[发明专利]一种大型混合搅拌式兼氧水解反应器及物料混合方法

说明书

本发明公开了一种大型混合搅拌式兼氧水解反应器及物料混合方法，该反应器包括本体和搅拌器；搅拌器包括立轴垂直主搅拌器和斜插式辅助搅拌器两种，两种类型的搅拌器均偏离本体的中心设置。本发明通过偏心设置的立轴垂直主搅拌器和斜插式辅助搅拌器相互配合，形成垂直向下推流流场与逆时针旋转流流场叠加，强化液面形成能够将秸秆物料带入水下的漩涡，并使反应器底部形成扰动防止沉淀，使堆密度较小的秸秆能够克服浮力与料液充分混合搅拌搅；进而，反应器容积受搅拌作用的约束减小，增加单座水解反应器容积，可以减少反应器数量，节省了土建投资成本；另外，反应器的数量减少后，相应设备和控制系统也减少，降低了设备投资。

技术领域

本发明涉及沼气发酵工程技术领域，具体是一种适用于以秸秆为原料的大型混合搅拌式兼氧水解反应器及物料混合方法。

背景技术

中国专利CN105132469B中公开了一种利用兼氧方式进行木质纤维素预处理的工艺方式，提供了一种将干秸秆快速水解的生物化学工艺。这种方式可以使农作物秸秆原料生产的沼气中甲烷含量高达57％，并大大缩短秸秆发酵制沼气的生产时间。

在采用这种工艺的过程中，需要将干秸秆粉碎至2cm以下，且经过揉丝处理，然后投入兼氧水解反应器中。但是，经过粉碎揉丝处理后的干秸秆其堆密度仅为100kg/m³，投入兼氧预处理反应器(兼氧水解反应器)后，由于其密度比水轻，以及微曝气的气浮作用，很容易在兼氧反应器中形成漂浮层，不断漂浮积累起来的秸秆，在反应器液面层形成厚厚的壳层，使搅拌器混合均质的功能失效，特别是干化秸秆的分子化学键具有较强的疏水性，不与水充分接触混合，微生物及酶很难进入到秸秆纤维内部，因此很难进行微生物的水解生物化学反应。对于容积为500立方米以上的大型水解反应器上述问题尤为明显。

通过在反应器内设置搅拌器能部分解决上述问题，通过搅拌器搅动液体使其流动以克服秸秆的漂浮，同时带动秸秆混合液在反应器内转动。利用搅拌使浮在水面的秸秆被带入水中并分散在水中，是利用了水流动秸秆的拖曳力大于等于浮力，这与水的密度与秸秆的密度差、水的粘度、水向下的流速等因素有关，而水的流速又与搅拌施加给水的推动功率有关，对于兼氧水解反应器来说，还与曝气时气泡上升过程中对周围水产生的升力有关。而搅拌对水的推力作用又与水和水中物料相对于搅拌器的位置、转速有关，还与容器壁距离搅拌器的位置有关。因此，搅拌器对水的搅拌作用的流场受复杂的条件的影响，特别是对于气、液、固三相流体，流场分布极其复杂，是不均匀的流场。在这类反应器设计中，特定的反应器搅拌选型和参数选择，基本都是靠经验+试验的方式进行。

申请人开发的利用干秸秆作原料的兼氧水解反应器，是一种气(空气)+液(水)+固(秸秆)三相流体，且反应器容积大于500立方米以上，采用传统的搅拌混合方法已经不能满足需要，不仅水面易形成秸秆壳层，底部还会形成沉淀层。

有鉴于此，需要开发新的兼氧水解反应器新的物料混合方法。

发明内容

研究发现，单独增大搅拌器功率或者增加搅拌器数量的方式并不能解决大容积的兼氧水解反应器内物料搅拌不充分的问题，而且反应器中秸秆碎料粒径小，重量轻、表面疏水，与兼氧水解反应器的液体部分分层严重，不同于发酵池内物料已经被水解充分变得粘稠不易与水分离的状态，因此发酵池的搅拌工艺直接搬过来也无法达到预期效果。