一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法

摘要

本发明公开一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法，包括：对爆破预处理过程水解液木糖浓度c随时间t的变化速率的测定；对爆破预处理反应的表观活化能Ea的测定；对爆破预处理反应的F因子计算，并用于爆破预处理反应的质量控制；基于纤维素水解反应相对反应速率k对时间t的积分恒定的原理，以及测定的纤维素原料水解过程的表观反应活化能Ea，建立纤维素原料爆破预处理的F因子数学模型：其中：通过在线采集蒸汽压力P，反应温度T，反应时间t，由计算机自动进行F因子计算，并自动调节预处理过程的反应时间，使反应终点水解液中木糖含量稳定，从而达到纤维素乙醇爆破预处理过程质量的自动控制。

说明书

技术领域

本发明涉及木质纤维原料预处理加工技术领域，特别涉及一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法。

背景技术

爆破预处理是一种经济可行的用于纤维素乙醇生产的植物纤维原料预处理方法，影响蒸汽爆破预处理效果的主要物理参数有蒸汽压力P、温度T、反应时间t、稀酸浓度；其中生产中稀酸浓度一般不变，温度T与蒸汽压力P线性相关，即可通过调节压力和反应时间控制爆破效果，当前预处理爆破处理条件大多为设置温度压力后，固定反应时间，不能实现自动控制。而在实际生产操作中，压力及温度是波动的，木质纤维原料的不均一性导致其需要的处理时间也有所差别，过长的反应时间会造成能量浪费，以及浪费生产时间；过短的反应时间可能导致爆破处理效果差，使得后续的酶解反应转化率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法，通过系统在线检测蒸汽压力P、反应时间t、水解液pH，水解液木糖浓度c等相关参数指标分析纤维原料变化情况，提出综合影响F因子作为判断条件，以此实时调节控制反应时间，并且实时监测纤维原料是否达到最佳爆破条件，实现纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制。

本发明的技术方案为：一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法，包括：

对爆破预处理过程水解液木糖浓度c随时间t的变化速率的测定；对爆破预处理反应的表观活化能E

进一步，所述水解液木糖浓度c随时间t的变化速率的测定方法为：物料加入爆破锅后，每隔指定时间间隔Δt系统自动多点取样测其水解液木糖浓度c，并通过

进一步，表观活化能E

两边同时取对数：

可得lnk∝1/T，其斜率为：-Ea/R，截距为lnA

一阶函数：

取5组温度T1、T2、T3、T4、T5，测得各温度下水解液中木糖的浓度c1、c2、c3、c4、c5由计算机计算瞬时速率k1、k2、k3、k4、k5，代入函数

进一步计算得到：活化能E

指数前因子A＝e

反应速率

F因子

进一步，所述F因子是蒸汽压力P、反应时间t、水解液pH及原料种类的综合指标，F因子构造函数为：

进一步，爆破罐内压力范围为0MPa-2.0MPa，对爆破预处理最佳压力范围设置为1.0MPa-1.5MPa。

进一步，通过系统检测液木糖浓度c进而计算f(F)值并判断是否达到爆破最佳条件，若已达到最佳条件无需继续反应立即调压爆破，若未达爆破最佳条件，则继续延长反应，并通过f(F)的值实时控制反应时间t。

进一步，爆破预处理反应的表观活化能E

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明的纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法，过实验数据拟合得到蒸汽压力和反应时间的关系公式，进而得到可表征爆破效果的F因子。可依据F因子对爆破生产状况做出实时准确的判断，判断其压力是否在压力许可范围内，若在压力许可范围内即可实时自动调压实施爆破。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例提供了一种纤维素乙醇爆破预处理过程质量自动控制方法，包括：对爆破预处理过程水解液木糖浓度c随时间t的变化速率的测定；对爆破预处理反应的表观活化能E

基于纤维素水解反应相对反应速率k对时间t的积分恒定的原理，以及测定的纤维素原料水解过程的表观反应活化能E

水解液木糖浓度c随时间t的变化速率的测定方法为：物料加入爆破锅后，每隔指定时间间隔Δt系统自动多点取样测其水解液木糖浓度c，并通过

表观活化能E

两边同时取对数：

可得lnk∝1/T，其斜率为：-Ea/R，截距为lnA，

一阶函数：

取5组温度T1、T2、T3、T4、T5，测得各温度下水解液中木糖的浓度c1、c2、c3、c4、c5由计算机计算瞬时速率k1、k2、k3、k4、k5，代入函数

进一步计算得到：活化能E

指数前因子A＝e

反应速率

F因子

F因子是蒸汽压力P、反应时间t、水解液pH及原料种类的综合指标，F因子构造函数为：

爆破罐内压力范围为0MPa-2.0MPa，对爆破预处理最佳压力范围设置为1.0MPa-1.5MPa。

爆破预处理反应的表观活化能E

通过系统检测液木糖浓度c进而计算f(F)值并判断是否达到爆破最佳条件，若已达到最佳条件无需继续反应立即调压爆破，若未达爆破最佳条件，则继续延长反应，并通过f(F)的值实时控制反应时间t。

由实施例分析，在一定压力范围内蒸汽压力和反应时间对爆破效果有明显影响，由于实际生产时锅内压力会实时波动，所以每次爆破处理所需反应时间不同，故可以通过实验数据拟合得到蒸汽压力和反应时间的关系公式，进而得到可表征爆破效果的F因子。可依据F因子对爆破生产状况做出实时准确的判断，判断其压力是否在压力许可范围内，若在压力许可范围内即可实时自动调压实施爆破。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。