CN108939666B - 用于预处理木质纤维素固体残渣的分离装置及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于预处理木质纤维素固体残渣的分离装置及清洗方法，该装置包括釜体、活塞以及搅拌桨；釜体的轴向方向贯穿中空，形成腔体，活塞和搅拌桨分别配合安装在腔体的两端，在釜体中分别设置有与腔体相连通的进料口、进水口、出料口、出液口；活塞包括推拉杆、设有滤孔的活塞主体以及滤网；推拉杆和活塞主体固定连接；滤网设置在活塞朝向搅拌桨的那一面上，以将活塞的滤孔覆盖住。通过采用本固液分离装置不仅可以对预处理木质纤维素固体残渣进行反复洗涤和固液分离，还能输送物料，简化了工序，有效衔接了木质纤维素的预处理和酶水解工段，而且本固液分离装置设计巧妙、结构简单，制作成本低，可广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用和节能减排领域，具体涉及一种用于预处理木质纤维素固体残渣的分离装置及清洗方法。
背景技术
木质纤维素包括农作物秸秆、林业生产和加工废弃物等资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。纤维素和半纤维素经酶解可转化为葡萄糖、木糖等单糖平台化合物，再经生物或化学催化转化为高附加值的生化产品，如乙醇、乳酸、柠檬酸等等，木质素可作为原料用于制备水泥减水剂、胶黏剂、吸附剂等产品。然而，木质纤维素的致密结构阻碍了纤维素和半纤维素的高效酶解。预处理有助于打破木质纤维素的致密结构，促进纤维素和半纤维素的酶解。预处理技术有多种，主要归类为物理法、化学法、生物法和综合法四种。木质纤维素在预处理过程中通常会产生抑制酶解和发酵的物质，通过反复洗涤和固液分离可以显著降低甚至消除抑制物在木质纤维素固体残渣中的残存，有利于后续的高效酶解和发酵。现有工艺通常采用多级螺旋挤料的方式实现对木质纤维素固体残渣的反复洗涤、固液分离和物料输送，工序繁多且制造成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供种用于预处理木质纤维素固体残渣的分离装置，以对木质纤维素固体残渣进行反复洗涤，减少工序，减低成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，包括釜体、活塞以及搅拌桨；其中，
所述釜体的轴向方向贯穿中空，形成腔体，活塞和搅拌桨分别配合安装在腔体的两端，在所述釜体中分别设置有与腔体相连通的进料口、进水口、出料口、出液口；
所述活塞包括推拉杆、设有滤孔的活塞主体以及滤网；所述推拉杆和活塞主体固定连接，用于推拉活塞主体在腔体中来回移动；滤网设置在活塞朝向搅拌桨的那一面上，以将活塞的滤孔覆盖住。
所述进料口和进水口设置在釜体的上表面中，进料口和进水口分别靠近活塞的起始位置；所述出料口和出液口设置在釜体的下表面中，出料口正对搅拌桨，出液口位于活塞起始位置。
所述釜体倾斜设置，倾斜角度≤5°，安装有搅拌桨的那一端高，安装有活塞的那一端低。
所述搅拌桨为圆盘式搅拌桨或桨叶式搅拌桨，圆盘式搅拌桨或桨叶式搅拌桨的叶片为圆柱体或长方体。。
在所述进料口、进水口、出料口、出液口中安装有球阀开关，在所述进水口中还安装有流量计。
在所述釜体的上表面中还设置有观察窗口。
所述进料口和出料口的口径大于进水口和出液口的口径。
所述进料口距活塞起始位置10-20mm，进水口距进料口10-20mm。
所述滤孔的直径为10-20mm，滤网的网孔直径小于物料直径。
本发明另一目的在于提供一种反复清洗预处理木质纤维素固体残渣的方法，该方法采用上述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，包括如下步骤：
S1、物料输入
将预处理后的木质纤维素浆料通过进料口输入至釜体的腔体中；
S2、固液分离
推动活塞朝搅拌桨方向移动，挤压木质纤维素浆料，液体由滤网和滤孔朝活塞相反的方向流出，打开出液口排出废液；木质纤维素固体残渣则由滤网截留在活塞主体前进的方向上，随着活塞的逐步推进，木质纤维素固体残渣中的残留液被挤出，实现固液分离；
S3、洗涤
经过固液分离后，将活塞拉回起始位置，关闭出液口；开启搅拌桨，打散固体残渣后再关闭搅拌桨；再打开进水口，按6:1-10:1的液固比加入足量的水后关闭进水口，开启搅拌桨，转速为100-300rpm，搅拌5-10min后关闭搅拌桨，再按照上述步骤S2的操作过程进行固液分离，重复步骤S2和S3即可在釜体内对木质纤维素固体残渣进行反复洗涤；
S4、物料输出
洗涤结束并固液分离后，将活塞主体拉回10-50mm，开启搅拌桨，打散固体残渣后再关闭搅拌桨；打开出料口，将活塞主体向出料口方向推进，输送木质纤维素固体残渣由出料口输出到下一反应釜中，物料输出完毕后，关闭出料口，活塞主体回复到起始位置，为下一批物料的洗涤做好准备。
本发明的有益效果在于：
通过采用本固液分离装置不仅可以对预处理木质纤维素固体残渣进行反复洗涤和固液分离，还能输送物料，简化了工序，有效衔接了木质纤维素的预处理和酶水解工段，而且本固液分离装置设计巧妙、结构简单，制作成本低，可广泛推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置的结构示意图；
图2为圆盘式搅拌桨的结构示意图；
图3为桨叶式搅拌桨的结构示意图；
图中：1、釜体；2、活塞；3、搅拌桨；10、腔体；11、进料口；12、进水口；13、出料口；14、出液口；21、推拉杆；22、活塞主体；23、滤网；31、圆盘；32、叶片；220、滤孔。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
参阅图1所示，本实施例提供的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置包括釜体1、活塞2以及搅拌桨3。
其中，该釜体1的轴向方向贯穿中空，形成腔体10，活塞2和搅拌桨3分别配合安装在腔体10的两端，在该釜体1的上表面中设置有与腔体10相连通的进料口11、进水口12，进料口11距离活塞2的起始位置10-20mm，以便于对固体残渣浆料进行高效地挤压，而进水口12则距进料口11约10-20mm，以便于对固体残渣进行高效地清洗；相应地，在釜体1的下表面中设置有与腔体10相连通的出料口13、出液口14，出料口13正对搅拌桨3，以便于将打散后的固体残渣排出，而出液口14则位于活塞2起始位置，当活塞2对固体残渣进行挤压时，液体即可以快速地从出液口14中排出。
在该进料口11、进水口12、出料口13、出液口14中均安装有球阀开关，以便于调节控制各开口的开关，此外，为了便于知道进水量的多少，以实现对木质纤维素固体残渣进行高效的反复清洗，在进水口12中还安装有流量计；同时，为了便于固体残渣的进料和出料，进料口11和出料口13的口径大于进水口12和出液口14的口径。
具体地，上述的活塞2包括推拉杆21、设有滤孔220的活塞主体22以及滤网23；其中，推拉杆21和活塞主体22固定连接，用于推拉活塞主体22在腔体10中来回移动；滤网23设置在活塞主体22朝向搅拌桨3的那一面上，以将活塞主体22的滤孔220覆盖住，滤孔220的直径为10-20mm，滤网23的网孔直径小于物料直径，从而实现对固体残渣的挤压过滤。而上述的搅拌桨3则可以采用圆盘式搅拌桨或桨叶式搅拌桨，当采用圆盘式搅拌桨时，如图2所示，圆盘31表面焊接2-6个叶片32,直径为腔体10内径的90％-95％，叶片32为圆柱体或长方体；当采用桨叶式搅拌桨时，如图3所示，则有2-6个叶片32，叶片32为圆柱体或长方体，叶片长度为腔体10内径的90％-95％，两种型式搅拌桨的叶片均处在同一平面，其宽度和高度取决于物料处理量，以实现对物料进行高效搅拌。
另外，为了便于出液口14的出液，同时也不影响出料口13的出料，该釜体1倾斜设置，倾斜角度≤5°，安装有搅拌桨3的那一端高，安装有活塞2的那一端低。同时，为了便于观察腔体10内的固体残渣的清洗情况，在釜体1的上表面中还设置有观察窗口。
相应地，本实施例还提供一种反复清洗预处理木质纤维素固体残渣的方法，该方法采用上述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，具体包括如下步骤：
S1、物料输入
将预处理后的木质纤维素浆料通过进料口11输入至釜体1的腔体10中；
S2、固液分离
推拉杆21推动活塞主体22朝搅拌桨3方向移动，挤压木质纤维素浆料，液体由滤网23和滤孔220朝活塞主体22相反的方向流出，打开出液口14排出废液；木质纤维素固体残渣则由滤网23截留在活塞主体22前进的方向上，随着活塞主体22的逐步推进，木质纤维素固体残渣中的残留液被挤出，实现固液分离；
S3、洗涤
经过固液分离后，推拉杆21将活塞主体22拉回起始位置，关闭出液口14；开启搅拌桨3，打散固体残渣后再关闭搅拌桨3；打开进水口12，按6:1-10:1的液固比加入足量的水后关闭进水口12，开启搅拌桨3，转速为100-300rpm，搅拌5-10min后关闭搅拌桨，以实现对固体残渣进行高效地反复洗涤；再按照上述步骤S2的操作过程进行固液分离，重复步骤S2和S3即可在釜体内对木质纤维素固体残渣进行反复洗涤；
S4、物料输出
洗涤结束并固液分离后，推拉杆21将活塞主体22拉回10-50mm，开启搅拌桨3，打散固体残渣后再关闭搅拌桨3；打开出料口13，由推拉杆21将活塞主体22向出料口13方向推进，输送木质纤维素固体残渣由出料口13输出到下一反应釜中，物料输出完毕后，关闭出料口13，活塞主体22回复到起始位置，为下一批物料的洗涤做好准备。
由此可知，通过采用本固液分离装置不仅可以对预处理木质纤维素固体残渣进行反复洗涤和固液分离，还能输送物料，简化了工序，有效衔接了木质纤维素的预处理和酶水解工段，而且本固液分离装置设计巧妙、结构简单，制作成本低，可广泛推广应用。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，包括釜体、活塞以及搅拌桨；其中，
所述釜体的轴向方向贯穿中空，形成腔体，活塞和搅拌桨分别配合安装在腔体的两端，在所述釜体中分别设置有与腔体相连通的进料口、进水口、出料口、出液口；
所述活塞包括推拉杆、设有滤孔的活塞主体以及滤网；所述推拉杆和活塞主体固定连接，用于推拉活塞主体在腔体中来回移动；滤网设置在活塞朝向搅拌桨的那一面上，以将活塞的滤孔覆盖住。
2.如权利要求1所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述进料口和进水口设置在釜体的上表面中，进料口和进水口分别靠近活塞的起始位置；所述出料口和出液口设置在釜体的下表面中，出料口正对搅拌桨，出液口位于活塞起始位置。
3.如权利要求1或2所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述釜体倾斜设置，倾斜角度≤5°，安装有搅拌桨的那一端高，安装有活塞的那一端低。
4.如权利要求1所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述搅拌桨为圆盘式搅拌桨或桨叶式搅拌桨，圆盘式搅拌桨或桨叶式搅拌桨的叶片为圆柱体或长方体。
5.如权利要求1或2所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，在所述进料口、进水口、出料口、出液口中安装有球阀开关，在所述进水口中还安装有流量计。
6.如权利要求1或2所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，在所述釜体的上表面中还设置有观察窗口。
7.如权利要求1或2所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述进料口和出料口的口径大于进水口和出液口的口径。
8.如权利要求1或2所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述进料口距活塞起始位置10-20mm，进水口距进料口10-20mm。
9.如权利要求8所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，其特征在于，所述滤孔的直径为10-20mm，滤网的网孔直径小于物料直径。
10.一种反复清洗预处理木质纤维素固体残渣的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1所述的用于预处理木质纤维素固体残渣的固液分离装置，包括如下步骤：
S1、物料输入
将预处理后的木质纤维素浆料通过进料口输入至釜体的腔体中；
S2、固液分离
推动活塞朝搅拌桨方向移动，挤压木质纤维素浆料，液体朝活塞挤压推进相反的方向由滤网和滤孔流出，打开出液口排出废液；木质纤维素固体残渣则由滤网截留在活塞主体前进的方向上，随着活塞的逐步推进，木质纤维素固体残渣中的残留液被挤出，实现固液分离；
S3、洗涤
经过固液分离后，将活塞拉回起始位置，关闭出液口；开启搅拌桨，打散固体残渣后再关闭搅拌桨；再打开进水口，按6:1-10:1的液固比加入足量的水后关闭进水口，开启搅拌桨，转速为100-300rpm，搅拌5-10min后关闭搅拌桨，再按照上述步骤S2的操作过程进行固液分离，重复步骤是S2和S3即可在釜体内对木质纤维素固体残渣进行反复洗涤；
S4、物料输出
洗涤结束并固液分离后，将活塞主体拉回10-50mm，开启搅拌桨，打散固体残渣后再关闭搅拌桨；打开出料口，将活塞主体向出料口方向推进，输送木质纤维素固体残渣由出料口输出到下一反应釜中，物料输出完毕后，关闭出料口，活塞主体回复到起始位置，为下一批物料的洗涤做好准备。
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