CN115162042A - 一种蔗髓风选分离装置及分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蔗髓风选分离装置，包括支撑用的底盘，底盘的中心安装有风选筒，风选筒的底部设置有装样盘，底盘的外周边内安装有防飞扬罩，风选筒全部覆盖在防飞扬罩的内部，风选筒的底部通过进风管与外部的供风设备连通；利用该装置进行蔗髓的风选分离方法，主要包括三步：1)首次分离，2)再次分离，3)清洗烘干，最终得到较高纯度的蔗髓。本发明结构简单、紧凑稳固、运行平稳、安装方便，低功耗节能、无粉尘飞扬，获得的蔗髓没有化学试剂残留，能够有效保留蔗髓天然结构，有利于蔗髓进一步的实验操作和高值化利用。
Description
技术领域
本发明涉及蔗髓分离技术领域，尤其涉及一种蔗髓风选分离装置及分离方法。
背景技术
目前，国内用甘蔗蔗渣纤维作造纸原料的总需求量逐年增大，作为可再生的造纸原料和燃料，在造纸工业和环境保护的可持续发展方面发挥着不可替代的作用。蔗渣生物质的主要成分为纤维素(35.4％)、半纤维素(20.6％)、木质素(18.6％)和水分(5.7％)。其中，含量最高的纤维素的高值化综合利用，可极大地提升蔗糖产业的经济效益，但多年来对纤维素的重要应用研究，没有突破性的进展，主要障碍是自然界的和经过加工的纤维素的结构十分紧密，难以用化学的和生物学的方法分解和转化。蔗渣中含有非纤维薄壁细胞(髓细胞)，通常称为蔗髓。经过榨糖之后剩下的甘蔗渣，约有50％的纤维可以用来造纸。不过，其中尚有部分蔗髓(髓细胞)没有交织力，制浆过程前应予除去。研究发现，蔗髓是甘蔗的髓心部分，蔗髓(pith)约占蔗渣的30％，与甘蔗其他部分相比，更容易发生霉变和滋生微生物。目前，常通过一些实验方法，将蔗髓从甘蔗渣中分离出来，首先是化学水解方法，由于化学试剂的添加，导致样品产生化学残留，较难去除；而利用实验室离心机分离法，被分离的样品成分易结块成坨，分离样品量少，效率低。因此，如何发明一种蔗髓风选装置，通过风选法将甘蔗渣中质量轻、细小、絮状的蔗髓有效分离出来，得到纯度较高、干净的蔗髓，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种蔗髓风选分离装置，将甘蔗渣中质量轻、细小、絮状的蔗髓有效分离出来，得到纯度较高、干净的蔗髓；风选法的到的蔗髓没有化学试剂残留，能够有效保留蔗髓天然结构，且操作简单，效率高，有利于蔗髓进一步的实验操作和高值化利用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种蔗髓风选分离装置，包括支撑用的底盘，所述底盘的中心安装有风选筒，所述风选筒的底部设置有装样盘，所述底盘的外周边内安装有防飞扬罩，所述风选筒全部覆盖在所述防飞扬罩的内部，所述风选筒的底部通过进风管与外部的供风设备连通。
进一步的，所述风选筒包括底部的风选底座和上部的风选管，所述风选管的底部连接在所述底座的顶面上，且所述风选底座的内腔与所述风选管的内腔相连通，所述风选管的顶面上连接有筛网。
进一步的，所述风选底座的内部设置有滑道，所述装样盘可滑动的连接在所述滑道上。
进一步的，所述装样盘设置为簸箕状，装样盘的底板两侧设置有滚轮，滚轮滑动连接在所述滑道内，所述装样盘的外侧壁上设置有抽拉把手。
进一步的，所述风选底座的侧壁上安装有搅拌装置，所述搅拌装置包括电机和搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述风选底座的内部，所述电机安装在所述风选底座的外侧壁上，所述搅拌叶片的中心连接在所述电机的旋转轴端部。
进一步的，所述筛网的目数包括40目、60目或100目。
进一步的，所述防飞扬罩扣合后的底端嵌入连接到所述底盘外周竖直边的内侧，底盘外周竖直边的外侧设置有定位用的锁紧连接件，所述防飞扬罩的中部设置有至少两个搬运环。
进一步的，所述底盘外周竖直边的外侧壁上连接有下连接板，所述防飞扬罩的外侧壁底部连接有上连接板，所述上连接板与下连接板一一对应，且所述上连接板与下连接板上开设有连接通孔，所述锁紧连接件从上至下依次贯穿连接在上连接板与下连接板的连接通孔上。
进一步的，所述供风设备采用鼓风机或风扇，采用鼓风机时，所述进风管贯穿所述防飞扬罩的侧壁后与所述鼓风机的出风口连通；采用风扇时，所述进风管的另一端设置为喇叭口状，所述喇叭口状正对所述风扇的吹风侧。
一种蔗髓风选分离方法，利用如上所述的蔗髓风选分离装置进行筛选分离，具体包括以下步骤：
步骤一、原料的准备：原料为以甘蔗渣为纸浆原料的造纸制浆厂提供的甘蔗渣；
步骤二、原料的处理：将造纸制浆厂初步分离纯化的甘蔗渣用清水清洗，在实验室干燥箱内低温烘干，烘干温度低于70℃，得到粗细不均匀的粉末状甘蔗渣；
步骤三、蔗髓风选分离：
1)首次分离，首先将一定量的甘蔗渣原料放入装样盘中，通电后供风设备启动，同时电机启动带动搅拌叶片旋转，甘蔗渣在搅拌和风力共同作用下飞扬至垂直的风选管中，质量最轻、体积最小的部分被吹至管道的最上方，经过筛网后飞扬出顶部的管口，然后缓缓落入底盘内；最后，收集底盘上的粉末，并去除装样盘剩余的蔗渣；
2)再次分离，将底盘收集的粉末再次放入装样盘，二次或多次风选操作收集底部粉末，最终得到质量轻、细小絮状的粉末；
3)清洗烘干，将最后收集到的细小絮状的粉末经过清水清洗，再经过烘干得到较高纯度的蔗髓。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种蔗髓风选分离装置，包括支撑用的底盘，底盘的中心安装有风选筒，风选筒的底部设置有装样盘，底盘的外周边内安装有防飞扬罩，风选筒的底部通过进风管与外部的供风设备连通，供风设备具体可选用鼓风机或风扇，风选筒包括底部的风选底座和上部的风选管；利用该蔗髓风选分离装置进行蔗髓的风选分离主要包括三步：1)首次分离，2)再次分离，3)清洗烘干，最终得到较高纯度的蔗髓。综上，本发明结构简单、紧凑稳固、运行平稳、安装方便，低功耗节能、无粉尘飞扬，获得的蔗髓没有化学试剂残留，能够有效保留蔗髓天然结构，有利于蔗髓进一步的实验操作和高值化利用，可以将纯化的蔗髓经碳化和石墨化后制备石墨烯晶体。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明蔗髓风选分离装置示意图；
图2为本发明风选底座和装样盘连接结构示意图；
图3为本发明图1中A位置放大图；
图4为本发明蔗髓风选分离装置另一个实施例示意图；
图5为本发明风选管顶部结构示意图；
图6为本发明筛网结构示意图；
图7为本发明蔗髓的扫描电镜照片；
附图标记说明：1、底盘；101、下连接板；2、风选底座；201、滑道；3、装样盘；301、抽拉把手；4、搅拌装置；5、进风管；6、鼓风机；7、防飞扬罩； 701、搬运环；702、上连接板；8、锁紧连接件；9、风选管；901、定位片；10、筛网；1001、避让凹槽。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-6所示，一种蔗髓风选分离装置，包括支撑用的底盘1，所述底盘1 的中心安装有风选筒，所述风选筒的底部设置有装样盘3，所述底盘1的外周边内安装有防飞扬罩7，所述风选筒全部覆盖在所述防飞扬罩7的内部，所述风选筒的底部通过进风管5与外部的供风设备连通。
具体的，所述风选筒包括底部的风选底座2和上部的风选管9，所述风选底座2的底面设置有法兰边，可以通过粘结或螺钉紧固连接在底盘1上，且贴合面上设置有密封胶垫，所述风选管9的底部通过螺纹或卡接连接在所述底座2 的顶面上，连接处可以增设密封圈，保证连接的紧密性，且所述风选底座2的内腔与所述风选管9的内腔相连通，所述风选管9的顶面上连接有筛网10。如图5、6所示，具体的，筛网10可快速拆卸的卡接在所述风选管9的顶面上，所述风选管9的顶面设置有三个定位片901，且三个定位片901呈圆周均布，筛网10的周边设置有三个圆周均布的避让凹槽1001，避让凹槽1001的尺寸大于定位片901的尺寸，安装时将三个避让凹槽1001与三个定位片901对齐后放入到支撑平面上，然后旋转筛网10，将避让凹槽1001与定位片901错位移开，此时筛网10上未开槽的边缘卡接到支撑平面与定位片901之间的缝隙内，实现快速卡接定位；反向操作可以实现筛网的快速拆卸及更换作业。所述筛网10的目数包括40目、60目或100目，具体来说，随着筛网目数的增加，风选出来的蔗髓形态会有一些变化，40与60目筛网下，筛选出来的蔗髓除了小片絮状外还会还有部分小短棒和颗粒状的，100目以上的筛网选出来的蔗髓大部分为小片绒絮状，质量也更轻。
如图2所示，所述风选底座2的内部设置有滑道201，所述装样盘3可滑动的连接在所述滑道201上。所述装样盘3设置为簸箕状，装样盘3的底板两侧设置有滚轮，滚轮滑动连接在所述滑道201内，所述装样盘3的外侧壁上设置有抽拉把手301，提高装样盘3滑入、抽出的操作便利性。具体的，装样盘3的周边粘接有密封胶条，密封胶条与所述风选底座2的开口位置配合，保证筛选作业时的密封性，避免甘蔗渣逸出。
所述风选底座2的侧壁上安装有搅拌装置，所述搅拌装置包括电机和搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述风选底座2的内部，所述电机安装在所述风选底座2的外侧壁上，所述搅拌叶片的中心连接在所述电机的旋转轴端部；具体的，所述搅拌叶片采用柔性材料制作，具体采用塑料或布条，主要作用是提高甘蔗渣的飞扬效果，以便于更好的受到风力时分离后向上飘扬，提高分离效果。工作时，电机启动后通过旋转轴带动搅拌叶片高速旋转。
所述防飞扬罩7扣合后的底端嵌入连接到所述底盘1外周竖直边的内侧，底盘1外周竖直边的外侧设置有定位用的锁紧连接件8，所述防飞扬罩7的中部设置有至少两个搬运环701。
所述底盘1外周竖直边的外侧壁上连接有下连接板101，所述防飞扬罩7的外侧壁底部连接有上连接板702，所述上连接板702与下连接板101一一对应，且所述上连接板702与下连接板101上开设有连接通孔，所述锁紧连接件8从上至下依次贯穿连接在上连接板702与下连接板101的连接通孔上。具体的，锁紧连接件8采用螺钉或带头插销，该连接方式安装拆卸方便快捷。
所述供风设备采用鼓风机6或风扇11，采用鼓风机6时，所述进风管5贯穿所述防飞扬罩7的侧壁后与所述鼓风机的出风口连通；采用风扇11时，所述进风管5的另一端设置为喇叭口状，所述喇叭口状正对所述风扇的吹风侧。
另一个具体的实施例中，装样盘3为圆形盘状，直径约15～20cm，装样盘上安装有一个搅拌叶片，搅拌叶片可通电旋转将样品搅拌。装样盘放置在风选筒内，顶部的风选管直径约10cm，高约1米(高度可调节)，风选底座2的高度10cm。进风管5采用透明软管，长短可调节，直径约1～2cm，进风管的另一头密封连接一个喇叭口状的进风口，进风口面对风扇以保证进风量，进风口的直径略大于风扇的直径。底盘1为圆形盘装，直径约1米，装样盘3放置于底盘中间，可拆卸，防飞扬罩7采用透明PVC材料制作，为倒置桶形，高度约110～ 120cm，高于风选管9的出口约10cm，直径约1米，防飞扬罩7的直径略小于底盘1的直径，嵌置于底盘上方，并通过锁紧连接件8可拆卸连接在一起。
一种蔗髓风选分离方法，利用如上所述的蔗髓风选分离装置进行筛选分离，具体包括以下步骤：
步骤一、原料的准备：原料为以甘蔗渣为纸浆原料的造纸制浆厂提供的甘蔗渣；
步骤二、原料的处理：将造纸制浆厂初步分离纯化的甘蔗渣用清水清洗，在实验室干燥箱内低温烘干，烘干温度低于70℃，得到粗细不均匀的粉末状甘蔗渣；
步骤三、蔗髓风选分离：
1)首次分离，首先将一定量的甘蔗渣原料放入装样盘3中，通电后供风设备启动，同时电机启动带动搅拌叶片旋转，甘蔗渣在搅拌和风力共同作用下飞扬至垂直的风选管9中，质量最轻、体积最小的部分被吹至管道的最上方，经过筛网10后飞扬出顶部的管口，然后缓缓落入底盘1内。最后，收集底盘1上的粉末，并去除装样盘剩余的蔗渣；
2)再次分离，将底盘收集的粉末再次放入装样盘3，二次或多次风选操作收集底部粉末，最终得到质量轻、细小絮状的粉末；
3)清洗烘干，将最后收集到的细小絮状的粉末经过清水清洗，再经过烘干得到较高纯度的蔗髓，烘干温度控制在70℃以下。
如图7所示，筛选分离后的蔗髓，通过扫描镜拍摄成花瓣状，证实是纤维素成分。
具体的，筛分次数为2次，采用40目和60目的筛网时，获得的蔗髓形态为小片绒絮状、短棒状或颗粒状，最终收集到的蔗髓质量较重；当筛次数2次，采用100目的筛网时，蔗髓形态大多数为小片绒絮状，没有短棒状，最终收集到的蔗髓质量较轻；根据后续要求，需要不同形态的蔗髓，可以对应的调整筛网目数。
风力对于筛选的影响，主要为风力越大，筛选速度越快，但同时筛选出来的蔗髓形态和质量不同，如果需要小片绒絮状的蔗髓，需要安装100目以上筛网，并将风速调低。即筛网目数越高，风速越低，筛选出来的蔗髓形态越多为小片绒絮状，质量也越轻，纯度越高；反之，筛选出来的蔗髓形态参杂更多棒状，颗粒状的，质量也越重。
在蔗髓风选分离时，根据甘蔗渣的质量和粉末形态，可以调节筛网目数、风力大小、进风管的长短以及风选管的高度，以获取合格的蔗髓进行下一步应用，通过研究发现可以将纯化的蔗髓经碳化和石墨化后，得到花瓣状态的石墨烯晶体。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种蔗髓风选分离装置，其特征在于：包括支撑用的底盘(1)，所述底盘(1)的中心安装有风选筒，所述风选筒的底部设置有装样盘(3)，所述底盘(1)的外周边内安装有防飞扬罩(7)，所述风选筒全部覆盖在所述防飞扬罩(7)的内部，所述风选筒的底部通过进风管(5)与外部的供风设备连通。
2.根据权利要求1所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述风选筒包括底部的风选底座(2)和上部的风选管(9)，所述风选管(9)的底部连接在所述底座(2)的顶面上，且所述风选底座(2)的内腔与所述风选管(9)的内腔相连通，所述风选管(9)的顶面上连接有筛网(10)。
3.根据权利要求2所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述风选底座(2)的内部设置有滑道(201)，所述装样盘(3)可滑动的连接在所述滑道(201)上。
4.根据权利要求3所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述装样盘(3)设置为簸箕状，装样盘(3)的底板两侧设置有滚轮，滚轮滑动连接在所述滑道(201)内，所述装样盘(3)的外侧壁上设置有抽拉把手(301)。
5.根据权利要求2所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述风选底座(2)的侧壁上安装有搅拌装置，所述搅拌装置包括电机和搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述风选底座(2)的内部，所述电机安装在所述风选底座(2)的外侧壁上，所述搅拌叶片的中心连接在所述电机的旋转轴端部。
6.根据权利要求2所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述筛网(10)的目数包括40目、60目或100目。
7.根据权利要求1所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述防飞扬罩(7)扣合后的底端嵌入连接到所述底盘(1)外周竖直边的内侧，底盘(1)外周竖直边的外侧设置有定位用的锁紧连接件(8)，所述防飞扬罩(7)的中部设置有至少两个搬运环(701)。
8.根据权利要求7所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述底盘(1)外周竖直边的外侧壁上连接有下连接板(101)，所述防飞扬罩(7)的外侧壁底部连接有上连接板(702)，所述上连接板(702)与下连接板(101)一一对应，且所述上连接板(702)与下连接板(101)上开设有连接通孔，所述锁紧连接件(8)从上至下依次贯穿连接在上连接板(702)与下连接板(101)的连接通孔上。
9.根据权利要求1所述的蔗髓风选分离装置，其特征在于：所述供风设备采用鼓风机(6)或风扇(11)，采用鼓风机(6)时，所述进风管(5)贯穿所述防飞扬罩(7)的侧壁后与所述鼓风机的出风口连通；采用风扇(11)时，所述进风管(5)的另一端设置为喇叭口状，所述喇叭口状正对所述风扇的吹风侧。
10.一种蔗髓风选分离方法，其特征在于：利用权利要求1-9任意一项所述的蔗髓风选分离装置进行筛选分离，具体包括以下步骤：
步骤一、原料的准备：原料为以甘蔗渣为纸浆原料的造纸制浆厂提供的甘蔗渣；
步骤二、原料的处理：将造纸制浆厂初步分离纯化的甘蔗渣用清水清洗，在实验室干燥箱内低温烘干，烘干温度低于70℃，得到粗细不均匀的粉末状甘蔗渣；
步骤三、蔗髓风选分离：
1)首次分离，首先将一定量的甘蔗渣原料放入装样盘(3)中，通电后供风设备启动，同时电机启动带动搅拌叶片旋转，甘蔗渣在搅拌和风力共同作用下飞扬至垂直的风选管(9)中，质量最轻、体积最小的部分被吹至管道的最上方，经过筛网(10)后飞扬出顶部的管口，然后缓缓落入底盘(1)内；最后，收集底盘(1)上的粉末，并去除装样盘剩余的蔗渣；
2)再次分离，将底盘收集的粉末再次放入装样盘(3)，二次或多次风选操作收集底部粉末，最终得到质量轻、细小絮状的粉末；
3)清洗烘干，将最后收集到的细小絮状的粉末经过清水清洗，再经过烘干得到较高纯度的蔗髓。
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