本发明涉及纤维素乙醇的制造领域，具体地，涉及一种纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法及应用。
背景技术：
能源和环境问题是实现可持续发展所必须解决的问题。从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。在此背景下，生物质作为唯一可转化为液体燃料的可再生资源，正日益受到重视。所以生物质制液体燃料的技术很有发展前途，这中间又以生物质制燃料乙醇技术备受关注。现有工业化燃料乙醇生产均以糖或粮食为原料，其优点是工艺成熟，但是产量受原料的限制，难以长期满足能源需求。
从长远考虑，以纤维素(包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾等)为原料生产燃料乙醇，可能是解决原料来源和进行规模化生产的主要途径之一。我国有发展纤维素制乙醇的有利条件，每年仅农作物秸秆就有7亿多吨(干重)，而我国粮食资源并不丰富，因此将农林废弃物转化为燃料乙醇，形成产业化利用，非常有利，从能源安全角度上看也是十分有利的，而且可消除由焚烧秸秆造成的环境问题。
纤维素乙醇生产关键的预处理技术是采用蒸汽爆破的方式将生物质原料结构完全打开，使纤维素、半纤维素充分与酶接触，从而达到良好的酶解效果。但是对于蒸汽爆破所生产的物料，很难从外观判断其结构打开的程度。传统的方法是使用酶解法，但是酶解法所需要的时间长，成本高。因此，发展一种快速便捷的判断打开程度的方法是非常必要的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种新的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法，通过该方法能够简单方便地判断纤维素乙醇蒸汽爆破物料的结构打开程度，由此能够指导后续的酶解反应的条件和程度，缩短纤维素、半纤维素与酶接触酶解时间而达到较高的纤维转化率，以实现较高的经济性。
本发明的发明人经过深入研究后发现，生物质原料经过蒸汽爆破后所产生的物料中的干物质的含量在30-35重量％之间。由于含有一定量的单糖，故物料具有一定粘性，无法使用筛子直接筛分测定其粒度；如果对物料进行烘干处理，会导致物料结块，无法进一步筛分；如果烘干后再研磨，会破坏物料原有的结构，测定的粒度结果不能够真实反映物料结构的实际状况。
针对上述问题，本发明的发明人发现，通过将纤维素乙醇蒸汽爆破物料水洗干燥后测定其粒度，能够解决上述技术问题。
具体地，本发明提供了一种纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法，该方法包括以下步骤：
(1)测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料中的干物质的含量ts；
(2)称取重量为w1的与步骤(1)中组成相同的纤维素乙醇蒸汽爆破物料，将该纤维素乙醇蒸汽爆破物料与水接触形成混合物；
(3)将步骤(2)所得混合物通过80目标准筛；
(4)将步骤(3)中80目标准筛上的剩余物料干燥，称重，将80目标准筛上剩余物料的重量记为w2；计算80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料占纤维素乙醇蒸汽爆破物料中干物质的比例。
本发明还提供了上述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法在纤维素乙醇原料预处理中的应用。
采用本发明的方法测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度来判断结构的打开程度，既能去除单糖的粘性对测试的影响，又能使物料彻底松散，通过 该方法能够简单方便地判断纤维素乙醇蒸汽爆破物料的结构打开程度，由此能够指导后续的酶解反应的条件和程度，缩短纤维素、半纤维素与酶接触酶解时间而达到较高的纤维转化率。相对于酶解法能短时高效地测定出纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度，作为生产线上预处理工艺控制指标。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法，该方法包括以下步骤：
(1)测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料中的干物质的含量ts；
(2)称取重量为w1的与步骤(1)中组成相同的纤维素乙醇蒸汽爆破物料，将该纤维素乙醇蒸汽爆破物料与水接触形成混合物；
(3)将步骤(2)所得混合物通过80目标准筛；
(4)将步骤(3)中80目标准筛上的剩余物料干燥，称重，将80目标准筛上剩余物料的重量记为w2；计算80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料占纤维素乙醇蒸汽爆破物料中干物质的比例。
在本发明中，80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的比例可以根据式(i)计算得出：
80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的比例＝w2/(w1×ts)×100重量％，式(i)。
在本发明中，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的原料没有特别地限定，例如，可以为各种含有木质纤维素的农作物秸秆、草和碎木。优选地，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的原料为玉米秸秆。
在测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的干物质含量ts之前，优选地，将所述物料采用四分法取样，具体地，将待测的纤维素乙醇蒸汽爆破物料采用四分法等分成四份，其中的两份分别用来测定其中的干物质含量，然后取平均值作为该批次样品干物质含量ts；其余的两份分别用来进行粒度测定，然后取平均值作为该批次样品的粒度。
在本发明中，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的干物质含量ts的测定方法为本领域的常规方法，例如，将需要测定ts值的物料烘干至恒温后称重，ts即为烘干后的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的重量与烘干前的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的重量百分比。所述烘干的条件包括：烘干的温度可以为100-120℃，优选为100-110℃；烘干的时间为1-3小时，优选为2-3小时。
在本发明的一个优选的实施方式中，将纤维素乙醇蒸汽爆破物料置于105℃的烘箱中烘干2个小时。
在本发明中，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料与水接触的条件包括：温度可以为20-35℃，时间可以为20-30分钟。本发明中使用的水优选为蒸馏水。
在本发明中，用于分散物料的水的用量可以根据纤维素乙醇蒸汽爆破物料的量来确定，相对于100重量份的所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料，所述水的用量可以为300-1000重量份，优选为400-600重量份。
优选地，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料与水混合后充分搅拌直至纤维素乙醇蒸汽爆破物料在水中分散均匀。
根据本发明，在步骤(3)中，所述混合物通过80目标准筛的操作为本领域技术人员所熟知。例如，可以将混合物边搅拌边缓慢倒入80目标准筛中。缓慢倒入的标准是水流不对标准筛中的物料产生外加压力，以防粒度大于80目的物料被冲过筛，影响测定结果。
在本发明中，所述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法还包括，用水清洗盛放所述混合物的容器，以及用水冲洗80目标准筛。用于清洗容器 的水的体积和冲洗80目标准筛的水的体积为本领域的常规选择，在此不再赘述。
在本发明中，为了避免烘干后物料粒径变小而发生跑料的情况，在准确称量80目标准筛上剩余物料的重量w2时，优选地使用80目标准筛的附属底盘置于所述标准筛下，一起称量80目标准筛及标准筛上的剩余物料和附属底盘的重量w3，相应地，需要在步骤(3)之前，称量所述80目标准筛和附属底盘的重量w4，计算得出w2＝w3-w4。
优选地，所述80目标准筛与附属底盘在使用之前置于105℃的烘箱中干燥20分钟后取出，存放于干燥器中待用。
在本发明中，步骤(4)的干燥条件包括：温度可以为100-120℃，时间可以为30-60分钟。干燥后称重前优选地将80目标准筛及标准筛上的剩余物料和附属底盘置于干燥器中冷却10-20分钟。
本发明还提供了上述纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法在纤维素乙醇原料预处理中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。其中，不同实施例中使用的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的批次均不相同。实施例中使用的80目标准筛产自上海冀浩金属制品有限公司。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法。
称取400g纤维素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均匀分为4份。其中2份用于测定干物质含量ts，其余2份用于测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。将80目标准筛和附属底盘置于105℃烘箱中烘干20分钟后取出，冷却后称量80目标准筛和附属底盘的总重量为567.82g。
将1份用于测定干物质含量ts的纤维素乙醇蒸汽爆破物料称取5g置于105℃的烘箱中烘干2个小时，然后称量烘干后的物料质量为1.73g，计算得出ts值为34.60重量％。
将1份(100g)用于测定粒度的纤维素乙醇蒸汽爆破物料置于烧杯中，加入500ml蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌直至物料在水中均匀分散，水温为20℃，搅拌时间为30分钟。然后边搅拌边缓慢倒入80目标准筛中，用蒸馏水涮洗烧杯3次，每次使用20ml蒸馏水。将洗液倒入80目标准筛中，然后再用100ml蒸馏水缓流冲洗80目标准筛。将附属底盘置于80目标准筛下，一起送入100℃烘箱中烘干40分钟，取出后置于干燥器中冷却10分钟，称量80目标准筛及标准筛上的剩余物料和附属底盘的总重量为569.58g。计算得出80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料占纤维素乙醇蒸汽爆破物料中干物质的比例为5.09重量％。
实施例2
称取400g纤维素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均匀分为4份。其中2份用于测定干物质含量ts，其余2份用于测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。将80目标准筛和附属底盘置于105℃烘箱中烘干20分钟后取出，冷却后称量80目标准筛和附属底盘的总重量为567.71g。
将1份用于测定干物质含量ts的纤维素乙醇蒸汽爆破物料称取5g置于105℃的烘箱中烘干2个小时，然后称量烘干后的物料质量为1.74g，计算得出ts值为34.80重量％。
将1份(100g)用于粒度测定的纤维素乙醇蒸汽爆破物料置于烧杯中，加入600ml蒸馏水。用玻璃棒充分搅拌直至物料在水中均匀分散，其中，温度为35℃，时间为20分钟。然后边搅拌边缓慢倒入80目标准筛中，用蒸馏水涮洗烧杯3次，每次使用20ml蒸馏水。将洗液倒入80目标准筛中， 然后再用100ml蒸馏水缓流冲洗80目标准筛。将附属底盘置于80目标准筛下，一起送入110℃烘箱中烘干30分钟，取出后置于干燥器中冷却15分钟，称量80目标准筛及标准筛上的剩余物料和附属底盘的总重量为569.52g。计算得出80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料占纤维素乙醇蒸汽爆破物料中干物质的比例为5.20重量％。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度测定方法。
称取400g纤维素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均匀分为4份。其中2份用于测定干物质含量ts，其余2份用于测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。将80目标准筛和附属底盘置于105℃烘箱中烘干20分钟后取出，冷却后称量80目标准筛和附属底盘的总重量为568.03g。
将1份用于测定干物质含量ts的纤维素乙醇蒸汽爆破物料称取10g置于105℃的烘箱中烘干2个小时，然后称量烘干后的物料质量为3.32g，计算得出ts值为33.20重量％。
将1份(100g)用于粒度测定的纤维素乙醇蒸汽爆破物料置于烧杯中，加入400ml蒸馏水。用玻璃棒充分搅拌直至物料在水中均匀分散，其中，温度为30℃，时间为25分钟。然后边搅拌边缓慢倒入80目标准筛中，用蒸馏水涮洗烧杯3次，每次使用20ml蒸馏水。将洗液倒入80目标准筛中，然后再用100ml蒸馏水缓流冲洗80目标准筛。将附属底盘置于80目标准筛下，一起送入120℃烘箱中烘干60分钟，取出后置于干燥器中冷却20分钟，称量80目标准筛及标准筛上的剩余物料和附属底盘的总重量为569.52g。计算得出80目以上的纤维素乙醇蒸汽爆破物料占纤维素乙醇蒸汽爆破物料中干物质的比例为4.49重量％。
从实施例的结果可以看出，采用本发明的方法，能够测定纤维素乙醇蒸汽爆破物料的粒度，得到粒径为80目以上的物料的比例，从而简单方便地判断纤维素乙醇爆破物料的结构打开程度。粒径为80目以上的物料的比例越大，则纤维素乙醇爆破物料的结构打开程度越小。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。