CN103846073A

CN103846073A - 一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器

Info

Publication number: CN103846073A
Application number: CN201310122408.1A
Authority: CN
Inventors: 鲍杰; 张龙平; 张建
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明涉及一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，釜体上安装有机械搅拌装置，机械搅拌装置包括外置马达以及组合搅拌桨，其特征在于，组合搅拌桨为螺带桨和刮底桨；螺带桨通过支撑杆固定在搅拌轴上，并自上而下盘旋在搅拌轴周边，构成框体；刮底桨固定在搅拌轴的底端，并且贴近釜体底部；刮底桨为桨式或者锚式桨。本发明的优点：机械搅拌可以促进物料与高温蒸汽及化学试剂之间的传热和传质，提高蒸汽的加热效率，降低能耗；而且，螺带型搅拌桨可以进行高固体含量木质纤维素原料的预处理，降低了预处理过程乃至整个生物炼制过程的用水量。

Description

一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器

【技术领域】

本发明涉及化工反应器技术领域，具体地说，是一种带有搅拌的可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器。

【背景技术】

预处理是木质纤维素原料生物加工工艺中的第一步工序，也是最重要的一个环节，因为预处理过程的能耗和预处理效果直接决定最终产品的得率和整个生物加工过程的成本。预处理的目的是改变改变天然木质纤维素的致密结构，破坏纤维素、木质素和半纤维素之间的化学和物理连接，降低纤维素的结晶度，或脱去木质素，增加原料的疏松性以增加纤维素酶系与纤维素的有效接触，从而提高后续糖化和发酵的得率。

目前，尽管研究人员已经开发出诸多预处理方法，而且有的已经初步应用于木质纤维素生物加工的中试或示范装置上，但是大多数预处理技术仍然是实验室技术的简单放大，主要存在两方面的缺陷：首先，这些预处理技术缺乏搅拌装置，从而导致预处理过程的高温蒸汽与物料或化学试剂不能充分接触/混合均匀，在预处理反应器中存在温度梯度，致使局部温度过高或过酸，引起木质纤维素原料的过度降解而生成大量抑制物，对后续的酶解和发酵产生严重的不利影响；其次，现存的预处理技术大多数只能处理低固体含量的木质纤维素原料进行预处理，从而使预处理过程的用水和废水大量产生，大大增加了预处理过程和生物加工的成本，而且不利于后续的高固体含量糖化与产品发酵。因此，开发带有搅拌的尤其是能够处理高固体含量木质纤维素原料进行预处理的反应器是当前预处理技术的发展趋势。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，反应器的釜体上安装有机械搅拌装置，机械搅拌装置包括组合搅拌桨，其特征在于，组合搅拌桨为螺带桨和刮底桨；螺带桨通过支撑杆固定在搅拌轴上，并自上而下盘旋在搅拌轴周边，构成框体；刮底桨固定在搅拌轴的底端，并且贴近釜体底部；刮底桨为桨式或者锚式桨。

所述的机械搅拌装置，即传动装置，由电机直接带动搅拌或电机-磁钢传动磁力搅拌。

所述的螺带桨的外缘设有刮片单元，可以有效清除预处理过程中预处理反应器内表面粘贴的物料。

所述的釜体上设有高温蒸汽入口、测温口、釜体外壁测温管、保温层、底部出料口和底部排水口；高温蒸汽入口嵌入釜体底部，四个蒸汽入口均位于底部同一平面四个对称位置；测温口是由不锈钢制备的热电偶夹套，从罐体顶部深入反应釜内；釜体外壁测温管位于釜体背部，并紧贴反应釜外壁；保温层是在釜体外壁缠绕加热带、石棉等保温材料。

釜体外壁测温管测定预处理中釜体外壁温度；上部测温口伸入釜体测定釜中心温度；釜体底部设有出料口，出料口由五个密封螺丝保证釜体密封性以及在预处理中釜体内能维持4.0MPa压力，出料时拧开密封螺丝，向下卸开出料极为方便；底部排水口用于排出预处理中产生的少量冷凝水。

在釜体上端设有加料器，下端设有放料口；

加料器通过螺纹与加料口相连，是通过外接连接于釜体内部的进料装置，加料器含有螺杆输送单元，通过固定轴与外动力相连，适于输送固体或半固体的木质纤维素原料进入釜内，物料经过螺杆的剪切作用后进入釜体内部，进一步降低物料粒径，使其预处理更加充分。

釜体上的外壁测温管和测温口的设置不影响螺带桨的全空间混合与搅拌；同时，与釜体配套的还有温度显示仪和压力显示器，温度显示仪是显示测温口和反应釜外壁测温管的外接温度显示装置，而在釜体上部有釜体压力感应显示器，实时对体系的温度和压力进行监测，以便控制最佳的预处理反应条件。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明克服了静态预处理反应器的混合、传质及传热效果差的缺点。所采用的螺带搅拌桨和刮底桨，在木质纤维素原料的预处理过程中，所有物料在螺带桨的作用下，自下而上做螺旋运动，到达顶部后在重力作用下落至底部，而后又被螺带带起，底桨贴进釜体底部，将底部的物料分散后经螺带桨带起，反应器中没有死角，有效地促进了预处理过程的高温蒸汽与物料或化学试剂充分接触/混合均匀。同时，反应器内的持续搅拌强化了传热，降低了在预处理反应器中存在的温度梯度差，避免了反应器内局部过热、过酸或者过碱等，减少了木质纤维素原料过度降解而产生的抑制物，使同一批反应器中物料的得到均匀的预处理效果，同时强化了传质与对流传热，提高了预处理效果，进而提高了后续的糖化、发酵纤维乙醇的得率。

本发明采用螺带桨与刮底桨的组合桨，主要针对高固含量木质纤维素原料的预处理，也适用于低固含量的预处理，而以往很多研究者都采用涡轮式、平叶式等搅拌桨来进行低固含量的木质纤维素原料的预处理。本发明采用的螺带桨，在混合过程中，除了为木质纤维素原料提供径向混合之外，更重要的是提供轴向循环混合，因此能更好地适用于高固含量木质纤维素原料的预处理过程。

在本发明中，加料装置含有螺杆输送单元，可以在输送物料的同时，将物料进一步打碎，可以增加物料与高温蒸汽或酸、碱化学试剂的接触面积，强化了预处理效果；釜底设有出料口，物料从釜体上部进入，预处理之后由于釜内有螺带搅拌可以顺利从底部出料，提高了预处理效率，进而有利于该工艺的工业化发展。

【附图说明】

图1本发明的结构示意图；

附图中的各标号分别为：1、加料器，2、加料口，3、螺带桨，4、釜体外壁测温管，5、测温口，6、保温层，7、刮底桨，8、高温蒸汽入口，9、出料口，10、密封螺丝，11、排水口，12、传动装置。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器的具体实施方式。

实施例1

请参见附图1，一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，釜体上安装有机械搅拌装置，机械搅拌装置包括组合搅拌桨，其特征在于，组合搅拌桨为螺带桨3和刮底桨7；螺带桨通过支撑杆固定在搅拌轴上，并自上而下盘旋在搅拌轴周边，构成框体；刮底桨固定在搅拌轴的底端，并且贴近釜体底部；刮底桨为桨式或者锚式桨。

所述的机械搅拌装置，即传动装置12，由电机直接带动搅拌或电机-磁钢传动磁力搅拌；机械搅拌装置通过螺栓固定在釜体顶部；

螺带桨保证了预处理过程可以在0～100％的固体含量条件下进行蒸汽、硫酸和木质纤维素原料的有效混合，避免局部温度过高和抑制物的过量生成；螺带桨外缘的刮片结构可以保证预处理后的物料都能够排出反应器，避免了大量预处理物料的釜内残留。

搅拌桨的加入，使预处理时反应器可以填满木质纤维素原料，从而降低预处理过程的蒸汽能耗和水耗，减少预处理废水的产生。

所述的釜体上设有高温蒸汽入口8、测温口5、釜体外壁测温管4、保温层6、底部出料口9和底部排水口11；高温蒸汽入口嵌入釜体底部，四个蒸汽入口均位于底部同一平面四个对称位置；测温口是由不锈钢制备的热电偶夹套，从罐体顶部深入反应釜内；釜体外壁测温管位于釜体背部，并紧贴反应釜外壁；保温层是在釜体外壁缠绕加热带、石棉等保温材料。

釜体外壁测温管测定预处理中釜体外壁温度；上部测温口伸入釜体测定釜中心温度；釜体底部设有出料口，出料口由五个密封螺丝10保证釜体密封性以及在预处理中釜体内能维持4.0MPa压力，出料时拧开密封螺丝，向下卸开出料极为方便；底部排水口用于排出预处理中产生的少量冷凝水。

在釜体上端设有加料器1，下端设有放料口2；

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，反应器的釜体上安装有机械搅拌装置，机械搅拌装置含有组合搅拌桨，其特征在于，组合搅拌桨为螺带桨和刮底桨；螺带桨通过支撑杆固定在搅拌轴上，并自上而下盘旋在搅拌轴周边，构成框体；刮底桨固定在搅拌轴的底端，并且贴近釜体底部；刮底桨为桨式或者锚式桨。

2.如权利要求1所述的一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，其特征在于，所述的机械搅拌装置，由电机直接带动搅拌或电机-磁钢传动磁力搅拌。

3.如权利要求1所述的一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，其特征在于，所述的螺带桨的外缘设有刮片单元。

4.如权利要求1所述的一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，其特征在于，所述的釜体上设有高温蒸汽入口、测温口、釜体外壁测温管、保温层、底部出料口和底部排水口；高温蒸汽入口嵌入釜体底部，四个蒸汽入口均位于底部同一平面四个对称位置；测温口是由不锈钢制备的热电偶夹套，从罐体顶部深入反应釜内；釜体外壁测温管位于釜体背部，并紧贴反应釜外壁；保温层是在釜体外壁缠绕加热带、石棉材料。

5.如权利要求1所述的一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，其特征在于，在釜体上端设有加料器，下端设有放料口。

6.如权利要求5所述的一种可进行高固体含量木质纤维素原料预处理的反应器，其特征在于，加料器通过螺纹与加料口相连，是通过外接连接于釜体内部的进料装置，加料器含有螺杆输送单元，通过固定轴与外动力相连，适于输送固体或半固体的木质纤维素原料进入釜内，物料经过螺杆的剪切作用后进入釜体内部，进一步降低物料粒径，使其预处理更加充分。