CN100585070C

CN100585070C - 一种生物酶制备漂白浆的方法

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Publication number: CN100585070C
Application number: CN200510010418A
Authority: CN
Inventors: 刘长恩
Original assignee: LIU CHANG'EN
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2025-10-10
Also published as: CN1948612A

Abstract

一种生物酶制备漂白浆的方法，它涉及制浆造纸工业技术领域。为解决现有技术中存在的生物酶难于和高浓度纸浆充分混合以及所需生物反应时间过长、所占用设备容积大等问题，提供了一种生物酶制备漂白浆的方法。制备方法的步骤：(一)原料经进料口进入磨浆机，在A区可充分去除原料中残余水分和空气；(二)经B区与C区交接处的进液口加入生物酶；(三)经D区与E区交接处的进液口加入漂白剂硼氢化钠及助剂乙二胺四乙酸，制成漂白机械纸浆或超高得率纸浆，经由出料口排出；有效解决了生物酶难于和高浓度纸浆充分混合问题；在制浆过程中不加蒸汽或少加蒸汽，水、电、汽的消耗较传统制浆生产大幅度降低，增效节能；具有广阔的应用前景。

Description

一种生物酶制备漂白浆的方法

技术领域

本发明涉及制浆造纸工业技术领域，具体涉及用植物纤维原料生产纸浆的超高得率制浆方法。

背景技术

20世纪80年代初，人们发现有些含氯漂白废水的有机氯化物中具有剧毒、致癌和至突变性后，纷纷致力于寻找新的漂白剂和漂白技术。80年代后期，聚木糖酶辅助硫酸盐浆漂白技术成功用于生产，使氯的消耗降低25～30％。大量研究工作也表明利用酶处理后的纸浆，可漂性得到改善，后续漂白剂用量减少，废水污染负荷大为降低。此外，机械浆和超高得率浆利用酶处理，可减少纸浆中的发色基团，从而提高纸浆白度，抑制浆料返黄的技术，在纸浆漂白工业中有了应用。为了扩大纸浆生物漂白的应用，人们除了扩大寻找高性能生物酶的工作外，也在积极开发适用于生物酶漂白纸浆的工艺方法。

目前，现有技术利用生物酶漂白纸浆的生产中存在的主要问题是生物酶和纸浆难于充分混合，特别是对于高浓度的纸浆，无法获得合乎质量要求的超高得率纸浆或漂白机械纸浆；同时，现有技术中为了使酶能均匀地混合于纸浆中，酶制剂使用时要进行稀释，纸浆浓度为中浓(10％-15％)，而稀释后的酶不太稳定，用稀释的酶处理纸浆存在着所需生物反应时间长、所用设备体积大等问题。虽然发明专利“一种化学机械制浆方法及设备”(ZL99120924.9)所述的双螺旋辊式磨浆机的体积小巧，但该机A区的排液口14过小，其磨浆区内的浆料浓度过低。

发明内容

为解决现有技术中存在的生物酶和高浓度纸浆难于充分混合以及所需生物反应时间长、所用设备体积大等问题，本发明提供了一种生物酶制备漂白浆的方法。它以植物纤维为原料，借助生物酶、漂白剂和助剂，利用能满足在高浓度条件下使其充分混合的设备，生产出合乎质量要求的漂白机械纸浆或超高得率纸浆。

本发明的技术方案所使用的双螺旋辊式磨浆机，它由电动机、皮带轮、传动箱、轴、花键套、轴承座、芯轴、进料口、进液口、上壳体、下壳体、出料口、机座、排液口、除硬杂质块装置、正螺旋套、反螺旋套和螺旋辊组成；电动机经皮带带动皮带轮和传动箱，将动力由轴输出，花键套将轴和螺旋辊的芯轴连结起来；两个螺旋辊上间隔的且相对应的固设有正螺旋套和反螺旋套，每组正螺旋套和反螺旋套分别形成工作区：A区、B区、C区、D区、E区、F区、G区、H区，两个螺旋辊置于上壳体和下壳体组成的壳体内，上壳体的一端设有进料口，下壳体的另一端设有出料口，上壳体上的B区和C区、D区和E区、F区和G区交接处分别设有进液口，下壳体上的A区、C区、E区、G区的对应处设有排液口，机座上固设有轴承座，螺旋辊的芯轴的两端分别置于机座上的轴承座内；A区和B区交接处下壳体的下方固设有除硬杂质块装置。为了获得高的纸浆浓度，强化生物酶和原料的混合作用，将A区的排液口的轴向长度加长45-55mm，此改进使得原料在A区充分地将残余水分和空气去除，脱水速度快，磨浆区浓度高达30-45％，系高浓度浆，从而可以获得超高得率纸浆。该设备可以根据需要设置不同的磨解段，每个磨解段还可采用不同个数和不同特征参数的磨浆元件，从而调节磨浆机对浆料的磨解程度，该设备体积小，有效解决了现有技术存在的占用设备容积大的问题。

本发明的制备方法通过下述步骤实现：(一)将汽蒸后的制作纸浆的原料经进料口置入双螺旋辊式磨浆机内；(二)将生物酶经B区与C区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，每千克绝干原料中加入2克-8克生物酶，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并发生反应；(三)将漂白剂硼氢化钠及助剂乙二胺四乙酸经D区与E区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，所述硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1-10％，所述乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.8％；制成的纸浆，经由出料口排出。本制备方法步骤(二)中所述生物酶可为聚木糖酶(pulpzyme HB)、漆酶(Laccase)、甘露聚糖酶(purabritetm)或半乳糖苷酶(galactosidase)。

本发明制备方法中所述的生物酶经B区与C区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，由于纤维轴向受到较大的挤压力，有利于纤维物料在纤维轴向产生裂纹扩大反应表面，强化了生物酶与药液混合、浸透和纤维分离作用；经D区的磨解并充分反应后，所述漂白剂及助剂经D区与E区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，磨解浆料时纤维切断作用小，磨后纤维较长，磨浆质量好，有效解决了生物酶和高浓度纸浆难于充分混合的问题。本发明所提供的生物酶制备漂白浆的方法，在磨解过程中，完成脱水浓缩、洗涤、排出废液和加药液(或蒸汽)等功能，反应时间大大缩短；制备机浆吨浆耗水6-8m3，为传统制浆用水量的10％左右，电能消耗可较传统制浆降低20-50％，制浆和磨解过程中由于原料磨擦产生大量热，可满足蒸解或漂白所需温度，制浆过程可不加蒸汽或少加蒸汽，水、电、汽的消耗较传统制浆生产大幅度降低，增效节能；具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是“一种化学机械制浆方法及设备”(ZL99120924.9)所述的双螺旋辊式磨浆机的整体结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是图1中磨浆机构纵断面简图，图4是图1中磨浆机构的俯视简图，图5是本发明所述的一种生物酶制备漂白浆的设备的磨浆机构纵断面简图。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1-图5)本实施方式的技术方案所使用的双螺旋辊式磨浆机，它由电动机1、皮带轮2、传动箱3、轴4、花键套5、轴承座6、芯轴7、进料口8、进液口9、上壳体11、下壳体10、出料口12、机座13、排液口14、除硬杂质块装置15、正螺旋套16、反螺旋套17和螺旋辊18组成；双螺旋辊式磨浆机属无刀式磨浆机，电动机1经皮带带动皮带轮2和传动箱3，将动力由轴4输出，花键套5将轴4和螺旋辊18的芯轴7连结起来；两个螺旋辊18上间隔的且相对应的固设有正螺旋套16和反螺旋套17，每组正螺旋套16和反螺旋套17分别形成工作区：A区、B区、C区、D区、E区、F区、G区、H区，两个螺旋辊18置于上壳体11和下壳体10组成的壳体内，上壳体11的一端设有进料口8，下壳体10的另一端设有出料口12，上壳体11上的B区和C区、D区和E区、F区和G区交接处分别设有进液口9，下壳体10上的A区、C区、E区、G区的对应处设有排液口14，机座13上固设有轴承座6，螺旋辊18的芯轴7的两端分别置于机座13上的轴承座6内；A区和B区交接处下壳体10的下方固设有除硬杂质块装置15；为了获得高的纸浆浓度，强化生物酶和原料的混合作用，将A区的排液口14的轴向长度加长45-55mm，此改进使得原料在A区充分地将残余水分和空气去除，可以获得超高得率纸浆。

本发明的制备方法通过下述步骤实现：(一)将汽蒸后的制作纸浆的原料经进料口置入双螺旋辊式磨浆机内，原料在A区空腔内两根螺旋辊18的正螺旋套16的推送下，向出料口12端移动，由于将A区的排液口14加长了45-55mm，在A区可充分脱出原料中残余水分和空气，经排液口14流出；原料在反螺旋套17形成的B区，被反向螺旋反向推送，此处原料浓度达到30-45％；当压力达到一定程度，部分原料被磨解到小于B区反螺旋套螺棱开孔，则由孔中穿过，顺流向C区流动；(二)将生物酶经B区与C区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，每千克绝干原料中加入2克-8克生物酶，经C区的正螺旋套16推送和D区反螺旋套17的反向推送，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并发生反应，原料被磨解到小于D区反螺旋套17螺棱开孔，则由孔中穿过，顺流向E区流动；(三)将漂白剂及助剂经D区与E区交接处的上壳体开设的进液口置入双螺旋辊式磨浆机内，所述漂白剂的质量占所述绝干原料的质量的1-10％，所述助剂的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.8％；在E区正螺旋套16螺腔中，原料在自摩擦热及药液共同作用下，充分地浸渍吸收药液，反应废液由下机壳10开设的排液口14排出，在顺流推送下，发生反应和磨解过程；然后，原料进入反螺旋套17形成的F区；制成的漂白机械纸浆或超高得率纸浆，经由出料口12排出，所述漂白剂是硼氢化钠，所述助剂是乙二胺四乙酸。

具体实施方式二：(参见图1-图5)本实施方式与具体实施方式一所选用的双螺旋辊式磨浆机的不同点在于所述双螺旋辊式磨浆机的A区的排液口14加长50mm，以使之脱出更多原料中的水分和空气。

本实施方式与具体实施方式一的制备方法的不同点在于：步骤(二)中所述的生物酶为聚木糖酶(pulpzyme H B)，每千克绝干原料中加入2克-4克聚木糖酶；步骤(三)中所述的漂剂为硼氢化钠(NaBH4)，硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1-4％，所述助剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.5％。

实验结果表明：纸浆经由磨浆机排出后，在60-70℃温度下，保温2小时，pH值6-7，纸浆白度62％(ISO)，抗张指数37Nm/g，撕裂指数3.2Nmm²/g，可应用于配抄新闻纸。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于步骤(二)中每千克绝干原料中加入2克聚木糖酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的2％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1％。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于步骤(二)中每千克绝干原料中加入3克聚木糖酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的3％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.3％。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于步骤(二)中每千克绝干原料中加入4克聚木糖酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的4％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.5％。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的制备方法的不同点在于：步骤(二)中所述的生物酶为漆酶(Laccase)，每千克绝干原料中加入2克-3克漆酶；步骤(三)中所述的漂剂为硼氢化钠(NaBH₄)，硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1-4％，所述助剂为乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.5％。

实验结果表明：纸浆经由磨浆机排出后，在60-70℃温度下，保温2小时，pH值6-7，纸浆白度60％(ISO)，抗张指数34Nm/g，撕裂指数2.9Nmm²/g，可用于配抄新闻纸。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六所述的制备方法的不同点在于：步骤(二)中每千克绝干原料中加入2克漆酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1％，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1％。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六所述的制备方法的不同点在于：步骤(二)中每千克绝干原料中加入2.5克漆酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的3％，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.3％。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六所述的制备方法的不同点在于：步骤(二)中每千克绝干原料中加入3克漆酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的4％，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.5％。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于制备过程中使用两台相同结构的双螺旋辊式磨浆机，本实施方式的制备方法通过下述步骤实现：(一)将汽蒸后的制作纸浆的原料置入第一台双螺旋辊式磨浆机，然后，在此磨浆机B区与C区交接处的上机壳11开设的进液口9加入生物酶，经后面的磨解段混合后，浆料由磨浆机排出，在反应槽内保温2小时；(二)将步骤

(一)制成的浆料置入第二台双螺旋辊式磨浆机，酶和纸浆的反应产物经此磨浆机的A区排液口14排出，然后，将漂剂及助剂经此磨浆机B区与C区交接处的上机壳11开设的进液口9置入第二台双螺旋辊式磨浆机，充分磨解、混合，制成纸浆。由于本实施方式选用了两台双螺旋辊式磨浆机，纤维原料在挤压力和剪切力作用下纤维轴向产生裂纹，形态变小，原料比表面积增大，生物酶被植物纤维原料充分混合、吸收，并发生反应，同时浆料的磨解更加细致；经第二台双螺旋辊式磨浆机A区的排液口14排出的残余酶，可回收重复使用。

实验结果表明：纸浆经由磨浆机排出后，在60～70℃温度下，保温2小时，pH值6～7，纸浆白度75％(ISO)，抗张指数46Nm/g，撕裂指数4.2Nmm²/g，可用于抄造轻量涂布纸。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述制作纸浆的原料为松木片、杨木片、桉木片或竹片。

Claims

1、一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于它通过下述步骤实现：(一)将汽蒸后的制作纸浆的原料经进料口(8)置入双螺旋辊式磨浆机内，双螺旋辊式磨浆机的两个螺旋辊(18)上间隔的且相对应的固设有正螺旋套(16)和反螺旋套(17)，每组正螺旋套(16)和反螺旋套(17)分别形成工作区：A区、B区、C区、D区、E区、F区、G区、H区，两个螺旋辊(18)置于上壳体(11)和下壳体(10)组成的壳体内，上壳体(11)的一端设有进料口(8)，下壳体(10)的另一端设有出料口(12)，上壳体(11)上的B区和C区、D区和E区、F区和G区交接处分别设有进液口(9)，下壳体(10)上的A区、C区、E区、G区的对应处设有排液口(14)；(二)将生物酶经B区与C区交接处的上壳体(11)开设的进液口(9)置入双螺旋辊式磨浆机内，每千克绝干原料中加入2克-8克生物酶，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并发生反应；(三)将漂白剂硼氢化钠及助剂乙二胺四乙酸经D区与E区交接处的上壳体(11)开设的进液口(9)置入双螺旋辊式磨浆机内，所述漂白剂的质量占所述绝干原料的质量的1-10％，所述助剂的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.8％；制成的纸浆，经由出料口(12)排出。

2、根据权利要求1所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于步骤(二)中所述的生物酶为聚木糖酶，每千克绝干原料中加入2克-4克聚木糖酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1-4％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.5％。

3、根据权利要求2所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于步骤(二)中每千克绝干原料中加入4克聚木糖酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的4％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.5％。

4、根据权利要求1所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于步骤(二)中所述的生物酶为漆酶，每千克绝干原料中加入2克-3克漆酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的1-4％，所述的乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.1-0.5％。

5、根据权利要求4所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于步骤(二)中每千克绝干原料中加入3克漆酶；步骤(三)中所述的硼氢化钠的质量占所述绝干原料的质量的4％，乙二胺四乙酸的质量占所述绝干原料的质量的0.5％。

6、根据权利要求1所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于它通过下述步骤实现：(一)将汽蒸后的制作纸浆的原料置入第一台双螺旋辊式磨浆机，然后，在此磨浆机B区与C区交接处的上机壳(11)开设的进液口(9)加入生物酶，经后面的磨解段混合后，浆料由磨浆机排出，在反应槽内保温2小时；(二)将步骤(一)制成的浆料置入第二台双螺旋辊式磨浆机，酶和纸浆的反应产物经此磨浆机的A区排液口(14)排出，然后，将漂剂及助剂经此磨浆机B区与C区交接处的上机壳(11)开设的进液口(9)置入第二台双螺旋辊式磨浆机，充分磨解、混合，制成纸浆。

7、根据权利要求1所述的一种生物酶制备漂白浆的方法，其特征在于所述制作纸浆的原料为松木片、杨木片、桉木片或竹片。