CN109055622A - 半纤维素固体酸水解反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体，还包括上过滤板、下过滤板、进料口、出料口、喷射器和沉淀槽，所述塔体的顶部设置出料口，上部设置上过滤板，下部设置下过滤板，底部设置进料口，所述上过滤板与下过滤板之间形成容纳腔，所述容纳腔内设置有固体酸，所述进料口分别与喷射器和沉淀槽连接。本发明纤维素水解后木糖溶液能够直接与固体酸分离，且固体酸能够重复使用，具有减低生产成本、减少浪费、产生的废物少等优点。
Description
技术领域
本发明涉及固体酸领域，具体地说涉及半纤维素固体酸水解反应装置。
背景技术
本世纪以来，通过不断的技术进步，粘胶纤维生产企业的生产工艺水平得到了显著的提高，节能减排工作也有了很大的起色，但就其污染排放量来说仍是我国水污染体系中较大的排放污染源。以化学浆（木浆、棉浆、草浆、芦苇浆等植物纤维素）为原料的粘胶纤维生产过程中，采用碱液对纤维素进行处理（浸渍、压榨）是制造粘胶纤维的第一步。半纤维素浓度高，对粘胶纤维生产和成品质量产生极其不利的影响，因此必须在浸渍工艺中用碱液将半纤维素溶出，才能获得高强度的纤维素，所以在上述过程中会产生大量的富含纤维素的高浓度碱压榨液，其中主要成分为氢氧化钠和半纤维素。现有的压榨碱液的处理方法多采用纳滤技术将氢氧化钠从中分离出来，得到较为纯净的碱液，可以直接回用到工艺中，但是截留液中的半纤维素经过浓缩后得到的半纤维素浓缩液中依然含有部分氢氧化钠，目前该部分料液排入废水处理，从现有工艺来看，其中的大量半纤维素和少量碱液并没有得到充分利用。
中国专利授权公告号“CN203155215U”，公开了一种纤维素水解反应装置，包括顶部开设有圆孔的水浴反应器，反应器穿过水浴反应器顶部的圆孔的水浴反应器中，反应罐上设置有用于对其密封和固定的带有透气孔的密封板，密封板的两端分别通过固定扣固定在水浴反应器的两边，密封板底部设有与反应罐开口尺寸相契合的密封圈，密封圈锲入到反应罐开口中将反应罐固定，密封圈中心开设有用于安装搅拌器的圆孔，搅拌器穿过密封圈中心的圆孔插入到反应罐中对反应物进行搅拌，通过数控水浴加热，搅拌使酸、催化剂充分和纤维素原料接触，确保反应的进行。但该专利仍然存在缺陷：水解的到的木糖与酸和催化剂难以分离，增加了生产成本，并且酸易腐蚀反应罐，导致反应罐的使用寿命短。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供半纤维素固体酸水解反应装置。本发明纤维素水解后木糖溶液能够直接与固体酸分离，且固体酸能够重复使用，具有减低生产成本、减少浪费、产生的废物少等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体，其特征在于：还包括上过滤板、下过滤板、进料口、出料口、喷射器和沉淀槽，所述塔体的顶部设置出料口，上部设置上过滤板，下部设置下过滤板，底部设置进料口，所述上过滤板与下过滤板之间形成容纳腔，所述容纳腔内设置有固体酸，所述进料口分别与喷射器和沉淀槽连接。
所述容纳腔内设置有搅拌机构，所述搅拌机构设置有两组，所述的两组搅拌机构对称设置在容纳腔内。
所述搅拌机构包括搅拌轴、搅拌叶、主动杆和电机，所述主动杆一端与电机连接，另一端通过锥齿轮与搅拌轴连接，所述搅拌叶固定设置在搅拌轴上。
所述主动杆上通过从动杆连接有刷子，所述从动杆一端通过锥齿轮与刷子连接，另一端通过锥齿轮与主动杆连接。
所述上过滤板包括多孔板和过滤水帽，所述多孔板固定连接在塔体的内壁上，所述多孔板上均布过滤孔，所述过滤水帽通过螺纹固定设置在过滤孔上。
所述下过滤板包括筋板、多孔板和过滤水帽，所述多孔板固定连接在塔体的内壁上，所述多孔板上均布过滤孔，所述过滤水帽通过螺纹固定设置在过滤板上，所述筋板固定连接在多孔板上。
所述过滤水帽上的滤孔的孔径大小为60目-80目。
所述固体酸的直径为0.2mm。
所述喷射器的蒸汽温度为120℃。
工作原理为：在半纤维素中加入Na2SO4调节PH至4.27，再将处理后的半纤维素加入到喷射器中，喷射器蒸汽加热到120℃，喷射器将半纤维素喷射至容纳腔，固体酸在高温下使水呈酸性，使半纤维水解，保温反应120min，得水解木糖液。
采用本发明的优点在于：
一、本发明将半纤维转化为木糖，大幅降低了生产成本；同时也减少了生产工艺的废渣废水，绿色环保。
二、本发明中采用固体酸，对塔体的腐蚀小，使整个系统的稳定性大幅度提高，同时也避免了泄露，降低了安全风险；采用固体酸，使固体酸不会混入到水解液中，避免了对水解液的污染，同时缩短了工艺周期，减少了大量的树脂、除盐水、酸液、碱液的消耗；由于排除了酸污染成品的机会，生产出来木糖纯度大于99%。
三、本发明中设置上过滤板和下过滤板，保证固体酸不会随着进料和出料流走；通过设置过滤水帽，液体可以通过，而固体酸不能通过；下过滤板上设置筋板，增加下过滤板的承重，保证结构的稳定性。
四、本发明中设置搅拌机构，通过搅拌机构的作用，使纤维素与固体酸充分混合，加速水解的完成。
五、本发明中搅拌机构和从动杆通过主动杆连接，在工作的时候搅拌机构和刷子同时工作，喷射器喷射出来的纤维丝溶液中的固体颗粒或者碳化结块的物质被先过滤板阻挡，掉下，易粘附在塔体内壁上，刷子能够避免固体颗粒或碳化结块物质粘附在塔体内。
六、本发明中用了固体酸催化剂工艺，由于大多数固体酸在低温下不能发挥高酸度的效果，本工艺采用120℃的工艺结合固体酸催化剂能有效在不采用硫酸等高强酸的情况下催化水解半纤维，获得木糖液。
七、本发明中所述固体酸的直径为0.2mm，能够保证固体酸充分的与纤维素接触，提高反应速度。
八、本发明中所述过滤水帽上的滤孔的孔径大小为60目-80目，在纤维素溶液和木糖液能够通过下过滤板和上过滤板，固体酸不会流出的前提下，保证流速的最大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图中标号为：1、塔体，2、出料口，3、上过滤板，4、容纳腔，5、过滤水帽，6、多孔板，7、筋板，8、进料口，9、搅拌叶，10、搅拌轴，11、主动杆，12、从动杆，13、电机。
具体实施方式
实施例1
半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体1，还包括上过滤板3、下过滤板、进料口8、出料口2、喷射器和沉淀槽，所述塔体1的顶部设置出料口2，上部设置上过滤板3，下部设置下过滤板，底部设置进料口8，所述上过滤板3与下过滤板之间形成容纳腔4，所述容纳腔4内设置有固体酸，所述进料口8分别与喷射器和沉淀槽连接。
实施例2
半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体1，还包括上过滤板3、下过滤板、进料口8、出料口2、喷射器和沉淀槽，所述塔体1的顶部设置出料口2，上部设置上过滤板3，下部设置下过滤板，底部设置进料口8，所述上过滤板3与下过滤板之间形成容纳腔4，所述容纳腔4内设置有固体酸，所述进料口8分别与喷射器和沉淀槽连接。
所述容纳腔4内设置有搅拌机构，所述搅拌机构设置有两组，所述的两组搅拌机构对称设置在容纳腔4内。
所述搅拌机构包括搅拌轴10、搅拌叶9、主动杆11和电机13，所述主动杆11一端与电机13连接，另一端通过锥齿轮与搅拌轴10连接，所述搅拌叶9固定设置在搅拌轴10上。
所述主动杆11上通过从动杆12连接有刷子，所述从动杆12一端通过锥齿轮与刷子连接，另一端通过锥齿轮与主动杆11连接。
实施例3
半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体1，还包括上过滤板3、下过滤板、进料口8、出料口2、喷射器和沉淀槽，所述塔体1的顶部设置出料口2，上部设置上过滤板3，下部设置下过滤板，底部设置进料口8，所述上过滤板3与下过滤板之间形成容纳腔4，所述容纳腔4内设置有固体酸，所述进料口8分别与喷射器和沉淀槽连接。
所述上过滤板3包括多孔板6和过滤水帽5，所述多孔板6固定连接在塔体1的内壁上，所述多孔板6上均布过滤孔，所述过滤水帽5通过螺纹固定设置在过滤孔上。
所述下过滤板包括筋板7、多孔板6和过滤水帽5，所述多孔板6固定连接在塔体1的内壁上，所述多孔板6上均布过滤孔，所述过滤水帽5通过螺纹固定设置在过滤板上，所述筋板7固定连接在多孔板6上。
所述过滤水帽5上的滤孔的孔径大小为60目-80目。
所述喷射器的蒸汽温度为120℃。
在半纤维素中加入Na2SO4调节PH至4.27，再将处理后的半纤维素加入到喷射器中，喷射器蒸汽加热到120℃，喷射器将半纤维素喷射至容纳腔4，保温反应120min，得水解木糖液。
实施例4
半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体1，还包括上过滤板3、下过滤板、进料口8、出料口2、喷射器和沉淀槽，所述塔体1的顶部设置出料口2，上部设置上过滤板3，下部设置下过滤板，底部设置进料口8，所述上过滤板3与下过滤板之间形成容纳腔4，所述容纳腔4内设置有固体酸，所述进料口8分别与喷射器和沉淀槽连接。所述的沉淀槽和喷射器都是现有的。
所述容纳腔4内设置有搅拌机构，所述搅拌机构设置有两组，所述的两组搅拌机构对称设置在容纳腔4内。
所述搅拌机构包括搅拌轴10、搅拌叶9、主动杆11和电机13，所述主动杆11一端与电机13连接，另一端通过锥齿轮与搅拌轴10连接，所述搅拌叶9固定设置在搅拌轴10上。
所述主动杆11上通过从动杆12连接有刷子，所述从动杆12一端通过锥齿轮与刷子连接，另一端通过锥齿轮与主动杆11连接。
所述上过滤板3包括多孔板6和过滤水帽5，所述多孔板6固定连接在塔体1的内壁上，所述多孔板6上均布过滤孔，所述过滤水帽5通过螺纹固定设置在过滤孔上。
所述下过滤板包括筋板7、多孔板6和过滤水帽5，所述多孔板6固定连接在塔体1的内壁上，所述多孔板6上均布过滤孔，所述过滤水帽5通过螺纹固定设置在过滤板上，所述筋板7固定连接在多孔板6上。
所述过滤水帽5上的滤孔的孔径大小为60目-80目。
所述固态酸的直径为0.2mm。
在半纤维素中加入Na2SO4调节PH至4.27，再将处理后的半纤维素加入到喷射器中，喷射器蒸汽加热到120℃，喷射器将半纤维素喷射至容纳腔4，保温反应120min，得水解木糖液。
在喷射器中加入半纤维液，在高压蒸汽的作用下喷射进入塔体1内的容纳腔4，在固体酸的作用下水解办纤维液，得到木糖液。
纤维素溶液中的固体颗粒或形成的碳化结块物质不能通过下过滤板进入容纳腔4内，就落入沉淀槽内。
Claims (9)
1.半纤维素固体酸水解反应装置，包括塔体（1），其特征在于：还包括上过滤板（3）、下过滤板、进料口（8）、出料口（2）、喷射器和沉淀槽，所述塔体（1）的顶部设置出料口（2），上部设置上过滤板（3），下部设置下过滤板，底部设置进料口（8），所述上过滤板（3）与下过滤板之间形成容纳腔（4），所述容纳腔（4）内设置有固体酸，所述进料口（8）分别与喷射器和沉淀槽连接。
2.如权利要求1所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述容纳腔（4）内设置有搅拌机构，所述搅拌机构设置有两组，所述的两组搅拌机构对称设置在容纳腔（4）内。
3.如权利要求2所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述搅拌机构包括搅拌轴（10）、搅拌叶（9）、主动杆（11）和电机（13），所述主动杆（11）一端与电机（13）连接，另一端通过锥齿轮与搅拌轴（10）连接，所述搅拌叶（9）固定设置在搅拌轴（10）上。
4.如权利要求3所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述主动杆（11）上通过从动杆（12）连接有刷子，所述从动杆（12）一端通过锥齿轮与刷子连接，另一端通过锥齿轮与主动杆（11）连接。
5.如权利要求1所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述上过滤板（3）包括多孔板（6）和过滤水帽（5），所述多孔板（6）固定连接在塔体（1）的内壁上，所述多孔板（6）上均布过滤孔，所述过滤水帽（5）通过螺纹固定设置在过滤孔上。
6.如权利要求1或5所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述下过滤板包括筋板（7）、多孔板（6）和过滤水帽（5），所述多孔板（6）固定连接在塔体（1）的内壁上，所述多孔板（6）上均布过滤孔，所述过滤水帽（5）通过螺纹固定设置在过滤板上，所述筋板（7）固定连接在多孔板（6）上。
7.如权利要求6所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述过滤水帽（5）上的滤孔的孔径大小为60目-80目。
8.如权利要求1所述的半纤维素固体酸水解反应装置，其特征在于：所述固态酸的直径为0.2mm。
9.如权利要求1所述的一种纤维素固体酸水解装置，其特征在于：所述喷射器的蒸汽温度为120℃。
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| CN102617284A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-08-01 | 山东太阳纸业股份有限公司 | 一种桉木片水解液生产木糖醇的方法及水解塔 |
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2018
- 2018-08-24 CN CN201810973305.9A patent/CN109055622A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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