CN104769097A - 包括具有一个或两个流出物出口的组合的切向剪切均化和闪蒸装置的***以及利用所述***闪蒸处理生物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于解构经预处理的生物质的***，其包括用于产生具有预定升高温度的大量加压材料的预处理设备，设置在所述预处理设备下游的加工设施；以及连接在所述预处理设备和所述加工设施之间的组合的切向剪切均化和闪蒸装置。所述组合的切向剪切均化和闪蒸装置赋予一定体积的经预处理的生物质切向剪切，同时压力差使得所均化的生物质部分相分离成气相和液相。导管用于在所述外壳的出口和所述加工设施之间提供不间断的流体连通，以将所述气相和液相直接引导到所述加工设施中。

Description

包括具有一个或两个流出物出口的组合的切向剪切均化和闪蒸装置的***以及利用所述***闪蒸处理生物质的方法
技术领域
本发明涉及解构纤维素或木质纤维素生物质的***和方法，其包括组合的切向剪切均化和闪蒸装置，所述装置赋予生物质切向剪切同时使其暴露于闪蒸操作。
要求优先权
本专利申请要求以下美国临时申请中每一个的优先权，所述申请各自以引用方式并入本文：
(I)         Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Uniform Rotor/Stator Gap Dimension，专利申请序列号61/724,581，提交于2012年11月09日；
(II)       Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Non-Uniform Rotor/Stator Gap Dimension，专利申请序列号61/724,587，提交于2012年11月09日；
(III)      Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having Rotor/Stator Gap Dimension With Uniform and Non-Uniform Regions，专利申请序列号61/724,590，提交于2012年11月09日；
(IV)      Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Parameter Responsive Variable Rotor/Stator Gap Dimension，专利申请序列号61/724,594，提交于2012年11月09日；
(V)       Method For Flash Treating Biomass While Simultaneously Undergoing Tangential Shear Homogenization，专利申请序列号61/724,598，提交于2012年11月09日；
(VI)      Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Housing With A Single Effluent Outlet，专利申请序列号61/724,602，提交于2012年11月09日；
(VII)     Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Housing With Dual Effluent Outlets，专利申请序列号61/724,612，提交于2012年11月09日；以及
(VIII)    System For Destructuring Biomass Including A Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus，专利申请序列号61/724,620，提交于2012年11月09日。
相关申请的交叉引用
本文所公开的主题公开于下列共同未决的专利申请中，所有这些专利均与本文同时提出申请且转让给本发明的专利权受让人：
Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Uniform Rotor/Stator Gap Dimension，专利申请序列号13/790,189，提交于2013年3月08日；
Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having A Non-Uniform Rotor/Stator Gap Dimension and A Parameter Responsive To A Variable Rotor/Stator Gap Dimension，专利申请序列号1213/790,223，提交于2013年3月08日；
Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having Rotor/Stator Gap Dimension With Uniform and Non-Uniform Regions，专利申请序列号13/790,170，提交于2013年3月08日；以及
System Including A Combined Tangential Shear Homogenizing and Flashing Apparatus Having Single Or Dual Effluent Outlet(s) and Method For Flash Treating Biomass Utilizing The Same，专利申请序列号13/790,208，提交于2013年3月08日。
背景技术
随着全球原油供应的减少，人们对将生物质转化成燃料和化学品越来越有兴趣。生物质通过光合作用（使用来自太阳的能量）产生，其中二氧化碳被还原并与水结合以形成多种不同的聚合物结构。生物质可以是水生或陆生植物。具体生物质源包括大型藻类（海藻）、微藻、能源作物（如，草、树）、作物残余物（例如，玉米秸秆、林业副产物），生物质加工副产物（例如，蔗渣、锯末）、以及衍生自水生或陆生植物的消费后产品（例如，办公用纸、零售垃圾和市政固体垃圾）。
为了可用于进一步生物或化学转换，必须将生物质的聚合物性质解构。解构的第一步常被称为预处理。存在对用最少时间、投资和能量有效地使生物质解构的普遍需要。
大量工作已经集中于改善预处理。已知各种化学预处理方法，包括用酸和碱处理、引入溶剂、水、酶、再循环解构的反应产物，以及化学或生物试剂或催化剂以促进解聚。
此类化学预处理方法可与赋予生物质物理变形的机械预处理技术结合地使用。这些机械预处理技术涉及使用装置，所述装置使生物质在升高的温度和压力下经受诸如混合、碾磨和/或铣削的操作。这些活动有利于尺寸减小和/或解构生物质。在这些预处理条件下，可使生物质的状态改变至生物质的部分溶解、液化和/或熔融的程度。经预处理的生物质的状态的范围是从固体到可压缩的固体，到熔融物质和液体或它们的混合物。
已经认识到，改善的解构可通过使生物质快速转换成较低的压力，以及由于经闪蒸组分的汽化潜热而所得的生物质的闪蒸和冷却来实现。该状态变化可被称为闪蒸或蒸汽***。所述方法可用喷射式蒸煮锅中的附加蒸汽来补充。高速两相流中增加的剪切引入破坏一些生物质结构的梯度。一般来讲，剪切场在流动方向上，但湍流可能存在。剪切的量值取决于经预处理材料的流动特性和装置状态（即温度和压力）变化的组合。因此，难以不依赖于生物质流体特性来控制剪切。
已经试图利用改变闪蒸设备中的横截面来调节闪蒸操作。遗憾的是，闪蒸操作可受到经预处理的生物质的品质、流动特性以及粒度方面变化的损害，从而导致闪蒸装置中的不稳定性或阻塞。经预处理的生物质的品质是生物质进料材料的可变性（生物质的固有遗传学、农用条件、产量和储存条件）以及生物质的不同结构和组成通过预处理活动而转化的程度的函数。
在将该经预处理的生物质材料从一个容器移动到另一个容器中以处理所述材料或使所述材料经受闪蒸操作时，粘度、固含量和粒度的可变性可挑战典型的阀门、喷嘴和计量设备的正常操作，并可导致不稳定的性能、不稳定性或堵塞。
例如，美国已公布的专利申请2008/0277082公开了利用穿过阀的闪蒸的***。如果流动通过所述阀的经预处理的材料具有可变的流动特性，则所述阀可能堵塞。相似地，在美国已公布的专利申请2010/0317053中，与阀相关联的柱塞可能不适当地密封，这是由于经预处理的生物质和/或存在固体的品质的变化。
根据前述内容，据信仍然需要一种装置、方法和***，经预处理的生物质可通过其中，以实现闪蒸操作，同时维持稳定的操作，并具有最少堵塞以及使闪蒸的生物质经受不依赖于经预处理的生物质的流动特性的剪切力的能力。
发明内容
本发明涉及一种方法、装置和***，其用于在高于大气压的压力和升高的温度下解构经预处理的生物质，所述解构通过将所述经处理生物质排放到减压区（闪蒸操作）中来进行，所述减压区限定在组合的切向剪切均化和闪蒸装置的外壳内，所述组合的切向剪切均化和闪蒸装置包括定子和可相对移动的转子。在使材料经受闪蒸时，通过相对移动的转子和定子的活动对所述材料赋予切向剪切力。在闪蒸操作期间在旋转设备中引入独立的切向剪切使一定体积的经预处理的生物质均化。由于旋转将颗粒剪切成更加可接受的尺寸，同时从设备的闪蒸区中清除潜在的颗粒聚集体的能力，所以所述装置固有地提供更加稳定的性能。
在本发明的另一个方面，涉及组合的切向剪切均化和闪蒸装置，其具有各种构形的转子和定子，所述构形导致在所述转子和定子之间所限定的不同的轴向尺寸。
在另一方面，在转子和定子之间限定的间隙和/或转子的旋转速度，根据所测量的经预处理的生物质的参数，诸如压力、温度、粒度和/或材料组成而不同。
在另一个方面，所述组合的切向剪切均化和闪蒸装置的外壳具有一个或多个出口端口，所述出口端口与下流加工设施直接连通。
附图说明
通过下列具体实施方式并结合形成本专利申请一部分的附图，将更全面地理解本发明，其中：
图1是用于实施解构生物质的方法的***的高度程式化示意图，所述***包括组合的切向剪切均化和闪蒸装置，其中在所述装置的转子和定子元件之间限定均一轴向尺寸的间隙，所述***全部根据本发明的各个方面；
图2是组合的切向剪切均化和闪蒸装置的实施例的另选的具体实施的高度程式化示意图，其中在所述装置的转子和定子元件之间限定均一轴向尺寸的间隙；
图3和4是组合的切向剪切均化和闪蒸装置的实施例的另选的具体实施的高度程式化示意图，其中在所述装置的转子和定子元件之间限定非均一轴向尺寸的间隙；
图5是组合的切向剪切均化和闪蒸装置的另一个另选实施例的高度程式化示意图，其中在所述装置的转子和定子元件之间限定的间隙具有表现出均一和非均一轴向尺寸的区域；
图6是可用于图1至5所示的任一个实施例的修改的高度程式化示意图，其中将偏流元件设置在混合区的入口区域中；并且
图7是可用于图1至5所示的任一个实施例的另一种修改的高度程式化示意图，其中所述转子和定子具有圆柱形部分，所述圆柱形部分对齐以在混合区的入口区域中限定环形铣削区域。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，附图的所有图中类似的参考符号是指类似的元件。
图1是用于实施解构生物质的方法的***（一般由参考符号10指示）的高度程式化示意图，均根据本发明的各个方面。
***10包括预处理设备12，其操作以利用为解构或其它进一步操作而准备的加工助剂（诸如水、溶剂、相容剂、酸、碱和/或催化剂）来预处理一种或多种纤维素原料流14。对生物质的任何合适的预处理操作均可在预处理设备12内进行，例如搅拌、洗涤、加压和/或将生物质加热至预定的升高的温度。根据本发明，还将来自来源12的经预处理的材料通过进料管16引导到组合的切向剪切均化和闪蒸装置20中。
组合的切向剪切均化和闪蒸装置20本身包括外壳20H，所述外壳具有入口端口和通道20I以及至少第一馏出物输出端口20E1。然而，在本发明所设想的范围内，向外壳20H提供独立的第二输出端口20E2。定子20F和转子20R相对于彼此以相对的取向设置在外壳20H内。在图1所示的布置中，转子和定子彼此平行并基本上垂直于轴线20A取向。
定子20F以固定的设置被固定在外壳内任何方便的位置处。转子20R安装在轴20S上，以相对于定子相对旋转。转子20R的原动力由连接至轴20S的驱动马达20M提供。所述轴20S与装置20的轴线20A对齐。
定子20S和转子20R配合以限定在其间的混合区20Z。入口通道20I可连接至进料管16并用于将加压的生物质材料从预处理设备12引导到位于轴线20A附近的混合区20Z的入口区域20N中。将混合区20Z的出口20T设置在转子20R的径向外部边缘处，并与外壳20H的内部连通，从而与第一流出物输出端口20E1连通，并且当存在时，与第二输出端口20E2连通。
在图1所示的典型布置中，转子和定子各自为基本上盘形的构件。然而，应当理解，转子和定子可具有任何方便的三维构型、周边形状和尺寸。转子和定子的表面可以是平滑的或用沟槽或突起节段图案化，以便有利于粒度减小。装置20的各种结构元件可由任何适宜的构造材料制造。转子、定子、外壳可优选由不锈钢制成。本文讨论了转子20R和定子20S的各种可供选择的结构构型以及所得的对混合区20Z构型的修改。
如将要描述的，装置20通过均化经预处理的生物质，同时使均化的生物质部分相分离成气相和液相而有助于所述解构方法。如此产生的不同液相和气相可单独导入或一起直接引导到设置在装置20下游的加工设施28中。如果仅提供单个流出物输出端口20E1，则使得自生物质均化和闪蒸的液相和气相两者通过第一导管22传输至设施28。如果外壳20H具有第二输出端口20E2，则气相经由导管24携带到设施28中，并且液相通过第一导管22单独地引导到设施28中。可用于设施28的代表性的各种加工设备包括用于进一步解构的搅拌容器。
然而，应当理解，通过第二出口端口20E2离开外壳的生物质的闪蒸蒸汽可能需要不同的处理。因此，导管24可连接至另选的加工设施28A，其中可将所述气相分离用于循环利用和重新使用，或将其精炼用于各种应用。
在根据本发明的***中，导管22, 24在相应的出口端口20E1, 20E2和其所连接的特定设施28, 28A之间提供直接的不间断的流体连通。如本申请中所用，术语“直接”、“直接地”（等术语）是指将来自混合区20Z的一种或多种馏出物引导到其相应的一个或多个目标中，但没有对流体连通的任何阻碍且不需要通过独立的中间设备（诸如离散的闪蒸或计量设备）。
混合区20Z的尺寸可在平行于轴线20A的方向上测量并通过介于转子20R和定子20F之间的轴向间隙20G的量值来确定。因为在图1中，转子和定子彼此平行布置，并且基本上垂直于轴线20A设置，所以间隙20G，以及因此混合区的轴向尺寸在整个混合区20Z的全径向范围内是均一的。应当指出的是，如果在本发明的任何实施例中，转子和/或定子的相对表面用沟槽和/或突起节段图案化以有利于均化，则介于转子和定子之间的间隙的轴向尺寸被限定为应该被消除的沟槽和突起节段的下方表面。
间隙20G的尺寸可通过将转子相对于定子重新定位来调节。在操作之前手动调节间隙的轴向尺寸的适宜手段包括垫片、螺纹轴组件以及液压式定位设备。然而，在优选的情况下，间隙的尺寸通过将要描述的间隙调节控制***34而在操作期间自动调节。
基于特定压力、温度和待解构生物质的性质，将间隙的轴向尺寸初始设定成预定值。该间隙的初始尺寸设定了混合区20Z的预定的适当初始轴向尺寸。将具有预定压力和温度的预定体积的生物质通过入口端口20I引入混合区20Z中。
在操作时，通过一般由参考符号30指示的传感器网络来监控流入混合区20Z的入口20N的经预处理的生物质的各种特性。传感器30可包括一种或多种感测设备，其操作以监测参数诸如经预处理的流入物生物质的压力、温度、粒度和/或组成（例如性质）。
通过入口20N和出口20T之间的压力差来控制在基本上径向向外方向上通过混合区20Z的经预处理的生物质的流动。在经预处理的生物质径向向外流动通过混合区20Z时，其经历压降。指示通过混合区的压力变化的压力梯度向量在图中由向量P指示。
同时，随着经预处理的生物质流动通过混合区20Z，马达20M使转子20R相对于定子20F旋转。转子和定子之间的相对旋转运动在混合区20Z内产生沿圆周方向的剪切场。所述剪切场赋予通过混合区20Z的一定体积的经预处理的生物质切向剪切力。切向剪切力的方向在附图中由向量S指示。切向剪切力使经预处理的生物质均化，同时跨混合区的压力差使得所均化的生物质部分相分离成气相和液相。取决于转子和定子的特定结构，相分离可在混合区的径向范围内或在距其出口20T的预定近距离范围内发生。在图1中所示的情况下，部分相分离在混合区内发生。
根据本发明，选择间隙20G的预定初始尺寸，结合压力差和生物质的温度，致使均化的预处理生物质部分相分离成气相和液相，使得生物质经历至少三倍总体积增加，以及至少百分之一（1%）的向气态的重量转变。
在闪蒸操作期间在旋转设备中引入独立的切向剪切力S，由于旋转将颗粒均化成更加可接受的尺寸同时从设备的闪蒸区中清除潜在的颗粒聚集体的能力，而固有地提供更加稳定的性能。
由于生物质组合物的固有的不一致性以及各种预处理操作以此赋予这些不一致性的方式，在流动管16中的所得的经预处理的生物质可包含流体特性以及离散颗粒尺寸的显著变型。
因此，作为本发明的另一个方面，间隙调节控制***34使得装置20和组装了所述装置的***10能够自动调节转子和定子之间的间隙20G，并且能够补偿经在预处理生物质组成、流动特性和粒度方面的此类变化。这种改变间隙20G的能力使得装置20还用作计量设备。
除了传感器30之外，间隙调节控制***34还包括可编程的控制器设备34C，其响应于来自传感器网络30的信号，以根据流入物经预处理的生物质的各种被感测参数中的一个或多个，来改变间隙尺寸20G，以及因此改变混合物区20Z的轴向尺寸。间隙调节控制***34还可包括致动器36，其可操作地连接到马达20M，以对间隙尺寸物理地进行调节。致动器36响应来自加载在管线34A上的控制***34的控制信号，以使马达和连接于其上的转子作为一个单元朝向和远离定子移动，因此基于流入物经预处理的生物质的各种测量参数来改变混合区的间隙尺寸。因此，例如，通过混合区20Z的生物质进料的压力可维持恒定或以任何预定方式变化。除此之外或作为另外一种选择，例如，间隙尺寸可以时间控制方式而变化以排除有问题的颗粒。应当理解，可使用各种其它手段来进行间隙尺寸的修改，并且此类其它手段旨在被理解为处在本发明设想的范围内。例如，可通过使外壳内的转子相对于转子移位来改变间隙尺寸。
另选地或除此之外，可作为马达控制信号来施用来自加载在管线34B上的控制***34的信号，以改变转子20M的旋转速度。改变转子的旋转速度有利于颗粒尺寸减小。
如前所述，在图1所示的布置中，转子和定子各自为基本上盘形构件，其彼此平行并基本上垂直于轴线20A安装，使得跨混合区20Z的整个径向范围的间隙20G是均一的。图2示出装置20的另选的具体实施，其在整个混合区中均有均一轴向尺寸，但是其中使转子和定子以截头圆锥体形成型从而有利于材料流动。与图1的情况类似，在图2所示布置的情况下，闪蒸在混合区的径向范围内进行。
可通过适当调节转子和/或定子的几何形状，来调节闪蒸的位置。图3和4示出装置20的另选实施例的两种形式，其中由转子和定子之间的间隙20G限定的混合区20Z具有非均一尺寸。在这些图中，间隙的最大尺寸20GL，以及因此混合区的最大尺寸位于入口20N的附近。
在图3所示的结构中，转子和/或定子之一（或两者）为截头圆锥体形构件，其相对于轴线20A倾斜，使得构件在从轴线20A径向向外的位置处朝向彼此均匀渐缩。由于该结构，最小轴向间隙尺寸20GS在混合区20Z的径向外边缘处靠近出口20T出现。最小轴向间隙尺寸20GS提出了对生物质的基本上径向向外流动的限制。在本发明的这种形式下，部分相分离在恰好经过径向外边缘时发生。
图4中所示的布置示出一种构造，其中最小轴向间隙尺寸20GS，以及因此对生物质流动的限制在从混合区20Z的出口20T径向向内的选择位置中出现。在图4所示的布置中，流动限制应当不超过从混合区出口向内的混合区径向距离的三分之一。在图4中，所述限制由在定子20F中形成的紧缩特征结构20K限定。部分相分离在所述特征结构20K附近的混合区内发生。应当理解，另选地或除此之外，类似的特征结构可设置在转子20R上。
图5示出装置20的另一个另选实施例。在该实施例中，转子和定子被构造成呈现具有多种间隙构形的混合结构。径向内部区20GI包括节段20GU和20GN，其分别具有均一20GU和非均一20GN的轴向尺寸。如果需要，可省略径向内部区域20GI中均一尺寸的节段20GU。另选地，如果需要，可在径向内部区域20GI中设置任何方便数量的附加的均一和非均一节段。
径向外部区20GM具有均一轴向间隙尺寸并限定了间隙的最小轴向尺寸20GS。在该区域20GV中转子和定子的面对表面配合以用作计量设备。在与其中最小轴向尺寸20GS为点接触的图4的结构进行比较时，由这些表面提供的计量作用调节出口压力并提供改善的稳定性。
图6和7示出两种附加结构细节，其可与图1至5所示转子/定子布置中的任一个一起使用。
在图6中，偏流元件20L定位在混合区的入口20N附近的预定位置处，介于转子20R和定子20F之间。偏流元件20L用于使流入的流一体化，并避免可导致停滞材料凹坑的盲区或突然方向改变。可将偏流元件20L安装在转子或定子上的任何方便位置处。
图7示出了一种布置，其中装置具有设置在混合区20Z的入口20N上游的铣削设备。定子20F具有基本上圆柱形部分20C，所述圆柱形部分具有形成在其上的预定轴向尺寸。相应地，基本上圆柱形圆筒20B安装到转子20R。所述圆筒20B具有预定轴向尺寸。圆筒20B从转子20R轴向延伸，与定子的圆柱形部分20C形成同心嵌套式关系。
圆筒和定子的圆柱形部分配合以限定设置在转子和定子之间的轴向延伸的铣削区38。铣削区38的轴向尺寸通过圆筒20B和圆柱形部分20C之间的轴向重叠范围来确定。
可将多种混合增强器38E中的任一种结合在圆筒20B和/或圆柱体20C的壁上。在图7中，混合增强器38E以销的形式示出。然而，应当理解，可使用混合增强器的其它适宜形式，诸如Maddock直形、Maddock渐缩形、菠萝形、或齿轮形。此类混合增强器的图示于Perry的Chemical Engineering Handbook，第七版，图18-48中。
另外，如果需要，可将偏流元件20L安装在圆筒20B的上游端部处。
虽然具有本发明的教导内容的有益效果，但本领域的技术人员可对其赋予修改。此类修改旨在被理解为处在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (15)

1. 一种用于解构经预处理的生物质的***，包括：
预处理设备，其用于产生具有预定升高的温度的经加压的大量材料；
设置在所述预处理设备下游的一个或两个加工设施，以及
连接在所述预处理设备和所述一个或两个加工设施之间的组合的切向剪切均化和闪蒸装置，所述装置本身包括：
　外壳，所述外壳具有入口和至少第一出口，所述外壳具有延伸穿过其中的轴线，所述入口能够连接至所述预处理设备；以及
　安装在所述外壳内的定子和转子，所述定子和转子相对地设置并间隔开从而限定与所述入口和所述出口连通的混合区；
　所述转子能够连接至马达，所述马达操作以使所述转子相对于所述定子旋转，使得在使用时，由于所述混合区内的预定压力差，所述转子相对于所述定子的旋转运动在预定压力和温度下赋予引入所述混合区中的预定体积的经预处理的生物质切向剪切，
　所述切向剪切能够使所述生物质均化，并且所述压力差能够使所均化的生物质部分相分离成气相和液相；以及
　一个或两个导管，其用于在所述外壳的一个或两个出口与所述一个或两个加工设施之间提供不间断的流体连通，用于将气相和液相直接引导到所述一个或两个加工设施中。
2. 根据权利要求1所述的用于解构经预处理的生物质的***，其中存在设置在所述预处理设备下游的一个加工设施，所述外壳具有一个出口，并且存在一个导管，所述导管用于在所述外壳的出口与所述加工设施之间提供不间断的流体连通，以将气相和液相直接引导到所述加工设施中。
3. 根据权利要求1所述的用于解构经预处理的生物质的***，其中存在设置在所述预处理设备下游的一个加工设施，所述外壳具有第一出口和第二出口，并且存在两个导管，所述导管用于在所述外壳的出口与所述加工设施之间提供不间断的流体连通，其中所述导管为：
第一导管，其用于在所述外壳的第一出口和所述加工设施之间提供不间断的流体连通，以将所述液相直接引导到所述加工设施中；以及
第二导管，其用于在所述外壳的第二出口和所述加工设施之间提供不间断的流体连通，以将所述气相直接引导到所述加工设施中。
4. 根据权利要求1所述的用于解构经预处理的生物质的***，其中存在设置在所述预处理设备下游的第一加工设施和第二加工设施，所述外壳具有第一出口和第二出口，并且存在两个导管，所述导管用于在所述外壳的出口与所述加工设施之间提供不间断的流体连通，其中所述导管为：
第一导管，其用于在所述外壳的第一出口和所述第一加工设施之间提供不间断的流体连通，以将所述液相直接引导到所述第一加工设施中；以及
第二导管，其用于在所述外壳的第二出口和所述第二加工设施之间提供不间断的流体连通，以将所述气相直接引导到所述第二加工设施中。
5. 一种用于解构经预处理的生物质的方法，包括以下步骤：
将大量材料加热并加压至预定压力和预定温度；
将所述经加热加压的大量材料引入混合区中，所述混合区被限定在定子和转子之间，所述转子旋转安装以相对于所述定子围绕轴线旋转；
使所述混合区中的材料暴露于从所述轴线径向指向的压力差，同时使所述转子相对于所述定子旋转，以赋予与所述压力梯度切向指向的剪切力，
所述切向剪切能够使所述生物质均化，并且所述压力差能够使所均化的生物质部分相分离成气相和液相。
6. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
将所述气相和液相直接引导到设施中。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中将所述气相和液相各自单独地引导到设施中。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中将所述气相和液相一起引导到设施中。
9. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
监测所述混合区上游的经预处理的流动生物质的压力、温度、粒度和/或组成（例如，性质）参数中的一个或多个；以及
根据所监测的一个或多个参数来改变所述混合区的轴向尺寸。
10. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
监测所述混合区上游的经预处理的流动生物质的压力、温度、粒度和/或组成（例如，性质）参数中的一个或多个；以及
根据所监测的一个或多个参数来改变所述转子的旋转速度。
11. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
感测所述混合区上游的大量材料的压力；以及
根据所述大量材料的压力来改变所述混合区的轴向尺寸。
12. 根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
感测所述混合区上游的大量材料的压力；以及
根据所述大量材料的压力来改变所述转子的旋转速度。
13. 一种组合的切向剪切均化和闪蒸装置，其用于解构经预处理的生物质，所述装置包括：
外壳，所述外壳具有延伸穿过其中的轴线，所述外壳具有能够连接至经预处理的生物质的来源的入口；以及
安装在所述外壳内的定子和转子，所述定子和转子相对地设置并间隔开从而限定与所述入口连通的混合区；以及
所述转子能够连接至马达，所述马达操作以使所述转子相对于所述定子旋转，使得在使用时，由于所述混合区内的预定压力差，所述转子相对于所述定子的旋转运动在预定压力和预定温度下赋予引入所述混合区中的预定体积的经预处理的生物质切向剪切，
所述切向剪切能够使所述生物质均化，并且所述压力差能够在所述混合区内使所述均化的生物质部分相分离成气相和液相；
所述外壳具有一个或两个流出物出口，通过所述出口，所述气相和液相能够通到一个或两个下游设施中。
14. 根据权利要求13所述的用于解构经预处理的生物质的组合的切向剪切均化和闪蒸装置，其中所述外壳具有一个流出物出口，通过所述出口，所述气相和液相能够一起通到下游设施中。
15. 根据权利要求13所述的用于解构经预处理的生物质的组合的切向剪切均化和闪蒸装置，其中所述外壳具有第一和第二独立的流出物出口，通过所述出口，所述气相和液相分别能够单独地通到一个或两个下游设施中。
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Families Citing this family (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107860624B (zh) * 2017-11-07 2020-06-02 李燕 一种医学检验匀浆装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB894627A (en) * 1957-04-30 1962-04-26 Peter Willems Method and apparatus for treating materials and/or material mixtures continuously or in charges
SE391631B (sv) * 1974-03-25 1977-02-28 Alfa Laval Ab Apparat for kortvarig vermebehandling av en vetska vid hog temperatur
DE2911547A1 (de) * 1979-03-23 1980-09-25 Bayer Ag Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines massive oder zellfoermige stoffe bildenden reaktionsgemisches aus fliessfaehigen reaktionskomponenten und gegebenenfalls fuellstoffen
US5370999A (en) * 1992-12-17 1994-12-06 Colorado State University Research Foundation Treatment of fibrous lignocellulosic biomass by high shear forces in a turbulent couette flow to make the biomass more susceptible to hydrolysis
GB9500388D0 (en) * 1995-01-10 1995-03-01 Courtaulds Fibres Ltd Forming solutions
US20080277082A1 (en) 2007-05-07 2008-11-13 Andritz Inc. High pressure compressor and steam explosion pulping method
US20100317053A1 (en) 2009-06-15 2010-12-16 Andritz Inc. Process machinery for feeding pre-treated lignocellulosic materials into bioreactors for bio-fuels and biochemicals

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