專利名稱：天然纖維水解反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種糖化水解制程設(shè)備，特別是涉及一種具有壓出機料筒 裝置塑化增壓與不需額外加入添加劑的天然纖維水解反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
我國對進口能源的依賴度越來越高，國際石油價格不斷攀升，若能使用 生質(zhì)酒精減少石油的使用量，乃是涉及國家總體戰(zhàn)略意義的重要政策，生質(zhì) 酒精能夠有效降低溫室氣體與空氣污染物的排放量，更可以提升車輛的性 能，為取代石化燃料的重要再生與環(huán)保燃料之一。以糖液為原料發(fā)酵產(chǎn)制的
酒精即為一相當成熟的技術(shù)，并且已經(jīng)在巴西發(fā)展逾30年，成為舉世爭相 效法的對象。然而近年來，國際糖價逐漸攀升且高居不下，以糖為原料的 酒精制程成本難以降低，要使生質(zhì)酒精成為具有竟爭力的汽油添加劑或替 代品，尚有待尋找更廉價的生質(zhì)原料，產(chǎn)制生質(zhì)酒精的生質(zhì)原料必須具有 來源多樣化與不會竟爭糧食作物耕地等特性，于是地球含量最高的生物高 分子一纖維素即是滿足這兩項條件的最佳原料之一 。
因此，許多國家的政府部門與民間企業(yè)莫不爭相投入發(fā)展以纖維素為 原料產(chǎn)制酒精的相關(guān)技術(shù)，纖維素原料的主要來源有甘蔗渣、稻草、玉米 梗、牧草、甚至是廢棄紙類回收物等，這些原料含有60-80 %纖維素與半纖 維素，以及15-25%木質(zhì)素，將纖維素與半纖維素水解糖化，便能利用發(fā)酵 技術(shù)將糖轉(zhuǎn)化成酒精。近年來各種富含纖維素物質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物在工業(yè) 上大量地被回收利用于生質(zhì)能源的開發(fā)上，如將含纖維素物質(zhì)經(jīng)前處理，把 纖維素轉(zhuǎn)化成糖類，再將糖類經(jīng)生化程序轉(zhuǎn)化為醇類，成為生質(zhì)酒精，這些 植物性纖維素中，半纖維素約為20~40%略僅次纖維素，半纖維素也是一種 大分子量具分支的非纖維結(jié)構(gòu)的異質(zhì)多糖，其組成包含聚木糖、聚葡萄糖 及聚甘露糖，其中又以聚木糖占量最多，可利用來制造寡木糖。
在先前現(xiàn)有技術(shù)中，水解纖維素的方式有采用酸水解、酵素水解、超聲 波水解等。酸水解速率高且操作容易，但由于酸水解缺乏專一性且反應(yīng)后 須經(jīng)中和處理及分離純化等步驟而產(chǎn)生大量廢液，增加額外成本與環(huán)境的 負擔(dān)。超聲波水解則受限于水解速率會隨處理時間增加而降低，而有最低 可水解分子量的限制，制程控制復(fù)雜。利用酵素進行半纖維素水解，不但 可在常溫與常壓下進行，具有高度專一性與不限于分子大小，并可經(jīng)由控制 水解條件制得特定聚合度或功能性的寡糖產(chǎn)物，但酵素作用活性與產(chǎn)物性質(zhì)容易受半纖維素組成、反應(yīng)液酸堿度、溫度及液量或其他共存物質(zhì)的影 響，必須額外添加酵素，制程控制復(fù)雜。
然而，先前現(xiàn)有技術(shù)具有無法避免的缺點，就是必須使用添加劑、制程 復(fù)雜、制程控制不易、對環(huán)境造成負擔(dān)與制造成本高等缺失。
由此可見，上述現(xiàn)有的水解纖維素的方式在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存 在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關(guān) 廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設(shè)計被 發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān) 業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的天然纖維水解反應(yīng) 器，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。
有鑒于上述現(xiàn)有的水解纖維素的方式存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事 此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運用，積 極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的天然纖維水解反應(yīng)器，能夠改 進一般現(xiàn)有的水解纖維素方式，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè) 計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的水解纖維素的方式存在的缺陷，而提供 一種新型結(jié)構(gòu)的天然纖維水解反應(yīng)器，所要解決的技術(shù)問題是使其將淀粉 或摻有植物纖維素與半纖維素原料加入天然纖維水解反應(yīng)器，可不需加入 任何添加劑，制成生成物糖液，非常適于實用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依 據(jù)本發(fā)明提出的一種天然纖維水解反應(yīng)器，該天然纖維水解反應(yīng)器至少包
含有 一壓出機料筒裝置，該壓出機料筒裝置內(nèi)設(shè)置有一進料壓縮螺桿，該 壓出機料筒裝置并設(shè)置有一溫度控制裝置，該壓出機料筒裝置并設(shè)有一第
一進料口與一第一出料口； 一動力驅(qū)動裝置，該動力驅(qū)動裝置連接該進料
壓縮螺桿，使該進料壓縮螺桿旋轉(zhuǎn)；以及一氣液分離槽裝置，該氣液分離 槽裝置有一第二進料口與一第二出料口，該氣液分離槽裝置以該第二進料 口與該壓出機料筒裝置有該第一出料口相連接；將淀粉或摻有植物纖維素 與半纖維素原料放入該天然纖維水解反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)該天然纖維水解反應(yīng)器 塑化增壓與加熱引發(fā)水解反應(yīng)，制成糖液。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。 前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的壓出機料筒裝置的該第一進 料口為漏斗狀。
前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的動力驅(qū)動裝置的動力來源為 馬達。前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的氣液分離槽裝置具有一氣壓 控制裝置。
前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的氣液分離槽裝置具有一溫度 控制裝置。
前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的氣液分離槽裝置具有一液位 控制裝置。
前述的天然纖維水解反應(yīng)器，其中所述的氣液分離槽裝置的該第二出 料口內(nèi)側(cè)端設(shè)置有一濾網(wǎng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達 到上述目的，依據(jù)本發(fā)明提供的一種天然纖維水解反應(yīng)器，將淀粉或摻有植 物纖維素、半纖維素的原料放進入壓出機料筒裝置內(nèi)，并以進料壓縮螺桿將 原料往前推送，將原料塑化增壓，被塑化的原料與補充的水混合后，在螺桿 葉片的攪拌混合并加熱下進行水解反應(yīng)產(chǎn)生糖液，并藉由螺桿的轉(zhuǎn)動而不 斷地將水解產(chǎn)物往前推送，為避免高溫造成壓出機料筒裝置內(nèi)水的汽化，因 此在壓出機料筒裝置出料口設(shè)置高壓氣液分離槽，以保持壓出機料筒內(nèi)存 在有液體的狀態(tài)，為保持壓出機料筒內(nèi)存在有液體的狀態(tài)，氣液分離槽的液 面必須隨時保持高于壓出機的出口 ，從壓出機料筒流入氣液分離槽內(nèi)的液 體即為生成物糖液，經(jīng)由出料口排出糖液，即可供發(fā)酵生質(zhì)酒精的原料。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器至少具有下列優(yōu)點及
有益效果本發(fā)明使用天然淀粉或摻有植物纖維素與半纖維素原料，不使 用任何添加劑，即可制成生成物糖液，為綠色環(huán)保的制程，不會造成環(huán)境 的負擔(dān)，而具有制程簡單、制程控制容易以及降低制造成本等諸多功效。
綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種天然纖維水解反應(yīng)器，該天然纖維水 解反應(yīng)器含有壓出機料筒裝置、動力驅(qū)動裝置與氣液分離槽裝置，將淀粉或
料筒裝置內(nèi)進料壓縮螺桿塑化增壓原料后再予以加溫，使原料水解糖化，制 成生成物糖液。本發(fā)明將淀粉或摻有植物纖維素與半纖維素原料加入天然 纖維水解反應(yīng)器，可不需加入任何添加劑，制成生成物糖液，非常適于實 用。本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點及實用價值，其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆 有較大改進，在技術(shù)上有顯著的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn) 有的水解纖維素的方式具有增進的突出功效，從而更加適于實用，誠為一新 穎、進步、實用的新設(shè)計。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合參閱 附圖，詳細說明如下。


圖1為本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器內(nèi)的進料壓縮螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的天然纖維水解反應(yīng)器 其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖 式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。通過具體實施方式
說明，當
;了解，，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以 限制。
請參閱圖1所示，為本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā) 明天然纖維水解反應(yīng)器1的壓出機料筒裝置(Extruder) 11為桶狀的金屬槽 體，該壓出機料筒裝置(Extruder)ll的上方設(shè)有漏斗狀第 一 進料口 (Feeder)lll，壓出機料筒裝置(Extruder) 11內(nèi)設(shè)置有進料壓縮螺桿 (Screw) 112。
請參閱圖2所示，為本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器內(nèi)進料壓縮螺桿的結(jié) 構(gòu)示意圖，該進料壓縮螺桿(Screw) 112，依螺溝溝深1121的不同而分為進 料區(qū)(Feed Zone) 1122、壓縮區(qū)(Compression Zone) 1123與量測區(qū)(Metering Zone) 1124,使進料壓縮螺桿112旋轉(zhuǎn)時對原料施予不同的壓力與功能；
該進料區(qū)(Feed Zone) 1122，其中螺溝溝深1121a固定且較深，對原料 所施的壓力較小，其主要的功能為原料的推擠與初步的壓縮；
lll:第一進料口
1121、 1121a:螺溝溝深
1122:進料區(qū)
1124:量測區(qū)
114:管狀進料口
12:動力驅(qū)動裝置
13:氣液分離槽裝置
132:第二出料口
134:氣壓力控制裝置
136:液位控制裝置
11:壓出機料筒裝置 112:進料壓縮螺桿 1121b、 1121c螺溝溝深 1123:壓縮區(qū) 113:第一出料口 115:溫度控制裝置 121:訊號燈柱 131:第二進料口 133:濾網(wǎng)
135:溫度控制裝置 137:殘渣出口該壓縮區(qū)(Compression Zone)1123，其中螺溝溝深1121b由深逐漸為 淺，對原料所施加的壓力則逐漸加大，原料的塑化增壓(P 1 a s t i fi ca t i on)與 水解(Hydrolysis)反應(yīng)主要是在此發(fā)生；
該量測區(qū)(Metering Zone)1124，其中螺溝溝深1121c固定且較淺，對 原料所施的壓力維持一定的高壓，持續(xù)將生成物與水解后殘渣攪拌，其主要 是使流量穩(wěn)定與計算產(chǎn)物的流量。
請再參閱圖l所示，該進料壓縮螺桿(Screw)112的一端和動力驅(qū)動裝 置12相連接，該動力驅(qū)動裝置12以馬達(Motor)為動力來源，提供進料壓 縮螺桿(Screw)112旋轉(zhuǎn)的動力。該動力驅(qū)動裝置12內(nèi)設(shè)有扭力偵測裝置 (Torque Limiter),當異常狀況發(fā)生時，自動切斷動力驅(qū)動裝置12以自我保 護，并產(chǎn)生警告聲響且顯示警示訊號于訊號燈柱(Signal Tower) 121上。
位于壓出機料筒裝置(Extruder) 11的中段設(shè)有管狀進料口 (Pipe Feed er) 114，用于補充壓出機料筒裝置(Extruder) 11內(nèi)的水份。
該壓出機料筒裝置(Extruder) 11 ，設(shè)有溫度控制裝置(Temperature Controller)115,能控制壓出機料筒裝置(Extruder) 11內(nèi)的制程溫度，位于 壓出機料筒裝置(Extruder) 11的動力驅(qū)動裝置12端的另一端為第一出料口 (Effluent) 113 , 壓出機料筒裝置(Extruder) 11 以第 一 出料口 (Effluent) 113與氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13的第二進料口 (Feeder) 131相連才妾。
該氣液分離槽(Air/Water Separator)裝置13,其為直立桶狀的金屬槽 體，氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13設(shè)有
氣壓控制裝置(Pressure Controll er)134,可以利用提供惰性氣體氮 氣(Nitrogen)的方式，控制氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13內(nèi)的 氣壓力；
溫度控制裝置(Temper ature Controller) 135，能夠控制氣液分離槽 裝置(Air /Water S印arator) 13內(nèi)的溫度；以及
液位控制裝置(Level Controller) 136，能夠控制氣液分離槽裝置 (Air/Water Separator) 13內(nèi)的液位并確保分離槽液位高于第二進料口 131，該氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13的下方設(shè)有第二出料口 (Liquid Efflue nt) 132，該第二出料口 (Liquid Effluent) 132即為生成 物排出口，第二出料口 (Liquid Effluent) 132之前設(shè)置有濾網(wǎng) (Screens) 133,該該濾網(wǎng)(Screens) 133斜置于氣液分離槽裝置(Air/Water Separator)"內(nèi)，濾網(wǎng)(Screens) 133斜面的下側(cè)設(shè)置有殘渣出口 (Solid Effluent) 137 ，用于排出濾網(wǎng)(Screens) 133過濾氣液分離槽裝置 (Air/Water Separator) 13內(nèi)原料水解后的殘渣。
請再參閱圖i所示，為本發(fā)明天然纖維水解反應(yīng)器1的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)將本發(fā)明的操作步驟具體說明如下
淀粉(Starch)或是摻有0 ~ 99°/。的植物纖維素(Cel lulose)、半纖維素 (Hemicellulose)的原料從第一進料口 (Feeder) 111進入壓出機料筒裝置 (Extruder) 11內(nèi)，并且以進料壓縮螺桿(Screw) 112將原料從進料區(qū)(Feed Zone)1122往前推送，進入該進料壓縮螺桿(Screw) 112的壓縮區(qū) (Compression Zone)1123，在此原料逐漸承受高的壓力而被塑化增壓 (Plastif ication),被塑化的原料與以管狀進料口 (Pipe Feeder) 114補充 的水混合后，在進料壓縮螺桿(Screw) 112的持續(xù)攪拌混合與加壓下，以溫度 控制裝置(Temperature Control ler) 115加熱，進行水解(Hydrolys is)反應(yīng) 產(chǎn)生產(chǎn)物糖液，并藉由進料壓縮螺桿(Screw) 112的轉(zhuǎn)動而不斷地將水解 (Hydrolysis)產(chǎn)物糖液與水解后殘渣往前推送至量測區(qū)(Metering Zone) 1124持續(xù)攪拌，為了避免高溫造成壓出機料筒裝置(Extruder) 11內(nèi)水 的汽化，因此在壓出機料筒裝置(Extruder) 11的第一出料口 (Effluent) 113 設(shè)置有氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13,為了確保壓出機料筒裝 置(Extruder) 11內(nèi)保持有液體的狀態(tài)，壓出機料筒裝置(Extruder) 11的液 面必須隨時保持高于壓出機料筒裝置(Extruder)ll的第一出料口 (Effluent) 113的高度，氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13的氣壓 力是由其上端的氣壓控制裝置(Pressure Control ler) 134所控制，不斷補 充小量惰性氣體氮氣(Nitrogen)以確保系統(tǒng)氣壓力穩(wěn)定，原料水解后的較 小分子量的副產(chǎn)物也可隨惰性氣體氮氣(Nitrogen)排出氣液分離槽裝置 (Air/Water Separator) 13外，該氣'液分離沖曹裝置(Air/Water Separator) 13 本身設(shè)置有液位控制裝置(Level Controller) 136,控制液位高度確保液位 高于壓出機料筒裝置(Extruder) 11的第一出料口 (Effluent) 113,氣液分離 槽裝置(Air/Water Separator)13設(shè)置有溫度控制裝置(Temperature Controller) 135，以控制水解后糖液的溫度，氣液分離槽裝置(Air/Water Separator) 13內(nèi)底部設(shè)置有濾網(wǎng)(Screens) 133,可將原料水解后固體殘渣 過濾并由殘渣出口 (Solid Effluent) 137排出，此時本制程生成物糖液由第 二出料口 (Liquid Effluent) 132排出，此生成物糖液即為本發(fā)明天然纖維 水解反應(yīng)器l的最終產(chǎn)物，即可供發(fā)酵生質(zhì)酒精的原料。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但 凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于該天然纖維水解反應(yīng)器至少包含有一壓出機料筒裝置，該壓出機料筒裝置內(nèi)設(shè)置有一進料壓縮螺桿，該壓出機料筒裝置并設(shè)置有一溫度控制裝置，該壓出機料筒裝置并設(shè)有一第一進料口與一第一出料口；一動力驅(qū)動裝置，該動力驅(qū)動裝置連接該進料壓縮螺桿，使該進料壓縮螺桿旋轉(zhuǎn)；以及一氣液分離槽裝置，該氣液分離槽裝置有一第二進料口與一第二出料口，該氣液分離槽裝置以該第二進料口與該壓出機料筒裝置有該第一出料口相連接；將淀粉或摻有植物纖維素與半纖維素原料放入該天然纖維水解反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)該天然纖維水解反應(yīng)器塑化增壓與加熱引發(fā)水解反應(yīng)，制成糖液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的壓出機料筒裝置的該第 一進料口為漏斗狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的動力驅(qū)動裝置的動力來源為馬達。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的氣液分離槽裝置具有一氣壓控制裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的氣液分離槽裝置具有一溫度控制裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的氣液分離槽裝置具有一液位控制裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然纖維水解反應(yīng)器，其特征在于其中所述 的氣液分離槽裝置的該第二出料口內(nèi)側(cè)端設(shè)置有一濾網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種天然纖維水解反應(yīng)器，其至少包含一壓出機料筒裝置，其內(nèi)設(shè)有一進料壓縮螺桿，壓出機料筒裝置并設(shè)有溫度控制裝置，且設(shè)有一第一進料口與一第一出料口；一動力驅(qū)動裝置，連接進料壓縮螺桿，使進料壓縮螺桿旋轉(zhuǎn)；以及一氣液分離槽裝置，設(shè)有一第二進料口與一第二出料口，氣液分離槽裝置以第二進料口與壓出機料筒裝置第一出料口連接；將淀粉或摻有植物纖維素與半纖維素原料放入天然纖維水解反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)天然纖維水解反應(yīng)器塑化增壓與加熱引發(fā)水解反應(yīng)，制成糖液。本發(fā)明使用天然淀粉或摻有植物纖維素與半纖維素原料，不使用任何添加劑，即可制成生成物糖液，為綠色環(huán)保的制程，不會造成環(huán)境的負擔(dān)，而具有制程簡單、制程控制容易及降低制造成本等諸多功效。
文檔編號C07H1/08GK101418353SQ20071016566
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者梁明在 申請人:天普國際生物能源股份有限公司;梁明在