一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器

技术领域

本发明涉及一种用于纤维素原料水解糖化的稀酸水解反应器，尤其是一种压滤式稀酸水解反应器。

背景技术

纤维素原料本身结晶度高，除了纤维素外，还有半纤维素和木质素多种组分，结构层次复杂，种类多样，纤维素原料难以水解糖化。稀酸水解是纤维素糖化的一种绿色工艺技术，与浓酸水解和酶水解相比，水解时间短，效率高，对环境友好，具有很多优点，但稀酸水解停留时间过长时，纤维素原料容易出现产物进一步分解从而产生发酵抑制物的问题。为了减少发酵抑制物的产生，进一步提高纤维素原料的稀酸水解糖化率，人们不断探索新的方法，先后出现了渗滤式、逆流式、错流式等水解反应器，但都存在着技术不完善、操作复杂或成本较高等缺点。

发明内容

为了实现水解产物快速分离，控制稀酸水解停留时间，优化稀酸水解工艺条件，提高纤维素原料糖化率，本发明提供了一种压滤式的稀酸水解反应器，这种反应器一体三罐，罐体之间通过可调节孔径的多孔罐壁相隔，其中的原料罐设置了可沿着轴上下移动的原料罐盖、还设置了由蒸汽排气口和蒸汽换热盘组成的蒸汽加热装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，由稀酸罐、原料罐和产物罐三个罐体组成，稀酸罐中，稀酸进液管从稀酸罐的上部进入，排液口位于稀酸罐底部，多孔的稀酸罐罐壁和原料罐相隔，原料罐中间有一根外部带螺纹的轴，原料罐盖通过旋转轮和轴连接起来，旋转轮通过轴套绕着轴上的螺纹旋转驱动原料罐盖沿着轴上下移动，蒸汽管从原料罐的下部进入，连通蒸汽换热盘和蒸汽排气口，原料罐底部是可以开合的底板，多孔的原料罐罐壁和产物罐相隔，产物罐底部有一个排液口。

上述的一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，所述的稀酸罐罐壁是由两片有孔眼的罐壁板组成，罐壁板上孔眼的位置、形状、大小和数目都是相同的，一片固定，另一片可以在一定范围内纵向移动，从而调节孔眼的孔径大小。当孔径变大时，稀酸就可以从稀酸罐流向原料罐，直到孔径变小关闭。

上述的一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，所述的原料罐罐壁是由三片有孔眼的罐壁板组成，罐壁板上孔眼的位置、形状、大小和数目都是相同的，一片固定，其他两片可以在一定范围内分别从横向或纵向移动，从而调节孔眼的孔径大小。当孔径小于纤维素原料粒径时，水解产物就可以在通过原料罐罐壁时进行固液分离，固体部分留在原料罐，液体部分穿过原料罐罐壁流向产物罐，当孔径为零时，原料罐多孔罐壁的孔眼关闭，原料罐可以进行纤维素原料的水解糖化。

上述的一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，所述的旋转轮由轮盘、立柱、横梁、球和轴套组成，轮盘通过立柱和横梁连接，横梁的两端都嵌着球，球又嵌在原料罐盖的内部，沿着原料罐盖内部的圆形轨道滚动，同时对原料罐盖有支撑作用。

上述的一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，所述的蒸汽排气口带有调节旋钮，可以调节蒸汽排气口的大小，控制蒸汽的进气量，所述的蒸汽换热盘带有冷凝水排出管。

本发明的有益效果是，通过调节孔径大小，稀酸罐罐壁和原料罐罐壁都拥有开和关两种状态，从而能够控制稀酸进入原料罐的时间或水解液进入产物罐的时间，特别是能够控制原料罐的水解停留时间，避免产物进一步分解产生发酵抑制物等有害物质，通过关闭原料罐多孔罐壁的孔眼和调节原料罐盖高度，原料罐盖能够提高原料罐内压，产生压滤作用促进原料罐中的水解产物完成固液分离，液体产物进入产物罐，固体部分留在原料罐，通过控制原料罐内压，稀酸种类和浓度、蒸汽进气量和蒸汽温度，水解停留时间，原料罐的处理条件能够得到改变，从而可以对纤维素原料进行严格分期分次的二级水解或者多级水解，优化水解糖化的工艺条件，有效提高水解糖化率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明示意图。

图2为反应器俯视图。

图3为多孔罐壁的孔眼孔径调节示意图。

图4为多孔罐壁的罐壁板移动示意图。

图5为蒸汽排气口打开示意图。

图6为蒸汽排气口关闭示意图。

图7为蒸汽换热盘及蒸汽排气口相对位置示意图。

图中1.原料罐盖，2.旋转轮球，3.旋转轮，4.旋转轮轴套，5.旋转轮轮盘，6.旋转轮立柱，7.旋转轮横梁，8.原料罐罐壁板B移动旋钮，9.罐壁板C移动旋钮，10.轴，11.产物罐，12.原料罐多孔罐壁，13.蒸汽换热盘，14.产物罐排液管开关，15. 产物罐排液管，16.蒸汽管，17.蒸汽管开关，18.支架，19.冷凝水排出管，20. 冷凝水排出管开关，21.稀酸罐排液管，22.稀酸罐排液管开关，23.蒸汽排气口调节旋钮，24. 蒸汽排气口，25.稀酸罐多孔罐壁，26.稀酸罐，27.原料罐，28. 稀酸罐罐壁板B移动旋钮，29.稀酸进液管开关，30.稀酸进液管，31.罐壁板移动杆，32.罐壁板C，33.罐壁板A，34.罐壁板B，35.孔眼，36.蒸汽排气口移动杆，37.原料罐底板，38.无孔罐壁。

具体实施方式

【实施例1】

一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器，包括稀酸罐26、原料罐27和产物罐11，罐体之间通过多孔的罐壁相隔，稀酸罐罐壁25是由罐壁板A33、罐壁板B34两片板构成，原料罐罐壁12是由罐壁板A33、罐壁板B34和罐壁板C32三片板构成的，三种罐壁板上面有位置、形状、大小和数目都相同的可以调节孔径的孔眼35，稀酸罐26有带开关29的稀酸进液管30和带开关22的排液管21，产物罐11下部也有带开关14的排液管15，原料罐27中间有一根轴10，原料罐盖1通过旋转轮3和轴10连接，旋转轮3由旋转轮轴套4、旋转轮轮盘5、旋转轮立柱6、旋转轮横梁7和旋转轮球2构成，其中，旋转轮轮盘5通过旋转轮立柱6和旋转轮横梁7连接，旋转轮横梁7的两端嵌着旋转轮球2，原料罐盖1中间是空的，旋转轮球2嵌在原料罐盖1里面，可以循圆形轨道滚动，同时支撑着原料罐盖1，旋转轮轴套4套在轴10上，旋转轮3通过旋转轮轴套4循螺纹绕轴10旋转，同时带动原料罐盖1上下移动，带开关17的蒸汽管16从原料罐27的下部进入，和蒸汽换热盘13及蒸汽排气口24连通，蒸汽换热盘13设有带开关20的冷凝水排出管19，蒸汽排气口24设有调节旋钮23。

如图2所示，稀酸罐26、原料罐27和产物罐11按直线有序排列，如图3和图4所示，在原料罐27中，构成罐壁的三片罐壁板中，罐壁板A33是固定的，罐壁板B34可以纵向移动，罐壁板C32可以横向移动，罐壁板B34和罐壁板C32在一定范围的移动可以改变由这三片罐壁板构成的孔眼35的孔径大小。

如图5、图6和图7所示，蒸汽换热盘13是长条形的，占据了原料罐27两面无孔罐壁38之间的中间位置，蒸汽排气口24位于蒸汽换热盘13一端的位置，可以通过调节旋钮23进行调节，改变蒸汽排气口24的开关状态和排气口大小。

【实施例2】

采用稀酸二级水解处理玉米秸秆，取一定数量的玉米秸秆，进行清洗和粉碎，然后放进原料罐27中，首先进行一级水解，通过稀酸进液管30放入一定量的1%硫酸，通过移动稀酸罐罐壁板B34，调节稀酸罐罐壁25的孔眼35的孔径大小，让1%硫酸进入原料罐27中，当淹没玉米秸秆后关闭稀酸罐罐壁25的孔眼35，打开蒸汽管开关17和蒸汽排气口24的开关23，让180℃蒸汽进入原料罐27，停留时间8min，然后关闭蒸汽管开关17和蒸汽排气口24的开关23，通过移动原料罐罐壁板B34和原料罐罐壁板C32，调节原料罐罐壁12的孔眼35的孔径大小，让水解产物通过原料罐罐壁12进行固液分离，同时旋转旋转轮3放下原料罐盖1，通过原料罐盖1的压滤作用促进固液分离的完成，液体部分进入产物罐11，并从产物罐11的排液管15排出，然后进行二级水解，关闭原料罐罐壁12的孔眼35，提升原料罐盖1，打开蒸汽管开关17，让220℃蒸汽进入蒸汽换热盘13，停留时间10min，然后关闭蒸汽管开关17，再次通过移动原料罐罐壁板B34和原料罐罐壁板C32，调节原料罐罐壁12的孔眼35的孔径大小，让水解产物通过原料罐罐壁12进行固液分离，同时旋转旋转轮3放下原料罐盖1，通过原料罐盖1的压滤作用促进固液分离，液体部分进入产物罐11，并从产物罐11的排液管15排出，固体部分留在原料罐27中，可以通过打开原料罐底板37把固体部分取出。

通过本发明，可以改变蒸汽温度、蒸汽进入量、稀酸种类和数量、停留时间，对粉碎的玉米秸秆或其他纤维素原料进行多次水解糖化，比较水解糖化率，探索纤维素原料稀酸水解糖化最优的工艺条件。