[发明专利]一种发酵产气的收集及体积测定装置

说明书

技术领域

本发明涉属于资源环境技术领域，涉及一种发酵产气的收集及体积测定装置。

背景技术

随着世界石油等资源的日益枯竭，原油价格的不断攀升，以及人们对环境质量要求的不断提高，环境压力日益加重的情况下，绿色，环保，可持续能源的开发和利用成为促进经济社会可持续发展的客观需求。生物质能是利用光能固定二氧化碳得到的生物质为底物，通过生物发酵得到的清洁能源，大大减少了二氧化碳的净排放量，加之其广泛的分布及可再生性等诸多优点，可有效减少我国对进口燃料的依赖，减少对水体和气体环境的污染，缓解温室效应的加剧。因而世界上许多发达国家，都致力于开发清洁高效的生物质资源利用技术，以达到保护矿产资源、保障国家能源安全、实现CO₂减排和经济可持续发展的目的。以木质纤维素为代表的第二代生物质能源生产燃料乙醇，因其产量潜力大、材料来源广泛、成本低廉、可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用减小对石油依赖等优点得到了更为广泛的关注和研究。发酵是木质纤维素制备燃料乙醇生产流程中的最重要环节，而在发酵过程中，生成目标产物乙醇的同时还会产生二氧化碳，且二氧化碳体积同乙醇产量存在线性关系，因而可通过对发酵所产气体的收集和体积测定，直观判断乙醇发酵情况，并可准确推断乙醇产量。

长期以来，一直缺乏一种有效的收集并测定气体体积的装置，无法方便地进行体积计算和气体成分分析。目前采用的收集方法主要是排水集气法和集气袋法。前者是利用充满水的且倒扣在水中的容器，从底部通入反应中产生的气体，通过所产气体压力排出容器内的水而使容器充满这种气体。但是这种方法普遍需要时刻人工监测以防气体集满溢出，且由于收集过程中气体压强时刻变化，需通过计算容器内气体压强后才能换算得到标准状况下的体积，其测定繁琐；另外由于收集气体需要克服所排水体的压强，当产气量较低时集气存在困难，装置灵敏度较差。后者是直接将反应产生的气体通入集气袋进行收集，但是集气袋只有收集气体的作用，不能测量气体体积，后期集气袋内内部压强过大，导致发酵所产的气体难以继续进入集气袋，甚至发生气体倒灌，而发酵罐内过高的气体压强对酵母菌的发酵性能也存在抑制作用，进而影响最终的乙醇产率。且该装置对于整个气路的密封性有着严苛要求。因此开发新的既能方便地收集气体，又能方便、直观且准确测定体积的装置具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集气方便、测量准确直观的发酵产气的收集及体积测定装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种发酵产气的收集及体积测定装置，其特征在于，包括水箱、集气罐、导轨、定滑轮、重物、固定支架；所述的导轨固定在水箱的底部；所述的集气罐开口朝下置于水箱底部，且能沿着导轨竖直上下滑动；所述的定滑轮设置于固定支架上，两侧通过绳子分别连接集气罐与重物。

所述的集气罐呈圆柱体状，采用有机玻璃制成并带有体积刻度，侧面下方设置有进气口，顶部设有排气阀。

所述的水箱呈长方体状，其内投加碳酸氢钠至饱和，减小CO₂在水中的溶解度，保证发酵所产气体的高收集率。

所述的导轨采用三根高强度有玻璃钢管制成，硬度高，限制集气罐水平方向位移；材质光滑，减小集气罐上下滑动过程中所受阻力；顶部有卡扣，阻止集气罐过度上浮导致脱落，取下卡扣后便可方便取下集气罐。

所述的定滑轮焊接于固定支架，定滑轮系统所悬挂重物的重力抵消集气罐体本身重量，使集气装置对发酵过程影响降低，并且实现低产气量下的气体收集和体积测定目的。

采用本发明所述的装置采集发酵产气并测定体积的方法，其操作步骤如下：

第一步，集气罐开口向下置于水箱底部，扣紧导轨上端卡扣。

第二步，打开排气阀，开始向水箱注水，水箱内的水自下方流入集气罐，并逐渐向上充盈整个集气罐，而罐内残余空气由上方排气阀排出。待水充满集气罐并开始从排气阀溢出罐体后，迅速关闭排气阀，随后停止供水，使此时水箱内水面恰好覆盖集气罐顶部，并向水箱内投放碳酸氢钠至溶液饱和，接着调整重物质量，使得集气罐恰好悬浮，系统处于平衡状态。

第三步，将发酵设备的出气口与集气罐进气口相连接，随着气体积累，集气罐沿着导轨缓慢上浮，且时刻处于平衡状态，通过刻度读出气体体积，实现自动连续收集发酵气体并测定其体积的目的。

本发明具有以下的优点和效果：