[发明专利]一种生物质预水解过程在线监测的方法与装置

权利要求书

1.一种生物质预水解过程在线监测装置，其特征在于，包括与生物质预水解反应器连接的检测槽(4)、参比液槽(12)、废液槽(17)、光源(7)、用于数据收集和检测模型运算的数据处理装置(10)以及衰减全反射探头(8)；

所述检测槽(4)通过管道与生物质预水解反应器形成液体回路；所述检测槽(4)内设有衰减全反射探头(8)和温度传感器；所述衰减全反射探头(8)与光源(7)和数据处理装置(10)通过光纤连接；所述管道和/或检测槽(4)设有温度调节装置；所述温度传感器和温度调节装置分别与数据处理装置连接；所述参比液槽(12)和废液槽(17)分别通过管道与检测槽(4)连接；所述管道设有阀门和/或泵；还设有清洗液槽(11)，所述清洗液槽(11)通过管道与检测槽(4)和/或用于输送预水解液的管道连接；所述生物质预水解反应器(1)与检测槽(4)之间的进液管道上设有阀门(2)、出液管道上设有阀门(6)；所述参比液槽(12)的出液管道上设有阀门(14)，所述清洗液槽(11)的出液管道上设有阀门(13)，所述阀门(13)和阀门(14)通过管道和三通阀连接泵(15)，所述泵(15)通过管道与阀门(2)和检测槽(4)之间的管道连接；所述检测槽(4)和阀门(6)之间的管道设有三通阀并通过管道和阀门(5)连接废液槽(17)；

检测过程无需冷却装置降温；

所述数据处理装置根据温度传感器检测到信号，控制温度调节装置，以稳定控制检测槽内样品的温度，获得准确可靠的检测结果；

所述温度调节装置包括保温层、电加热套或电热棒。

2.根据权利要求1所述生物质预水解过程在线监测装置，其特征在于，所述阀门(2,5,6,13,14,16)为电磁阀，所述阀门(2,5,6,13,14,16)和泵(15)与数据处理装置通信连接。

3.根据权利要求2所述生物质预水解过程在线监测装置，其特征在于，所述生物质预水解反应器(1)与检测槽(4)之间的进液管道设有泵和/或连通生物质预水解反应器(1)的高压区域，所述生物质预水解反应器(1)与检测槽(4)之间的出液管道设有泵和/或连通生物质预水解反应器(1)的低压区域。

4.根据权利要求1～3任意一项所述生物质预水解过程在线监测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将参比液槽中的参比液输送入检测槽中，检测t时刻参比液在波长θ处的吸光度；

S2.从生物质预水解反应器中取出预水解液样品输送到检测槽中；检测t时刻预水解液样品在波长θ处的吸光度；

S3.将S1和S2中获得的吸光度与预水解液比进行拟合建模获得检测模型，运用检测模型分别计算得到生物质预水解的预水解得率、纤维素和半纤维素去除率；

所述检测模型为：

Y＝αLog{D·[A_t,θ²-A_0,θ²]}+β

式中，Y--预水解得率、纤维素和半纤维素去除率，％；α,β--方程系数，％；D--预水解液比，m³/t；A_t,θ、A_0,θ--t时刻预水解液样品和参比液在波长θ处的吸光度，无量纲。

5.根据权利要求4所述生物质预水解过程的在线检测装置的方法，其特征在于，所述波长θ为220～450nm。

6.根据权利要求5所述生物质预水解过程的在线检测装置的方法，其特征在于，所述预水解液比为1.0～30.0m³/t；所述方程系数α为-50～50，β为5～95。

7.根据权利要求6所述生物质预水解过程的在线检测装置的方法，其特征在于：

在线监测装置开始运行，阀门(2,6)关闭，阀门(14,16,5)开启，泵(15)开启，参比液由参比液槽(12)进入检测槽(4)，最后进入废液槽(17)；

光源(7)发出的单波长或多波长光经由光纤进入衰减全反射探头(8)，在衰减全反射探头(8)的相界面处经过若干次反射后，紫外/可见光经由光纤进入数据处理装置(10)，记录参比液在t时刻波长θ处的吸光度；

阀门(14,16,5)与泵(15)关闭，阀门(2,6)开启，生物质预水解反应器内高压区域的预水解液进入检测槽(4)，经管路输送至生物质预水解反应器内的低压区域；

光源(7)发出的单波长或多波长光经由光纤进入衰减全反射探头(8)，在衰减全反射探头(8)的相界面处经过若干次反射后，紫外/可见光经由光纤进入数据处理装置(10)，记录预水解液在t时刻波长θ处的吸光度；

将S1和S2中获得的吸光度与预水解液比进行拟合建模获得检测模型，运用检测模型分别计算得到生物质预水解的预水解得率、纤维素和半纤维素去除率；

在线监测装置经过一段时间的运行后，预水解液中的有机物在衰减全反射探头表面逐渐吸附、累积，进而造成光学检测的基线漂移障碍，需要对管路系统进行清洗；

清洗过程中，阀门(2,6,14)处于关闭状态，阀门(13,16,5)开启，泵(15)开始工作；清洗液由清洗液槽(11)进入检测槽(4)，最终进入废液槽(17)；在清洗过程中，当检测信号值与清洗液自身信号值相同时，初次清洗结束，阀门(13)关闭；

阀门(14)开启，参比液进入系统将残余的清洗液输送出系统，待检测值与参比信号值相同时，清洗过程全部完成，阀门(5,14,16)关闭，泵(15)关闭。