【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能糖生产，具体涉及一种提高秸秆制备木糖水解效率的方法及悬浮式搅拌桨。
技术介绍
1、在自然界中，木糖以木聚糖形式广泛存在于植物的半纤维素中，工业上采用降解木聚糖的方式来提取木糖。以甘蔗渣、玉米芯、麦秸、棉籽壳、稻壳等为代表的农作物秸秆，含有丰富的木聚糖，是提取木糖的理想原料。秸秆依次经过酸催化水解、净化、浓缩、结晶等工序得到木糖产品，其中，水解工序是木糖生产的第一道工序，也是影响木糖产品收率的关键工序之一。影响秸秆水解效率的因素除原料种类、催化剂、反应温度和反应时间之外，搅拌也是非常重要的因素，因为有无搅拌直接关系到反应时间的长短。众所周知，搅拌可以有效促进物料之间的传热、传质，特别是对于固-液-汽反应体系，搅拌的作用尤为重要，可实现物料混合均匀，在较短时间内达到充分反应，从而大幅提高反应效率。当前秸秆水解制备木糖最大的困难是秸秆可吸附其自身重量5-8倍的水，在水解釜内物料不能悬浮，仍处于堆积状态，此时对物料进行搅拌则会造成搅拌桨因物料堆积缠绕、阻力较大而损毁电机或桨叶。因此，在实际生产中秸秆水解反应釜不设置搅拌器。当秸秆被高温煮透软化时，体积减小液体浸出，物料出现一定的流动性，此时物料可借助通入的蒸汽或压缩空气进行局部翻滚，这种方式需2-4h保温水解，不仅能耗高，耗时长且受热不均匀，导致水解不充分，还容易造成局部温度过高，木糖进一步降解产生糠醛、有机酸、色素等，从而影响水解液质量和木糖收率。此外，因水解不充分，水解残渣纤维仍然保持较长的状态，容易造成反应器喷放出口堵塞，排渣不顺，严重影响下一周期水解进度。专利技
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种提高秸秆制备木糖水解效率的方法及悬浮式搅拌桨，既能有效促进秸秆混合均匀，缩短反应时间，提高水解效率，又能起到保护电机和桨叶的作用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种悬浮式搅拌桨，包括搅拌轴、桨毂和桨叶，所述搅拌轴通过多个定位螺孔和固定螺丝与桨毂连接；所述桨毂外周沿搅拌轴轴孔中心水平设置多个挂耳；所述挂耳开设挂耳销孔，并通过固定销与桨叶连接；所述桨叶包括凹槽和叶片；所述凹槽内嵌入挂耳，两端开设凹槽销孔，与挂耳通过同一固定销相串联。
4、作为本专利技术技术方案的进一步描述，所述挂耳数量为4-6个，通过焊接方式平均分布在桨毂外周。
5、作为本专利技术技术方案的进一步描述，所述桨叶长度与反应釜直径之比为0.3-0.7，数量与挂耳相同。
6、作为本专利技术技术方案的进一步描述，所述叶片形状为楔形，斜面倾角为0-10°，叶片水平宽度为两两相邻凹槽销孔中心延长线交点之间的距离。
7、本专利技术还提供一种应用悬浮式搅拌桨提高秸秆制备木糖水解效率的方法，包括如下步骤：
8、1)装料：将秸秆原料投入水解釜内，再泵入稀酸溶液，将水解釜密封；
9、2)水解：向水解釜内通入蒸汽，启动悬浮式搅拌桨，调整悬浮式搅拌桨转速，待釜内温度升至设定温度后保温，水解结束后喷放至渣浆罐中，再经渣液分离，分别得到木糖水解液和水解残渣。
10、作为本专利技术技术方案的进一步描述，步骤1)中所述的秸秆原料包括甘蔗渣、蔗髓、麦秸、牧草、棉籽壳、稻草、稻壳或玉米芯中的一种或多种，所述的水解釜装料系数为0.6-0.85。
11、作为本专利技术技术方案的进一步描述，步骤1)中所述的秸秆原料干重与稀酸溶液质量之比为1：5-1：12，所述的稀酸溶液为盐酸溶液，浓度为0.5-1.5％(w/w)。
12、作为本专利技术技术方案的进一步描述，步骤2)中所述的悬浮式搅拌桨转速为10-150转/分钟。
13、作为本专利技术技术方案的进一步描述，所述的悬浮式搅拌桨形状可根据物料的状态而改变，包括启动前，悬浮式搅拌桨桨叶处于闭合夹紧状态，垂直与轴平行；启动后，随着温度升高，釜内秸秆逐渐软化，秸秆吸附的酸液逐渐浸出，浮力增大，与秸秆的摩擦力减弱，阻力降低，悬浮式搅拌桨逐渐由垂直张开至水平并悬浮于体系中，因过程中进行了充分搅拌，釜内物料受热均匀，水解充分，水解时间缩短，从而达到了提高水解效率的目的。
14、作为本专利技术技术方案的进一步描述，步骤2)中设定温度为100-135℃，保温30-60分钟。
15、与现有技术相比，本专利技术的优势如下：
16、1、提高水解效率。目前秸秆水解反应釜不设置搅拌桨，釜内物料受热不均，为达到较高的水解程度，必须延长保温时间，通常需保温90-120min；而采用本专利技术技术有效强化了固液汽传质和混合，秸秆水解保温时间仅需30-60min即可达到甚至高于现有技术水平，大幅提高秸秆的水解效率。
17、2、节省降耗。以3m3水解釜为例，无搅拌水解每釜秸秆消耗蒸汽0.7吨，其中升温、保温消耗蒸汽0.5吨，蒸汽搅拌消耗蒸汽0.2吨，采用本专利技术技术水解每釜秸秆消耗蒸汽0.4吨，耗电0.7度，降低能耗成本40％以上。
18、3、降低排渣难度。秸秆无搅拌水解后纤维较长，在反应釜内出现团状、搭桥甚至分层现象，排料时，料液首先流出，秸秆纤维被滞留在釜内，为下一周期水解反应造成困难。采用本专利技术技术进行水解，有效提高水解效率的同时将秸秆纤维剪切分散，易于全物料排出。
19、4、有效避免了因秸秆堆积缠绕等阻力引起的电机和搅拌桨损毁情况发生，对于搅拌桨的制造加工精度也容易保证，方便拆装和运输，非常适合规模化生产应用。
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1.一种悬浮式搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴(10)、桨毂(1)和桨叶(9)，所述搅拌轴(10)通过多个定位螺孔(2)和固定螺丝(11)与桨毂(1)连接；所述桨毂(1)外周沿搅拌轴轴孔(4)中心水平设置多个挂耳(5)；所述挂耳(5)开设挂耳销孔(3)，并通过固定销(12)与桨叶(9)连接；所述桨叶(9)包括凹槽(7)和叶片(8)；所述凹槽(7)内嵌入挂耳(5)，两端开设凹槽销孔(6)，与挂耳(5)通过同一固定销(12)相串联。
2.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述挂耳(5)数量为4-6个，通过焊接方式平均分布在桨毂(1)外周。
3.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述桨叶(9)长度与反应釜直径之比为0.3-0.7，数量与挂耳(5)相同。
4.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述叶片(8)形状为楔形，斜面倾角为0-10°，叶片(8)水平宽度为两两相邻凹槽销孔(6)中心延长线交点之间的距离。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的悬浮式搅拌桨提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，包括如
6.根据权利要求5所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，步骤1)中所述的秸秆原料包括甘蔗渣、蔗髓、麦秸、牧草、棉籽壳、稻草、稻壳或玉米芯中的一种或多种，所述的水解釜装料系数为0.6-0.85。
7.根据权利要求5所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，步骤1)中所述的秸秆原料干重与稀酸溶液质量之比为1：5-1：12，所述的稀酸溶液为盐酸溶液，浓度为0.5-1.5％(w/w)。
8.根据权利要求5所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，步骤2)中所述的悬浮式搅拌桨转速为10-150转/分钟。
9.根据权利要求8所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，所述的悬浮式搅拌桨形状可根据物料的状态而改变，包括启动前，悬浮式搅拌桨桨叶处于闭合夹紧状态，垂直与轴平行；启动后，随着温度升高，釜内秸秆逐渐软化，秸秆吸附的酸液逐渐浸出，浮力增大，与秸秆的摩擦力减弱，阻力降低，悬浮式搅拌桨逐渐由垂直张开至水平并悬浮于体系中，因过程中进行了充分搅拌，釜内物料受热均匀，水解充分，水解时间缩短，从而达到了提高水解效率的目的。
10.根据权利要求5所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，步骤2)中设定温度为100-135℃，保温30-60分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种悬浮式搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴(10)、桨毂(1)和桨叶(9)，所述搅拌轴(10)通过多个定位螺孔(2)和固定螺丝(11)与桨毂(1)连接；所述桨毂(1)外周沿搅拌轴轴孔(4)中心水平设置多个挂耳(5)；所述挂耳(5)开设挂耳销孔(3)，并通过固定销(12)与桨叶(9)连接；所述桨叶(9)包括凹槽(7)和叶片(8)；所述凹槽(7)内嵌入挂耳(5)，两端开设凹槽销孔(6)，与挂耳(5)通过同一固定销(12)相串联。
2.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述挂耳(5)数量为4-6个，通过焊接方式平均分布在桨毂(1)外周。
3.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述桨叶(9)长度与反应釜直径之比为0.3-0.7，数量与挂耳(5)相同。
4.根据权利要求1所述的悬浮式搅拌桨，其特征在于，所述叶片(8)形状为楔形，斜面倾角为0-10°，叶片(8)水平宽度为两两相邻凹槽销孔(6)中心延长线交点之间的距离。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的悬浮式搅拌桨提高秸秆制备木糖水解效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述提高秸秆制备木糖水解效率的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张荣立，王元春，冯德伟，易立鹏，黄志钰，牙冬梅，谢承孟，谢晓航，韩宏明，
申请(专利权)人：广西轻工业科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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