一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统的制作方法

本实用新型涉及生物质酶解发酵生产燃料乙醇的技术领域，具体说是一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统。

背景技术：

生物能源作为一种可再生的能源燃料，能够有效的降低室温效应，减缓环境污染，比矿质燃料具有更明显的优势，如在汽油中掺入10％的无水乙醇(E10) 不仅可以缓解能源压力，还能提高辛烷值，改善尾气排放质量，其中，生物质制取燃料乙醇，需首先将其中的纤维素降解成可发酵的糖类，实现酶解技术目标的有效装置就成为关键因素。而我国可利用的生物质资源丰富，仅农作物秸秆每年产量可达7亿吨之多，农作物生长周期短、产量丰富。因此包括农作物在内的植物秸秆是一种真正意义上取之不尽的可再生生物质资源。

目前，虽然各种生产纤维素乙醇的技术和工艺各有不同，但纤维素酶解装置，基本是借用传统乙醇生产行业的罐式搅拌方式，包括很多研究、中试的酶解装置，也都是罐式搅拌装置，酶解罐是间歇工作装置，这种罐式搅拌装置，适应于阻力小、具有流动性的物料搅拌混合，一般是减速机直连输入动力；这种结构形式对木质纤维素类物料并不适用，在实验室或中试装置中，由于物料量较少，罐体尺寸较小，尚可以勉强使用。

这种稍大一些的罐式搅拌装置，为实现木质纤维素物料与酶制剂的均匀混合和物料固形物含量的提高，纤维素预酶解的加料过程，一般采用边酶解液化，边加料及酶制剂的方法，来弥补搅拌混合能力之不足；导致物料进罐时间、酶解时间不同，混合效果差、酶解差异性大；等于是用错误的方法在做一锅夹生饭；酶解效率肯定会受到不利影响。

经过高温汽爆等方法预处理后的物料，其植物组织结构已经坍塌破坏，已经不是疏松的碎片堆积状态，而是类似压实的、紧密缠绕的丝状物状态。一般浓度达到15％就失去流动性，浓度越高，越难搅拌混合。如果固形物含量达到 15-50％，缠绕的丝状纤维在搅拌器叶片正面形成阻挡交织网络，没有流动性的纤维网络之间摩擦力增大，搅拌器需克服这种摩擦力，阻力急剧增加。特别是随着罐体直径的增加，搅拌器叶片至中心轴的力矩增大，传导至中心轴需克服的反作用扭力也急剧增加。由于没有流动性，在充满这种物料的罐体内，即使消耗巨大动力转动搅拌叶片，也不足以使物料流态化，也就不能实现搅拌混合的目的。此种结构只能应用于淀粉类的颗粒物料，在木质纤维物料中，是无法使用的，就像把手臂伸进粮食堆里可以搅动，把手臂放进压实的草堆里搅不动，是一个原理。

在高物料含量状态下，罐式搅拌装置只适应于粮食类颗粒或淀粉糊化粘稠流体状态的物料；呈缠绕丝状物的秸秆物料，是不能借鉴使用的；这两类物料，具有完全不同的物理形态和物理特性。

只有将预酶解物料浓度提高至15-50％，才能相对提高酶制剂相对物料的含量，提高酶解效率；才能增加酶解后可发酵糖的浓度，进一步提高发酵和蒸馏的乙醇浓度，降低蒸汽消耗和动力消耗，提高装置利用率。

由此，目前还没有可行的大型工业化装置，能将含量15-50％的木质纤维物料连续混合均匀，并进行酶解；因此，开发新型装置，提高酶解物料浓度至 15-50％，降低动力消耗，并实现在物料与酶制剂的连续均匀混合，提高酶解效率，降低成本，实现生物质原料的高浓度、连续化预酶解运行，是发展生物质燃料乙醇产业的当务之急。

技术实现要素：

本实用新型的目的便是提供一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统，具有酶解物料含量高、混合均匀、运行稳定、连续性强、均一性好、系统无死角、产量大、效率高、能耗低、pH值和温度控制精确、可实现自动化的优点。

为实现上述目的，本实用新型的一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统，技术方案如下：

一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统，包括螺旋计量加热输送机、双向分料螺旋机系统、连续混合输送机、连续混合预酶解螺旋机组合系统、集料螺旋输送机、中间槽。所述螺旋计量加热输送机的下端与双向分料螺旋机系统的一端密封连接，该双向分料螺旋机系统另一端通过连续混合输送机与连续混合预酶解螺旋机组合系统的上端密封联接，该连续混合预酶解螺旋机组合系统的下端通过集料螺旋输送机与中间槽联接。该系统整体密封传输，分级均等布料，取代了现有的罐式搅拌装置。

作为优选，所述螺旋计量加热输送机的机体上部右端设有进料口、下部的左端设有出料口，进料口的侧壁设有pH值仪器探头安装口，出料口的侧壁设有取样口，机体的侧壁设有多个均匀分布的蒸汽进口，机体的中部设有温度计探头安装口。实时检测显示pH值和温度，并与蒸汽进口控制联动。

作为优选，所述双向分料螺旋机系统包括多级双向分料螺旋机，每只双向分料螺旋机的螺旋叶片均从机体中间进料口向两侧对称设置，进料口的侧壁设有两个酶制剂加入口，机体下部的两端分别设有出料口。物料从中间进料口处向两侧反向旋转，将物料向两侧均匀分配，可将计量的酶制剂从该酶制剂进料口处连续加入。

作为优选，所述连续混合输送机的机体上部的左端设有进料口、下部右端设有出料口，进料口侧壁带有pH值仪器探头安装口，出料口的侧壁设有取样口，机体的中部设有温度计安装口，机体内部的驱动轴通过连接块连接有螺旋叶片和均匀分布的混合搅拌铲。螺带式混合螺旋叶片和混合搅拌铲在转动时产生强烈的搅拌混合作用，将物料与酶制剂混合均匀，并推动前行，在出料口处下落进入混合预酶解螺旋机组合系统。

作为优选，所述连续混合预酶解螺旋机的机体上部的左端设有进料口、下部右端设有出料口，进料口侧壁带有pH值仪器探头安装口，出料口的侧壁设有取样口，机体侧壁设有温度计安装口，机体设有夹层、循环保温水进口和出口，所述连续混合预酶解螺旋机分层设置在支架内部。实时显示系统各部位的pH值和温度，并与夹层循环保温水系统联动控制。

作为优选，所述机体包括一条以上同转速的螺旋轴，相邻两条螺旋轴的螺旋叶片相互交叉，同一机体内的螺旋轴共用一套传动系统，多个连续混合预酶解螺旋机从上到下通过法兰螺栓密封连接成多组组合系统，所述多级双向分料螺旋机分别与多组组合系统上部的混合螺旋机同时均匀等量供料。

进一步的，所述螺旋叶片的交叉深度为螺旋叶片直径的0-15％。

连续混合预酶解螺旋机转动时，螺旋叶片推动叶片间的物料向前翻动混合前进，酶解反应的同时继续混合前行；相互交叉的叶片中的物料实现搓揉，并有物料交换，进一步提高了混合效果；每一个连续混合预酶解螺旋机的出料口，密封连接下一个的进料口，实现物料的反向翻转混合运行，又进一步提高了混合效果；同一机体内的螺旋轴共用一套传动系统，确保同速度运行；多个连续混合预酶解螺旋机从上到下通过法兰螺栓密封连接成一组组合系统，多组组合，组成更大的连续混合预酶解螺旋机系统；多级双向分料螺旋机，向各组组合系统上部的混合螺旋机同时均匀等量供料。

作为优选，所述集料螺旋输送机的机体上部设有多个进料口、下部右端设有出料口，进料口侧壁带有pH值仪器探头安装口，出料口的侧壁设有取样口，机体侧壁设有温度计安装口。

作为优选，所述中间槽内部设有带搅拌器、外部连接有柱塞泵或螺杆泵。将预酶解液化成为具有一定流动性的粥样粘稠物料送至后工序。

进一步的，所述机体的截面为U型或O型。

由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果为：取代了罐式搅拌机的工作方式，具有酶解物料含量高、多级布料混合均匀、运行稳定、连续性强、系统无死角、产量大、效率高、能耗低、pH值和温度控制精确、可实现自动化的优点。

附图说明

现结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1、图2、图3为该种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇系统的主视图、侧视图、俯视图(连续混合输送机未画入)。

图4、图5、图6为螺旋计量加热输送机的主视图、俯视图、侧视图。

图7、图8、图9为双向分料螺旋机系统的主视图、俯视图、侧视图。

图10、图11为连续混合输送机的主视图、侧视图。

图12、图13、图14、图15为连续混合预酶解螺旋机的主视图、俯视图、侧视图、螺旋叶片交叉部位放大图。

图16、图17、图18为集料螺旋输送机的主视图、仰视图、侧视图。

图中：

1-螺旋计量加热输送机，101-机体，102-进料口，103-出料口，104-pH值仪器探头安装口，105-取样口，106-蒸汽进口，107-温度计探头安装口。

2-双向分料螺旋机系统，201-螺旋叶片，202-机体，203-进料口，204-酶制剂加入口，205-出料口。

3-连续混合输送机，301-机体，302-进料口，303-出料口，304-pH值仪器探头安装口，305-取样口，306-温度计安装口，307-驱动轴，308-连接块，309-螺旋叶片，310-搅拌铲。

4-连续混合输送机，401-机体，402-进料口，403-出料口，404-pH值仪器探头安装口，405-取样口，406-温度计安装口，407-夹层，408-循环保温水进口， 409-循环保温水出口，410-支架，411-螺旋轴，412-螺旋叶片。

5-连续混合输送机，501-机体，502-进料口，503-出料口，504-pH值仪器探头安装口，505-取样口，506-温度计安装口。

6-组合系统。

7-中间槽，701-带搅拌器，702-柱塞泵或螺杆泵。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，该一种生物质原料高浓度预酶解制取燃料乙醇的系统依次包括螺旋计量加热输送机(1)、双向分料螺旋机系统(2)、连续混合输送机(3)、连续混合预酶解螺旋机(4)组合系统(6)、集料螺旋输送机 (5)、中间槽(7)。其中，螺旋计量加热输送机(1)的下端与双向分料螺旋机系统(2)的一端密封连接，双向分料螺旋机系统(2)另一端通过连续混合输送机(3)与连续混合预酶解螺旋机(4)组合系统(6)的上端密封联接，连续混合预酶解螺旋机(4)组合系统(6)的下端通过集料螺旋输送机(5)与中间槽(7)联接。

经过预处理的生物质原料，首先送入螺旋计量加热输送机1，如图4，图5和图6所示，机体(101)上部右端设有进料口(102)、下部的左端设有出料口(103)，进料口(102)的侧壁设有pH值仪器探头安装口(104)，出料口(103)的侧壁设有取样口(105)，机体(101)的侧壁设有多个均匀分布的蒸汽进口(106)，机体(101)的中部设有温度计探头安装口(107)。实时检测显示pH值和温度，并与蒸汽进口控制联动，控制物料加热至酶解所需的温度，并将物料pH值反馈至前部。并将加热至酶解温度、调节好pH值的物料密封进入双向分料螺旋机系统2。

如图7，图8，图9所示，双向分料螺旋机系统(2)包括多级双向分料螺旋机，每只双向分料螺旋机的螺旋叶片(201)均从机体(202)中间进料口(203) 向两侧对称设置，进料口(203)的侧壁设有两个酶制剂加入口(204)，机体(202) 下部的两端分别设有出料口(205)。物料从中间进料口(203)处向两侧反向旋转，将物料向两侧均匀分配，可将计量的酶制剂从该酶制剂进料口(203)处连续加入，并实现在分料过程中进行初步混合。

经初步混合的的物料经过最后一级双向分料螺旋机出料口，进入连续混合输送机3，如图10和图11所示，连续混合输送机(3)的机体(301)上部的左端设有进料口(302)、下部右端设有出料口(303)，进料口(302)侧壁带有pH值仪器探头安装口(304)，出料口(303)的侧壁设有取样口(305)，机体(301) 的中部设有温度计安装口(306)，机体(301)内部的驱动轴(307)通过连接块(308)连接有螺旋叶片(309)和均匀分布的混合搅拌铲(310)。螺带式混合螺旋叶片(309)和混合搅拌铲(310)在转动时产生强烈的搅拌混合作用，将物料与酶制剂混合均匀，并推动前行，在出料口(303)处下落进入混合预酶解螺旋机组合系统(4)组合系统6。

如图12，图13，图14，图15所示，混合预酶解螺旋机组合系统(4)的机体(401)内部设有一条以上同转速的螺旋轴(411)，相邻两条螺旋轴(411) 的螺旋叶片(412)相互交叉，同一机体(401)内的螺旋轴(411)共用一套传动系统(413)，多个连续混合预酶解螺旋机(4)从上到下通过法兰螺栓密封连接成多组组合系统(6)，多级双向分料螺旋机(2)分别与多组组合系统(6) 上部的混合螺旋机(3)同时均匀等量供料。其中，螺旋叶片(412)的交叉深度为螺旋叶片(412)直径的0-15％。

当连续混合预酶解螺旋机(4)转动时，螺旋叶片(412)推动叶片间的物料向前翻动混合前进，酶解反应的同时继续混合前行；相互交叉的叶片中的物料实现搓揉，并有物料交换，进一步提高了混合效果，而且每一个连续混合预酶解螺旋机的出料口，密封连接下一个的进料口，实现物料的反向翻转混合运行，又进一步提高了混合效果。同一机体内的螺旋轴共用一套传动系统，确保同速度运行。多个连续混合预酶解螺旋机从上到下通过法兰螺栓密封连接成一组组合系统，多组组合，组成更大的连续混合预酶解螺旋机系统。多级双向分料螺旋机，向各组组合系统上部的混合螺旋机同时均匀等量供料。而且，实时显示系统各部位的pH值和温度，并与夹层循环保温水系统联动控制。

连续混合预酶解螺旋机4组合系统6的出料口与集料螺旋输送机5密封连接，如图16，图17和图18所示，集料螺旋输送机(5)的机体(501)上部设有多个进料口(502)、下部右端设有出料口(503)，进料口(502)侧壁带有pH值仪器探头安装口(504)，出料口(503)的侧壁设有取样口(505)，机体(501)侧壁设有温度计安装口(506)，实时检测显示各组的pH值和温度，并反馈至各组相应控制系统。

上述各机体外壳采用U型结构或O型结构形式，且以上每个装置单元的密封连接，可采用法兰螺栓紧固密封连接。生物质原料在螺旋叶片的旋转推动下，物料向前翻转运行并实现混合作用，由于物料向前输送运行的同时进行酶解，物料逐步消解液化，粥样流动性增加，系统运行顺畅无堵塞。

集料螺旋输送机5出来的物料，解液化成为具有一定流动性的粥样粘稠物料进入中间槽7，其内部带搅拌器701，并带有柱塞泵或螺杆泵702，并将预酶物料送至后工序，完成预酶解过程。通过上述的结构，整体密封性好、酶解物料含量高、混合均匀、运行稳定、连续性强、均一性好、系统无堵塞、产量大、效率高、能耗低、pH值和温度精确、可实现自动化的优点，并特别适合于工业化大规模生产应用。

在上述的各个结构中，进料口、出料口、pH值仪器探头安装口、取样口、温度计探头安装口等的安装位置可根据需要设置在相应的位置。组合系统之间也可通过各种传动结构实现单一驱动系统的共享公用。

尽管上文对本实用新型作了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。