本發(fā)明涉及纖維素乙醇的制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

能源和環(huán)境問題是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所必須解決的問題。從長遠(yuǎn)看液體燃料短缺將是困擾人類發(fā)展的大問題。在此背景下，生物質(zhì)作為唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源，正日益受到重視。所以生物質(zhì)制液體燃料的技術(shù)很有發(fā)展前途，這中間又以生物質(zhì)制燃料乙醇技術(shù)備受關(guān)注?，F(xiàn)有工業(yè)化燃料乙醇生產(chǎn)均以糖或糧食為原料，其優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，但是產(chǎn)量受原料的限制，難以長期滿足能源需求。

從長遠(yuǎn)考慮，以纖維素(包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)加工廢料、甘蔗渣及城市垃圾等)為原料生產(chǎn)燃料乙醇，可能是解決原料來源和進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)的主要途徑之一。我國有發(fā)展纖維素制乙醇的有利條件，每年僅農(nóng)作物秸稈就有7億多噸(干重)，而我國糧食資源并不豐富，因此將農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為燃料乙醇，形成產(chǎn)業(yè)化利用，非常有利，從能源安全角度上看也是十分有利的，而且可消除由焚燒秸稈造成的環(huán)境問題。

纖維素乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵的預(yù)處理技術(shù)是采用蒸汽爆破的方式將生物質(zhì)原料結(jié)構(gòu)完全打開，使纖維素、半纖維素充分與酶接觸，從而達(dá)到良好的酶解效果。但是對于蒸汽爆破所生產(chǎn)的物料，很難從外觀判斷其結(jié)構(gòu)打開的程度。傳統(tǒng)的方法是使用酶解法，但是酶解法所需要的時間長，成本高。因此，發(fā)展一種快速便捷的判斷打開程度的方法是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種新的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法，通過該方法能夠簡單方便地判斷纖維素乙醇蒸汽爆破物料的結(jié)構(gòu)打開程度，由此能夠指導(dǎo)后續(xù)的酶解反應(yīng)的條件和程度，縮短纖維素、半纖維素與酶接觸酶解時間而達(dá)到較高的纖維轉(zhuǎn)化率，以實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)原料經(jīng)過蒸汽爆破后所產(chǎn)生的物料中的干物質(zhì)的含量在30-35重量％之間。由于含有一定量的單糖，故物料具有一定粘性，無法使用篩子直接篩分測定其粒度；如果對物料進(jìn)行烘干處理，會導(dǎo)致物料結(jié)塊，無法進(jìn)一步篩分；如果烘干后再研磨，會破壞物料原有的結(jié)構(gòu)，測定的粒度結(jié)果不能夠真實(shí)反映物料結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況。

針對上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將纖維素乙醇蒸汽爆破物料水洗干燥后測定其粒度，能夠解決上述技術(shù)問題。

具體地，本發(fā)明提供了一種纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法，該方法包括以下步驟：

(1)測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料中的干物質(zhì)的含量ts；

(2)稱取重量為w1的與步驟(1)中組成相同的纖維素乙醇蒸汽爆破物料，將該纖維素乙醇蒸汽爆破物料與水接觸形成混合物；

(3)將步驟(2)所得混合物通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩；

(4)將步驟(3)中80目標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料干燥，稱重，將80目標(biāo)準(zhǔn)篩上剩余物料的重量記為w2；計(jì)算80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料占纖維素乙醇蒸汽爆破物料中干物質(zhì)的比例。

本發(fā)明還提供了上述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法在纖維素乙醇原料預(yù)處理中的應(yīng)用。

采用本發(fā)明的方法測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度來判斷結(jié)構(gòu)的打開程度，既能去除單糖的粘性對測試的影響，又能使物料徹底松散，通過 該方法能夠簡單方便地判斷纖維素乙醇蒸汽爆破物料的結(jié)構(gòu)打開程度，由此能夠指導(dǎo)后續(xù)的酶解反應(yīng)的條件和程度，縮短纖維素、半纖維素與酶接觸酶解時間而達(dá)到較高的纖維轉(zhuǎn)化率。相對于酶解法能短時高效地測定出纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度，作為生產(chǎn)線上預(yù)處理工藝控制指標(biāo)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法，該方法包括以下步驟：

(1)測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料中的干物質(zhì)的含量ts；

(2)稱取重量為w1的與步驟(1)中組成相同的纖維素乙醇蒸汽爆破物料，將該纖維素乙醇蒸汽爆破物料與水接觸形成混合物；

(3)將步驟(2)所得混合物通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩；

(4)將步驟(3)中80目標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料干燥，稱重，將80目標(biāo)準(zhǔn)篩上剩余物料的重量記為w2；計(jì)算80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料占纖維素乙醇蒸汽爆破物料中干物質(zhì)的比例。

在本發(fā)明中，80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的比例可以根據(jù)式(i)計(jì)算得出：

80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的比例＝w2/(w1×ts)×100重量％，式(i)。

在本發(fā)明中，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的原料沒有特別地限定，例如，可以為各種含有木質(zhì)纖維素的農(nóng)作物秸稈、草和碎木。優(yōu)選地，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的原料為玉米秸稈。

在測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的干物質(zhì)含量ts之前，優(yōu)選地，將所述物料采用四分法取樣，具體地，將待測的纖維素乙醇蒸汽爆破物料采用四分法等分成四份，其中的兩份分別用來測定其中的干物質(zhì)含量，然后取平均值作為該批次樣品干物質(zhì)含量ts；其余的兩份分別用來進(jìn)行粒度測定，然后取平均值作為該批次樣品的粒度。

在本發(fā)明中，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的干物質(zhì)含量ts的測定方法為本領(lǐng)域的常規(guī)方法，例如，將需要測定ts值的物料烘干至恒溫后稱重，ts即為烘干后的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的重量與烘干前的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的重量百分比。所述烘干的條件包括：烘干的溫度可以為100-120℃，優(yōu)選為100-110℃；烘干的時間為1-3小時，優(yōu)選為2-3小時。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，將纖維素乙醇蒸汽爆破物料置于105℃的烘箱中烘干2個小時。

在本發(fā)明中，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料與水接觸的條件包括：溫度可以為20-35℃，時間可以為20-30分鐘。本發(fā)明中使用的水優(yōu)選為蒸餾水。

在本發(fā)明中，用于分散物料的水的用量可以根據(jù)纖維素乙醇蒸汽爆破物料的量來確定，相對于100重量份的所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料，所述水的用量可以為300-1000重量份，優(yōu)選為400-600重量份。

優(yōu)選地，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料與水混合后充分?jǐn)嚢柚敝晾w維素乙醇蒸汽爆破物料在水中分散均勻。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟(3)中，所述混合物通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩的操作為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。例如，可以將混合物邊攪拌邊緩慢倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中。緩慢倒入的標(biāo)準(zhǔn)是水流不對標(biāo)準(zhǔn)篩中的物料產(chǎn)生外加壓力，以防粒度大于80目的物料被沖過篩，影響測定結(jié)果。

在本發(fā)明中，所述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法還包括，用水清洗盛放所述混合物的容器，以及用水沖洗80目標(biāo)準(zhǔn)篩。用于清洗容器 的水的體積和沖洗80目標(biāo)準(zhǔn)篩的水的體積為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，在此不再贅述。

在本發(fā)明中，為了避免烘干后物料粒徑變小而發(fā)生跑料的情況，在準(zhǔn)確稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩上剩余物料的重量w2時，優(yōu)選地使用80目標(biāo)準(zhǔn)篩的附屬底盤置于所述標(biāo)準(zhǔn)篩下，一起稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩及標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料和附屬底盤的重量w3，相應(yīng)地，需要在步驟(3)之前，稱量所述80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤的重量w4，計(jì)算得出w2＝w3-w4。

優(yōu)選地，所述80目標(biāo)準(zhǔn)篩與附屬底盤在使用之前置于105℃的烘箱中干燥20分鐘后取出，存放于干燥器中待用。

在本發(fā)明中，步驟(4)的干燥條件包括：溫度可以為100-120℃，時間可以為30-60分鐘。干燥后稱重前優(yōu)選地將80目標(biāo)準(zhǔn)篩及標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料和附屬底盤置于干燥器中冷卻10-20分鐘。

本發(fā)明還提供了上述纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法在纖維素乙醇原料預(yù)處理中的應(yīng)用。

以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。其中，不同實(shí)施例中使用的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的批次均不相同。實(shí)施例中使用的80目標(biāo)準(zhǔn)篩產(chǎn)自上海冀浩金屬制品有限公司。

實(shí)施例1

該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法。

稱取400g纖維素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均勻分為4份。其中2份用于測定干物質(zhì)含量ts，其余2份用于測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。將80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤置于105℃烘箱中烘干20分鐘后取出，冷卻后稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤的總重量為567.82g。

將1份用于測定干物質(zhì)含量ts的纖維素乙醇蒸汽爆破物料稱取5g置于105℃的烘箱中烘干2個小時，然后稱量烘干后的物料質(zhì)量為1.73g，計(jì)算得出ts值為34.60重量％。

將1份(100g)用于測定粒度的纖維素乙醇蒸汽爆破物料置于燒杯中，加入500ml蒸餾水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚敝廖锪显谒芯鶆蚍稚?，水溫?0℃，攪拌時間為30分鐘。然后邊攪拌邊緩慢倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中，用蒸餾水涮洗燒杯3次，每次使用20ml蒸餾水。將洗液倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中，然后再用100ml蒸餾水緩流沖洗80目標(biāo)準(zhǔn)篩。將附屬底盤置于80目標(biāo)準(zhǔn)篩下，一起送入100℃烘箱中烘干40分鐘，取出后置于干燥器中冷卻10分鐘，稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩及標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料和附屬底盤的總重量為569.58g。計(jì)算得出80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料占纖維素乙醇蒸汽爆破物料中干物質(zhì)的比例為5.09重量％。

實(shí)施例2

稱取400g纖維素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均勻分為4份。其中2份用于測定干物質(zhì)含量ts，其余2份用于測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。將80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤置于105℃烘箱中烘干20分鐘后取出，冷卻后稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤的總重量為567.71g。

將1份用于測定干物質(zhì)含量ts的纖維素乙醇蒸汽爆破物料稱取5g置于105℃的烘箱中烘干2個小時，然后稱量烘干后的物料質(zhì)量為1.74g，計(jì)算得出ts值為34.80重量％。

將1份(100g)用于粒度測定的纖維素乙醇蒸汽爆破物料置于燒杯中，加入600ml蒸餾水。用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚敝廖锪显谒芯鶆蚍稚?，其中，溫度?5℃，時間為20分鐘。然后邊攪拌邊緩慢倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中，用蒸餾水涮洗燒杯3次，每次使用20ml蒸餾水。將洗液倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中， 然后再用100ml蒸餾水緩流沖洗80目標(biāo)準(zhǔn)篩。將附屬底盤置于80目標(biāo)準(zhǔn)篩下，一起送入110℃烘箱中烘干30分鐘，取出后置于干燥器中冷卻15分鐘，稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩及標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料和附屬底盤的總重量為569.52g。計(jì)算得出80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料占纖維素乙醇蒸汽爆破物料中干物質(zhì)的比例為5.20重量％。

實(shí)施例3

該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度測定方法。

稱取400g纖維素乙醇蒸汽爆破物料，采用四分法均勻分為4份。其中2份用于測定干物質(zhì)含量ts，其余2份用于測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度。將80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤置于105℃烘箱中烘干20分鐘后取出，冷卻后稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩和附屬底盤的總重量為568.03g。

將1份用于測定干物質(zhì)含量ts的纖維素乙醇蒸汽爆破物料稱取10g置于105℃的烘箱中烘干2個小時，然后稱量烘干后的物料質(zhì)量為3.32g，計(jì)算得出ts值為33.20重量％。

將1份(100g)用于粒度測定的纖維素乙醇蒸汽爆破物料置于燒杯中，加入400ml蒸餾水。用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚敝廖锪显谒芯鶆蚍稚ⅲ渲?，溫度?0℃，時間為25分鐘。然后邊攪拌邊緩慢倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中，用蒸餾水涮洗燒杯3次，每次使用20ml蒸餾水。將洗液倒入80目標(biāo)準(zhǔn)篩中，然后再用100ml蒸餾水緩流沖洗80目標(biāo)準(zhǔn)篩。將附屬底盤置于80目標(biāo)準(zhǔn)篩下，一起送入120℃烘箱中烘干60分鐘，取出后置于干燥器中冷卻20分鐘，稱量80目標(biāo)準(zhǔn)篩及標(biāo)準(zhǔn)篩上的剩余物料和附屬底盤的總重量為569.52g。計(jì)算得出80目以上的纖維素乙醇蒸汽爆破物料占纖維素乙醇蒸汽爆破物料中干物質(zhì)的比例為4.49重量％。

從實(shí)施例的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的方法，能夠測定纖維素乙醇蒸汽爆破物料的粒度，得到粒徑為80目以上的物料的比例，從而簡單方便地判斷纖維素乙醇爆破物料的結(jié)構(gòu)打開程度。粒徑為80目以上的物料的比例越大，則纖維素乙醇爆破物料的結(jié)構(gòu)打開程度越小。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。