CN205398601U

CN205398601U - 发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备

Info

Publication number: CN205398601U
Application number: CN201521032430.8U
Authority: CN
Inventors: 梁峙; 梁骁
Original assignee: Xuzhou University of Technology
Current assignee: Xuzhou University of Technology
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2025-12-14

Abstract

本实用新型公开了发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，分为进料口、物料槽、粉碎装置、旋转式出料口套管、收料斗、电机和固定装置；所述粉碎装置的壳体内设有“V”形筛板及固定于“V”形筛板内的转轴，并通过“V”形筛板正下方的出料口与旋转式出料口套管连通，其中转轴上设有蛟龙叶片；所述秸秆处理装置通过固定装置与收割机固定连接。具有以下优点：（1）该装置集粉碎、成型一体化，且可以直接与收割机连接，方便快捷，工作效率高；（2）粉碎装置中的绞龙叶片固定在两筛板形成的V型槽内，有利于秸秆的充分粉碎；（3）旋转式出料口套管最终将秸秆压缩成柱状物，运输方便；（4）该装置的粉碎装置为封闭结构，因而在粉碎过程中秸秆碎末不会飘扬在空气中。

Description

发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备

技术领域

本实用新型属于环境保护领域，涉及农用机械领域，尤其涉及发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备。

背景技术

农作物收割后产生的秸秆因为分散零散、收集使用不方便，农户一般选择直接在农田中焚烧。被焚烧的秸秆不仅会产生有害物质，污染环境，焚烧后的灰烬留置在田地中会影响土壤质量。随着经济社会的发展，绿色化处理秸秆成为必然趋势，目前市场上已经出现了秸秆压块机等处理装置，便于将收割后产生的秸秆压缩成块，方便农户收集搬运，减少了秸秆对土地耕种的影响，现有的秸秆压块机为开放结构，粉碎过程中会产生碎渣飘扬。

现有技术不足

玉米秸秆结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构，典型的纤维素的聚合度估计为2000-14000个葡聚糖单体，而且在相邻的链间每个纤维素单体间有形成三个氢键的潜势，使这些链牢固地结合在一起，形成较大的单体，通常称作微纤维。结果是一个很稳定的构造—实际上没有组织间隙，使它不含水，用酸、碱或酶一也相当难于水解。因此，必须经过预处理，预处理的目地就是使得纤维素、半纤维素、木质素分离开，切断它们的氢键，破坏晶体结构，降低聚合度。

目前国内外研究比较先进的技术如下：

（1）汽爆法

汽爆法是最常见的用于处理纤维素的方法，汽爆法的设备包括一个蒸汽发生器，一个恒压反应器，一个接收器和一个冷凝器，反应器罐体是绝缘的，以便使温度保持恒定。把玉米秸秆放入反应器中，利用蒸汽对玉米秸秆进行加热，加热后把反应器底部阀门打开，使反应器压力迅速降到大气压水平，固体及液体产物被收集到收集器底部的旋风分离器，气体产物通过收集器顶部进入冷凝器，汽爆的开始温度一般为160-260℃，相对蒸汽压力为0.69-4.83MPa。物料在此温度、压力下经过几秒到几分钟的时间，然后置于常压下。此过程需要高温条件，使半纤维素降解，改变木质素的结构，增加纤维素的水解能力。汽爆过程中加入硫酸和二氧化碳可以有效促进酶水解，减少抑制产物的生成，使半纤维素去除量增多。

但汽爆法一也有一定的局限性，它破坏了木聚糖的结构，还使木质素-碳水化合物基块不完全分裂，还可能积累对微生物组织生长起抑制作用的物质，而这些微生物是下面的糖化发酵步骤所必须的。在降解产物的过程中可能产生对微生物生长，酶催化水解和发酵起抑制作用的物质，所以要水洗，以除去这些物质。

（2）酸处理法

酸处理法处理纤维质原料历史很悠久，可以追溯到1890年，而在德国可能更早。首先将捆状或碎片状的原料粉碎成微小颗粒后送到预处理反应器中，用高压蒸汽和硫酸对原料进行处理，蒸汽温度在200-250℃，硫酸浓度为0.5%-0.1%。原料在这种环境下维持时间少于1min，然后快速释放压力。在主要成分中，半纤维素是第一个参与反应的，木聚糖部分解聚和溶解，然后水解成木糖反应，外源硫酸的存在对于木糖单体的形成尤为重要，若缺乏外源酸，就会形成木糖低聚物。更进一步，酸的增加可提高工艺的一致性，因为天然酸水平变化范围相当大，若预处理更进一步进行，木糖会脱水产生糠醛反应，糠醛不是我们需要的。

反应1:木聚糖的解聚反应。

（C₂H₈O₄）_n+H₂O→（C₂H₈O₄）_n+C₅H₁₀O₅

反应2:木糖脱水形成糠醛。

C₅H₁₀O₅→C₅H₄O₂₊H₂O

只有少量的纤维素发生水解反应生成葡萄糖，而木质素经历了解聚作用，但在水或酸中维持不溶解状态。现在Logen公司在加拿人的握太华建立了一个产量达300t/周的工厂来实践该工艺。

（3）湿氧化法

湿氧化法是20世纪90年代由AnneBelinda提出来的，在加温加压条件下，水和氧气共同参加的反应，和其它处理方法相比较，湿氧化法在对玉米秸秆处理上证明是非常有效的，纤维素遇碱，只引起纤维素膨胀，形成了碱化纤维素，但能保持原来骨架，加入Na₂CO₃，后起缓和作用，防止纤维素破坏，使木质素和半纤维素溶解于碱液中，而与纤维素分离，这样得到的纤维素纯度较高，并且象糠醛这样的副产物非常少。匈牙利Eniko等人采用湿氧化法在195℃，15min，12bar，O₂、2g/LNa₂CO₃对60g/L玉米秸秆进行预处理，其中60%半纤维素、30%木质素被溶解，90%纤维素呈固态分离出来，纤维素酶解转化率ECC达85%左右。

（4）水解工艺

玉米秸秆进行预处理后，纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著进行，常用催化剂是无机酸和酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺，水解主要是破坏纤维素、半纤维素的氢键，使之转化为发酵的单糖。酸水解工艺又分为稀酸水解和浓酸水解。

（5）酸水解

酸水解可以分为稀酸水解和浓酸水解。稀酸水解一般采用稀硫酸（0.5%-0.2%），可在较温和条件下进行，水解一般分二个阶段，第一阶段为低温操作，从半纤维素获得最大糖产量，第二阶段采用高温操作使纤维素水解为六碳糖，糖的转化率一般为50%左右，稀酸水解容易产生大量副产物。

浓酸水解用70%的硫酸50℃下在反应器中反应2-6h，半纤维素首先被降解，溶解在水里的物质经过几次浓缩沥干后得到糖。半纤维素水解后的固体残渣经过脱水后，在30%-40%的硫酸中浸泡1-4h，溶液再经脱水和干燥后，再在70%的硫酸下反应1-4h同收的糖和酸溶液经过离子交换，分离出的酸在高效蒸发器中重新浓缩，剩余的固体残渣则再循环利用到下一次的水解中。浓酸水解过程的主要优点是糖的同收率高，大约有90%的半纤维素和纤维素转化的糖被同收。

浓酸水解糖的同收率高，副产物较少，然而从经济方面考虑必须同收浓硫酸，硫酸的分离和再浓缩增加了工艺的复杂程度，另外浓硫酸腐蚀性强，处理较为困难。

（6）酶水解

从现有的水平来看，采用温和的酶水解技术可能更为合适。酶水解是生化反应，与酸水解相比，它可在常压下进行，这样减少了能量的消耗，并且由于酶具有较高选择性，可形成单一产物，产率较高务95%。匈牙利Eniko等大采用NovoYrn188等水解经湿氧化处理的玉米秸秆，酶解纤维素转化率ECC高达85%左右。尽管研究很多年，纤维素酶的成木仍然很高。丹麦诺维信Novozyrnes公司曾经宣布其纤维素酶生产成木相当于原来的12分之一，生产1加仑燃料级酒精所需纤维素酶的成木己从最初的超过5美元的水平大幅减少到50美分，极大地推进了燃料酒精的商业化进程。现在该公司又取得了重大进展，纤维素酶生产成木相当于原来的20分之一，生产1加仑燃料级酒精所需纤维素酶的成木己低于30美分。

中国专利CN201220530729.6公开了一种秸秆压块机，包括机架、设在机架上的用于给秸秆碎末添加配料并混合的混合仓、连接在混合仓一侧用于输送混合完成的秸秆碎末的转送道、连接在转送道尾部用于将秸秆碎末压合成块的压力仓，其具有工作效率高、操作简便、节约电能等优点。上述现有技术公开的秸秆压块机输送管道均为开放结构，因而，秸秆碎末在机器运行过程中易飘扬在空气中，给工作人员带来不便。

发明内容

本实用新型解决的技术问题：为了克服现有技术中秸秆压块机为开放结构，粉碎过程中会产生秸秆碎末飘扬的缺陷，本实用新型提供了一种粉碎压块一体化且操作过程封闭式的秸秆处理装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，包括：物料槽1、粉碎装置2、旋转式出料口套管3、进料口4、收料斗5、电机6和固定装置7；所述进料口4与物料槽1连通，物料槽1与粉碎装置2连通，在粉碎装置2的下部设有旋转式出料口套管3，旋转式出料口套管3与下部的收料斗5连通；在粉碎装置2的一侧设有电机6，在电机6下部设有固定装置7。

进一步的，所述粉碎装置2包括：壳体2-1、“V”形筛板2-2、绞龙叶片2-3、出料口2-4、转轴2-5；所述壳体2-1的内部设有“V”形筛板2-2，壳体2-1与内部的“V”形筛板2-2边沿焊接固定；“V”形筛板2-2内部设有转轴2-5，转轴2-5的四周设有绞龙叶片2-3，壳体2-1的底部设有出料口2-4。

进一步的，所述“V”形筛板2-2的板面为倒三角形结构，其二斜边的夹角为13°～56°“V”形筛板2-2的板面上设有筛孔，筛孔的数量大于50个，筛孔的直径10mm～30mm。

进一步的，所述转轴2-5与电机6连接，绞龙叶片2-3沿着转轴2-5轴线形成螺旋线排列，相邻绞龙叶片2-3的间距为10mm～30mm。

进一步的，旋转式出料口套管3与“V”形筛板2-2正下方的出料口2-4连通，旋转式出料口套管3与粉碎装置2螺纹连接，旋转式出料口套管3出口为圆形。

本实用新型所述的发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）该装置集粉碎、成型一体化，且可以直接与收割机连接，方便快捷，工作效率高；

（2）粉碎装置中的绞龙叶片固定在两筛板形成的V型槽内，有利于秸秆的充分粉碎；

（3）旋转式出料口套管最终将秸秆压缩成柱状物，运输方便；

（4）该装置的粉碎装置为封闭结构，因而在粉碎过程中秸秆碎末不会飘扬在空气中。

附图说明

图1是本实用新型中所述发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备结构示意图。

图2是本实用新型中所述粉碎装置的俯视图。

图3是本实用新型中所述粉碎装置的结构示意图。

以上图1～图3中，物料槽1；粉碎装置2；壳体2-1；“V”形筛板2-2；绞龙叶片2-3；出料口2-4；转轴2-5；旋转式出料口套管3；进料口4；收料斗5；电机6；固定装置7。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型所述的秸秆处理装置做进一步说明。

如图1所示，是本实用新型中所述发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备结构示意图。图中看出，秸秆处理装置分为进料口4、物料槽1、粉碎装置2、旋转式出料口套管3、收料斗5、电机6和固定装置7，其中进料口4、物料槽1、粉碎装置2、旋转式出料口套管3与收料斗5顺次连通。

如图2、图3所示，是本实用新型中所述粉碎装置的俯视图和本实用新型中所述粉碎装置的结构示意图。从图2或图3中看出，所述粉碎装置2的壳体2-1内设有“V”形筛板2-2及固定于“V”形筛板2-2内的转轴2-5，并通过“V”形筛板2-2正下方的出料口2-4与旋转式出料口套管3连通，其中转轴2-5上设有绞龙叶片2-3；所述秸秆处理装置通过固定装置7与收割机固定连接。其中，旋转式出料口套管3与粉碎装置2螺纹连接；且“V”形筛板2-2的板面为倒三角形结构，其二斜边的夹角为13°。此外，所述旋转式出料口套管3为市售通用类型，且出口为圆形。

本实施例所述发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备通过固定装置7与收割机焊接固定。

Claims

1.发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，其特征在于，发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备包括：物料槽（1）、粉碎装置（2）、旋转式出料口套管（3）、进料口（4）、收料斗（5）、电机（6）和固定装置（7）；所述进料口（4）与物料槽（1）连通，物料槽（1）与粉碎装置（2）连通，在粉碎装置（2）的下部设有旋转式出料口套管（3），旋转式出料口套管（3）与下部的收料斗（5）连通；在粉碎装置（2）的一侧设有电机（6），在电机（6）下部设有固定装置（7）。

2.根据权利要求1所述的发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，其特征在于，所述粉碎装置（2）包括：壳体（2-1）、“V”形筛板（2-2）、绞龙叶片（2-3）、出料口（2-4）、转轴（2-5）；所述壳体（2-1）的内部设有“V”形筛板（2-2），壳体（2-1）与内部的“V”形筛板（2-2）边沿焊接固定；“V”形筛板（2-2）内部设有转轴（2-5），转轴（2-5）的四周设有绞龙叶片（2-3），壳体（2-1）的底部设有出料口（2-4）。

3.根据权利要求2所述的发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，其特征在于，所述“V”形筛板（2-2）的板面为倒三角形结构，其二斜边的夹角为13°～56°“V”形筛板（2-2）的板面上设有筛孔，筛孔的数量大于50个，筛孔的直径10mm～30mm。

4.根据权利要求2所述的发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，其特征在于，所述转轴（2-5）与电机（6）连接，绞龙叶片（2-3）沿着转轴（2-5）轴线形成螺旋线排列，相邻绞龙叶片（2-3）的间距为10mm～30mm。

5.根据权利要求1或2所述的发酵法生产燃料酒精的玉米秸秆预处理设备，其特征在于，旋转式出料口套管（3）与“V”形筛板（2-2）正下方的出料口（2-4）连通，旋转式出料口套管（3）与粉碎装置（2）螺纹连接，旋转式出料口套管（3）出口为圆形。