[发明专利]一种利用发酵柠檬酸废水水解植物半纤维素的装置和方法

权利要求书

1.一种能够有效利用发酵柠檬酸废水水解植物半纤维素的装置，其特征在于主要由循环喷淋冲滤反应器(a)、储酸罐(11)、储水罐(10)、换热器(5、7)构成，其中循环喷淋冲滤反应器(a)的顶部进口(b)一方面通过泵(9)分别与储酸罐(11)和储水罐(10)相连接，另一方面通过第一换热器(7)和压力阀(8)与循环喷淋冲滤反应器(a)的底部出口(c)循环联通；循环喷淋冲滤反应器(a)的底部出口(c)还连接有第二换热器(5)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的循环喷淋冲滤反应器(a)的上侧面设有物料进口(d)、下侧面设有物料出口(e)；其顶部进口(b)下方连接有喷淋装置(3)、其底部出口(c)上方设有筛板(4)；循环喷淋冲滤反应器(a)内部设有热电偶(2)，并与循环喷淋冲滤反应器(a)外部的控温仪(1)连接。

3.一种权利要求1所述的装置水解植物半纤维素的方法，包括以下步骤：

(1)发酵柠檬酸废水的预处理：将经过自然沉降后的发酵柠檬酸的废水温度加热至90℃～110℃蒸发浓缩；加入体积比0.1％～0.01％的浓硫酸并混合均匀、过滤后置于储酸罐中待用；

(2)水解半纤维素：将植物纤维素风干粉碎后从物料进口添加并置于循环喷淋冲滤反应器的底部筛板之上，从储酸罐中按照发酵柠檬酸废水和植物纤维素的液固w/v比10∶1～20∶1注入发酵柠檬酸废水；通过控温仪控制热电偶使循环喷淋冲滤反应器温度100℃～200℃，同时控制第一换热器保持同样温度，开始柠檬酸水解半纤维素的反应；反应过程中发酵柠檬酸废水从喷淋装置以喷淋的方式实现液体于植物纤维素固体的充分接触，并流经筛板后通过循环喷淋冲滤反应器底部出口流出，再经压力阀通过第一换热器后回流至循环喷淋冲滤反应器顶部入口循环回喷淋装置；循环水解反应10min～120min；

(3)收集水解液和物料：从循环喷淋冲滤反应器底部出口经第二换热器冷却后放出水解液，并从储水罐中向循环喷淋冲滤反应器中通入水冲洗筛板上的固体物料除酸，得到总的半纤维素水解液；从物料出口处收集除去了半纤维素的固体物料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的步骤(2)中植物纤维素粉碎目数为10～40目。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的步骤(2)中压力阀控制发酵柠檬酸废水循环的流速为5～15L/min。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中从储水罐中放出的水量为使冲洗后水解液的pH值为4.8～5.2所需的水量。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括酶水解纤维素的步骤：向步骤

(3)中收集的固体物料中加入Ca(OH)₂中和柠檬酸，再用水冲洗掉柠檬酸钙沉淀后，经闪蒸后调节pH值在4.8～5.2，转入酶解反应器中，加入水，并加入纤维素酶酶解75～90h后，收集得到主要含葡萄糖的水解液。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的酶解反应器为搅拌反应器。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的酶解条件为：pH为4.8～5.2，液固L/kg比10∶1～5∶1，温度为48～55℃，纤维素酶用量10～15FPU/g干重，酶解时间75～90h，转速60～100rpm。

10.根据权利要求3至9之一所述的方法，其特征在于所述的植物纤维素包括玉米秸秆、玉米芯、高粱杆、麦草、锯末、木材、稻草稻壳。