快速混合介質(zhì)的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及快速混合介質(zhì)的裝置及方法。本發(fā)明涉及用于處理至少兩種介質(zhì)的裝置，處理包括粉碎第一介質(zhì)和與加熱的第二介質(zhì)混合，裝置包括：具有用于第一介質(zhì)的進(jìn)口的殼體，第一介質(zhì)為漿料形式的生物質(zhì)；在殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生混合區(qū)；用于將第二介質(zhì)進(jìn)料到混合區(qū)的進(jìn)口；用于將第二介質(zhì)注入到混合區(qū)的位于旋轉(zhuǎn)單元中的通道；用于與第二介質(zhì)混合后的第一介質(zhì)的出口；其中用于第一介質(zhì)的進(jìn)口適于在與旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本平行的方向上將第一介質(zhì)朝向旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)，旋轉(zhuǎn)單元包括適于粉碎第一介質(zhì)的切割刀片形式的突起部。
【專利說(shuō)明】快速混合介質(zhì)的裝置及方法
[0001]本發(fā)明是申請(qǐng)日2010年I月12日、發(fā)明名稱為“快速混合介質(zhì)的裝置及方法”、申請(qǐng)?zhí)枮?01080004377.4的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于處理(加工，processing),如疏松和混合,至少兩種介質(zhì)如固體例如生物質(zhì)(b1mass),與液體例如蒸汽，以使第一介質(zhì)易于有效接收通過(guò)第二介質(zhì)的局部釋放而提供的能量和/或質(zhì)量的方法和裝置(設(shè)備，apparatus)。
[0003]雖然本發(fā)明的描述集中于生物質(zhì)，但是預(yù)計(jì)本發(fā)明總體上可用于控制至少兩種介質(zhì)的混合，其中通過(guò)在分散它們中的至少一種介質(zhì)的同時(shí)交叉(交錯(cuò),crossing)它們的流(stream)。

【背景技術(shù)】
[0004]在來(lái)源于植物生物質(zhì)的燃料中，作為石油衍生產(chǎn)物的潛在替代物或補(bǔ)充，乙醇已受到特別關(guān)注。由生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇通常通過(guò)富含糖或淀粉的生物原材料如谷物、甘蔗或玉米等的發(fā)酵工藝獲得，該乙醇也稱為第一代生物乙醇。
[0005]為了最小化生產(chǎn)成本并提高由生物質(zhì)生產(chǎn)生物乙醇的潛力，使用來(lái)自園藝、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、木材等的低成本副產(chǎn)物形式的木質(zhì)纖維生物質(zhì)(lignocellulosic b1mass);由此例如，諸如稻草、玉米桿、林業(yè)廢料、鋸屑和木屑的材料，是至關(guān)重要的。由該類生物質(zhì)生產(chǎn)的乙醇也稱為第二代生物乙醇。
[0006]木質(zhì)纖維生物質(zhì)包含半纖維素和纖維素形式的糖聚合物。在這些糖能夠被發(fā)酵成乙醇之前，這些糖聚合物必須被分解成其糖單體。分解聚合物的常用方法是利用酶法水解。為了提高生物質(zhì)對(duì)酶的可利用性，木質(zhì)纖維生物質(zhì)通常經(jīng)過(guò)熱/化學(xué)預(yù)處理。在熱化學(xué)方法之后，這樣的工藝通常要求生物物質(zhì)(b1logical matter)的溫度升高至高于其中包含該生物物質(zhì)的液體的沸點(diǎn)溫度的溫度。因此，人們經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題，即對(duì)包含生物物質(zhì)的漿液或漿料加壓，以使在保持流體為液體狀態(tài)的同時(shí)溫度能夠上升至高于液體沸點(diǎn)溫度的溫度。當(dāng)在制備用于發(fā)酵的生物質(zhì)范圍內(nèi)考慮這個(gè)問(wèn)題時(shí)，包含生物物質(zhì)的漿液或漿料的溫度需要為約140-200°C，以便實(shí)施制備工藝，并且這也是在材料中產(chǎn)生足夠活化能的問(wèn)題。
[0007]與生物質(zhì)尤其相關(guān)的另一問(wèn)題是包含生物物質(zhì)的漿液或漿料的溫度的變化率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溫度的變化率應(yīng)盡可能高以縮短處于高溫的時(shí)間，從而減少不希望的化學(xué)副反應(yīng)的量。最理想的是，處于高溫的時(shí)間應(yīng)縮短至僅為在期望溫度下發(fā)生期望反應(yīng)所花的時(shí)間。
[0008]要解決的一個(gè)尤其相關(guān)的問(wèn)題是避免包含生物物質(zhì)的漿液或漿料過(guò)熱(overheating)。這樣的過(guò)熱是指衆(zhòng)液或衆(zhòng)料被加熱至高于作為目的的期望溫度。這樣的過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致不希望的副反應(yīng)發(fā)生，使得所制備的漿液或漿料的質(zhì)量降低。通常過(guò)熱是通過(guò)例如被加熱至高于期望反應(yīng)溫度的溫度的加熱表面而局部地向漿液或漿料施加熱量，以便基于溫度梯度向漿液或漿料產(chǎn)生熱傳導(dǎo)的結(jié)果。在另一種趨于限制過(guò)熱問(wèn)題的情況下，通常使用蒸汽來(lái)加熱漿液或漿料并作為蒸汽引入到反應(yīng)器中，且蒸汽的冷凝趨于限制熱傳遞和過(guò)熱。
[0009]然而，這樣的蒸汽引入要求較長(zhǎng)的加熱時(shí)間，因?yàn)橥ǔＲ訜岬念w粒易于結(jié)塊(agglomerat1n)，并因此如果發(fā)生這樣的結(jié)塊，則結(jié)塊顆粒的總體積增加小于結(jié)塊顆粒的總表面積，即體積與表面積的比值由于結(jié)塊而減小。
[0010]此外，熱傳輸?shù)筋w粒中受顆粒表面處的溫度梯度控制，并因此一個(gè)目的是使該梯度盡可能陡。
[0011]由于質(zhì)量擴(kuò)散原則上通過(guò)相同的措施控制，所以以上考慮對(duì)于質(zhì)量擴(kuò)散到顆粒中也是相關(guān)的。
[0012]另一個(gè)尤其相關(guān)的問(wèn)題是在許多已知的工藝中，粉碎/碾碎為原材料的顆粒是通過(guò)其中所消耗的能量從原材料耗散至周圍環(huán)境的工藝進(jìn)行的。這是由于粉碎/碾碎為原材料的顆粒一般在引起處理能量的相關(guān)損失的加熱工藝的上游進(jìn)行。
[0013]US5590961描述了一種將第一流體注入第二流體中以提供第二流體的快速升溫，避免第二流體的功能特性破壞的方法。
[0014]US4303470公開(kāi)了一種用于混合化學(xué)品與木漿的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，化學(xué)品是通過(guò)管道被輸送至混合器的轉(zhuǎn)子的氧。反過(guò)來(lái)，徑向通道通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)體的中心通道將氧輸送至外部總管以及漿料。由于沒(méi)有切割元件、銑削(磨碎)元件和研磨元件，所以該裝置的用途僅限于混合化學(xué)品與木漿。
[0015]US 2006/120212A1公開(kāi)了一種具有引入管的攪拌和混合裝置，包括粉末引入口、設(shè)置在該粉末引入口附近下方的至少一個(gè)液體引入口、傳送粉末及粉末和液體的混合物的進(jìn)料器、以及以振蕩方式轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)料器的振蕩轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)源。
[0016]EP0370181A1公開(kāi)了一種用于潤(rùn)濕固體物質(zhì)，尤其是用粘結(jié)劑潤(rùn)濕纖維狀材料的管式混合器，設(shè)置多個(gè)切割裝置，在潤(rùn)濕區(qū)和后續(xù)二次混合區(qū)的下游以及出口的上游，在相對(duì)于軸桿的徑向平面內(nèi)，用于叢簇體的可靠分離。
[0017]EP 1847621A1公開(kāi)了一種用于從纖維素材料開(kāi)始生產(chǎn)單糖的方法，包括以下步驟:將纖維素材料或由纖維素材料和水構(gòu)成的混合物的連續(xù)流股進(jìn)料至渦流反應(yīng)器，其包括水平軸圓筒形管狀體，設(shè)置有用于引入纖維素材料或反應(yīng)劑混合物的至少一個(gè)開(kāi)口、處理后的材料的至少一個(gè)排放口以及裝有葉片的轉(zhuǎn)子，在其處于轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下旋轉(zhuǎn)支撐在圓筒形管狀體中，以便以纖維素材料顆粒的流股分散所述纖維素材料或其混合物的連續(xù)流股。
[0018]WO 2008/080366A1公開(kāi)了一種材料處理設(shè)備，包括第一構(gòu)件和相對(duì)于該第一構(gòu)件可轉(zhuǎn)動(dòng)且至少部分地接收在該第一構(gòu)件內(nèi)的第二構(gòu)件。該第一構(gòu)件和第二構(gòu)件在其間形成基本為圓環(huán)形的處理通道。
[0019]也就是說(shuō)，要解決的一個(gè)總體問(wèn)題是減少在生產(chǎn)時(shí)原材料變成分離顆粒的粘附結(jié)構(gòu)(相干結(jié)構(gòu),coherent structure),以及顆粒與介質(zhì)間的密切接觸，以便有效地交換能量和/或質(zhì)量。
[0020]通常目標(biāo)溫度高于在環(huán)境壓力下引入的介質(zhì)的沸點(diǎn)溫度，因此壓力需要升高到高于環(huán)境壓力(大氣壓，atmospheric pressure)。相應(yīng)地,要解決的一個(gè)總體問(wèn)題是在壓力下在裝置中從非均質(zhì)材料產(chǎn)生均勻粒徑，同時(shí)在生產(chǎn)的顆粒和介質(zhì)之間產(chǎn)生密切接觸，以允許進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、溫度上升或它們的組合。
[0021]因此，到目前為止都還沒(méi)有有效解決有效混合兩種介質(zhì)，減少在生產(chǎn)時(shí)第一介質(zhì)變成分離顆粒的粘附結(jié)構(gòu)，以及顆粒和第二介質(zhì)之間的密切接觸，以便有效地交換能量和/或質(zhì)量的問(wèn)題，而本發(fā)明試圖至少減輕與此相關(guān)的問(wèn)題一部分。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]因此，本發(fā)明優(yōu)選試圖單獨(dú)地或以任意組合的方式來(lái)減輕、緩解或消除上述缺點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。尤其，可被看作是本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于處理，如疏松(抖松，fluffing)和混合，至少兩種介質(zhì)的裝置，其同時(shí)具有以下功能:1)使第一介質(zhì)易于(susceptible to)有效接收能量和/或質(zhì)量以及ii)通過(guò)將第二介質(zhì)局部釋放到第一介質(zhì)中而提供這樣的能量或質(zhì)量。
[0023]本發(fā)明的另一目的是通過(guò)提供一種處理裝置而對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供有利的替換方案，在該處理裝置中疏松和混合在高于環(huán)境壓力的壓力下進(jìn)行。
[0024]所描述的裝置可以是用于燃料生產(chǎn)的工廠的預(yù)處理系統(tǒng)的一部分。該裝置可接收之前通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)碾碎(ruduce)成漿液或漿料的生物質(zhì)，該預(yù)處理系統(tǒng)包括用于粉碎(comminute)、浸泡生物質(zhì)，即生產(chǎn)衆(zhòng)料的單元(裝置,means)。粉碎在本文中用來(lái)表示碾碎成碎片或顆粒的過(guò)程。在進(jìn)料到裝置之前，可對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行脫水以減少其水含量，并因此獲得更有效的處理。這種脫水工藝可在高于或等于裝置內(nèi)部壓力的壓力下進(jìn)行，以便產(chǎn)生柱塞流(plug flow)條件,并避免反閃(back flash)問(wèn)題,即受壓材料,如極熱蒸汽、氨氣、或一般化學(xué)品以及其他氣體混合物從生物乙醇工廠的裝置上游出來(lái)。
[0025]因此，所述裝置可以在高于或等于裝置內(nèi)部壓力的壓力下接收生物質(zhì)的連續(xù)進(jìn)料。
[0026]雖然本發(fā)明的描述集中于生物質(zhì)，但是預(yù)計(jì)本發(fā)明總體上可用于控制至少兩種介質(zhì)的處理，其中通過(guò)在分散(疏散，disperse)它們中的至少一種介質(zhì)的同時(shí)交叉它們的流。
[0027]在本發(fā)明的第一方面，這個(gè)目的以及其他幾個(gè)目的通過(guò)提供一種用于處理至少兩種介質(zhì)的裝置而實(shí)現(xiàn)，所述處理包括疏松和混合，所述裝置包括:1)具有至少一個(gè)用于第一介質(zhì)的進(jìn)口的殼體(casing) ；ii)在該殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元(轉(zhuǎn)動(dòng)裝置,rotating means),所述旋轉(zhuǎn)單元包括突起部(protrus1n),并且在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生混合區(qū)(mixing zone)；
iii)至少一個(gè)用于將第二介質(zhì)進(jìn)料到所述混合區(qū)的進(jìn)口 ；iv)至少一個(gè)用于與所述第二介質(zhì)混合后的所述第一介質(zhì)的出口，其中用于所述第一介質(zhì)的所述進(jìn)口適于在與旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本上平行的方向上將第一介質(zhì)朝向該旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)。
[0028]本文中混合區(qū)定義為在旋轉(zhuǎn)單元與殼體內(nèi)壁之間的區(qū)域。
[0029]在與旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本上平行的方向上將第一介質(zhì)朝向旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)提供了有利的粉碎效果(擊碎效果，shredding effect),因?yàn)樗鼘?dǎo)致產(chǎn)生介質(zhì)更好且更有效的粉碎、疏松和分散。
[0030]將第一介質(zhì)朝向旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)在液體密封狀態(tài)下進(jìn)行，這同樣獲得提供反應(yīng)器下游且更有效的隔熱的另一優(yōu)點(diǎn)。
[0031]旋轉(zhuǎn)單元的實(shí)例是轉(zhuǎn)子(rotor)、轉(zhuǎn)盤(pán)(rotating disk)、具有突起部如切割刀片的方i!轉(zhuǎn)柱(rotating cylinder)。
[0032]如指出的，可以引入兩種以上的介質(zhì)。例如三種介質(zhì)如生物質(zhì)、熱氣體如蒸汽和氧化劑如氧氣或臭氧可以弓I入到所述裝置中。在這種情況下，這些介質(zhì)可以組合單個(gè)、同時(shí)或依次地引入。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，氧氣的引入與蒸汽的引入分開(kāi)，例如氧化在單獨(dú)的小室中在下游進(jìn)行，該小室通過(guò)蓋子與引入蒸汽的小室隔開(kāi)。這個(gè)實(shí)施方式具有的優(yōu)點(diǎn)在于，允許蒸汽和生物質(zhì)之間的熱傳遞，避免由于下列氧化過(guò)程引起的任何影響。所述蓋子具有允許在所述小室之間進(jìn)料，避免熱傳遞和氧化兩個(gè)過(guò)程之間的干擾的功能。在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置適于利用干固體含量為0-100%的材料作為第一介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0034]由所述裝置接收的生物質(zhì)可以具有漿料、淤漿、漿液、或脫水固定如脫水生物質(zhì)的稠度。漿料在本文中用來(lái)表示在液體介質(zhì)(通常是水)中的生物質(zhì)的混合物。漿液用來(lái)表示通常在水中的不溶生物質(zhì)顆粒的懸液。干固體含量取決于先前的脫水過(guò)程的效率以及所引入生物質(zhì)的性質(zhì)、粉碎、數(shù)量、粒徑及分布。
[0035]在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于對(duì)所述第一介質(zhì)加壓以使所述第一介質(zhì)在用于所述第一介質(zhì)的進(jìn)口內(nèi)部時(shí)被加壓的加壓?jiǎn)卧?pressurizat1nmeans)。因此，所述裝置可以接收加壓生物質(zhì)的進(jìn)料，其提供該裝置的液體密封。
[0036]在另一實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，加壓?jiǎn)卧谟糜谒龅谝唤橘|(zhì)的進(jìn)口內(nèi)部提供高于或至少等于殼體內(nèi)部壓力的壓力。在高于或等于裝置內(nèi)部壓力的壓力下將加壓生物質(zhì)進(jìn)料到裝置中獲得若干優(yōu)點(diǎn)。尤其是它提供針對(duì)由反閃問(wèn)題(即受壓材料，如極熱蒸汽、氨氣、或一般化學(xué)品以及其他氣體混合物從生物乙醇工廠的裝置上游出來(lái))引起的對(duì)系統(tǒng)損壞的安全性。
[0037]在另一實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，加壓?jiǎn)卧腔虬菪龎赫C(jī)。
[0038]在這種情況下，生物質(zhì)在通過(guò)例如螺旋壓榨機(jī)引入到裝置中之前，同時(shí)進(jìn)行傳送(輸送，transporting)、脫水以及壓實(shí)(compact)。螺旋進(jìn)料構(gòu)造成使衆(zhòng)液形式的生物質(zhì)在其朝第一介質(zhì)的進(jìn)口傳送期間被脫水并壓實(shí)，目的是產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)裝置的液體密封的塞子。因此，第一介質(zhì)以壓實(shí)漿料形式進(jìn)入所述裝置。材料的壓實(shí)和脫水也是有利的，因?yàn)椴牧现械臒峤粨Q效率高度取決于其含水量。
[0039]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于在殼體內(nèi)部提供高于環(huán)境壓力的壓力的加壓?jiǎn)卧?br> [0040]殼體內(nèi)的壓力能夠通過(guò)一個(gè)或多個(gè)泵提供。例如，壓力可以由泵，如空氣壓縮機(jī)提供，其將殼體內(nèi)的壓力保持在期望值以處理生物質(zhì)，該值通常高于環(huán)境壓力。
[0041]在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于利用加熱氣體如蒸汽作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0042]蒸汽用來(lái)表示作為水的氣體相的水蒸汽。
[0043]蒸汽當(dāng)與粉碎的、疏松的和分散的生物質(zhì)接觸時(shí)的立即冷凝促進(jìn)蒸汽和生物質(zhì)之間的有效且快速的熱交換。
[0044]快速加熱尤其有利于減少不希望的化學(xué)副反應(yīng)的量。環(huán)境溫度與包含生物物質(zhì)的漿液或漿料的期望溫度之間的溫度變化率需要盡可能高以便縮短處于高溫的時(shí)間。最理想的是，處于高溫的時(shí)間應(yīng)減少質(zhì)僅為在期望溫度下發(fā)生期望反應(yīng)所花的時(shí)間。
[0045]高溫(elevated temperature)用來(lái)表示高于某一基線溫度的溫度,其中生物物質(zhì)不是活性的，即不經(jīng)受化學(xué)/物理過(guò)程如在生物乙醇生產(chǎn)廠中被認(rèn)為是降解過(guò)程的那些過(guò)程。
[0046]蒸汽的使用也解決了與材料和介質(zhì)之間的有效熱交換相關(guān)的問(wèn)題。熱傳輸高度取決于材料的水含量，意思是高水含量趨于有助于材料中內(nèi)部的熱量快速傳導(dǎo)，而低水含量趨于限制材料中內(nèi)部的熱量快速傳導(dǎo)。在另一方面，高水含量將產(chǎn)生無(wú)效熱傳遞，因?yàn)榇蠖鄶?shù)熱量將用來(lái)升高材料中包含的水的溫度。通過(guò)對(duì)具有低水含量的顆粒材料使用蒸汽，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的熱傳遞。
[0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置適于利用化學(xué)試劑作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0048]化學(xué)試劑可以例如是液體或氣體形式的氨水或酸，其可被引入，以在第一介質(zhì)如生物質(zhì)材料的新活化表面上誘導(dǎo)反應(yīng)。
[0049]因此，所述裝置可作為化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行操作(運(yùn)行，operate)，其中產(chǎn)生第一介質(zhì)的新活化表面，即通過(guò)疏松、粉碎以及分散，以及第二介質(zhì)例如化學(xué)試劑被引入，將介質(zhì)處理轉(zhuǎn)為高效的反應(yīng)過(guò)程。
[0050]在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置適于利用氧化劑作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。氧化劑可以是氧氣，其被引入裝置中，產(chǎn)生第一介質(zhì)如生物質(zhì)材料的氧化。
[0051]所提及的第二介質(zhì)也可以組合單個(gè)地、同時(shí)地或依次遞引入以與第一介質(zhì)混合。
[0052]在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置進(jìn)一步包括用于將所述第二介質(zhì)定量給料到所述混合區(qū)中的定量給料單元(配料單元，dosing means)。
[0053]第二介質(zhì)釋放能夠通過(guò)定量給料單元例如泵進(jìn)行控制，以便優(yōu)化第二介質(zhì)釋放的量和正確時(shí)間。
[0054]在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置進(jìn)一步包括位于所述旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)用于將所述第二介質(zhì)定量給料/注入到所述混合區(qū)內(nèi)的通道(channel)。
[0055]該裝置具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)疏松、粉碎以及分散而產(chǎn)生第一介質(zhì)的新活化表面，并因此在活化表面的時(shí)間以及地點(diǎn)通過(guò)位于旋轉(zhuǎn)單元內(nèi)的這些通道引入第二介質(zhì)具有的優(yōu)點(diǎn):提高處理效率。這些通道可以具有不同的形狀和尺寸，并且可以是或包括處于基本相互等距離位置的多個(gè)管狀通道。
[0056]當(dāng)加熱氣體如蒸汽用作第二介質(zhì)時(shí)，注入混合區(qū)與第一介質(zhì)密切接觸可以有利于解決第一介質(zhì)過(guò)熱的問(wèn)題。通常過(guò)熱是在高于期望溫度的溫度下局部加熱第一介質(zhì)的表面以補(bǔ)償沿第一介質(zhì)形成的溫度梯度的結(jié)果。通過(guò)局部冷凝蒸汽而加熱包含具有大表面及小體積的顆粒的顆粒狀第一介質(zhì)提供該介質(zhì)的均勻加熱，避免了表面的過(guò)熱。
[0057]在一些實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)單元包括適于提供引入到混合區(qū)中的第二介質(zhì)的壓降，如適于提供閃蒸汽條件(flash steam condit1n)的元件。
[0058]當(dāng)在處理元件如切割元件、銑削元件和研磨元件等周圍冷凝之后發(fā)生壓降時(shí)，釋放“閃蒸汽”。
[0059]在其他實(shí)施方式中，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的裝置的通道適于在靠近所述旋轉(zhuǎn)單元中心的所述突起部的端部處定量給料/注入所述第二介質(zhì)。
[0060]旋轉(zhuǎn)單元可以是或包括圓盤(pán)形元件。
[0061]該圓盤(pán)形元件可以疊置以便提供作為旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)柱。
[0062]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置的另一實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括旋轉(zhuǎn)柱。
[0063]通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)速及突起部的數(shù)量以及將所述第一介質(zhì)朝向旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)的速度，能夠限定第一介質(zhì)的切割深度，并因此能夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)的碎片和粒徑調(diào)整至期望值。
[0064]在一個(gè)實(shí)施方式中，在根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置中，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括一系列疊置的圓盤(pán)和墊片(隔離物，spacer)。
[0065]在根據(jù)前述實(shí)施方式的一些其他實(shí)施方式中，所述圓盤(pán)和墊片進(jìn)一步包括內(nèi)置徑向通道(built in radial channel)。
[0066]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置的另一實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)單元包括產(chǎn)生介質(zhì)的不穩(wěn)定脈動(dòng)速度分布，如潤(rùn)流主導(dǎo)流(潤(rùn)流控制流，vortex dominated flow)的多個(gè)突起部。
[0067]由恰當(dāng)設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)盤(pán)突起部產(chǎn)生的瑞流，可以通過(guò)增加第一介質(zhì)如衆(zhòng)料以及第二介質(zhì)如液體試劑之間的混合而提高介質(zhì)的處理效率。
[0068]渦流在本文中用來(lái)表示流體/氣體的自旋湍流。一般情況下，流體的運(yùn)動(dòng)繞中心快速形成漩渦。流體的旋轉(zhuǎn)速度和速率在中心處最大，并隨著距中心的距離增大而逐漸減小。
[0069]在其他實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)元件的突起部包括處理元件切割元件、銑削元件和研磨元件。
[0070]在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于提供所述旋轉(zhuǎn)單元每轉(zhuǎn)動(dòng)一周(revolut1n)將所述進(jìn)口中的所述第一介質(zhì)推進(jìn)10nm-30mm。
[0071]第一介質(zhì)的推進(jìn)，也稱為徑向進(jìn)料，可以以預(yù)定速率進(jìn)行，以便優(yōu)化該過(guò)程的總體速度。
[0072]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置的另一實(shí)施方式中，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括傳送單兀(transporting means)。
[0073]旋轉(zhuǎn)單元也可以提供從第一介質(zhì)的進(jìn)口至處理后的材料的出口，穿過(guò)所述裝置輸送第一介質(zhì)或第一和第二介質(zhì)的混合物。
[0074]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明的目的以及其他幾個(gè)目的通過(guò)提供一種用于從生物質(zhì)生產(chǎn)生物產(chǎn)品的系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括:1)用于將材料收集、傳送、碾碎成漿料，粉碎并運(yùn)送至處理裝置的預(yù)處理子系統(tǒng)；ii)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的處理裝置；iii)用于改變所述材料的化學(xué)和/或物理結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室。
[0075]在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的目的以及其他幾個(gè)目的通過(guò)提供一種根據(jù)本發(fā)明第二方面的生產(chǎn)生物乙醇的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0076]本發(fā)明在第三方面涉及一種方法，其適于利用根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的處理裝置而能夠處理至少兩種介質(zhì)。
[0077]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種利用根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的處理裝置來(lái)處理至少兩種介質(zhì)的方法，其中所述裝置的操作包括在粉碎所述第一介質(zhì)的同時(shí)將所述第二介質(zhì)注入/定量給料到所述混合區(qū)中。
[0078]本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種利用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的處理裝置的方法，其中，當(dāng)所述用于處理的裝置適于利用加熱氣體如蒸汽作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作時(shí)，所述裝置的操作在所述加熱氣體和所述第一介質(zhì)之間產(chǎn)生熱傳遞。蒸汽和第一介質(zhì)如生物質(zhì)漿料之間的熱擴(kuò)散導(dǎo)致第一介質(zhì)快速升溫。
[0079]本發(fā)明還涉及一種借助于將至少一種介質(zhì)局部注入到第二介質(zhì)中同時(shí)處理所述第二介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)這些介質(zhì)之間的密切接觸而混合至少兩種介質(zhì)的方法。
[0080]這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以避免能量損失，因?yàn)樵趯?duì)第一介質(zhì)如生物質(zhì)進(jìn)行機(jī)械處理的同時(shí)，注入第二介質(zhì)如蒸汽。以這種方式，在無(wú)加熱損失的情況下增加的機(jī)械能保持并包括在處理中，以及能夠減少潛在的第二次加熱。在一些實(shí)施方式中，不必進(jìn)行第二次加熱，并且可以引入生物質(zhì)的冷卻步驟。
[0081]本發(fā)明還涉及一種用于開(kāi)放(opening)有機(jī)材料如木質(zhì)纖維類材料的結(jié)構(gòu)的方法。
[0082]本發(fā)明的第一以及第二方面可以分別與任何其他方面結(jié)合。參照下文描述的實(shí)施方式，本發(fā)明的這些以及其他方面將是明顯的和明白的。
[0083]在本文內(nèi)容中，多個(gè)術(shù)語(yǔ)以對(duì)技術(shù)人員熟知的方式使用。然而，為了詳細(xì)說(shuō)明一些術(shù)語(yǔ)所包含的特征，關(guān)于一些術(shù)語(yǔ)的一般定義在以下提供。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0084]現(xiàn)在參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)行更詳細(xì)的描述。附圖示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方式，但并不解釋為限制落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的其他可能實(shí)施方式。
[0085]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的設(shè)備(裝置，device)的軸向剖視圖的示意圖，該設(shè)備包括位于裝置外側(cè)的電機(jī)、齒輪及軸承。
[0086]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施方式的部分放大剖視圖，其中基于主導(dǎo)傳送過(guò)程識(shí)別(確定，identify) 了 4個(gè)區(qū)域，包括正常流主導(dǎo)區(qū)、湍流主導(dǎo)區(qū)、渦流主導(dǎo)區(qū)及重力主導(dǎo)區(qū)。
[0087]圖3示出了沿圖2的線1-1截取的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的軸向剖視圖。
[0088]圖4示出了沿圖2的線1-1截取的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的部分放大剖視圖。
[0089]圖5示出了在本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，圓盤(pán)和墊片元件的前視圖(a)以及旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)和墊片元件的透視圖(b)的示意圖。
[0090]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圓盤(pán)的部分放大剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0091]雖然已經(jīng)結(jié)合具體的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是不應(yīng)該以任何方式解釋為局限于所提供的實(shí)施例。本發(fā)明的范圍通過(guò)所附權(quán)利要求提出。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語(yǔ)“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步驟。同樣，所提到的如“一個(gè)”或“一種”等不應(yīng)解釋為排除多個(gè)。在權(quán)利要求書(shū)中使用的關(guān)于附圖中所示元件的標(biāo)號(hào)也不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。此外，不同權(quán)利要求中所提及的單個(gè)特征可以可能地被適當(dāng)組合，并且在不同權(quán)利要求中提到這些特征不排除這些特征的組合是不可能的且是有利的。
[0092]圖1示出了一種用于處理兩種介質(zhì)，例如固體如漿料，和液體如水，或氣體如蒸汽的設(shè)備100的軸向剖視圖的示意圖。該設(shè)備包括外殼101，例如包括本發(fā)明裝置的圓柱形容器，這里稱為第一反應(yīng)室102和第二反應(yīng)室103。該兩個(gè)室借助于蓋子104連接。
[0093]設(shè)備100的定向如圖1所示垂直于重力作用。在另一實(shí)施方式中，該設(shè)備能夠定向?yàn)槠叫杏谥亓ψ饔?。在后一種情況下，重力作用對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響進(jìn)一步增強(qiáng)。
[0094]所述設(shè)備可以在壓力下，優(yōu)點(diǎn)是允許使用蒸汽。然而，在壓力下的設(shè)備中可以使用其他氣體或液體。所述設(shè)備還可以使用過(guò)熱蒸汽有利地進(jìn)行操作。過(guò)熱蒸汽在此定義為處于高于其飽和溫度，即沸點(diǎn)的溫度下的蒸汽。飽和溫度是對(duì)應(yīng)于液體沸騰變成其汽相的飽和壓力的溫度。為了使蒸汽的溫度升高至高于其環(huán)境壓力下的飽和溫度，將設(shè)備中的壓力升高至高于環(huán)境壓力的值。該蒸汽隨后被描述為被加熱高于飽和溫度很多度的過(guò)熱。
[0095]圖1還示出了包括齒輪106、軸承107及旋轉(zhuǎn)單元111的外部變速電機(jī)108。
[0096]第一反應(yīng)室102包括殼體108、用于待處理材料的進(jìn)口 109、一系列旋轉(zhuǎn)元件110以及蓋子104。第一反應(yīng)室殼體108具有頂點(diǎn)朝向電機(jī)而底部朝向第二室103的圓錐形形狀。圓錐形形狀有利于處理后的材料如漿料借助于重力流向第二室103。圓錐形殼體的底部是第一反應(yīng)室102的蓋子104，其允許材料在第一和第二反應(yīng)室103之間流動(dòng)。該蓋子允許連續(xù)向第二反應(yīng)室103進(jìn)料并提供對(duì)進(jìn)入到第二反應(yīng)室103中的試劑回流的阻擋。因此，蓋子104界定第一反應(yīng)室102的區(qū)域，并避免第一反應(yīng)室環(huán)境與來(lái)自可能在第二反應(yīng)室103中發(fā)生的后續(xù)反應(yīng)過(guò)程的排放物之間的混合物。
[0097]經(jīng)由旋轉(zhuǎn)單元111與變速電機(jī)105連接的旋轉(zhuǎn)元件110具有以下功能:1)提供通過(guò)進(jìn)口 109引入的材料的粉碎、分散和疏松，以及ii)將所述材料暴露于介質(zhì)以允許該材料與介質(zhì)快速相互作用，如混合/反應(yīng)。這樣的暴露能夠在粉碎、分散和疏松時(shí)，或在引入的材料和旋轉(zhuǎn)元件之間的機(jī)械相互作用后進(jìn)行。在與旋轉(zhuǎn)元件的機(jī)械相互作用期間或之后，該材料可以同時(shí)或依次暴露于一種或多種介質(zhì)。
[0098]第二反應(yīng)室103允許材料如漿料進(jìn)行進(jìn)一步的化學(xué)或物理處理，例如通過(guò)氧化環(huán)境，例如通過(guò)存在氧氣引起的氧化。
[0099]圖2的剖視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，即反應(yīng)室102，與圖1的第一反應(yīng)室102相對(duì)應(yīng)，包括殼體108、平行或基本上平行于旋轉(zhuǎn)單元111的半徑的用于待處理材料的進(jìn)口(未不出)、一系列旋轉(zhuǎn)兀件I1以及蓋子104。反應(yīng)室殼體108具有頂點(diǎn)朝向電機(jī)(未不出)且底部由蓋子104形成的圓錐形形狀。圓錐形形狀有利于材料(在這個(gè)實(shí)施方式中將被稱為漿料)借助于重力流向蓋子104。蓋子104允許漿料通過(guò)機(jī)械開(kāi)口 201流出該反應(yīng)室。
[0100]在所示的實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)元件110是緊固到旋轉(zhuǎn)單元如驅(qū)動(dòng)軸上的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，并與位于殼體108外側(cè)的電機(jī)(未不出)連接。
[0101]旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)設(shè)計(jì)成提供粉碎、分散和疏松所引入的漿料，并將所述材料暴露于介質(zhì)，即氣體或液體，從而產(chǎn)生快速相互作用。旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)設(shè)計(jì)成優(yōu)化在粉碎、分散和疏松的時(shí)刻的介質(zhì)釋放。
[0102]介質(zhì)通過(guò)進(jìn)口 202進(jìn)入反應(yīng)室102并經(jīng)由導(dǎo)管203通過(guò)出口 204注入到反應(yīng)室中。
[0103]可以在旋轉(zhuǎn)單元111的端部207增加功能元件以提供進(jìn)一步的功能。在所示的實(shí)施方式中，元件205以及206產(chǎn)生引起漿料混合并使?jié){料朝向蓋子104輸送的渦流。可替換地，螺旋輸送機(jī)可以使用，且位于旋轉(zhuǎn)單元的端部207。
[0104]靠近反應(yīng)室102的底部，定位溫度傳感器208，允許控制在出口 209處漿料的溫度?？蛇x地，氣體出口可以沿著反應(yīng)室的側(cè)壁定位。
[0105]在反應(yīng)室102中，基于引入材料的不同主導(dǎo)傳送過(guò)程能夠識(shí)別四個(gè)區(qū)域:正常流主導(dǎo)區(qū)1、湍流主導(dǎo)區(qū)2、渦流主導(dǎo)區(qū)3以及重力主導(dǎo)區(qū)4。
[0106]在區(qū)域I中，漿料暴露于機(jī)械處理，如由旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110提供的粉碎、分散和疏松。
[0107]在該區(qū)域I中，漿料的輸送由漿料暴露的機(jī)械處理引起。
[0108]通過(guò)位于旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110中的導(dǎo)管204注入介質(zhì)在這個(gè)區(qū)域是有利的，因?yàn)樵谛路鬯?、分散和疏松的漿料與介質(zhì)之間產(chǎn)生密切接觸的區(qū)域中提供注入。
[0109]在區(qū)域2中，至少部分粉碎、分散和疏松的漿料進(jìn)一步暴露于與通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110釋放的介質(zhì)接觸，導(dǎo)致介質(zhì)與漿料之間的進(jìn)一步相互作用，并且與介質(zhì)混合的漿料的傳送由湍流型主導(dǎo)。
[0110]在區(qū)域2中，可以進(jìn)一步注入與先前在區(qū)域I中引入的介質(zhì)不同的介質(zhì)。這允許漿料可以連續(xù)處理，例如漿料可以利用區(qū)域I中的蒸汽以及導(dǎo)致最佳氧化的區(qū)域2中的化學(xué)品如氧過(guò)氧化物進(jìn)行處理。
[0111]在這個(gè)【具體實(shí)施方式】中，存在沿著殼體(未示出)的壁定位的額外導(dǎo)管以允許介質(zhì)的局部釋放。
[0112]衆(zhòng)料的連續(xù)處理也能夠通過(guò)釋放在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110的起始部和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110的末端部之間的不同介質(zhì)而獲得。旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110的起始部定義為更靠近用于待處理材料的進(jìn)口的部分，而末端部定義為更靠近處理后材料的出口 209。
[0113]在渦流主導(dǎo)區(qū)3中，引入的漿料經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)、湍動(dòng)，并繞旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的軸向方向快速渦動(dòng)。旋轉(zhuǎn)的速度和速率在中心最大，并且隨著朝向蓋子104傳送材料而距中心的距離增大而逐漸減小。在該區(qū)域中，漿料與介質(zhì)之間的比例大約為1:9。
[0114]在重力主導(dǎo)區(qū)4中，渦流對(duì)漿料運(yùn)動(dòng)的影響慢慢減小，且漿料借助于重力朝向蓋子104以及反應(yīng)室開(kāi)口 209移動(dòng)。這里，隨渦流運(yùn)動(dòng)影響的減小，溫度探針208的頭部與落在其上的漿料的表面接觸。溫度探針208提供關(guān)于通過(guò)反應(yīng)室漿料溫度上升的信息。
[0115]圖3示出了沿圖2的線1-1截取的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的軸向剖視圖。在圖3中，示出了旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110與驅(qū)動(dòng)軸桿111之間的連接，包括旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)301、軸承302以及靜態(tài)支撐結(jié)構(gòu)303。旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110通過(guò)位于螺栓孔304內(nèi)的螺栓連接在一起。
[0116]旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)漿料的稠度、干物質(zhì)含量、類型、粉碎、數(shù)量、粒徑及分布以及所注入的介質(zhì)而變化。
[0117]衆(zhòng)料通過(guò)管道109被引入,而介質(zhì)通過(guò)軸向進(jìn)口 305引入旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)中并通過(guò)圓盤(pán)110的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)圓盤(pán)結(jié)構(gòu)中存在的管狀導(dǎo)管306注入反應(yīng)室中。
[0118]作為轉(zhuǎn)子幾何形狀的結(jié)果，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)在旋轉(zhuǎn)并因此提供粉碎、分散和疏松細(xì)小纖維的漿料時(shí)，允許將介質(zhì)注入漿料中。
[0119]由于旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的徑向位移效應(yīng)、粉碎以及分散效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)瞬間將所注入的介質(zhì)包含在漿料中。
[0120]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，介質(zhì)是蒸汽，使得通過(guò)管狀導(dǎo)管306注入旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)110中并與漿料接觸，導(dǎo)致通過(guò)蒸汽冷凝引起的幾乎瞬時(shí)有效的熱傳遞。這允許漿料的溫度瞬時(shí)上升，避免變性或燃燒。這種快速溫度升高主要結(jié)合由于旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的分散效應(yīng)和通過(guò)存在的管狀導(dǎo)管局部且立即的蒸汽釋放到圓盤(pán)中而獲得。在另一實(shí)施方式中，介質(zhì)是通過(guò)管狀導(dǎo)管306注入的化學(xué)試劑，而漿料通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)粉碎、分散和疏松漿料。這允許新分散并粉碎的漿料和化學(xué)試劑之間的局部且直接接觸，導(dǎo)致二者之間的快速有效反應(yīng)。因此縮短了反應(yīng)時(shí)間，因?yàn)榛瘜W(xué)試劑處于與漿料密切接觸，最小化了通過(guò)漿料的擴(kuò)散時(shí)間。
[0121]圖4詳細(xì)示出了旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的結(jié)構(gòu)，包括軸向氣體進(jìn)口 305、管狀氣體導(dǎo)管306以及旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的圓盤(pán)形突起部401。
[0122]介質(zhì)和漿料之間的有效混合也可以由湍流獲得?？梢栽O(shè)計(jì)盤(pán)狀突起部401以提供湍流，從而提高漿料和介質(zhì)之間的反應(yīng)性。本文中稱為湍流區(qū)的空間形成在圓盤(pán)的周邊和突起部401之間。這就是最強(qiáng)湍流活動(dòng)發(fā)生的地方。然而，應(yīng)理解的是，湍流可以在不同于這個(gè)空間的區(qū)域中，例如在圓盤(pán)周邊和反應(yīng)器側(cè)壁之間的區(qū)域402中以較低強(qiáng)度發(fā)生。因此，湍流區(qū)在本文中用來(lái)指其中最強(qiáng)湍流發(fā)生的區(qū)域，且不應(yīng)解釋為在反應(yīng)器的其他區(qū)域中不能發(fā)生一定程度的湍流。
[0123]圖5示出了在本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，圓盤(pán)和墊片元件的前視圖(a)以及旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)和墊片元件的透視圖(b)的示意圖。
[0124]圖5的(a)示出了包括多個(gè)徑向延伸切口 502的墊片501。墊片501的切口 502起始于內(nèi)緣503，延伸朝向(但不到達(dá))外緣504。類似地，圓盤(pán)505包括相同數(shù)量的起始于徑向位置507且遠(yuǎn)離圓盤(pán)505的內(nèi)緣508并到達(dá)外緣509的徑向延伸切口 506。
[0125]在圖5的(b)中，墊片如501與圓盤(pán)如505交錯(cuò)疊置，一個(gè)墊片一個(gè)圓盤(pán)，以此類推。此外，墊片501與圓盤(pán)505疊置成墊片501的切口 502的端部位于圓盤(pán)505的切口 506的開(kāi)頭下方。由此，形成通道，其從墊片501的內(nèi)緣503延伸至圓盤(pán)505的外緣509。這些通道用來(lái)引入上文所公開(kāi)的一種或多種介質(zhì)。
[0126]在圖5的(b)中還示出了對(duì)準(zhǔn)元件(aligning element) 510。
[0127]在一些實(shí)施方式中，連接疊置的墊片和圓盤(pán)的螺栓的數(shù)量可能是質(zhì)數(shù)。
[0128]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式之一的圓盤(pán)的部分放大剖視圖。圓盤(pán)601包括多個(gè)徑向延伸切口 602，其起始于徑向位置603且遠(yuǎn)離圓盤(pán)601的內(nèi)緣604并到達(dá)外緣605。當(dāng)組裝使用時(shí)，圓盤(pán)如601及圖5的(a)中的墊片如501交錯(cuò)疊置，一個(gè)墊片一個(gè)圓盤(pán)，以此類推，與圖5的(b)類似。
[0129]一旦疊置墊片/圓盤(pán)組件旋轉(zhuǎn)，按照箭頭606，如上文公開(kāi)的一種或多種介質(zhì)被引入并通過(guò)圖4所示的通道到達(dá)位置603。在通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)601粉碎、分散并疏松漿料時(shí)，按照箭頭607將介質(zhì)從位置603注入裝置中。這允許新粉碎的漿料和介質(zhì)之間進(jìn)行局部且直接的接觸，引起漿料和介質(zhì)之間的快速有效反應(yīng)。在這個(gè)實(shí)施方式中，圓盤(pán)601設(shè)計(jì)成從徑向位置603至外緣605提供微射流作用(microject effect) 0此外，存在切削邊緣608允許漿料更有效的粉碎，使得在新切割表面上發(fā)生漿料暴露于介質(zhì)，提供介質(zhì)和漿料之間的快速有效的密切接觸。因此，減少了反應(yīng)時(shí)間，因?yàn)榻橘|(zhì)與漿料處于密切接觸，最小化了通過(guò)漿料的擴(kuò)散時(shí)間。
[0130]本發(fā)明涉及一種用于處理至少兩種介質(zhì)的裝置，所述處理包括疏松和混合，所述裝置包括:
[0131]具有至少一個(gè)用于第一介質(zhì)的進(jìn)口的殼體；
[0132]在所述殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元,所述旋轉(zhuǎn)單元包括突起部,其中所述突起部包括處理元件如切割元件、銑削元件和研磨元件，并且所述旋轉(zhuǎn)單元在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生混合區(qū)；
[0133]至少一個(gè)用于將第二介質(zhì)進(jìn)料到所述混合區(qū)的進(jìn)口 ；
[0134]至少一個(gè)用于與所述第二介質(zhì)混合后的所述第一介質(zhì)的出口，
[0135]其中，用于所述第一介質(zhì)的所述進(jìn)口適于在與所述旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本平行的方向上將第一介質(zhì)朝向所述旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)。
[0136]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于利用干固體含量為0-100%的材料作為第一介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0137]優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于對(duì)所述第一介質(zhì)加壓以使所述第一介質(zhì)在用于所述第一介質(zhì)的所述進(jìn)口內(nèi)時(shí)被加壓的加壓?jiǎn)卧?br> [0138]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述加壓?jiǎn)卧谟糜谒龅谝唤橘|(zhì)的進(jìn)口內(nèi)提供的壓力高于或至少等于所述殼體內(nèi)的壓力。
[0139]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述加壓?jiǎn)卧腔虬菪龎赫C(jī)。
[0140]優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于在所述殼體內(nèi)提供高于環(huán)境壓力的壓力的加壓?jiǎn)卧?br> [0141]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于利用加熱氣體如蒸汽作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0142]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于利用化學(xué)試劑作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0143]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于利用氧化劑作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作。
[0144]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于將所述第二介質(zhì)定量給料到所述混合區(qū)中的定量給料單元。
[0145]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括用于將所述第二介質(zhì)定量給料/注入到所述混合區(qū)的位于所述旋轉(zhuǎn)單元中的通道。
[0146]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述通道是或包括位于基本上相互等距離位置的多個(gè)管狀通道。
[0147]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述通道適于在靠近所述旋轉(zhuǎn)單元中心的所述突起部的端部處定量給料/注入所述第二介質(zhì)。
[0148]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括圓盤(pán)形元件。
[0149]優(yōu)選地,根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括旋轉(zhuǎn)柱。
[0150]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括一系列疊置的圓盤(pán)和墊片。
[0151]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述圓盤(pán)和墊片進(jìn)一步包括內(nèi)置徑向通道。
[0152]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述旋轉(zhuǎn)單元包括多個(gè)產(chǎn)生所述介質(zhì)的不穩(wěn)定脈動(dòng)速度分布，如渦流主導(dǎo)流的突起部。
[0153]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置適于所述旋轉(zhuǎn)單元每轉(zhuǎn)動(dòng)一周將所述進(jìn)口中的所述第一材料推進(jìn)10nm-300mm。
[0154]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述旋轉(zhuǎn)單元是或包括傳送單元。
[0155]本發(fā)明還涉及一種用于從生物質(zhì)生產(chǎn)生物產(chǎn)品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0156]i)用于將材料收集、傳送、碾碎成漿料、粉碎并運(yùn)送至處理裝置的預(yù)處理子系統(tǒng)；
[0157]ii)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理裝置；
[0158]iii)用于改變所述材料的化學(xué)和/或物理結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)用于生產(chǎn)生物乙醇的系統(tǒng)。
[0159]本發(fā)明還涉及利用根據(jù)本發(fā)明所述的處理裝置來(lái)處理至少兩種介質(zhì)的方法。
[0160]本發(fā)明還涉及一種利用根據(jù)所述的處理裝置來(lái)處理至少兩種介質(zhì)的方法，其中，所述裝置的操作包括在粉碎所述第一介質(zhì)的同時(shí)將所述第二介質(zhì)注入/定量給料到所述混合區(qū)。
[0161]本發(fā)明還涉及利用根據(jù)本發(fā)明所述的處理裝置的方法，其中，當(dāng)所述用于處理的裝置適于利用加熱氣體如蒸汽作為第二介質(zhì)進(jìn)行操作時(shí)，所述裝置的操作在所述加熱氣體和所述第一介質(zhì)之間產(chǎn)生熱傳遞。
[0162]本發(fā)明還涉及一種借助于將至少一種介質(zhì)局部注入第二介質(zhì)中來(lái)混合至少兩種介質(zhì)的方法，在處理所述第二介質(zhì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述介質(zhì)之間的密切接觸。
[0163]本發(fā)明還涉及一種用于開(kāi)放有機(jī)材料如木質(zhì)纖維類材料的結(jié)構(gòu)的方法。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理至少兩種介質(zhì)的裝置，所述處理包括粉碎第一介質(zhì)和與加熱的第二介質(zhì)混合，所述裝置包括: -具有至少一個(gè)用于所述第一介質(zhì)的進(jìn)口的殼體，其中所述第一介質(zhì)為漿料形式的生物質(zhì)， -在所述殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元，所述旋轉(zhuǎn)單元在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生混合區(qū)， -至少一個(gè)用于將所述加熱的第二介質(zhì)進(jìn)料到所述混合區(qū)的進(jìn)口， -用于將所述加熱的第二介質(zhì)定量給料/注入到所述混合區(qū)的位于所述旋轉(zhuǎn)單元中的通道， -至少一個(gè)用于與所述加熱的第二介質(zhì)混合后的所述第一介質(zhì)的出口， 其中，用于所述第一介質(zhì)的所述進(jìn)口適于在與所述旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本平行的方向上將所述第一介質(zhì)朝向所述旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)，并且其中所述旋轉(zhuǎn)單元包括適于粉碎所述第一介質(zhì)的切割刀片形式的突起部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置進(jìn)一步包括脫水單元，在至少一個(gè)所述用于所述第一介質(zhì)的進(jìn)口的上游并與其流體接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述脫水單元適于脫水并壓實(shí)所述第一介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述脫水單元是螺旋壓榨機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述加熱的第二介質(zhì)是加熱氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述加熱氣體是蒸汽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述加熱的第二介質(zhì)是化學(xué)試劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述化學(xué)試劑是液體或氣體形式的氨或酸，或氧化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，三種介質(zhì)通過(guò)所述裝置處理，其中所述第一介質(zhì)為漿料形式的生物質(zhì)，所述第二介質(zhì)是加熱氣體，第三介質(zhì)是化學(xué)試劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述通道是或包括位于基本上相互等距離位置的多個(gè)通道。
11.一種用于從生物質(zhì)材料生產(chǎn)生物產(chǎn)品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:1)用于將所述材料收集、傳送、碾碎成漿料、粉碎并運(yùn)送至處理裝置的預(yù)處理子系統(tǒng)； ii)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理裝置； iii)用于改變所述材料的化學(xué)和/或物理結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于生產(chǎn)生物乙醇的系統(tǒng)。
13.—種處理至少兩種介質(zhì)的方法，其中，所述方法包括:在處理裝置的混合區(qū)粉碎第一介質(zhì)并且同時(shí)將加熱的第二介質(zhì)定量給料/注入到所述混合區(qū)，所述處理裝置包括: -具有至少一個(gè)用于接收所述第一介質(zhì)的進(jìn)口的殼體，其中所述第一介質(zhì)為漿料形式的生物質(zhì)， -在所述殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元，其中所述旋轉(zhuǎn)單元包括切割刀片形式的突起部并且在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生混合區(qū)， -至少一個(gè)用于將所述加熱的第二介質(zhì)進(jìn)料到所述混合區(qū)的進(jìn)口， -用于將所述加熱的第二介質(zhì)定量給料/注入到所述混合區(qū)的位于所述旋轉(zhuǎn)單元中的通道， -至少一個(gè)用于與所述加熱的第二介質(zhì)混合后的所述第一介質(zhì)的出口， 其中，所述方法包括在與所述旋轉(zhuǎn)單元的半徑平行或基本平行的方向上將所述第一介質(zhì)通過(guò)所述進(jìn)口朝向所述旋轉(zhuǎn)單元推進(jìn)，使得所述旋轉(zhuǎn)單元切割刀片切碎所述第一介質(zhì)，并且將所述加熱的第二介質(zhì)注入到所述混合區(qū)以進(jìn)行所述加熱的第二介質(zhì)與粉碎的第一介質(zhì)之間的快速熱交換。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在引入到所述處理裝置之前所述第一介質(zhì)在脫水單元中脫水并壓實(shí)，使得所述第一介質(zhì)以壓實(shí)漿料形式進(jìn)入所述處理裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一介質(zhì)通過(guò)螺旋進(jìn)料脫水并壓實(shí)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述突起部在所述混合區(qū)中產(chǎn)生湍流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述湍流為渦流形式。
【文檔編號(hào)】C07C31/08GK104209028SQ201410412615
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月13日
【發(fā)明者】芬恩·貝爾德林, 德拉甘·盧基克, 特羅爾斯·希爾斯特羅姆 申請(qǐng)人:拜格索有限公司