專利名稱：一種木質(zhì)纖維素原料的漆酶預(yù)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物漆酶進(jìn)行木質(zhì)纖維素 原料的預(yù)處理裝置。
背景技術(shù)：
木質(zhì)纖維素原料經(jīng)過酶解糖化后，可得到以葡萄糖為主的六碳糖及以木糖為主的 五碳糖，是食品和化工等行業(yè)的重要原料。木質(zhì)纖維素原料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì) 素三大部分組成，半纖維素作為分子黏合劑結(jié)合在纖維素和木質(zhì)素之間，將纖維素分子包 埋在其中，形成一種天然屏障，使酶不易與纖維素分子接觸，導(dǎo)致木質(zhì)纖維素原料中多糖的 酶解緩慢。因此要實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素原料的酶解糖化必需通過的適宜預(yù)處理技術(shù)脫除木質(zhì) 素，改善木質(zhì)纖維素原料的天然結(jié)構(gòu)、解除木質(zhì)素對(duì)酶屏障阻礙作用，增強(qiáng)酶與纖維素、半 纖維素的可及度，提高纖維素、半纖維素酶解糖化效率。因此適宜的木質(zhì)素脫除預(yù)處理工藝 是木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化利用關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理工藝主要有物理法、化學(xué)法和生物法，普遍采用的 物理、化學(xué)預(yù)處理技術(shù)主要針對(duì)單一纖維素成份的利用而言，半纖維素成份一般作為副產(chǎn) 物損失、不能實(shí)現(xiàn)纖維素、半纖維素等組分有效利用，造成目標(biāo)產(chǎn)物單一、整體原料損失嚴(yán) 重，成本高昂，收支失衡。同時(shí)存在工藝要求高、酸堿二次污染、發(fā)酵抑制物產(chǎn)生等技術(shù)瓶 頸，嚴(yán)重制約了其工業(yè)化推廣應(yīng)用。生物法主要利用微生物的生物催化作用(包括真菌、細(xì) 菌、放線菌等)進(jìn)行木質(zhì)素、半纖維素、纖維素等組分的降解，提高后續(xù)纖維素、半纖維素糖 化效率。這種方法反應(yīng)條件溫和、不造成環(huán)境污染、成本低等優(yōu)勢(shì)，是目前國內(nèi)外研究的熱 點(diǎn)。但從國內(nèi)外研究報(bào)道來看，生物法存在預(yù)處理時(shí)間較長、效率低、糖成份損失等缺點(diǎn)。因 此，尋找工藝簡單、條件溫和、成本低廉和原料利用率高的新型預(yù)處理技術(shù)是解決目前木質(zhì) 纖維素原料轉(zhuǎn)化利用的一條切實(shí)可行之路。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述物理法、化學(xué)法和生物法預(yù)處理工藝存在的問題，本實(shí)用新型提供一 種木質(zhì)纖維素原料的漆酶預(yù)處理裝置，可有效脫除木質(zhì)纖維素原料中的木質(zhì)素、降低原料 損失、縮短預(yù)處理時(shí)間、減輕二次污染，大大提高原料利用效率。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的漆酶預(yù)處理裝置主要由漆酶反應(yīng)器、漆酶 循環(huán)系統(tǒng)、增溫系統(tǒng)、漆酶投加系統(tǒng)、漆酶回收罐、物料輸送器及沖洗系統(tǒng)組成。漆酶反應(yīng)器 包括設(shè)有熱水夾層14的圓柱罐體13、半球罐體26、進(jìn)料閥門8、出料口 23、濾板16、總排液 閥門4、增溫?zé)崴M(jìn)口 25和增溫?zé)崴隹?24，進(jìn)料閥門8設(shè)在圓柱罐體13上部，與物料輸 送器20通過管道連接，出料口 23設(shè)在圓柱罐體13底部，濾板16設(shè)在圓柱罐體與半球罐體 的連接處，總排液閥門4設(shè)在半球罐體底部，與排液閥門5連接，噴淋頭15設(shè)在圓柱罐體13 頂部，與外部管路連接，增溫?zé)崴M(jìn)口 25設(shè)在熱水夾層14的中下部，與換熱器11通過管道 連接，增溫?zé)崴隹?24設(shè)在熱水夾層14的底部，與電動(dòng)閥9通過管道連接；漆酶循環(huán)系統(tǒng) 包括循環(huán)泵18和循環(huán)閥門7，循環(huán)泵18的入口與循環(huán)閥門7通過管道連接，循環(huán)泵18的出口與噴淋頭15通過管道連接，循環(huán)閥門7與總排液閥門4通過管道連接；增溫系統(tǒng)包括控 制器22、溫度傳感器12、換熱器11、循環(huán)泵10和電動(dòng)閥9，控制器22安裝于漆酶反應(yīng)器外， 與溫度傳感器12、換熱器11、循環(huán)泵10和電動(dòng)閥9各自通過導(dǎo)線連接，溫度傳感器透過圓 柱罐體13內(nèi)壁安裝在其中下部，循環(huán)泵10的入口與電動(dòng)閥門9通過管道連接，循環(huán)泵10 的出口與換熱器11通過管道連接，電動(dòng)閥門9與增溫?zé)崴隹?24通過管道連接；漆酶投 加系統(tǒng)包括漆酶儲(chǔ)罐19、抽液泵17和漆酶進(jìn)液閥門1，漆酶儲(chǔ)罐19安裝在漆酶反應(yīng)器外， 與抽液泵17的入口通過管道連接，抽液泵17的出口與漆酶進(jìn)液閥門1通過管道連接，漆酶 進(jìn)液閥門1與控制閥門3通過管道連接；漆酶回收罐21安裝在漆酶反應(yīng)器下方，與排液閥 門5通過管道連接，排液閥門5與總排液閥4通過管道連接；物料輸送器20安裝在漆酶反 應(yīng)器外部，與進(jìn)料閥門8通過管道連接；沖洗系統(tǒng)包括熱水閥門2和廢液閥門6，熱水閥門2 設(shè)在漆酶反應(yīng)器上方，與熱水進(jìn)水管連接，廢液閥門6設(shè)在反應(yīng)器下方，與總排液閥門4通 過管道連接。本實(shí)用新型的積極效果是，通過漆酶酶液循環(huán)把靜態(tài)酶催化反應(yīng)方式變?yōu)閯?dòng)態(tài)的 反應(yīng)方式。靜態(tài)的反應(yīng)方式即傳統(tǒng)投加酶液后，靜態(tài)放置進(jìn)行批式反應(yīng)，這樣在木質(zhì)纖維素 原料酶催化一段時(shí)間后，其周圍的降解產(chǎn)物濃度會(huì)比其他地方高出很多，這樣不利于反應(yīng) 向降解產(chǎn)物的方向進(jìn)行，木質(zhì)素就得不到很好的脫除，而漆酶酶液的循環(huán)可以通過不斷地 循環(huán)把木質(zhì)纖維素原料附近的木質(zhì)素降解產(chǎn)物帶走，擴(kuò)散到整個(gè)酶催化反應(yīng)體系中去，使 得木質(zhì)纖維素原料附近始終保持較低的木質(zhì)素降解產(chǎn)物，有利于木質(zhì)素的進(jìn)一步脫除；并 且采用動(dòng)態(tài)的循環(huán)法可以沖散阻擋在木質(zhì)纖維素原料表面的一些難溶性的木質(zhì)素降解產(chǎn) 物，使得漆酶酶液可以更好地與木質(zhì)纖維素原料接觸以對(duì)其進(jìn)行催化反應(yīng)，加速木質(zhì)素的 降解。同時(shí)，采用的增溫系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)漆酶反應(yīng)溫度的自動(dòng)控制，可確保漆酶催化溫度始終處 在最佳范圍。整個(gè)裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種能廣泛應(yīng)用于木質(zhì)纖 維素原料預(yù)處理的裝置，可滿足規(guī)?；a(chǎn)要求。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1漆酶進(jìn)液閥門，2熱水閥門，3控制閥門，4總排液閥門，5排液閥門，6廢液 閥門，7循環(huán)閥門，8.進(jìn)料閥門，9電動(dòng)閥，10循環(huán)泵，11換熱器，12溫度傳感器，13反應(yīng)器圓 柱罐體，14熱水夾層，15噴淋頭，16濾板，17抽液泵，18循環(huán)泵，19漆酶儲(chǔ)罐，20物料輸送 器，21漆酶回收罐，22控制器，23出料口，24增溫?zé)崴隹冢?5增溫?zé)崴M(jìn)口，26反應(yīng)器半 球罐體。
具體實(shí)施方式
按附圖所示的本實(shí)用新型裝置，開啟物料輸送器20將粉碎后的玉米秸稈從進(jìn)料 閥門8裝入反應(yīng)器圓柱罐體13，打開漆酶進(jìn)液閥門1、控制閥門3，開啟抽液泵17，從漆酶儲(chǔ) 罐19中經(jīng)噴淋頭15噴灑漆酶液于反應(yīng)器圓柱罐體13中，至漆酶液注入結(jié)束；打開總排液 閥4、循環(huán)閥門7，關(guān)閉漆酶進(jìn)液閥門1、控制閥門3，啟動(dòng)循環(huán)泵18，反應(yīng)期間液體部分通過 濾板16的固液分離作用進(jìn)行循環(huán)，固體物料部分通過濾板16分離阻擋留在反應(yīng)器圓柱罐體13內(nèi)，液體部分經(jīng)過循環(huán)泵18抽取提升至噴淋頭15以噴灑的方式分散回流到反應(yīng)器圓 柱罐體13中；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉總排液閥4、循環(huán)閥門7，打開總排液閥4和排液閥門5，漆酶 反應(yīng)液流入漆酶回收罐21，用于后期重復(fù)使用；關(guān)閉排液閥門5，打開熱水閥門2、控制閥門 3和廢液閥門6，通50°C溫水(HP)沖洗反應(yīng)器內(nèi)的固體，洗去殘留酶液和木質(zhì)素，廢液(WL) 經(jīng)廢液閥門6排出進(jìn)行后續(xù)處理；最后打開出料口 23，把剩余的固體物料取出，用于后續(xù)酶 解糖化。 為了控制漆酶催化溫度，漆酶反應(yīng)器設(shè)有熱水夾層14，當(dāng)溫度傳感器12監(jiān)測到反 應(yīng)器內(nèi)催化溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，控制器22開啟換熱裝置11、循環(huán)泵10和電動(dòng)閥9通過增 溫?zé)崴隹?24和增溫?zé)崴M(jìn)口 25向熱水夾層14循環(huán)注入熱水進(jìn)行增溫，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度 時(shí)，換熱器11、循環(huán)泵10停止運(yùn)行，電動(dòng)閥9關(guān)閉，通過控制器22的自動(dòng)控制，使物料始終 維持在設(shè)定的溫度下催化反應(yīng)。
權(quán)利要求一種木質(zhì)纖維素原料的漆酶預(yù)處理裝置，其特征是由漆酶反應(yīng)器、漆酶循環(huán)系統(tǒng)、增溫系統(tǒng)、漆酶投加系統(tǒng)、漆酶回收罐、物料輸送器及沖洗系統(tǒng)組成；漆酶反應(yīng)器包括設(shè)有熱水夾層(14)的圓柱罐體(13)、半球罐體(26)、進(jìn)料閥門(8)、出料口(23)、濾板(16)、總排液閥門(4)、增溫?zé)崴M(jìn)口(25)和增溫?zé)崴隹?24)，進(jìn)料閥門(8)設(shè)在圓柱罐體(13)上部，與物料輸送器(20)通過管道連接，出料口(23)設(shè)在圓柱罐體(13)底部，濾板(16)設(shè)在圓柱罐體與半球罐體的連接處，總排液閥門(4)設(shè)在半球罐體底部，與排液閥門(5)連接，噴淋頭(15)設(shè)在圓柱罐體(13)頂部，與外部管路連接，增溫?zé)崴M(jìn)口(25)設(shè)在熱水夾層(14)的中下部，與換熱器(11)通過管道連接，增溫?zé)崴隹?24)設(shè)在熱水夾層(14)的底部，與電動(dòng)閥(9)通過管道連接；漆酶循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)泵(18)和循環(huán)閥門(7)，循環(huán)泵(18)的入口與循環(huán)閥門(7)通過管道連接，循環(huán)泵(18)的出口與噴淋頭(15)通過管道連接，循環(huán)閥門(7)與總排液閥門(4)通過管道連接；增溫系統(tǒng)包括控制器(22)、溫度傳感器(12)、換熱器(11)、循環(huán)泵(10)和電動(dòng)閥(9)，控制器(22)安裝于漆酶反應(yīng)器外，與溫度傳感器(12)、換熱器(11)、循環(huán)泵(10)和電動(dòng)閥(9)通過導(dǎo)線連接，溫度傳感器透過圓柱罐體(13)內(nèi)壁安裝在其中下部，循環(huán)泵(10)的入口與電動(dòng)閥門(9)通過管道連接，循環(huán)泵(10)的出口與換熱器(11)通過管道連接，電動(dòng)閥門(9)與增溫?zé)崴隹?24)通過管道連接； 漆酶投加系統(tǒng)包括漆酶儲(chǔ)罐(19)、抽液泵(17)和漆酶進(jìn)液閥門(1)，漆酶儲(chǔ)罐(19)安裝在漆酶反應(yīng)器外，與抽液泵(17)的入口通過管道連接，抽液泵(17)的出口與漆酶進(jìn)液閥門(1)通過管道連接，漆酶進(jìn)液閥門(1)與控制閥門(3)通過管道連接；漆酶回收罐(21)安裝在漆酶反應(yīng)器下方，與排液閥門(5)通過管道連接，排液閥門(5)與總排液閥(4)通過管道連接；物料輸送器(20)安裝在漆酶反應(yīng)器外部，與進(jìn)料閥門(8)通過管道連接；沖洗系統(tǒng)包括熱水閥門(2)和廢液閥門(6)，熱水閥門(2)設(shè)在漆酶反應(yīng)器上方，與熱水進(jìn)水管連接，廢液閥門(6)設(shè)在反應(yīng)器下方，與總排液閥門(4)通過管道連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用生物漆酶進(jìn)行木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理裝置。本實(shí)用新型裝置由漆酶反應(yīng)器、漆酶循環(huán)系統(tǒng)、增溫系統(tǒng)、漆酶投加系統(tǒng)、漆酶回收罐、物料輸送器及沖洗系統(tǒng)組成。具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種能廣泛應(yīng)用于木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理的裝置，可滿足規(guī)模化生產(chǎn)要求。
文檔編號(hào)C12M1/38GK201620167SQ201020139050

公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者劉曉風(fēng), 袁月祥, 閆志英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院成都生物研究所