CN110541319B - 一种本色竹浆制备工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种本色竹浆制备工艺，其步骤包括将鲜竹进行预加工处理得到束状或团丝状竹束状物，并对该竹束状物依次进行初次软化、搓丝、挤压过滤磨浆、再次软化、精磨、消潜、稀释除渣、以及脱水浓缩处理，最终得到本发明所述的本色竹浆成品。此外，本发明还公开了一种本色竹浆的制备系统，其包括顺次设置的竹子预处理单元、第一反应釜、搓丝机、挤压机、磨浆设备、第二反应釜、热磨机、消潜池、稀释池以及螺旋压力筛。采用本发明的制浆工艺及系统可实现低能耗、无污染的清洁、环保制浆。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用竹子制备本色造纸竹浆的制备工艺以及相应的制备系统，属于造纸制浆技术领域。
背景技术
随着我国经济的不断发展，人民物质生活和文化生活的水平越来越高，人们对纸张的需求量也随之增大。一方面，作为主要造纸原材料的木材资源却十分匮乏，全国森林覆盖率只有16.55%，不到世界平均覆盖率的一半，导致我国造纸工业出现巨大的原料缺口，并且，传统制浆造纸术污染很大，严重的破换生态，污染环境，面临巨大的环保压力。另一方面，我国的竹类资源丰富，再加上竹子是速生材，生长周期远比树木短得多。另外，竹子作为一种良好的造纸材料，其纤维形态和化学组成介于木材与草类原料之间，成浆质量接近阔叶木浆。竹浆属中长纤维，品质优良，可以部分替代长纤维针叶木浆，可单独或与其他浆种配合用于抄造中高档纸张。此外，竹子原料成本低，由此降低了制浆以及相应的造纸成本，提高了市场竞争力；而且，利用竹子制浆造纸可减轻我国森林资源的负担，具有重要生态环保意义。因此，“以竹代木”，开发竹制浆造纸，无论是从发展经济还是从环境保护的角度来看，都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能耗低、无污染的本色造纸竹浆的制备工艺以及相应的制备系统，可实现清洁、环保制浆。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种本色竹浆制备工艺，其包括以下步骤：
1）将鲜竹进行预加工处理得到束状或团丝状竹束状物；
2）对所述竹束状物进行初次软化处理使其形成竹纤维束和/或竹单纤维；
3）对竹纤维束和/或竹单纤维进行搓丝处理以加工成纤维浆液；
4）对纤维浆液进行挤压过滤处理得到粗滤浆料；
5）对粗滤浆料进行磨浆处理，得到磨浆液；
6）对所述磨浆液进行再次软化处理；
7）对经再次软化处理后的磨浆液进行精磨处理得到精磨浆料；
8）对所述精磨浆料进行消潜处理；
9）将步骤8）中经消潜处理后的浆料稀释成浓度为2-3%的稀浆料，并除去稀浆料中的杂质；
10）对步骤9）中经除杂后的浆料进行脱水浓缩处理，得到本色竹浆成品。
进一步地：步骤1）中的对鲜竹的预加工处理包括：将新鲜竹子破碎后利用竹子削片机加工成宽度为10mm-15mm、长度为10mm-50mm的竹片，并利用螺旋撕裂机将所述竹片加工成束状或团丝状竹束状物。
进一步地：步骤2）中的初次软化处理包括：将竹束状物送至第一反应釜中，并按所述竹片的重量计，向所述第一反应釜中加入0.05-0.1wt%的果胶酶和0.5-0.7wt%的氧化钙，同时按料水比1:350向第一反应釜加入水，并使得第一反应釜内的物料升温至60-80℃，以对竹束状物进行低温软化处理2h-3h。
更进一步地：所述第一反应釜包括釜体以及分别设置于釜体顶部和底部的进料口以及出料口，所述釜体内部设置有主动螺旋辊以及从动螺旋辊，此外，所述反应釜还包括设置于釜体顶部的齿轮变速箱，其中，所述齿轮变速箱的输出轴通过相应的联轴器与主动螺旋辊的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱的作用下，带动主动螺旋辊转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊转动。
进一步地：步骤6）中的再次软化处理包括：将磨浆液输送至第二反应釜，并以磨浆液的重量计，向釜中加入30%的水对磨浆液进行再次软化处理0.5-1.5h，软化处理过程中，釜中物料温度为80-90℃。
进一步地：步骤4）中的挤压过滤处理以及步骤10）的脱水浓缩处理中的产水回用于步骤2）的初次软化处理。
进一步地：所述本色竹浆成品的干度为30%-45%。
本发明的另一目的，一种本色竹浆的制备系统，其包括顺次设置的竹子预处理单元、第一反应釜 、搓丝机、挤压机、磨浆设备、第二反应釜、热磨机、消潜池、稀释池以及螺旋压力筛；其中，所述竹子预处理单元用于将鲜竹进行预加工处理得到束状或团丝状竹束状物；所述第一反应釜用于竹束状物的初次软化处理；所述第二反应釜用于磨浆液的再次软化处理。
进一步地：所述竹子预处理单元包括用于将鲜竹加工成竹片的削片机以及将所述竹片加工成束状或团丝状的螺旋撕裂机。
更进一步地：所述第一反应釜包括釜体以及分别设置于釜体顶部和底部的进料口以及出料口，所述釜体内部设置有主动螺旋辊以及从动螺旋辊，此外，所述反应釜还包括设置于釜体顶部的齿轮变速箱，其中，所述齿轮变速箱的输出轴通过相应的联轴器与主动螺旋辊的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱的作用下，带动主动螺旋辊转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊转动。
再进一步地：所述制备系统还包括一将挤压机以及螺旋压力筛的出水回用于第一反应釜中的中心水池。
相对于传统的制浆工艺，本发明的制浆工艺以生物制浆和机械制浆相结合，无需“蒸煮”、“漂洗”过程，避免了传统制浆工艺中的黑液的产生。此外，本发明的制浆工艺的整个过程无需外部加热，且避免了传统制浆工艺中大量碱以及水的使用，节约了能源，而且制浆过程中无废水、无废渣、废气体排放，实现了清洁制浆、环保制浆。
附图说明
图1示出了本发明所述本色竹浆制备工艺的工艺流程图；
图2示出了本发明中所采用的反应釜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用鲜竹制造本色竹浆的工艺，如图1所示，所述工艺包括以下步骤：
1）将新鲜竹子破碎后利用竹子削片机加工成宽度为10mm-15mm、长度为10mm-50mm的竹片，并利用螺旋撕裂机将所述竹片加工成束状或团丝状竹束状物；
2）对步骤1）中经撕裂加工处理后得到的竹束状物进行初次软化处理，具体地，在本发明中，可利用螺旋推进器将经撕裂加工处理后得到的竹束状物送至第一反应釜中，同时，以竹片的重量计，在所述第一反应釜中加入0.05-0.1wt%的果胶酶以降解竹束状物中的果胶质，使得竹束状物分散成竹纤维束和/或竹单纤维，同时，以竹片的重量计，所述第一反应釜中还加有0.5-0.7wt%的氧化钙并按料水比1:350向釜内加入水，并使得第一反应釜内的物料升温至60-80℃，以对竹束状物进行低温软化处理2h-3h，且釜内物料混合物的pH值控制在9.5-10.5；
特别地，本发明中所采用的第一反应釜可具有如图2所示的反应釜结构。具体地，所述反应釜包括釜体8以及分别设置于釜体8顶部和底部的进料口4以及出料口9，其中，所述釜体8内部还沿轴向设置有主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7，所述主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7均可通过分别位于其两端的相应的轴承座3,5,10,11设置于釜体8内。此外，所述反应釜还包括设置于釜体8顶部的齿轮变速箱1，其中，所述齿轮变速箱1的输出轴通过相应的联轴器2与主动螺旋辊6的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱2的作用下，带动主动螺旋辊6转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊7转动。在主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7的搅拌、碾压以及摩擦作用下，使得第一反应釜内的物料升温至60-80℃，进而避免了现有技术中外界热源的使用。此外，还通过调整主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7之间的间隙来控制釜内物料的碾压精度以及升温速度。
3）对步骤2）中经软化处理后的竹纤维束和/或竹单纤维进行搓丝处理以加工成纤维浆液；
4）利用挤压机对步骤3）中搓丝后得到的纤维浆液进行挤压过滤处理以排出原料中的杂质、色素、可溶性蛋白、果胶以及淀粉等物质，得到粗滤浆料；
5）利用磨浆设备对步骤4）中得到的粗滤浆料进行磨浆处理，以分解粗滤浆料中的竹纤维，得到磨浆液，在本发明中，所述磨浆设备可以是高浓度磨浆机，且进浆浓度为10%-30%；
6）对步骤5）中得到的磨浆液进行再次软化处理，具体地，将步骤5）中的磨浆液输送至第二反应釜，在此，所述第二反应釜可具有与第一反应釜相同的结构，并以磨浆液的量计，向釜中加入30%的水对磨浆液进行再次软化处理0.5-1.5h，软化处理过程中，以竹片的量计，向釜内加入0.4-0.6wt%釜的氧化钙，以将釜中物料的pH值控制在8.5-9.5，且物料温度为80-90℃，使得竹纤维得到充分润涨；
7）将步骤6）中经再次软化处理后的磨浆液送入热磨机中进行精磨处理得到精磨浆料；
8）将步骤7）中得到的精磨浆料送入消潜池中进行消潜处理30-45分钟，此时，浆料温度可降至60-70℃；
9）将步骤8）中经消潜处理后的浆料送入稀释池中加水稀释成浓度为2-3%的稀浆料，并以除渣器除去浆料中的杂质；
10）利用螺旋压力筛对步骤9）中经除杂后的浆料进行脱水浓缩处理，最后得到干度为30%-45%的本色竹浆成品。
根据本发明的一实施方式，可将上述步骤4）中挤压过滤处理以及步骤10）的脱水浓缩处理中的产水回用于步骤2）的初次软化处理。
本发明的制浆工艺，抛弃了传统制浆工艺中的外部热能以及高碱的使用，通过在软化步骤中加入适量的氧化钙，其遇水形成的强碱氢氧化钙不仅有助于竹子的软化，而且氧化钙与水反应形成氢氧化钙所释放出的热能使得反应釜内物料温度上升，并且在反应釜的密闭条件下，不会产生任何的气体（废气）。此外，相对于传统制浆工艺中所采用的粉碎、蒸煮、洗涤、筛选、漂白、净化、烘干等过程来说，本申请的制浆工艺无需蒸煮、漂洗过程，可显著降低整个工艺的用水量，且避免了的传统制浆工艺中由于蒸煮而造成的大量黑液（即，蒸煮水）的形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种本色竹浆的制备系统，其包括顺次设置的竹子预处理单元、第一反应釜 、搓丝机、挤压机、磨浆设备、第二反应釜、热磨机、消潜池、稀释池以及螺旋压力筛。
具体地，所述竹子预处理单元包括用于将鲜竹加工成竹片的削片机以及将所述珠片加工成束状或团丝状的螺旋撕裂机。所述竹子预处理单元加工形成的竹束状物可经，例如螺旋推进器送至第一反应釜中，其中，如图2所示，所述第一反应釜包括釜体8以及分别设置于釜体8顶部和底部的进料口4以及出料口9，其中，所述釜体8内部还沿轴向设置有主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7，所述主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7均可通过分别位于其两端的相应的轴承座3,5,10,11设置于釜体8内。此外，所述反应釜还包括设置于釜体8顶部的齿轮变速箱1，其中，所述齿轮变速箱1的输出轴通过相应的联轴器2与主动螺旋辊6的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱2的作用下，带动主动螺旋辊6转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊7转动。在主动螺旋辊6以及从动螺旋辊7的搅拌、碾压以及摩擦升温的作用下，使得第一反应釜内的物料升温至60-80℃，进而避免了现有技术中外界热源的使用。
此外，本发明如上所述的本色竹浆的制备系统还包括一中心水池，所述中心水池的入水口可与挤压机以及螺旋压力筛的出水口相连，以回收挤压以及脱水浓缩过程中所产生的水。并且，所述中心水池的出水口可与第一加料装置相连，以将挤压过程中所产生的水回用于第一反应釜中。所述稀释池的出水口还连接有除渣器。
实施例1
一种利用鲜竹制造本色竹浆的工艺，其包括以下步骤：
1）将新鲜竹子清洗破碎后利用竹子削片机加工成宽度为15mm、长度为30mm的竹片，并利用螺旋撕裂机将所述竹片加工成束状或团丝状竹束状物；
2）利用螺旋推进器将步骤1）中的竹束状物送至第一反应釜中，同时，以竹片的重量计，在所述第一反应釜中加入0.5wt%的果胶酶、0.6wt%的氧化钙并按料水比1:350向釜内加入水，在第一反应釜内主动螺旋辊以及从动螺旋辊的搅拌、碾压以及摩擦升温的作用下，使得第一反应釜内的物料升温至80℃并保持2h-3h，以对竹束状物进行低温软化处理，并将釜内物料混合物的pH值控制在10；
3）对步骤2）中经软化处理后的竹纤维束和/或竹单纤维进行搓丝处理以加工成纤维浆液；
4）利用挤压机对步骤3）中搓丝后得到的纤维浆液进行挤压过滤处理以排出原料中的杂质、色素、可溶性蛋白、果胶以及淀粉等物质，得到粗滤浆料，并且，将挤压过滤处理中产生的水回用于步骤2）的初次软化步骤；
5）利用高浓度磨浆机对步骤4）中得到的粗滤浆料进行磨浆处理，以分解粗滤浆料中的竹纤维，得到磨浆液，其中，所述高浓度磨浆机的进浆浓度为20%；
6）将步骤5）中的磨浆液输送至第二反应釜，并以磨浆液的量计，向釜中加入30%的水并在80℃下对磨浆液再次软化处理1h，软化处理过程中，以竹片的量计，向釜内加入0.5wt%釜的氧化钙，并将釜中物料的pH值控制在9，使得竹纤维得到充分润涨；
7）将步骤6）中经再次软化处理后的磨浆液送入热磨机中进行精磨处理得到精磨浆料；
8）将步骤7）中得到的精磨浆料送入消潜池中进行消潜处理40分钟，此时，浆料温度降至70℃；
9）将步骤8）中经消潜处理后的浆料送入稀释池中加水稀释成浓度为3%的稀浆料，并以除渣器除去浆料中的杂质；
10）利用螺旋压力筛对步骤9）中经除杂后的浆料进行脱水浓缩处理，最后得到干度为40%的本色竹浆成品；并将该步骤中的产水回用于步骤2）的初次软化处理。
表1中示出了实施例1中制得的本色竹浆的质量指标数据：
表1 竹浆质量指标实验数据
| 项目 | 单位 | 实测值 | 检测标准 | 检测方法 |
| 白度 | % | 72 | ≥68.0 | GB/T8940.2-2002 |
| 尘埃度 | mm<sup>2</sup>/m<sup>2</sup> | 5.5 | ≤10.0 | GB/T10740-2002 |
| 粘度 | dm3/kg | 660 | ≥650 | GB/T1548-2004 |
| 肖氏打浆度 | gr°SR | 45 | ≥40 | GB/T 332-2004 |
| 抗张指数 | ml | 70 | ≥68 | GB/T 26460-2011 |
| 耐破指数 | kPa.m<sup>2</sup>/g | 6.0 | ≥4.5 | GB/ T 454-2002 |
| 撕裂指数 | mN.m<sup>2</sup>/g | 9.5 | ≥9.0 | GB/T 455-2002 |
| 灰分 | % | 0.7 | ≤0.7 | GB/T 742-2003 |
通过本发明的制浆系统及工艺制得的本色竹浆适合于生产各类高级文化用纸，工业用纸和生活用纸等纸品。
本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。任何对此产品进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本发明专利保护范围。
Claims (5)
1.一种本色竹浆制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）将鲜竹进行预加工处理得到束状或团丝状竹束状物，其中，对鲜竹的预加工处理包括：将新鲜竹子破碎后利用竹子削片机加工成宽度为10mm-15mm、长度为10mm-50mm的竹片，并利用螺旋撕裂机将所述竹片加工成束状或团丝状竹束状物；
2）对所述竹束状物进行初次软化处理使其形成竹纤维束和/或竹单纤维；
3）对竹纤维束和/或竹单纤维进行搓丝处理以加工成纤维浆液；
4）对纤维浆液进行挤压过滤处理得到粗滤浆料；
5）对粗滤浆料进行磨浆处理，得到磨浆液；
6）对所述磨浆液进行再次软化处理；
7）对经再次软化处理后的磨浆液进行精磨处理得到精磨浆料；
8）对所述精磨浆料进行消潜处理；
9）将步骤8）中经消潜处理后的浆料稀释成浓度为2-3%的稀浆料，并除去稀浆料中的杂质；
10）对步骤9）中经除杂后的浆料进行脱水浓缩处理，得到本色竹浆成品；
其中：步骤2）中的初次软化处理包括：将竹束状物送至第一反应釜中，并按所述竹片的重量计，向所述第一反应釜中加入0.05-0.1wt%的果胶酶和0.5-0.7wt%的氧化钙，同时按料水比1:350向第一反应釜加入水，并使得第一反应釜内的物料升温至60-80℃，以对竹束状物进行低温软化处理2h-3h，且釜内物料混合物的pH值控制在9.5-10.5；
所述第一反应釜包括釜体以及分别设置于釜体顶部和底部的进料口以及出料口，所述釜体内部设置有主动螺旋辊以及从动螺旋辊，此外，所述反应釜还包括设置于釜体顶部的齿轮变速箱，其中，所述齿轮变速箱的输出轴通过相应的联轴器与主动螺旋辊的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱的作用下，带动主动螺旋辊转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊转动；
步骤6）中的再次软化处理包括：将磨浆液输送至第二反应釜，并以磨浆液的重量计，向釜中加入30%的水对磨浆液进行再次软化处理0.5-1.5h，软化处理过程中，以竹片的重量计，向釜内加入0.4-0.6wt%的氧化钙，并将釜中物料的pH值控制在8.5-9.5，釜中物料温度为80-90℃；步骤4）中的挤压过滤处理以及步骤10）的脱水浓缩处理中的产水回用于步骤2）的初次软化处理。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述本色竹浆成品的干度为30%-45%。
3.一种用于如权利要求1所述的本色竹浆制备工艺的制备系统，其特征在于：所述制备系统包括顺次设置的竹子预处理单元、第一反应釜 、搓丝机、挤压机、磨浆设备、第二反应釜、热磨机、消潜池、稀释池以及螺旋压力筛；其中，所述竹子预处理单元用于将鲜竹进行预加工处理得到束状或团丝状竹束状物；所述第一反应釜用于竹束状物的初次软化处理；所述第二反应釜用于磨浆液的再次软化处理；其中：所述第一反应釜包括釜体以及分别设置于釜体顶部和底部的进料口以及出料口，所述釜体内部设置有主动螺旋辊以及从动螺旋辊，此外，所述反应釜还包括设置于釜体顶部的齿轮变速箱，其中，所述齿轮变速箱的输出轴通过相应的联轴器与主动螺旋辊的转轴传动连接，从而在齿轮变速箱的作用下，带动主动螺旋辊转动，进而带动与其啮合的从动螺旋辊转动。
4.根据权利要求3所述的制备系统，其特征在于：所述竹子预处理单元包括用于将鲜竹加工成竹片的削片机以及将所述竹片加工成束状或团丝状的螺旋撕裂机。
5.根据权利要求3或4所述的制备系统，其特征在于：所述制备系统还包括一将挤压机以及螺旋压力筛的出水回用于第一反应釜中的中心水池。
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