[發明專利]一種可進行高固體含量木質纖維素原料預處理的反應器

無效

• 申請號: 201310122408.1
• 申請日: 2013-04-10
• 公開（公告）號: CN103846073A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 鮑杰;張龍平;張建
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J19/20
• 分類號: B01J19/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及化工反應器技術領域，具體地說，是一種帶有攪拌的可進行高固體含量木質纖維素原料預處理的反應器。

【背景技術】

預處理是木質纖維素原料生物加工工藝中的第一步工序，也是最重要的一個環節，因為預處理過程的能耗和預處理效果直接決定最終產品的得率和整個生物加工過程的成本。預處理的目的是改變改變天然木質纖維素的致密結構，破壞纖維素、木質素和半纖維素之間的化學和物理連接，降低纖維素的結晶度，或脫去木質素，增加原料的疏松性以增加纖維素酶系與纖維素的有效接觸，從而提高后續糖化和發酵的得率。

目前，盡管研究人員已經開發出諸多預處理方法，而且有的已經初步應用于木質纖維素生物加工的中試或示范裝置上，但是大多數預處理技術仍然是實驗室技術的簡單放大，主要存在兩方面的缺陷：首先，這些預處理技術缺乏攪拌裝置，從而導致預處理過程的高溫蒸汽與物料或化學試劑不能充分接觸/混合均勻，在預處理反應器中存在溫度梯度，致使局部溫度過高或過酸，引起木質纖維素原料的過度降解而生成大量抑制物，對后續的酶解和發酵產生嚴重的不利影響；其次，現存的預處理技術大多數只能處理低固體含量的木質纖維素原料進行預處理，從而使預處理過程的用水和廢水大量產生，大大增加了預處理過程和生物加工的成本，而且不利于后續的高固體含量糖化與產品發酵。因此，開發帶有攪拌的尤其是能夠處理高固體含量木質纖維素原料進行預處理的反應器是當前預處理技術的發展趨勢。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可進行高固體含量木質纖維素原料預處理的反應器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種可進行高固體含量木質纖維素原料預處理的反應器，反應器的釜體上安裝有機械攪拌裝置，機械攪拌裝置包括組合攪拌槳，其特征在于，組合攪拌槳為螺帶槳和刮底槳；螺帶槳通過支撐桿固定在攪拌軸上，并自上而下盤旋在攪拌軸周邊，構成框體；刮底槳固定在攪拌軸的底端，并且貼近釜體底部；刮底槳為槳式或者錨式槳。

所述的機械攪拌裝置，即傳動裝置，由電機直接帶動攪拌或電機-磁鋼傳動磁力攪拌。

所述的螺帶槳的外緣設有刮片單元，可以有效清除預處理過程中預處理反應器內表面粘貼的物料。

所述的釜體上設有高溫蒸汽入口、測溫口、釜體外壁測溫管、保溫層、底部出料口和底部排水口；高溫蒸汽入口嵌入釜體底部，四個蒸汽入口均位于底部同一平面四個對稱位置；測溫口是由不銹鋼制備的熱電偶夾套，從罐體頂部深入反應釜內；釜體外壁測溫管位于釜體背部，并緊貼反應釜外壁；保溫層是在釜體外壁纏繞加熱帶、石棉等保溫材料。

釜體外壁測溫管測定預處理中釜體外壁溫度；上部測溫口伸入釜體測定釜中心溫度；釜體底部設有出料口，出料口由五個密封螺絲保證釜體密封性以及在預處理中釜體內能維持4.0MPa壓力，出料時擰開密封螺絲，向下卸開出料極為方便；底部排水口用于排出預處理中產生的少量冷凝水。

在釜體上端設有加料器，下端設有放料口；

加料器通過螺紋與加料口相連，是通過外接連接于釜體內部的進料裝置，加料器含有螺桿輸送單元，通過固定軸與外動力相連，適于輸送固體或半固體的木質纖維素原料進入釜內，物料經過螺桿的剪切作用后進入釜體內部，進一步降低物料粒徑，使其預處理更加充分。

釜體上的外壁測溫管和測溫口的設置不影響螺帶槳的全空間混合與攪拌；同時，與釜體配套的還有溫度顯示儀和壓力顯示器，溫度顯示儀是顯示測溫口和反應釜外壁測溫管的外接溫度顯示裝置，而在釜體上部有釜體壓力感應顯示器，實時對體系的溫度和壓力進行監測，以便控制最佳的預處理反應條件。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：

本發明克服了靜態預處理反應器的混合、傳質及傳熱效果差的缺點。所采用的螺帶攪拌槳和刮底槳，在木質纖維素原料的預處理過程中，所有物料在螺帶槳的作用下，自下而上做螺旋運動，到達頂部后在重力作用下落至底部，而后又被螺帶帶起，底槳貼進釜體底部，將底部的物料分散后經螺帶槳帶起，反應器中沒有死角，有效地促進了預處理過程的高溫蒸汽與物料或化學試劑充分接觸/混合均勻。同時，反應器內的持續攪拌強化了傳熱，降低了在預處理反應器中存在的溫度梯度差，避免了反應器內局部過熱、過酸或者過堿等，減少了木質纖維素原料過度降解而產生的抑制物，使同一批反應器中物料的得到均勻的預處理效果，同時強化了傳質與對流傳熱，提高了預處理效果，進而提高了后續的糖化、發酵纖維乙醇的得率。