专利名称：一种天然纤维素原料连续酸水解装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物质处理与利用(生物化工)设备，具体地说，涉及一种天然纤维素原料加工利用的装备。
背景技术：
当今世界同时面临粮食危机和能源危机两大突出问题。人们开始把目光投向了 农作物秸秆、玉米芯等农业废弃物，它不仅可替代粮食进行生物化工生产木糖醇、多种有机 酸、氨基酸以及它们的衍生物等，还可通过生物化工等手段生产燃料乙醇、丁醇等清洁能源 和替代部分石油资源进行化学品的生产，等等。但天然纤维素原料中的半纤维素、纤维素、木质素等组分相互结合较紧密，结晶度 高，要用生物化工方法进行有效利用，必须首先进行预处理，目前的预处理方法要么效果较 差，要么能源消耗较高，要么投资巨大、设备利用率低、劳动生产率低等。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对上述已有技术的缺陷，提供的一种天然纤维素原料连 续酸水解装置，该装置结构简单，水解充分得率高，料液品质好，安全可靠、能耗低、操作方 便。本实用新型的天然纤维素原料连续酸解装置，其包括具有出料口、进料口和蒸汽 进口的机械膨化机，具有蒸汽出口、进料口和出料口且带稀酸喷淋的膨胀罐，及具有进料 口、出料口和蒸汽进口的机械螺旋多级横管，所述机械膨胀机的出料口与所述膨胀罐的进 料口相连接，所述膨胀罐的出料口与所述机械螺旋多级横管的进料口相连，所述膨胀罐蒸 汽出口与所述机械螺旋多级横管的蒸汽进口相连。其中，所述膨胀罐蒸汽出口与蒸汽管进口相连，再共同与所述机。所述机械螺旋多级横管为3-6级横管。本实用新型所述天然纤维素原料为粉碎 (或切碎)的玉米秸秆、甘蔗渣、玉米芯或甜高梁秸渣等，不包括谷物类。所述稀酸为0. 8-1 %的稀硫酸。所述机械螺旋多级横管用于天然纤维素原料如粉碎(或切碎)的玉米秸秆、甘蔗 渣、玉米芯、甜高梁秸渣等的酸水解处理，而非其他如蒸煮等的纤维原料的处理，起到压缩、 搅拌、输送作用。经过本实用新型的连续酸解装置的酸水解，玉米秸秆、甘蔗渣、玉米芯、甜高粱秸 等可生产木糖、木糖醇及它们的衍生物。其酸解渣(进一步处理或不处理)进行酶解(或 和稀木糖液一起酶解)制糖生产有机酸、氨基酸、乙醇、丁醇和其他醇类。本实用新型的连续酸解装置，采用膨化后酸水解，其水解快而有害物质生成少，料 液品质好，水解充分得率高。热泵蒸汽回收能耗低，机械螺旋挤压了绝大部分物料间的间 隙，提高了单位设备容积的装量，实现了连续化操作。而且本实用新型连续酸解装置结构简 单，水解充分，得率高，料液品质好，设备利用率高，安全可靠，能耗低，操作方便，可进行自动化、连续化大规模工业生产。
图1为本实用新型所述天然纤维素原料连续酸解装置的结构示意图。图中1稀酸进料阀门2膨胀罐3热泵4蒸汽进汽阀门5机械膨化机6膨化机进汽阀门7机械螺旋多级横管具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。如图1所示，本实用新型的天然纤维素原料连续酸解装置，包括具有出料口、进料 口和蒸汽进口的机械膨化机5，具有蒸汽出口、进料口和出料口且带稀酸喷淋的膨胀罐2， 及具有进料口、出料口和蒸汽进口的机械螺旋多级横管7 (为4级横管)，机械膨胀机5的出 料口与膨胀罐2的进料口相连接，膨胀罐2的出料口与机械螺旋多级横管7的进料口相连， 膨胀罐2蒸汽出口与蒸汽回收再利用的热泵3相连，其中蒸汽与由蒸汽阀门4控制的生蒸 汽混合后进入机械螺旋多级横管7的蒸汽进口。其中，机械螺旋多级横管7的数量可以在3-6级横管调整。本实用新型所用的膨化机选用饲料行业现有的膨化设备，机械螺旋多级横管选用 目前造纸行业普遍采用的连续蒸煮多级螺旋横管，热泵选用在生化行业用于热力浓缩蒸发 的热泵。其连续酸解装置的操作过程如下开启膨化机进汽阀门6，将切碎或粉碎的原料 经清洗(或不清洗)从进料口投入膨化机5，物料在蒸汽和机械力的共同作用下进行加热、 挤压、剪切、揉搓形成一定温度和压力后进入膨胀罐2，骤然减压使原料的细胞壁受到破坏。 此时打开稀酸进料阀门1，使稀酸与物料在机械螺旋连续酸水解多级横管7中充分混合进 行酸水解。机械螺旋连续酸水解多级横管7兼有调温、压缩、搅拌和输送功能，且螺旋转速 (即物料酸水解时间)也可以设置成可调节的。酸水解后的物料从出料口自动排出。膨化 机5排入膨胀罐2的蒸汽经处理(膨胀罐内或罐外)后由热泵3压缩后重新使用，进入机 械螺旋连续酸水解多级横管7的蒸汽口。应用例1、玉米秸秆粗破碎、切碎、清洗后进入本实用新型的连续酸解装置，进行连续酸 解，如图1所示。通入稀硫酸0.8-1%，固液比1 3.5，110-130°C条件下物料停留(酸水 解)时间1-2小时，物料酸水解率大于90%。固液分离后得稀酸和木糖等的混合溶液，溶液 经去酸、净化可生产木糖、木糖醇等。物料经膨化机膨化后，在膨胀罐内调0. 8-1%的稀硫 酸，在机械螺旋连续酸水解多级横管内维持110-130°C的条件下，蒸煮1-2小时出料，进行 固液分离后得到木糖液。2、经过上述酸解处理后，将固液分离后得的酸解渣与去酸、净化的溶液一起酸水 解(减少用水量提高糖浓度)制糖发酵生产乙醇，酶解率大于85%，糖醇转化率大于80%。3、将固液分离后得的酸解渣酶水解得糖液发酵生产柠檬酸，糖酸转化率大于 85%。4、将固液分离后得的酸解渣用3-5% NaOH溶液蒸煮去除木质素和残杂的半纤维等，所得纤维酶水解生产乳酸，糖酸转化率大于92%。[0028]综上所述，玉米秸秆、甘蔗渣、玉米芯、甜高粱秸等经过本实用新型的连续酸解装 置处理后，由于其水解充分，得率高，料液品质好，因此，酸解后的物料酶解率高，产品转化率高。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述， 但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易 见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型 要求保护的范围。
权利要求一种天然纤维素原料连续酸解装置，其特征在于，其包括具有出料口、进料口和蒸汽进口的机械膨化机(5)，具有蒸汽出口、进料口和出料口且带稀酸喷淋的膨胀罐(2)，及具有进料口、出料口和蒸汽进口的机械螺旋多级横管(7)，所述机械膨胀机(5)的出料口与所述膨胀罐(2)的进料口相连接，所述膨胀罐(2)的出料口与所述机械螺旋多级横管(7)的进料口相连，所述膨胀罐(2)蒸汽出口与所述机械螺旋多级横管(7)的蒸汽进口相连。
2 根据权利要求1所述天然纤维素原料连续酸解装置，其特征在于，所述膨胀罐(2)蒸 汽出口与蒸汽管进口相连，再共同与所述机械螺旋多级横管(7)的蒸汽进口相连。
3.根据权利要求1或2所述天然纤维素原料连续酸解装置，其特征在于，所述机械螺旋 多级横管为3-6级横管。
专利摘要本实用新型提供了一种天然纤维素原料连续酸水解装置，其包括具有出料口、进料口和蒸汽进口的机械膨化机(5)，具有蒸汽出口、进料口和出料口且带稀酸喷淋的膨胀罐(2)，及具有进料口、出料口和蒸汽进口的机械螺旋多级横管(7)，所述机械膨胀机(5)的出料口与所述膨胀罐(2)的进料口相连接，所述膨胀罐(2)的出料口与所述机械螺旋多级横管(7)的进料口相连，所述膨胀罐(2)蒸汽出口与所述机械螺旋多级横管(7)的蒸汽进口相连。本装置结构简单，水解充分得率高，料液品质好，蒸汽消耗低，设备利用率高，可进行自动化、连续化大规模工业生产。
文档编号C08B1/00GK201567300SQ20092010910
公开日2010年9月1日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者宋家林, 李荣杰, 黄之文 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司