生物质水解实验装置设计(2)
皮、蔗渣等)、林木(软木和硬木)及林业加工废弃物、草类等,是地球上最丰富的可再
生资源。利用木质纤文素类生物质生产燃料和化学品可以有效的减少温室气体的排放,
改善空气质量，减少固体废弃物的处理,满足对能源需求的不断增加,保证国家能源安
全，减少石油进口，增加就业，具有深远的意义[3]
。生物质水解能有效利用生物质资
源，并且不会像生物质直接燃烧产生大量污染。
要有效的利用生物质资源就要开发设计转化生物质能源的设备，而生物质水解又
是利用生物质能源的有效途径。所以开发生物质水解设备具有广泛的前途与重要意义。 1．2 生物质水解方法
1.2.1 酸水解
生物质水解的酸水解可以将木质素水解成单糖，并经过后续处理产生经济产物，
具有良好的操作性与经济性。酸水解主要有稀酸水解、浓酸水解及有机酸水解。
稀酸水解是溶液中的氢离子和纤文素上的氧原子相结合，使其变得不稳定，容易
和水反应，纤文素长链既在该处断裂，同时又放出氢离子，从而实现纤文素长链的连
续解聚，直到分解为最小的单元葡萄糖。
稀酸水解需要较高的反应温度（100～220 ℃）和压力，对设备和能耗要求比较
高，而且水解得率较低，一般在50 %左右。水解过程在高温高压下还伴随着糖的进一
步降解成糠醛、乙酰丙酸等对后续发酵有害的物质[4]。
浓酸水解能在常温常压下进行, 糖产率高一般在80%以上[5]
。浓酸水解工艺适用范
围广对软木、硬木、农作物秸秆等各种木质纤文素都有较好的水解效果。但是，由于
浓酸的腐蚀性强,必然对设备材质要求很高。另一方面, 从经济性考虑浓酸必须进行
回收,浓酸的分离和再浓缩增加了工艺的复杂程度。
无机酸在水解纤文素的同时还会催化葡萄糖的降解，这会降低糖的产率。研究发
现: 在相同的实验条件下, 有机酸水解纤文素的葡萄糖产率高于硫酸水解,因为在有
机酸水解纤文素过程中只有极少量的葡萄糖发生降解[6-7]。
1.2.2 酶水解
纤文素酶是降解纤文素生产葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多
个起协同作用的酶所组成的多酶体系。酶水解反应条件温和，设备简单，能耗低，污
染小，因此纤文素酶解条件的研究得到广泛的重视。从现有的研究水平看，酶水解是
生化反应，与酸水解相比，它可在常压下进行，可减少能量的消耗，并且由于酶具有
较高的选择性，可形成单一产物，产率较高。由于酶水解时基本上不必外加化学药品，
且副产物少，所以提纯过程相对简单，也避免了污染。但是纤文素酶的成本高，生产
过程中，酶用量大，导致纤文素酒精的价格无法与粮食酒精相竞争[8]。
1.2.3 超/亚临界水解
相对于传统的酸水解和酶水解，超/亚临界水解是新型技术。纤文素是有许多个
葡萄糖分子通过糖苷键连接而达成的链状生物大分子，分子链中和链间存在氢键，是
纤文素形成稳定的晶体结构。纤文素水解要打破这种结构，在适当的氢离子浓度、温
度和时间作用下，糖苷键断裂，发生酸性水解。在超/亚临界水条件下，纤文素链中
和链间氢键断裂，晶体结构被打破。纤文素水解成低聚糖、单糖，单糖进一步降解是
水热处理纤文素水解的主要反应过程[9]。
1．3 水解装置的研究现状
李延国等研究开发了连续水解蛋白质原料的设备[10]
。这套设备主要是利用高温高
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