[發明專利]一種大型混合攪拌式兼氧水解反應器及物料混合方法

有效

• 申請號: 202010190592.3
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111218385B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 朱娜;陳鵬;李磊;王明明;趙業華;孫德壽;李旭源
• 申請（專利權）人: 北京盈和瑞環境科技有限公司
• 主分類號: C12M1/02
• 分類號: C12M1/02;C12M1/04;C12M1/107
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 孫艷敏

本發明公開了一種大型混合攪拌式兼氧水解反應器及物料混合方法，該反應器包括本體和攪拌器；攪拌器包括立軸垂直主攪拌器和斜插式輔助攪拌器兩種，兩種類型的攪拌器均偏離本體的中心設置。本發明通過偏心設置的立軸垂直主攪拌器和斜插式輔助攪拌器相互配合，形成垂直向下推流流場與逆時針旋轉流流場疊加，強化液面形成能夠將秸稈物料帶入水下的漩渦，并使反應器底部形成擾動防止沉淀，使堆密度較小的秸稈能夠克服浮力與料液充分混合攪拌攪；進而，反應器容積受攪拌作用的約束減小，增加單座水解反應器容積，可以減少反應器數量，節省了土建投資成本；另外，反應器的數量減少后，相應設備和控制系統也減少，降低了設備投資。

技術領域

本發明涉及沼氣發酵工程技術領域，具體是一種適用于以秸稈為原料的大型混合攪拌式兼氧水解反應器及物料混合方法。

背景技術

中國專利CN105132469B中公開了一種利用兼氧方式進行木質纖維素預處理的工藝方式，提供了一種將干秸稈快速水解的生物化學工藝。這種方式可以使農作物秸稈原料生產的沼氣中甲烷含量高達57％，并大大縮短秸稈發酵制沼氣的生產時間。

在采用這種工藝的過程中，需要將干秸稈粉碎至2cm以下，且經過揉絲處理，然后投入兼氧水解反應器中。但是，經過粉碎揉絲處理后的干秸稈其堆密度僅為100kg/m³，投入兼氧預處理反應器(兼氧水解反應器)后，由于其密度比水輕，以及微曝氣的氣浮作用，很容易在兼氧反應器中形成漂浮層，不斷漂浮積累起來的秸稈，在反應器液面層形成厚厚的殼層，使攪拌器混合均質的功能失效，特別是干化秸稈的分子化學鍵具有較強的疏水性，不與水充分接觸混合，微生物及酶很難進入到秸稈纖維內部，因此很難進行微生物的水解生物化學反應。對于容積為500立方米以上的大型水解反應器上述問題尤為明顯。

通過在反應器內設置攪拌器能部分解決上述問題，通過攪拌器攪動液體使其流動以克服秸稈的漂浮，同時帶動秸稈混合液在反應器內轉動。利用攪拌使浮在水面的秸稈被帶入水中并分散在水中，是利用了水流動秸稈的拖曳力大于等于浮力，這與水的密度與秸稈的密度差、水的粘度、水向下的流速等因素有關，而水的流速又與攪拌施加給水的推動功率有關，對于兼氧水解反應器來說，還與曝氣時氣泡上升過程中對周圍水產生的升力有關。而攪拌對水的推力作用又與水和水中物料相對于攪拌器的位置、轉速有關，還與容器壁距離攪拌器的位置有關。因此，攪拌器對水的攪拌作用的流場受復雜的條件的影響，特別是對于氣、液、固三相流體，流場分布極其復雜，是不均勻的流場。在這類反應器設計中，特定的反應器攪拌選型和參數選擇，基本都是靠經驗+試驗的方式進行。

申請人開發的利用干秸稈作原料的兼氧水解反應器，是一種氣(空氣)+液(水)+固(秸稈)三相流體，且反應器容積大于500立方米以上，采用傳統的攪拌混合方法已經不能滿足需要，不僅水面易形成秸稈殼層，底部還會形成沉淀層。

有鑒于此，需要開發新的兼氧水解反應器新的物料混合方法。

發明內容

研究發現，單獨增大攪拌器功率或者增加攪拌器數量的方式并不能解決大容積的兼氧水解反應器內物料攪拌不充分的問題，而且反應器中秸稈碎料粒徑小，重量輕、表面疏水，與兼氧水解反應器的液體部分分層嚴重，不同于發酵池內物料已經被水解充分變得粘稠不易與水分離的狀態，因此發酵池的攪拌工藝直接搬過來也無法達到預期效果。