木质纤维素喷爆过滤的试验研究

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1、万方数据第24卷第2期纤维素科学与技术v01．24No·22016年6月Jo嘞lofCellllloseScience锄dTecbnologyJ硼．2016======：===：======：===============================================文章编号：1004．8405(2016)02．0070-07DOI：10．16561／j．cnl(i．xws．2016．02．14木质纤维素喷爆过滤的试验研究刘岩1，金朝旭1，李双喜2，蔡纪宁2，张秋翔2(1．北京航天试验技术研究所，北京100074：2．北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要：为了高效

2、利用木质纤维素水解产物中的混合糖类进行发酵，设计、加工、安装了木质纤维素喷爆过滤试验装置。测定、比较了滤饼、滤液的含水率和单糖得率，分析了喷爆过滤技术的可行性和几种参数对喷爆过滤效果的影响。研究结果表明：滤饼含水率为70．20％，固液分离效果明显；喷放压力为1．OMPa，喉口直径为25mm时，喷爆过滤效果较好；试验条件下，滤网速度越大，喷爆过滤效果越好。喷爆过滤技术能够克服压滤机不易分离非流动含水物质的局限，充分利用汽爆物较高动能，将汽爆物中的固液两相分离，实现纤维素和半纤维素的分开酶解，提高酶解得率和产品经济价值。关键词：木质纤维素；喷爆过滤；试验；含水率；单糖得率中图分类号：TQ352．5

3、；TQ352．62文献标识码：A如何高效利用水解物中的混合糖类进行发酵是木质纤维素生物转化研究中的焦点问题之一【l】，将不同组分分开进行酶解、发酵是解决此问题的一种途径。蒸汽爆破预处理后，使木质纤维素结构实现破碎与分解。汽爆物中，纤维素为细小固体。半纤维素溶于水中，水解产物为可溶性糖(木糖为主)，含量虽少，但可以用来制取具有高价值木糖醇等产品，因此需要充分合理利用。两者可以通过过滤技术实现分离，进而分开酶解发酵，生产不同的化工产品，实现酶解效率和产品经济价值的提高。过滤技术是最实用的固液分离技术，近年来国内外对过滤技术的广泛应用开展了一系列研究。英国Exeter大学分离中心采用活塞压缩纤维介质

4、，研制出Hw深层过滤裂11，可去除最小粒径为o．2呻1的粒子【2】，并减小了设备尺寸。英国EricC．Greek公司研制采用尼龙、聚酯、丙纶等材料，研发出一种旋压式纤维过滤器【3J，采用机械加压办法，取得较好过滤效果，但纤维易磨损，且能耗较大。Fred耐ckSpmce利用深层过滤技术，所研发出用于去除水和废水中病原微生物的多层深层过滤系统【4】。我国杜维刚等开发研制的水平带式真空过滤机【5】，成功应用于纯碱工业，大幅度降低重碱水分、含盐量以及洗水当量。耿亚梅等通过采用圆形滤框和对角切向进料方式，研发了一种新型动态扫流板框压滤机【6】，提高过滤速率、改善过滤效果。目前还没有一种适用于蒸汽爆破法处

5、理木质纤维素工艺的过滤技术。本文从评价过滤效果的角度出发，以玉米芯为原料进行了喷爆过滤试验，通过测量喷爆过滤产物的含水率、单糖得率研究了喷爆过滤技术分离木质纤维素汽爆物的效果。1喷爆过滤法的试验原理本文研究的喷爆过滤过程如图l所示，喷放阀出口与一个类似喷射泵结构的抽水混合装置连接，抽水混合装置内安装有拉瓦尔喷头结构的抽水混合喷头，喷头出口处向外引入水管，与常压状态下的水槽连通。喷头下方放置滤网，滤网绕在两滚筒上，并用钢卡接头连接张紧。收稿日期：2016．04．13基金项目：国家高技术研究发展计划(863)(2014AA021906)。作者简介：刘岩(1989～)，男，河北迁安人，硕士，助理工程

6、师；研究方向：化工设备设计。buctliuy孤@163．c锄万方数据第2期刘岩等：木质纤维素喷爆过滤的试验研究71喷爆过滤包括两个阶段，首先蒸汽爆破预处理的固液混合物料经过拉瓦尔喷头喷爆射流，在喷头喉口处速度达到最大值。喷头出口附近形成负压区域，水槽中的水在负压作用下进入抽水混合装置内，与汽爆物混合并充分溶解可溶性糖，汽爆物与水共同喷出。然后物料高速撞击滤网，纤维素颗粒被滤网截留，形成滤饼；半纤维素水解液滤出，称为滤液，实现两者的分离。木质素为颗粒状固体，但含量很少，不作讨论。滤网在电动滚筒的带动下将纤维素输送至下一工序中。喷爆过滤过程实现了蒸汽爆破产生的较高动能向压力能的转化，为过滤提供了推

7、动力，降低了能耗，是适应木质纤维素蒸汽爆破预处理的分离技术【7】。2喷爆过滤法试验的装置木质纤维素一反应器物料蝴捌I产绷水槽瑚抽水混合喷头水槽一漕WW《荤剥冲洗水l主动滚筒挡板、、

8、纤维素茹粒l运动滤网’，：、!———L—-—～L』7、／从动滚筒?乏!兰兰兰兰二—兰刍．妻，0、=二二——!二三三三三二三3．．o1板卸料集液盘镉豁滤液排出管网1嗑爆讨滤i寸稗示意图图2中为北京化工大学设计制造的罐式蒸