CN207987171U - 一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，包括反应釜、反应釜冷却水管、压力表、控制仪，其中：压力表设置在反应釜上；反应釜上设置有测温孔；反应釜下部设置有下出料口，反应釜冷却水管设置在反应釜内部，反应釜冷却水管的进水口、出水口设置在反应釜外部；控制仪通过信号线连接反应釜，用于控制反应釜内反应条件。利用本实用新型的装置对纤维素原料进行预处理，有效地降低了纤维素原料预处理的难度，大幅节约了预处理的能源消耗和预处理成本。

Description

一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置

技术领域

本实用新型属于化工原料预处理反应装置技术领域，具体的是涉及一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置。

背景技术

纤维素生物质是由纤维素、半纤维素和木质素组成的复杂材料，纤维素存在于几乎所有的植物生命体中，有着地球上最丰富的可再生来源。一直以来，将纤维素生物质转化成乙醇是科学家们面对的巨大挑战。酸碱、高温等苛刻的条件都曾经被用来作为预处理手段将纤维素分解成单一的糖，并进一步地利用酵母发酵来生产乙醇。

随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对化石能源的依赖和温室气体的排放。纤维素生产乙醇技术，是一种高端的清洁能源技术，因为它可以被用来替代传统的粮食乙醇技术，利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料，被寄予了很高的期望。

但是，目前，纤维素生产乙醇的产业化还存在预处理困难、半纤维素降解糖不能合理被利用、酶制剂成本高、伸长的乙醇浓度低等诸多瓶颈问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前纤维素原料预处理困难、处理效果差的情况，提供一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，包括反应釜、反应釜冷却水管、压力表、控制仪，其中：压力表设置在反应釜上；反应釜上设置有测温孔；反应釜下部设置有下出料口，反应釜冷却水管设置在反应釜内部，反应釜冷却水管的进水口、出水口设置在反应釜外部；控制仪通过信号线连接反应釜，用于控制反应釜内反应条件。

更进一步的，测温孔内设置有测温热电偶，且测温热电偶的下端从反应釜顶部深入反应釜内。

更进一步的，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括搅拌装置，搅拌装置包括变频电机、磁力耦合传动器、三角带和搅拌器，变频电机通过三角带连接磁力耦合传动器，搅拌器具有搅拌部的一端伸入反应釜内部，磁力耦合传动器连接搅拌器另一端。

更进一步的，变频电机连接控制仪，控制仪控制搅拌装置的搅拌频率。

更进一步的，反应釜上部设置有上出料口，便于反应过程中进行取样化验。

更进一步的，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括起降电机，且与控制仪连接，用于开启反应釜的封盖，便于加入物料。

更进一步的，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括万向轮，万向轮设置于整个原料预处理装置底部，便于移动原料预处理装置。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型通过设置控制仪，可程序控制反应釜内预处理过程中的温度变化，控制恒温时间和升温速度等反应条件，能够精准控制反应条件，有效控制纤维素的预处理效果，降低纤维素预处理难度和预处理成本。

2、本实用新型通过控制仪设置搅拌频率来控制变频电机的输出频率，来进一步控制搅拌器的搅拌频率。同时，通过设置变频电机、磁力耦合传动器、三角带来带动搅拌器进行搅拌，可以进行匀速搅拌，使反应更加均匀，更加有利于对原料的预处理。

3、通过使用本实用新型的装置对纤维素原料进行预处理，能够有效水解半纤维素，破坏木质素致密的结构，活化纤维素，有利于后续的酶解反应。

4、利用本实用新型的装置对纤维素原料进行预处理，有效地降低了纤维素原料预处理的难度，大幅节约了预处理的能源消耗和预处理成本。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1：本实用新型用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置的结构示意图；

其中：1-变频电机、2-磁力耦合传动器、3-三角带、4-测温热电偶、5-反应釜冷却水管、6-上出料口、7-压力表、8-搅拌器、9-反应釜、10、下出料口、11-控制仪、12-起降电机、13-万向轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，包括反应釜9、反应釜冷却水管5、压力表7、控制仪11，其中：压力表7设置在反应釜9上，用于显示反应釜9内的压力值；反应釜9上设置有测温孔，用于测量反应釜9内的压力值；反应釜9下部设置有下出料口10，用于反应完成后取出物料；反应釜冷却水管5设置在反应釜9内部，反应釜冷却水管5的进水口、出水口设置在反应釜9外部，反应釜冷却水管5用于加快反应釜9的降温速度；控制仪11通过信号线连接反应釜9，可程序控制反应釜9内预处理过程中的温度变化，控制恒温时间和升温速度等反应条件。

优选的，反应釜9上部设置有上出料口6，便于反应过程中进行取样化验。

优选的，测温孔内设置有测温热电偶4，且测温热电偶4的下端从反应釜9顶部深入反应釜9内。

如图1所示，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括搅拌装置，搅拌装置包括变频电机1、磁力耦合传动器2、三角带3和搅拌器8，变频电机1通过三角带3连接磁力耦合传动器2，搅拌器8具有搅拌部的一端伸入反应釜9内部，磁力耦合传动器2连接搅拌器8另一端。变频电机1连接控制仪11，控制仪11控制搅拌装置的搅拌频率。本实施例通过控制仪11设置搅拌频率来控制变频电机1的输出频率，来进一步控制搅拌器8的搅拌频率。本实施例通过设置变频电机1、磁力耦合传动器2、三角带3来带动搅拌器8进行搅拌，可以进行匀速搅拌，使反应更加均匀。

更进一步的，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括起降电机12，且与控制仪11连接，通过控制仪11控制起降电机12来开启反应釜9的封盖，便于加入物料。

更进一步的，一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置还包括万向轮13，万向轮13设置于整个原料预处理装置底部，便于移动原料预处理装置。

应用本实施例的纤维素原料预处理装置进行纤维素原料预处理的方法，包括如下步骤：

(1)将预处理用的秸秆与水按重量比混合，通过控制仪11控制起降电机12开启反应釜9的封盖，将混合物料加入反应釜9内，再通过控制仪11控制起降电机12关闭反应釜9的封盖；

(2)在控制仪11的面板上设置搅拌频率，对预处理混合物进行均匀搅拌；

(3)在控制仪11的面板上设置升温速率对混合物料进行升温，当反应釜9内的温度升至反应温度后，设置为反应温度为恒温，维持反应；

(4)在控制仪11的面板上设置反应压强对混合物料进行升压；

(5)打开反应釜冷却水管5对混合物料进行降温，取出预处理完的混合物料，完成对原料的预处理。

取出预处理物料，进行固液分离，固体部分进入下一步的酶解反应；液体部分作为下一次的配料用水，以及作为降温步骤的热能回收媒介。通过对液体部分的再次利用，合理利用了能源，有效的降低了能源的消耗。

优选的，预处理用的秸秆与水重量比为1:5-10。更为优选的，预处理用的秸秆与水重量比为1:8。

优选的，设置的搅拌频率为25Hz。

优选的，设置的升温速率为5℃-10℃/min。更为优选的，设置的升温速率为8℃/min。

优选的，预处理反应温度为180-240℃。更为优选的，预处理反应温度为210℃。

优选的，预处理反应时间为30-120min。更为优选的，预处理反应时间为30min。

优选的，预处理反应压强为1.0-4.0Mpa。更为优选的，预处理反应压强为2.0Mpa。

优选的，本实施例中采用夹套加热的方式对混合物料进行加热。更为优选的，可以用油浴加热或者用蒸汽作为热源进行加热。

取出预处理完的混合物料，进行固液分离，将分离的固体、液体作进一步处理，测定纤维素、半纤维素、木质素的含量。处理前、后三素对比如下表：

	纤维素(％)	半纤维素(％)	木质素(％)
				处理前	32.5	34.1	9.98
处理后	40.75	12.09	8.4

通过上表可知，使用本实用新型纤维素原料预处理装置通过原料进行预处理后，能够有效水解半纤维素，破坏木质素致密的结构，活化纤维素，有利于后续的酶解反应。

最终预处理后的原料固体回收率约70％，通过对预处理后物料进行酶解实验，酶解率较未预处理提高约60％。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，包括反应釜(9)、反应釜冷却水管(5)、压力表(7)、控制仪(11)，其中：

所述压力表(7)设置在所述反应釜(9)上；所述反应釜(9)上设置有测温孔；所述反应釜(9)下部设置有下出料口(10)，所述反应釜冷却水管(5)设置在所述反应釜(9)内部，所述反应釜冷却水管(5)的进水口、出水口设置在所述反应釜(9)外部；所述控制仪(11)通过信号线连接所述反应釜(9)，用于控制所述反应釜(9)内反应条件。

2.根据权利要求1所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，所述测温孔内设置有测温热电偶(4)，且所述测温热电偶(4)的下端从所述反应釜(9)顶部深入反应釜(9)内。

3.根据权利要求1或2所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括变频电机(1)、磁力耦合传动器(2)、三角带(3)和搅拌器(8)，所述变频电机(1)通过所述三角带(3)连接所述磁力耦合传动器(2)，所述搅拌器(8)具有搅拌部的一端伸入所述反应釜(9)内部，所述磁力耦合传动器(2)连接所述搅拌器(8)另一端。

4.根据权利要求3所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，所述变频电机(1)连接所述控制仪(11)，所述控制仪(11)控制所述搅拌装置的搅拌速率。

5.根据权利要求1、2或4所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，所述反应釜(9)上部设置有上出料口(6)，便于反应过程中进行取样化验。

6.根据权利要求5所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，还包括起降电机(12)，且与所述控制仪(11)连接，用于开启所述反应釜(9)的封盖，便于加入物料。

7.根据权利要求6所述的用于纤维素制备乙醇过程中原料预处理的装置，其特征在于，还包括万向轮(13)，所述万向轮(13)设置于整个原料预处理装置底部，便于移动原料预处理装置。