CN109868212A - 一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法，属于沼气发酵技术领域。上述秸秆破壁制浆机包括桶体和均匀设置在所述桶体内部的若干搅拌装置，所述桶体顶部设置有蒸汽进入口和进料口，所述桶体下端设置有出浆口；所述搅拌装置包括搅拌轴和均匀分布在所述搅拌轴上的搅拌叶片；所述搅拌叶片包括与所述搅拌轴固定连接的连接臂以及设置在连接臂末端的搅拌片；所述搅拌片的长度大于所述连接臂的宽度。本发明提供了一种简单的秸秆破壁制浆机，能够实现秸秆的高效破壁，同时通过特定的工艺条件得到具有较高沼气产量的浆料，具有显著的经济效益。

Description

一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法

技术领域

本发明涉及沼气发酵技术领域，特别是指一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法。

背景技术

我国有丰富的农作物秸秆资源，每年有几亿吨，除少量的被加工成青贮饲料、生物乙醇、造纸等以外，其大部分被废弃和焚烧，不仅是一种资源浪费，而且还造成环境污染。如何利用秸秆(尤其是干秸秆)产沼气，将干秸秆变废为宝，一直是沼气领域专家们努力的方向。由于秸秆的木质纤维素含量较高，不易被厌氧菌群消化，所以在进入沼气池之前，必须对秸秆进行预处理，否则厌氧发酵的消化率低，速度慢，产气量少。目前的预处理方法一般是先将秸秆进行粉碎，再进行长时间有氧堆沤，这种方法不仅占有大块土地，费工费时，污染环境，而且发酵受外界气温的影响较大，冬季的有氧堆沤发酵效果很差，效率低，而且堆沤方式并不能有效地破坏秸秆的细胞壁，所以秸秆细胞内的有机物不能被菌群消化，另外，在沼气池内秸秆很容易结垢，从而严重影响沼气池的运行。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种秸秆破壁制浆机及秸秆破壁制浆的方法，填补了现有技术空白，可以高效将秸秆细胞壁破坏，从而让秸秆细胞内的有机物被厌氧菌群充分消化，可以提高秸秆的产气速度和产气量。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种秸秆破壁制浆机，包括桶体和均匀设置在所述桶体内部的若干搅拌装置，所述桶体顶部设置有蒸汽进入口和进料口，所述桶体下端设置有出浆口；

所述搅拌装置包括搅拌轴和均匀分布在所述搅拌轴上的搅拌叶片；

所述搅拌叶片包括与所述搅拌轴固定连接的连接臂以及设置在连接臂末端的搅拌片；所述搅拌片的长度大于所述连接臂的宽度。

进一步的，所述搅拌叶片在所述搅拌轴上呈螺旋形分布。

进一步的，所述搅拌轴上连接有旋转马达，所述旋转马达位于所述桶体外部。

进一步的，所述蒸汽进入口上设置有截止阀，所述进料口上设置有进料阀，所述出浆口上设置有出料阀。

优选的，所述搅拌装置的数量为1-6个，间距0.8-1m；每个搅拌装置上所述搅拌叶片的的数量为3-20个，间距0.2-0.4m。

进一步的，所述蒸汽进入口连接有蒸汽产生装置，所述进料口，连接有混料装置；所述出浆口连接有常压释放罐。

另一方面，本发明还提供一种秸秆破壁制浆的方法，利用上述秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按一定比例混合均匀；

(2)关闭所述截止阀和出料阀，打开所述进料阀，将调配好的步骤 (1)的原料投入到桶体中，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌；

(3)打开所述截止阀，通入过热水蒸汽，直至到达一定压力，然后加热保压5-10分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

进一步的，所述步骤(1)中，干秸秆的长度为20-30mm，所述干秸秆与水的重量比为1：1.5-2.5；所述水为地表水、地下水或污水。

进一步的，所述步骤(2)中，原料在桶体中的填充量为桶体总容积 70％-80％；

所述搅拌转速为20-50rpm/min。

进一步的，所述步骤(3)中，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，压力为1.0MPa-1.1MPa。

本发明中，通入过热水蒸汽对原料进行加热，加热过程中搅拌持续进行，待秸秆细胞壁的木质素熔化，同时细胞壁纤维之间的空间被高温高压的液态水充满，此时快速打开出料阀，桶内的压力在瞬间从高压降低到自然大气压，这导致纤维中的水气化成蒸汽，产生爆破效果，将秸秆细胞壁破碎分解成碎屑，从而形成浆状物料由出料阀喷出，浆料经降温后输送到沼气池。

本发明具有以下有益效果：

本发明中将原料输送至桶体中，通过蒸汽的爆破作用，快速实现秸秆破壁制浆；同时体系中原料一直处于全封闭状态，不会对环境产生污染；同时装置结构简单方便操作。利用本发明提供的方法，合理控制干秸秆和水的比例，以及过热蒸汽的通入压力，实现秸秆的高效破壁，能够大幅度提高沼气产量和生产效率，比常规堆沤产生的沼气量多约30％-50％，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明实施例1的破壁制浆机的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的搅拌装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本发明提供一种秸秆破壁制浆机，见图1-2，包括桶1和均匀设置在桶体内部的若干搅拌装置8，桶体1顶部设置有蒸汽进入口9和进料口10，桶体1下端设置有出浆口11；

搅拌装置8包括搅拌轴5和均匀分布在搅拌轴5上的搅拌叶片4；

搅拌叶片4包括与搅拌轴5固定连接的连接臂12以及设置在连接臂 12末端的搅拌片13；搅拌片13的长度大于连接臂12的宽度。

本发明中将原料输送至桶体中，通过蒸汽的爆破作用，快速实现秸秆破壁制浆；同时体系中原料一直处于全封闭状态，不会对环境产生污染；同时装置结构简单方便操作。

进一步的，搅拌叶片4在搅拌轴5上呈螺旋形分布，能够使得原料快速混合均匀。

进一步的，搅拌轴5上连接有旋转马达6，旋转马6达位于桶体1外部，用于带动搅拌轴5的运动，实现原料的搅拌。

进一步的，蒸汽进入口9上设置有截止阀2，进料口10上设置有进料阀3，出浆口11上设置有出料阀7，用于控制蒸汽、原料和浆料的进出，图中箭头方向表示蒸汽或原料进入方向，以及浆料流出方向。

优选的，搅拌装置8的数量为1-6个，间距0.8-1m；每个搅拌装置8 上搅拌叶片的的数量为3-20个，间距0.2-0.4m，根据桶体1的大小合理设置搅拌装置的数量，实现原料的快速混合。

进一步的，蒸汽进入口9连接有蒸汽产生装置，进料口10连接有混料装置；出浆口11连接有常压释放罐。这些装置的具体结构为现有技术中常用结构即可，在此不再一一说明。

实施例2

一种秸秆破壁制浆的方法，利用上述秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按重量比为1：1.5混合均匀，其中干秸秆的长度为20-30mm；

(2)关闭截止阀和出料阀，打开进料阀，将调配好的步骤(1)的原料投入到桶体中，填充量为桶体总容积70％，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌，搅拌转速为20rpm/min；

(3)打开截止阀，通入过热水蒸汽，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，直至到达压力为1.0MPa，然后加热保压10分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

实施例3

一种秸秆破壁制浆的方法，利用上述秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按重量比为1：2混合均匀，其中干秸秆的长度为20-30mm；

(2)关闭截止阀和出料阀，打开进料阀，将调配好的步骤(1)的原料投入到桶体中，填充量为桶体总容积80％，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌，搅拌转速为50rpm/min；

(3)打开截止阀，通入过热水蒸汽，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，直至到达压力为1.1MPa，然后加热保压7分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

实施例4

一种秸秆破壁制浆的方法，利用上述秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按重量比为1：2.5混合均匀，其中干秸秆的长度为20-30mm；

(2)关闭截止阀和出料阀，打开进料阀，将调配好的步骤(1)的原料投入到桶体中，填充量为桶体总容积75％，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌，搅拌转速为50rpm/min；

(3)打开截止阀，通入过热水蒸汽，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，直至到达压力为1.0MPa，然后加热保压8分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

实施例5

一种秸秆破壁制浆的方法，利用上述秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按重量比为1：2混合均匀，其中干秸秆的长度为20-30mm；

(2)关闭截止阀和出料阀，打开进料阀，将调配好的步骤(1)的原料投入到桶体中，填充量为桶体总容积78％，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌，搅拌转速为30rpm/min；

(3)打开截止阀，通入过热水蒸汽，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，直至到达压力为1.1MPa，然后加热保压5分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

为进一步说明本发明的优点，提供如下对比例。

对比例1

采用8立方米沼气池堆沤400公斤秸秆，加入1公斤复合菌剂，5公斤的碳铵。将经过润湿秸秆(干秸秆和水重量比为1:2)收堆，料堆高度为1-1.2米在料堆顶部及四周每隔20-30厘米用尖木棒打孔，用塑料布将料堆覆盖进行堆沤；覆盖时在料堆底部具地面留10厘米空气，以利于通气。堆沤时间：夏季3-4天。当用水银温度计侧料温达到50℃，并维持三天，且秸秆表面长有白色菌丝、秸秆变软呈黑褐色即可。

对比例2

本对比例中干秸秆和水重量比为1:1，过热蒸汽的温度为150℃，其余条件与实施例3相同。

对比例3

本对比例中过热蒸汽的通入后保持压力为0.8MPa，其余条件与实施例3相同。

利用相同量上述实施例2-5制备的浆料和对比例1-3堆沤制备的原料进气沼气发酵，各实施例和对比例产生的沼气量件表1。

表1

序号	干秸秆沼气产量(L/kg)
		对比例1	194
对比例2	231
		对比例3	252
实施例2	272
		实施例3	291
实施例4	290
		实施例5	278

由上表可知，本发明方法提供的浆料的沼气产量比常规堆沤材料沼气产量大，增加了约30-50％；与对比例2-3相比，本发明通过设定特定的秸秆和水的比例以及蒸汽压力和蒸汽温度，得到的浆料制备的沼气量较大。

综上可知，本发明提供了一种简单的秸秆破壁制浆机，能够实现秸秆的高效破壁，同时通过特定的工艺条件得到具有较高沼气产量的浆料，具有显著的经济效益。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种秸秆破壁制浆机，其特征在于，包括桶体和均匀设置在所述桶体内部的若干搅拌装置，所述桶体顶部设置有蒸汽进入口和进料口，所述桶体下端设置有出浆口；

所述搅拌装置包括搅拌轴和均匀分布在所述搅拌轴上的搅拌叶片；

所述搅拌叶片包括与所述搅拌轴固定连接的连接臂以及设置在连接臂末端的搅拌片；所述搅拌片的长度大于所述连接臂的宽度。

2.根据权利要求1所述的秸秆破壁制浆机，其特征在于，所述搅拌叶片在所述搅拌轴上呈螺旋形分布。

3.根据权利要求2所述的秸秆破壁制浆机，其特征在于，所述搅拌轴上连接有旋转马达，所述旋转马达位于所述桶体外部。

4.根据权利要求3所述的秸秆破壁制浆机，其特征在于，所述蒸汽进入口上设置有截止阀，所述进料口上设置有进料阀，所述出浆口上设置有出料阀。

5.根据权利要求4所述的秸秆破壁制浆机，其特征在于，所述搅拌装置的数量为1-6个，间距0.8-1m；每个搅拌装置上所述搅拌叶片的的数量为3-20个，间距0.2-0.4m。

6.一种秸秆破壁制浆的方法，其特征在于，利用上述权利要求1-5任一所述的秸秆破壁制浆机；具体步骤为：

(1)将粉碎后的干秸秆和水按一定比例混合均匀；

(2)关闭所述截止阀和出料阀，打开所述进料阀，将调配好的步骤(1)的原料投入到桶体中，同时启动所述旋转马达对原料进行搅拌；

(3)打开所述截止阀，通入过热水蒸汽，直至到达一定压力，然后加热保压5-10分钟；

(4)快速打开出料阀，桶内物料变成浆料，喷放到常压释放罐中。

7.根据权利要求6所述的秸秆破壁制浆的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，干秸秆的长度为20-30mm，所述干秸秆与水的重量比为1：1.5-2.5；所述水为地表水、地下水或污水。

8.根据权利要求6所述的秸秆破壁制浆的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，原料在桶体中的填充量为桶体总容积70％-80％；

所述搅拌转速为20-50rpm/min。

9.根据权利要求6所述的秸秆破壁制浆的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，过热水蒸汽温度为183℃-187℃，压力为1.0MPa-1.1MPa。