蒸汽爆破製漿設備的製作方法

2023-10-05 11:07:09 2

本實用新型涉及機械設備領域，具體是一種蒸汽爆破製漿設備。

背景技術：

木質素是由苯丙烷單元通過醚鍵（-O-）和碳鍵（C-C）連接而成的具有天然芳香族高分子化合物。在植物纖維中，木質素含量僅次於纖維素和半纖維素，是第三大天然有機物，約佔5-30%。人類對纖維素的研究已有幾千年的歷史，可是對木質素的研究卻是從1930年開始，且發展較慢。木質素有很好的分散性、阻燃性、耐溶劑型、熱穩定性，其分子具有多種活性官能團（芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基和共軛雙鍵等），在現代工業中有較高的利用價值；目前優質的木質素已被廣泛應用，國際上已開發的木質素產品達200餘種。

在我國，甘蔗渣是一種重要的農產品廢棄資源，甘蔗渣是製糖的一種農產品廢棄物，每生產出一噸的蔗糖就會產生約一噸的蔗渣。越來越多的國家特別是發達國家已經把農產品廢棄物等可再生資源的轉化利用列入社會經濟可持續發展的重要戰略，農產品廢棄生物質的有效利用，已經成為當今人類可持續發展的重點之一。甘蔗渣中含有大量的纖維素、木質素、半纖維素等天然高分子物質。目前這些蔗渣除少量用於造紙外，絕大部分被燒掉或廢棄，不僅造成資源浪費，還嚴重汙染了環境。因此，如果能從甘蔗渣中分離出優質的木質素應用於工業生產，將會產生巨大的經濟效益和生態效益。在甘蔗渣中分離木質素，需要先對甘蔗渣進行處理成比較細碎的甘蔗棉絮狀的纖維且製成液體式的漿料，傳統的方法常常採用機械破碎法和化學處理，然而，機械破碎法難以將細胞有效破碎，致使提取效率低；而化學破碎方法易造成提取物結構的改變和活性降低或失活，且會對環境產生二次汙染，更重要的是植物組織內部未能得到徹底破碎。因此，如何將甘蔗渣爆破成棉絮狀的甘蔗渣漿料，以得到能從甘蔗渣漿料提取效率更高，質量更好的木質素的設備和技術，是一個亟待解決的技術難題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種將甘蔗渣爆破成棉絮狀的甘蔗渣漿料的結構簡單、質量穩定的蒸汽爆破製漿設備，降低從甘蔗渣中分離木質素的生產成本，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

本蒸汽爆破製漿設備，其特徵在於：包括真空泵、負壓排空罐和爆破罐，所述負壓排空罐的一端與真空泵連接，所述負壓排空罐的出料口與爆破罐的進料口連接，所述爆破罐的上部還設有煙囪裝置，所述爆破罐的出料埠連接有漿液收集罐，所述煙囪裝置的上部連接有粉塵排放管，所述粉塵排放管連接有粉塵收集箱，煙囪裝置的下部還連接有汙水管道，所述汙水管道連接有汙水收集箱。

以上所述爆破罐包括罐體、進料口和漿液輸出口，所述進料口設於罐體的上部，進料口入口處設有噴放閥，所述漿液輸出口設有漿液輸送管道。

以上所述煙囪裝置包括噴水裝置、煙囪倉體、煙囪蓋、粉塵排放口和廢水排放口，所述煙囪倉體內設置有噴水裝置，所述煙囪倉體側面還設有粉塵排放口，煙囪倉體頂部安裝有防止粉塵外飛的煙囪蓋，煙囪倉體的底部設有廢水排放口。

以上所述的煙囪蓋頂部為凹口向下的半球體形狀結構。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

1.結構簡單，破碎效率高。本實用新型採用蒸汽爆破技術，即應用蒸汽彈射原理實現的爆炸過程對甘蔗渣進行預處理的一種設備，本設備將滲進甘蔗渣組織內部的蒸汽分子瞬時釋放完畢，使蒸汽內能轉化為機械能並作用於甘蔗渣組織細胞層間，從而用較少的能量將甘蔗渣徹底分解。由於既避免了化學處理的二次汙染問題，又解決了目前生物處理效率低的缺陷，所以本實用新型採用負壓排空罐和爆破罐對甘蔗渣進行蒸汽爆破，大大提高了破碎速度和提取率，降低了木質素的生產成本，具有操作簡便，能耗低，本設備破碎的生產效率比傳統的機械破碎法效率提高了三倍以上。

2.質量穩定，環保衛生。本實用新型的蒸汽爆破製漿設備，在爆破罐上設有煙囪裝置，所述煙囪裝置的上部連接有粉塵排放管，能有效地將粉碎過程中產生的粉塵及時完全地通過煙囪倉體設有的粉塵排放口和連接的排放管排入粉塵收集箱內；另外，在煙囪倉體內腔還設置有噴水裝置，將生產中產生的粉塵淋溼通過煙囪倉體的底部設有的廢水排放口及時將產生的廢水從汙水管道排入汙水收集箱；另外，煙囪倉體頂部安裝有凹口向下的半球體形狀結構的煙囪蓋，很好地防止了粉塵向外飛揚。本設備不但適合對甘蔗渣爆破成棉絮狀的甘蔗渣漿料，以得到從甘蔗渣漿料提取效率更高粉碎技術，也適合用於對生物醫藥，食品，精細化工等各種固液的粉碎方法，本設備與傳統化學處理相比，不會產生二次汙染，對環境的保護起到了很好的作用。

附圖說明

圖1是本實用新型的主視結構示意簡圖。

圖2是爆破罐5的主視結構示意簡圖。

圖中零件名稱及序號：

真空泵1、原料輸送管道2、負壓排空罐3、噴放管4、爆破罐5、噴放閥6、煙囪裝置7、粉塵排放管8、漿液輸送管道9、漿液收集罐10、汙水管道11、汙水收集箱12、粉塵收集箱13、罐體14、進料口15、噴水裝置16、煙囪倉17、煙囪蓋18、粉塵排放口19、廢水排放口20、漿液輸出口21。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

參看圖1與圖2所示，本實用新型提供一種技術方案：

本蒸汽爆破製漿設備，包括真空泵1、原料輸送管道2、負壓排空罐3、噴放管4、爆破罐5、噴放閥6、煙囪裝置7、粉塵排放管8、漿液輸送管道9、漿液收集罐10、汙水管道11、汙水收集箱12、粉塵收集箱13、罐體14、進料口15、噴水裝置16、煙囪倉17、煙囪蓋18、粉塵排放口19、廢水排放口20和漿液輸出口21，所述負壓排空罐3的一端通過原料輸送管道2與真空泵1連接，所述負壓排空罐3的出料口通過噴放管4與爆破罐5的進料口連接，所述爆破罐5的上部還設有煙囪裝置7，所述爆破罐5的出料口端連接有漿液收集罐10，所述煙囪裝置7的上部連接有粉塵排放管8，所述粉塵排放管8連接有粉塵收集箱13，煙囪裝置7的下部還連接有汙水管道11，所述汙水管道11連接有汙水收集箱12（參看圖1所示）；

所述爆破罐5包括罐體14、進料口15和漿液輸出口21，所述進料口15設於罐體14的上部，進料口15入口處設有噴放閥6，所述漿液輸出口21設有漿液輸送管道9；所述煙囪裝置7包括噴水裝置16、煙囪倉體17、煙囪蓋18、粉塵排放口19和廢水排放口20，所述煙囪倉體17內設置有噴水裝置16，煙囪倉體17側面還設有粉塵排放口19，煙囪倉體17的底部設有廢水排放口20，煙囪倉體17的頂部還安裝有凹口向下的半球體形狀結構的煙囪蓋18，使得生產過程產生的粉塵及時落入煙囪倉體17的底部且從廢水排放口20及時排出進入汙水收集箱12，不會對環境產生二次汙染（參看圖2所示）。

本實用新型的工作原理為：

本設備是採用蒸汽爆破即汽爆（Steam Explosion），是應用蒸汽彈射原理實現的爆炸過程對甘蔗渣進行預處理的技術。本設備是將滲進甘蔗渣組織內部的蒸汽分子瞬時釋放完畢，使蒸汽內能轉化為機械能並作用於甘蔗渣組織細胞層間，植物細胞中的纖維為木質素所粘結，在高溫、高壓蒸汽作用下，纖維素結晶度提高，聚合度下降，半纖維素部分降解，木質素軟化，橫向連結強度下降，甚至軟化可塑，當充滿壓力蒸汽的物料驟然減壓時，孔隙中的氣劇膨脹，產生「爆破」效果，可部分剝離木質素，並將原料撕裂為細小纖維。本實用新型設備的蒸汽爆破可起到以下幾方面作用：一是類酸性水解作用及熱降解作用：蒸汽爆破過程中，高壓熱蒸汽進入纖維原料中，並滲入甘蔗渣纖維內部的空隙，由於水蒸汽和熱的聯合作用產生甘蔗渣纖維原料的類酸性降解以及熱降解，低分子物質溶出，纖維聚合度下降；二是類機械斷裂作用：在高壓蒸汽釋放時，已滲入甘蔗渣纖維內部的熱蒸汽分子以氣流的方式從較封閉的孔隙中高速瞬間釋放出來，纖維內部及周圍熱蒸汽的高速瞬間流動，使纖維發生一定程度上的機械斷裂。這種斷裂不僅表現為纖維素大分子中的鍵斷裂，還原端基增加，纖維素內部氫鍵的破壞，還表現為無定形區的破壞和部分結晶區的破壞；三是氫鍵破壞作用：在蒸汽爆破過程中，水蒸汽滲入甘蔗渣纖維各孔隙中並與纖維素分子鏈上的部分羥基形成氫鍵。同時高溫、高壓和含水的條件又會加劇對纖維素內部氫鍵的破壞，游離出新的羥基，增加了甘蔗渣的吸附能力。瞬間洩壓爆破使甘蔗渣內各孔隙間的水蒸汽瞬間排除到空氣中，打斷了甘蔗渣纖維素內的氫鍵。分子內氫鍵斷裂的同時纖維素被急速冷卻至室溫，使得纖維素超分子結構被「凍結」，只有少部分的氫鍵重組。這樣使溶劑分子容易進入片層間，而滲入的溶劑進一步與甘蔗渣纖維素大分子鏈進行溶劑化，並引起殘留分子內氫鍵的破壞，加速了葡萄糖環基的運動，最後導致其它晶區的完全破壞，直至完全溶解；四是結構重排作用：在高溫、高壓下，甘蔗渣纖維素分子內氫鍵受到一定程度的破壞，纖維素鏈的可動性增加，有利於纖維素向有序結構變化，同時，纖維素分子鏈的斷裂，使纖維素鏈更容易再排列。從而用較少的能量將原料分解成棉絮狀的甘蔗渣漿料，由於本設備既避免了化學處理的二次汙染問題，又解決了目前生物處理效率低的問題，是生物質轉化領域最有前景的預處理技術。

儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同物限定。