專利名稱：一種木質纖維素的聯合預處理方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于化工領域，具體涉及一種采用稀酸循環與堿性球磨相結合進 行木質纖維素預處理的方法和系統。
技術背景木質纖維素預處理是指利用化學和物理方法，使它的三種成份纖維素與 木質素、半纖維素分離開。同時打開纖維素內部氫鍵，成為無定型纖維素，打 斷部分糖苷鍵，降低聚合度，水解半纖維素成木糖、阿拉伯糖等單糖，并提高 后續酶解效率。目前預處理的方法有濃酸法、稀酸溫烤法、堿處理法、二氧化硫法、過 氧化物法、蒸汽爆破法、氨纖爆破法、二氧化碳爆破法、濕氧化法、熱液法 等多種方法。但其中的很多方法因產率低、環境污染、設備成本和運行成本 高、操作復雜等原因未被推廣，其中較為成熟的方法僅蒸汽爆破法及稀酸溫 烤法兩種。蒸汽爆破法(Browndl and Saddler， 1984)是在不加任何催化劑的情況下， 利用高壓蒸汽(一般20(TC 23(TC)迅速升溫，期間產生的乙酸及水在高溫 下解離出的H+催化木質纖維素中大部分半纖維素水解，并改變纖維素的晶型 為無定型結構以有利于后繼酶解。但是，由于蒸汽爆破法產生的乙酸及其他 一些酸的酸性較弱，導致催化效率較低，反應速率較慢，半纖維水解效果并不 是很理想(一般僅65% 70%左右)，并且乙酸也是一種發酵抑制產物；蒸汽 爆破法木質素去除率比較低， 一些未被轉化為糖單體的糖低聚體以及一些高 溫時溶解的木質素會在冷卻后沉降黏附于纖維素表面，影響后續酶解；同時 這些未被完全水解的糖低聚體要用不同的酶對它們進行酶解，因此要一一利 用它們顯然不太現實。緣下側設置一圓凹槽，所述的圓凹槽正好允許內齒圈2插入，即，所述 的圓凹槽一側為光滑的， 一側為和內齒圈2的齒配合的齒狀，考慮到內 齒圈2和外殼內側的配合，可以在內齒圈上，和圓環形頂板4邊緣下側 圓凹槽配合的地方形成一凸臺即可，參見附圖3。當用于雙桶雙波輪洗衣機中時，只需要將外輸出空心軸5固定在洗 滌桶的外側下面，而中心輸出軸7的延長軸連接中心波輪，而中間輸出 空心軸6的延長軸連接外波輪即可。當用于本發明的申請人所述的雙動力全自動洗衣機時(即內桶和波輪都受控地反向旋轉，所述的受控是指，內桶和波輪分別獨立地被驅動， 當內桶或者波輪之一受到外力阻止時，二者都將停止轉動)，在外輸出空 心軸5可旋轉地固定在支架上，所述的支架固定在外桶的外側下面，中 間輸出空心軸6和中心輸出軸7分別連接內桶和波輪，洗滌時，鎖定外 輸出空心軸5即可形成所述的雙動力，甩干時，將外輸出空心軸5和中 心輸出軸7彼此鎖定即可(當然，也可以參照現有技術的其他方式對本 發明的減速器進行鎖定)，至于其洗滌漂洗和甩干的控制，在現有技術中 已經公開。如果需要在全自動洗衣機中設置雙波輪，可以將外輸出空心軸5可 旋轉地固定在支架上，所述的支架固定在外桶的外側下面，外輸出空心 軸5固定在內桶底部，中間輸出空心軸6和中心輸出軸7分別連接中心 波輪和外波輪，洗滌時，鎖定外輸出空心軸5即可形成所述的雙波輪洗 滌，甩干時，可參照前述方法。本發明的目的具體可以通過以下措施達到一種木質纖維素的預處理方法，將木質纖維素(玉米秸桿、麥草、稻殼 稻草、甘蔗渣、柳枝、玉米葉、玉米芯等)通過粉碎機(如萬能粉碎機)粉 碎成5 50目的顆粒，然后裝入循環反應器中，并注入稀酸，打開循環泵在溫度為50°C 200°C (50。C 10(TC常壓反應，100。C 200。C氮氣加壓到2 4MPa反應)下進行循環反應，即將反應液不停地抽出并重新加入反應器中 進行反應，反應結束后將得到的水解液(絕大部分為半纖維素水解所得)除 酸、過濾，用于發酵。其中所述的稀酸為質量分數為0.1% 5%的硫酸或鹽 酸；木質纖維素與稀酸的固液質量比為l:5 15。循環泵的流速可以為5mL 20L/min。循環反應在IO(TC以上時采用氮氣加壓，加壓到2 4 MPa。反應 時間通常為0.3 5h (—般是0.5 4h)，以最終得到的水解液的濃度為判斷 終點。反應結束后循環反應器內剩余的木質纖維素(絕大部分為纖維素)用 熱水沖洗以除去殘酸，隨后放入球磨機中加堿液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)進 行球磨，以進一步除去木質素，其中堿液(NaOH/Ca(OH)2/氨水)的質量濃 度為1 20%，剩余木質纖維素與堿液的固液比為1:1 1:15，球磨時間為0.1 5 h，反應溫度為常溫，球磨機公轉速度為20 500轉/min，自轉速度為50 800轉/min，球磨完畢除堿后用于后續酶解。一種木質纖維素預處理系統，包括A木質纖維素粉碎、B稀酸循環處理、 C球磨三個部分。木質纖維素粉碎步驟用萬能粉碎機進行粉碎，稀酸循環處 理步驟包括反應器、儲酸罐和儲液罐，其中反應器的頂部通過管道與儲酸罐 相通，反應器的底部通過管道與儲液罐相通；在反應器的進出口之間串接有 循環泵，循環泵的入口與反應器底部相通，循環泵的出口與設在反應器頂部 的噴淋頭相通。還包括氮氣瓶，其中氮氣瓶經由管道與所述的反應器頂部相 通。在反應器的頂部設有熱水入口，在所述的反應器的底部設有廢液出口。 其中循環泵為防酸循環泵。第三步驟球磨即用球磨機對剩余木質纖維素進行 加堿球磨，可以使用1 6個球磨罐，優選使用4個球磨罐，及4個備用罐； 球磨罐的材質有不繡鋼、瑪瑙、陶瓷、工程塑料、聚四氟乙烯或聚胺脂。球空心位置填塞能在水中浮起的輕質材料，這樣即使可浮動凸筋4有細小裂縫，內部進入 水也可浮起。另外本發明也有其它浮起方式，于所述的可浮動凸筋4的底側和與其對應的固定凸 筋3中空底部的波盤1表面分別固定有一層同性的磁鐵，通過同性排斥原理使得可浮動 凸筋4可以升起，所述的設于波盤l上的磁鐵與波盤l對應設有通水孔ll，固定凸筋3 在波盤1上通過開口32與通水孔11上下相通，排水時，可以將水完全排出，該結構簡 單，使用方便。如圖9所示，為了保證可浮動凸筋4可從固定凸筋3開口處浮起，且不能脫離固定 凸筋3，所述的可浮動凸筋4下部位置長度Ll大于固定凸筋開口 32長度L2，以滿足當 可浮動凸筋4升起時，阻止可浮動凸筋4脫離固定凸筋3，且可浮動凸筋4底端還有一 部分在開口 32內，該部分高度可以為可浮動凸筋整體高度的1/10 1/5。本發明所述的可浮動凸筋4兩側表面靠近下部位置與開口32內部兩側對應設有阻擋 機構，當波輪轉動且可浮動凸筋4升到最高位置時，可浮動凸筋4其中一側的阻擋機構 與開口一內側的阻擋機構對應。該阻擋機構可以都為凸肋或凸紐，也可以其中一方為凸 肋或凸紐，另一方為凹口，或者為其它可以增大摩擦的結構，波輪轉動時，以增大可浮 動凸筋與固定凸筋連接強度及減小可浮動凸筋由于水阻力產生的扭曲力。如圖4和圖5 所示，本發明所述的實施例采用凸肋結構，可浮動凸筋4升到最高時，波輪轉動，可浮 動凸筋4的一側面凸肋41滿足與開口內對應側面的凸肋35摩擦阻擋。本發明所述的可浮動凸筋升起，無論是別的裝置使其升起或是自身浮起，都會在凹 槽內進入水，尤其自身浮起的結構更需要下方水的浮力，最后需要將水排出，因此，于 所述的波盤1對應固定凸筋中空底部的位置設有通水孔11 (參閱圖10)，固定凸筋3 在波盤1上通過開口 32與通水孔11上下相通，洗衣水最后完全可以排出，為了排出干 凈，可以設有多個通水孔。本發明所述的可浮動凸筋升高后，凸筋整體高度理論上可以達到原來高度的2倍， 為了避免由于波輪轉動水的阻力使可浮動凸筋脫離或折斷，可浮動凸筋會有一部分在凹 槽內，故實際增加高度達不到原來的2倍，本發明安裝方式將可浮動凸筋4從脊板2 下面對應開口處放入固定凸筋中空內部，然后將脊板2對應固定在波盤1上，安裝非常 方便。量進行反應，節約用水量并降低能耗，使其與發酵濃度相匹配；2、根據后續 發酵濃度的不同，預處理時也可以根據需要設定水量；3、裝置中的噴淋頭可 以抑制酸液的揮發，在100'C下可以在不加壓的條件下進行反應，降低能耗； 4、循環反應時當糖在反應器中生成后，會迅速流入管道中，此時反應管道中 的溫度不如反應器中高，因此糖不會被繼續反應為糠醛等副產物，因此在反 應過程中不必考慮副產物增加的問題。第三個步驟堿性球磨可以進一步除去木質素并增加木質纖維素的比表面 積，利于后續酶解。木質纖維素經第二步稀酸循環處理后，尚有一部分木質 素殘留其中，這些木質素的存在會阻礙纖維素的酶解，加入堿后，可以破壞 木質素的結構，到達溶解木質素的目的，此外堿液通過有限溶脹使木 質纖維素細胞壁上部分氫鍵打開，增加胞壁上的孔隙度，提高木材的滲透性。 通過無限溶脹,使纖維素發生溶解，這種現象尤其易發生在無定形區內低聚合 度的纖維素上，所以堿液對纖維素中的低聚合度糖類具溶解抽提作用，部分阻 塞的紋孔和毛細管道被打開，有益于溶液的滲透，它可以促使纖維素的晶形改變，使其膨脹，纖維素的晶形從平行(parallel)結構經由過渡態到反平行 (anti-pamlld)結構(圖l),纖維素的無序度增大，熵增大，在熱力學上達到 一個更穩定的結構，即與前面所述的膨脹是相對應的。在這種結構下，微纖 維的聚合度降低。這些都使得在酶解過程中，酶能與反應物充分接觸，節省 纖維素酶的用量并達到理想的酶解效果。球磨中的磨球采用大球搭配小球的 方法，通過大球可以用來配重并砸碎樣品以及分散小球，通過小球用來混合 并研磨樣品，這樣可使球磨達到最高的效率，使研磨顆粒更小，比表面積更 大，更利于后續酶解。本發明的方法能夠有效地提高木質纖維素中半纖維素轉化率、木質素去 除率、纖維素酶解轉化率以及減少發酵抑制產物，同時還能減少酶解時的酶 用量、縮短反應時間，提高糖濃度，且能根據后續發酵濃度的需要設定預處 理的用水量。
圖1堿處理后纖維素晶型的改變示意圖。圖2本預處理系統和稀酸溫烤法預處理玉米秸稈木糖轉化率的對比圖。圖3實施例l(A)與對比例l(B)在不同纖維素酶活下酶解轉化率對比圖。 圖4為稀酸循環裝置流程圖。圖中1-8.閥門，9.循環泵，10.反應器，11.出料口， 12.進料口， 13.濾板，14.噴淋頭，15.儲酸罐，16.儲液罐，17.氮氣瓶，18.氮氣閥， 19.萬能粉碎機，20.儲堿罐，21.球磨機，22-25.不銹鋼球磨罐。
具體實施方式
實施例1將風干玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、 半纖維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)經萬能粉碎機19粉碎成40 目的顆粒，然后從進料口 12裝入稀酸循環裝置10，打開閥l、閥2，從儲酸 罐15中注入0.8。/。稀H2SO4于反應器，玉米秸稈和稀H2SO4的固液比為1:10; 打開閥3、閥4，關閉閥l、閥2，啟動循環泵9，流量設為10 L/min，反應 時液位位于濾板13的上端，在95 'C下循環反應4h，反應時液體部分通過濾 板13進行循環，固體物料部分通過濾板13阻擋留在反應器中，液體部分經 過泵9后再通過噴淋頭14以噴淋的方式回到反應器中；反應結束后關閉閥4 和泵9，打開閥2、閥5和通氣閥7，反應液流入儲液罐16，經Ca(OH)2中和 用于后繼發酵；關閉閥5和通氣閥7，打開閥8和閥6，通95'C熱水(PL) 沖洗固體，洗去殘留稀酸和木質素，廢液(CS)經闊6排出用于后繼處理； 最后打開出料口 11，把剩余的纖維素取出，輸入球磨機21的四個不銹鋼球 磨罐22、 23、 24、 25，同時從儲堿罐20中輸入5% (WT) NaOH于其中， 球磨罐中固液比為1:6，打開電源球磨30 min后取出，經除堿后用于后續酶 解發酵。半纖維轉化率達到98%，木糖濃度為15.7 g/L;木質素去除率達到 94.3%;纖維素在10 FPU/g葡聚糖的纖維素酶作用下酶解48 h(50。C，pH4.8)， 得率95.2%,在15 FPU/g葡聚糖的纖維素酶作用下酶解48 h (50°C， pH4.8)， 得率96.7%,在20 FPU/g葡聚糖的纖維素酶下酶解48 h (50°C， pH4.8)，得率 96.9%，在60 FPU/g葡聚糖的纖維素酶下酶解48 h((TC ，pH4.8)，得率99.1% 。將風干玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、 半纖維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52°/。)經萬能粉碎機19粉碎成50 目的顆粒，然后從進料口 12裝入稀酸循環裝置10，打開閥l、閥2，從儲酸 罐15中注入0.8。/。稀H2SO4于反應器，玉米秸稈和稀H2SO4的固液比為1:10; 打開閥3、閥4，關閉閥l、閥2，啟動循環泵9，流量設為10L/min,反應時 液位位于濾板13的上端，在90 'C下循環反應4 h，反應時液體部分通過濾板 13進行循環，固體物料部分通過濾板13阻擋留在反應器中，液體部分經過 泵9后再通過噴淋頭14以噴淋的方式回到反應器中；反應結束后關閉閥4 和泵9，打開閥2、閥5和通氣閥7，反應液流入儲液罐16，經Ca(OH)2中和 用于后續發酵；關閉閥5和通氣閥7，打開閥8和閥6，通95。C熱水(PL) 沖洗固體，洗去殘留稀酸和木質素，廢液(CS)經閥6排出用于后繼處理； 最后打開出料口 11，把剩余的纖維素取出，輸入球磨機21的四個不銹鋼球 磨罐22、 23、 24、 25，同時從儲堿罐20中輸入3% (WT) NaOH于其中， 球磨罐中固液比為1:7，打開電源球磨30 min后取出，經除堿后用于后續酶 解發酵。半纖維轉化率達到79.9%，木糖濃度為12.8 g/L;木質素去除率達到 90.7%;纖維素在10 FPU/g葡聚糖的纖維素酶作用下酶解4S h(5(TC ，pH4.8)， 得率91.4%。 實施例3將風干玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、 半纖維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)經萬能粉碎機19粉碎成50 目的顆粒，然后從進料口 12裝入稀酸循環裝置10，打開閥l、閥2，從儲酸 罐15中注入0.98 %稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1:6; 打開閥3、閥4，關閉閥l，打開氮氣閥18，從氮氣瓶17中通入N2，加壓到 2.5 MP,啟動循環泵9，流量設為10 L/min，反應時液位位于濾板13的上端， 在105 。C下循環反應2 h,反應時液體部分通過濾板13進行循環，固體物料 部分通過濾板13阻擋留在反應器中，液體部分經過泵9后再通過噴淋頭14 以噴淋的方式回到反應器中；反應結束后關閉閥4和泵9，關閉氮氣閥18，打開閥5和通氣閥7，反應液流入儲液罐16，經Ca(0H)2中和用于后續發酵; 關閉閥5和通氣閥7，打開閥8和閥6，通95。C熱水(PL)沖洗固體，洗去 殘留稀酸和木質素，廢液(CS)經閥6排出用于后續處理；最后打開出料口 11，把剩余的纖維素取出，輸入球磨機21的四個不銹鋼球磨罐22、 23、 24、 25,同時從儲堿罐20中輸入3。/。(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比為1:7， 打開電源球磨30min后取出，經除堿后用于后繼酶解發酵。半纖維轉化率達 到95.4%，木糖濃度為25.4 g/L;木質素去除率達到96.7%;纖維素在10FPU/g 葡聚糖的纖維素酶作用下酶解48h (50°C， pH4.8),得率97.4%。 實施例4將風干玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、 半纖維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)經萬能粉碎機19粉碎成50 目的顆粒，然后從進料口 12裝入稀酸循環裝置10，打開閥l、閥2，從儲酸 罐15中注入0.98 %稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1:8; 打開閥3、閥4，關閉閥l，打開氮氣閥18，從氮氣瓶17中通入N2，加壓到 2.5 MP,啟動循環泵9，流量設為10 L/min，反應時液位位于濾板13的上端， 在12(TC下循環反應30 min，反應時液體部分通過濾板13進行循環，固體物 料部分通過濾板13阻擋留在反應器中，液體部分經過泵9后再通過噴淋頭 14以噴淋的方式回到反應器中；反應結束后關閉閥4和泵9，關閉氮氣閥18, 打開閥5和通氣閥7，反應液流入儲液罐16，經Ca(OH)2中和用于后續發酵； 關閉閥5和通氣閥7，打開閥8和閥6，通95。C熱水(PL)沖洗固體，洗去 殘留稀酸和木質素，廢液(CS)經閥6排出用于后續處理；最后打開出料口 11，把剩余的纖維素取出，輸入球磨機21的四個不銹鋼球磨罐22、 23、 24、 25，同時從儲堿罐20中輸入3。/。(WT)NaOH于其中，球磨罐中固液比為1:7， 打開電源球磨30min后取出，經除堿后用于后繼酶解發酵。半纖維轉化率達 到96.8%,木糖濃度為19.1 g/L;木質素去除率達到93.7e/o;纖維素在10FPU/g 葡聚糖的纖維素酶作用下酶解48h (50'C， pH4.8)，得率98.9%。 實施例5將風干玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08°/。、 半纖維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)經萬能粉碎機19粉碎成40 目的顆粒，然后從進料口 12裝入稀酸循環裝置10，打開閥l、閥2，從儲酸 罐15中注入1.2%稀鹽酸于反應器，玉米秸稈和稀鹽酸的固液比為1:10;打 開閥3、閥4，關閉閥l、閥2，啟動循環泵9，流量設為10 L/min，反應時 液位位于濾板13的上端，在95 'C下循環反應4h，反應時液體部分通過濾板 13進行循環，固體物料部分通過濾板13阻擋留在反應器中，液體部分經過 泵9后再通過噴淋頭14以噴淋的方式回到反應器中；反應結束后關閉閥4 和泵9，打開閥2、閥5和通氣閥7，反應液流入儲液罐16，經Ca(OH》中和 用于后繼發酵；關閉閥5和通氣閥7，打開閥8和闊6，通95"C熱水(PL) 沖洗固體，洗去殘留稀酸和木質素，廢液(CS)經閥6排出用于后繼處理； 最后打開出料口 11，把剩余的纖維素取出，輸入球磨機21的四個不銹鋼球 磨罐22、 23、 24、 25，同時從儲堿罐20中輸入5% (WT) NaOH于其中， 球磨罐中固液比為1:6，打開電源球磨30 min后取出，經除堿后用于后續酶 解發酵。半纖維轉化率達到93.7%，木糖濃度為16.7 g/L;木質素去除率達到 92.3%;纖維素在10FPU/g葡聚糖的纖維素酶下酶解48h (50°C， pH4.8)， 得率97.1%。 對比例1將玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、半纖 維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)風干粉碎后裝入反應器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1:10;在95'C下反 應8h;反應結束后反應液經Ca(OH)2中和用于后續發酵，固體部分通95'C 熱水沖洗，洗去殘留稀酸和木質素,廢液排出用于后續處理；最后剩余的纖維 素取出，用于后續酶解發酵。半纖維轉化率達到75.1%，木糖濃度為12.03 g/L; 木質素去除率達到15.5%;纖維素在10FPU/g葡聚糖的纖維素酶作用下酶解 48h (50°C， pH4.8),得率39.4%，纖維素在15 FPU/g葡聚糖的纖維素酶作 用下酶解(50°C， pH4.8)，得率47.3%，纖維素在20 FPU/g葡聚糖的纖維素 酶作用下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率53.7%，纖維素在60 FPU/g葡聚糖的纖維素酶下酶解48h (50°C， pH4.8)，得率70.4%。 對比例2將玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、半纖 維素20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)風干粉碎裝入反應器中，注入 0.8。/。稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1:10;在9(TC下 反應8h;反應結束后，反應液經Ca(OH)2中和用于后繼發酵，固體部分通 95 t:熱水沖洗，洗去殘留稀酸和木質素，廢液排出用于后繼處理；最后剩余 的纖維素取出，用于后繼酶解發酵。半纖維轉化率達到61.3%，木糖濃度為 9.8g/L;木質素去除率達到11.3%;纖維素在60FPU/g葡聚糖的纖維素酶下 酶解48h (50。C， pH4.8)，得率57.5%。 對比例3將玉米秸桿(水分12.82%、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、半纖 維素20.03%、木質素19.95°/。、灰分5.52%)風干粉碎后裝入反應器中，注入0.8。/。稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1: 10;在105 。C 下加壓2.5 MP反應8 h;反應結束后反應液經Ca(OH)2中和用于后續發酵， 固體部分通95"C熱水沖洗，洗去殘留稀酸和木質素，廢液排出用于后續處 理；最后剩余的纖維素取出，用于后續酶解發酵。半纖維轉化率達到81.3%， 木糖濃度為13.0 g/L;木質素去除率達到33.7%;纖維素在纖維素在60 FPU/g 葡聚糖的纖維素酶作用下酶解48h (50'C， pH4.8)，得率76.8%。 對比例4將玉米秸桿(水分12.82°/。、苯醇抽提物17.44%、纖維素40.08%、半纖維素 20.03%、木質素19.95%、灰分5.52%)風干粉碎后裝入反應器中，注入0.8 % 稀H2S04于反應器，玉米秸稈和稀H2S04的固液比為1:10;在12(TC下加壓 2.5MP反應8h;反應結束后反應液經Ca(OH)2中和用于后續發酵，固體部 分通95 C熱水沖洗，洗去殘留稀酸和木質素，廢液排出用于后續處理；最后 剩余的纖維素取出，用于后續酶解發酵。半纖維轉化率達到85.9%，木糖濃 度為13.7g/L;木質素去除率達到39.6%;纖維素在60FPU/g葡聚糖的纖維 素酶作用下酶解48h (5(TC， pH4.8)，得率80.2%。
權利要求
1、一種木質纖維素的聯合預處理方法，其特征在于將木質纖維素粉碎后裝入循環反應器中，并注入稀酸，打開循環泵在溫度為50～200℃下進行循環反應，反應結束后將得到的水解液除酸，用于發酵；循環反應器內剩余的木質纖維素沖洗后，放入球磨機中加堿液進行球磨，球磨完畢除堿后用于后續酶解。
2、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于循環反應前先將木質 纖維素粉碎為5 50目的顆粒。
3、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于所述的稀酸為質量分 數為0.1% 5%的硫酸或鹽酸。
4、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于木質纖維素與稀酸的 固液質量比為1:5 15。
5、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于50 10(TC循環反應 時為常壓反應；100 20(TC循環反應時采用氮氣加壓，加壓到2 4MPa。
6、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于所述的堿液為濃度為 1 20。/。的NaOH水溶液、Ca(0H)2水溶液、Ca(OH)2懸濁液或氨水。
7、 根據權利要求1所述的預處理方法，其特征在于剩余木質纖維素與堿 液的固液比為1:1 1:15,球磨時間為0.1 5h。
8、 一種木質纖維素的聯合預處理系統，包括反應器、儲酸罐和儲液罐， 其中反應器的頂部通過管道與儲酸罐相通，反應器的底部通過管道與儲液罐 相通，其特征在于在反應器的進出口之間串接有循環泵，循環泵的入口與反 應器底部相通，循環泵的出口與設在反應器頂部的噴淋頭相通；反應器固體 物料的入口與粉碎機的出口相通，反應器固體物料的出口與連有儲堿罐的球 磨機相通。
9、 根據權利要求8所述的木質纖維素的聯合預處理系統，其特征在于還 包括氮氣瓶，其中氮氣瓶經由管道與所述的反應器頂部相通。換句話說，在使用傳統粉碎機的情況下，即使廢紙被切成小片并 且印刷的字符和圖形不易讀取，且切碎的小片被浸軟，但不能完全避 免向外散布。為此，廢紙碎片可以儲存在內部倉庫中，但是需要這種 儲存位置，而且資源只能被應用一次而不能被有效使用。相比之下，根據優選實施例的廢紙再循環設備1，印制在廢紙上 的信息不會散布到封閉系統以外，從而可以有效利用資源。優選實施例2圖11和圖12顯示了該優選實施例，其與優選實施例l相類似， 除了對濃度調節部分3的結構進行改動之外，此外也對與其相關的清 潔系統CS稍微做了改動。也就是說，在優選實施例的廢紙再循環系統1中，主要對紙漿濃 度調節部分3的結構做了變動，從而節省了水消耗，并使廢紙再循環 設備1的整體結構更加緊湊。該優選實施例中的紙漿濃度調節部分3被設計來對在制漿部分2 中的廢紙紙漿UPP的分離部分的濃度進行調節，其主要包括廢紙紙漿 分離部分301和濃度調節部分302，如圖11和圖12所示。因此，優選實施例1中的濃度調節箱26在該實施例中用作紙漿存 儲箱，該紙漿存儲箱26結合如下所述的下限位浮子開關45、上限位 浮子開關46、紙漿濃度調節部分3的紙漿分離泵306。廢紙紙漿分離部分301從制漿部分2中制作的廢紙紙漿UPP的總 容積中分離出規定部分，其包括紙漿分離箱305和紙漿分離泵306。紙漿分離箱305將由制漿部分2在在先工藝中制作的廢紙紙漿分 離出規定部分并進行存儲，特別地，只有存儲在紙漿存儲箱26中的廢 紙紙漿UPP總容積的規定部分被分離出來且通過紙漿分離泵306供應 到紙漿分離箱305中。所述紙漿分離箱305安裝在如下所述的濃度調 節部分302的濃度調節箱307中。濃度調節部分302被設計來將用于濃度調節的水添加到由紙漿分 離部分301分離出的規定部分的廢紙紙漿UPP中，并特別地包括由濃
全文摘要
本發明公開了一種木質纖維素的聯合預處理方法，將木質纖維素粉碎后裝入循環反應器中，并注入稀酸，打開循環泵在溫度為50℃～200℃下進行循環反應，反應結束后將得到的水解液除酸，用于發酵；循環反應器內剩余的木質纖維素沖洗后，放入球磨機中加堿液進行球磨，球磨完畢除堿后用于后繼酶解。本發明能夠有效地提高木質纖維素中半纖維素轉化率、木質素去除率、纖維素酶解轉化率以及減少發酵抑制產物，同時還能減少酶解時的酶用量、縮短反應時間，提高糖濃度，且能根據后繼發酵濃度的需要設定預處理的用水量。
文檔編號D21C5/00GK101230546SQ20081002022
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月28日 優先權日2008年2月28日
發明者嚴立石, 張紅漫, 林增祥, 賈紅華, 陳敬文, 振 高, 和 黃, 黃之初 申請人:中國石油化工股份有限公司;南京工業大學