專利名稱：熱反應(yīng)與膜分離的循環(huán)耦合裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料預(yù)處理的裝置及預(yù)處理的方法，特別是農(nóng)業(yè)秸桿的預(yù)處理。
背景技術(shù)：
反應(yīng)釜在化工行業(yè)應(yīng)用的非常廣泛，酸性反應(yīng)體系需要在反應(yīng)內(nèi)壁加一層耐酸襯里。另外，有的反應(yīng)釜采用夾套加熱、內(nèi)置蛇管加熱等方式，尤其是在反應(yīng)物體系可以和熱物料(蒸汽)直接接觸的情況下，會使反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加設(shè)備成本，而且內(nèi)置蛇管清洗困難。若反應(yīng)釜采用間歇操作，分批進(jìn)料，分批出料，最大的缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，尤其是在反應(yīng)溫度較高的情況下，升溫和降溫都需要一定的時間。多數(shù)用于固液兩相反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)釜，只有單一的出料口，不能實(shí)現(xiàn)固液分離。放料之后還需要單獨(dú)的分離裝置，這樣不但增加了操作步驟，還增長了生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是①提供一種反應(yīng)釜，直接向反應(yīng)體系內(nèi)通蒸汽加熱物料，并起攪拌作用，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，節(jié)省成本。②設(shè)計一種分離循環(huán)裝置，投入一批物料，反應(yīng)一段時間后，打開循環(huán)系統(tǒng)，分出一部分反應(yīng)液，再接著進(jìn)料，反應(yīng)幾批物料之后停止反應(yīng)，這種操作方式既可以實(shí)現(xiàn)固液分離，又節(jié)省了生產(chǎn)周期。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。本發(fā)明一方面涉及一種反應(yīng)與分離耦合裝置，包括至少一個主反應(yīng)釜，其特征是還包括至少一個蒸汽管路，所述蒸汽管路的出氣口位于反應(yīng)釜中；主反應(yīng)釜通過管路與泵相連，泵與膜分離裝置相連，膜分離裝置與反應(yīng)釜相連，直接向反應(yīng)體系內(nèi)通蒸汽加熱物料，并起到攪拌作用，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，節(jié)省成本。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的蒸汽通路的出氣口為傘狀結(jié)構(gòu)，2-20條分支管路與蒸汽主管路相通，并與主管路之間的夾角介于20-160°，優(yōu)選介于40-120°， 進(jìn)一步優(yōu)選介于40-100°，更加優(yōu)選的介于60-80°，所述的分支管路與蒸汽主管路的夾角既可以全部相同、部分相同或者不同，所述的分支管路既可以均勻分布，也可以根據(jù)需要設(shè)置。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于蒸汽管路的主管路的上口密封。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于支管端口安裝有浮舌，蒸汽關(guān)閉后防止反應(yīng)物料進(jìn)入蒸汽管道。 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于反應(yīng)釜的內(nèi)壁襯有搪瓷或其它耐酸和/或耐堿的涂層，防止反應(yīng)體系腐蝕設(shè)備。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于反應(yīng)釜的上端設(shè)有進(jìn)料口，下端設(shè)有出料閥。
本發(fā)明另外一方面還涉及一種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于使用上述反應(yīng)與分離耦合裝置進(jìn)行預(yù)處理，包括如下步驟在生物質(zhì)加入反應(yīng)釜之后，將蒸汽通過蒸汽管道通入反應(yīng)釜內(nèi)，利用蒸汽攪拌生物質(zhì)；一定時間后用泵將物料抽出，經(jīng)膜分離器，將液體透過膜被分離出去，余下的物料則回到反應(yīng)釜內(nèi)，這樣既可以實(shí)現(xiàn)固液分離，又節(jié)省了生產(chǎn)周期。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的方法包括通過反應(yīng)釜的進(jìn)料口分批進(jìn)料的步驟。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的生物質(zhì)是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)來源于秸桿。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖中，I反應(yīng)釜的進(jìn)料口、2釜體、3蒸汽管道、4出料閥、5循環(huán)管路控制閥、6膜分離器。蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)，蒸汽管道由主管和6個支管組成，主管頂部封閉，從側(cè)面安裝6個分支管路，支管與主管軸線間的夾角為60° -80°。此外，為了防止蒸汽停止后反應(yīng)物料進(jìn)入管路，在支管的端口安裝一浮舌。分離循環(huán)管路從反應(yīng)釜的底部接出，用泵把物料抽出，送到循環(huán)管路，然后經(jīng)膜分離器，在膜分離器中，液體透過膜被分離出去，余下的物料則回到反應(yīng)釜內(nèi)。生物質(zhì)原料熱加工和分離流程生物質(zhì)原料(如秸桿)——120-190°C加熱——多數(shù)半纖維素水解(主要是木糖和阿拉伯糖)和部分木質(zhì)素水解——膜分離——溶解的單糖、低聚寡糖和部分水經(jīng)膜分離器離開反應(yīng)系統(tǒng)，其余物料(包括未水解的多聚木糖和纖維素)返回反應(yīng)釜繼續(xù)反應(yīng)。當(dāng)理解的是，本發(fā)明的具體實(shí)施例僅僅是出于示例性說明的目的，其不以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)與分離耦合裝置，包括至少一個主反應(yīng)釜，其特征是還包括至少一個蒸汽管路，所述蒸汽管路的出氣口位于反應(yīng)釜中；主反應(yīng)釜通過管路與泵相連，泵與膜分離裝置相連，膜分離裝置與反應(yīng)釜相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述的蒸汽通路的出氣口為傘狀結(jié)構(gòu)，2-20條分支管路與蒸汽主管路相通，并與主管路之間的夾角介于20-160°，優(yōu)選介于40-120°，進(jìn)一步優(yōu)選介于40-100°，更加優(yōu)選的介于60-80°，所述的分支管路與蒸汽主管路的夾角既可以全部相同、部分相同或者不同，所述的分支管路既可以均勻分布，也可以根據(jù)需要設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于蒸汽管路的主管路的上口密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于支管端口安裝有浮舌。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于反應(yīng)釜的內(nèi)壁襯有搪瓷或其它耐酸和/或耐堿的涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于反應(yīng)釜的上端設(shè)有進(jìn)料口，下端設(shè)有出料閥。
7.—種生物質(zhì)預(yù)處理的方法，其特征在于使用權(quán)利要求6所述的裝置，包括如下步驟 在生物質(zhì)加入反應(yīng)釜之后，將蒸汽通過蒸汽管道通入反應(yīng)釜內(nèi)，利用蒸汽攪拌生物質(zhì)；一定時間后用泵將物料抽出，經(jīng)膜分離器，將液體透過膜被分離出去，余下的物料則回到反應(yīng)釜內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于包括通過反應(yīng)釜的進(jìn)料口分批進(jìn)料的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的生物質(zhì)是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，特征在于所述的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)來源于秸桿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱反應(yīng)與膜分離的循環(huán)耦合裝置及其使用方法，適用于生物質(zhì)，特別是秸稈的酸性、中性或弱堿性固液混合體系，包括至少一個主反應(yīng)釜，其特征是還包括至少一個蒸汽管路，所述蒸汽管路的出氣口位于反應(yīng)釜中；主反應(yīng)釜通過管路與泵相連，泵與膜分離裝置相連，膜分離裝置與反應(yīng)釜相連。
文檔編號B01D61/00GK102580645SQ20121005721
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者王欲曉 申請人:徐州工程學(xué)院