CN103526625B

CN103526625B - 生物酶化与煸法相结合的制浆方法及制浆的单根煸管装置

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Publication number: CN103526625B
Application number: CN201310476151.XA
Authority: CN
Inventors: 于志强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: CN103526625A

Abstract

生物酶化与煸法相结合的制浆方法及制浆的单根煸管装置。现有的制浆是以木材为主，我国木材资源及其匮乏，仅能满足需求的5%，70%的木浆靠进口，进口的木材造价高、比较难购买。一种生物酶化与煸法相结合的制浆方法，本制浆方法包括五步，第一步进行干法备料，利用单根煸管装置选出草片中的杂质；第二步进行生物酶浸渍，将去杂质后的草片放入池进行湿法备料，洗去尘土杂质，同时用浸透生物氧化酶液浸透草片；第三步堆积场温育酶化反应；第四步利用单根煸管装置进行中温催化；第五步进行机械离解。本发明用于生物酶化与煸法相结合的制浆。

Description

生物酶化与煸法相结合的制浆方法及制浆的单根煸管装置

技术领域：

本发明涉及一种生物酶化与煸法相结合的制浆方法及制浆的单根煸管装置。

背景技术：

现有的制浆是以木材为主，我国木材资源及其匮乏，仅能满足需求的5%，70%的木浆靠进口，进口的木材造价高、比较难购买。现有的制浆工艺是经过高温高压高碱的硫碱蒸煮，有黑液，有污染废水排放，每吨浆料于排放污染废水约200-300吨，制浆造纸都用石化燃

料，属高耗污染型能源；每吨浆纸耗用燃煤1200公斤；每吨浆纸耗电460kw。每吨浆纸耗水200-300吨，使用氯进行漂白或二氧化氯进行漂白，氯和二氧化氯属于致癌剧毒药品，在制浆过程中需要进行排放，不能循环使用，每吨浆板成本3400元左右，市场价格3700元左右，回报率10%，规模效益起点高，成本大，一般年产2-2.5万吨规模，产量低；所以国家限制上马规模为3.7万吨以下；只有达到产能75%左右才为盈亏平衡点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以农作物秸秆（如稻草、麦秸、玉米秸等）为原料，通过生物酶化与煸法相结合的方法，在农作物秸秆中提取植物纤维，制成植物纤维浆的生产工艺，植物秸秆经过木聚糖酶、木素过氧化物酶的生产预处理，然后以氧化型生物酶助剂进行煸制，达到改性、脱色、离解、漂白植物纤维的目的的生物酶化与煸法相结合的制浆方法及制浆的单根煸管装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种生物酶化与煸法相结合的制浆方法，本制浆方法包括五步，第一步进行干法备料，利用单根煸管装置选出草片中的杂质；第二步进行生物酶浸渍，将去杂质后的草片放入池进行湿法备料，洗去尘土杂质，同时用浸透生物氧化酶液浸透草片；第三步堆积场温育酶化反应；第四步利用单根煸管装置进行中温催化；第五步进行机械离解。

所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第三步堆积场温育酶化反应是将浸透生物氧化酶液的草片在堆积温育场进行预处理，生物氧化酶液选用木聚糖酶或木素过氧化物酶。

所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，在每吨草片中加入木聚糖酶40-80克，将木聚糖酶稀释到0.01-0.02%浓度，加入木聚糖酶后的反应温度为30-40℃，温育时间8-12小时，每2-3小时喷淋一次，保持草片含水率60-70%，PH值为6-9。

所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，在每吨草片中加入木素过氧化物酶50-60克，将木素过氧化物酶稀释到0.01-0.02%浓度，加入木素过氧化物酶后的反应温度为45-55℃，温育时间24～72小时，每2-3小时喷淋一次，保持草片含水率150-180%，PH值为4-6。

所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第四步利用单根煸管装置进行中温催化，第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理；第二组煸管进行NaO3内源爆破煸解；第三组煸管进行H2O2闪急煸漂；所述的第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理，将上一步制得的草片中加入碳酸氢钠做缓冲剂，将草片的ph值调节到6-8，在二甲基二环氧乙烷DMD中加入0.2-0.5%丙酮进行催化,二甲基二环氧乙烷DMD的添加量为0.5-1%；所述的第二组煸管进行NaO ₃ 内源爆破煸解，将上一步制得的草片中加入NaO30.5-1.5%，PH值调节到5-7，再依次加入辅配助剂，乙醇0.1-0.5%，过乙酸0.2-0.6%，EDTA（乙二胺四乙酸）0.02-0.04%；所述的第三组煸管进行H ₂ O ₂ 闪急煸漂，将上一步制得的草片中加入助剂，过氧化氢0.5-1%，水玻璃0.5-1%，绿氧0.5%，磷酸三钠1-2%，柠檬酸钠0.05-0.1%，蛋白石0.3-0.5%，调节PH值从9-10到6-7。

所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第五步进行机械离解，将第四步制得的草片再经过盘磨、筛选、净化，在稻草纤维的白度达70-80%ISO，卡伯值至8-10，裂断长4-5Km，撕裂指数4-4.5MN·㎡/g,耐破指数3-3.5Kpa㎡/g,抗涨指数50-55N·M/g,耐折度20-30次，完成。

一种生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，其组成包括电机，所述的电机连接减速机，所述的减速机连接螺旋叶片轴，所述的螺旋叶片轴连接螺旋叶片，所述的螺旋叶片装在煸管内，所述的煸管的前端连接出料口。

所述的生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，所述的煸管内装有导热油夹套，所述的导热油夹套的一侧连接二号助剂入管和入料口，所述的导热油夹套的另一侧连接一号助剂入管，所述的煸管的管壁的一侧连接加热油入口，所述的煸管的管壁的另一侧连接导热油出口。

所述的生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，所述的煸管、所述的电机、所述的减速机均连接底座。

有益效果：

1.本发明从根本上解决了传统工艺的三高问题，即高温，高碱，高污染排放问题，生产过程及产品无污染，使用含助剂的水进行循环使用时无三废排放。

本发明的绿色生物制植物纤维浆与传统化学制浆的比较分析

经过对比得知本产品的优点远远大于现有技术。

附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

通过木聚糖酶、木素过氧化物酶的氧化酶解，使工艺水中的碳水化合物成为厌氧、耗氧微生物良好的底物。厌氧微生物通过糖酵解途径将一些碳水化合物变为C ₂ 或C ₃ 产物。耗氧微生物通过三羧酸循环将碳水化合物降解为CO ₂ 和H ₂ O，从而保证了工艺助剂水在不断循环处理中去除COD、BOD，进而循环使用。

通过木聚糖酶、木素过氧化物酶的预处理，草纤维的卡伯值至30-35左右，白度35-40%ISO。

实施例2：

实施例1所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第三步堆积场温育酶化反应是将浸透生物氧化酶液的草片在堆积温育场进行预处理，生物氧化酶液选用木聚糖酶或木素过氧化物酶。

实施例3：

实施例2所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，在每吨草片中加入木聚糖酶40-80克，将木聚糖酶稀释到0.01-0.02%浓度，加入木聚糖酶后的反应温度为30-40℃，温育时间8-12小时，每2-3小时喷淋一次，保持草片含水率60-70%，PH值为6-9。木聚糖酶由米曲霉发酵、提纯制成。

木聚糖酶的酶解作用使稻草中连接纤维素和木素的木聚糖降解，并一定程度溶出，由于木聚糖酶催化水解了木素～木聚糖复合体（LXC）的木聚糖部分，所以促进了脱木素反应。木聚糖酶在作用LXC的同时，还有效的水解了木聚糖衍生有色物，控制了发色基团，使后续的氧煸漂白很容易的除去有发色基团的木聚糖衍生物，从而提高纤维白度。木聚糖酶还有效的渗透到纤维的次生壁，从而为后续的纤维分丝帚化创造了条件。

实施例4：

实施例2所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，在每吨草片中加入木素过氧化物酶50-60克，将木素过氧化物酶稀释到0.01-0.02%浓度，加入木素过氧化物酶后的反应温度为45-55℃，温育时间24～72小时，每2-3小时喷淋一次，保持草片含水率150-180%，PH值为4-6。

木素过氧化物酶（Lip）是由多种营养调节的结构基团编码的酸性同功酶组成。Lip通过去除1个电子来氧化苯核，产生羧氧自由基或阳离子自由基，和分子氧亲和反应，使纤维分子链的C-C和C-O键断裂，聚合物解聚以及芳香环裂开，细胞壁大面积出现空洞，生成低分子量产物。羧羟基、甲氧基、紫丁香基含量增加，增强了木素反应活性，木素被降解活化，发色基团和助色基团减少，从而使草纤维易于后续的煸离细化及漂白。

实施例5：

实施例1所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第四步利用单根煸管装置进行中温催化，第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理；第二组煸管进行NaO3内源爆破煸解；第三组煸管进行H2O2闪急煸漂；所述的第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理，将上一步制得的草片中加入碳酸氢钠做缓冲剂，将草片的ph值调节到6-8，在二甲基二环氧乙烷DMD中加入0.2-0.5%丙酮进行催化,二甲基二环氧乙烷DMD的添加量为0.5-1%；DMD（二甲基二环氧乙烷）是一种较强的亲电性氧化剂，它有效的通过氧原子转移进行有选择性的氧化反应。它与草纤维中残余木素中大量存在的脂肪族结构和芳香结构中的C-C发生亲电性的氧化反应，而不损伤纤维素和半纤维素，做到即脱除木素又保证了草纤维的较高得率，还进一步漂白草纤维。

所述的第二组煸管进行NaO ₃ 内源爆破煸解，将上一步制得的草片中加入NaO30.5-1.5%，PH值调节到5-7，再依次加入辅配助剂，乙醇0.1-0.5%，过乙酸0.2-0.6%，EDTA（乙二胺四乙酸）0.02-0.04%；

NaO ₃ (臭氧化钠)是一种内源爆破型臭氧化物,具有极强氧化性,在高热下尤其是在撞击、摩擦的煸制环境中发生爆炸性分解。内源爆破纤维是在无压状态下进行，草纤维在倾斜40℃的煸管内由底部液相环境到中部气相环境直到顶部煸制环境发生不同阶段环境的不同变化。在底部，臭氧化钠水解产生过氧化氢、氧气促进了草纤维的氧化漂白，在煸管的中部及顶部，草纤维中浸透的臭氧化物的爆破潜能一步步得到强化与发挥。随着温度升高和梅花叶片的快速剪切、搅拌击打、摩擦等协同作用，内源爆破快速完成。这种爆破性分解使草纤维比较均匀的成为丝絮状。

化学助剂在环境中的反应速率不同，臭氧化合物比过乙酸类反应快，其中主要发生在纤维表层，而过乙酸主要发生在纤维细胞壁内的较深层，形成了一种由表及里的反应过程。

所述的第三组煸管进行H ₂ O ₂ 闪急煸漂，将上一步制得的草片中加入助剂，过氧化氢0.5-1%，水玻璃0.5-1%，绿氧0.5%，磷酸三钠1-2%，柠檬酸钠0.05-0.1%，蛋白石0.3-0.5%，调节PH值从9-10到6-7。

（过氧化氢）是温和型氧漂剂，是目前世界草纤维及木材纤维漂白的流行趋势。本工艺的特点在于闪急煸漂，这种反应同样在煸管的中低部位快速完成，极少产生氧化降解等负反应，保持了纤维的高得率和不返黄白度。

经过上述浸洗池湿法备料，堆积场氧化酶预处理以及六根煸管分三段不同作用，稻草纤维基本完成了本工艺的总体流程。出煸管后再经过盘磨、筛选、净化，草纤维便达到了细化、帚化、净化高品质。

实施例6：

实施例1所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，所述的第五步进行机械离解，将第四步制得的草片再经过盘磨、筛选、净化，在稻草纤维的白度达70-80%ISO，卡伯值至8-10，裂断长4-5Km，撕裂指数4-4.5MN·㎡/g,耐破指数3-3.5Kpa㎡/g,抗涨指数50-55N·M/g,耐折度20-30次，完成。

实施例7：

一种生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，其组成包括电机1，所述的电机连接减速机12，所述的减速机连接螺旋叶片轴6，所述的螺旋叶片轴连接螺旋叶片5，所述的螺旋叶片装在煸管4内，所述的煸管的前端连接出料口11。

电机为3KW调速电机，驱动螺旋叶片旋转，转速30-60r/min。

螺旋叶片为梅花状螺旋叶片，以螺旋状围焊在螺旋叶片轴上，螺旋叶片的作用是使草片在行进中搅拌、击打、摩擦。当草料行进到煸管中部时，部分助剂由于导热油夹套的高温作用与草料混合形成汽相环境，当草料被推到顶部时，没有助剂喷淋，又是油夹套最热段形成了煸制环境，助剂在一根煸管的反应周期便完成。

实施例8：

实施例7所述的生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，所述的煸管内装有导热油夹套8，所述的导热油夹套的一侧连接二号助剂入管9和入料口2，所述的导热油夹套的另一侧连接一号助剂入管3，所述的煸管的管壁的一侧连接加热油入口7，所述的煸管的管壁的另一侧连接导热油出口10。

导热油夹套的夹层内的油温120-160℃，夹层厚为50mm,导热油由一燃煤炉加热,有泵拉动循环,运行压力＜0.1Mpa。煸管呈40℃摆放，煸管内的温度从底部到顶部逐步升高。

在煸管底部管壁外没有安装导热油夹套，草片在此段主要是与助剂发生液相反应。

入料口，直接灌到煸管底部，与部分流存助剂混合。

从一号助剂入管注入助剂后，一部分与螺旋上爬的草料接触反应，一部分顺倾斜管壁流到底部，与灌下的草料混合后，剩余部分从二号助剂入管流出，去进行澄清处理并补充新助剂，再从一号助剂入管注入，进行新一轮循环，总流程中三组煸管的流程同此，分别从一号助剂入管注入从二号助剂入管流出，不同助剂进行不同的反应。

实施例9：

实施例7或8所述的生物酶化与煸法相结合制浆的单根煸管装置，所述的煸管、所述的电机、所述的减速机均连接底座13。

实施例10：

上述实施例所述的生物酶化与煸法相结合的制浆方法，工艺流程说明

（1）干法备料在厂外，风选出的杂质可以肥田，净料进车间，无粉尘污染。

（2）生物酶在循环工艺水中添加与处理，一部分采购，一部分自育。

（3）酶化反应主要在堆积温育场进行，产能大小主要取决于温育场的大小，扩能潜力大。

（4）中温催化，温度一般控制在90℃以下，以嗜热型的木聚糖酶为主进行催化水解，堆积温育。

（5）生物酶生产绿色秸秆浆板的工艺循环水通过糖酵解途径，三羧酸循环等模式可将碳水化合物降解为二氧化碳和水，做到无害化处里。

Claims

1.一种生物酶化与煸法相结合的制浆方法，其特征是:本制浆方法包括五步，第一步进行干法备料，利用单根煸管装置选出草片中的杂质；第二步进行生物酶浸渍，将去杂质后的草片放入池进行湿法备料，洗去尘土杂质，同时用浸透生物氧化酶液浸透草片；第三步堆积场温育酶化反应；第四步利用单根煸管装置进行中温催化；第五步进行机械离解；所述的第三步堆积场温育酶化反应是将浸透生物氧化酶液的草片在堆积温育场进行预处理，生物氧化酶液选用木聚糖酶或木素过氧化物酶；在每吨草片中加入木聚糖酶40-80克，将木聚糖酶稀释到0.01-0.02%浓度，加入木聚糖酶后的反应温度为30-40℃，温育时间8-12小时，每2-3小时喷淋一次，保持草片含水率60-70%，pH值为6-9；所述的第四步利用单根煸管装置进行中温催化，第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理；第二组煸管进行NaO₃内源爆破煸解；第三组煸管进行H₂O₂闪急煸漂；所述的第一组煸管进行二甲基二环氧乙烷DMD处理，将上一步制得的草片中加入碳酸氢钠做缓冲剂，将草片的pH值调节到6-8，在二甲基二环氧乙烷DMD中加入0.2-0.5%丙酮进行催化,二甲基二环氧乙烷DMD的添加量为0.5-1%；所述的第二组煸管进行NaO₃内源爆破煸解，将上一步制得的草片中加入NaO₃0.5-1.5%，pH值调节到5-7，再依次加入辅配助剂，乙醇0.1-0.5%，过乙酸0.2-0.6%，乙二胺四乙酸0.02-0.04%；所述的第三组煸管进行H₂O₂闪急煸漂，将上一步制得的草片中加入助剂，过氧化氢0.5-1%，水玻璃0.5-1%，绿氧0.5%，磷酸三钠1-2%，柠檬酸钠0.05-0.1%，蛋白石0.3-0.5%，调节pH值从9-10到6-7；所述的第五步进行机械离解，将第四步制得的草片再经过盘磨、筛选、净化，在稻草纤维的白度达70-80%ISO，卡伯值至8-10，裂断长4-5Km，撕裂指数4-4.5mN·㎡/g,耐破指数3-3.5kPa/g,抗张指数50-55N ·m/g ,耐折度20-30次，完成。