一種酶解法製造紙漿的工藝的製作方法

2023-05-24 08:36:56 2

本發明涉及一種酶解法製造紙漿的工藝。

背景技術：

在現有技術中，造紙工業是世界上六大汙染工業之一。我國造紙行業年排放廢水量達40億噸，佔全國工業廢水排放量的1/6。在用植物材料進行化學製漿與化學漂白的過程中，含有大量木質素、半纖維素和有害物質的廢液被傾倒入江河湖泊中，造成嚴重的環境汙染和生態破壞。在現有的造紙技術中，製漿和漂白工序是前述汙染物產生的主要工序，由於機械製漿工藝中磨木漿的能耗大而成品紙質量不如用化學或半化學的方法處理紙漿的成品紙質量，使得目前的造紙廠仍普遍採用化學或半化學的方法製漿，即採用強鹼蒸煮將原材料，諸如木材、麥杆、稻草、甘蔗渣、蘆葦、麻杆、棉花杆等纖維植物分離出纖維，以獲得紙漿纖維。

現有的製漿技術中存在以下的缺點：

(1)腐蝕設備：上述方法要消耗大量的酸、鹼、鹽，且要在高溫高壓下長時間處理，蒸球等生產設備容易被腐蝕。

汙染環境：在生產過程中會產生大量的鹼性廢水(黑液)，如果直接排放到大自然中，會造成對水源的汙染、土壤板結等嚴重的環境汙染。

能耗大：由於使用強酸強鹼處理製漿原料階段以及在漂白階段後都需用大量的水反覆洗滌，所以既耗電又耗水。

生產成本高：黑液需回收處理，不僅回收設備投資大，而且治汙設備的運行費用高昂，因而造成生產成本的提高。

利用率低：採用現有技術處理的原材料的利用率為40～45％。

製漿時間長，通常需要6~8小時。

目前我國紙漿年消耗量在7000多萬噸，紙漿基本需要從國外進口，紙漿市場供不應求。而草漿成本低於木漿，如果充分利用草本植物和/或禾本植物製漿，那將會緩解我國木漿的進口壓力。但是，目前以草為原材料，多採用傳統化學製漿技術，生產排汙十分嚴重，而且化學原料破壞了草的纖維，不但出漿率低，而且降低了草漿與成品紙的質量，因而目前的草漿只能生產箱板紙、瓦楞紙、瓦面紙、草紙、低檔書寫紙、祭祀用紙等低檔產品，難以滿足我國市場需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種環保、低成本、高效的酶解法製造紙漿的工藝，該工藝以草本植物和/或禾本植物的秸稈為原料，先後經過裂解酶和過氧化氫酶酶解後製得紙漿，製漿過程用時短，成漿率高，且無黑液排放。

本發明的目的是通過以下技術措施來實現的：一種酶解法製造紙漿的工藝，包括以下步驟：

(1) 以草本植物和/或禾本植物的秸稈為原料，切段，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的草本植物和/或禾本植物的秸稈段送入揉絲機中切碎得到碎料；

(3) 將所述碎料加入水混合後送入製漿機中，，加熱升溫並加入鹼和裂解酶進行酶解製漿；

(4) 加入過氧化氫酶反應10~30分鐘，去除植物細胞的過氧化氫，對漿料進行漂白處理；

(5) 調節漿料pH值至6-7，出漿。

本發明還包括磨漿步驟，即從製漿機出來的漿料採用高濃磨漿機磨漿乳化，可以獲得更加細膩紙漿。

本發明還包括紙漿成品製作步驟，即採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀，方便儲存和運輸。

本發明所述草本/禾本植物的秸稈包括蘆葦、竹子、小麥、玉米、油菜、棉花、甘蔗、水稻、高粱等農作物秸稈。

本發明所述的裂解酶的添加量為原料乾重的0.1~1%。

本發明所述過氧化氫酶的添加量為原料乾重的2~12%。

本發明步驟(3)中，碎料和水的比例為1﹕4~6。

本發明所述步驟(3)中，將碎料和水構成的物料加熱至40~110℃，裂解酶與物料反應時間30~60分鐘。

本發明步驟(4)中，如果紙漿中有很多氣泡，可在紙漿中加入消泡劑去除氣泡。所述的消泡劑的添加量只需能夠去除氣泡即可。在步驟(4)中可以加入pH調整劑，增進抗氧化作用，防止漿料酸敗；與重金屬離子絡合，具有阻止氧化或褪變反應、穩定顏色、降低濁度、增強膠凝特性。所述調整劑的添加量為原料乾重0.1~2%。

目前，機械製漿和化學製漿工藝均需要進行蒸煮、擠漿、洗漿、漂白等工序，而每道工序會使用相應的設備，不僅設備龐大，生產線投資成本高，而且在製漿中需要分步進行，操作較為繁瑣。本發明人設計了一種一體化製漿機，更方便於本發明方法的實施。具體地，該製漿機包括製漿罐、助劑管、加熱裝置和至少一個攪拌器；所述製漿罐包括罐體和罐蓋，所述罐蓋上設置進料口，所述罐體底部設置出料口，所述攪拌器包括攪拌槳，所述攪拌槳沿豎向方向安裝在罐體內，其兩端分別安裝在罐蓋和罐體底部的軸承上，所述加熱裝置設置在罐體內，所述助劑管設置在罐體內，其進藥端自罐體上部伸出至罐體外與助劑供給裝置連接。在使用本發明提供的製漿機進行製漿時，原料和水構成的混合物料可從進料口放入製漿罐內，加熱裝置將物料加熱至預設溫度，並且啟動攪拌槳進行攪拌，製漿過程中根據反應次序自助劑管中加入鹼、裂解酶和過氧化氫酶以及調整劑等助劑。

所述攪拌槳的攪拌軸為中空管，該中空管上埠用於與蒸汽源連接，其下段管體的管壁上設置數個蒸汽孔，在製漿原料需要加熱時往所述中空管道中通入蒸汽進行加熱升溫，從而構成本發明的加熱裝置，這樣的設計不僅結構簡單，使製漿罐的結構更為簡單，而且可以使用蒸汽這一清潔能源，降低能耗。

作為本發明的一個實施例，所述攪拌槳的槳葉分布在攪拌軸中下段，並佔攪拌軸2/3的高度。

本發明所述攪拌器為兩套，兩套攪拌器的攪拌槳的攪拌軸中軸線之間的距離為罐體直徑的二分之一；單個攪拌槳的槳葉寬度約佔整個罐體的六分之一。

本發明所述攪拌槳為螺旋帶式攪拌槳，其槳葉螺旋角為52°，有利於物料與各種助劑充分混合。

本發明所述助劑管的進藥端設有數個接口，用於與不同助劑供給裝置連接。

進一步地，所述製漿機還包括清洗裝置，該清洗裝置包括環形進水管和設置在環形進水管上的數個噴頭構成，所有進水管設置在罐體頂部其進水端穿出罐體外與供水裝置連接，所述噴頭沿環形進水管周長方向均勻分布，在出漿後噴水將罐壁上的漿料衝洗下來，既清潔了製漿機，又避免漿料浪費。

進一步地，所述製漿機還包括備用加熱裝置，用於在攪拌軸供應蒸汽不足以在短時間內升至預設溫度時，啟用該備用加熱裝置，增加蒸汽量，達到快速加溫的目的。所述備用加熱裝置由至少4根與外部蒸汽源連接的蒸汽管構成，所述的蒸汽管軸向設置在罐體內壁上並沿罐體周長方向均勻分布，所述蒸汽管的下段管體設置蒸汽孔。

本發明所述罐體中部側壁上設有套管，該套管的前端部位於罐體內並向罐體中心線延伸，所述套管內放置溫度監測單元，用於製漿時監測物料的溫度。所述溫度監測裝置為溫度計或溫度傳感器。

進一步地，所述製漿罐的罐體上還設置排汽口。

所述罐體的側壁為雙層結構，夾層中設有保溫棉。

本發明還包括自動控制裝置，用於控制藥劑供給裝置、攪拌裝置等。

本發明與現有技術相比具有以下有益的效果：

(1) 本發明以草本植物和/或禾本植物的秸稈為原料，由裂解酶和少量的鹼共同作用，使植物纖維蓬鬆軟化，獲得纖維。整個工藝用時短，成漿率高，而在生產過程中沒有黑液產生，避免對環境的汙染。

(2) 本發明製成的漿料無需反覆用水衝洗，整個製漿過程用水量只是傳統工藝的10%。

(3) 本發明使用的化學助劑用量非常少，只為傳統工藝的0.5%，植物纖維沒有受到破壞，漿料中纖維長，製成的紙張耐折性強。

(4) 本發明製得的紙漿不含農藥殘留物，不含重金屬，製成的製品廢棄後在自然界中90天左右就能完全降解。

(5) 所得紙漿製造的紙亮度在80度以上。

(6) 所得紙漿原料易於保存，可在常溫和通風的情況下長時間保存，不會發生黴變，保存時間可長達1年。

(7) 所得紙漿原料特別適用於製作除幣種紙、特殊用紙以外的紙製品，如辦公紙、包裝用紙，餐盒、食品包裝紙、紙袋等。

(8) 本發明採用草本植物和/或禾本植物的秸稈為原料，用水量少，製漿成本低，只為傳統化學製漿成本的60%。

(9) 本發明採用專用的製漿機，集自動加劑、加熱和製漿於一體，在一個設備當中可以完成物料和助劑的混合、加熱升溫和製漿等工作，投資成本低。

(10) 本發明提供的製漿機主要由製漿罐、加熱裝置和攪拌裝置構成，製漿罐設有助劑管，可根據製漿工序要求自該助劑管中加入相應製漿助劑。加熱裝置對製漿罐中的原料進行加熱升溫，而攪拌裝置則一方面使物料和助劑混合均勻，另一方面在加熱升溫時翻動物料使之受熱均勻。

(11) 本發明的攪拌裝置的攪拌軸為與蒸汽源連通的中空管，其下段管體上設置數個蒸汽孔，在進行製漿時可向物料中通入蒸汽進行升溫，該攪拌軸構成本發明的加熱裝置，使製漿機結構更為簡單緊湊。

(12) 本發明還設置清洗裝置，在出漿後噴水將罐壁上的漿料衝洗下來，既清潔了製漿機，又避免漿料浪費。

(13) 本發明還設置備用加熱裝置，用於在攪拌軸供應蒸汽不足以在短時間內升至預設溫度時，啟用該備用加熱裝置，增加蒸汽量，達到快速加溫的目的。該備用加熱裝置由至少4根蒸汽管構成，使用蒸汽進行加熱，不僅結構簡單，而且使用清潔能源，降低能耗。

(14) 本發明設置兩套攪拌器，兩套攪拌器的攪拌軸中軸線之間的距離為罐體直徑的二分之一，而單各攪拌槳的槳葉寬度約佔整個罐體的六分之一，這樣更有利於物料的翻動，使物料混合更為均勻。

(15) 本發明的製漿罐的側壁為雙層結構，夾層中設有保溫棉，加強了保溫性能。

附圖說明

圖1是本發明製漿機的剖面圖；

圖2是本發明製漿機底面簡圖。

具體實施方式

如圖1和2所示的製漿機是本發明下述實施例用到的製漿機，其包括製漿罐1、助劑管2、加熱裝置和兩套攪拌器。製漿罐1包括罐體和罐蓋，罐蓋上設置進料口4，進料口4出設置單向蓋。罐體的側壁為雙層結構，夾層中設有保溫棉，罐體底部設置四個支撐腳14以及兩個軸承15，其中部設置出料口6，出料口6出設置自動控制閥門。兩套攪拌器均包括攪拌槳3和驅動裝置。每套攪拌器的驅動裝置由電機11和減速機12構成。各套攪拌器的攪拌槳3沿豎向方向安裝在罐體內，其兩端分別安裝在罐蓋和罐體底部的軸承15上，攪拌槳3的攪拌軸31上端部穿出罐蓋與設置罐蓋上的減速機12連接。攪拌槳3的攪拌軸31為中空管，該中空管上埠與位於減速機上方的進汽接口13連通，用於與蒸汽源連通。該中空管的下段管段的管壁上設置數個蒸汽孔33，在製漿原料需要加熱時往攪拌軸31中通入蒸汽進行加熱升溫，則攪拌軸31構成本實施例的加熱裝置。在本實施例中兩套攪拌器的攪拌軸31的中心線之間的距離為罐體直徑的二分之一；單個攪拌槳的槳葉32寬度約佔整個罐體的六分之一。每個攪拌槳3的槳葉32分布在攪拌軸31中下段，並佔攪拌軸31的2/3高度。攪拌槳3為螺旋帶式攪拌槳，其槳葉32螺旋角為52°，有利於物料與各種助劑充分混合。助劑管2設置在罐體內，其進藥端自罐體上部伸出至罐體外與助劑供給裝置連接。助劑管2的進藥端設有4個接口，用於與不同助劑供給裝置連接。

本實施例還設置清洗裝置，該清洗裝置包括環形進水管10和設置在環形進水管10上的數個噴頭9構成，環形進水管10設置在罐體頂部其進水端穿出罐體外與供水裝置連接，所有噴頭9沿環形進水管10的周長方向均勻分布，在出漿後噴水將罐壁上的漿料衝洗下來，既清潔了製漿機，又避免漿料浪費。

本實施例還設置備用加熱裝置，用於在攪拌軸供應蒸汽不足以在短時間內升至預設溫度時，啟用該備用加熱裝置，增加蒸汽量，達到快速加溫的目的。該備用加熱裝置由至少4根蒸汽管7構成，蒸汽管7軸向安裝在罐體內壁上且沿罐體周長方向均勻分布，蒸汽管7的下段管體設置蒸汽孔8。

本實施例的製漿罐的罐體中部側壁上設有套管5，該套管5的前端部位於罐體內並向罐體中心線延伸，其內部放置溫度監測單元(圖中未示出)，製漿時用於監測物料的溫度。溫度監測裝置為溫度計或溫度傳感器。

當然本實施例中製漿罐1的罐體上可以設置排汽口，可在需要時排出罐內多餘蒸汽。

在使用本發明提供的製漿機進行製漿時，原料和水構成的混合物料可從進料口4放入製漿罐1內，往攪拌軸通入蒸汽將物料加熱至預設溫度，並且啟動攪拌槳3進行攪拌，製漿過程中根據反應次序自助劑管中加入鹼、裂解酶和過氧化氫酶以及調整劑等助劑。製漿結束後，打開出料口，將漿料排出。

實施例一

(1) 以小麥稈為原料，切段，長0.5-1cm，除塵、去沙，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的小麥稈段送入揉絲機中切碎得到麥草碎料；

(3) 小麥稈碎料中按小麥稈：水=1:5的比例加入水混合，然後送入製漿機中，按每噸小麥稈計算添加30千克氫氧化鈉和1千克裂解酶，加熱至80℃，保溫製漿60分鐘，製漿過程中製漿的攪拌器以每分鐘13-30轉的轉速進行攪拌；

(4) 按每噸小麥稈計算添加20千克過氧化氫酶，反應15分鐘，去除植物細胞的過氧化氫；

(5) 用鹽酸調節漿水pH值至6-7，出漿，出漿率95%，白度80以上；

(6) 從製漿機出來的漿料經過高濃磨漿機磨漿乳化，獲得更加細膩的紙漿；

(7) 採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀成品，方便儲存和運輸。

實施例二

(1) 以蘆葦為原料，切段，長0.5-1cm，除塵、去沙，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的蘆葦段送入揉絲機中切碎得到蘆葦碎料；

(3) 蘆葦碎料中按蘆葦:水=1:5的比例加入水混合，然後送入製漿機中，，按每噸蘆葦計算添加50千克氫氧化鈉和10千克裂解酶，加熱至80℃，保溫製漿60分鐘，製漿過程中製漿的攪拌器以每分鐘13-30轉的轉速進行攪拌；

(4) 按每噸蘆葦計算添加50千克過氧化氫酶，反應15分鐘，去除植物細胞的過氧化氫；

(5) 用鹽酸調節漿水pH值至6-7，出漿，出漿率95%，白度80以上；

(6) 從製漿機出來的漿料經過高濃磨漿機磨漿乳化，獲得更加細膩的紙漿；

(7) 採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀成品，方便儲存和運輸。

實施例三

(1) 以高粱杆為原料，切段，長0.5-1cm，除塵、去沙，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的高粱杆段送入揉絲機中切碎得到秸稈碎料；

(3) 將高粱杆碎料中送入製漿機中，按高粱杆:水=1: 6的比例加入水，按每噸高粱杆計算添加30千克氫氧化鈉和9千克裂解酶，加熱至70℃，保溫製漿55分鐘，製漿過程中製漿的攪拌器以每分鐘13-30轉的轉速進行攪拌；

(4) 按每噸高粱杆計算添加50千克過氧化氫酶，反應15分鐘，去除植物細胞的過氧化氫；

(5) 用鹽酸調節漿水pH值至6-7，出漿，出漿率95%，白度80以上；

(6) 從製漿機出來的漿料經過高濃磨漿機磨漿乳化，獲得更加細膩的紙漿；

(7) 採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀成品，方便儲存和運輸。

實施例四

(1) 以竹子為原料，加工切段，長0.5-1cm，除塵、去沙，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的竹子段送入揉絲機中切碎得到竹子碎料；

(3) 竹子碎料中按竹子:水=1: 5的比例加入水混合，然後送入製漿機中，按每噸竹子計算添加50千克氫氧化鈉和20千克裂解酶，加熱至110℃，保溫製漿60分鐘，製漿過程中製漿的攪拌器以每分鐘13-30轉的轉速進行攪拌；

(4) 按每噸竹子計算添加60千克過氧化氫酶，反應30分鐘，去除植物細胞的過氧化氫；

(5) 用鹽酸調節紙漿pH值至6-7，出漿，出漿率95%，白度80以上；

(6) 從製漿機出來的紙漿用高濃磨漿機磨漿乳化，獲得更加細膩的紙漿；

(7) 採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀成品，方便儲存和運輸。

實施例五

(1) 以玉米稈為原料，切段，長0.5-1cm，除塵、去沙，去雜質並清洗；

(2) 洗淨的秸稈段送入揉絲機中切碎得到秸稈碎料；

(3) 玉米稈碎料中按玉米稈:水=1: 5的比例加入水混合，然後送入製漿機中，按每噸玉米稈計算添加40千克氫氧化鈉和10千克裂解酶，加熱至98℃，保溫製漿60分鐘，製漿過程中製漿的攪拌器以每分鐘13-30轉的轉速進行攪拌；

(4) 按每噸玉米稈計算添加50千克過氧化氫酶，反應20分鐘，去除植物細胞的過氧化氫；

(5) 用鹽酸調節紙漿pH值至6-7，出漿，出漿率95%，白度80以上；

(6) 從製漿機出來的紙漿用高濃磨漿機磨漿乳化，獲得更加細膩的紙漿；

(7) 採用漿板機將紙漿製成板、顆粒或漿糊狀成品，方便儲存和運輸。

本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特徵的具體形式來概述。本發明的上述實施例都只能認為是對本發明的說明而不是限制，凡是依據本發明的實質技術對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。