阅读说明：本技术 一种用于纤维素原料水解糖化的压滤式稀酸水解反应器 (Filter-pressing type dilute acid hydrolysis reactor for hydrolysis saccharification of cellulose raw material ) 是由 孙世中 宋洪川 樊芳玲 郭嘉航 黄晶心 徐武美 官会林 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了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、原料罐和产物罐组成,在原料罐中旋转轮沿着轴上的螺纹旋转时推动原料罐盖沿轴上下移动,产生对水解物的压滤作用,原料罐下部设置有蒸汽排气口和蒸汽换热盘,可以通过蒸汽对原料罐进行加气和加热处理,稀酸罐、原料罐和产物罐之间通过多孔的罐壁相隔,调节原料罐多孔罐壁上孔眼孔径大小,可以快速进行水解物的固液分离。本发明能够有效控制纤维素原料的水解时间,减少发酵抑制物的产生,还能够改变稀酸种类和浓度、原料罐温度、蒸汽进入量、停留时间,从而对纤维素原料采用不同的水解条件进行二级或者多级水解糖化或工艺条件优化,探索最佳工艺条件。(The invention discloses a pressure filtration type dilute acid hydrolysis reactor for hydrolysis and saccharification of cellulose raw materials, which consists of a dilute acid tank, a raw material tank and a product tank, wherein a rotary wheel in the raw material tank pushes a raw material tank cover to move up and down along a shaft when rotating along a thread on the shaft, so as to generate the pressure filtration effect on hydrolysate, a steam exhaust port and a steam heat exchange disc are arranged at the lower part of the raw material tank, the raw material tank can be aerated and heated through steam, the dilute acid tank, the raw material tank and the product tank are separated by porous tank walls, the pore diameter size of pores on the porous tank walls of the raw material tank is adjusted, and the solid-liquid separation of the hydrolysate can be rapidly carried out. The method can effectively control the hydrolysis time of the cellulose raw material, reduce the generation of fermentation inhibitors, and change the type and concentration of dilute acid, the temperature of the raw material tank, the steam inlet amount and the retention time, thereby performing two-stage or multi-stage hydrolysis saccharification or process condition optimization on the cellulose raw material by adopting different hydrolysis conditions, and exploring the optimal process condition.)

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。