CN110080023A - 一种一体化制浆装置及方法 - Google Patents

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方智毅
雷雅婷
王晓曦
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Abstract

本发明涉及一种一体化制浆装置及方法，该装置包括支座、罐体、电机和传动机构，所述罐体固定于支座上，所述罐体上设有进料口和出料口，所述罐体内侧壁上设有加热装置，所述罐体内部沿轴向设有绞龙输送机，所述绞龙输送机主要由空心转轴和沿轴向螺旋布设于空心转轴周部的绞龙叶片构成，所述空心转轴中部沿轴向间隔设有多个超声波换能器，所述空心转轴两端与罐体两端转动连接，所述电机设置于支座上，并经传动机构与伸出罐体的空心转轴一端连接，以带动绞龙输送机工作。该装置及方法不仅生产效率高，能耗低，而且可以在保证良好制浆效果的同时提高处理量。

Description

一种一体化制浆装置及方法
技术领域
本发明涉及制浆技术领域，具体涉及一种一体化制浆装置及方法。
背景技术
目前制浆一般采用化学、生物、机械等传统制浆工艺，生产污染大，能耗高，得浆率低。而研究发现，超声波制浆法与传统制浆工艺相比存在以下优势：得浆率高、能耗低、无污染等。近年来超声波制浆法迅速兴起，无论在数量、规模还是质量上都得到了很快的发展，但其存在以下几个主要问题：1）过程繁琐，需要先超声1-3小时后，待冷却降温后取出，再升温蒸煮2-5小时，造成能量损耗；2)由于超声波作用范围小，设备规模小，无法实现工业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体化制浆装置及方法，该装置及方法不仅生产效率高，能耗低，而且可以在保证良好制浆效果的同时提高处理量。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种一体化制浆装置，包括支座、罐体、电机和传动机构，所述罐体固定于支座上，所述罐体上设有进料口和出料口，所述罐体内侧壁上设有加热装置，所述罐体内部沿轴向设有绞龙输送机，所述绞龙输送机主要由空心转轴和沿轴向螺旋布设于空心转轴周部的绞龙叶片构成，所述空心转轴中部沿轴向间隔设有多个超声波换能器，所述空心转轴两端与罐体两端转动连接，所述电机设置于支座上，并经传动机构与伸出罐体的空心转轴一端连接，以带动绞龙输送机工作。
进一步地，所述罐体卧设于支座上，所述进料口和出料口分设于罐体前后两端的上侧壁和下侧壁上，所述支座包括底座和多个支撑架，所述支撑架沿罐体轴向并排设置，一端固定于底座上，另一端与罐体外侧壁固定连接。
进一步地，所述罐体包括罐主体和端盖，所述罐主体和端盖密封连接，所述空心转轴两端分别经轴承与罐主体和端盖转动连接，且空心转轴靠近电机的一端伸出端盖，并经联轴器与传动机构的输出轴固定连接，进而与电机连接。
进一步地，所述加热装置为电加热圈，所述罐体内侧壁上沿轴向设有多个所述电加热圈。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置分别与电机、加热装置和超声波换能器电性连接，以控制各设备工作。
进一步地，所述罐体内设有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器分别与控制装置电性连接，以采集蒸煮过程中罐体内的温度和压力。
本发明还提供一种一体化制浆方法，包括以下步骤：
1）关闭出料口并打开进料口，将物料从进料口加入罐体，然后加水没过超声波换能器，加入少量助剂，关闭进料口；
2）通过控制装置控制电机间隔性正反转，带动绞龙输送机对物料进行搅拌；
3）搅拌设定时间以使物料在罐体内搅拌均匀后，通过控制装置打开超声波换能器对物料进行超声处理，使物料在罐体内产生空化效应，打开细胞壁，使助剂更易渗透物料；
4）通过控制装置打开加热装置对物料进行加热，蒸煮汽化过程伴随升压，在高温高压下，助剂通过毛细管作用浸透物料，降解物料的木质素；
5）超声蒸煮设定时间后制浆结束，打开出料口，通过控制装置控制电机正转，带动绞龙输送机将纸浆从出料口输出。
进一步地，所述步骤3）中，超声波换能器的工作频率为20-50kHz。
进一步地，所述步骤4）中，对物料进行加热过程中，通过温度传感器和压力传感器采集罐体内的温度和压力，控制温度范围为150-200℃，压力范围为0.6-1.0MPa。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：通过装置中绞龙输送机、超声波换能器、加热装置的配合工作，实现在物料均匀搅拌的基础上，对物料同时进行超声萃取和加温蒸煮，使助剂充分渗透物料，免去了超声后降温再重新升温的能量消耗，在提高得浆率的同时缩短了生产时间，从而大大提高了生产效率。同时，装置采用卧式管道式罐体设计，罐体长度可根据生产需要确定，通过间隔设置多个超声波换能器，使整个罐体内超声均匀，解决了由于超声作用范围有限导致装置规模较小等问题，从而可以制备不同长度、不同生产规模的一体化制浆装置，实现了在保证良好制浆效果的同时提高处理量的目的，具有很强的实用性和广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中一体化制浆装置的内部结构剖视图。
图2是本发明实施例中一体化制浆装置的外观结构示意图。
图中，1-控制装置，2-进料口，3-罐体，4-端盖，5-传动机构，6-底座，7-支撑架，8-出料口，9-加强筋板，10-电机、11-绞龙叶片、12-超声波换能器、13-加热装置，14、空心转轴，15、罐主体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种一体化制浆装置，如图1、2所示，包括支座、罐体3、电机10和传动机构5，罐体3固定于支座上，罐体3上设有进料口2和出料口8，罐体3内侧壁上设有加热装置13，罐体3内部沿轴向设有绞龙输送机，绞龙输送机主要由空心转轴14和沿轴向螺旋布设于空心转轴14周部的绞龙叶片11构成，空心转轴14中部沿轴向间隔设有多个超声波换能器12，空心转轴14两端与罐体3两端转动连接，电机设置于支座上，并经传动机构5与伸出罐体3的空心转轴14一端连接，以带动绞龙输送机工作。
为了在保证良好制浆效果的同时能够提高设备容量和生产规模，罐体3采用卧式管道式罐体设计，罐体半径、长度均可根据生产需要确定。罐体半径大小可以为40-100cm，罐体长度可以为2-100m。由于超声波换能器的工作范围为半径30-50cm，深度为1.5米，因此，在空心转轴14中每隔1-3米设置一个超声波换能器12，就能使罐体内物料充分均匀超声。
罐体3卧设于支座上，进料口2和出料口8分设于罐体3前后两端的上侧壁和下侧壁上。支座包括底座6和多个支撑架7，支撑架7沿罐体3轴向并排设置，一端固定于底座6上，另一端与罐体3外侧壁固定连接。底座6一侧设有加强筋板9，用于安装电机10。在本实施例中，进料口2采用可观测人孔盖设计，方便超声蒸煮过程中观察内部情况。支撑架7采取外侧镂空，支撑罐体部位实心设计，即能保证罐体的支撑同时最大程度的节省用料。
罐体3包括罐主体15和端盖4，罐主体15和端盖4密封连接，空心转轴14两端分别经轴承与罐主体15和端盖4转动连接，且空心转轴14靠近电机10的一端伸出端盖4，并经联轴器与传动机构5（本实施例中为减速器）的输出轴固定连接，进而与电机10连接。
在本实施例中，加热装置13为电加热圈，罐体3内侧壁上沿轴向设有多个电加热圈。
为了实现对装置中各设备的工作控制，本装置还包括控制装置1，控制装置1分别与电机10、加热装置13和超声波换能器12电性连接。罐体3内还设有温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器分别与控制装置1电性连接，以采集蒸煮过程中罐体内的温度和压力。
本发明还提供了上述装置对应的一体化制浆方法，包括以下步骤：
1）关闭出料口并打开进料口，将物料从进料口加入罐体，然后加水没过超声波换能器，加入少量助剂，关闭进料口。
2）通过控制装置控制电机间隔性正反转，带动绞龙输送机对物料进行搅拌。
3）搅拌设定时间以使物料在罐体内搅拌均匀后，通过控制装置打开超声波换能器对物料进行超声处理，超声波换能器的工作频率为20-50kHz，罐内温度61-100℃，使物料在罐体内产生空化效应，打开细胞壁，使助剂更易渗透物料。
4）通过控制装置打开加热装置对物料进行加热，蒸煮汽化过程伴随升压，即蒸煮升温时罐体内水的温度不断升高，水的蒸发也不断加快，从而提高压力。通过温度传感器和压力传感器采集罐体内的温度和压力，控制温度范围为150-200℃，压力范围为0.6-1.0Mpa。在高温高压下，助剂通过毛细管作用浸透物料，降解物料的木质素。
5）超声蒸煮设定时间后制浆结束，打开出料口，通过控制装置控制电机正转，带动绞龙输送机将纸浆从出料口输出。
本发明可在制浆过程的不同阶段调控超声波的频率和罐体内的温度，并使整个罐体内均匀超声蒸煮，可调节出制浆工艺中的超声频率、时间、温度等因素的最佳参数来得到质量更高的制浆。同时因为超声波和蒸煮的同时作用，省去了中途降温再升温的过程，降低了能耗，大大提高了现有的超声波制浆法的生产效率，是一种无污染的新型制浆装置及方法。本发明的应用领域包括但不局限于草类制浆，可加工各种纸浆原料，在食品提取，中草药提取等领域也可应用。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种一体化制浆装置，其特征在于，包括支座、罐体、电机和传动机构，所述罐体固定于支座上，所述罐体上设有进料口和出料口，所述罐体内侧壁上设有加热装置，所述罐体内部沿轴向设有绞龙输送机，所述绞龙输送机主要由空心转轴和沿轴向螺旋布设于空心转轴周部的绞龙叶片构成，所述空心转轴中部沿轴向间隔设有多个超声波换能器，所述空心转轴两端与罐体两端转动连接，所述电机设置于支座上，并经传动机构与伸出罐体的空心转轴一端连接，以带动绞龙输送机工作。
2.根据权利要求1所述的一种一体化制浆装置，其特征在于，所述罐体卧设于支座上，所述进料口和出料口分设于罐体前后两端的上侧壁和下侧壁上，所述支座包括底座和多个支撑架，所述支撑架沿罐体轴向并排设置，一端固定于底座上，另一端与罐体外侧壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种一体化制浆装置，其特征在于，所述罐体包括罐主体和端盖，所述罐主体和端盖密封连接，所述空心转轴两端分别经轴承与罐主体和端盖转动连接，且空心转轴靠近电机的一端伸出端盖，并经联轴器与传动机构的输出轴固定连接，进而与电机连接。
4.根据权利要求1所述的一种一体化制浆装置，其特征在于，所述加热装置为电加热圈，所述罐体内侧壁上沿轴向设有多个所述电加热圈。
5.根据权利要求1所述的一种一体化制浆装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置分别与电机、加热装置和超声波换能器电性连接，以控制各设备工作。
6.根据权利要求5所述的一种一体化制浆装置，其特征在于，所述罐体内设有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器分别与控制装置电性连接，以采集蒸煮过程中罐体内的温度和压力。
7.一种一体化制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）关闭出料口并打开进料口，将物料从进料口加入罐体，然后加水没过超声波换能器，加入少量助剂，关闭进料口；
2）通过控制装置控制电机间隔性正反转，带动绞龙输送机对物料进行搅拌；
3）搅拌设定时间以使物料在罐体内搅拌均匀后，通过控制装置打开超声波换能器对物料进行超声处理，使物料在罐体内产生空化效应，打开细胞壁，使助剂更易渗透物料；
4）通过控制装置打开加热装置对物料进行加热，蒸煮汽化过程伴随升压，在高温高压下，助剂通过毛细管作用浸透物料，降解物料的木质素；
5）超声蒸煮设定时间后制浆结束，打开出料口，通过控制装置控制电机正转，带动绞龙输送机将纸浆从出料口输出。
8.根据权利要求7所述的一种一体化制浆方法，其特征在于，所述步骤3）中，超声波换能器的工作频率为20-50kHz。
9.根据权利要求7所述的一种一体化制浆方法，其特征在于，所述步骤4）中，对物料进行加热过程中，通过温度传感器和压力传感器采集罐体内的温度和压力，控制温度范围为150-200℃，压力范围为0.6-1.0MPa。
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