CN107747246A - 一种超声波提取植物纤维生产工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波提取植物纤维生产工艺及设备，包括机架、机壳、进料口、两个电动机、螺旋输送片、两个螺旋轴、出料口、超声波外壳、超声波换能器震子及超声波发生器；本发明采用超声波利用声能的机械作用，热作用，空化作用，生物医学作用，化学作用，超声催化技术，不需要高温高压，采用生物酶技术预处理软化桔杆，不产生黑液，无污染排放，纤维的洁净度更高，无二次污染；本发明增加秸杆的分切长度避免了一些杂质的分选难度，杂细胞不易带入纤维提取流程，大减少了生物物酶的消耗；本发明采用连续脱除木素工艺，使木素的脱除更彻底，不会再因为脱木素引起的纤维强度下降和降解，提高了植物纤维的得率10‑15%以上，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物纤维生产设备，尤其涉及一种超声波提取植物纤维生产工艺及设备。
背景技术
植物纤维是一种有着良好应用前景的生物质资源，是地球上最丰富的可再生资源，它存在于农作物桔杆和林业产品的主要成份，将这些植物纤维提取后可以在许多领域有广泛的应用，比如将这些植物纤维可以添加到聚合物基体内制成复合材料，能够大幅度提升材料的力学性能和耐热性能。植物纤维也可以添加到道路沥清路面，造纸过程添加以及纤维制品中。具有非常广阔的应用前景，也会带来非常大的经济效益。因此提取植物纤维意义重大。
现在的植物纤维提取方法主要有加碱水煮法，生物酶解法和化学提取法，三种各有其优缺点。常规加碱水蒸煮法，即植物原料添加烧碱加水置入反应釜中升温到100℃-150℃加压反应，持续蒸煮4-6小时，才可以得到脱除木质素的植物纤维，整个过程有大量黑色蒸煮液排出，也会造成环境的污染。生物酶解法是将粉碎的植物桔杆，混入生物酶，在一定的温度范围内，生物酶对植物的木质素起到降解作用，酶的最佳温度在60℃-80℃，故现在多采用此项技术，但目前此技术也存在种种条件制约，主要反应时间长一般需要10-20小时，脱除木素不彻底，纤维的质量不能保障。
化学法提取纤维配方多样，提取效果不一，但多因有毒有害，破坏纤维强度，以及废弃物的二次污染等不被企业采用。
发明内容
本发明的目的：提供一种超声波提取植物纤维生产工艺及设备，能提取洁净度更高的植物纤维，解决了现有技术的纤维制取难题，减少了生物酶的消耗，简化了操作流程，降低成本，提高经济效益。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种超声波提取植物纤维生产设备，包括机架、机壳、进料口、两个电动机、螺旋输送片、两个螺旋轴、出料口、超声波外壳、超声波换能器震子及超声波发生器；所述的机壳安装在所述的机架上，所述的进料口设置在所述的机壳上，位于所述的机壳的前部上端；所述的两个螺旋轴分别安装在所述的机壳内，所述的两个螺旋轴上分别焊接有所述的螺旋输送片；所述的两个电动机分别与所述的两个螺旋轴的前端对应连接，位于所述的机壳的外部，使所述的两个螺旋轴平行设置在所述的机壳内；所述的超声波换能器震子通过所述的超声波外壳安装在所述的机壳的外壁上，所述的超声波换能器震子通过导线外接所述的超声波发生器连接；所述的出料口设置在所述的机壳上，位于所述的机壳的后部下端。
上述的超声波提取植物纤维生产设备，其中，所述的机壳的上部设有蒸汽加气口，位于所述的机壳的中部。
上述的超声波提取植物纤维生产设备，其中，所述的机壳的上部设有加药口，位于所述的机壳的后部。
上述的超声波提取植物纤维生产设备，其中，所述的机壳的后端设有两个轴承座，所述的两个螺旋轴的后端分别通过所述的两个轴承座连接在所述的机壳上并转动。
上述的超声波提取植物纤维生产设备，其中，所述的超声波发生器的频率范围为30kHz-55kHz。
一种超声波提取植物纤维生产工艺，该工艺至少包括如下步骤：
步骤1：将植物秸杆用机械法揉切处理成10-20厘米长料，筛除秸秆碎料。
步骤2：在超声波提取植物纤维生产设备中将秸杆与复合生物酶按照1：2-3.5的比例喷淋，搅拌均匀并加入蒸气升温到60-80℃，让秸杆在复合生物酶的作用下降解木素软秸杆1-1.5小时。
步骤3：在超声波双搅拌反应机内通入蒸气使料温升到60℃-80℃即放料。
步骤4：将放出的物料通过螺旋输送机输送至高浓磨浆机中加水热磨，得到浓度30-50％的植物纤维浆料。
步骤5：将磨浆机磨出的浆料再次混入复合生酶制剂，输送到超声波提取植物纤维生产设备内，在超声波提取植物纤维生产设备上连接有蒸气以便对物料加温。
步骤6：在超声波提取植物纤维生产设备上设加药口12，加入双氧水。
步骤7：在第二组声波提取植物纤维生产设备内反应2-2.5小时出料，氧脱木素后得纤维白度可达70-85％ISO。
步骤8：将脱木素后的植物纤维经水洗除尘精制等工序可得到合格的植物纤维。
上述的超声波提取植物纤维生产工艺，其中，在所述的步骤2中，所述的复合生物酶的制作方法为：以脂肪醇聚氧烷基醚为主要成分的低泡渗透剂溶液中，复配有可以水解植物纤维木质素的生物酶50-85％，并用100-150倍清水混合搅拌成均匀乳液，备用。
上述的超声波提取植物纤维生产工艺，其中，在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：
步骤4.1：将磨浆机磨出的浆料输送到第一组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第一组连续超声波提取植物纤维生产设备由3-5个超声波提取植物纤维生产设备串联组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间1.5—2小时。
步骤4.2：将秸杆纤维浆料，用输送机送入第二组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第二组连续超声波提取植物纤维生产设备由5-8台单个超声波提取植物纤维生产设备组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间2.5—3小时，超声波提取植物纤维生产设备内装纤维浆料，进行氧化脱木素的工艺。
本发明采用超声波利用声能的机械作用，热作用，空化作用，生物医学作用(粉碎，乳化等)，化学作用，超声催化技术，不需要高温高压，解决制取植物纤维的难题；采用生物酶技术，预处理软化桔杆：替代了传统的高温高压蒸煮制纤维的方法无复杂的的设备和工艺技术流程，在整个制纤维过程中不产生黑液，无污染排放，由于采用生物酶降解木素与氧脱木素工艺共同作用，纤维的洁净度更高，无二次污染；本发明增加秸杆的分切长度避免了一些杂质的分选难度，杂细胞不易带入纤维提取流程，大减少了生物物酶的消耗；本发明采用连续脱除木素工艺，使木素的脱除更彻底，不会再因为脱木素引起的纤维强度下降和降解，提高了植物纤维的得率10-15％以上，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明一种超声波提取植物纤维生产设备的主视图。
图2是本发明一种超声波提取植物纤维生产设备的剖视图。
图3是本发明一种超声波提取植物纤维生产工艺的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1及附图2所示，一种超声波提取植物纤维生产设备，包括机架1、机壳2、进料口3、两个电动机4、螺旋输送片5、两个螺旋轴6、出料口7、超声波外壳8、超声波换能器震子9及超声波发生器10；所述的机壳2安装在所述的机架1上，所述的进料口3设置在所述的机壳2上，位于所述的机壳2的前部上端；所述的两个螺旋轴6分别安装在所述的机壳2内，所述的两个螺旋轴6上分别焊接有所述的螺旋输送片5；所述的两个电动机4分别与所述的两个螺旋轴6的前端对应连接，位于所述的机壳2的外部，使所述的两个螺旋轴6平行设置在所述的机壳2内；所述的超声波换能器震子9通过所述的超声波外壳8安装在所述的机壳2的外壁上，所述的超声波换能器震子9通过导线外接所述的超声波发生器10连接；所述的出料口7设置在所述的机壳2上，位于所述的机壳2的后部下端。
所述的机壳2的上部设有蒸汽加气口11，位于所述的机壳2的中部，热蒸汽通过蒸汽加气口11为秸秆纤维加温，保证秸秆纤维反应温度控制在70-80度。
所述的机壳2的上部设有加药口12，位于所述的机壳2的后部，便于在生产过程中加入双氧水等物料。
所述的机壳2的后端设有两个轴承座13，所述的两个螺旋轴6的后端分别通过所述的两个轴承座13连接在所述的机壳2上并转动，确保两个螺旋轴6的安装和转动的稳定性。
所述的超声波发生器10的频率范围为30kHz-55kHz。
两个电动机4各自给螺旋轴6提供动力，当秸秆纤维原料通过进料口3进入超声波提取植物纤维生产设备的机壳2后，在螺旋轴6的带动下，螺旋输送片5可以搓摩秸秆纤维，同时秸秆纤维朝出料口7方向移动，开启超声波发生器10，控制超声波频率开始值35kHZ，最终值控制在55KHZ，超声波发生器10通过超声波换能器震子9对秸秆纤维原料辐射超声波，可以在秸秆纤维物料形成超声波声能的机械作用，热作用，空化作用，生物医学作用(粉碎，乳化等)，化学作用，超声催化，加快了生物酶的软化和脱木素反应。
请参见附图3所示，一种超声波提取植物纤维生产工艺，该工艺至少包括如下步骤：
步骤1：将植物秸杆用机械法揉切处理成10-20厘米长料，筛除秸秆碎料，此长度可以便于清理10厘米以下的杂质，使植物纤维更洁洁。
步骤2：在超声波提取植物纤维生产设备中将秸杆与复合生物酶按照1：2-3.5的比例喷淋，搅拌均匀并加入蒸气升温到60-80℃，让秸杆在复合生物酶的作用下降解木素软秸杆1-1.5小时。
步骤3：在超声波双搅拌反应机内通入蒸气使料温升到60℃-80℃即放料。
步骤4：将放出的物料通过螺旋输送机输送至高浓磨浆机中加水热磨，得到浓度30-50％的植物纤维浆料。此时的纤维浆料，还会有部分没有脱除的木质素，还需要再进一步脱除木质素，才能得到合格纤维。
步骤5：将磨浆机磨出的浆料再次混入复合生酶制剂，输送到超声波提取植物纤维生产设备内，在超声波提取植物纤维生产设备上连接有蒸气以便对物料加温。
步骤6：在超声波提取植物纤维生产设备上设加药口12，加入双氧水。
步骤7：在第二组声波提取植物纤维生产设备内反应2-2.5小时出料，氧脱木素后得纤维白度可达70-85％ISO，优选75％ISO。
步骤8：将脱木素后的植物纤维经水洗除尘精制等工序可得到合格的植物纤维。
在所述的步骤2中，所述的复合生物酶的制作方法为：以脂肪醇聚氧烷基醚为主要成分的低泡渗透剂溶液中，复配有可以水解植物纤维木质素的生物酶50-85％，并用100-150倍清水混合搅拌成均匀乳液，备用。
在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：
步骤4.1：将磨浆机磨出的浆料输送到第一组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第一组连续超声波提取植物纤维生产设备由3-5个超声波提取植物纤维生产设备串联组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间1.5—2小时。
步骤4.2：将秸杆纤维浆料，用输送机送入第二组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第二组连续超声波提取植物纤维生产设备由5-8台单个超声波提取植物纤维生产设备组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间2.5—3小时，超声波提取植物纤维生产设备内装纤维浆料，进行氧化脱木素的工艺。
在所述的步骤6中，物料与双氧水的比例为1:0.2-0.3。
本发明的原理是，秸杆中所含的纤维在30-60％左右，还含有部分木质素20-25％，木质素的结构紧密对纤维的软化和应用性能非常不利，只有把木素降解，或者氧脱木素后才能得到合乎质量要求的植物纤维；本发明是植物秸秆在超声波提取植物纤维生产设备内通过生物酶降解反应与氧脱本素的有机结合，能够快速降解木素，脱除纤维的色素，得到洁净高白度的植物纤维。
本发明可应用于各种秸秆的纤维提取，如玉米秸秆、小麦秸秆、混合秸秆、杂木等，按照下列原料以重量百分比含量为单位，列举上述4种植物秸杆提取纤维的复合生物酶混合组成，如下表所示。
综上所述，本发明采用超声波利用声能的机械作用，热作用，空化作用，生物医学作用(粉碎，乳化等)，化学作用，超声催化技术，不需要高温高压，解决制取植物纤维的难题；采用生物酶技术，预处理软化桔杆：替代了传统的高温高压蒸煮制纤维的方法无复杂的的设备和工艺技术流程，在整个制纤维过程中不产生黑液，无污染排放，由于采用生物酶降解木素与氧脱木素工艺共同作用，纤维的洁净度更高，无二次污染；本发明增加秸杆的分切长度避免了一些杂质的分选难度，杂细胞不易带入纤维提取流程，大减少了生物物酶的消耗；本发明采用连续脱除木素工艺，使木素的脱除更彻底，不会再因为脱木素引起的纤维强度下降和降解，提高了植物纤维的得率10-15％以上，经济效益显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种超声波提取植物纤维生产设备，其特征在于：包括机架、机壳、进料口、两个电动机、螺旋输送片、两个螺旋轴、出料口、超声波外壳、超声波换能器震子及超声波发生器；所述的机壳安装在所述的机架上，所述的进料口设置在所述的机壳上，位于所述的机壳的前部上端；所述的两个螺旋轴分别安装在所述的机壳内，所述的两个螺旋轴上分别焊接有所述的螺旋输送片；所述的两个电动机分别与所述的两个螺旋轴的前端对应连接，位于所述的机壳的外部，使所述的两个螺旋轴平行设置在所述的机壳内；所述的超声波换能器震子通过所述的超声波外壳安装在所述的机壳的外壁上，所述的超声波换能器震子通过导线外接所述的超声波发生器连接；所述的出料口设置在所述的机壳上，位于所述的机壳的后部下端。
2.根据权利要求1所述的超声波提取植物纤维生产设备，其特征在于：所述的机壳的上部设有蒸汽加气口，位于所述的机壳的中部。
3.根据权利要求1所述的超声波提取植物纤维生产设备，其特征在于：所述的机壳的上部设有加药口，位于所述的机壳的后部。
4.根据权利要求1所述的超声波提取植物纤维生产设备，其特征在于：所述的机壳的后端设有两个轴承座，所述的两个螺旋轴的后端分别通过所述的两个轴承座连接在所述的机壳上并转动。
5.根据权利要求1所述的超声波提取植物纤维生产设备，其特征在于：所述的超声波发生器的频率范围为30kHz-55kHz。
6.一种应用于权利要求1-5任意一项所述的超声波提取植物纤维生产设备的工艺，其特征在于：该工艺至少包括如下步骤：
步骤1：将植物秸杆用机械法揉切处理成10-20厘米长料，筛除秸秆碎料；
步骤2：在超声波提取植物纤维生产设备中将秸杆与复合生物酶按照1：2-3.5的比例喷淋，搅拌均匀并加入蒸气升温到60-80℃，让秸杆在复合生物酶的作用下降解木素软秸杆1-1.5小时；
步骤3：在超声波双搅拌反应机内通入蒸气使料温升到60℃-80℃即放料；
步骤4：将放出的物料通过螺旋输送机输送至高浓磨浆机中加水热磨，得到浓度30-50％的植物纤维浆料；
步骤5：将磨浆机磨出的浆料再次混入复合生酶制剂，输送到超声波提取植物纤维生产设备内，在超声波提取植物纤维生产设备上连接有蒸气以便对物料加温；
步骤6：在超声波提取植物纤维生产设备上设加药口12，加入双氧水；
步骤7：在第二组声波提取植物纤维生产设备内反应2-2.5小时出料，氧脱木素后得纤维白度达70-85％ISO；
步骤8：将脱木素后的植物纤维经水洗除尘精制等工序可得到合格的植物纤维。
7.根据权利要求6所述的超声波提取植物纤维生产工艺，其特征在于：在所述的步骤2中，所述的复合生物酶的制作方法为：以脂肪醇聚氧烷基醚为主要成分的低泡渗透剂溶液中，复配有可以水解植物纤维木质素的生物酶50-85％，并用100-150倍清水混合搅拌成均匀乳液，备用。
8.根据权利要求6所述的超声波提取植物纤维生产工艺，其特征在于：在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：
步骤4.1：将磨浆机磨出的浆料输送到第一组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第一组连续超声波提取植物纤维生产设备由3-5个超声波提取植物纤维生产设备串联组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间1.5—2小时；
步骤4.2：将秸杆纤维浆料，用输送机送入第二组连续超声波提取植物纤维生产设备内，第二组连续超声波提取植物纤维生产设备由5-8台单个超声波提取植物纤维生产设备组成，每个超声波提取植物纤维生产设备长度10米，秸秆物料在单个机体内运行时间30-35分钟，总运行反应时间2.5—3小时，超声波提取植物纤维生产设备内装纤维浆料，进行氧化脱木素的工艺。
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