一种生物质预处理一体化设备的制作方法

1.本实用新型属于生物炼制预处理设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于生物质酸处理和蒸汽爆破装置一体化的设备。

背景技术：

2.生物质作为一种可再生能源，蕴含着巨大的生物能量，它的资源化利用对节约能源，改善生态环境和可持续低碳发展都有重要的意义。由于其独特的细胞壁结构，需要预处理过程来分解木质素结构并破坏纤维素的晶体结构，以便酸或酶可以容易地接触纤维素以水解成单体。预处理允许改变木质纤维素的结构，例如增加生物质的表面积和孔隙率；修饰和去除木质素、半纤维素，并降低纤维素的结晶度。
3.蒸汽爆破预处理技术在生物炼制生产中起着非常重要的作用，植物纤维经过高强度的爆破处理，可以破坏其致密的纤维结构，利于后续生物炼制中的微生物和酶作用；酸预处理可以水解半纤维素部分，增加酶的可及性。
4.因此，预处理过程可以提高生物质原料的利用率，并能够增加酶的可及性，进而提高生物质的转化率，预处理过程越来越重要。如何更加充分地对生物质进行预处理，成为目前研究的热点和难题。

技术实现要素：

5.本实用新型旨在提供一种生物质预处理一体化设备，能够将粉碎的生物质原料在同一个设备中进行酸处理和蒸汽爆破处理，使生物质预处理更充分均匀，提高了后续酶解效果，进而提高了转化率。
6.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种生物质预处理一体化设备，包括：
7.预处理罐，包括设置在顶部的生物质进料口和底部的出料口，所述出料口连通有出料管道，所述预处理罐的罐体内设置有预处理罐搅拌装置，预处理罐上还安装有安全阀接口控制系统；
8.稀酸配制罐，具有进水口、浓酸进料口；罐体内设置有稀酸配制罐搅拌装置，所述稀酸配制罐通过稀酸进料管与预处理罐连通，以提供预处理用的酸液；
9.蒸汽发生器，通过蒸汽进气管与预处理罐的下端连通，以提供生物质预处理所用的水蒸汽。
10.根据本实用新型的一个实施方式，所述预处理罐的顶部设置有安全阀接口，安全阀接口上安装有减压阀，所述减压阀为自动开启式减压阀，并通过电路与控制系统连接。
11.根据本实用新型的一个实施方式，所述控制系统包括温度传感器、压力传感器和plc控制器，所述plc控制器通过电路与温度传感器、压力传感器、减压阀连接，并控制电磁阀和减压阀以自动化控制预处理罐罐体内部的温度和压力。
12.根据本实用新型的一个实施方式，所述温度传感器为2个，分别设置于预处理罐的
罐体侧壁的上部和下部，并呈一定倾斜角度插入罐体内部，配置为用于地测量罐体内不同部位物料的温度。
13.根据本实用新型的一个实施方式，所述稀酸配制罐和蒸汽发生器与预处理罐连通的管路上均设置有至少一个电磁阀，所述电磁阀通过控制系统调控稀酸和蒸汽的进入量。
14.根据本实用新型的一个实施方式，所述预处理罐的罐体内层和外层间形成有冷却腔；在罐体外层的下端设有与冷却腔连通的冷却水进水口，在罐体外层的上端设有与冷却腔连通的冷却水出水口。
15.根据本实用新型的一个实施方式，所述稀酸进料管的管路上还设置有稀酸泵，其配置为用于控制酸液流量。
16.根据本实用新型的一个实施方式，所述预处理罐的罐体呈上部圆柱形、底部圆锥形结构，所述圆锥形结构下端与出料管道连通，出料管道上设置有出料阀，所述出料阀通过电路与控制器连接，配置为用于自动化控制物料出料。
17.根据本实用新型的一个实施方式，所述预处理罐搅拌装置为电机所带动的螺带式搅拌装置；所述预处理罐搅拌装置包括变频电机、磁力耦合传动器、搅拌轴和螺带搅拌桨，所述搅拌轴包括轴套和轴套支撑装置；所述螺带搅拌桨在罐体内从顶部到底部直径逐渐变小。
18.根据本实用新型的一个实施方式，所述冷却腔内具有盘旋上升的冷却水管道；所述控制系统设置在外部控制室内。
19.本实用新型的有益效果：
20.1)本实用新型提供的生物质预处理一体化设备，能够将生物质酸处理与蒸汽爆破处理组合预处理，使得预处理更加充分，增加了酶的可及性，提高了后续酶解效果，进而提高了转化率。此外，通过将生物质的酸处理和蒸汽爆破处理设备一体化设计，减少了物料之间的传送，节约人力和物力。
21.2)本实用新型的安全阀接口安装可自动开启的减压阀，通过plc控制器监测汽爆罐内部压力和温度，进而自动控制减压阀的开关来维持汽爆罐内部压力平衡和温度稳定，达到蒸汽爆破的预定条件。
附图说明
22.图1是为本实用新型的生物质预处理一体化设备的整体组合结构示意图。
23.附图标记：1-进水口；2-浓酸进料口；3-稀酸配制罐搅拌装置；4-稀酸配制罐；5-电磁阀；6-稀酸泵；7-压力传感器；8-冷却水出水口；9-冷却腔；10-出料口；11-出料阀；12-生物质进料口；13-出料管道；14-减压阀；15-冷却水进水口；16-预处理罐搅拌装置；17-预处理罐；18-蒸汽发生器；19-蒸汽进气管；20-稀酸进料管；21-温度传感器。
具体实施方式
24.下文将结合具体实施例对本实用新型做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
25.如图1所示，本实用新型提供了一种生物质预处理一体化设备，包括：预处理罐17、
控制系统以及为预处理罐17分别提供酸液和水蒸汽的稀酸配制罐4和蒸汽发生器18。预处理罐17包括设置在顶部的生物质进料口12和底部的出料口10，出料口10连通有出料管道13，预处理罐17的罐体内设置有预处理罐搅拌装置16，外部还安装有安全阀接口控制系统，预处理罐17顶部设置有安全阀接口，安全阀接口上安装有减压阀，减压阀14可以是自动开启式减压阀，并通过电路与控制系统连接。
26.如图1所示，控制系统包括温度传感器21、压力传感器7和plc控制器，plc控制器通过电路与温度传感器21、压力传感器7、减压阀14连接，并控制电磁阀5和减压阀14以自动化控制预处理罐17罐体内部的温度和压力，当压力传感器7监测到预处理罐17内部压力超出范围时，通过plc控制器自动开启减压阀14来平衡压力。比如，plc控制器通过分别控制稀酸进料管20管路上以及蒸汽进气管19管路上的电磁阀5以及减压阀14，从而自动化控制预处理罐17罐体内部的温度和压力。
27.根据本实用新型，稀酸配制罐4和蒸汽发生器18与预处理罐17连通的管路上均设置有至少一个电磁阀5，所述电磁阀5通过控制系统调控稀酸和蒸汽的进入量。
28.优选地，温度传感器21为2个，分别设置在预处理罐17的罐体侧壁上部和下部，并呈一定倾斜角度插入罐体内部，用于准确地测量罐体内不同部位物料的温度。压力传感器7设置在预处理罐17罐体上部，用于监测罐体内部压力。
29.如图1所示，预处理罐搅拌装置16为电机带动的螺带式搅拌装置，包括变频电机、磁力耦合传动器、搅拌轴和螺带搅拌桨，搅拌轴包括轴套和轴套支撑装置，螺带搅拌桨在罐体内从顶部到底部直径逐渐变小。通过在预处理罐内设置螺带搅拌桨，能够更好地将预处理罐内物料与稀酸溶液混合均匀，从上到下直接逐渐变小的变径螺带搅拌桨，能够保证预处理罐下部的物料更好的与上层混合均匀。
30.如图1所示，预处理罐17的罐体内层和外层间形成有冷却腔9，在罐体外层下端设有与冷却腔9连通的冷却水进水口15，在罐体外层上端设有与冷却腔9连通的冷却水出水口8，冷却腔9内设有盘旋上升的冷却水管道。具体使用过程中，冷却水从冷却水进水口15进入冷却水管道，经过盘旋上升的管道后从冷却水出水口8排出，采用下进上出的方式，达到预处理后物料快速降温的目的。通过在预处理罐17内层和外层设置冷却腔9，能够将预处理后的物料迅速降温，减少抑制物的产生。
31.本实用新型对预处理罐17的具体形状不做限制，优选预处理罐17的罐体呈上部圆柱形、底部圆锥形结构，底部设置出料口10，并通过密封法兰与出料阀11连接，出料口连通出料管道13，出料阀11通过电路与plc控制器连接，用于自动化控制物料出料。
32.如图1所示，稀酸配制罐4具有分别设置在上部的进水口1和浓酸进料口2，罐体内设置有稀酸配制罐搅拌装置3，稀酸配制罐4通过稀酸进料管20与预处理罐17连通，以提供预处理用的酸液。蒸汽发生器18通过蒸汽进气管19与预处理罐17下端连通，提供所需的水蒸汽。稀酸进料管20和蒸汽进气管19的管路上均设置有至少一个电磁阀5，所述电磁阀与plc控制器连接，调控稀酸和蒸汽的进入量，此外，稀酸进料管20的管路上还设置有稀酸泵6，用于控制酸液流量。
33.本实用新型的生物质预处理一体化设备的工作过程和原理如下：
34.首先，通过生物质进料口12将粉碎后的生物质原料加入至预处理罐17中，通过进水口1和浓酸进料口2向稀酸配制罐4内加入一定的浓酸和水，浓酸的浓度及加入量根据实
际生物质的处理量确定。采用稀酸配制罐搅拌装置3搅拌，将浓酸和水混合均匀，在稀酸泵6的作用下，通过稀酸进料管20输送到预处理罐17中，打开预处理罐17的预处理罐搅拌装置16，在螺带搅拌桨的作用下，生物质原料与稀酸溶液充分混合后，打开蒸汽发生器18以及电磁阀5，向预处理罐17内通入蒸汽。压力传感器7和温度传感器21将实时数据传输到控制系统，控制系统根据前期所设定的程序对预处理罐17内的压力进行调节，当压力过大时，自动开启减压阀14，压力不足时，增加蒸汽的进入量，使得预处理罐17内压力达到平衡。通过控制压力间接控制温度，温度和压力维持完成后，减压阀14自动开启，瞬间泄压，完成蒸汽爆破的过程。随后进行物料的降温过程，从冷却水进水口15进入冷却水，经过盘旋管道后从冷却水出水口8排出，温度降到80℃打开搅拌，温度迅速下降，降温完成，物料从出料口10通过出料管道13排出。
35.以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种生物质预处理一体化设备，其特征在于，包括：预处理罐(17)，设有生物质进料口(12)和底部的出料口(10)，所述出料口(10)连通有出料管道(13)，所述预处理罐(17)的罐体内设置有预处理罐搅拌装置(16)，所述预处理罐(17)上还安装有安全阀接口控制系统；稀酸配制罐(4)，具有进水口(1)、浓酸进料口(2)；罐体内设置有稀酸配制罐搅拌装置(3)，所述稀酸配制罐(4)通过稀酸进料管(20)与所述预处理罐(17)连通，以提供预处理用的酸液；蒸汽发生器(18)，通过蒸汽进气管(19)与所述预处理罐(17)的下端连通，以提供生物质预处理所用的水蒸汽。2.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述预处理罐(17)的顶部设置有安全阀接口，安全阀接口上安装有减压阀，所述减压阀(14)为自动开启式减压阀，并通过电路与控制系统连接。3.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述控制系统包括温度传感器(21)、压力传感器(7)和plc控制器，所述plc控制器通过电路与温度传感器(21)、压力传感器(7)、减压阀(14)连接，并控制电磁阀(5)和减压阀(14)以自动化控制预处理罐(17)罐体内部的温度和压力。4.根据权利要求3所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述温度传感器(21)为2个，分别设置于所述预处理罐(17)的罐体侧壁的上部和下部，并呈一定倾斜角度插入罐体内部，配置为用于地测量罐体内不同部位物料的温度。5.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述稀酸配制罐(4)和蒸汽发生器(18)与所述预处理罐(17)连通的管路上均设置有至少一个电磁阀(5)，所述电磁阀(5)通过控制系统调控稀酸和蒸汽的进入量。6.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述预处理罐(17)的罐体内层和外层间形成有冷却腔(9)；在罐体外层的下端设有与所述冷却腔(9)连通的冷却水进水口(15)，在罐体外层的上端设有与所述冷却腔(9)连通的冷却水出水口(8)。7.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述稀酸进料管(20)的管路上还设置有稀酸泵(6)，其配置为用于控制酸液流量。8.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述预处理罐(17)的罐体呈上部圆柱形、底部圆锥形结构，所述圆锥形结构的下端与出料管道(13)连通，出料管道(13)上设置有出料阀(11)，所述出料阀(11)通过电路与控制器连接，配置为用于自动化控制物料出料。9.根据权利要求1所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述预处理罐搅拌装置(16)为电机所带动的螺带式搅拌装置；所述预处理罐搅拌装置(16)包括变频电机、磁力耦合传动器、搅拌轴和螺带搅拌桨，所述搅拌轴包括轴套和轴套支撑装置；所述螺带搅拌桨在罐体内从顶部到底部直径逐渐变小。10.根据权利要求6所述的生物质预处理一体化设备，其特征在于，所述冷却腔(9)内具有盘旋上升的冷却水管道；所述控制系统设置在外部控制室内。

技术总结

本实用新型公开了一种生物质预处理一体化设备，包括：预处理罐，包括设置在顶部的生物质进料口和底部的出料口，出料口连通有出料管道，预处理罐的罐体内设置有预处理罐搅拌装置，预处理罐上还安装有安全阀接口控制系统；稀酸配制罐，具有进水口、浓酸进料口；罐体内设置有稀酸配制罐搅拌装置，稀酸配制罐通过稀酸进料管与预处理罐连通，以提供预处理用的酸液；蒸汽发生器，通过蒸汽进气管与预处理罐下端连通，提供生物质预处理所用的水蒸汽。该一体化设备能够将生物质酸处理与蒸汽爆破处理组合预处理，使得预处理更加充分，增加了酶的可及性，提高了后续酶解效果，进而提高了转化率。此外一体化设计减少了物料之间的传送，节约人力和物力。约人力和物力。约人力和物力。