植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置製造方法
2023-05-15 16:47:21 1
植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，專門為處理植物纖維而設計，目的是提供一種具有拆卸方便，可分段控溫的多級連續式植物纖維蒸汽爆破裝置。其結構是由多段機架、多段機筒、多段螺杆、餵料裝置、電動機、控溫裝置等部件組成。餵料裝置安裝在機體上方的平臺上，均勻連續餵料，多段機架、多段機筒、多段螺杆結構的設計使得可以根據物料具體情況調節組合設備，每段爆破裝置可以單獨調控溫度、物料含水率等參數，實現分段控制。機筒採用上下兩部分組成的結構設計，便於安裝拆卸，更換螺杆、清洗維護。該蒸汽爆破裝置和現有技術相比具有級數可調，分段調控，易於維修，能耗低、產能高，處理效果好，對物料的適應性廣，勞動強度低，便於實現自動化控制等特點。
【專利說明】植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物質原料預處理過程中的蒸汽爆破裝置，特別涉及植物纖維的連續式蒸汽爆破裝置。
【背景技術】
[0002]隨著資源和能源日益緊缺，人們越來越重視生物質資源的開發和轉化。當前生物質主要用於造紙製漿、發酵生產酒精、人造板、纖維板以及木塑複合材料的製備等，然而植物纖維的預處理技術是實現植物纖維資源化利用的關鍵。目前對於植物纖維的預處理技術主要包括物理預處理，化學預處理等技術。近年來，一種新型物理-化學預處理技術一蒸汽爆破技術以其高效、無汙染、低成本等優點正引起研究者的注意。目前爆破裝置主要分為間歇式和連續式兩種。間歇式蒸汽爆破方法生產不連續，耗時長，生產率低，無法實現工業化連續生產，產業化推廣困難；連續式處理的處理能力較大，效率較高，適合於大型工業應用，但這種設備較少，價格昂貴。
[0003]當前雖然有很多蒸汽爆破裝置的專利技術，但多數只能實現間歇式生產。如CN201195813號專利提供了一種間歇汽爆裝置，包括蒸汽發生器、緩衝罐、接收罐，使用時先將玉米秸杆、麥草等放入汽爆罐中，通入一定溫度壓力的飽和蒸汽，保壓一段時間後快速洩壓實現汽爆。而CN102151519A號專利則公開了一種蒸汽爆破連續生產法及其配套裝置，該裝置依次對多個汽爆罐進行裝料、通蒸汽、保溫保壓和噴放操作。CN201756659U號專利公開了秸杆纖維素純物理法分子結構改性活化的連續汽爆機，該機採用不少於二臺的高壓閃爆裝置實現連續蒸汽爆破。以上這兩種蒸汽爆破裝置都是基於利用多個汽爆單元來微分時間，以局部間歇來實現總體連續化生產，本質仍然是間歇式汽爆。類似地，CN102797188A號專利公布了一種數控連續汽爆機，它利用滑動封蓋原理能在毫秒級(0.00875s)的時間內完成超音速蒸汽爆碎的過程，並未真正的實現物料均勻連續爆破。
[0004]對於不同的植物纖維原料，其需要蒸汽爆破條件不同，特別是木本植物，其木質化程度高，結構更為緻密，一次處理達不到需要效果，需要單機多次或者多臺設備串聯生產，間歇式生產導致生產損失大，能量損失多，效率低、能耗大、產能低，工藝參數不易控制，勞動強度大，自動化程度低，成本高。有的植物纖維在處理過程中需要添加改性劑，但改性劑與植物纖維物料分散不均勻且不能浸潤到物料顆粒內部導致反應效果不佳，並且不同的階段改性劑的種類、含量及反應所需的條件都可能不同，爆破過程的溫度、壓力等需要調節。目前資源和能源日益緊缺，開發利用可再生的生物質資源和節能降耗是大勢所趨。如何能夠使爆破裝置在保證優質高效爆破效果的同時節能降耗是行業內的一個重要課題。
[0005]
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術存在的諸多不足之處，公開了一種植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，該蒸汽爆破裝置由多段機架、多段機筒、多段螺杆之間串聯式組合，級數可調，採用這種結構設計，可以用一臺機器連續的多次爆破實現連續多次爆破，減少能量和生產損失，能耗低、產能高，並且可以根據物料實際情況調節級數，對物料的適應性廣，自動化程度高，勞動強度低，從而降低成本。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明採用了如下技術方案:
植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，包括至少2個或2個以上依次串接的單螺杆連續式蒸汽爆破單元，所述單螺杆連續式蒸汽爆破單元包括機架、固定在機架上的機筒、水平設置於機筒內的中空螺杆，所述機筒的出料口均設置有可更換的、帶錐孔的口模，所述螺杆內橫穿有一根驅動螺杆旋轉的花鍵芯軸，所述花鍵芯軸的左端與第一電機經皮帶驅動連接，右端設置有軸承及支座。
[0008]進一步地，所述螺杆可依據不同物料及處理效果選擇螺杆類型，所有螺杆的軸線位於同一水平直線上，花鍵芯軸的右端設有螺紋，以及與所述螺紋相連接用於將各級螺杆壓緊，實現平穩、可靠傳動的螺母。
[0009]進一步地，所述口模的錐度孔尺寸大小不一，各級機筒上均有加料口。
[0010]進一步地，機筒由機筒上部和機筒下部上下連接而成。
[0011]進一步地，機筒上部和機筒下部之間通過緊固螺釘相連接、各級機筒之間由螺栓固定連接。
[0012]進一步地，所述機筒前端設置有用於監測機筒前端溫度的溫度傳感器。
[0013]進一步地，所述機筒上部和機筒下部都開有用來對機筒前端升溫和降溫的控溫流道。
[0014]本發明的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置包括多段機架、多段機筒、多段螺杆、驅動裝置、餵料裝置、給水裝置、控溫裝置等，所述多段機架、多段機筒、多段螺杆串聯的設計，各級之間通過導向裝置和連接機構聯接，可通過調節級數實現多次爆破，得到優質高效的爆破效果。
[0015]本發明的目的為提供快速拆卸的多級蒸汽爆破機，本發明的多級蒸汽爆破裝置的次級段採用模塊化設計，便於多級爆破單元的製造加工，使用時隨意組合，導向裝置和連接機構聯接，便於拆卸清理、維護等。
[0016]所述的多段機架、多段機筒、多段螺杆的設計實現連續的多次蒸汽爆破，解決了木質化程度高的木本植物纖維一次爆破不能達到所需效果的問題。
[0017]所述的機筒由上下兩部分結構組成，通過連接部件固定連接，當物料堵機時，能迅速將機筒拆開，露出螺杆，清理物料，而且拆卸時不受螺杆影響，在拆卸時重量相對減輕很多，既解決了物料在堵機時拆卸費時的問題，又解決了原料爆破裝置向大型化發展時笨重不方便拆卸的問題。
[0018]實際使用時，本發明第一級爆破單元採用餵料器餵料，次級都有加料口，可同時或先後加入幾種物料或添加劑，並能夠與物料混合均勻，反應充分，達到需要的爆破預處理效
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[0019]所述植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置在使用時，根據物料的特性，對機筒級數、螺杆形狀、口模尺寸進行設定，使物料處理效果達到最佳。
[0020]植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置利用螺杆轉動來推動物料前進，依靠植物纖維本身和螺杆之間的摩擦來實現物料的輸送、密封、增壓和升溫。當物料到達口模出口時，物料被壓實，溫度由於摩擦生熱而升高到一定程度。由於物料本身含有一定量水分，當物料從狹縫口模中連續洩出時，物料內部的高溫高壓水瞬時釋出，產生巨大的爆破力，從而破壞植物纖維的束狀組織結構，實現植物纖維細胞的離解。
[0021]所述植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置在使用時，機筒內充滿壓力和蒸汽的物料通過口模後突然釋壓，過熱水迅速汽化急劇膨脹，產生「爆破」效果，可部分剝離纖維細胞胞間層和初生壁，實現纖維細胞的離解。
[0022]所述植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置在使用時，第一級爆破後噴放的物料進入第二級機筒，第二級爆破後噴放的物料進入第三級機筒，第三級處理後噴放出物料，物料經過第三級機架上的出料口排出。
[0023]所述第三級爆破單元機架上的出料口垂直向下。
[0024]本發明的每級料筒可以依據物料實時調控物料含水率，每級料筒的口模溫度利用溫度傳感器實時監測，通過向料筒內的溫控流道通介質控制升溫和降溫，使機筒內物料達至IJ 一定溫度和較高的壓力，從而控制物料爆破時的溫度，定向控制植物纖維的處理效果。飽和蒸汽溫度和壓力成正比，即要提高壓力，溫度也隨著增高，本裝置在一定溫度下，可以提高到所需要的壓力，達到蒸氣爆破的目的，克服壓力與溫度之間的矛盾。
[0025]所述每級料筒中的物料含水率可單獨調控。
[0026]所述每級料筒的口模溫度單獨監測。
[0027]所述介質為冷卻介質或者加熱介質。
[0028]所述的多級螺杆，每一級的螺杆可以依據不同物料及處理效果選擇螺杆類型，所有螺杆穿過花鍵芯軸。
[0029]所述的花鍵芯軸在最後一級螺杆末端處花鍵軸上有螺紋，通過螺母將多級螺杆壓緊，實現平穩、可靠傳動。
[0030]所述每一級的螺杆位於同一水平直線上，最後一級螺杆靠近出料口的一端設有軸承，主軸靠近皮帶輪的一端設有軸承支撐。
[0031]本發明植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置的每級爆破單元溫度、壓力、供料、出料，採用可編程控制(PLC)實現機電自動控制。
[0032]本發明的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置結構簡單，效率高，產品品質好，設備利用安全可靠，能耗低，操作方便，可進行自動化、連續化大規模工業生產。
[0033]【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置的結構示意圖；
圖2為口模的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。
實施例[0036]如圖1所示，圖1為本發明的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置的結構示意圖。植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其組成包括:第一機架1，第二機架14，第三機架22，第一機架I和第二機架14通過導向裝置及緊固機構固定，第二機架14和第三機架22通過導向裝置及緊固機構固定，便於拆卸和組裝，可根據需要改裝成單級、兩級、三級蒸汽爆破機，第一電動機2安裝在第一機架I上，動力通過皮帶3傳遞，第二電動機
4和螺旋餵料器5通過支架固定在第一機架I上，料筒上開有加水孔6，用以調節物料含水率，螺旋餵料器5將物料均勻連續加至料鬥7，通過料鬥7進入機筒，機筒上部8和機筒下部9通過螺栓連接，便於快速拆卸、清洗、維修和保養，機筒底座用螺栓固定在第一機架I上，機筒上部8前端還裝有第一熱電偶10，用於實時監測溫度；機筒上部8和機筒下部9開有第一控溫流道11，用來對機筒前端升溫和降溫；螺栓12用來連接兩級機筒，同時緊固口模18，第二級機筒上有可密閉式料鬥13，方便添加物料，密閉時可減少水蒸汽和熱量散失，實現節能，第二級料筒安裝在第二機架14上，螺杆15前端為雙螺旋有利於輸送物料，後端為單螺旋有利於壓實物料，第二級機筒溫度可通過第二控溫流道16調節溫度，第二熱電偶17用來監測口模18的溫度，第二級和第三級機筒結構相同，通過花鍵軸19將多級螺杆連接起來，螺母20用來將花鍵軸19上的多級螺杆緊固，軸承及支座21起支撐花鍵軸19的作用，第三級機體用螺栓緊固在第三機架22上。
[0037]如圖2所示，各級料筒的口模18可根據需要選擇不同尺寸的組合，如相同直徑不同長度、相同長度不同直徑或者不同直徑不同長度，其中Dtl 口模的外徑、Ltl為口模的長度，且均為特定值；α為口模入口收斂角、d為口模平直部分直徑、I為口模平直部分長度，α、d和I均為變量，依據使用需要製作不同的口模。
[0038]本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:包括至少2個或2個以上依次串接的單螺杆連續式蒸汽爆破単元，所述單螺杆連續式蒸汽爆破単元包括機架、固定在機架上的機筒、水平設置於機筒內的中空螺杆，所述機筒的出料ロ均設置有可更換的、帶錐孔的ロ模，所述螺杆內橫穿有一根驅動螺杆旋轉的花鍵芯軸，所述花鍵芯軸的左端與第一電機經皮帶驅動連接，右端設置有軸承及支座。
2.根據權利要求1所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:所述螺杆可依據不同物料及處理效果選擇螺杆類型，所有螺杆的軸線位於同一水平直線上，花鍵芯軸的右端設有螺紋，以及與所述螺紋相連接用於將各級螺杆壓緊，實現平穩、可靠傳動的螺母。
3.根據權利要求1?2任一項所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:所述ロ模的錐度孔尺寸大小不一，各級機筒上均有加料ロ。
4.根據權利要求3所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:機筒由機筒上部和機筒下部上下連接而成。
5.根據權利要求4所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:機筒上部和機筒下部之間通過緊固螺釘相連接、各級機筒之間由螺栓固定連接。
6.根據權利要求5所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:所述機筒前端設置有用於監測機筒前端溫度的溫度傳感器。
7.根據權利要求6所述的植物纖維的多級單螺杆連續式蒸汽爆破裝置，其特徵在於:所述機筒上部和機筒下部都開有控溫流道，用來對機筒前端升溫和降溫。
【文檔編號】D21B1/36GK103451985SQ201310370616
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】馮彥洪, 瞿金平, 何和智, 鄒新良, 馬鵬濤 申請人:華南理工大學, 廣州華新科實業有限公司