本实用新型专利技术公开了一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门。可以选择性降解木质素，减少酶解抑制物的产生，糖损失率低。糖损失率低。糖损失率低。
【技术实现步骤摘要】
一种木质生物质碱氧爆预处理装置
[0001]本技术涉及生物质材料
，特别涉及一种木质生物质碱氧爆预处理装置。
技术介绍
[0002]木质生物质是自然界中最丰富的含碳有机大分子功能体，在生物基材料、化学品、高附加值燃料等领域展现出诱人的前景。但是木质生物质材料结构非常复杂，其主要组分是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素组成微细纤维构成纤维细胞壁的网状骨架，半纤维素和木素则填充在纤维之间和微细纤维之间，起“粘合”和“填充”作用。在植物生长过程中，构成植物细胞壁的微细纤维(纤维素)是被木素、半纤维素包裹着的，且其本身也存在着高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触，使其难以直接被生物降解，导致酶解效率非常低，增加经济成本。因此，对于大多数木质纤维素材料而言，必须进行适当的预处理，以破坏植物细胞壁的结构和组成分布，打开生物质抗降解屏障，暴露结晶纤维素内核，提高酶的可及度。
[0003]国内外的相关研究和生产实践表明，爆破预处理是一种比较经济可行的木质纤维预处理技术，目前报道的有蒸汽爆破法、酸爆破法和氨爆破法等几种方式。蒸汽爆破法，主要是利用高压蒸汽，在处理过程中碳水化合物降解会产生有机酸，进而加快反应；酸爆破法和蒸汽爆破法类似，主要是通过预酸化，来加速降解；这两种方法，得到的底物都呈酸性，不仅对设备腐蚀严重，必须要进行碱中和及洗涤，产生大量废水和固体废物；而且对半纤维素破坏严重，同时木质素缩合后富集在纤维素表面，导致酶的无效吸附并阻碍了酶对纤维素的可及度，影响后续酶解发酵过程。氨爆破法是利用液态氨来处理原料，是蒸汽爆破法与碱处理法的结合，能有效去除木质素，抑制物产生量小，但氨属于有毒类介质，且成本高、气味大，其使用安全性、氨的回收和环境污染等方面仍面临巨大挑战。
技术实现思路
[0004]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种木质生物质碱氧爆预处理装置，减少木质素缩合，避免三废产生，增强木质生物质的预处理效果。
[0005]本技术的技术方案为：一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；
[0006]所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门，喷放锅的顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门，第六阀门用以排出剩余气体。
[0007]进一步，所述均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种。
[0008]进一步，所述爆破反应器为夹套式结构或直通式结构。
[0009]上述木质生物质碱氧爆预处理装置的预处理方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：关闭所有阀门，启动均质化处理设备，在入口处加入木质生物质，降低物料外观尺寸并实现混料，在出口处喷洒碱性药剂；
[0011]步骤S2：打开第一阀门，将混有药剂的物料输送进预热管进行预热，然后关闭第一阀门，打开第二阀门，使预热管内的物料进入爆破反应器，关闭第二阀门；
[0012]步骤S3：打开第三阀门通入蒸汽，加热物料至反应温度，关闭第三阀门；
[0013]步骤S4：打开第四阀门通入氧气，加压至反应压力，关闭第四阀门，进行碱氧爆反应；
[0014]步骤S5：打开第五阀门，进行快速释压爆破，预处理的物料经旋风分离器进入喷放锅，废气通过第四管道输送至预热管内，废气的余热对物料进行预热，剩余的废气通过第六阀门排出。
[0015]进一步，所述步骤S1中碱性药剂的质量比为1～10％。
[0016]进一步，所述碱氧爆反应的反应温度为120℃～180℃。
[0017]进一步，所述碱氧爆反应的反应压力为0.8MPa～2.0MPa。
[0018]进一步，所述碱氧爆反应的反应时间为3～30min。
[0019]本技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0020]本技术的木质生物质碱氧爆预处理装置，通过在爆破反应器前增加均质化处理设备，通过均质化处理减小原料外观尺寸和混合均匀性；同时，在碱性爆破中引入氧气，替代有毒且存在安全风险的氨，利用氧气的脱木素作用，进一步提升爆破预处理效果，降低爆破处理底物中的残留木素量，减少抑制物的产生。
附图说明
[0021]图1为本技术的木质生物质碱氧爆预处理装置的结构示意图。
[0022]均质化处理设备1、预热管2、爆破反应器3、喷放锅4、第一阀门5、第二阀门6、第三阀门7、第四阀门8、第五阀门9、第六阀门10。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例，对本技术作进一步的详细说明，但本技术的实施方式不限于此。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，本实施例提供了一种木质生物质碱氧爆预处理装置，包括均质化处理设备1、预热管2、爆破反应器3和喷放锅4。
[0026]如图1所示，均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，均质化处理设备为搓丝机、挤压撕裂机和螺旋挤压机中的至少一种，第一管道上设有第一阀门5，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门6，爆破反应器上设设有第三阀门7和第四阀门8，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器为夹套式结构或直通式结构，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第三管道与喷放锅连接，第三管道上设有第五阀门9，喷放锅的
顶部设有旋风分离器，喷放锅通过第四管道与预热管连接，预热管上设有第六阀门10，第六阀门用以排出剩余气体。
[0027]如图1所示，本实施例中，将初步粉碎、除杂的生物质原料加入搓丝机中进行均质化处理，处理后物料的颗粒尺度<1mm，在搓丝机出口处喷洒NaOH溶液，添加量为1％；打开第一阀门使物料进入预热管，然后关闭第一阀门，通入少量蒸汽，加热至80℃；打开第二阀门，加热后的物料进入爆破反应器，然后关闭第二阀门。爆破反应器采用夹套式结构，先打开第四阀门在内腔中通入氧气直至压力达到2.0MPa，然后再打开第三阀门在夹套中通入蒸汽升温至150℃，反应3min后，打开第五阀门快速施压喷放，经旋风分离器分离后进入喷放锅，分离的气体通过第四管道送回预热管，进行余热再利用，所得物料得率为85％，糖损失率为6％。
[0028]实施例2
[0029]本实施例与实施例1的区别在于，将初步粉碎、除杂的生物质原料加入挤压撕裂机中进行均质化处理，处理后物料的颗粒尺度<1mm，在挤压撕裂机出口处喷洒MgO粉末，添加量为10％；打开第一阀门使物料进入预热管，然后关闭第一阀门，通入少量蒸汽，加热至90℃；打开第二阀门，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种木质生物质碱氧爆预处理装置，其特征在于，包括均质化处理设备、预热管、爆破反应器和喷放锅；所述均质化处理设备的出口通过第一管道与预热管的入口连接，第一管道上设有第一阀门，预热管的出口通过第二管道与爆破反应器的入口连接，第二管道上设有第二阀门，爆破反应器上设有第三阀门和第四阀门，第三阀门用以向爆破反应器通入蒸汽，第四阀门用以向爆破反应器通入氧气，爆破反应器内设有螺旋轴，爆破反应器的出口通过第...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐峻，孙乾乾，楼宏铭，李军，陈克复，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：
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