模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，用于制備植物纖維，并對其進行改性處理。本發(fā)明采用由機筒和雙螺桿組成的蒸汽爆破單元模塊化多級組合而成的產量高、效果好、適應性廣、易實現自動化控制的蒸汽爆破裝置，主要包括機筒和安裝在機筒中的螺桿，每級機筒中安裝有兩根螺紋方向相反的螺桿且螺桿嚙合，同側所有螺桿套在花鍵芯軸上；模塊單元可根據物料調節(jié)級數，每個單元都有加料口，可加入改性劑，實現植物纖維原位改性；所有機筒采用上下兩部分組成的結構。
【專利說明】模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種生物質原料預處理過程中的蒸汽爆破改性裝置，特別涉及一種具有較高生產效率的植物纖維連續(xù)式蒸汽爆破改性裝置。
【背景技術】
[0003]生物質被廣泛用于造紙制漿、發(fā)酵酒精、人造板以及木塑復合材料的制備等領域，而適當預處理有利于植物纖維的高效利用。目前對于植物纖維的預處理技術主要有機械預處理、化學預處理、生物預處理等技術。基于物理-化學作用的蒸汽爆破技術以無污染、低成本、效果好等優(yōu)點引起了人們的注意。
[0004]蒸汽爆破裝置有間歇式和連續(xù)式兩種。當前蒸汽爆破裝置大多為間歇式，工作時將物料置于較高溫度和壓力的水蒸汽環(huán)境中，保壓一定時間，之后手動或自動打開快開閥門快速將壓力卸至常溫常壓環(huán)境下，實現植物纖維原料組織結構與成份的分離。這種裝置生產不連續(xù)，不易實現連續(xù)性自動化生產；生產損失大、能量損失多；且溫度和壓力相關聯，不易分別控制，因而產業(yè)化推廣較困難。CN201195813Y號專利提供了一種間歇蒸汽爆裝置，包括蒸汽發(fā)生器、緩沖罐、汽爆罐和接收罐。使用時先將玉米秸桿、麥草等放入汽爆罐，通入一定溫度壓力的飽和蒸汽，保壓一段時間后快速泄壓實現汽爆。但是間歇式的大型汽爆罐噴放時間長，致使蒸汽釋壓速率慢且釋壓過程的釋壓速率存在差異，影響蒸汽爆破效果及其均勻性。連續(xù)式蒸汽爆破裝置的處理能力較大，效率較高，適合于大型工業(yè)應用，但這種設備較少，價格昂貴。如加拿大的stake技術公司研制了一種連續(xù)性蒸汽爆破設備，其作用過程為:經浸潰的木片自料斗進入變壓縮比的喂料螺旋中被壓成圓柱形料塞，出口處由反噴逆止閥將料塞頂碎。頂碎的木片料塞掉入stake II型蒸煮器中。蒸煮器中通入壓力1.4MPa、溫度195°C的水蒸汽。木片在在蒸煮器中停留f 4min后被螺旋推進器推到末端，經一球形噴放閥每4s自動噴放一次。該設備的進料過程實現了連續(xù)化，蒸煮過程也是連續(xù)的，產量也較間歇式設備高，但噴爆過程仍處于間歇狀態(tài)，且需要設置大型的蒸汽發(fā)生裝置，整套設備能耗大。
[0005]當前蒸汽爆破裝置主要用于飼料、發(fā)酵預處理。其目的主要是使植物纖維中半纖維素、木質素、纖維素這三大組分部分降解并分離，從而易于消化或提高發(fā)酵效率，因此對處理后物料的形態(tài)沒有要求。如CN101525644A號專利公開了一種采用含纖維素的原料制備單糖的方法，CN101509018A號專利公開了一種采用含纖維素的原料制備乙醇的方法。蒸汽爆破處理在制漿、人造纖維板領域推廣應用的較少。這是由于間歇式蒸汽爆破處理過程中物料在蒸汽處理過程中是靜置于汽爆罐中，蒸汽爆破處理后雖然植物纖維的三大組分部分降解，但纖維細胞的離解程度并不高。因此目前間歇式蒸汽爆破方法在制漿、人造纖維板領域主要用于預處理，要使纖維細胞分離制備出具有大長徑比的纖維則需要進一步磨漿處理。[0006]為了充分利用可再生的植物資源，進一步拓寬植物纖維的應用領域，得到具有特定表面特性與性能的植物纖維，可以考慮在蒸汽爆破時添加改性劑。針對不同種類的植物纖維以及不同的改性要求，可能需要選擇不同的改性劑，并對蒸汽爆破參數反應條件進行有效調控，因此對于蒸汽爆破設備能否實現改性劑均勻配混和反應條件有效調控提出了更高的要求，而目前的罐式蒸汽爆破裝置和單螺桿蒸汽爆破裝置很難滿足上述要求。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明是針對現有技術存在的諸多不足之處，公開了一種模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，對于需要改性的植物纖維，雙螺桿蒸汽爆破單元實現了改性劑均勻配混，分級調控爆破參數和反應條件，實現高性能植物纖維的制備；本裝置自動化程度高，勞動強度低，降低成本。
[0008]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案:
模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，包括由模塊化設計的機筒和雙螺桿組成的模塊化蒸汽爆破單元，所述模塊化蒸汽爆破單元之間串聯式組合，級數可調；每級模塊化蒸汽爆破單元的機筒中安裝有兩根螺紋方向相反的螺桿且嚙合，機筒的出料口設有帶錐度孔的口模，同側所有螺桿套在一根花鍵芯軸上組合成整體，花鍵芯軸兩端有軸承支撐。
[0009]進一步地，所述模塊化蒸汽爆破單元的螺桿可以依據不同物料及處理效果選擇螺桿類型。
[0010]進一步地，所述螺桿套在花鍵芯軸上組合成整體，花鍵芯軸的右端設有螺紋，以及與所述螺紋相連接用于將各級螺桿壓緊，實現平穩(wěn)、可靠傳動的螺母，花鍵芯軸兩端設有軸承支撐。
[0011 ] 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。
[0012]進一步地，所述機筒由機筒上部和機筒下部上下連接而成。
[0013]進一步地，機筒上部和機筒下部之間由緊固螺釘相連接，各級機筒之間由螺栓固定連接。
[0014]進一步地，所述機筒前端設置有用于監(jiān)測機筒前端溫度的溫度傳感器。
[0015]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。
[0016]本發(fā)明的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置是由機筒和雙螺桿組成的模塊化的爆破單元，其中模塊化的爆破單元之間串聯，可調節(jié)爆破級數，對于不同的爆破級數有相應不同長度的花鍵芯軸，多段螺桿由相應長度的花鍵芯軸串聯在一起形成兩根長螺桿，并在安裝時使兩螺紋相互嚙合；動力經減速器傳至兩根花鍵芯軸驅動螺桿以相反方向旋轉；使用喂料器連續(xù)喂料，給水裝置可向加料口的物料均勻噴灑水，次級爆破單元上也有加料口，可按需添加改性劑和水等；每段爆破單元上均有測溫裝置和控溫裝置，用于實時調控機筒的溫度。
[0017]本發(fā)明的多級蒸汽爆破改性裝置適用性廣，可廣泛應用于處理各種草本、木本等多種植物原料，用于發(fā)酵預處理、造紙粗磨制漿、人造纖維板和木塑復合材料的纖維制備等領域。本發(fā)明的多級蒸汽爆破改性裝置采用模塊化設計，使用時可隨意組合，快速組裝、拆卸，可根據物料種類和產品需求調整爆破單元級數、組合式的螺桿的構型等；連續(xù)的多次蒸汽爆破改性，便于改性時添加的改性劑均勻分散，同時控制改性反應過程的溫度、壓力以及時間。
[0018]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，露出螺桿，清理物料，而且拆卸時不受螺桿影響，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(fā)展時笨重不方便拆卸的問題。
[0019]所述的模塊化的蒸汽爆破改性裝置的組合式螺桿元件的構型和機筒口模尺寸可根據物料種類和爆破效果需求調整，增加了裝置對原料的適用性，并使物料處理效果達到最佳。
[0020]所述的安裝在每段機筒中的兩根螺桿螺紋方向相反且螺桿嚙合。
[0021]所述的每段螺桿的加料段螺槽容積大，易加入較大體積的蓬松物料，螺槽容積沿輸送方向逐漸減小，采用連續(xù)漸變的壓縮比，保證物料連續(xù)平穩(wěn)地輸送。
[0022]所述的所有螺桿位于同一水平面上，并且同一側所有螺桿位于同一水平直線上，同側每級螺桿穿過花鍵芯軸組成一根長螺桿，解決了長螺桿的加工問題，組成長螺桿的每段螺桿的結構可相同，也可不同，任意組合，為在機筒中實現功能區(qū)分奠定基礎。
[0023]所述的花鍵芯軸對于不同級數的爆破單元其長度不同，并且花鍵芯軸為階梯軸，其兩端設有軸承支撐，花鍵芯軸的右端設有螺紋，以及與所述螺紋相連接用于將各級螺桿壓緊，實現平穩(wěn)、可靠傳動的螺母。
[0024]異向雙螺桿蒸汽爆破裝置工作原理與單螺桿蒸汽爆破裝置不同。在單螺桿蒸汽爆破裝置中，主要靠物料與螺桿和機筒磨擦、擠壓、拖曳進行輸送，添加改性劑時混合效果差，在線加入改性劑時，如改性劑噴灑不均勻，將導致改性劑與物料的反應也不均勻。在異向雙螺桿蒸汽爆破裝置中，米用相互哨合的多級雙螺桿輸送物料，螺桿的縱向和橫向均有一定程度的開放，物料被相鄰螺桿的螺棱擠壓、打散，改變運動方向，增強了物料的混合性，有利于提高植物纖維改性劑的分散均勻性；雙螺桿正位移輸送能力強，物料停留時間分布較窄，而且物料受到剪切、摩擦、揉搓而混合更充分、熱傳遞更好，保證了物料混合改性反應過程的均勻性；物料被壓入雙螺桿的嚙合間隙時，壓力增大，通過間隙后壓力迅速釋放，因此物料在通過雙螺桿的嚙合區(qū)時會經歷增壓、釋壓作用，從而強化植物纖維組織結構的離解；自潔效果好，減少了物料局部過熱的降解碳化。
[0025]本發(fā)明連續(xù)的多次爆破使得物料熱量損失少，蒸汽損失少，從而實現節(jié)能；裝置第一級爆破單元采用喂料器喂料，次級都有加料口，可同時或先后加入各種添加劑，并能夠與物料混合均勻，實現植物纖維原位改性，滿足不同植物纖維性能的需求。
[0026]模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置利用螺桿轉動來推動物料前進，依靠植物纖維和螺桿之間的摩擦來實現物料的輸送、壓實、增壓和升溫。由于物料含有一定量水分(30?50%)，當物料從狹縫口模中連續(xù)泄出時，物料內部的高溫高壓水瞬時釋出，過熱水迅速汽化急劇膨脹，產生“爆破”效果，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。
[0027]所述模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置使用時，第一級爆破后噴放的物料進入第二級爆破單元，第二級爆破后噴放的物料進入第三級爆破單元，直至最后一級爆破單元，物料經過最后一級機架上的出料口排出。
[0028]本發(fā)明在使用時可依據物料實時調控物料含水率、改性劑種類及配比；每級料筒的口模處溫度利用可溫度傳感器實時監(jiān)測，通過向料筒內的控溫流道通介質控制升溫和降溫，使機筒內物料達到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。
[0029]所述每級料筒中的物料含水率、改性劑種類及配比可單獨調控。
[0030]所述每級料筒的溫度單獨調控。
[0031]所述介質為冷卻介質或者加熱介質，提供加熱或冷卻功能，調節(jié)蒸汽爆破過程中物料的溫度。
[0032]本發(fā)明模塊化異向雙螺桿連續(xù)式蒸汽爆破改性裝置與傳統的間歇式蒸汽爆破裝置相比，省去蒸煮器等附屬的設備，降低成本。
[0033]本發(fā)明模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置結構簡單、操作方便、效率高、能耗低，可進行自動化、連續(xù)化大規(guī)模工業(yè)生產。
[0034]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0037]實施例。
[0038]如圖1所示，圖1為發(fā)明的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置的結構示意圖。模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其核心為由機筒和雙螺桿組成的模塊化蒸汽爆破單元，圖1中包括第一級模塊化蒸汽爆破單元1、第二級模塊化蒸汽爆破單元7，第三級模塊化蒸汽爆破單元11，分別固定在三段機架上，機架通過定位裝置及緊固機構固定，便于拆卸和組裝，可根據需要改裝成單級、兩級、三級、四級異向雙螺桿連續(xù)式蒸汽爆破裝置，電動機提供動力經減速器傳遞給花鍵芯軸2，花鍵芯軸2為階梯軸便于安裝軸承，花鍵芯軸2將所有螺桿串聯起來，花鍵部分末端有螺紋，物料經加料口 3進入機筒，同時加料口有外接噴水裝置，用以調節(jié)物料含水率，緊固螺釘4將機筒上部和機筒下部連接，這樣設計便于快速拆卸、清洗、維修、更換和保養(yǎng)，機筒上部前端裝有熱電偶5，用于實時監(jiān)測溫度；第一級爆破單元和第二級爆破單元的機筒之間通過螺栓6聯接，便于拆卸，7為第二級爆破單元，第二級爆破單元上有加料口 8，料斗采用可密閉式料斗，方便添加物料及助劑，密閉時可減少水蒸汽和熱量散失，實現節(jié)能，異向雙螺桿9由花鍵芯軸串起來并相互嚙合，機筒上部和機筒下部都開有控溫流道10，用來對機筒前端升溫和降溫，每級爆破單元上均有測溫和控溫裝置，以滿足爆破溫度及反應需求；第二級爆破單元和第三級爆破單元結構相同，僅有爆破單元出料口處間隙不同，便于加工和安裝，避免了單獨口模安裝造成的結構麻煩，使用時可調整爆破單元的組合方式滿足不同階段出料口間隙大小的需要，12為墊片，螺母13與花鍵芯軸2末端的螺紋旋合，將花鍵芯軸2上的多級螺桿緊固，使螺桿平穩(wěn)、可靠工作，軸承14起支撐花鍵芯軸2的作用。
[0039]本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于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。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)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(fā)明權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，包括由模塊化設計的機筒和雙螺桿組成的模塊化蒸汽爆破單元，其特征在于:所述模塊化蒸汽爆破單元之間串聯式組合，級數可調；每級模塊化蒸汽爆破單元的機筒中安裝有兩根螺紋方向相反的螺桿且嚙合，機筒的出料口設有帶錐度孔的口模，同側所有螺桿套在一根花鍵芯軸上組合成整體，花鍵芯軸兩端有軸承支撐。
2.根據權利要求1所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:所述模塊化蒸汽爆破單元的螺桿可以依據不同物料及處理效果選擇螺桿類型。
3.根據權利要求2所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:所述螺桿套在花鍵芯軸上組合成整體，花鍵芯軸的右端設有螺紋，以及與所述螺紋相連接用于將各級螺桿壓緊，實現平穩(wěn)、可靠傳動的螺母，花鍵芯軸兩端設有軸承支撐。
4.根據權利要求1?3任一項所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:所述口模的錐度孔尺寸大小不一，各級機筒上均有加料口。
5.根據權利要求4所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:所述機筒由機筒上部和機筒下部上下連接而成。
6.根據權利要求5所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:機筒上部和機筒下部之間由緊固螺釘相連接，各級機筒之間由螺栓固定連接。
7.根據權利要求6所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于:所述機筒前端設置有用于監(jiān)測機筒前端溫度的溫度傳感器。
8.根據權利要求7所述的模塊化異向雙螺桿連續(xù)式植物纖維蒸汽爆破改性裝置，其特征在于: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。
【文檔編號】D21B1/36GK103437229SQ201310370177
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權日:2013年8月23日
【發(fā)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(yè)有限公司