一种生物质水解连续化实验系统及方法与流程

本发明涉及生物质水解，具体为一种生物质水解连续化实验系统及方法。

背景技术：

1、生物质是农业生产与农产品加工过程中产生的大宗农林废弃物，富含纤维素、半纤维素，通过水解可转化为木糖、葡萄糖等可发酵糖，是制备生物基材料、生物燃料、高附加值化学品的重要原料。传统生物质水解多采用间歇反应釜（即：通过水煮的形式在反应釜内水解），批次操作、效率低、物料停留时间不均，数据重复性差；同时反应装置存在着加热不均匀，温度过冲大，压力控制依赖手动调节，稳定性不足的缺陷，即：上述方式无法为后续工业化连续水解提供依据。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种生物质水解连续化实验系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种生物质水解连续化实验系统，该实验系统包括用于实现生物质水解的若干个萃取反应器，若干个萃取反应器依次串联设置，若干个萃取反应器分别与蒸汽管道和氮气置换管道；末端的萃取反应器的出口通过冷凝器与冷凝液排出管道相连。

4、本发明的有益效果为：本发明摒弃了传统的技术方案，将生物质原料分散至若干个萃取反应器内，通过将若干个萃取反应器依次串联设置，并通过氮气置换管道中的氮气进行气体置换后，利用蒸汽管道内的蒸汽对生物质进行水解，上述过程能够实现连续化作业、在提高生物质水解效率的同时实现生物质的均匀加热，并为后续的工业化生产提供依据。

5、优选的，所述萃取反应器包括反应器壳体，反应器壳体的底部设有下封头，反应器壳体的顶部通过锁紧螺栓与上封头相连，下封头的内部设有气体分布器，上封头上设有与其内壁相连的过滤器，上封头的顶部中间位置上设有水解气出口管道，上封头顶部一侧设有置换气进口。

6、优选的，所述氮气置换管道分别与若干个萃取反应器的置换气进口相连；蒸汽管道分别与若干个萃取反应器中气体分布器的第一进口相连；前一水解气出口管道与后一萃取反应器中气体分布器的第二进口相连。

7、优选的，所述氮气置换管道与各自对应的置换气进口之间设有第一阀门，蒸汽管道与各自对应的气体分布器第一进口之间设有第二阀门，前一水解气出口管道和气体分布器第二进口之间设有第三阀门。

8、优选的，所述若干个萃取反应器的上封头上分别设有压力传感器，末端的萃取反应器上的压力传感器与气动背压调节阀联锁控制；气动背压调节阀设置在萃取反应器出口和冷凝器之间。

9、优选的，所述氮气置换管道的进口与氮气瓶相连，蒸汽管道的首端与蒸汽发生单元相连；蒸汽发生单元包括原料液储罐，原料液储罐通过原料进料泵与预热炉内的预热盘管相连，预热盘管的出口与蒸汽管道相连。

10、优选的，所述预热盘管的出口与蒸汽管道之间设有第一三通，第一三通的第三端通过第四阀门与氮气置换管道相连；原料液储罐和原料进料泵之间依次设有第二三通和第三三通，原料进料泵和预热炉之间设有第四三通，第二三通的第三端和第四三通的第三端之间设有第五阀门，第三三通的第三端设有带第六阀门的置换气外排管道。

11、优选的，所述若干个萃取反应器、冷凝器前置相应输送水解气的相关管道上分别设有电伴热带。

12、优选的，所述下封头的底部设有带排渣阀门的排渣管道。

13、本发明提供了一种生物质水解连续化实验系统的方法，所述的方法包括如下步骤：

14、步骤1：选择对生物质进行水解的萃取反应器数量，选取的萃取反应器需靠近冷凝器一侧；

15、步骤2：将生物质与水解催化剂进行混合制备成为固相反应物料，将步骤1中选取的萃取反应器的上封头打开，将固相反应物料装填至萃取反应器内；最终通过锁紧螺栓使上封头紧密固定在反应器壳体的顶部；

16、步骤3：开启选取萃取反应器各自对应的第一阀门，使氮气置换管道内的氮气进行萃取反应器以及相应的水解气出口管道内，对其内部的气体进行置换，置换过程中的气相通过冷凝器由冷凝液排出管道排出；上述置换过程中检查整个系统的气密性，保证各接头紧固密封，不发生泄漏的情况；

17、步骤4：步骤3中氮气置换结束后，打开首端萃取反应器对应的第二阀门，蒸汽管道内的蒸汽通过首端萃取反应器的气体分布器进入首端萃取反应器内，水解气通过相应的水解气出口管道由下一萃取反应器的气体分布器内进入到下一萃取反应器内，最终通过末端萃取反应器的水解气出口管道进入到冷凝器中进行冷凝，冷凝后的液相由冷凝液排出管道排出后进行收集；

18、所述萃取反应器内的温度≤200℃，使用压力≤ 1.5mpag；萃取反应器的填充量不大于萃取反应器高度的三分之二；萃取反应器内升温速率≤5℃/min；

19、步骤5：当末端萃取反应器内的压力超出预设阈值时，气动背压调节阀增大开度进行卸料；

20、步骤6：步骤3中氮气置换管道内的氮气来源于氮气瓶；步骤4中蒸汽管道内的蒸汽来源于蒸汽发生单元；

21、步骤7：氮气置换管道内的氮气通过第四阀门进入到预热盘管以及预热盘管至原料液储罐之间相应的管道内进行气体置换，气体置换后通过带第六阀门的置换气外排管道进行外排；氮气置换过程中检查蒸汽发生单元的气密性，保证各接头紧固密封，不发生泄漏的情况；

22、步骤8：原料液储罐内的纯水通过原料进料泵进入预热炉内预热盘管中产出蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道以及相应的第二阀门和相应的萃取反应器的气体分布器内进入相应的萃取反应器中；

23、步骤9：运行过程中蒸汽管道、若干个萃取反应器以及冷凝器前置相应输送水解气相关管道上的电伴热带处于开启状态。

24、按照上述技术方案制成的一种生物质水解连续化实验系统及方法，本发明为生物质水解小试设备，其摒弃了传统技术中将生物质放置在间歇反应釜内水煮的粗放式水解方案，而是采用工业化的方式进行水解形式，在实现均匀加热的前提下实现连续化水解，不仅提高了水解效率还能够保证试验结构准确的特点；进一步地，本发明可采用撬装集成的方式，以实现便于安装、运输和检修的特点，为了实现撬装集成本发明中所述的萃取反应器可采用小容量的模式，例如：容积为1l、1.5l或2l等，即实现萃取反应器的小型化，与此同时配备氮气瓶以及蒸汽发生单元；氮气瓶中的氮气不仅能够实现本系统的气体置换，还能够实现蒸汽发生单元的气体置换，与此同时由于设备小型化造成设备散热过快，基于此本申请在相关的位置上设有电伴热带，从而保证水解反应能够顺利进行，并在提高水解效率的同时保证了试验结果的准确性；具有结构设计合理、流程上能够实现连续水解反应，缩短工业化试验周期以及设备安全可靠的优点。

1.一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：该实验系统包括用于实现生物质水解的若干个萃取反应器（1），若干个萃取反应器（1）依次串联设置，若干个萃取反应器（1）分别与蒸汽管道（2）和氮气置换管道（3）；末端的萃取反应器（1）的出口通过冷凝器（4）与冷凝液排出管道（5）相连。

2.根据权利要求1所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述萃取反应器（1）包括反应器壳体，反应器壳体的底部设有下封头（6），反应器壳体的顶部通过锁紧螺栓与上封头（7）相连，下封头（6）的内部设有气体分布器（8），上封头（7）上设有与其内壁相连的过滤器（9），上封头（7）的顶部中间位置上设有水解气出口管道（10），上封头（7）顶部一侧设有置换气进口。

3.根据权利要求2所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述氮气置换管道（3）分别与若干个萃取反应器（1）的置换气进口相连；

4.根据权利要求3所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述氮气置换管道（3）与各自对应的置换气进口之间设有第一阀门（11），蒸汽管道（2）与各自对应的气体分布器（8）第一进口之间设有第二阀门（12），前一水解气出口管道（10）和气体分布器（8）第二进口之间设有第三阀门（13）。

5.根据权利要求4所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述若干个萃取反应器（1）的上封头上分别设有压力传感器（17），末端的萃取反应器（1）上的压力传感器（17）与气动背压调节阀（18）联锁控制；气动背压调节阀（18）设置在萃取反应器（1）出口和冷凝器（4）之间。

6.根据权利要求1所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述氮气置换管道（3）的进口与氮气瓶（19）相连，蒸汽管道（2）的首端与蒸汽发生单元相连；

7.根据权利要求6所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述预热盘管（23）的出口与蒸汽管道（2）之间设有第一三通（24），第一三通（24）的第三端通过第四阀门（14）与氮气置换管道（3）相连；原料液储罐（20）和原料进料泵（21）之间依次设有第二三通（25）和第三三通（26），原料进料泵（21）和预热炉（22）之间设有第四三通（27），第二三通（25）的第三端和第四三通（27）的第三端之间设有第五阀门（15），第三三通（26）的第三端设有带第六阀门（16）的置换气外排管道。

8.根据权利要求1所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述若干个萃取反应器（1）、冷凝器（4）前置相应输送水解气的相关管道上分别设有电伴热带（28）。

9.根据权利要求2所述的一种生物质水解连续化实验系统，其特征在于：所述下封头（6）的底部设有带排渣阀门（29）的排渣管道。

10.一种生物质水解连续化实验系统的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：