CN109322201A - 一种纤维素热解纯化挤出装置及基于该装置的纯化方法 - Google Patents

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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/001—Modification of pulp properties
    • D21C9/007—Modification of pulp properties by mechanical or physical means

Abstract

本发明公开了一种纤维素热解纯化挤出装置及基于该装置的纯化方法，装置中包括螺杆腔体，其内部设置有两根螺杆，所述螺杆一端与变速箱输出轴相连，所述变速箱的输入端通过传动皮带与电机相连，所述螺杆分为加料段、混剪短、挤压排料段，所述螺杆螺距逐渐递减或梯度递减。纯化方法包括：(1)将纸浆粉与水以一定比例混合；(2)将步骤(1)的粉水混合物放入纤维素热解纯化挤出装置中，进行热解纯化反应。(3)收集反应后的物料，进行水洗、过滤、干燥。本发明通过纯物理方法，利用纤维素热解纯化挤出装置热解纤维素中的半纤维素，以纯化纤维素，避免了传统化学方法提纯纤维素造成环境污染，缩短了加工时间，降低生产成本，产品质量性能优异。

Description

一种纤维素热解纯化挤出装置及基于该装置的纯化方法
技术领域
本发明涉及纤维素领域，具体涉及一种纤维素热解纯化挤出装置及基于该装置的纯化方法。
背景技术
α-纤维素又称甲种纤维素，是将纤维素原料在20℃浸于17.5％或18％的氢氧化钠溶液中经过45分钟后不溶解的部分。溶解的部分是半纤维素，其中又分为β-纤维素和γ-纤维素。α-纤维素的聚合度很大，工业上常用α-纤维素的含量表示纤维素的纯度。
纤维素的纯化方法常用的都是化学法，但是化学法涉及的过程繁琐，且会造成大量的污废，生产成本高。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种纤维素热解纯化挤出装置，包括螺杆腔体，其内部设置有两根螺杆，所述螺杆一端与变速箱输出轴相连，所述变速箱的输入端通过传动皮带与电机相连，所述螺杆分为加料段、混剪短、挤压排料段，所述加料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为40mm～320mm，长径比为5～55，导程为60mm～570mm，所述混剪段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为4～55，导程为60mm～570mm，所述挤压排料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为1～55，导程为60mm～570mm，所述螺杆上螺距逐渐递减或梯度递减。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，还提供了一种纤维素热解纯化方法，包括：
(1)将纸浆粉与水以一定比例混合得到粉水混合物；
(2)将步骤(1)的粉水混合物放入纤维素热解纯化挤出装置中，先后经过螺杆腔体的加料段、混剪短、挤压排料段进行热解纯化反应。
(3)收集热解纯化反应后的物料，将所述物料进行水洗、过滤、干燥。
优选的是，所述的一种纤维素热解纯化方法中，步骤(1)中所述粉水混合物中水的比例为20％～50％。水份太少，纤维素在螺杆腔体内会因过于干燥而焦化，水份太多，不利于纯化反应。
优选的是，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述加料段的工作区温度为50℃～170℃，所述混剪段工作区的温度为80℃～170℃，所述挤压排料段工作区的温度为80℃～170℃加料段，三个区间段的工作温度逐渐升高或梯度升高。温度逐渐升高利于纤维素受热均匀，不会因受热过快而焦化。
优选的是，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处的压力为0.5～10MPa。压力为0.5～10MPa时有利于半纤维素热解。
优选的是，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述热解纯化反应后的物料被连续挤出所述纤维素热解纯化挤出装置，且在所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处停留时间不超过10分钟。避免出料口温度过高时，停留时间过长，纤维素产生焦化。
优选的是，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述热解纯化反应后的物料经水洗过滤后自然风干。热解纯化反应后生成的一些单糖物质易溶于水，通过水的过滤，进一步提高纤维素纯度。
本发明至少包括以下有益效果：本发明通过纯物理方法，利用纤维素热解纯化挤出装置产生的高温高压，分解纤维素中的半纤维素，来获得α-纤维素含量高的纤维素，避免了传统化学方法提纯α-纤维素造成环境污染，缩短了加工时间，提高了生产效率，降低生产成本，且产品质量稳定可控，性能优异。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为纤维素热解纯化挤出装置结构示意图；
图2为纤维素热解纯化挤出装置中螺杆的立体结构示意图。
其中：1-电机，2-传动皮带，3-变速箱，4-联轴器，5-水平输送机电机，6-水平输送机，7-加料斗，8-垂直输送机电机，9-垂直输送机，10-螺杆腔体，11-温度传感器，12-电感应加热器，13-出料装置，14-外罩，15-支架，16-水冷换热器，17-底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1、图2所示，本发明提供了一种纤维素热解纯化挤出装置，包括螺杆腔体，其内部设置有两根螺杆，所述螺杆一端与变速箱输出轴相连，所述变速箱的输入端通过传动皮带与电机相连，所述螺杆分为加料段、混剪短、挤压排料段，所述加料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为40mm～320mm，长径比为5～55，导程为60mm～570mm，所述混剪段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为4～55，导程为60mm～570mm，所述挤压排料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为1～55，导程为60mm～570mm，所述螺杆上螺距逐渐递减或梯度递减。加料段的螺距较大主要用于快速送料，混剪段和挤压排料段螺距渐小主要对物料进行破碎、挤压、揉搓、增压。
本发明还提供了一种纤维素热解纯化方法，包括：
(1)将纸浆粉与水以一定比例混合得到粉水混合物；
(2)将步骤(1)的粉水混合物放入纤维素热解纯化挤出装置中，先后经过螺杆腔体的加料段、混剪短、挤压排料段进行热解纯化反应。
(3)收集热解纯化反应后的物料，将所述物料进行水洗、过滤、干燥。
纤维素热解纯化的反应原理及过程如图1所示，将纸浆粉与水以一定比例混合得到的粉水混合物通过加料斗1，在水平输送机6的强制带动下到达垂直输送机9内，在垂直输送机9的带动下进入螺杆腔体10，电感应加热装置12和水冷换热器16配合工作控制螺杆腔体10内的温度，在螺杆的挤压和螺杆腔体内高温作用下，粉水混合物中的部分水分变为水蒸气，水蒸气使螺杆腔体10内压力升高，部分水蒸气在高温高压环境下渗透到纸浆纤维内部，膨胀的气体作用于纸浆纤维，纤维之间的横向连接强度降低，并在短时间内瞬间释放高压蒸汽，纤维孔隙中的水蒸气急剧膨胀，产生爆破的效果，将纤维撕裂为细小的纤维，使得组分中的半纤维素降解，半纤维素中的各种多糖分解成单糖和有机小分子物质，达到纤维组分和结构变化的效果，同时造成β-纤维素和γ-纤维素含量降低，反应后的物料被螺杆送到排料口排出，再经过水洗、过滤、风干过程，获得高纯度的纤维素。
在其中一个实施例中，所述的一种纤维素热解纯化方法中，步骤(1)中所述粉水混合物中水的比例为20％～50％。水份太少，纤维素在螺杆腔体内会因过于干燥而焦化，水份太多，不利于纯化反应。
在其中一个实施例中，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述加料段的工作区温度为50℃～170℃，所述混剪段工作区的温度为80℃～170℃，所述挤压排料段工作区的温度为80℃～170℃加料段，三个区间段的工作温度逐渐升高或梯度升高。温度逐渐升高利于纤维素受热均匀，不会因受热过快而焦化。
在其中一个实施例中，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处的压力为0.5～10MPa。压力为0.5～10MPa时有利于半纤维素热解。
在其中一个实施例中，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述热解纯化反应后的物料被连续挤出所述纤维素热解纯化挤出装置，且在所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处停留时间不超过10分钟。避免出料口温度过高时，停留时间过长，纤维素产生焦化。
在其中一个实施例中，所述的一种纤维素热解纯化方法中，所述热解纯化反应后的物料经水洗过滤后自然风干。热解纯化反应后生成的一些单糖物质易溶于水，通过水的过滤，进一步提高纤维素纯度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种纤维素热解纯化挤出装置，其特征在于，包括螺杆腔体，其内部设置有两根螺杆，所述螺杆一端与变速箱输出轴相连，所述变速箱的输入端通过传动皮带与电机相连，所述螺杆分为加料段、混剪短、挤压排料段，所述加料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为40mm～320mm，长径比为5～55，导程为60mm～570mm，所述混剪段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为4～55，导程为60mm～570mm，所述挤压排料段的螺杆直径为30mm～285mm，螺距为10mm～320mm，长径比为1～55，导程为60mm～570mm，所述螺杆上螺距逐渐递减或梯度递减。
2.一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，包括：
(1)将纸浆粉与水以一定比例混合得到粉水混合物；
(2)将步骤(1)的粉水混合物放入纤维素热解纯化挤出装置中，先后经过螺杆腔体的加料段、混剪短、挤压排料段进行热解纯化反应。
(3)收集热解纯化反应后的物料，将所述物料进行水洗、过滤、干燥。
3.如权利要求2所述的一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，如步骤(1)所述粉水混合物中水的比例为20％～50％。
4.如权利要求2所述的一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，所述加料段的工作区温度为50℃～170℃，所述混剪段工作区的温度为80℃～170℃，所述挤压排料段工作区的温度为80℃～170℃加料段，三个区间段的工作温度逐渐升高或梯度升高。
5.如权利要求2所述的一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处的压力为0.5～10MPa。
6.如权利要求2所述的一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，所述热解纯化反应后的物料被连续挤出所述纤维素热解纯化挤出装置，且在所述纤维素热解纯化挤出装置出料口处停留时间不超过10分钟。
7.如权利要求2所述的一种纤维素热解纯化方法，其特征在于，所述热解纯化反应后的物料经水洗过滤后自然风干。
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