CN201620167U - 一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置 - Google Patents

一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用生物漆酶进行木质纤维素原料的预处理装置。本实用新型装置由漆酶反应器、漆酶循环***、增温***、漆酶投加***、漆酶回收罐、物料输送器及冲洗***组成。具有结构简单紧凑、安全环保等优点，是一种能广泛应用于木质纤维素原料预处理的装置，可满足规模化生产要求。

Description

一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置
技术领域  
本实用新型属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用生物漆酶进行木质纤维素原料的预处理装置。
背景技术 
木质纤维素原料经过酶解糖化后，可得到以葡萄糖为主的六碳糖及以木糖为主的五碳糖，是食品和化工等行业的重要原料。木质纤维素原料主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，将纤维素分子包埋在其中，形成一种天然屏障，使酶不易与纤维素分子接触，导致木质纤维素原料中多糖的酶解缓慢。因此要实现木质纤维素原料的酶解糖化必需通过的适宜预处理技术脱除木质素，改善木质纤维素原料的天然结构、解除木质素对酶屏障阻碍作用，增强酶与纤维素、半纤维素的可及度，提高纤维素、半纤维素酶解糖化效率。因此适宜的木质素脱除预处理工艺是木质纤维素原料转化利用关键环节之一。
目前，木质纤维素原料的预处理工艺主要有物理法、化学法和生物法，普遍采用的物理、化学预处理技术主要针对单一纤维素成份的利用而言，半纤维素成份一般作为副产物损失、不能实现纤维素、半纤维素等组分有效利用，造成目标产物单一、整体原料损失严重，成本高昂，收支失衡。同时存在工艺要求高、酸碱二次污染、发酵抑制物产生等技术瓶颈，严重制约了其工业化推广应用。生物法主要利用微生物的生物催化作用（包括真菌、细菌、放线菌等）进行木质素、半纤维素、纤维素等组分的降解，提高后续纤维素、半纤维素糖化效率。这种方法反应条件温和、不造成环境污染、成本低等优势，是目前国内外研究的热点。但从国内外研究报道来看，生物法存在预处理时间较长、效率低、糖成份损失等缺点。因此，寻找工艺简单、条件温和、成本低廉和原料利用率高的新型预处理技术是解决目前木质纤维素原料转化利用的一条切实可行之路。
发明内容
为克服上述物理法、化学法和生物法预处理工艺存在的问题，本实用新型提供一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置，可有效脱除木质纤维素原料中的木质素、降低原料损失、缩短预处理时间、减轻二次污染，大大提高原料利用效率。
本实用新型的技术方案是这样实现的：漆酶预处理装置主要由漆酶反应器、漆酶循环***、增温***、漆酶投加***、漆酶回收罐、物料输送器及冲洗***组成。漆酶反应器包括设有热水夹层14的圆柱罐体13、半球罐体26、进料阀门8、出料口23、滤板16、总排液阀门4、增温热水进口25和增温热水出口24，进料阀门8设在圆柱罐体13上部，与物料输送器20通过管道连接，出料口23设在圆柱罐体13底部，滤板16设在圆柱罐体与半球罐体的连接处，总排液阀门4设在半球罐体底部，与排液阀门5连接，喷淋头15设在圆柱罐体13顶部，与外部管路连接，增温热水进口25设在热水夹层14的中下部，与换热器11通过管道连接，增温热水出口24设在热水夹层14的底部，与电动阀9通过管道连接；漆酶循环***包括循环泵18和循环阀门7，循环泵18的入口与循环阀门7通过管道连接，循环泵18的出口与喷淋头15通过管道连接，循环阀门7与总排液阀门4通过管道连接；增温***包括控制器22、温度传感器12、换热器11、循环泵10和电动阀9，控制器22安装于漆酶反应器外，与温度传感器12、换热器11、循环泵10和电动阀9各自通过导线连接，温度传感器透过圆柱罐体13内壁安装在其中下部，循环泵10的入口与电动阀门9通过管道连接，循环泵10的出口与换热器11通过管道连接，电动阀门9与增温热水出口24通过管道连接；漆酶投加***包括漆酶储罐19、抽液泵17和漆酶进液阀门1，漆酶储罐19安装在漆酶反应器外，与抽液泵17的入口通过管道连接，抽液泵17的出口与漆酶进液阀门1通过管道连接，漆酶进液阀门1与控制阀门3通过管道连接；漆酶回收罐21安装在漆酶反应器下方，与排液阀门5通过管道连接，排液阀门5与总排液阀4通过管道连接；物料输送器20安装在漆酶反应器外部，与进料阀门8通过管道连接；冲洗***包括热水阀门2和废液阀门6，热水阀门2设在漆酶反应器上方，与热水进水管连接，废液阀门6设在反应器下方，与总排液阀门4通过管道连接。
本实用新型的积极效果是，通过漆酶酶液循环把静态酶催化反应方式变为动态的反应方式。静态的反应方式即传统投加酶液后，静态放置进行批式反应，这样在木质纤维素原料酶催化一段时间后，其周围的降解产物浓度会比其他地方高出很多，这样不利于反应向降解产物的方向进行，木质素就得不到很好的脱除，而漆酶酶液的循环可以通过不断地循环把木质纤维素原料附近的木质素降解产物带走，扩散到整个酶催化反应体系中去，使得木质纤维素原料附近始终保持较低的木质素降解产物，有利于木质素的进一步脱除；并且采用动态的循环法可以冲散阻挡在木质纤维素原料表面的一些难溶性的木质素降解产物，使得漆酶酶液可以更好地与木质纤维素原料接触以对其进行催化反应，加速木质素的降解。同时，采用的增温***可实现漆酶反应温度的自动控制，可确保漆酶催化温度始终处在最佳范围。整个装置还具有结构简单紧凑、安全环保等优点，是一种能广泛应用于木质纤维素原料预处理的装置，可满足规模化生产要求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图是本实用新型的结构示意图。
其中：1漆酶进液阀门，2热水阀门，3控制阀门，4总排液阀门，5排液阀门，6废液阀门，7循环阀门，8.进料阀门，9电动阀，10循环泵，11换热器，12温度传感器，13反应器圆柱罐体，14热水夹层，15喷淋头，16滤板，17抽液泵，18循环泵，19漆酶储罐，20物料输送器，21漆酶回收罐，22控制器，23出料口，24增温热水出口，25增温热水进口，26反应器半球罐体。
具体实施方式
按附图所示的本实用新型装置，开启物料输送器20将粉碎后的玉米秸秆从进料阀门8装入反应器圆柱罐体13，打开漆酶进液阀门1、控制阀门3，开启抽液泵17，从漆酶储罐19中经喷淋头15喷洒漆酶液于反应器圆柱罐体13中，至漆酶液注入结束；打开总排液阀4、循环阀门7，关闭漆酶进液阀门1、控制阀门3，启动循环泵18，反应期间液体部分通过滤板16的固液分离作用进行循环，固体物料部分通过滤板16分离阻挡留在反应器圆柱罐体13内，液体部分经过循环泵18抽取提升至喷淋头15以喷洒的方式分散回流到反应器圆柱罐体13中；反应结束后，关闭总排液阀4、循环阀门7，打开总排液阀4和排液阀门5，漆酶反应液流入漆酶回收罐21，用于后期重复使用；关闭排液阀门5，打开热水阀门2、控制阀门3和废液阀门6，通50℃温水（HP）冲洗反应器内的固体，洗去残留酶液和木质素，废液（WL）经废液阀门6排出进行后续处理；最后打开出料口23，把剩余的固体物料取出，用于后续酶解糖化。
为了控制漆酶催化温度，漆酶反应器设有热水夹层14，当温度传感器12监测到反应器内催化温度低于设定温度时，控制器22开启换热装置11、循环泵10和电动阀9通过增温热水出口24和增温热水进口25向热水夹层14循环注入热水进行增温，当达到设定温度时，换热器11、循环泵10停止运行，电动阀9关闭，通过控制器22的自动控制，使物料始终维持在设定的温度下催化反应。

Claims (1)

1.一种木质纤维素原料的漆酶预处理装置，其特征是：由漆酶反应器、漆酶循环***、增温***、漆酶投加***、漆酶回收罐、物料输送器及冲洗***组成；
漆酶反应器包括设有热水夹层(14)的圆柱罐体(13)、半球罐体(26)、进料阀门(8)、出料口(23)、滤板(16)、总排液阀门(4)、增温热水进口(25)和增温热水出口(24)，进料阀门(8)设在圆柱罐体(13)上部，与物料输送器(20)通过管道连接，出料口(23)设在圆柱罐体(13)底部，滤板(16)设在圆柱罐体与半球罐体的连接处，总排液阀门(4)设在半球罐体底部，与排液阀门(5)连接，喷淋头(15)设在圆柱罐体(13)顶部，与外部管路连接，增温热水进口(25)设在热水夹层(14)的中下部，与换热器(11)通过管道连接，增温热水出口(24)设在热水夹层(14)的底部，与电动阀(9)通过管道连接；
漆酶循环***包括循环泵(18)和循环阀门(7)，循环泵(18)的入口与循环阀门(7)通过管道连接，循环泵(18)的出口与喷淋头(15)通过管道连接，循环阀门(7)与总排液阀门(4)通过管道连接；
增温***包括控制器(22)、温度传感器(12)、换热器(11)、循环泵(10)和电动阀(9)，控制器(22)安装于漆酶反应器外，与温度传感器(12)、换热器(11)、循环泵(10)和电动阀(9)通过导线连接，温度传感器透过圆柱罐体(13)内壁安装在其中下部，循环泵(10)的入口与电动阀门(9)通过管道连接，循环泵(10)的出口与换热器(11)通过管道连接，电动阀门(9)与增温热水出口(24)通过管道连接；
漆酶投加***包括漆酶储罐(19)、抽液泵(17)和漆酶进液阀门(1)，漆酶储罐(19)安装在漆酶反应器外，与抽液泵(17)的入口通过管道连接，抽液泵(17)的出口与漆酶进液阀门(1)通过管道连接，漆酶进液阀门(1)与控制阀门(3)通过管道连接；
漆酶回收罐(21)安装在漆酶反应器下方，与排液阀门(5)通过管道连接，排液阀门(5)与总排液阀(4)通过管道连接；
物料输送器(20)安装在漆酶反应器外部，与进料阀门(8)通过管道连接；
冲洗***包括热水阀门(2)和废液阀门(6)，热水阀门(2)设在漆酶反应器上方，与热水进水管连接，废液阀门(6)设在反应器下方，与总排液阀门(4)通过管道连接。
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