一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备
技术领域
本实用新型涉及一种纤维素、半纤维素及木质素三组分的分离技术领域，特别是涉及一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备。
背景技术
我国的制浆造纸工业主要使用各种木材和草本植物为原料，如杨树、松树、杉树、桉树、芦苇、麦草、稻草、玉米秆、玉米芯、甘蔗渣等。在制浆造纸工业中，传统的植物三素分离方法，如硫酸盐法或烧碱法等，不仅生产耗能高，而且在蒸煮过程中产生含有极高污染负荷的黒液，对环境造成了巨大压力。黑液的主要成分是半纤维素和微生物无法代谢的木质素，据估计，我国造纸工业每年排放的木质素高达4000万吨。我国目前仍有95％以上的木质素和半纤维素随未经处理的造纸黑液排放，是我国内陆水体的最大污染源之一。并且造纸黑液中还含有造纸工业所必须的原料酸液或者碱液，酸液或者碱液的排放也成为水源污染的重要因素。
并且制浆造纸工业中，常用的硫酸盐法制浆造纸生产中会产生含硫的恶臭气体，对大气产生严重影响。因此，突破传统制浆瓶颈，寻找环境友好、分离高效且可操作强的绿色制浆工艺亟不可待。
发明内容
本实用新型是为了解决现有技术中的不足而完成的，本实用新型的目的是提供一种结构简单、绿色环保、工艺简单、不使用酸碱液就能将植物原料进行有效三素分离的同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，包括反应釜和传动装置，所述反应釜顶部设置有传动轴口，所述反应釜与所述传动装置在所述传动轴口对应位置处可拆卸式固定，所述传动装置的下部可拆卸连接有螺旋送料器，所述螺旋送料器由所述传动轴承向下纵向延伸至所述反应釜的底部，所述反应釜的顶部在左右两侧可启闭式设置有原料入口和辅料入口，所述原料入口的一端和所述辅料入口的一端均与所述反应釜可启闭式连通，所述原料入口的外端与供料系统可启闭式连通，所述辅料入口的外端与辅料系统可启闭式连通，所述反应釜的侧壁下部外周上和上部外周上分别设置有与所述热源循环系统可启闭式连通的热源输入口和热源输出口，所述热源输入口上可拆卸设置有热源输入阀，所述热源输出口上可拆卸设置有热源输出阀，所述反应釜通过所述热源输入阀和所述热源输出阀与所述热源循环系统可启闭式连通，所述反应釜的下部设置有物料出口，所述物料出口与出料系统可启闭式连通，所述反应釜包括外壳和内壁，所述内壁围设有容纳腔，所述外壳和所述内壁夹设有用于水循环的空腔，所述空腔与供水系统可启闭式连通。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备还可以是：
所述传动装置包括调速电机和传动轴承，所述传动轴承的上部和所述调速电机可拆卸式固定，所述传动轴承的下部和所述螺旋送料器可拆卸式固定。
所述螺旋送料器包括中心轴和螺旋叶板，所述中心轴的顶部与所述传动轴承的下部可拆卸式固定，所述中心轴的底部与所述反应釜的底部可解除式相抵，所述螺旋叶板沿所述中心轴螺旋固定于所述中心轴的中下段的外周上。
所述反应釜的中段设置有支撑架，所述支撑架的外周与所述反应釜可拆卸式固定，所述支撑架的内周与所述螺旋送料器可解除式相抵。
所述支撑架的内周设置有稳定轴承，所述稳定轴承的内周与所述螺旋送料器可解除式相抵，所述稳定轴承的外周与所述支撑架固定。
所述螺旋送料器的底部设置有刮料板，所述刮料板的内周与所述螺旋送料器固定，所述刮料板的外周与所述反应釜可滑动式相抵。
所述反应釜在所述原料入口对应位置处可拆卸设置有入料球阀，所述入料球阀的一端与所述反应釜可启闭式连通，所述入料球阀的另一端与所述供料系统可启闭式连通。
所述反应釜在所述物料出口对应位置处可拆卸设置有出料球阀，所述出料球阀的一端与所述反应釜可启闭式连通，所述出料球阀的另一端与出料系统可启闭式连通。
所述辅料系统包括辅料盛放罐，所述辅料盛放罐的底部与所述反应釜在所述辅料入口处可拆卸式固定。
所述辅料剩放罐由304不锈钢制成，所述辅料盛放罐与所述反应釜通过螺栓可拆卸式固定。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，包括反应釜和传动装置，所述反应釜顶部设置有传动轴口，所述反应釜与所述传动装置在所述传动轴口对应位置处可拆卸式固定，所述传动装置的下部可拆卸连接有螺旋送料器，所述螺旋送料器由所述传动轴承向下纵向延伸至所述反应釜的底部，所述反应釜的顶部在左右两侧可启闭式设置有原料入口和辅料入口，所述原料入口的一端和所述辅料入口的一端均与所述反应釜可启闭式连通，所述原料入口的外端与供料系统可启闭式连通，所述辅料入口的外端与辅料系统可启闭式连通，所述反应釜的侧壁下部外周上和上部外周上分别设置有与所述热源循环系统可启闭式连通的热源输入口和热源输出口，所述热源输入口上可拆卸设置有热源输入阀，所述热源输出口上可拆卸设置有热源输出阀，所述反应釜通过所述热源输入阀和所述热源输出阀与所述热源循环系统可启闭式连通，所述反应釜的下部设置有物料出口，所述物料出口与出料系统可启闭式连通，所述反应釜包括外壳和内壁，所述内壁围设有容纳腔，所述外壳和所述内壁夹设有用于水循环的空腔，所述空腔与供水系统可启闭式连通。先取不锈钢板冲压滚圆制作所述反应釜，并在所述反应釜的顶部留有所述原料入口和所述辅料入口，在所述反应釜的底部留有所述物料出口，再取不锈钢管做所述螺旋送料器，将所述螺旋送料器的一端与所述传动装置可拆卸式固定，然后将所述螺旋送料器插入所述反应釜，所述螺旋送料器延伸至所述反应釜的底部，再将所述调速电机与所述传动装置可拆卸式固定，最后将所述热源输入阀和所述热源输出阀分别在所述反应釜的侧壁下部和侧壁上部可拆卸式固定，这样，所述原料入口的一端和所述辅料入口的一端均与所述反应釜可启闭式连通，所述原料入口的外端与供料系统可启闭式连通，所述辅料入口的外端与辅料系统可启闭式连通，所述热源输入阀的一端和所述热源输出阀的一端均与所述反应釜的内部可启闭式连通，所述热源输入阀的另一端和所述热源输出阀的另一端均与热源系统可启闭式连通，首先开启所述原料入口和所述辅料入口，使原料和事先配备好的纳米硅辅料按照一定的配比同时进入所述反应釜，关闭所述原料入口和所述辅料入口，开启所述热源输入阀输入水蒸气，将所述反应釜内的温度和气压控制在一定范围内，使原料在一定时间内充分熟化、酥化，所述反应釜内纳米硅在气化的运动中，渗透到酥化的纤维素之间，在所述螺旋送料器的挤压摩擦之中，使大分子的纤维素与纤维素之间维系植物稳定结构的半纤维素，以及传输营养和水分的小分子木质素得以析出和分离，再开启供水系统，使循环水充满所述外壳和所述内壁之间的所述空腔，使釜内温度降至100℃和正常压力，最后开启所述调速电机带动所述螺旋送料器旋转，并开启所述物料出口，经过分离的物料从所述物料出口输出。制得的三素分离物料后续通过加入500％的清水搅拌稀释后，进入螺旋挤浆机，将已分离析出在纤维素与纤维素之间的半纤维素和木质素混合液挤出，从而分离提取物料比50％左右的纤维素产品；将螺旋挤浆机挤出的混合液通过纳米膜分离机，分离出木质素水溶液，提取物料比20％左右的半纤维素产品；再将木质素水溶液通过三效蒸发设备将水分蒸发掉，即得物料比30％左右的木质素产品。通过以上环节即可以获得“纤维素、半纤维素、木质素”三素产品，并且此过程在不用酸碱的前提下，就能将所有植物进行“纤维素、半纤维素、木质素”三素分离，由于没有酸碱破坏和污染植物原有生物有机成分，能将植物纤维素、半纤维素和木质素进行有效的生态利用，杜绝传统酸碱法分离的污染环境的难题，是植物综合利用产业升级换代的新发明。本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，相对于现有技术的优点是：结构简单、绿色环保、工艺简单、不使用酸碱液就能将植物原料进行有效三素分离。
附图说明
图1本实用新型一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备示意图。
图号说明
1…调速电机 2…传动轴承3…入料球阀
4…原料入口 5…热源输出阀6…辅料盛放罐
7…辅料入口 8…传动轴口9…螺旋叶板
10…中心轴11…稳定轴承 12…物料出口
13…螺旋送料器14…内壁 15…支撑架
16…热源输入阀17…刮料板 18…出料球阀
19…外壳20…反应釜
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“垂直”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图的图1对本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备作进一步详细说明。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，包括反应釜20和传动装置，所述反应釜20顶部设置有传动轴口8，所述反应釜20与所述传动装置在所述传动轴口8对应位置处可拆卸式固定，所述传动装置的下部可拆卸连接有螺旋送料器13，所述螺旋送料器13由所述传动轴承2向下纵向延伸至所述反应釜20的底部，所述反应釜20的顶部在左右两侧可启闭式设置有原料入口4和辅料入口7，所述原料入口4的一端和所述辅料入口7的一端均与所述反应釜20可启闭式连通，所述原料入口4的外端与供料系统可启闭式连通，所述辅料入口7的外端与辅料系统可启闭式连通，所述反应釜20的侧壁下部外周上和上部外周上分别设置有与所述热源循环系统可启闭式连通的热源输入口和热源输出口，所述热源输入口上可拆卸设置有热源输入阀16，所述热源输出口上可拆卸设置有热源输出阀5，所述反应釜20通过所述热源输入阀16和所述热源输出阀5与所述热源循环系统可启闭式连通，所述反应釜20的下部设置有物料出口12，所述物料出口12与出料系统可启闭式连通，所述反应釜20包括外壳19和内壁14，所述内壁14围设有容纳腔，所述外壳19和所述内壁14夹设有用于水循环的空腔，所述空腔与供水系统可启闭式连通。先取不锈钢板冲压滚圆制作所述反应釜20，并在所述反应釜20的顶部留有所述原料入口4和所述辅料入口7，在所述反应釜20的底部留有所述物料出口12，再取不锈钢管做所述螺旋送料器13，将所述螺旋送料器13的一端与所述传动装置可拆卸式固定，然后将所述螺旋送料器13插入所述反应釜20，所述螺旋送料器13延伸至所述反应釜20的底部，再将所述调速电机1与所述传动装置可拆卸式固定，最后将所述热源输入阀16和所述热源输出阀5分别在所述反应釜20的侧壁下部和侧壁上部可拆卸式固定，这样，所述原料入口4的一端和所述辅料入口7的一端均与所述反应釜20可启闭式连通，所述原料入口4的外端与供料系统可启闭式连通，所述辅料入口7的外端与辅料系统可启闭式连通，所述热源输入阀16的一端和所述热源输出阀5的一端均与所述反应釜20的内部可启闭式连通，所述热源输入阀16的另一端和所述热源输出阀5的另一端均与热源系统可启闭式连通，首先开启所述原料入口4和所述辅料入口7，使原料和事先配备好的纳米硅辅料按照一定的配比同时进入所述反应釜20，关闭所述原料入口4和所述辅料入口7，开启所述热源输入阀16输入水蒸气，将所述反应釜20内的温度和气压控制在一定范围内，使原料在一定时间内充分熟化、酥化，所述反应釜20内纳米硅在气化的运动中，渗透到酥化的纤维素之间，在所述螺旋送料器13的挤压摩擦之中，使大分子的纤维素与纤维素之间维系植物稳定结构的半纤维素，以及传输营养和水分的小分子木质素得以析出和分离，再开启供水系统，使循环水充满所述外壳19和所述内壁14之间的所述空腔，使釜内温度降至100℃和正常压力，最后开启所述调速电机1带动所述螺旋送料器13旋转，并开启所述物料出口12，经过分离的物料从所述物料出口12输出。制得的三素分离物料后续通过加入500％的清水搅拌稀释后，进入螺旋挤浆机，将已分离析出在纤维素与纤维素之间的半纤维素和木质素混合液挤出，从而分离提取物料比50％左右的纤维素产品；将螺旋挤浆机挤出的混合液通过纳米膜分离机，分离出木质素水溶液，提取物料比20％左右的半纤维素产品；再将木质素水溶液通过三效蒸发设备将水分蒸发掉，即得物料比30％左右的木质素产品。通过以上环节即可以获得“纤维素、半纤维素、木质素”三素产品，并且此过程在不用酸碱的前提下，就能将所有植物进行“纤维素、半纤维素、木质素”三素分离，由于没有酸碱破坏和污染植物原有生物有机成分，能将植物纤维素、半纤维素和木质素进行有效的生态利用，杜绝传统酸碱法分离的污染环境的难题，是植物综合利用产业升级换代的新发明。本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，相对于现有技术的优点是：结构简单、绿色环保、工艺简单、不使用酸碱液就能将植物原料进行有效三素分离。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述传动装置包括调速电机1和传动轴承2，所述传动轴承2的上部和所述调速电机1可拆卸式固定，所述传动轴承2的下部和所述螺旋送料器13可拆卸式固定。这样，将所述螺旋送料器13可拆卸固定于所述传动轴承2上，然后将固定有所述螺旋送料器13的所述传动轴承2从所述传动轴口8对应位置处伸入所述反应釜20中，使所述螺旋送料器13位于所述反应釜20的中部，然后将所述调速电机1与所述传动轴承2可拆卸式固定，当气动所述调速电机1时，所述传动轴承2随所述调速电机1旋转，进而带动所述螺旋送料器13旋转送料。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述螺旋送料器13包括中心轴10和螺旋叶板9，所述中心轴10的顶部与所述传动轴承2的下部可拆卸式固定，所述中心轴10的底部与所述反应釜20的底部可解除式相抵，所述螺旋叶板9沿所述中心轴10螺旋固定于所述中心轴10的中下段的外周上。这样，当所述螺旋送料器13随所述调速电机1旋转时，物料可以随所述螺旋叶板9由上至下持续传送，进而使物料更加充分熟化、酥化并顺畅地从所述物料出口1212送出。进一步优选的技术方案为所述中心轴10和所述螺旋叶板9均由Q235碳钢或304不锈钢、316不锈钢制成。这样，Q235碳钢主要成分为铁和碳，综合性能较好，主要用于常规机械制造，成本低，而304不锈钢除了铁和碳外，还添加了稀有金属铬和镍，具有一定的不锈性和防腐性，而316不锈钢中的稀有金属铬和镍含量高于304不锈钢，进而316不锈钢的不锈性和防腐性优于304不锈钢，但是在成本上Q235碳钢、304不锈钢和316不锈钢的价格依次递增，因此需要根据实际情况选用合适钢材。更进一步优选的技术方案为所述外壳1919由厚度为3mm的Q235碳钢、304不锈钢或者316不锈钢制成，所述内壁14由厚度为10mm的Q235碳钢、304不锈钢或者316不锈钢制成。这样，因为所述内壁14不但要承受来自所述空腔的水压，还需要承受来自所述反应釜20内部的水蒸气压力，因此所述内壁14通常采用10mm厚度的耐压钢材，而所述外壳1919只需要承受来自所述空腔的水压，因此所述外壳1919通常采用3mm厚度的钢材。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述反应釜20的中段设置有支撑架15，所述支撑架15的外周与所述反应釜20可拆卸式固定，所述支撑架15的内周与所述螺旋送料器13可解除式相抵。这样，所述螺旋送料器13随所述调速电机1旋转过程中，在所述螺旋送料器13的中段因为有所述支撑架15的支撑，分担了所述螺旋送料器13在旋转过程中受到的一部分离心力，进而使所述螺旋送料器13在旋转的过程中更加稳定。进一步优选的技术方案为所述支撑架15的外周与所述反应釜20通过螺栓可拆卸式固定，所述传送轴承的外周与所述反应釜20通过螺栓可拆卸式固定。这样，所述支撑架15和所述传送轴承与所述反应釜20之间的固定关系更加稳定，而当所述支撑架15或所述传送轴承需要更换时，可以随时通过拆卸螺栓将所述支撑架15或所述传送轴从所述反应釜20内卸下更换。更进一步优选的技术方案为所述支撑架15的内周设置有稳定轴承11，所述稳定轴承11的内周与所述螺旋送料器13可解除式相抵，所述稳定轴承11的外周与所述支撑架15固定。这样，所述螺旋送料器13在旋转过程中和所述支撑架15之间的摩擦力得以抵消，进而减少了所述螺旋送料器13和所述支撑架15之间的磨损，增加了所述螺旋送料器13和所述支撑架15的使用寿命。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述螺旋送料器13的底部设置有刮料板17，所述刮料板17的内周与所述螺旋送料器13固定，所述刮料板17的外周与所述反应釜20可滑动式相抵。这样，所述刮料板1717随着所述螺旋送料器13一起旋转，将分离后的物料刮到出料口附近，使分离后的物料可以顺利往下送出。进一步优选的技术方案为所述刮料板17的内周与所述螺旋送料器13点焊焊接式固定。这样，所述刮料板17可以与所述螺旋送料器13连接更加紧密，防止部分分离后的物料充塞在所述螺旋送料器13和所述刮料板17之间的缝隙中。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述反应釜20在所述原料入口4对应位置处可拆卸设置有入料球阀3，所述入料球阀3的一端与所述反应釜20可启闭式连通，所述入料球阀3的另一端与所述供料系统可启闭式连通。这样，在控制原料进入所述反应釜20的过程中，可以更加精确的控制原料的进入量，并且随时将所述反应釜20与所述供料系统之间开启连通或关闭连通。进一步优选的技术方案为所述入料球阀3可以是硬封球阀或软封球阀，所述入料球阀3与所述反应釜20通过螺栓可拆卸式固定。硬封球阀的密封副两侧均是金属材料或较硬的其它材料，这种密封的密封性能较差,但耐高温,抗磨损,机械性能好。而软封球阀的密封副一侧是金属材料,另一侧是有弹性的非金属材料，一般而言,软密封座采用具有一定强度、硬度和耐温性能的非金属材料制作，密封性能好，可以作到零泄漏，但寿命和对温度的适应性比较差。这样，可以根据所述入料球阀3的工作环境或者成本造价充分考虑选择硬封球阀或者软封球阀。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述反应釜20在所述物料出口12对应位置处可拆卸设置有出料球阀18，所述出料球阀18的一端与所述反应釜20可启闭式连通，所述出料球阀18的另一端与出料系统可启闭式连通。这样，在控制分离后的物料从所述反应釜20向下螺旋送出的过程中，可以更加精确的控制分离后的物料的输出量，并且随时将所述反应釜20与所述出料系统之间开启连通或关闭连通。进一步优选的技术方案为所述出料球阀18可以是硬封球阀或软封球阀，所述出料球阀18与所述反应釜20通过螺栓可拆卸式固定。硬封球阀的密封副两侧均是金属材料或较硬的其它材料，这种密封的密封性能较差,但耐高温,抗磨损,机械性能好。而软封球阀的密封副一侧是金属材料,另一侧是有弹性的非金属材料，一般而言,软密封座采用具有一定强度、硬度和耐温性能的非金属材料制作，密封性能好，可以作到零泄漏，但寿命和对温度的适应性比较差。这样，可以根据所述出料球阀18的工作环境或者成本造价充分考虑选择硬封球阀或者软封球阀。
本实用新型的一种同时分离纤维素、半纤维素和木质素的设备，请参考图1，在前面技术方案的基础上还可以是：所述辅料系统包括辅料盛放罐6，所述辅料盛放罐6的底部与所述反应釜20在所述辅料入口7处可拆卸式固定。这样，可以把配置好的纳米硅辅料存放在书辅料盛放罐6里面密封保存，进而保证纳米硅辅料所需要的浓度配比。进一步优选的技术方案为所述辅料剩放罐由304不锈钢制成，所述辅料盛放罐6与所述反应釜20通过螺栓可拆卸式固定。这样，304不锈钢除了铁和碳外，还添加了稀有金属铬和镍，具有一定的不锈性和防腐性，而316不锈钢中的稀有金属铬和镍含量高于304不锈钢，进而316不锈钢的不锈性和防腐性优于304不锈钢，但是316不锈钢的成本远远大于304不锈钢的成本。
上述仅对本实用新型中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本实用新型的保护范围，凡是依据本实用新型中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本实用新型的保护范围。
