CN110241006B - 从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置 - Google Patents

从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，包括卧式预处理罐(1)、蒸汽发生器(6)、进料泵(9)和混合器(91)，所述的蒸汽发生器(6)和进料泵(9)并联连接混合器(91)，该混合器(91)连接卧式预处理罐(1)。与现有技术相比，本发明具有结构合理，可以提高预处理效率等优点。

Description

从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置
技术领域
本发明涉及农作物预处理领域，尤其是涉及一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置。
背景技术
随着环境污染与能源短缺问题的日益严重，农作物秸秆的利用就得到了科研工作者的广泛关注。众所周知农作物秸秆对于农民而言仅是一种家用的燃料，而秸秆的燃烧不仅其利用率低还会对环境造成污染。利用农作物秸秆产乙醇，不仅能够缓解能源短缺的问题，还能够保护环境，是一举两得的办法。现阶段对于农作物秸秆的预处理主要包含物理方法、化学方法、物理化学方法以及生物法，这些方法所涉及到的就是预处理设备，使用一种科学合理的设备能够使预处理过程事半功倍。
现阶段常用的预处理设备主要是预处理罐，而且通常都是立式。立式预处理罐的特点是纵向长度比横向长度要长，通过搅拌桨将物料搅拌起来后物料主要在纵向进行翻滚传质，由于受重力的作用，搅拌桨需要克服物料向下的重力才能将物料彻底搅拌均匀。物料的位移主要取决于处理罐的纵向长度，由于受到安装及使用的限制，处理罐的高度一般不会太高，合理的反应器的高径比一般为2:1左右，一般不会超过5:1。物料的进出一般都在反应釜的上下两端。
立式预处理罐因为设备占地少，竖向搅拌器容易制作，不易产生搅拌轴下垂变形等问题，使得现在一般都采用立式预处理罐，但是立式预处理罐对搅拌、物料均质化等方面都存在着局限性，尤其是立式预处理罐因为要克服重力，以及固体物料的松散和自由掉落，不容易使物料达到上下以及里外的均匀性，导致预处理效果不好，而且贴壁和沾底现场严重。
卧式结构在其它领域作为反应器或发酵罐也是有的，但是应用在秸秆预处理设备中鲜有报道，因为卧式预处理罐占地大，设备不容易放大，另外搅拌装置也不易制作并容易下垂变形等，使用并不经济。但是卧式预处理罐却具有立式预处理罐所不能具备的优点，就是卧式预处理罐可以使物料克服重力，达到物料的均匀，这一点是卧式预处理罐最大的特点和优点。本发明就是针对上述问题，尤其是固体半湿物料的特点，发明了一种先进的卧式预处理设备，解决了立式预处理罐和常规卧式预处理罐的不足，充分发挥卧式预处理罐的优点，从而可以从农作物秸秆中更有效地提炼出纤维素、半纤维素。
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结构合理，能够灵活控制水分、酸碱进入量以及温度、压力等，从而提高预处理效率的用于农作物秸秆预处理的装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，包括卧式预处理罐、蒸汽发生器、进料泵和混合器，所述的蒸汽发生器和进料泵并联连接混合器，该混合器连接卧式预处理罐。
进一步地，所述的卧式预处理罐包括内部的搅拌桨、上方的进料口、下方的出料口、侧面的视镜以及外部的夹套，所述的搅拌桨连接外部电机。
进一步地，所述的混合器连接卧式预处理罐的A管路包括连接所述夹套的a支管，以及延伸到卧式预处理罐两侧的b支管，该b支管通过多根分流管连通卧式预处理罐内部，多根分流管均布在卧式预处理罐两侧，并在各分流管上设有自动阀。
进一步地，所述的卧式预处理罐的内还设有温度传感器。
进一步地，所述的蒸汽发生器上设有压力表，在蒸汽发生器与混合器的连通B管路上设有流量计和多个单向阀。
进一步地，所述的B管路上还设有泄压管路，该泄压管路上设有泄压阀。
进一步地，所述的进料泵通过C管路连通化学药剂储罐和混合器，所述的C管路上设有进料阀。
进一步地，所述的混合器为文丘里混合器。
进一步地，所述的搅拌桨按照时间来进行正转、反转和两者交替旋转。
进一步地，化学药剂回收装置主要包括换热器、一个回收罐、一个缓冲罐和一个真空泵。
工作时，农作物秸秆从进料口进料，然后电机带动搅拌桨开始搅拌，利用蒸汽发生器通过B管路和A管路向卧式预处理罐中的干农作物秸秆喷射一定量的蒸汽，同时利用进料泵将化学药剂通过C管路和混合器与蒸汽一起进入到卧式预处理罐中，期间利用流量计来控制蒸汽进入量，利用压力表检测蒸汽发生器和预处理罐内的压力。
工作完毕后，将自动阀和进料阀关闭，使蒸汽和化学药剂不再进入卧式预处理罐，利用蒸汽发生器的蒸汽继续通过a支管通入夹套中对卧式预处理罐进行保温，保温一定时间后关闭蒸汽发生器，并向夹套内通入冷却水降温，最后利用出料口将农作物秸秆取出。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用卧式结构，可以减小重力对物料的作用，使搅拌更加容易，物料翻滚更加流畅均匀，增强了对于秸秆的预处理作用。
(2)本发明预处理罐为卧式结构，比立式预处理罐纵向距离短，横向比较长。物料在卧式处理罐的位移主要取决于处理罐的横向长度，本发明卧式处理罐的横向长度可以设计的很长，即长径比可以大于立式处理罐的高径比，达到10:1甚至20:1。物料在本发明卧式处理罐的位移越长，物料混合越均匀，被处理效果越好。
(3)本发明预处理罐，在处理物料的同时，还可以起到搅拌剪切粉碎的作用，预处理初期阶段，农作物秸秆的体积比较大，通过蒸汽和化学药剂的通入和作用，以及搅拌的剪切粉碎，逐渐变脆软、细腻，最后基本变成细粉绒状，可以方便地进下一步使用环节，用作下一道工序的原料。
(4)本发明可方便地采用计算机控制系统进行操作控制，通过合理调整试验时间、温度、化学药剂和蒸汽的用量等，来优化和提高预处理效率。如可通过调节蒸汽发生器的压力和温度来调节喷入蒸汽的温度和需要保温的温度；通过调节喷入蒸汽的流量来控制喷入的水分的多少；通过调节泵入的化学药剂的量来控制药剂与秸秆的比例；通过控制保温温度和维持时间来对预处理进行有效的控制等。由于进行了精确的控制，蒸汽和药剂的喷入都更加均匀，温度和时间控制更加精确，提取效果更好，提取率可以达到90％以上。
附图说明
图1为本发明所述的预处理装置的主视图；
图2为本发明所述的预处理罐俯视图；
图中标号所示：预处理罐1，进料口2，出料口3，视镜4，夹套5，蒸汽发生器6，A管路7，a支管71、b支管72、分流管73、自动阀731，流量计8，进料泵9，混合器91，压力表10，电机11，搅拌桨12、B管路13、单向阀131、泄压管路14、泄压阀141、C管路15、进料阀151。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1-2所示，一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，包括卧式预处理罐1、蒸汽发生器6、进料泵9和混合器91，蒸汽发生器6和进料泵9并联连接混合器91，该混合器91连接卧式预处理罐1。混合器91为文丘里混合器
卧式预处理罐1包括内部的搅拌桨12和温度传感器、上方的进料口2、下方的出料口3、侧面的视镜4以及外部的夹套5，搅拌桨12连接外部电机11，并按照时间来进行正转、反转和两者交替旋转。
混合器91连接卧式预处理罐1的A管路7包括连接所述夹套5的a支管71，以及延伸到卧式预处理罐1两侧的b支管72，该b支管72通过多根分流管73连通卧式预处理罐1内部，多根分流管73均布在卧式预处理罐1两侧，并在各分流管73上设有自动阀731。
蒸汽发生器6上设有压力表10，在蒸汽发生器6与混合器91的连通B管路13上设有流量计8和多个单向阀131。B管路13上还设有泄压管路14，该泄压管路14上设有泄压阀141。
同时，进料泵9通过C管路15连通化学药剂储罐和混合器91，所述的C管路15上设有进料阀151。
工作时，农作物秸秆从进料口2进料，然后电机11带动搅拌桨12开始搅拌，利用蒸汽发生器6通过B管路13和A管路7向卧式预处理罐1中的干农作物秸秆喷射一定量的蒸汽，同时利用进料泵9将化学药剂通过C管路15和混合器与蒸汽一起进入到卧式预处理罐1中，期间利用流量计8来控制蒸汽进入量，利用压力表10检测蒸汽发生器6和预处理罐1内的压力。
工作完毕后，将自动阀731和进料阀151关闭，使蒸汽和化学药剂不再进入卧式预处理罐1，利用蒸汽发生器6的蒸汽继续通过a支管71通入夹套5中对卧式预处理罐1进行保温，保温一定时间后关闭蒸汽发生器6，并向夹套5内通入冷却水降温，最后利用出料口3将农作物秸秆取出。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，包括卧式预处理罐(1)、蒸汽发生器(6)、进料泵(9)和混合器(91)，所述的蒸汽发生器(6)和进料泵(9)并联连接混合器(91)，该混合器(91)连接卧式预处理罐(1)；
所述的卧式预处理罐(1)包括内部的搅拌桨(12)、上方的进料口(2)、下方的出料口(3)、侧面的视镜(4)以及外部的夹套(5)，所述的搅拌桨(12)连接外部电机(11)；
所述的混合器(91)连接卧式预处理罐(1)的A管路(7)，包括连接所述夹套(5)的a支管(71)，以及延伸到卧式预处理罐(1)两侧的b支管(72)，该b支管(72)通过多根分流管(73)连通卧式预处理罐(1)内部，多根分流管(73)均布在卧式预处理罐(1)两侧，并在各分流管(73)上设有自动阀(731)。
2.根据权利要求1所述的一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，所述的卧式预处理罐(1)的内还设有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，所述的蒸汽发生器(6)上设有压力表(10)，在蒸汽发生器(6)与混合器(91)的连通B管路(13)上设有流量计(8)和多个单向阀(131)。
4.根据权利要求3所述的一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，所述的B管路(13)上还设有泄压管路(14)，该泄压管路(14)上设有泄压阀(141)。
5.根据权利要求1所述的一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，所述的进料泵(9)通过C管路(15)连通化学药剂储罐和混合器(91)，所述的C管路(15)上设有进料阀(151)。
6.根据权利要求1所述的一种从农作物秸秆提取纤维素和半纤维素产乙醇的预处理装置，其特征在于，所述的混合器(91)为文丘里混合器。
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