该研究主要围绕完成国家高新技术发展计划(863)"纤维素废弃物制取乙醇技术"为主要目标.为此,分别建立了两套主体反应器为2.5升和500升的渗滤式固定床水解反应器以及相关流程工艺,并进行了试验研究,得到了以木屑为代表物的生物质稀酸水解的工艺条件,并对甘蔗渣和城市生活垃圾(MSW)水解制取单糖进行了初步探索.在间歇固定床水解反应中,通过正交试验的考察,找出了影响生物质水解效率以及水解液中单糖浓度的主要因素,即催化剂浓度,反应温度以及反应时间.并通过容积为2.5升的渗滤式固定床水解反应器确定了适宜的操作条件.结果证明采用两级水解操作方式,以2％HCl+0.5％FeCl<,2>复合催化剂,一级水解温度为110℃,二级水解温度为150-160℃,水解反应时间为20-50分钟,液固比为8-10L/g,可以得到较为理想的水解效果.通过采用水解液部分循环法可以得到单糖浓度为6％左右的水解液,能够满足发酵制取乙醇的要求.采用相同的水解条件,将反应器放大到500升,仍能得到理想的结果.同时也证明在放大范围内,反应器的放大效应不明显.为了反映温度以及催化剂对水解过程的影响,分别采用一步法和两步法研究了生物质稀盐酸FeCl<,2>助催化水解反应的动力学过程,得出了纤维素和半纤维素水解反应的速率常数以及单糖分解的速率常数.为了便于水解反应器的放大并对水解过程进行预测,建立了渗滤式固定床水解反应器的水解计算模型,并进行了求解计算,计算结果与试验值相一致.论文首次提出了建立年产600吨乙醇的工业化示范装置水解工段的工艺流程以及主要设备的相关设计参数,并进行了设计.生物质水解残渣主要含有木质素和少量的纤维素,通过快速裂解得到的生物油要比以生物质为原料得到的生物油热值高,可直接用做锅炉燃料;含氧量低,易于提质精制(如催化加氢,催化裂解);酸度低,对设备的腐蚀性小.通过对残渣的热重分析表明,生物质水解残渣的热裂解可明显的分为三个区,即水分和挥发份,纤维素和木质素裂解区,其中裂解区可以用两个分段的一级动力学模型进行描述.热重分析还证明木质素是木质纤维素类生物质热裂解产生焦炭的主要来源.