CN116163151A - 汽爆加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽爆加工方法，包括以下步骤：第一步，将物料放入工作腔；第二步，向工作腔内通入不饱和蒸汽，使工作腔内的温度保持在60℃～150℃，压力保持在0.2MPa～2.0MPa，再进行保温保压；第三步，连通工作腔与汽爆物料腔，使物料进入汽爆物料腔，并于汽爆物料腔内进行瞬间失压汽爆，汽爆物料腔内的压力骤降，以完成物料的汽爆加工。将物料放入工作腔后，输入不饱和蒸汽，使得工作腔内的压力升高，且温度升至60℃至150℃之间。保温保压处理后再使工作腔与物料汽爆腔连通，使物料进入汽爆物料腔内进行汽爆，完成纤维素、木质素等的汽爆分离。本申请的保温温度能够有效的降低纤维素、木质素在保温保压过程中的碳化程度，提高最终产品的白度。
Description
技术领域
本发明涉及植物汽爆技术领域，特别涉及一种汽爆加工方法。
背景技术
在以植物为原材料来应用的相关技术中，涉及一种汽爆加工方法，对植物进行处理，将植物的纤维素、木质素、半纤维素进行分离。汽爆加工方法是通过饱和蒸汽在高温高压下对植物进行突然失压汽爆完成汽爆加工。
汽爆加工过程中，一般采用高温将木质素软化，以便于木质素的分离。但对于纤维素、木质素等而言，高温环境易导致纤维素、木质素出现碳化现象，使得汽爆加工后的产品颜色偏深，如出现棕色或灰色等。这将影响植物汽爆加工后生产出的产品的质量，其不能作为原材料应用于部分对白度具有要求的产品。
发明内容
本申请的目的在于提供一种能够降低纤维素、木质素碳化程度的植物汽爆加工方法。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
根据本申请的一个方面，本申请提供一种汽爆加工方法，包括以下步骤：第一步，将物料放入工作腔；第二步，向所述工作腔内通入不饱和蒸汽，使所述工作腔内的温度保持在60℃～150℃，压力保持在0.2MPa～2.0MPa，再进行保温保压；第三步，连通所述工作腔与汽爆物料腔，使所述物料进入所述汽爆物料腔，并于所述汽爆物料腔内进行瞬间失压汽爆，所述汽爆物料腔内的压力骤降，以完成所述物料的汽爆加工。
在一些实施例中，在第二步中，所述不饱和蒸汽包括饱和蒸汽及压缩气体。
在一些实施例中，在第二步中，所述饱和蒸汽及所述压缩气体混合后形成所述不饱和蒸汽，再将所述不饱和蒸汽通入所述工作腔；或，向所述工作腔内通入所述饱和蒸汽，以使所述工作腔升温升压，再进行保温保压；在保温保压过程后，向所述工作腔通入所述压缩气体，以形成高压低温的所述不饱和蒸汽，以再次提高所述工作腔内的压力，以使所述工作腔内的压力达到汽爆的压力要求。
在一些实施例中，保温保压过程的持续时间≤20分钟。
在一些实施例中，所述工作腔上设有自动补温装置，以当所述工作腔内通入所述压缩气体时，所述自动补温装置使所述工作腔保温。
在一些实施例中，所述压缩气体为惰性气体。
在一些实施例中，所述压缩气体还包括二氧化碳。
在一些实施例中，所述压缩气体为空气。
在一些实施例中，在第一步中，所述物料放入所述工作腔后，对所述工作腔进行抽真空。
在一些实施例中，在第一步中，所述物料放入所述工作腔前，通入惰性气体以减小工作腔内的氧气含量。
在一些实施例中，所述工作腔上设有压力计及除氧设备。
由上述技术方案可知，本申请至少具有如下优点和积极效果：
本申请中，将物料放入工作腔后，输入饱和蒸汽及压缩气体，使得工作腔内的压力升高，温度升至60℃至150℃之间。保温保压处理后再使工作腔与物料汽爆腔连通，使物料进入汽爆物料腔内进行汽爆，完成纤维素、木质素等的汽爆分离。本申请的保温温度能够有效的降低纤维素、木质素在保温保压过程中的碳化程度，提高最终产品的白度。
附图说明
图1是相关技术中汽爆加工方法的流程示意图。
图2是本发明汽爆加工方法的结构示意图。
图3是本发明汽爆加工方法的汽爆加工的流程示意图。
图4是本发明汽爆加工方法的其中一实施例的流程示意图。
图5是本发明汽爆加工方法的另一实施例的流程示意图。
附图标记说明如下：
100、工作腔；110、门阀；120、自动补温装置；200、汽爆物料腔；300、连通阀。
具体实施方式
体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，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所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在相关技术中，木材、竹材等原材料经过相关工艺处理之后，能够分离出纤维素、半纤维素及木质素。其中，纤维素及半纤维素能够应用于可降解容器、造纸及织布等行业，木质素从原材料中分离后能够应用于粘着剂、粘附剂、化妆品等。
本发明人意识到采用汽爆工艺分离竹材三素的方法，其能够有效的分离木质素、半纤维素及纤维素，并能够比较完整的保留半纤维素及纤维素。且汽爆工艺相比于传统的化学法、机械化学法相比，不会造成化学污染，其能够保护生态环境，同时，还能够降低加工工艺的生产成本，从而降低分离后纤维素、半纤维素及木质素的成本，提高产品竞争能力。
图1是相关技术中汽爆加工方法的流程示意图。
参阅图1，相关技术中，汽爆工艺包括：去除外皮、切块、清洗、干燥、汽爆及筛分。去除外皮包括对原材料进行清洗、去皮等工序，以防止外皮附带的杂质污染产品。切块通过锯盘等设备，将去除外皮后的原材料剖切成小块，以便于后续汽爆过程。清洗及干燥，用于对切块后的小块原材料进行清洗，以去除小块原材料内部上的杂质。在清洗时加入消毒防腐剂浸泡原材料，以延长原材料的保质期，便于运输存储。清洗完成后采用离心机、吹风机等设备对原材料外表进行干燥。在汽爆时，将木材放入汽爆机内加压加温，并进行保温保压，高温环境使木质素软化，以便于木质素的分离。保温保压一段时间后，将汽爆机的阀门打开，使得汽爆机内空间与外界连通，汽爆机内的压力瞬间降低，纤维素、半纤维素及木质素之间爆开。炸开后的纤维素、半纤维素及木质素再通过筛分工艺进行筛分，以分离处纤维素产品、半纤维素产品及木质素产品。
但在汽爆加工的实际生产过程中，对纤维素、木质素等进行高温高压处理时，高温环境易导致纤维素、木质素出现碳化现象，使得汽爆加工后的产品颜色偏深，如出现棕色或灰色等。这将影响植物汽爆加工后生产出的产品的质量，其不能作为原材料应用于部分对白度具有要求的产品。
图2是本发明汽爆加工方法的结构示意图。图3是本发明汽爆加工方法的汽爆加工的流程示意图。
参阅图3，本申请发明人意识到上述问题后，其针对上述的问题进行了专门的改进，研发了一种汽爆加工方法，以使汽爆加工后的产品能够应用于生产对产品白度要求较高的产品。
在本实施例中，一种汽爆加工方法，其包括：
第一步，将物料放入工作腔100；
第二步，向工作腔100内通入不饱和蒸汽，使工作腔100内的温度保持在60℃～150℃，压力保持在0.2MPa～2.0MPa，再对物料进行保压保温处理；
第三步，连通工作腔100与汽爆物料腔200，使物料进入汽爆物料腔200，并于汽爆物料腔200内进行瞬间失压汽爆，汽爆物料腔200内的压力骤降，以完成物料的汽爆。
汽爆机包括工作腔100及汽爆物料腔200，工作腔100上开设有入料口，入料口上设置有门阀110。工作腔100与汽爆物料腔200相连通，且工作腔100与汽爆物料腔200之间设置有连通阀300，以能够通断工作腔100及汽爆物料腔200。
将物料放入汽爆机的工作腔100后，关闭工作腔100，以密封工作腔100。向工作腔100内输入不饱和蒸汽，以使工作腔100开始升温升压，并在升温至60℃～150℃、升压至0.2MPa～2.0MPa的范围后，保温保压一段时间。在升温升压及保温保压过程中，蒸汽进入物料中，并渗入至纤维间的孔隙和细胞壁，与纤维素中部分羟基产生氢键作用，在水蒸汽和热的联合作用下，纤维素、半纤维素及木质素开始软化降解，低分子物质开始溶出，纤维间的连接作用开始减弱。
当物料于工作腔100内保温保压一段时间后，打开汽爆机的连通阀300，以连通工作腔100与汽爆物料腔200。此时，工作腔100内的气体泄放至汽爆物料腔200内。在泄压后，植物细胞内部压力远大于外部压力，当这个过程在短时间内时间突发时，细胞内部蒸汽来不及从孔隙释放出来，蒸汽的巨大压力就会使得细胞内部产生爆炸，细胞在高温高压作用下，纤维素、半纤维素和木质素结构遭到破坏，纤维素之间的氢键被打断，降低纤维间的连接作用，使得纤维素、半纤维素和木质素分离。以便于后需纤维素、半纤维素及木质素的筛分。
在一些实施例中，第一步，将物料放入工作腔100后，对工作腔100进行抽真空。
工作腔100上连通有抽真空装置。当物料放入工作腔100后，关闭门阀110，以封闭工作腔100。再通过抽真空装置对工作腔100进行抽真空，以减少工作腔100内的空气及压力。以便于第二步中通入的不饱和蒸汽更快的渗入纤维间的空隙和细胞壁之间，从而提高高温高压的压缩气体对植物细胞的处理效率，以减少保温保压的时间，且能够提高第三步汽爆过程中纤维素、半纤维素及木质素的分离效率。
在另一些实施例中，第一步，将物料放入工作腔100前，通入惰性气体，以将工作腔100内的空气输出至外界，以减小氧气含量，再进入第二步以通入不饱和蒸汽。工作腔100内的空气能够通过抽真空装置抽出至外界。工作腔100上还能够设置换气阀，以在通入惰性气体后，工作腔100内的空气通过换气阀排出至外界，从而减少工作腔100内氧气含量。
图4是本发明汽爆加工方法的其中一实施例的流程示意图。
参阅图3和图4，在本发明的其中一实施例当中，工作人员将饱和蒸汽及压缩气体混合后形成不饱和蒸汽，再将不饱和蒸汽输入工作腔100。以使工作腔100内的温度升至60℃～150℃、压力升至0.2MPa～2.0MPa，从而在保障工作腔100内的压力达到汽爆要求时，减少工作腔100内的温度，防止工作室内温度过高而碳化纤维素、半纤维素及木质素。使物料在同等温度下的更高压力下，完成汽爆加工，以提高汽爆后的产品质量。
图5是本发明汽爆加工方法的另一实施例的流程示意图。
参阅图3和图5，在本发明另一实施例中，工作人员先将饱和蒸汽输入至工作腔100内，以使工作腔100升温至60℃～150℃、升压至0.2MPa～2.0MPa。再对工作腔100进行保温保压过程，以使木质素软化，便于后续纤维素、半纤维素及木质素的汽爆加工及分离。保温保压后，向工作腔100通入压缩气体，以在保温的情况下再次提高工作腔100内的压力，以使工作腔100内的压力升压后达到汽爆压力要求，再进行第三步的失压汽爆加工。
相关技术中，若只采用输入饱和蒸汽的工艺，工作腔100内压力在逐渐增大过程中，温度也随之上升，从而出现汽爆产品碳化的现象。而采用饱和蒸汽加压缩气体等方式到汽爆压力要求，能够有效的提升产品的白度。
在本实施例的第二步中，采用先通入饱和蒸汽，再通入压缩气体的方案时，工作腔100将会产生温度降低的现象。因此，工作腔100上设有自动补温装置120，自动补温装置120能够实时检测工作腔100的温度，且能够内设参数，以使工作腔100内温度低于内设参数时，为工作腔100提供热量进行升温，补偿降温情况，保障温度相对稳定。在本实施例中，自动补温装置120的内设参数为60℃，当通入压缩气体时，自动补温装置120使工作腔100的温度维持在60℃以上。
在本实施例中，当工作腔100内的压力进一步提高时，能够使得蒸汽在压力的作用下进一步伸入纤维素间及细胞中，从而提高后续失压汽爆过程中纤维素、半纤维素及木质素的分离效率，且能够减少纤维素、半纤维素及木质素的碳化率，提高纤维素、半纤维素及木质素的产品质量。
在一些实施例中，保温保压过程的持续时间≤20分钟。并且，当工作腔100内输入的压缩气体越多，工作腔100内的压力越大，在保障蒸汽渗透效率的同时，减少保温保压过程的持续时间，从而降低生产成本，提高生产效率。
在一些实施例中，第二步中，保温升压过程后，再进行保压一端时间，从而使得蒸汽能够更好的渗入原材料细胞中。
在一些实施例中，当压缩气体输入过多时，可以适当减少饱和蒸汽占工作腔100内的体积占比，使得工作腔100能够在低温高压的情况下，使得气体伸入纤维之间的空隙及细胞之间，从而能够进一步降低纤维素、木质素的碳化程度。
在本实施例中，压缩气体为惰性气体，以保障工作腔100在升压、失压泄放过程中的安全。在一些实施例中，压缩气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。在另一些实施例中，压缩气体还包括二氧化碳。
在本申请采用的压缩气体，其能够为惰性气体、二氧化碳或空气等，压缩气体通入工作腔100内，以替代部分饱和水蒸气进入工作腔100，其可以降低饱和蒸汽的用量。由于水的比热容大，通过减小饱和蒸汽的用量，从而降低了汽爆过程中升温升压的能耗。
在一些实施例中，工作腔100上设有压力计，以用于实时检测工作腔100内的压力变化，以能够保障在升温升压后、保温保压时工作腔100内的压力参数达到标准，从而保障后续汽爆加工的效率。
在一些实施例中，工作腔100上设置有除氧设备(图中未示出)，除氧设备能够在物料进入工作腔内后，去除饱和蒸汽、压缩气体及工作腔内的氧气，以提高汽爆系统的耐腐蚀性能及安全性能。
本申请中，将物料放入工作腔100后，输入压缩气体，使得工作腔100内的压力升高，温度升至60℃至150℃之间。保温保压处理后再使工作腔100与物料汽爆腔连通，使物料进入汽爆物料腔200内进行汽爆，完成纤维素、木质素等的汽爆分离。本申请的保温温度能够有效的降低纤维素、木质素在保温保压过程中的碳化程度，提高最终产品的白度。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种汽爆加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将物料放入工作腔；
第二步，向所述工作腔内通入不饱和蒸汽，使所述工作腔内的温度保持在60℃～150℃，压力保持在0.2MPa～2.0MPa，再进行保温保压；
第三步，连通所述工作腔与汽爆物料腔，使所述物料进入所述汽爆物料腔，并于所述汽爆物料腔内进行瞬间失压汽爆，所述汽爆物料腔内的压力骤降，以完成所述物料的汽爆加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在第二步中，所述不饱和蒸汽包括饱和蒸汽及压缩气体。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，在第二步中，所述饱和蒸汽及所述压缩气体混合后形成所述不饱和蒸汽，再将所述不饱和蒸汽通入所述工作腔；
或，向所述工作腔内通入所述饱和蒸汽，以使所述工作腔升温升压，再进行保温保压；在保温保压过程后，向所述工作腔通入所述压缩气体，以形成高压低温的所述不饱和蒸汽，以再次提高所述工作腔内的压力，以使所述工作腔内的压力达到汽爆的压力要求。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，保温保压过程的持续时间≤20分钟。
5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述工作腔上设有自动补温装置，以当所述工作腔内通入所述压缩气体时，所述自动补温装置使所述工作腔保温。
6.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述压缩气体为惰性气体。
7.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述压缩气体还包括二氧化碳。
8.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述压缩气体为空气。
9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在第一步中，所述物料放入所述工作腔后，对所述工作腔进行抽真空。
10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在第一步中，所述物料放入所述工作腔前，通入惰性气体以减小工作腔内的氧气含量。
11.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述工作腔上设有压力计及除氧设备。
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