一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理预处理塔及方法技术

一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理塔，包括竖直设置的塔体，以及位于塔体顶部的进料斗及位于塔体底部的出料口；所述进料斗位于塔顶中心位置，所述进料斗旁边正下方垂直于塔体方向设置分散器；所述分散器为圆锥面，所述圆锥面的顶点竖直向上指向进料斗中心，所述圆锥面上交错分布垂直于圆锥面母线方向的棒状凸起；塔体中部设置若干垂直于塔体方向的筛板；所述筛板为网状，其上垂直于筛板表面均匀分布不同高度的棒状凸起。本发明专利技术所述干法臭氧预处理塔有利于预处理半连续化、自动化、智能化作业；经过臭氧处理的秸秆木质素被去除，生物降解率明显提高，杂菌和害虫被杀灭，提高了产品的储存性能和发酵性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农作物秸秆资源综合利用
，尤其是涉及一种秸秆干法臭氧预处理塔以及基于该预处理塔的干法臭氧预处理秸秆的方法。
技术介绍
我国农作物秸秆资源丰富，但约有30％的秸秆没有得到有效利用。在广大农村地区，焚烧秸秆依然是主流的处理方式，这不仅造成了秸秆资源的严重浪费，还造成了严重的空气污染。除了传统的秸秆还田、秸秆青贮饲料等粗放、低附加值的利用方式以外，秸秆生物炼制逐渐成为十分有前景的秸秆利用方式，近年来受到越来越广泛的关注。所谓秸秆生物炼制，即通过生物方法(微生物、酶)使秸秆水解成为小分子物质，再通过发酵工程将秸秆水解物转化为产品的技术。生物炼制是生物质资源利用的重要基础，然而由于部分关键技术存在瓶颈，导致生物炼制技术在秸秆利用领域的产业化应用受到限制。除了生物炼制技术本身所需的生物处理手段(微生物制剂、酶制剂、生物反应条件等)成本较高以外，秸秆生物炼制的主要技术瓶颈主要在于秸秆生物降解效率低下，这与秸秆的微观结构有密切的关系。为了破坏秸秆的微观结构屏障，改善秸秆的生物降解效率，通常在生物降解前对秸秆采取预处理。预处理手段根据作用原理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法通过物理作用改变秸秆的颗粒大小、纤维形态等结构特征，通常不产生有毒有害物质，但是处理效果也十分有限，能耗较高。化学法主要通过酸、碱、强氧化剂、有机溶剂等化学物质对秸秆作用，通常不仅造成秸秆物理结构改变，也是秸秆成分发生化学变化，这使得预处理效果显著，但是也存在生成有害物质、试剂残留、试剂成本高的缺点。物理化学法在处理过程中结合了物理作用和化学作用，常涉及高温高压条件，对设备要求较高。生物法主要利用软腐菌、白腐菌等微生物对秸秆进行腐化处理，过程清洁卫生、低能耗，但由于处理效率很低而不实用。臭氧作为一种强氧化剂，能够高效专一地降解秸秆中的木质素组分，同时对秸秆中的多糖组分影响较小，从而有效提高秸秆生物降解效率。然而，在目前的预处理技术体系(如专利CN101121175A)，臭氧的作用没有得到足够的重视。这主要表现在：①臭氧仅作为一种辅助处理条件，其优势没有得到充分发挥；②臭氧作用过程在液态条件下进行，耗水、排污严重。相应地，目前用于臭氧预处理的设备只适合液态处理(如专利CN202576407U)，因而缺乏适用于固态条件下秸秆臭氧预处理的设备。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理塔及方法。本专利技术所述干法臭氧预处理塔有利于预处理半连续化、自动化、智能化作业；经过臭氧处理的秸秆木质素被去除，生物降解率明显提高，杂菌和害虫被杀灭，提高了产品的储存性能和发酵性能。本专利技术的技术方案如下：一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理塔，包括竖直设置的塔体，以及位于塔体顶部的进料斗及位于塔体底部的出料口；所述进料斗位于塔顶中心位置，所述进料斗旁边正下方垂直于塔体方向设置分散器；所述分散器为圆锥面，所述圆锥面的顶点竖直向上指向进料斗中心，所述圆锥面上交错分布垂直于圆锥面母线方向的棒状凸起；塔体中部设置若干垂直于塔体方向的筛板；所述筛板为网状，其上垂直于筛板表面均匀分布不同高度的棒状凸起，所述凸起的高度沿着筛板表面中点由内向外辐射的方向逐渐减小，使得所有凸起顶端中心点恰好位于同一个球面上；所述出料口呈漏斗状；在所述出料口的周围塔体侧壁上均匀设置进气口，所述进气口以管道连接汇总为一个总进气口。所述进料斗旁边的塔体上设置排气口。所述塔体底部设置用于支撑塔体的支架。所述分散器的圆锥面母线与竖直方向夹角范围为30°～50°。所述筛板的数量依据预处理塔实际容量确定，确保每层筛板上的秸秆料层的高度不超过50cm；所述筛板的网状孔径20～80目，依据秸秆颗粒的粒径选择。秸秆先经过粉碎，粉碎粒径为80～300目；调至含水率不高于75％，通过进料斗加入所述预处理塔中，使臭氧气流通过进气口在塔体内由下而上的流动，与粉碎后的秸秆混合，从而达到预处理秸秆的作用；所述秸秆为农作物秸秆及能源作物。粉碎后的秸秆调至含水率为45％～60％。经过预处理后的秸秆颗粒按照下述方法进行中和处理：定量称取预处理后的秸秆颗粒样品，加水配制成10wt％的混合液，30℃恒温放置30min，以pH计测定并记录pH；参照GBT12456-2008的方法测定样品的总酸含量，并以每克样品所含氢离子的毫摩尔数计；然后根据总酸含量计算对应需要的氢氧化钙添加量，依照该添加量向预处理秸秆中加入氢氧化钙，并充分搅拌；最后以前述方法再次测定秸秆粉pH，确定中和效果；若预处理秸秆pH未达到5，再加入氢氧化钙。所述包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、甘蔗渣、芦苇、柳枝稷、芒草；秸秆经过粉碎并调节含水量后，秸秆物料处于透气性良好的固态多孔状态。本预处理塔分散器及筛板上的圆柱状凸起，其数量、排布方式应当按照预处理塔实际设计确定，但要满足上述的设计描述。本专利技术有益的技术效果在于：经研究表明，物料在容器中堆积时，器壁处的料层孔隙率较大，而料层内部的孔隙率较小。当气体流经料层时，器壁附近的物料接触到的气流远多于料层内部接触到的气流。此外，过厚的料层由于内部压力较大，孔隙率减小，也不利于气流的通过。基于上述结论，本预处理塔设计思路主要是增加料层与壁面接触面积，同时尽量减少料层厚度。本预处理塔中的分散器能使物料从接近器壁的位置下落，在筛板上形成的料层边缘高、中心低、有利于气流均匀穿过料堆。分散器上的圆柱状凸起在物料下落过程中起到破碎物料结块的作用，使流经分散器的物料分散成粉状。多层筛板的设计，防止物料堆积过厚，由于物料自重造成底层料层透气性能下降。筛板上的圆柱形凸起，大大增加了料层与壁面的接触面积，有利于臭氧气流渗透。本专利技术能够专一地降解秸秆中的木质素，同时有效防止秸秆多糖组分损失，从而显著提高秸秆酶解糖化效率。预处理过程在常温常压的固态条件下进行，对设备要求低，高效节水，除了适用于后续液态发酵以外，也适用于制作生物饲料、生物肥料等固态发酵领域。臭氧预处理还能起到杀菌杀虫作用，有利于防止预处理秸秆发酵过程中的杂菌污染，提高预处理秸秆的贮藏稳定性。结合本方法的干法臭氧预处理塔，使物料的分散堆积、气固反应、卸料回填一次性完成，能够实现半连续化、自动化、智能化作业。秸秆物料在处理时为固体状态，节水减排，省去了后续固液分离、干燥成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理塔，包括竖直设置的塔体，以及位于塔体顶部的进料斗及位于塔体底部的出料口；其特征在于：所述进料斗位于塔顶中心位置，所述进料斗旁边正下方垂直于塔体方向设置分散器；所述分散器为圆锥面，所述圆锥面的顶点竖直向上指向进料斗中心，所述圆锥面上交错分布垂直于圆锥面母线方向的棒状凸起；塔体中部设置若干垂直于塔体方向的筛板；所述筛板为网状，其上垂直于筛板表面均匀分布不同高度的棒状凸起，所述凸起的高度沿着筛板表面中点由内向外辐射的方向逐渐减小，使得所有凸起顶端中心点恰好位于同一个球面上；所述出料口呈漏斗状；在所述出料口的周围塔体侧壁上均匀设置进气口，所述进气口以管道连接汇总为一个总进气口。

【技术特征摘要】
1.一种提高秸秆酶解糖化率的干法臭氧预处理塔，包括竖直设置的塔体，以及位于塔体顶部的进料斗及位于塔体底部的出料口；其特征在于：
所述进料斗位于塔顶中心位置，所述进料斗旁边正下方垂直于塔体方向设置分散器；所述分散器为圆锥面，所述圆锥面的顶点竖直向上指向进料斗中心，所述圆锥面上交错分布垂直于圆锥面母线方向的棒状凸起；
塔体中部设置若干垂直于塔体方向的筛板；所述筛板为网状，其上垂直于筛板表面均匀分布不同高度的棒状凸起，所述凸起的高度沿着筛板表面中点由内向外辐射的方向逐渐减小，使得所有凸起顶端中心点恰好位于同一个球面上；
所述出料口呈漏斗状；在所述出料口的周围塔体侧壁上均匀设置进气口，所述进气口以管道连接汇总为一个总进气口。
2.根据权利要求1所述的预处理塔，其特征在于所述进料斗旁边的塔体上设置排气口。
3.根据权利要求1所述的预处理塔，其特征在于所述塔体底部设置用于支撑塔体的支架。
4.根据权利要求1所述的预处理塔，其特征在于所述分散器的圆锥面母线与竖直方向夹角范围为30°～50°。
5.根据权利要求1所述的预处理塔，其特征在于所述筛板的数量依据预处理塔实际容量确定，确保每层筛板上的秸秆料层的高度不超过50cm。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正行，李诚，王莉，王韧，李永富，罗小虎，李亚男，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32