一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置制造方法及图纸

一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置，属于生物质能源化工设备领域，包括第一硫酸加料罐、第二硫酸加料罐、乙醇加料罐、木糖渣加料器、螺旋反应器、浓酸水解釜、减压蒸馏塔、乙醇储罐、硫酸储罐、防腐离心机、稀酸水解釜、中和反应釜、发酵罐、乙醇蒸馏塔、空气换热器、空气压缩机、压缩空气储罐及精馏塔，本实用新型专利技术利用螺旋反应器和浓酸水解釜二步水解法，可以避免浓硫酸炭化木糖粉，提高纤维素转化为葡萄糖的转化率。水解完成后，直接向浓酸水解釜加入溶剂无水乙醇，解决了因浓糖粘度大、浓酸腐蚀性强造成转移分散困难的难题。采用稀酸水解半纤维素制备木糖，清除木糖渣中的所有有机和无机的杂质，净化了木糖渣，利用其中的纤维素制备乙醇。

【技术实现步骤摘要】
一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置
本技术属于生物质能源化工设备领域，具体涉及一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置。
技术介绍
木糖是很多种工业制品的重要原材料之一。经常被用来生产各种甜味的食品或饮料。由于木糖无热量但又有甜味的特性，糖尿病人也可以食用。经由加氢工艺制造的木糖醇经常被用来作为食品添加剂。虽然现在木糖生产技术已经比较成熟，生产木糖的流程也比较固定，但是在生产过程中仍然不可避免地会产生一些废渣。假如直接将这些废渣不经处理就排放到自然环境中去，必然会造成环境污染和破坏，企业不仅可能会因此面临环境保护部门的处罚，提高企业面临的环境风险，更是直接增加了企业的生产成本。因此，将木糖生产过程中产生的废渣直接丢弃的做法是不可取的，需要想办法变废为宝，将木糖生产过程中产生的废渣变成可供直接使用或间接生产其他产品使用的原料是一条比较好的可行的思路。国内许多研究单位为木糖渣利用开展了大量有益的工作，大部分工作主要以木糖渣直接利用为主，如：CN107746303A公开了一种以木糖渣为原料的腐熟基质及其制备方法和应用；CN107602970A公开了木糖渣在制备木塑材料中的应用；CN105272564B公开了一种利用木糖渣栽培秀珍菇的培养料及其夏季栽培方法；CN106978448A公开了一种木糖渣高效厌氧制沼气的方法及系统；CN106313258A公开了木糖渣制备板材的工艺方法；CN104292470A公开了一种利用木糖渣制备纯碱木质素的方法；CN104528719A公开了以碱木糖渣为原料制备活性炭的方法；CN102995477A公开了一种以木糖渣为原料制备微晶纤维素的方法；少部分工作以木糖渣为原料，酶解法制糖，如CN101619333公开了一种将木糖渣或糠醛渣高效糖化的方法；CN1327068公开了一种利用木糖渣生产酒精的方法，先酶解制糖，再发酵制备乙醇。但是，酶解成本高。经过预处理后纤维素原料先需要被纤维素酶水解成可发酵糖，再通过酵母等发酵微生物代谢生产乙醇，纤维素酶解纤维素生产乙醇行业成本最高的单元操作。首先，木质纤维素固体基质物性引起的组分基质效应、纤维素酶吸附效应、水束缚效应、抑制物效应等，造成体系传质、传热和反应特性改变，能耗增加、反应效率降低，使得纤维素乙醇酶解和发酵过程的控制和放大存在很大难度。其次，纤维素酶的成本居高不下，水解过程需要使用大量昂贵的专用酶制剂，由生产实践数据可知，酶制剂是整个生产成本的重中之重，占比高达30％～50％，远高于粮食乙醇5％～10％的水平。因此酶制剂成本己成为纤维素乙醇技术突破的关键，掌握了酶核心生产技术，就等于控制了未来产业链的上游高端。因此世界各国都在积极研究降低纤维素酶的生产成本，但仍没有办法将酶制剂成本降到可接受范围内。木糖渣含纤维素45.34％，含木质素40.09％，半纤维素4.23％，灰分8.67％，到目前为止，还没有很好的综合利用的办法。因此，如何解决纤维素水解转化为糖的效率，如何实现木糖渣的综合利用，已经成为木糖渣应用产业发展的障碍，因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这些问题。
技术实现思路
本技术的目的是提出了一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置，使用该装置，可以实现浓酸水解、糖酸分离、纤维素乙醇生产，从而实现了木糖渣综合利用。本技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置，其特征在于，包括：第一硫酸加料罐、第二硫酸加料罐、乙醇加料罐、木糖渣加料器、螺旋反应器、浓酸水解釜、减压蒸馏塔、乙醇储罐、硫酸储罐、防腐离心机、稀酸水解釜、中和反应釜、发酵罐、乙醇蒸馏塔、空气换热器、空气压缩机、压缩空气储罐及精馏塔，第一硫酸加料罐位于螺旋反应器上方，第一硫酸加料罐与螺旋反应器密封连接，第一硫酸加料罐用于将浓度为72％～80％的硫酸加入到螺旋反应器中；木糖渣加料器通过螺旋进料器与螺旋反应器连接，螺旋进料器与螺旋反应器同轴并同步转动；螺旋反应器内部设置有螺旋推进器；浓酸水解釜与螺旋反应器通过管道密封连接，并在浓酸水解釜与螺旋反应器之间的管道上设置有第一阀门；第二硫酸加料罐位于浓酸水解釜上方，第二硫酸加料罐与浓酸水解釜密封连接，并在第二硫酸加料罐和浓酸水解釜之间设置有第二阀门，第二硫酸加料罐用于将浓度为98％的硫酸加入到浓酸水解釜中；乙醇加料罐位于浓酸水解釜上方，乙醇加料罐与浓酸水解釜密封连接，并在乙醇加料罐与浓酸水解釜之间设置有第三阀门；浓酸水解釜的外部设置有水套夹层，浓酸水解釜下部设置有过滤网，浓酸水解釜底部安装有第四阀门；减压蒸馏塔与浓酸水解釜底部连接；乙醇储罐和硫酸储罐均与减压蒸馏塔密封连接；防腐离心机通过耐酸泵与浓酸水解釜密封连接；防腐离心机的出口与稀酸水解釜的入口密封连接；中和反应釜与稀酸水解釜密封连接，并在中和反应釜和稀酸水解釜之间设置有加压泵；发酵罐和中和反应釜密封连接，并在发酵罐和中和反应釜之间设置有加压泵；乙醇蒸馏塔的一端与发酵罐密封连接，乙醇蒸馏塔的另一端与精馏塔密封连接；精馏塔的乙醇出口与空气换热器的乙醇入口密封连接，空气换热器的空气出口通过空气压缩机与压缩空气储罐密封连接，空气换热器的乙醇出口与乙醇储罐连接；压缩空气储罐通过管道与浓酸水解釜密封连接，并在管道设置有压力调节阀。进一步，所述乙醇加料罐为带有防爆乙醇定量加料装置、防爆流量计和防爆电阀门的防爆定量加料装置。进一步，所述防爆电阀门为防爆电磁阀、防爆电动阀或防爆气动阀。进一步，所述防腐离心机的出口高于稀酸水解釜的入口。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：1、采用螺旋反应器，充分利用螺旋的挤压揉搓推进作用，使硫酸与木糖渣充分混合、渗透，加速水解反应。2、螺旋反应器直接与浓酸水解釜连接，螺旋反应器初步水解后降低了硫酸在体系中的比例，向浓酸水解釜加入浓硫酸进一步水解，确保水解充分。3、利用螺旋反应器和浓酸水解釜二步水解法，可以避免浓硫酸炭化木糖粉，提高纤维素转化为葡萄糖的转化率。4、水解完成后，直接向浓酸水解釜加入溶剂无水乙醇，解决了因浓糖粘度大、浓酸腐蚀性强造成转移分散困难的难题。5、采用稀酸水解半纤维素制备木糖，清除木糖渣中的所有有机和无机的杂质，净化了木糖渣，利用其中的纤维素制备乙醇。6、浓酸水解纤维素，并分离提取木质素，反应均在低温常压下进行，与酶解法相比，工艺简单，时间短，成本低，没有废水、废气、废渣产生。7、本技术使用的主要试剂是乙醇，为本技术主产品，循环利用，将大幅度降低生产成本，具有重要的产业化前景。8、乙醇蒸馏塔的上层乙醇出口与空气换热器连接，降温乙醇，加热空气，热空气经空气压缩机压缩至压缩空气储罐，利用热风给浓酸水解釜中的反应体系加热加压，保证体系迅速加热到反应温度，以适应反应温度低、反应时间短的工况需求；适当加压有利于硫酸向纤维素内部渗透，加速水解反应。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术示意性实施例及其说明用于理解本技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置，其特征在于，包括：第一硫酸加料罐(1)、第二硫酸加料罐(2)、乙醇加料罐(3)、木糖渣加料器(4)、螺旋反应器(5)、浓酸水解釜(6)、减压蒸馏塔(7)、乙醇储罐(8)、硫酸储罐(9)、防腐离心机(10)、稀酸水解釜(11)、中和反应釜(12)、发酵罐(13)、乙醇蒸馏塔(14)、空气换热器(15)、空气压缩机(16)、压缩空气储罐(17)及精馏塔(18)，第一硫酸加料罐(1)位于螺旋反应器(5)上方，第一硫酸加料罐(1)与螺旋反应器(5)密封连接，第一硫酸加料罐(1)用于将浓度为72％～80％的硫酸加入到螺旋反应器(5)中；木糖渣加料器(4)通过螺旋进料器与螺旋反应器(5)连接，螺旋进料器与螺旋反应器(5)同轴并同步转动；螺旋反应器(5)内部设置有螺旋推进器；浓酸水解釜(6)与螺旋反应器(5)通过管道密封连接，并在浓酸水解釜(6)与螺旋反应器(5)之间的管道上设置有第一阀门；第二硫酸加料罐(2)位于浓酸水解釜(6)上方，第二硫酸加料罐(2)与浓酸水解釜(6)密封连接，并在第二硫酸加料罐(2)和浓酸水解釜(6)之间设置有第二阀门，第二硫酸加料罐(2)用于将浓度为98％的硫酸加入到浓酸水解釜(6)中；乙醇加料罐(3)位于浓酸水解釜(6)上方，乙醇加料罐(3)与浓酸水解釜(6)密封连接，并在乙醇加料罐(3)与浓酸水解釜(6)之间设置有第三阀门；浓酸水解釜(6)的外部设置有水套夹层，浓酸水解釜(6)下部设置有过滤网，浓酸水解釜(6)底部安装有第四阀门；减压蒸馏塔(7)与浓酸水解釜(6)底部连接；乙醇储罐(8)和硫酸储罐(9)均与减压蒸馏塔(7)密封连接；防腐离心机(10)通过耐酸泵与浓酸水解釜(6)密封连接；防腐离心机(10)的出口与稀酸水解釜(11)的入口密封连接；中和反应釜(12)与稀酸水解釜(11)密封连接，并在中和反应釜(12)和稀酸水解釜(11)之间设置有加压泵；发酵罐(13)和中和反应釜(12)密封连接，并在发酵罐(13)和中和反应釜(12)之间设置有加压泵；乙醇蒸馏塔(14)的一端与发酵罐(13)密封连接，乙醇蒸馏塔(14)的另一端与精馏塔(18)密封连接；精馏塔(18)的乙醇出口与空气换热器(15)的乙醇入口密封连接，空气换热器(15)的空气出口通过空气压缩机(16)与压缩空气储罐(17)密封连接，空气换热器(15)的乙醇出口与乙醇储罐连接；压缩空气储罐(17)通过管道与浓酸水解釜(6)密封连接，并在管道设置有压力调节阀。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用木糖渣生产纤维素乙醇的装置，其特征在于，包括：第一硫酸加料罐(1)、第二硫酸加料罐(2)、乙醇加料罐(3)、木糖渣加料器(4)、螺旋反应器(5)、浓酸水解釜(6)、减压蒸馏塔(7)、乙醇储罐(8)、硫酸储罐(9)、防腐离心机(10)、稀酸水解釜(11)、中和反应釜(12)、发酵罐(13)、乙醇蒸馏塔(14)、空气换热器(15)、空气压缩机(16)、压缩空气储罐(17)及精馏塔(18)，第一硫酸加料罐(1)位于螺旋反应器(5)上方，第一硫酸加料罐(1)与螺旋反应器(5)密封连接，第一硫酸加料罐(1)用于将浓度为72％～80％的硫酸加入到螺旋反应器(5)中；木糖渣加料器(4)通过螺旋进料器与螺旋反应器(5)连接，螺旋进料器与螺旋反应器(5)同轴并同步转动；螺旋反应器(5)内部设置有螺旋推进器；浓酸水解釜(6)与螺旋反应器(5)通过管道密封连接，并在浓酸水解釜(6)与螺旋反应器(5)之间的管道上设置有第一阀门；第二硫酸加料罐(2)位于浓酸水解釜(6)上方，第二硫酸加料罐(2)与浓酸水解釜(6)密封连接，并在第二硫酸加料罐(2)和浓酸水解釜(6)之间设置有第二阀门，第二硫酸加料罐(2)用于将浓度为98％的硫酸加入到浓酸水解釜(6)中；乙醇加料罐(3)位于浓酸水解釜(6)上方，乙醇加料罐(3)与浓酸水解釜(6)密封连接，并在乙醇加料罐(3)与浓酸水解釜(6)之间设置有第三阀门；浓酸水解釜(6)的外部设置有水套夹层，浓酸水解釜(6)下部设置有过滤网，浓酸水解釜(6)底部安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓峰，朱燕超，杨晓敏，田玉美，王子忱，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22