CN110549456B - 一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农作物秸秆资源综合利用领域，具体为一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛联产纤维板的方法。该方法包括以下步骤：1)压裂和切段；2)风选；3)稀醋酸预处理后压榨脱水后汽爆，汽爆后物料水洗；4)水提液去分馏塔；电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；5)还原糖混合物发酵后微滤；6)反渗透；7)得糠醛；8)得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物处理后烘干；9)制无胶纤维板。该方法采用高压水蒸汽汽爆，使芦苇中的半纤维素更容易在相对低温的蒸汽爆破条件下水解为单糖或者低聚糖，减低蒸汽爆破的温度还能减轻木糖等戊糖的进一步降解，提高芦苇的利用率。

Description

一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法
技术领域
本发明属于农作物秸秆资源综合利用领域，涉及到农作物秸秆联产制糠醛的工艺技术，特别着重于农作物秸秆汽爆水洗物质直接制备糠醛及剩余固体物制无胶纤维板的方法，具体为一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法。
背景技术
随着木材的供应日趋紧张，寻找木材替代原料受到了越来越广泛的重视。研究证明，芦苇可以代替木材用于人造板的生产。我国有较充足的芦苇资源，且分布地域十分广阔，芦苇主产区多达十四个。之前芦苇被用作造纸原料，除此之外无其他工业用途，砍伐下来的芦苇被废弃或焚烧，给产区环境带来一定压力。开发芦苇人造板意义重大，可以缓解木材供需矛盾、保护森林资源和生态环境，同时又带动芦苇产区的经济发展。
芦苇属多年生植物，砍伐后来年生长更好，因此产量高，可以满足工厂大批量的需求。秆状芦苇经分离后纤维得率高、形态好，可根据不同的使用要求，采用平板热压法或压辊热压法生产出各种厚度和密度的芦苇纤维板，其产品性能稳定，强度高变异性小、尺寸稳定性好。用脲醛树脂等胶粘剂生产的芦苇纤维板的性能能与木材生产的中密度纤维板媲美。其产品主要用于包装、地板、家具、建筑、装修等领域，因此使用芦苇生产不同密度的纤维板具有广阔的应用前景。
芦苇中灰分较高，而灰分中的主要成分是二氧化硅，并与脂肪类物质形成了表皮坚硬的腊质层，它是非极性物质，润湿性差，表面自由能低，使水溶性胶黏剂难以渗透，使板的胶合强度低，制约了芦苇纤维板的开发。为了解决这个问题，需要对芦苇进行表面处理，破坏细胞壁结构，提高其粘合力。处理主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要有机械热磨方法和蒸汽爆破法，专利CN101172351提出了一种竹材热磨无胶制备人造板的方法，但是由于热磨温度较高和热压时间较长，能耗较大的同时生产率较低，导致应用的范围有限。化学法主要通过添加一些化学试剂活化秸秆原料中的天然高分子，产生活性基团，主要有氧化结合法、自由基引发法和、酸催化缩合法和碱溶液活化法四种。生物法主要是利用微生物或酶催化秸秆原料组分降解产生活性基团。目前秸秆无胶粘合技术应用的不是上述的单独一种方法，而是多种方法的组合，如专利CN101214678就是利用热磨和施加氧化剂组合活化方法制备竹纤维人造板，而专利CN1412092提出了利用蒸汽爆破处理秸秆后接种黄孢原毛平革菌固态发酵活化秸秆材料热压制备秸秆变性材料的方法。此方法虽然无外加胶黏剂，但是由于微生物生长周期较长导致压板的生产效率较低，同时漆酶酶活分布的不均匀也容易导致产品不稳定。同时这些方法未能将芦苇原料更有价值的利用。另一个问题是处理过程中半纤维素没有得到充分利用。
发明内容
本发明正是基于以上技术问题，提供一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法。该方法采用高压水蒸汽汽爆，使芦苇中的半纤维素更容易在相对低温的蒸汽爆破条件下水解为单糖或者低聚糖，减低蒸汽爆破的温度还能减轻木糖等戊糖的进一步降解，提高芦苇的利用率。
为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：
芦苇的化学组成与其它植物纤维对比：单位：％
Figure BDA0002151972550000031
一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，包括以下步骤：
1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20－40mm；
2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；
3)向步骤2)中得到的芦苇汽爆原料中加入浓度为1％(wt/wt)的稀醋酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，混合机中的固液比1：4－10，混合机为螺带式混合机或滚筒式混合机。然后将混酸后的芦苇经压榨脱水，使处理后芦苇含水量40－50％，送入蒸汽爆破器中瞬间爆破；汽爆后物料用高浓磨磨成蓬松纤维状，再加水水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物和水提液。
作为优选，蒸汽爆破器中瞬间爆破的条件为：蒸汽压力1.2－2.0Mpa，温度为180－200℃，维持时间1－10分钟。
作为优选，汽爆后物料配成20－30％的浓浆，用高浓磨磨浆后在连续洗浆机中用10倍质量的热水水洗，热水的温度为70℃。
4)将步骤3)中得到的水提液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；
5)向步骤4)中得到的还原糖混合物中加入酵母使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去；发酵液经微滤膜除去菌体，得到含木糖和阿拉伯糖混合液。
作为优选，将步骤4)中得到的还原糖混合物先加水配至浓度为12％－24Wt％，再加入尿素和磷酸调节pH至4.4－5.2，接着加入酿酒酵母，维持发酵温度30－60℃，发酵48－72h，使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去。发酵液用0.1μm的微滤膜滤掉酵母；再用1000Da的超滤膜除掉蛋白类大分子杂质，得到含木糖和阿拉伯糖混合液。
6)微滤透过的含木糖和阿拉伯糖的混合液，用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4－6MPa；
7)利用木糖液制备糠醛的反应萃取装置进行处理：取30Wt％的木糖混合液与催化剂和阻聚剂按重量比1：0.04－0.08：0.001的比例连续进入液－液混合机进行混合后，用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至160－200℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为8－15分钟进入反应萃取塔继续反应，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动，反应不断的进行，由塔顶出口排出经热交换器进行热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。
作为优选，所述的催化剂为有机酸醋酸；用量为3－8wt％；所用的溶剂为对硝基甲苯、二异丙基联苯，物料与溶剂重量比为1：2－3。阻聚剂为三苯基磷、硫脲或对苯二酚。
8)将步骤3)得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物浸在1.2wt％的NaOH的水溶液中20－40min，固液比为1：4，温度100－120℃，然后挤干再烘干至含水量为10－15％。
9)将步骤8)得到的烘干物料均匀铺装在热压机板上面，在压力2－－3MPa，热压温度160－190℃，时间维持为2－6min的条件下得到无胶纤维板。
作为优选，所述的管状反应器内装有不同结构原件的反应管组成，管内装有SV、SK和SH型中任意一种静态混合器原件，促使反应物混合均匀并进行初步反应，管式反应器长度为6－10m，各反应管之间用180°的弯头来互相连接，组成单元混合反应器。
前述所采用的木糖液制备糠醛的反应萃取装置，该装置包括反应萃取塔、离心萃取器、溶剂相离心分离机、分馏塔和糠醛精馏塔；其中，木糖液计量泵与木糖储槽连接；醋酸计量泵与醋酸储槽连接；带有木糖液计量泵的木糖液输送管道和带有醋酸计量泵的醋酸输送管道连接后与混合泵连接，混合泵与反应萃取塔的下部连接；反应萃取塔的底部与溶剂相离心分离机连接后再与分馏塔的中部连接，分馏塔的塔顶和糠醛精馏塔的中部连接；分馏塔的底部依次通过溶剂槽和溶剂计量泵后分为两支管线，一支管与离心萃取器和溶剂进料泵连接后再与反应萃取塔的上部连接，另外一支管通过依次设置有水相热交换器和减压阀的管道与反应萃取塔的顶部的出料口连接；水相热交换器分别与离心萃取器溶剂进料泵连接，在此与进入反应萃取塔塔内的溶剂进行热交换后进入离心萃取器进一步萃取后，溶剂相与新鲜溶剂一同经溶剂进料泵打入反应萃取塔，水相另外处理。
在混合泵进料口的管道上设置阻聚剂添加装置，阻聚剂添加装置包括阻聚剂计量器和阻聚剂储槽，阻聚剂计量器与阻聚剂储槽连接，保证阻聚剂定量添加；在混合泵与反应萃取塔之间的管道上依次设置了热交换器和预热器。
在反应萃取塔与溶剂相离心分离机之间依次设置了减压阀和溶剂相热交换器。
糠醛精馏塔的顶部与糠醛冷凝器连接后再与糠醛储罐连接，使糠醛精馏塔顶部出来的糠醛气体进入糠醛冷凝器。
所述的反应萃取塔为涡轮搅拌式反应萃取塔，该涡轮反应萃取塔分为四段，最上面的一段是水相与溶剂相分离澄清段，中间是反应萃取段，反应萃取段下面为进料段，最下端是溶剂相澄清段。
在溶剂相澄清段的上端设置反应液进料管，反应液进料管在塔内呈圆形分布，管上开有成60°两排圆形小孔，在反应液进料管的上方装有筛板；在水相与溶剂相分离澄清段的下部设置溶剂进料管。
在所述反应萃取塔的进料段和反应萃取段的塔筒外部焊有加热夹套，该加热夹套与反应萃取塔保温热油炉连接。
在所述的反应萃取塔上设置搅拌器，与搅拌器连接的搅拌轴伸入反应萃取塔内的进料段，搅拌轴上设置有搅拌桨。
在所述反应萃取塔内的反应萃取段设置了挡板；在水相与溶剂相分离澄清段的一侧设置水相出料口；在反应萃取段上部的一侧设置溶剂进料管，在反应萃取塔的底部设置出料口。
本发明还适用于玉米秸秆、棉杆、麦草、稻草、竹子和甘蔗渣/木糖母液等材料经过处理制备糠醛的工艺。
本申请中，采用高压水蒸汽汽爆，由于水在高温下作为酸性催化剂能促进半纤维素水解为木糖，但在一定温度下水能提供的H+有限，所以需要较高的汽爆温度。而木糖在高温下会进一步分解为糠醛，所以本申请在蒸汽爆破预处理前先用低浓度的乙酸对芦苇进行预浸渍。可以提供一定量的H+作为催化剂，使得芦苇中的半纤维素更容易在相对低温的蒸汽爆破条件下水解为单糖或者低聚糖，减低蒸汽爆破的温度还能减轻木糖等戊糖的进一步降解，提高芦苇的利用率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(一)、通过汽爆技术处理芦苇可以在高温下瞬间喷放破坏细胞壁结构，提高了三大组分的活性基团含量，半纤维素直接降解为木糖，用水提取出来，经处理、浓缩采用连续反应萃取塔生产糠醛和阻聚剂的联合，减少了传统生产糠醛副反应的发生，提高了糠醛的收率，减少废渣产量，减轻环境污染。
(二)芦苇的聚戊糖含量达25.23％，将这部分聚戊糖转化为木糖，再脱水环化生产糠醛，使产品升值。由于将生成的木糖溶液分离出来单独进行脱水反应，可以降低反应过程中的蒸汽消耗量，并避免了一步法中由于纤维素、木质素的分解在最终的糠醛水溶液中形成杂质，不利于糠醛精制的问题。
(三)在反应萃取的过程中使用醋酸作为催化剂，减轻了设备的腐蚀性，便于设备选材。
(四)芦苇作为人造板原料的最主要的问题是其灰分含量高，以及纤维表面覆盖的硅的存在，使芦苇呈现出疏水特性。这使得芦苇与脲醛树脂胶黏剂的胶合强度不高，汽爆处理和碱处理能够显著提高芦苇纤维的表面润湿性能，能够很好地解决芦苇制造人造板强度低这一难题。
(五)固体物料经过碱的处理在高温压制条件下，原料中的纤维素、残留的半纤维素和木质素缩合反应形成胶粘作用，实现了芦苇纤维的无胶胶合，既节省去了胶粘剂的添加成本，又简化了工艺和生产线，有利于减少合成树脂胶粘剂造成环境污染，降低生产成本。
(六)本发明中所采用的木糖液制备糠醛的反应萃取装置设计结构合理、工作效率高、可较好的实现连续操作。
附图说明：
图1为本发明所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法的工艺流程示意图。
图2为本发明木糖液制备糠醛的反应萃取装置中各结构的连接关系示意图。
其中，1为木糖液储槽，2为木糖液计量泵、3为醋酸储槽、4为醋酸计量泵、5为阻聚剂计量器、6为混合泵、7为热交换器、8为预热器、9为溶剂储槽、10为溶剂计量泵、11为水相热交换器、12为反应萃取塔(涡轮萃取塔)、13为离心萃取器、14溶剂进料泵、15为溶剂相热交换器、16为溶剂相离心分离机、17为分馏塔、18为糠醛精馏塔、19为糠醛冷凝器、20为糠醛储罐、22为减压阀。
图3为本发明中所述反应萃取塔的结构示意图。
其中，12－1为溶剂相澄清段、12－2为反应液进料管、12－3为进料段、12－4为反应萃取段、12－5为水相澄清段、12－6为搅拌器、12－7为水相出料口、12－8为溶剂进料管、12－9为搅拌轴、12－10为塔板、12－11为搅拌桨、12－12为加热夹套、12－13为筛板、12－14为出料口。
图4为本发明中所述反应液进料管与筛板的位置关系示意图。
图5为本发明中所述反应液进料管上小孔的分布示意图。
图6为本发明中所述溶剂进料管上小孔的分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本发明中所采用的％，如无特殊说明，均表示其质量百分含量比，即wt％。；本申请中所采用的固液比是指固体质量g与液体体积mL的比例。
一种木糖液制备糠醛的反应萃取装置，该装置包括反应萃取塔12、离心萃取器13、溶剂相离心分离机16、分馏塔17和糠醛精馏塔18。其中木糖液储槽1的底部出口连接到木糖液计量泵2的入口，木糖液计量泵2的出口连接到混合泵6的入口；醋酸储槽3下部出口连接到醋酸计量泵4的入口，醋酸计量泵4的出口与阻剂剂计量器5的出口同时连接到混合泵6的入口，在此进行混合之后进入到热交换器7再经预热器8预热，预热后的物料进入反应萃取塔12下部，与塔上部流下来的溶剂接触，反应生成的糠醛进入溶剂相，向下流动至反应萃取塔的下段沉降分离，溶剂相经溶剂热交换器15冷却减压后，由塔底排出，进入溶剂相离心分离机16，溶剂相离心分离机分出的溶剂相进入分馏塔17；分馏塔17塔底出来的溶剂进入溶剂储槽9备用；溶剂经溶剂计量泵10计量后进行分流，一部分进入水相热交换器11，另外一部分进入离心萃取器13，离心萃取器13出来的溶剂相通过溶剂进料泵－14，泵入反应萃取塔12，分馏塔17顶部出来的糠醛蒸汽进入精馏塔18，塔顶出来的糠醛蒸汽冷凝后进入储罐20.反应萃取塔塔顶排出的水相经热交换器11冷却后进入离心萃取器。
反应萃取塔为涡轮搅拌式，涡轮反应萃取塔分为四段，最上一段是水相澄清段12－5，溶剂由水相澄清段段12－5的下部的溶剂进料管12－8进入，中间是反应萃取段12－4，是由一系列涡轮搅拌桨12－11及分隔于涡轮搅拌桨12－11的环形塔板12－10所组成；两相依靠密度差以逆流形式连续通过反应萃取段12－4，溶剂为连续相，水相为分散相。在此，木糖脱水生成糠醛的反应不断进行，生成的糠醛，进入溶剂相。涡轮搅拌桨12－11提供必要的径向混合和相分散并防止反应液与溶剂分层；环形塔板12－10可减少流体的轴向返混，同时得到最佳的分散相滞留率而持留分散相的液滴。反应萃取段12－4下面是进料段12－3，最下端是溶剂相澄清段12－1，在此，溶剂相与水相分离。
反应萃取塔的反应液进料管12－2的进料口在塔内呈圆形水相分布管，管上开有成60°两排圆形小孔，分布管上方装有筛板12－13，可防止物料返混。溶剂进料管12－8的进料口处于水相澄清段12－5下部；反应液进料管12－2的入口处于溶剂相澄清段的上部。进料段12－3和反应萃取段12－4塔筒外部焊有加热夹套12－12，由反应萃取塔保温热油炉供给热载体保温。
反应萃取塔12顶部出来的水相与返回塔内的溶剂在水相热交换器－11中进行热交换；反应萃取塔12澄清段下部出来的溶剂相与进入塔内的反应液在溶剂相热交换器－15中进行热交换。
反应液、溶剂的温度、流量、反应萃取塔内的温度、压力的控制均为PID调节。
实施例1：
一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，包括以下步骤：
(1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20－40mm；
(2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；
(3)向步骤(2)中得到的芦苇汽爆原料中加入质量浓度为1％的稀醋酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，混合机中的固液比1：6；混合机为螺带式混合机或滚筒式混合机。然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中瞬间爆破所述蒸汽爆破器中瞬间爆破的条件为：蒸汽压力1.4Mpa，温度为180－200℃，维持时间8分钟；汽爆后物料配成24wt％的浓浆，用高浓磨磨成蓬松纤维状，后在连续洗浆机中用10倍质量的热水水洗，热水的温度为70℃。水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物和水提液；
(4)将步骤(3)中水洗后得到的水提液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；
(5)向步骤(4)中得到的还原糖混合物中加入酵母得到的还原糖混合物加水配至浓度为16Wt％，加入尿素和磷酸调节pH至4.8，加入酿酒酵母，维持发酵温度48℃，发酵48h使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去。发酵液用0.1μm的微滤膜滤掉酵母；再用1000Da的超滤膜除掉蛋白类大分子杂质，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；
(6)微滤透过的含木糖和阿拉伯糖的混合液，用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4－6MPa；
(7)利用具体实施方式中记载的木糖液制备糠醛的反应萃取装置进行后续处理。
取30Wt％的木糖混合液与催化剂和阻聚剂按重量比1：0.04的比例连续进入液－液混合机进行混合，所述的催化剂为有机酸醋酸；所用的溶剂为对硝基甲苯，物料与溶剂重量比为1：2.5。阻聚剂为三苯基磷。反应液用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至180℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为10分钟进入反应萃取塔继续反应，反应温度维持180℃，反应停留时间20min，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛，糠醛收率81％；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动，由塔顶出口排出经热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。
(8)将步骤(3)得到汽爆纤维浸在1.2wt％的NaOH的水溶液中30min，固液比1：6，维持温度110℃，然后挤干再烘干至含水量为12％；
(9)将步骤(8)得到的烘干汽爆秸秆均匀铺装在热压机板上面，压力2.8MPa，热压温度控制在180℃，时间维持为5min，得到无胶纤维板。
纤维板的制备方法为现有技术，不赘述。
实施例2：
一种芦苇汽爆提取木糖制备糠醛的方法，包括以下步骤：
(1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20－40mm；
(2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；
(3)向步骤(2)中得到的芦苇汽爆原料中加入浓度为1％的稀醋酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，混合机中的固液比1：6；混合机为螺带式混合机或滚筒式混合机。然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中瞬间爆破所述蒸汽爆破器中瞬间爆破的条件为：蒸汽压力1.4Mpa，温度为180－200℃，维持时间8分钟；汽爆后物料配成24％的浓浆，用高浓磨磨成蓬松纤维状，后在连续洗浆机中用10倍质量的热水水洗，热水的温度为70℃。水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物和水提液；
(4)将步骤(3)中水洗后得到的水提液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；
(5)向步骤(4)中得到的还原糖混合物中加入酵母得到的还原糖混合物加水配至浓度为16Wt％，加入尿素和磷酸调节pH至4.8，加入酿酒酵母，维持发酵温度48℃，发酵48h使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去。发酵液用0.1μm的微滤膜滤掉酵母；再用1000Da的超滤膜除掉蛋白类大分子杂质，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；
(6)微滤透过的含木糖和阿拉伯糖的混合液，用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4－6MPa；
(7)取30Wt％的木糖混合液与催化剂和阻聚剂按重量比1：0.04－0.08：0.001的比例连续进入液－液混合机进行混合，所述的催化剂为有机酸醋酸；所用的溶剂为对硝基甲苯，物料与溶剂重量比为1：3。阻聚剂为三苯基磷。反应液用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至180℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为10分钟进入反应萃取塔继续反应，反应温度维持180℃，塔内停留时间20min，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛，糠醛收率83％；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动，由塔顶出口排出进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理。
(8)将步骤(3)得到汽爆纤维浸在1.2wt％的NaOH的水溶液中30min维持温度110℃，然后挤干再烘干至含水量为12％；
(9)将步骤(8)得到的烘干汽爆秸秆均匀铺装在热压机板上面，压力2.8MPa，热压温度控制在180℃，时间维持为5min，得到纤维板。
实施例3：
操作条件同实施例1，将木糖溶液浓度改为24％。
实施例4：
芦苇不经汽爆处理，按常规方法生产纤维板。
将上述四个实施例，同样条件制成中密度纤维板，按GB/T11718－009标准测试，其对比结果如下表：
Figure BDA0002151972550000141
由实施例1至实施例4可知，由于反应萃取塔中的水相反应液与溶剂相以逆流形式连续通过反应萃取段，在此木糖进行脱水反应，反应温度维持180℃，同时生成的糠醛被溶剂萃取，在反应萃取段搅拌桨及塔板促进两相充分混合及液滴的破碎，两相密度差是流动的驱动力。塔顶水相经热交换器器冷却至40℃，进入离心萃取器，在此与新鲜溶剂进行萃取分离，溶剂相打入塔内。反应萃取部分有导热油夹套控制温度为170－200℃，塔底溶剂相经热交换器冷却至40℃，进入离心机，分掉残余水分后，进入脱溶剂塔，塔顶得到糠醛，塔底得到溶剂回用。萃取剂作为连续相，水相反应液作为分散相，木糖反应生成的糠醛不断被萃取剂带走，因此水相中糠醛浓度始终处于较低水平，从而能够获得较高的糠醛收率。
并由于糠醛本身的氧化安定性较差，在高温酸性条件下容易发生自氧化、聚合等反应生成甲酸、糠酸和树脂物质，因此结合反应萃取塔和阻聚剂耦合效应，有效阻止糠醛氧化反应的进行。
而提取木糖后的固体纤维物料经过NaOH的处理溶出的碱木素在高温压制条件下，与原料中的纤维素、残留的半纤维素和木质素缩合反应形成胶粘作用，实现了芦苇纤维的无胶胶合，既节省去了胶粘剂的添加成本，又简化了工艺和生产线，有利于减少合成树脂胶粘剂造成环境污染，降低生产成本。
虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明。

Claims (10)

1.一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料芦苇经压裂、切段，使长度为20-40mm；
2)通过风力输送，分离掉芦苇中的苇叶、苇花及笛膜杂质，剩余芦苇为汽爆原料；
3)向步骤2)中得到的芦苇汽爆原料中加入浓度为1％的稀醋酸，用混合机混合均匀并维持30分钟，然后将混酸后的芦苇送入蒸汽爆破器中瞬间爆破；汽爆后物料用高浓磨磨成蓬松纤维状，再加水水洗后进行压榨脱水，得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物和水提液；
4)将步骤3)中得到的水提液送入分馏塔，塔顶收集含甲酸、乙酸和糠醛的水溶液，再用电渗析分离甲酸、乙酸和糠醛水溶液；塔底得到还原糖混合物；
5)向步骤4)中得到的还原糖混合物中加入酵母使其中葡萄糖发酵成乙醇而除去；发酵液经微滤膜除去菌体，得到含木糖和阿拉伯糖混合液；
6)微滤透过的含木糖和阿拉伯糖的混合液，用反渗透膜浓缩至30Wt％，反渗透膜操作压力为4-6MPa；
7)取30Wt％的木糖混合液与催化剂和阻聚剂按重量比1：0.04-0.08：0.001的比例连续进入液-液混合机进行混合后，用泵打入预热器，在预热器用蒸汽加热至160-200℃后进入管状反应器，使反应物料进行初期脱水反应；反应物在管式反应器中停留时间为8-15分钟进入反应萃取塔，维持塔温160-200℃继续反应，反应混合物与上部流下来的溶剂相接触后，使其中生成的糠醛转溶在溶剂中，流向塔下部沉降段，经冷却器冷却至40℃，进入碟片离心分离机，将溶剂相中少量水分出，溶剂相进入分馏塔，塔顶得到的粗糠醛再通过精馏得到成品糠醛；塔底得到溶剂返回配料使用；进入反应萃取塔的反应液中水相向塔上部移动继续反应，被塔顶加入的溶剂萃取，水相继续向上移动，由塔顶出口排出，经热交换后，进入离心萃取器，在此被新加入的溶剂进一步萃取分离后，溶剂相返回塔顶，水相与塔底离心机分出的水相混合一起进行处理；
8)将步骤3)得到含固体纤维素、木质素及少量半纤维素的混合物浸在1.2wt％的NaOH的水溶液中20-40min，固液比为1:4，温度100-120℃，然后挤干再烘干至含水量为10-15％；
9)将步骤8)得到的烘干物料均匀铺装在热压机板上面，在压力2--3MPa，热压温度160-190℃，时间维持为2-6min的条件下得到无胶纤维板。
2.根据权利要求1所述一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：步骤3)中混合机中的固液比1：4-10；混合机为螺带式混合机或滚筒式混合机。
3.根据权利要求1所述一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：所述蒸汽爆破器中瞬间爆破的条件为：蒸汽压力1.2-2.0Mpa，温度为180-200℃，维持时间1-10分钟；汽爆后物料配成20-30％的浓浆，用高浓磨磨浆后在连续洗浆机中用10倍质量的热水水洗，热水的温度为70℃。
4.根据权利要求1所述一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：将步骤4)中得到的还原糖混合物加水配至浓度为12％-24Wt％，加入尿素和磷酸调节pH至4.4-5.2，加入酿酒酵母，维持发酵温度30-60℃，发酵48-72h，得到的发酵液用0.1μm的微滤膜滤掉酵母；再用1000Da的超滤膜除掉蛋白类大分子杂质。
5.根据权利要求1所述一种芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：所述的催化剂为有机酸；用量为3-8wt％；所用的溶剂为对硝基甲苯、二异丙基联苯，物料与溶剂重量比为1:2-3；所述的阻聚剂为三苯基磷、硫脲或对苯二酚。
6.如权利要求1所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：该步骤7)中，反应物在管式反应器中停留后进入反应萃取塔，其萃取装置包括反应萃取塔(12)、离心萃取器(13)、溶剂相离心分离机(16)、分馏塔(17)和糠醛精馏塔(18)，其特征在于：带有木糖液计量泵(2)的木糖液输送管道和带有醋酸计量泵(4)的醋酸输送管道连接后与混合泵(6)连接，混合泵(6)与反应萃取塔(12)的下部连接；反应萃取塔(12)的底部与溶剂相离心分离机(16)连接后再与分馏塔(17)的中部连接，分馏塔(17)的塔顶和糠醛精馏塔(18)的中部连接；分馏塔(17)的底部依次通过溶剂槽(9)和溶剂计量泵(10)后分为两支管，一支管与离心萃取器(13)和溶剂进料泵(14)连接后再与反应萃取塔(12)的上部连接，另外一支管通过依次设置有水相热交换器(11)和减压阀(22)的管道与反应萃取塔(12)的顶部的出料口连接。
7.如权利要求6所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：木糖液计量泵(2)与木糖储槽(1)连接；醋酸计量泵(4)与醋酸储槽(3)连接；在混合泵(6)进料口的管道上设置阻聚剂添加装置，阻聚剂添加装置包括阻聚剂计量器(5)和阻聚剂储槽，阻聚剂计量器(5)与阻聚剂储槽连接；在混合泵(6)与反应萃取塔(12)之间的管道上依次设置了热交换器(7)和预热器(8)；在反应萃取塔(12)与溶剂相离心分离机(16)之间依次设置了减压阀和溶剂相热交换器(15)；糠醛精馏塔(18)的顶部与糠醛冷凝器(19)连接后再与糠醛储罐(20)连接；所述的水相热交换器(11)分别与离心萃取器(13)溶剂进料泵(14)连接。
8.如权利要求6所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：所述的反应萃取塔(12)为涡轮搅拌式反应萃取塔，该涡轮反应萃取塔分为四段，最上面的一段是水相与溶剂相分离澄清段(12-5)，中间是反应萃取段(12-4)，反应萃取段下面为进料段(12-3)，最下端是溶剂相澄清段(12-1)；在溶剂相澄清段(12-1)的上端设置反应液进料管(12-2)，反应液进料管(12-2)在塔内呈圆形分布，管上开有成60°两排圆形小孔，在反应液进料管(12-2)的上方装有筛板(12-13)；在水相与溶剂相分离澄清段(12-5)的下部设置溶剂进料管(12-8)；在所述反应萃取塔(12)的进料段(12-3)和反应萃取段(12-4)的塔筒外部焊有加热夹套(12-12)，该加热夹套(12-12)与反应萃取塔保温热油炉连接。
9.如权利要求6所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：在所述的反应萃取塔(12)上设置搅拌器(12-6)，与搅拌器(12-6)连接的搅拌轴(12-9)伸入反应萃取塔(12)内的进料段(12-3)，搅拌轴(12-9)上设置有搅拌桨(12-11)。
10.如权利要求6所述芦苇制备糠醛联产无胶纤维板的方法，其特征在于：在所述反应萃取塔(12)的反应萃取段(12-4)设置了挡板(12-10)；在水相与溶剂相分离澄清段(12-5)的一侧设置水相出料口(12-7)；在反应萃取段(12-4)上部的一侧设置溶剂进料管(12-8)，在反应萃取塔(12)的底部设置出料口(12-14)。
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