CN106906262A - 一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于木糖生产领域，具体为一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法。该方法为：原竹经除尘洗涤后，进入压裂机压裂成粗丝状，再切断成2‑4cm长，进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空，然后通入蒸汽加热，再用热压缩空气加压处理时间。汽爆器出来的物料进入卧式分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的竹丝，经混合器配成含水70‑80%的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用热水逆流浸提得到单糖提取液；提取单糖后的纤维中未降解的半纤维素，使其进入连续水解器进行水解等步骤。通过本方法，木糖收率可达85‑90%；可直接用于制备糠醛或用传统工艺处理，得到精制木糖，余下的竹纤维采用众所周知的方法生产纸浆或者溶解纤维。

Description

一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法

技术领域

本发明属于木糖生产领域，涉及一种以竹子、芦苇、麦草、棉秆、甘蔗渣、竹篁草、木材等为原料，改进预处理及汽爆工艺，采用蒸汽爆破法连续提取木糖的方法，具体为一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法。

背景技术

目前国内外木糖的生产方法虽然已工业化生产，但存在着易产生环境污染、生产过程复杂、产品得率低、生产成本高等问题。因此，有必要探索一条全新路线，以便进一步降低生产成本和为木糖的生产提供新思路。

竹子在我国被大批量的种植，现有竹的种类有48属，达600种之多，全国的朱林面积达720万公顷。竹子本身经济利用价值高，我国利用竹子作为原料来生产的产品也较多。

竹子汽爆产生木糖的方法是基于蒸汽爆碎处理，可使其中木聚糖选择性地降解分离的特点，开辟应用物理原理制木糖的新方法。竹子汽爆生产木糖的方法具有生产过程简单、无污染(固形渣作为纸浆或溶解纤维原料)、产品得率高(在汽爆过程中，木糖没有损失，转化率60-70％)、生产成本低(汽爆过程仅消耗蒸汽，其用量为0.3吨蒸汽/吨竹子)。

以竹子为原料，采用蒸汽汽爆法提取木糖的工艺，目前尚未见报导；专利201310064648.0“竹子多糖的提取法”中采用的传统爆破工艺，其目的产物是多糖。传统的爆破工艺有一些报导，但是大多是生产纸浆，为了使竹片能爆破完全，所以在预处理时都加入了碱及一些助剂。这些物料的添加，不利于生产木糖。

发明内容

本发明正是基于以上技术问题，提供产率高，效果好的一种竹子汽爆法提取木糖的方法。

本发明的技术方案为：

一种竹子汽爆法提取木糖的方法，该方法包括以下步骤：

原竹经除尘洗涤后，进入压裂机，压裂成粗丝状，再行切断成2-4cm长，原料含水20-80wt％，进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空至80-90KPa，抽真空的目的是将竹丝中的空气抽出，以利于蒸汽的渗入，然后通入蒸汽加热温度至130-160℃，再用130-160℃的热压缩空气加压至1.4--3.0Mpa，处理时间1-5min。

对于汽爆工艺要求，从理论上讲，压力越高，爆破效果越好，但用高压蒸汽加压，压力越高温度也高，造成物料焦糊；以往许多研究者曾经在汽爆釜中用蒸汽将物料加热至一定温度下，再用压缩空气增压进行汽爆，但由于空气是冷的，使物料温度降低，影响了汽爆效果，未能应用于实践我们采用热高压压缩空气，取得较好效果。汽爆器出来的物料进入分离器，使蒸汽与固体纤维分离，为了使脱气后的竹丝，满足高浓磨对物料浓度的要求，经混合器配成含水70-80wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入提取机，该提取机为连续提取机，进一步限定为双网连续逆流浸提装置，用5-10倍的60-80℃热水，逆流浸提，得到单糖提取液；提取单糖后的纤维中仍有30-40wt％的未降解的半纤维素，使其进入连续管式反应器中进行水解，管式反应器内，除了装有螺旋片以外，在螺旋杆上焊有销钉，使物料更好混合反应，水解条件为：固液质量比为1：︰4-6，催化剂为硫酸、盐酸或固体杂多酸用量0.1-0.6％，温度60-80℃，停留时间20-60min，由管式反应器出来的水解反应物，经离心机分离，得到的清液与前面爆破竹丝提取液合并一起用膜进行浓缩至含木糖10-15％。木糖转化率可达85-95％(对半纤维素而言)；可直接用于制备糠醛或用传统工艺处理，得到精制木糖，余下的竹纤维采用众所周知的方法生产纸浆或者溶解纤维。

所述的压裂机为八辊式，配成四对，每对之间调整不同间隙进行压裂。

含水70-80wt％的纤维浆料经高浓磨将纤维磨细，以增加比表面积，利于木糖的提取。

一种用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置,包括储料仓、浆料稀释槽、螺旋输送机和提取机，稀释后的物料进入提取机进料端、重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区、高压脱水区和出料端，在储料仓上连接爆破罐，储料仓与皮带输送机连接，皮带输送机与浆料稀释槽连接，浆料稀释槽通过螺旋输送机与提取机进料端的匀浆箱连接，自进料端起依次设置重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区和高压脱水区，在出料端设有碎浆装置，碎浆装置与接浆槽连接；所述的缓压脱水区设置微压辊，微压辊为三组，在缓压脱水区下设置接水槽；所述的逆流提取区包括五段逆流洗涤置换水槽、七道压榨装置及进、出水循环管路；其中五段逆流洗涤置换水槽分别为分为A槽、B槽、C槽、D槽和E槽，其按照浆料顺流方向依次连接；每个槽内均设有两根带沟纹辊和洗涤水的进出口，将夹带浆料的滤网压入槽内，A槽、B槽、C槽、D槽和E槽均对应压榨装置，在E槽后还设置两道压榨装置，每个压榨装置均与对应的压榨托起气缸连接。

在提取机前设置稀释槽，该槽为U槽，槽内设置两根双螺旋。

该装置还包括变频调速装置、电动机、减速机、主传动上辊和主传动下辊，变频调速装置与电动机连接，电动机与主传动装置连接，主传动装置分为主传动上辊、主传动下辊和传动齿轮，主传动上辊和主传动下辊均与传动齿轮连接，上滤网与下滤网分别与对应的主传动上辊和主传动下辊连接；所述的上网和下网上均设置张紧装置、滤网清洗装置和自动校正装置。提取机封闭在不锈钢罩内。

其操作工艺过程可以为：

经重力、微压脱水及第一道压榨的挤压浓度已达25wt％的浆料，则首先进入A槽(第一个置换槽)，在槽内经受浸泡、充分吸水，达到饱和状态后缓慢溢出水槽，随即进行第二道压榨的挤压，挤出木糖液，使浆料浓度达到25％左右；接下来随着滤网的缓慢运行，滤网夹带浆料进入B槽(第二个置换槽)，再次进行浸泡、吸水，……直至在E槽(第五个槽)溢出，进行连续两道压榨的挤压，浆料浓度达到35wt％以上。至此，浆料经过五段逆流置换提取、六道挤压，达到工艺要求的提取度，最后经出料端的碎浆装置自落入螺旋输送机出料，进入下道工序。所述的提取机封闭在不锈钢罩内，防止热水产生的蒸汽外溢。

该机还设有变频调速、滤网气动加压、同步张进、自动校正等装置，具有压力可调、网速可调等功能；生产能力大，运行成本低，综合经济效益显著。

本申请文件中的％，如无特殊说明，均表示wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(一)、方法简单，条件温和；爆破过程不添加化学药剂，对环境无污染。

(二)、由于爆破后竹子中纤维素、半纤维素、木质素分离，有利于半纤维素的水解，所以木糖转化率高，对半纤维素而言，可达85-95％。

(三)、竹子中半纤维素爆破时，大部分转化为木糖，余下的半纤维素水解所需催化剂量减少，反应时间缩短，既降低了成本，又减少了对环境的污染。

(四)分离出来的纤维可用于造纸或溶解浆。

附图说明：

图1为本发明中所述竹子汽爆法提取木糖方法的工艺流程示意图。

图2为本发明中所述用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置结构示意图。

其中，1——进料端、2——匀浆箱、3——重力脱水区托辊、4——上网张紧装置、5——微压辊、6——滤网清洗装置、7——自动校正装置、8——压榨装置、9——滤网、10——压榨托起装置、11——主传动装置、12——接浆槽、13——提取水出口、14——提取水进口、15——提取置换水箱、16——置换辊、17——接水槽、18——爆破罐、19——储料仓、20——皮带输送机、21——浆料稀释槽、22——螺旋输送机。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

一种用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置,包括储料仓、浆料稀释槽、螺旋输送机和提取机，而提取机包括进料端、重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区、高压脱水区和出料端，在储料仓上连接爆破罐，储料仓与皮带输送机连接，皮带输送机与浆料稀释槽连接，浆料稀释槽通过螺旋输送机与提取机进料端的匀浆箱连接，自进料端起依次设置重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区和高压脱水区，在出料端设有碎浆装置，碎浆装置与接浆槽连接；所述的缓压脱水区设置微压辊，微压辊为三组，在缓压脱水区下设置接水槽；所述的逆流提取区包括五段逆流洗涤置换水槽、七道压榨装置及进、出水循环管路；其中五段逆流洗涤置换水槽分别为分为A槽、B槽、C槽、D槽和E槽，其按照浆料顺流方向依次连接；每个槽内均设有两根带沟纹辊和洗涤水的进出口，将夹带浆料的滤网压入槽内，A槽、B槽、C槽、D槽和E槽均对应压榨装置，在E槽后还设置两道压榨装置，每个压榨装置均与对应的压榨托起气缸连接。

在提取机前设置稀释槽，该槽为U槽，槽内设置两根双螺旋。

该装置还包括变频调速装置、电动机、减速机、主传动上辊和主传动下辊，变频调速装置与电动机连接，电动机与主传动装置连接，主传动装置分为主传动上辊、主传动下辊和传动齿轮，主传动上辊和主传动下辊均与传动齿轮连接，上滤网与下滤网分别与对应的主传动上辊和主传动下辊连接；所述的上网和下网上均设置张紧装置、滤网清洗装置和自动校正装置。提取机封闭在不锈钢罩内。

汽爆后的竹子，首先喷放至储料仓，为了使脱气后的竹丝，满足高浓磨对物料浓度的要求，经混合器配成含水70-80wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后，再经皮带输送机输送至浆料稀释槽。该槽为U槽，内有两根双螺旋，使爆破后的竹料与水充分混合。(此槽应具有稀释与输送功能，水平架设。)给槽内连续加入60-80℃热水，将原料稀释到8-10wt％，再由螺旋输送机连续送入木糖提取机的匀浆箱，进入提取机开始进行提取。

由变频调速装置控制电动机，带动主传动下辊，经同步传动齿轮同时转动上辊，拖动夹带浆料的上下滤网9做环周运动。

本提取机分为进料端1、出料端12。自进料端起分依次为重力脱水区、重力脱水区设有多根托辊3，目的是脱除浆料中的游离水；缓压脱水区、缓压装置设计为三组，压力可调，具有较强的脱水功能；逆流提取区和高压脱水区，提取区设计为五段，主要有逆流置换提取槽、七道压榨装置及进、出水循环管路系统及水泵等组成。提取置换水槽15(按浆流方向)分为A、B、C、D、E槽。槽内均设有两根带沟纹辊16，将夹带浆料的滤网9压入槽内，使之吸水置换洗涤浆料。运行中置换槽内均充满洗涤水，但只给E槽(第五个槽)加注“清水”，由泵依次循环打入前一个置换槽，直至由A槽(第一个槽)排出机外。

经重力、微压脱水及第一道压榨的挤压浓度已达25％的浆料，则首先进入A槽(第一个置换槽)，在槽内经受浸泡、充分吸水，达到饱和状态后缓慢溢出水槽，随即进行第二道压榨的挤压，挤出木糖液，使浆料浓度达到25％左右；接下来随着滤网的缓慢运行，滤网夹带浆料进入B槽(第二个置换槽)，再次进行浸泡、吸水，……直至在E槽(第五个槽)溢出，进行连续两道压榨的挤压，浆料浓度达到35％以上。至此，浆料经过五段逆流置换提取、六道挤压，达到工艺要求的提取度，最后经出料端的接浆槽，落入螺旋输送机出料，进入下道工序。

该机设有变频调速、滤网气动加压、同步张紧、自动校正等装置7，具有压力可调、网速可调等功能；整个提取机封闭在不锈钢罩中，以防热水产生的蒸汽外溢。

实施例1：

原竹经除尘洗涤后，进入压裂机，压裂成1-2mm粗丝状，再行切断成2-4cm长，原料含水40wt％，进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空至85KPa，然后通入蒸汽加热温度至145℃，再用145℃热压缩空气加压至2.2Mpa，处理时间3min。汽爆器出来的物料进入一分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的竹丝，经混合器配成含水70％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用6倍的75℃热水，逆流浸提，得到单糖提取液；提取单糖后的纤维中仍有30-40％的未降解的半纤维素，使其进入连续水解反应器器进行水解，水解条件为：固液质量比为1︰5，催化剂为硫酸，用量为0.3wt％，温度80℃，停留时间30min，水解反应液经离心机分离得到的清液与前面爆破竹丝提取液合并一起用膜进行浓缩至含木糖15wt％，木糖转化率可达89％(对半纤维素而言)；可直接用于制备糠醛或用传统工艺处理，得到精制木糖，余下的竹纤维采用众所周知的方法生产纸浆或者溶解纤维。

表1竹子压裂与未压裂对水解时间与木糖收率的影响

从表中可看出，竹子经压裂后较未压裂的竹子，水解时间缩短，木糖收率提高。

表2、汽爆时加热至145℃后，用蒸汽加压与热压缩空气加压的对比

	压力MPa	温度℃	外观	气味	总木糖收率％
						蒸汽加压	2.2	210	细丝状	焦糊味	82
热空气	2.2	145	细丝状	木糖味	89

实施例2：

木片切成2-4cm长，经除尘洗涤后，进入破碎机，破碎成4mm的木棍，原料含水35wt％，进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空至85KPa,然后通入蒸汽加热温度至150℃，再用150℃热压缩空气加压至1.8Mpa，处理时间4min。汽爆器出来的物料进入一卧式分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的木丝，经混合器配成含水70wt％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用6倍质量的65℃热水，逆流浸提，得到单糖提取液；提取单糖后的纤维中仍有30-40wt％的未降解的半纤维素，使其进入连续水解器进行水解，水解条件为：固液质量比1：︰6，催化剂为盐酸，用量为0.5wt％，温度80℃，停留时间30min，水解反应物经离心机分离得到的清液与前面爆破木丝提取液合并一起用膜进行浓缩至含木糖15wt％，木糖收率可达90％(对半纤维素而言)；可直接用于制备糠醛或用传统工艺处理，得到精制木糖，余下的木纤维采用众所周知的方法生产纸浆或者溶解纤维。

实施例3：

芦苇经除尘洗涤后，切断成2-4cm长，原料含水50wt％，进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空至80KPa,然后通入蒸汽加热温度至135℃，再用140℃热压缩空气加压至1.6Mpa，处理时间3min。汽爆器出来的物料进入一卧式分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的芦苇丝，经混合器配成含水75％的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入连续提取机，用7倍质量的70℃热水，逆流浸提，得到单糖提取液；提取单糖后的纤维中仍有30-40wt％的未降解的半纤维素，使其进入连续水解反应器进行水解，水解条件为：固液质量比为1：︰4，催化剂为硫酸、用量0.6wt％，温度75℃，停留时间25min，水解反应物经离心机分离得到的清液与前面爆破芦苇丝提取液合并一起用膜进行浓缩至含木糖15wt％，木糖收率可达90％(对半纤维素而言)；可直接用于制备糠醛或用传统工艺处理，得到精制木糖，余下的芦苇纤维采用众所周知的方法生产纸浆或者溶解纤维。

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）原竹经除尘洗涤后，进入压裂机，压裂成1-2mm粗丝状，再行切断成2-4cm长；

2）压裂后的物料进入汽爆器后，将汽爆器封闭抽真空至80-90KPa，然后通入蒸汽加热温度至130-160℃，再用热压缩空气加压至1.4--3.0Mpa，处理时间1-5min；

3）汽爆器出来的物料进入分离器，使蒸汽与固体纤维分离，脱气后的竹丝，经混合器配成含水70-80wt%的浆料，再经高浓磨将纤维磨细后进入提取机，用5-10倍的60-80℃热水，连续逆流浸提，得到单糖提取液；

4）提取单糖后的纤维中仍有30-40%的未降解的半纤维素，使其进入连续管式水解器进行水解，水解条件：固液质量比为1︰：4-6，催化剂为硫酸、盐酸或固体杂多酸，用量0.1-0.6wt%，温度60-80℃，停留时间20-60min，由管式反应器出来的水解反应物，经离心机分离，得到的清液与前面爆破竹丝提取液合并一起用膜进行浓缩至含木糖10-15%。

2.根据权利要求1所述的一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于：所述的压裂机为八辊式，配成四对，每对之间调整不同间隙进行压裂。

3.根据权利要求1所述的一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于：所述压裂后的物料配成含水20-80wt%后，再进入汽爆器。

4.根据权利要求1所述的一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于：所述的混合器为双螺旋混合器。

5.根据权利要求1所述的一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于：所述的提取机为连续提取机，具体为双网连续逆流浸提装置。

6.根据权利要求1所述的一种竹子汽爆法连续提取木糖的方法，其特征在于：所述的水解反应在连续管式反应器中进行水解，管式反应器内，除了装有螺旋片以外，在螺杆上焊有销钉，使物料更好混合反应。

7.一种用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置, 包括储料仓、浆料稀释槽、螺旋输送机和提取机，其特征在于：提取机包括进料端、重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区、高压脱水区和出料端，在储料仓上连接爆破罐，储料仓与皮带输送机连接，皮带输送机与浆料稀释槽连接，浆料稀释槽通过螺旋输送机与提取机进料端的匀浆箱连接，自进料端起依次设置重力脱水区、缓压脱水区、逆流提取区和高压脱水区，在出料端设有碎浆装置，碎浆装置与接浆槽连接；所述的缓压脱水区设置微压辊，微压辊为三组，在缓压脱水区下设置接水槽；所述的逆流提取区包括五段逆流洗涤置换水槽、七道压榨装置及进、出水循环管路；其中五段逆流洗涤置换水槽分别为分为A槽、B槽、C槽、D槽和E槽，其按照浆料顺流方向依次连接；每个槽内均设有两根带沟纹辊和洗涤水的进出口，将夹带浆料的滤网压入槽内，A槽、B槽、C槽、D槽和E槽均对应压榨装置，在E槽后还设置两道压榨装置，每个压榨装置均与对应的压榨托起气缸连接。

8.根据权利要求7所述用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置，其特征在于：在提取机前设置稀释槽，该槽为U槽，槽内设置两根双螺旋。

9.根据权利要求7所述用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置，其特征在于：该装置还包括变频调速装置、电动机、减速机、主传动上辊和主传动下辊，变频调速装置与电动机连接，电动机与主传动装置连接，主传动装置分为主传动上辊、主传动下辊和传动齿轮，主传动上辊和主传动下辊均与传动齿轮连接，上滤网与下滤网分别与对应的主传动上辊和主传动下辊连接；所述的上网和下网上均设置张紧装置、滤网清洗装置和自动校正装置。

10.根据权利要求7所述用于竹子汽爆法连续提取木糖的装置，其特征在于：所述的提取机封闭在不锈钢罩内。