵罐的反應方法如下：

(1)在液體儲罐內儲存溶劑，所述溶劑按重量份數計由95份水和5份酒精混合制備而成；在固體儲罐內儲存反應用固體顆粒，所述固體顆粒制備過程為：將干燥的重量份數為45份的牛糞，25份的秸稈和20份的梧桐樹葉混合后，經粉碎機粉碎即可；

(2)通過plc控制器控制第一電磁閥、第二電磁閥開啟，使溶劑和反應用固體顆粒通過進料口進入反應裝置內得到反應混合物，并使螺旋槳浸沒在反應混合物中，溶劑和反應用固體顆粒的體積比為95:5；

(3)初始狀態時，螺旋槳距離中部釜體的底部的距離為h1，中部釜體的高度為h2，且h2-h1＝h2/15；

(4)反應混合物進入釜體后，通過液位變送器檢測反應混合物的液面高度為h3，經plc控制器計算δh＝h3-h2，當δh＞0時，plc控制器控制第三電磁閥打開，從出料口放出部分反應混合物，直至δh≤0；當δh≤0時，plc控制器控制第一步進電機轉動，第一步進電機帶動第一主動齒輪轉動，第一主動齒輪帶動第一從動齒輪轉動，從而帶動絲桿轉動，絲桿帶動調節固定板向下移動，從而帶動固定轉軸以及固定在轉軸上的螺旋槳向下移動δh，從而使螺旋槳與反應混合物的液面之間的距離＝中部釜體的高度/15；

(5)通過plc控制器控制第二步進電機轉動，從而使螺旋槳進行轉動，轉速為100rmp；

(6)3h后打開取樣閥取反應物進行粘度測試，得到初始粘度值為μ0；

(7)每1d打開取樣閥取反應物進行粘度測試，測試值分別為μ1、μ2、μ3…μn，用每天的測試值減去初始粘度值可以得到每天的粘度變化值δμ，則粘度的變化率a＝(δμ-μ0)/μ0，當-2％≤a≤2％時，螺旋槳轉速不做變化，當2％≤a≤6％時，plc控制器控制螺旋槳轉速為95rmp，當-6％≤a≤-2％時，plc控制器控制螺旋槳轉速為105rmp，當a＞6％時，控制第一電磁閥打開向發酵罐體內添加溶劑，當a＜-6％時，控制第二電磁閥打開向發酵罐體內添加反應用固體顆粒；

(8)在反應過程中，通過位變送器實時檢測反應混合物的液面高度，當液面高度的變化值大于4cm時，通過plc控制器關閉第二步進電機，再重復步驟(4)(5)(6)(7)即可完成發酵反應。