工业化微波辅助水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置
专利汇可以提供工业化微波辅助水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种工业化 微波 辅助 水 解 淀粉 和/或 纤维 素生产 燃料 乙醇 的装置。其技术要点是在原料预处理单元与 微 生物 发酵 单元之间还设置有淀粉和/或 纤维素 微波水解 糖化 反应单元，并通过管路连接；所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元是微波反应釜或微波管式反应器；在微波釜式反应器或管式反应器的旁路 串联 有第一微波反应器，用于将釜式或管式反应器中反应物及催化剂进行微波加热。该装置采用特殊的微波静态反应器设备，反应效率高，使水解反应化学平衡能够快速达到，并提高原料转化率。，下面是工业化微波辅助水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置专利的具体信息内容。
1.一种工业化微波辅助水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置，包括 原料淀粉和/或纤维素预处理单元、微生物连续发酵单元，以及乙醇蒸馏与乙醇 脱水单元，其特征在于，原料预处理单元与微生物发酵单元之间还设置有淀粉 和/或纤维素微波水解糖化反应单元，并通过管路连接。
2.根据权利要求1所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元是微波反应 釜或微波管式反应器。
3、根据权利要求1所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元是在常规釜 式反应器或微波釜式反应器或管式反应器的旁路串联有第一微波反应器，用于 将釜式或管式反应器中反应物及催化剂进行微波加热，釜式或管式反应器与第 一微波反应器间设置循环泵，用于反应物及催化剂在釜式反应器或管式反应器 与第一微波反应器间强制循环。
4、根据权利要求3所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，第一微波反应器为微波管式反应器或微波静态反应器， 所述微波管式反应器或微波静态反应器是将管式反应器或静态反应器置于能够 产生微波场的装置中得到，并将管式反应器或静态管式反应器的外壳及位于微 波场中的配件采用对微波透明的非金属材料。
5.根据权利要求4所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述管式反应器为大管径循环管式反应器或小管径长管 不循环反应器。
6、根据权利要求5所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述大管径循环管式反应器为单环或多环反应管，管材 料为非金属材料，容积为几升到20M3。
7、根据权利要求5所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述小管径长管不循环反应器为小管反应器，管材料为 非金属材料，管长度为几米到千米长。
8.根据权利要求4所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，所述静态管式反应器为充填有各种尺寸球粒或环或管段 或挡板或带有螺旋桨阻滞装置，通过填料的快速混合而形成紊流。
9.根据权利要求1-8任意之一所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生 产燃料乙醇的装置，其特征在于，所述微波场的微波辐射为连续微波辐射或脉 冲微波辐射。
10.根据权利要求1-3任意之一所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生 产燃料乙醇的装置，其特征在于，淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元还包 括有用于计量反应物和催化剂的高位计量容器，高位计量容器分别连接原料预 处理设备单元中的物料储存容器和催化剂制备设备，高位计量容器输出连接釜 式反应器或管式反应器。
11.根据权利要求1-3任意之一所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生 产燃料乙醇的装置，其特征在于，所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化设备单元 还包括第一冷凝器，所述第一冷凝器将所述釜式或管式反应器中蒸发的反应物 进行冷凝后输送回釜式或管式反应器中。
12.根据权利要求3-8任意之一所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生 产燃料乙醇的装置，其特征在于，所述第一微波反应器为常压反应器或耐压 0.1MPa-2MPa的承压反应器，第一微波反应器可控制反应温度在60℃-250℃间。
13.根据权利要求3所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇 的装置，其特征在于，淀粉和/或纤维素微波水解糖化设备单元还包括第二微波 反应器，用于对第一微波反应器中输出物料进行二次微波反应，所述第二微波 反应器为一个以上串联的微波管式反应器或微波静态反应器。
14.根据权利要求13所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙 醇的装置，其特征在于，第一微波反应器进入第二微波反应器的反应物料可由 泵驱动或靠反应物料的势能输送，第二微波反应器入口接收来自第一微波反应 器出口的反应产物，也可同时接收追加的反应物和催化剂。
15、根据权利要求1-3任意之一所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生 产燃料乙醇的装置，其特征在于，淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元包括：
釜式反应器或管式反应器，用于储存反应物料；
第一微波反应器，用于将釜式或管式反应器中反应物及催化剂进行微波加 热；
冷凝器，用于将釜式或管式反应器中蒸发的反应物进行冷凝后输送回釜式 或管式反应器中；
第二微波反应器，用于对第一微波反应器中输出物料进行二次微波反应， 第二微波反应器为一个以上串联的微波管式反应器或微波静态反应器；
泵设备和管路，用于反应物及催化剂在釜式反应器或管式反应器与第一微 波反应器间循环，以及将第一微波反应器输出物料输送到第二微波反应器。
16、根据权利要求15所述的工业化微波辅助淀粉和/或纤维素生产燃料乙 醇的装置，其特征在于，第一微波反应器、第二微波反应器为微波管式反应器 或微波静态反应器，所述微波管式反应器或微波静态反应器是将管式反应器或 静态反应器置于能够产生微波场的装置中得到，并将管式反应器或静态反应器 的外壳及位于微波场中的配件采用对微波透明的非金属材料。
技术领域
本发明涉及生产燃料乙醇的装置。本发明尤其涉及一种工业化微波辅助 水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置，微波水解的原料可以是粮食淀粉 和植物淀粉，也可以来自于餐饮废弃物和含有淀粉和/或纤维素的有机垃圾， 以及含纤维素的农业废弃物和蔗糖渣、制糖废蜜、苹果渣等工业废弃物。
背景技术
凡含有可发酵性糖或可转化为发酵性糖的物料都可以作为乙醇生产原 料，包括淀粉、纤维素等，见表1。
表1 发酵生产乙醇的原料表 淀粉类 纤维素类 糖类 其它 高粱 小麦 大麦 面粉 玉米 木薯 土豆 餐饮淀粉废弃物 木屑 废纸 森林残余物 农业废弃物 固体废物 产品废物 餐饮垃圾纤维 葡萄糖 蔗糖 转化糖 甜高粱 糖蜜 糖甜菜 甘蔗 乳浆 蔬菜类 菜花 餐饮蔬菜废弃物 香蕉
与化石燃料相比，酒精作为燃料有很多优点：产能效率高；燃烧过程中 不生成有毒的污染物；可通过微生物发酵大量生产，成本相对较低。目前巴 西、美国、印度等国家已有近200万辆机动车使用燃料乙醇，乙醇很有可能 在未来替代石油。2000年加拿大及美国对用不同原料生产的乙醇所组成的E10 及E85进行整个生命周期CO2排放比较，最终结果列于下表2。由表2可知， 与使用汽油相比，使用不同原料生产出的燃料乙醇，在燃料由生产到使用燃 烧的生命周期中，汽车每行驶1哩(1哩＝1.609km)排放出CO2量是不同的。在 混合燃料中添加乙醇的量多(E85)比量少(E10)能更多地降低CO2排放。使用由 柳枝稷生产的乙醇/汽油混合燃料E85与只使用汽油相比，能降低71％的CO2 排放。
表2 乙醇汽油混合燃料与汽油生命周期CO2排放的比较 原料 原油 谷类 柳枝稷 谷类茎秆 项目 单位 汽油 E10 E85 E10 E85 E10 E85 车辆行驶里程 Km 596.6 594.4 547.7 594.4 547.7 594.4 547.7 CO2排放量 G 510.3 490.6 315.3 476.1 147.7 480.7 197.6 CO2降低量 ％ 3.9 38.2 6.7 71.0 5.8 61.3
乙醇还广泛应用于化学工业、食品工业、日用化工、医药卫生等领域。 由于汽车排放法规更加严格及限制CO2排放，21世纪燃料乙醇在交通运输及农 业机械等领域应用将大幅度增加。1975年世界乙醇产量为800多万吨；1995 年世界乙醇产量为2350万吨，20年间世界乙醇产量净增两倍。
在使用淀粉或/和纤维素生产酒精的工艺中，碳水化合物的糖化是一关键 步骤。传统复合酶淀粉糖化和纤维素酸碱水解糖化，要经历几十分钟至数小 时的较长时间比较复杂的处理过程，显然水解效率不高。
使用淀粉发酵生产酒精工艺来说，发酵前的淀粉需糊化、液化处理。其 工艺流程：预处理后的淀粉水热处理，即将粉碎原料加水制成粉浆，然后加 热使粉浆中淀粉糊化。显然，工艺流程较复杂。
纤维素发酵生产酒精工艺来说，发酵前的纤维素常规水解处理有酸处理、 碱处理、微生物处理、物理处理和复合处理等，既经济又高效的纤维素预处 理方法至今还没有。目前多用酸处理，酸水解纤维素是用H2SO4或HCl。酸处 理又分浓酸处理和稀酸处理。
(1)浓酸水解。浓酸水解是纤维素在较低温度完全溶于72％硫酸或42％ 盐酸中，转化成含几个葡萄糖的低聚糖(主要是4个葡萄糖聚合物)，把此溶 液加水稀释并加热，经一定时间就可把纤四糖水解为葡萄糖，并得到较高收 率。浓酸水解优点是糖回收率高(最高90％以上)，但所需时间长，且酸须回 收。
(2)稀酸水解。纤维素水解活化能比葡萄糖分解的活化能高，故采用较高 水解温度有利。对硫酸来说常用温度170-200℃，最高可达230℃以上。常规 稀酸水解工艺较简单，但糖产率较低，且会生成对发酵有害的副产品。以下 是两级稀酸水解工艺，原料为小树，主要是软木，工艺流程是：生物质原料 粉碎处理→加酸一级水解(水蒸汽加热)→液固分离后的液体和固体分别继 续以下处理
液固分离固体→加酸二级水解→石灰中和→液体去发酵；
液固分离液体→中和→再液固分离(生成石膏)→液体去发酵
在纤维素的两级稀酸水解中，纤维素水解成为葡萄糖其一级水解率约 21％，二级水解率约34％；而其它单糖产生比较容易，主要产生于一级水解反 应器。如表3所示。
表3 两级稀酸水解中单糖产率 种类 一级水解单糖产率％ 二级水解单糖产率％ 总单糖产率％ 葡萄糖 木糖 半乳糖 甘露糖 阿拉伯糖 21 70 79 79 90 34 5 11 3 0 55 75 90 82 90
总之，无论是淀粉，还是纤维素，或是含有淀粉和纤维素的有机废弃物， 都可以作为发酵乙醇的原料进行水解糖化。而常规淀粉糖化是淀粉必须糊化 和液化及糖化；纤维素必须经过复杂处理，而经济高效的纤维素处理方法至 今还没有，它往往需化学、物理、生物等综合处理。现有糖化过程的复杂和 长时间，事实表明现有技术有待发展。
我国农业废弃物每年约有7亿吨，包括作物秸秆、腐烂水果、果壳(花生 壳、棉籽壳、稻壳)、甘蔗渣等。森林采伐和木材加工的纤维废物(树枝、树 梢、边角料和木屑)的纤维素物质含量一般高于农业有机废物。工厂纤维素是 生产酒精的重要资源，如每吨木材大约可产生160L乙醇。甘蔗渣和废甜菜丝、 酒厂排放酒糟、纸厂废纸浆和造纸用草料、纺织厂废花等工厂纤维和半纤维 素废物。蔗渣含有半纤维素36.2％、纤维素38.0％，通过水解可以生成已糖 和戊糖，糖类发酵可以制取燃料酒精。生产1吨白酒(40度)排放酒糟生物质 3-4吨，我国2001年白酒产量850万吨，年排放酒糟生物质达3000万吨。酒 糟生物质含水率60％～70％，pH3.0左右，其中残余糖分、淀粉、纤维素和 半纤维素不仅可以废物利用，而且解决污染环境问题。此外，果蔬加工的纤 维质废物，城市废纤维垃圾等纤维质，容易被酶和酸水解。而餐饮废弃物既 含纤维素，又含有大量淀粉，是发酵酒精的重要原料。微波辐射淀粉水解制葡 萄糖已经研究，夏立新等研究了微波辐射淀粉水解制葡萄糖(化学世界，2000， 352)，其研究工作为实验室阶段的基础研究。如此大量的资源如何利用，显 然需要工业化大规模生产装置的出现。
以粮食淀粉和其它植物淀粉(如木薯等)生产燃料乙醇在国内外早已工 业化。利用植物纤维素或农业废弃物纤维素、半纤维素等生产燃料乙醇的中 试装置也在运行中。微波是一种电磁波，它的波长很短，频率很高，一般在 300～300000MHz，是以每秒3亿或30亿次速度变化的交变电磁场。微波加热 与传统加热方式完全不同，既不需要传热介质，也不必利用对流。对周围空 气不加热，热能损耗小、热效率高、温升迅速。而用微波辐射加热技术加速 淀粉、纤维素、半纤维素等水解糖化以生产燃料乙醇的研究较少，更没有可 工业化的微波水解多糖生产燃料乙醇的工艺和装置。如果采用微波辐射辅助 糖化水解，可能使糖化或水解在较短时间里快速完成，简化工艺过程。
发明内容
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。
一种工业化微波辅助水解淀粉和/或纤维素生产燃料乙醇的装置，包括原 料淀粉和/或纤维素预处理单元、微生物连续发酵单元，以及乙醇蒸馏与乙醇 脱水单元，其特征在于，原料预处理单元与微生物发酵单元之间还设置有淀 粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元，并通过管路连接。所述淀粉和/或纤 维素微波水解糖化反应单元可以是微波反应釜或微波管式反应器。
所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元也可以是在常规釜式反应 器或微波釜式反应器或管式反应器的旁路串联有第一微波反应器，用于将釜 式或管式反应器中反应物及催化剂进行微波加热，釜式或管式反应器与第一 微波反应器间设置循环泵，用于反应物及催化剂在釜式反应器或管式反应器 与第一微波反应器间强制循环。
常规釜式反应器或微波釜式反应器与第一微波反应器组合的好处是可以 组成一个物料循环回路，在釜式反应器搅拌混合作用的基础上，再通过物料 在循环回路中的循环作用以加强物料间的充分混合，以利于提高反应效率和 转化率。
第一微波反应器为微波管式反应器或微波静态反应器，所述微波管式反 应器或微波静态反应器是将管式反应器或静态反应器置于能够产生微波场的 装置中得到，并将管式反应器或静态管式反应器的外壳及位于微波场中的配 件采用对微波透明的非金属材料；所述微波场的微波辐射为连续微波辐射或 脉冲微波辐射；所述非金属材料为聚四氟乙烯、聚烯烃、陶瓷及玻璃材料； 所述管式反应器为大管径循环管式反应器或小管径长管不循环反应器；大管 径循环管式反应器为单环或多环反应管，管材料为非金属材料，容积为几升 到20M3；小管径长管不循环反应器为小管反应器，管材料为非金属材料，管 长度为几米到千米长。
所述静态管式反应器为充填有各种尺寸球粒或环或管段或挡板或带有螺 旋桨阻滞装置，通过填料的快速混合而形成紊流。
淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元还包括有用于计量反应物和催 化剂的高位计量容器，高位计量容器分别连接原料预处理设备单元中的物料 储存容器和催化剂制备设备，高位计量容器输出连接釜式反应器或管式反应 器。
所述淀粉和/或纤维素微波水解糖化设备单元还包括第一冷凝器，所述第 一冷凝器将所述釜式或管式反应器中蒸发的反应物进行冷凝后输送回釜式或 管式反应器中。
所述第一微波反应器为常压反应器或耐压0.1MPa-2MPa的承压反应器， 第一微波反应器可控制反应温度在60℃-250℃间。
淀粉和/或纤维素微波水解糖化设备单元还包括第二微波反应器，用于对 第一微波反应器中输出物料进行二次微波反应，所述第二微波反应器为一个 以上串联的微波管式反应器或微波静态反应器。
第一微波反应器进入第二微波反应器的反应物料可由泵驱动或靠反应物 料的势能输送，第二微波反应器入口接收来自第一微波反应器出口的反应产 物，也可同时接收追加的反应物和催化剂。
如果有对微波辐射时间有较长要求时，可以将静态反应器或管式反应器 的管容器换之以大管径的管容器或是换之以串联的基于同样混合原理的罐或 箱容器，对于大管径管容器或小容量罐或箱容器其物料进口管和出口管是相 对小的连接管，而且其物料进口管和出口管一般采取物料下进上出方式，以 使物料能在反应器中能完全充填和分散混合。
实现本发明的淀粉和/或纤维素微波水解糖化反应单元包括：
釜式反应器或管式反应器，用于储存反应物料；
第一微波反应器，用于将釜式或管式反应器中反应物及催化剂进行微波 加热；
冷凝器，用于将釜式或管式反应器中蒸发的反应物进行冷凝后输送回釜 式或管式反应器中；
第二微波反应器，用于对第一微波反应器中输出物料进行二次微波反应， 第二微波反应器为一个以上串联的微波管式反应器或微波静态反应器；
泵设备和管路，用于反应物及催化剂在釜式反应器或管式反应器与第一 微波反应器间循环，以及将第一微波反应器输出物料输送到第二微波反应器。
第一微波反应器、第二微波反应器为微波管式反应器或微波静态反应器， 所述微波管式反应器或微波静态反应器是将管式反应器或静态反应器置于能 够产生微波场的装置中得到，并将管式反应器或静态反应器的外壳及位于微 波场中的配件采用对微波透明的非金属材料。
由以上技术方案可知，为了达到发明目的，采取的主要技术措施如下： 采用两级微波水解糖化反应器，两级微波反应器的作用是保证淀粉或纤维素 水解的快速性和完全性。且一级反应器又是搅拌反应和强制循环的微波管式 反应的组合双重反应机制；两级反应器间的组合以及一级内的反应组合，更 使反应能够尽快达到化学平衡状态并加深水解反应深度。本发明的微波反应 系统，集中体现了淀粉水解和纤维素水解反应的快速高效率。
本发明的主要技术特征之一是微波化学技术的产业化应用。微波化学反应 可使相应工业生产效率提高几倍至几十倍，甚至百倍。微波化学反应具有过 程简单化和时间高效率以及能够改善或提高产品质量的特点；微波化学反应 器可以使工业装备小型化和节约能源，是属于鼓励发展的绿色生产工艺和装 备，也是一种新型工业发展道路。本发明碳水化合物微波快速糖化工艺和装 置具有以下明显优点和有益效果：
1、通过多级微波水解纤维素或/和淀粉，提高了生产效率和单糖产率，突 破了现有国内外淀粉糖化和纤维素水解采用常规能源的苛刻反应条件和间歇 反应技术，实现了连续化水解糖化，从而有利于实现工业化的商业推广。
2、在常规反应器设备的基础上，本发明采用特殊的微波静态反应器设备， 连同搅拌以及强制循环的作用，更加微波化学技术的工业应用，使传统的水 解糖化反应达到一个新的技术水平，为碳水化合物水解糖化技术推出一个崭 新的工艺技术体系。
3、原料来源广，成本低。大中小城市或地区，都可通过餐饮废弃物处理 而分离出淀粉和纤维素。原料就地取材，成本低廉，每个大城市都可建设万 吨规模以上的燃料乙醇生产厂，中小城市也可实施千吨级生产。
4、本发明可以实施罐式或釜式反应设备的数字电路程控切换控制，使生 产工艺操作简便、可靠，生产效率高，人工管理成本节约。
上述说明仅是对本发明技术方案的概述。为了更清楚了解本发明的技术手 段，并可依照说明书内容予以实施，以下将配合附图加以详细说明。
附图说明
图2为大管径循环管式反应器的结构图；
图3为小管径长管不循环反应器的结构图；
图4为微波静态反应器的结构图；
图5为下进上出大直径管反应器结构图；
附图标记说明：
A1-釜式反应器 A5-物料输送泵
A2-高位计量容器 A6-物料输送泵
A3-高位计量容器 A7-第二微波反应器1
A4-第一微波反应器 A8-第二微波反应器2
具体实施方式
纤维素的水解比淀粉的水解糖化相对要困难些，但微波辐射辅助纤维素 的快速水解糖化却是肯定的。因为微波辐射能够加快有机化合物的水解反应， 这是微波化学研究得较早的反应之一，其举例见下表4。
表4 微波水解及糖类与纤维素反应与常规反应比较 化学反应 微波化学反应时间 产率 提高倍率 苯甲酸甲酯皂化反应(水解) 2.5min 84 25 前反应加入溴化四丁铵 时间缩短到1min 98 62 日本橄榄油制皂(水解) 微波反应工业化 苯甲酰胺20％硫酸水解 6 蛋白质微波水解ATP 25 半乳糖1，4-内酯合成 10min 60-66(22-38) 淀粉制1，6-脱水葡萄糖 很有推广价值 微波催化低聚糖甲醇解 保护可致异构变换 三乙酰基-D-葡萄糖与硝基苯 酚微波照射得2，3不饱和糖苷 1min(原7h) 72(75) 180 α-D-葡萄糖苷变旋光反应 秸秆纤维素或废纸纤维素与丙 烯酸非均相接枝聚合制SAP* 4-5min 36
本发明在原有工艺条件(高温高压或低温低压，浓酸或稀酸等)的基础上， 另加微波辐射的物理催化作用，产生了意想不到的水解反应效果。
如图1所示，将经过预处理(如粉碎、液化等)的淀粉或纤维素浆液， 打入微波釜式反应器A1，A2、A3分别是无机酸和无机盐高位计量罐，A4是第 一微波反应器，具体的说在此是微波管式反应器，A5、A6是物料输送泵，A7、 A8组成第二微波反应器。
初始开车是将计算量原料淀粉或纤维素打入微波釜式反应器A1，开动搅 拌器和循环泵A5进行强制循环，并开动微波釜式反应器A1上的微波发生器 以及第一微波反应器A4(在此为微波管式反应器)，保持一定温度进行一级回 流水解糖化反应(时间控制)；一级微波水解反应结束时，开动送料泵A6(流 量控制)使物料进入第二微波反应器A7与A8进行连续两级水解反应。当第 一个一级回流水解反应终了，同时进入并联的下一个A1反应器(依次类推)， 以反应器组合程序切换可以实现程控连续化操作[以程控多反应器水解法，实 现连续均衡的水解糖化过程，如发明人在专利86108906中的MOS数字电路可 实现这种水解反应的自动控制]。如此，物料连续通过微波反应器，以比较短 的时间就可以完成碳水化合物(淀粉和纤维素)的水解糖化，经过水解糖化 的淀粉或纤维素物料，进入公知的多级发酵工段、蒸馏和精馏及分子筛脱水 工段，最终得到燃料乙醇，从而实现微波催化糖化的工业化。
上述第一微波反应器为微波小管径长管不循环反应器(图3所示)。所述 小管径长管不循环反应器为小管反应器，管材料为非金属材料，管长度为几 米到千米长。
当然第一微波反应器也可为微波静态反应器(图4所示)，所述微波静态 反应器为充填有各种尺寸球粒或环或管段或挡板或带有螺旋桨阻滞装置，通 过填料的快速混合而形成紊流。
第二微波反应器为一个以上串联的微波管式反应器或微波静态反应器。 如果有对微波辐射时间有较长要求时，可以将静态反应器或管式反应器的管 容器换之以大管径的管容器或是换之以串联的基于同样混合原理的罐或箱容 器，对于大管径管容器或小容量罐或箱容器其物料进口管和出口管是相对小 的连接管，而且其物料进口管和出口管一般采取物料下进上出方式，以使物 料能在反应器中能完全充填和分散混合(图5所示)。
传统的纤维素水解前述曾有二级稀酸水解工艺。而本发明以两步微波水 解反应其收率要高于一步水解法，更由于微波加热的高效率，可以使化学平 衡尽快达到，可以显著缩短水解时间。在微波辐射条件下，淀粉水解制葡萄 糖不仅葡萄糖收率提高，而且反应速度显著提高。这是因为微波对物质加热 是从物质分子本身出发的特点决定的，一方面微波加热速度极快，产生过热 现象，提高了反应温度，另方面微波能加剧极性分子的运动，极大增加了反 应物的碰撞频率；而微波辐射下的静态混合反应器更通过动力紊流增大了混 合物界面，从而也使反应加速。
工业化微波辅助水解碳水化合物生产燃料乙醇的装置，在特殊情况下可 简化为，只开动一级微波水解反应器并适当调整反应时间也可完成水解操作。
工业化微波辅助水解碳水化合物生产燃料乙醇的装置，所述各微波反应 器的微波辐射功率，将根据物料通过反应器的时间、微波加工物料量、加热 温度要求以及物质的固有性质(特别是介电性质和热力学数据)等经计算设 计而确定。
实施例1：以5L扩大试验为例，淀粉和/或纤维素原料取餐饮废弃物。首 先对餐饮废弃物进行固液分离，固形物去除金属、玻璃、竹木、土石、塑料 杂物后留下食物部分。食物部分经粉碎并按1∶3加水混合调浆。将粉碎调浆 的有机垃圾食物部分约2700ml浆液打入图1所示流程的微波水解糖化反应器 实施水解。其水解浆液组成如下：食物淀粉180g(折纯淀粉)，加入催化剂稀 盐酸900mL和助催化剂金属卤化物(如FeCl3)溶液450mL，再加纯水1500ml 稀释，摇匀，合计液体约3000ml。将反应物在图1所示微波釜式反应器水解 6分钟，然后送入第二微波反应器(两个串联的微波管式反应器)进一步水解 反应60秒。用文献酶法测定葡萄糖收率为98.10％。
如上述微波水解糖化方法，取餐饮废弃物微波水解液再稀释3倍(1-5倍)， 经120℃杀菌，用10％氢氧化钠调节pH5-6，装入发酵罐，冷却到30℃，接 入10％酒精酵母菌液，在温度30℃密闭条件下进行乙醇发酵，经90h发酵， 蒸出乙醇，结果表明乙醇产量折合达到9mL/100g餐废物。
可见，本发明不仅能够水解单纯的淀粉或纤维素，还能处理含有淀粉和 纤维素的原料，如餐饮废弃物。本发明所述的淀粉和/或纤维素不能片面理解， 应包括含有淀粉和/或纤维素的原料，如高粱、小麦、大麦、面粉、玉米、木 薯、土豆、木屑、废纸、森林残余物、农业废弃物、固体废物、产品废物、 餐饮垃圾纤维、餐饮淀粉废弃物、餐饮废弃物、秸秆、腐烂水果、果壳(花生 壳、棉籽壳、稻壳)、甘蔗渣等。
实施例2：4M3不锈钢罐式反应器扩大试验。以4M3不锈钢罐式反应器(不 连接微波管式反应器于环路)，参照上述实施例1的餐饮废弃物处理方法和化 学配料方法，先预水解8min。然后送入两个串联的二级微波反应器进一步水 解反应120秒。用文献酶法测定葡萄糖收率为97.60％。
实施例3：本发明可为以下微波水解淀粉实验室研究的产业化提供工业技 术装置：实验微波炉频率2450MHz，功率800w。淀粉0.2000g加入反应器， 加入2.00mL稀盐酸，再加1.00mL 0.15M[X-]金属卤化物溶液，摇匀封盖进 行微波反应，取出用NaOH调pH7，倒入25mL容最瓶用水定容，移取5.00mL 注入50mL容量瓶用水定容，测定葡萄糖含量。实验对影响淀粉水解制葡萄糖 的因素进行考察，如盐酸浓度对葡萄糖收率影响、NaCl对葡萄糖影响、多种 金属氯化物对收率影响、其它金属卤化物对收率影响、硫酸盐对收率的影响 等；还考察了相同条件常规加热下金属卤化物和硫酸盐对淀粉水解制葡萄糖 的影响。由实验可知，在微波辐射下在低浓度盐酸和少量金属盐催化下，在 120s-180s时间使淀粉水解成几乎100％葡萄糖。与常规油浴加热比较，反应 速度提高100倍。这是因为微波是从物质分子内加热的，微波加热速度极快， 产生过热现象，提高了反应温度，另方面微波辐射加剧了极性分子运动，增 加了反应物的碰撞频率。
本发明工艺还可有其它变通组合，但微波反应器在淀粉或纤维素水解上 的工业化应用是其基本特征。
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