专利名称：热反应与膜分离的循环耦合装置及其使用方法
技术领域：
本发明属于生物化工设备技术领域，具体而言涉及一种木质纤维素生物质原料预处理的装置及预处理的方法，特别是农业秸杆的预处理。
背景技术：
反应釜在化工行业应用的非常广泛，酸性反应体系需要在反应内壁加一层耐酸衬里。另外，有的反应釜采用夹套加热、内置蛇管加热等方式，尤其是在反应物体系可以和热物料(蒸汽)直接接触的情况下，会使反应釜的结构复杂化，增加设备成本，而且内置蛇管清洗困难。若反应釜采用间歇操作，分批进料，分批出料，最大的缺点是生产周期长，尤其是在反应温度较高的情况下，升温和降温都需要一定的时间。多数用于固液两相反应系统的反应釜，只有单一的出料口，不能实现固液分离。放料之后还需要单独的分离装置，这样不但增加了操作步骤，还增长了生产周期。
发明内容
本发明的目的是①提供一种反应釜，直接向反应体系内通蒸汽加热物料，并起搅拌作用，简化设备结构，节省成本。②设计一种分离循环装置，投入一批物料，反应一段时间后，打开循环系统，分出一部分反应液，再接着进料，反应几批物料之后停止反应，这种操作方式既可以实现固液分离，又节省了生产周期。为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案。本发明一方面涉及一种反应与分离耦合装置，包括至少一个主反应釜，其特征是还包括至少一个蒸汽管路，所述蒸汽管路的出气口位于反应釜中；主反应釜通过管路与泵相连，泵与膜分离装置相连，膜分离装置与反应釜相连，直接向反应体系内通蒸汽加热物料，并起到搅拌作用，简化设备结构，节省成本。在本发明的一个优选实施方式中，所述的蒸汽通路的出气口为伞状结构，2-20条分支管路与蒸汽主管路相通，并与主管路之间的夹角介于20-160°，优选介于40-120°， 进一步优选介于40-100°，更加优选的介于60-80°，所述的分支管路与蒸汽主管路的夹角既可以全部相同、部分相同或者不同，所述的分支管路既可以均匀分布，也可以根据需要设置。在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于蒸汽管路的主管路的上口密封。在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于支管端口安装有浮舌，蒸汽关闭后防止反应物料进入蒸汽管道。 在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于反应釜的内壁衬有搪瓷或其它耐酸和/或耐碱的涂层，防止反应体系腐蚀设备。在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于反应釜的上端设有进料口，下端设有出料阀。
本发明另外一方面还涉及一种生物质预处理的方法，其特征在于使用上述反应与分离耦合装置进行预处理，包括如下步骤在生物质加入反应釜之后，将蒸汽通过蒸汽管道通入反应釜内，利用蒸汽搅拌生物质；一定时间后用泵将物料抽出，经膜分离器，将液体透过膜被分离出去，余下的物料则回到反应釜内，这样既可以实现固液分离，又节省了生产周期。在本发明的一个优选实施方式中，所述的方法包括通过反应釜的进料口分批进料的步骤。在本发明的一个优选实施方式中，所述的生物质是木质纤维素生物质。在本发明的一个优选实施方式中，所述的木质纤维素生物质来源于秸杆。
图I为本发明实施例的结构示意图。
具体实施例方式图中，I反应釜的进料口、2釜体、3蒸汽管道、4出料阀、5循环管路控制阀、6膜分离器。蒸汽通过蒸汽管道进入反应釜内，蒸汽管道由主管和6个支管组成，主管顶部封闭，从侧面安装6个分支管路，支管与主管轴线间的夹角为60° -80°。此外，为了防止蒸汽停止后反应物料进入管路，在支管的端口安装一浮舌。分离循环管路从反应釜的底部接出，用泵把物料抽出，送到循环管路，然后经膜分离器，在膜分离器中，液体透过膜被分离出去，余下的物料则回到反应釜内。生物质原料热加工和分离流程生物质原料(如秸杆)——120-190°C加热——多数半纤维素水解(主要是木糖和阿拉伯糖)和部分木质素水解——膜分离——溶解的单糖、低聚寡糖和部分水经膜分离器离开反应系统，其余物料(包括未水解的多聚木糖和纤维素)返回反应釜继续反应。当理解的是，本发明的具体实施例仅仅是出于示例性说明的目的，其不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的技术人员可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种反应与分离耦合装置，包括至少一个主反应釜，其特征是还包括至少一个蒸汽管路，所述蒸汽管路的出气口位于反应釜中；主反应釜通过管路与泵相连，泵与膜分离装置相连，膜分离装置与反应釜相连。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述的蒸汽通路的出气口为伞状结构，2-20条分支管路与蒸汽主管路相通，并与主管路之间的夹角介于20-160°，优选介于40-120°，进一步优选介于40-100°，更加优选的介于60-80°，所述的分支管路与蒸汽主管路的夹角既可以全部相同、部分相同或者不同，所述的分支管路既可以均匀分布，也可以根据需要设置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于蒸汽管路的主管路的上口密封。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于支管端口安装有浮舌。
5.根据权利要求I所述的装置，其特征在于反应釜的内壁衬有搪瓷或其它耐酸和/或耐碱的涂层。
6.根据权利要求I至5任意一项所述的装置，其特征在于反应釜的上端设有进料口，下端设有出料阀。
7.—种生物质预处理的方法，其特征在于使用权利要求6所述的装置，包括如下步骤 在生物质加入反应釜之后，将蒸汽通过蒸汽管道通入反应釜内，利用蒸汽搅拌生物质；一定时间后用泵将物料抽出，经膜分离器，将液体透过膜被分离出去，余下的物料则回到反应釜内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括通过反应釜的进料口分批进料的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的生物质是木质纤维素生物质。
10.根据权利要求9所述的方法，特征在于所述的木质纤维素生物质来源于秸杆。
全文摘要
本发明公开了一种热反应与膜分离的循环耦合装置及其使用方法，适用于生物质，特别是秸秆的酸性、中性或弱碱性固液混合体系，包括至少一个主反应釜，其特征是还包括至少一个蒸汽管路，所述蒸汽管路的出气口位于反应釜中；主反应釜通过管路与泵相连，泵与膜分离装置相连，膜分离装置与反应釜相连。
文档编号B01D61/00GK102580645SQ20121005721
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者王欲晓 申请人:徐州工程学院