[发明专利]模块化异向双螺杆连续式植物纤维蒸汽爆破改性装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种生物质原料预处理过程中的蒸汽爆破改性装置，特别涉及一种具有较高生产效率的植物纤维连续式蒸汽爆破改性装置。

背景技术

生物质被广泛用于造纸制浆、发酵酒精、人造板以及木塑复合材料的制备等领域，而适当预处理有利于植物纤维的高效利用。目前对于植物纤维的预处理技术主要有机械预处理、化学预处理、生物预处理等技术。基于物理-化学作用的蒸汽爆破技术以无污染、低成本、效果好等优点引起了人们的注意。

蒸汽爆破装置有间歇式和连续式两种。当前蒸汽爆破装置大多为间歇式，工作时将物料置于较高温度和压力的水蒸汽环境中，保压一定时间，之后手动或自动打开快开阀门快速将压力卸至常温常压环境下，实现植物纤维原料组织结构与成份的分离。这种装置生产不连续，不易实现连续性自动化生产；生产损失大、能量损失多；且温度和压力相关联，不易分别控制，因而产业化推广较困难。CN201195813Y号专利提供了一种间歇蒸汽爆装置，包括蒸汽发生器、缓冲罐、汽爆罐和接收罐。使用时先将玉米秸秆、麦草等放入汽爆罐，通入一定温度压力的饱和蒸汽，保压一段时间后快速泄压实现汽爆。但是间歇式的大型汽爆罐喷放时间长，致使蒸汽释压速率慢且释压过程的释压速率存在差异，影响蒸汽爆破效果及其均匀性。 连续式蒸汽爆破装置的处理能力较大，效率较高，适合于大型工业应用，但这种设备较少，价格昂贵。如加拿大的stake技术公司研制了一种连续性蒸汽爆破设备，其作用过程为：经浸渍的木片自料斗进入变压缩比的喂料螺旋中被压成圆柱形料塞，出口处由反喷逆止阀将料塞顶碎。顶碎的木片料塞掉入stake II型蒸煮器中。蒸煮器中通入压力1.4MPa、温度195℃的水蒸汽。木片在在蒸煮器中停留l~4min后被螺旋推进器推到末端，经一球形喷放阀每4s自动喷放一次。该设备的进料过程实现了连续化，蒸煮过程也是连续的，产量也较间歇式设备高，但喷爆过程仍处于间歇状态，且需要设置大型的蒸汽发生装置，整套设备能耗大。

当前蒸汽爆破装置主要用于饲料、发酵预处理。其目的主要是使植物纤维中半纤维素、木质素、纤维素这三大组分部分降解并分离，从而易于消化或提高发酵效率，因此对处理后物料的形态没有要求。如CN101525644A号专利公开了一种采用含纤维素的原料制备单糖的方法，CN101509018A号专利公开了一种采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。蒸汽爆破处理在制浆、人造纤维板领域推广应用的较少。这是由于间歇式蒸汽爆破处理过程中物料在蒸汽处理过程中是静置于汽爆罐中，蒸汽爆破处理后虽然植物纤维的三大组分部分降解，但纤维细胞的离解程度并不高。因此目前间歇式蒸汽爆破方法在制浆、人造纤维板领域主要用于预处理，要使纤维细胞分离制备出具有大长径比的纤维则需要进一步磨浆处理。

为了充分利用可再生的植物资源，进一步拓宽植物纤维的应用领域，得到具有特定表面特性与性能的植物纤维，可以考虑在蒸汽爆破时添加改性剂。针对不同种类的植物纤维以及不同的改性要求，可能需要选择不同的改性剂，并对蒸汽爆破参数反应条件进行有效调控，因此对于蒸汽爆破设备能否实现改性剂均匀配混和反应条件有效调控提出了更高的要求，而目前的罐式蒸汽爆破装置和单螺杆蒸汽爆破装置很难满足上述要求。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的诸多不足之处，公开了一种模块化异向双螺杆连续式植物纤维蒸汽爆破改性装置，对于需要改性的植物纤维，双螺杆蒸汽爆破单元实现了改性剂均匀配混，分级调控爆破参数和反应条件，实现高性能植物纤维的制备；本装置自动化程度高，劳动强度低，降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

模块化异向双螺杆连续式植物纤维蒸汽爆破改性装置，包括由模块化设计的机筒和双螺杆组成的模块化蒸汽爆破单元，所述模块化蒸汽爆破单元之间串联式组合，级数可调；每级模块化蒸汽爆破单元的机筒中安装有两根螺纹方向相反的螺杆且啮合，机筒的出料口设有带锥度孔的口模，同侧所有螺杆套在一根花键芯轴上组合成整体，花键芯轴两端有轴承支撑。 

进一步地，所述模块化蒸汽爆破单元的螺杆可以依据不同物料及处理效果选择螺杆类型。

进一步地，所述螺杆套在花键芯轴上组合成整体，花键芯轴的右端设有螺纹，以及与所述螺纹相连接用于将各级螺杆压紧，实现平稳、可靠传动的螺母，花键芯轴两端设有轴承支撑。

进一步地，所述口模的锥度孔尺寸大小不一，各级机筒上均有加料口。

进一步地，所述机筒由机筒上部和机筒下部上下连接而成。