[发明专利]一种汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的方法及其装置

说明书

本发明提供一种汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的方法，包括以下步骤：备料，汽爆处理，过滤，脱色，降解，浓缩，采用汽爆法处理秸秆，有效避免传统工艺使用酸碱产生的废水污染环境，降解过程采用磺酸型固体酸催化剂，使用方便，易于分离回收，可重复利用且对设备无腐蚀。一种汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的装置，包括粉碎机、蒸汽罐、汽爆罐、常压容器、板框压滤机、脱色罐、反应釜和蒸发结晶器，还包括降噪罐和预热罐，预热罐可有效回收汽爆后的蒸汽预热秸秆，降噪罐可有效降低汽爆过程的噪音，汽爆罐可有效保证蒸汽均匀渗入物料中，保证汽爆效果。

技术领域

本发明涉及生物质预处理技术领域，具体涉及一种汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的方法及其装置。

背景技术

低聚木糖又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖，可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性。制备低聚木糖的原料主要是半纤维素。农作物秸秆是一种可再生有机物，其蕴藏着丰富的能量，目前焚烧还田等处理秸秆的方法不仅浪费资源，而且严重污染环境，农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。因此，采用秸秆制备低聚木糖可提高农业附加值，减少环境污染。

目前低聚木糖的提取方法主要有微波降解法、酸提取法、碱提取法、汽爆即蒸汽爆破和预处理后定向酶解法，微波降解法具有速度快、效率高、但是成本高，不适合大量生产。酸提取法和碱提取法，在生产过程中需要加入酸、碱类物质，在后续过程中再分离脱除，也会造成一定的废水，污染环境。预处理后定向酶解法，处理效果较好，但是在降解时加入的酶类物质最后过程分离纯化困难，将导致的分离成本的增加或者产品纯度的降低，如公布号为CN 106148452A的中国专利公开了一种利用农林剩余物制备低聚木糖水解液的新方法。汽爆即蒸汽爆破，是应用蒸汽弹射原理实现的爆炸过程对生物质进行预处理的一种技术，其技术本质为：将渗进植物组织内部的蒸汽分子瞬时释放完毕，使蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，从而用较少的能量将原料按目的分解。由于其既避免了化学处理的二次污染问题，又解决了目前生物处理效率低的问题，是生物质转化领域最有前景的预处理技术。目前汽爆装置种类繁多，如公布号为CN 106192507A的中国专利公开了一种瞬间爆秸秆处理装置，公布号为CN 103451985B的中国专利公开了一种植物纤维的多级单螺旋连续式蒸汽爆破装置等，物料均直接堆放在汽爆装置的底部，蒸汽不易迅速且均匀的渗入秸秆，易导致汽爆后的秸秆夹生，目前对降低汽爆装置产生的噪音的研究比较少，汽爆罐在使用过程中声音过大，对工作人员有危害，同时也给周围的环境带来了噪音污染，目前的制备工艺对汽爆后瞬间泄压释放的蒸汽直接排空，未能有效利用蒸汽的能量，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产效率高、可保护环境的汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的方法及其装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种汽爆预处理秸秆提取低聚木糖的方法，包括以下步骤：

a. 备料：取秸秆加入粉碎机中进行机械粉碎，粉碎后秸秆不超过3厘米，将粉碎后的秸秆倒入预热罐，使用蒸汽罐向预热罐输送蒸汽，对秸秆进行预热；

b. 汽爆处理：将步骤a预热后的秸秆加入汽爆罐中，密封，使用蒸汽罐向汽爆罐输送蒸汽至温度208～223℃，压力1.3～1.5MPa，维持90～105秒，快速泄压，蒸汽返回预热罐预热秸秆，物料释放到内部放置有水的常压容器中；

c. 过滤：将步骤b常压容器中的物料经过板框压滤机过滤得滤液；

d. 脱色：将步骤c所得滤液放入脱色罐中，进行活性炭脱色，得木聚糖溶液；

e. 降解：将步骤d所得的木聚糖溶液置于反应釜中，加入磺酸型固体酸催化剂，在130～138℃条件下搅拌反应2～4小时，反应完成后，过滤所得滤液即为低聚木糖溶液；

f. 浓缩：将步骤e所得的低聚木糖溶液置于蒸发结晶器，在65～70℃条件下蒸发浓缩，得低聚木糖产品。