专利名称：高纯木素、纤维高效分离装备系统的制作方法
(一)技术领域 本发明涉及一种高纯木素、纤维高效分离装备系统，特别是利用木材类、竹类、秸秆类、麻类等为原料进行高效分离，达到无污染排放的专用系统装置。
背景技术：
纤维加工业(主要是制浆造纸、改性纤维、纺织纤维)是中国乃至世界经济的重要支柱产业之一。仅制浆造纸行业，纸与纸板的生产占世界经济总产出的1％。我国在经济腾飞的同时，对纸的需求迅速增加。然而众所周知制浆造纸工业也是环境污染和能源消耗大户。产生的废水对江河湖海的污染触目惊心。在造纸工业中，对环境产生污染的主要是蒸煮废液(硫酸盐法或碱法蒸煮产生的黑液及酸性亚硫酸盐法产生的红液)，其污染负荷占整个造纸工业污染的80％以上，据统计，世界2000年制浆总量达2亿多吨，化学制浆占70.64％。中国2000年制浆总量达2000多万吨。若每吨浆理论上产生100～120吨6B′e的黑(红)液(其COD高达50000mg/L)，即每年产黑(红)液量达3～5亿吨。这些黑(红)液中除含有大量游离残碱和酸性物质外，还含有许多水溶性有机物，如木质素等。木质素以其结构复杂，生物降解难，是造纸工业主要的有机污染物。
木素与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成分，就总量而言，地球上木素的数量仅次于纤维素，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木素。木素在自然界存在的数量很大，而且总是与纤维素伴生。人类利用纤维素已有几千年的历史，而木素真正开始研究是1930年以后的事，而且至今没有很好的利用，大自然提供给人类的大宗资源，每年白白浪费掉了。木素作为造纸工业的副产物，由于得不到充分利用，在造纸废水中很难分解，严重地污染了水资源和生态环境。木素是无定形的热塑性高聚物，具有玻璃态转化性质，在玻璃化温度以下，木素呈玻璃固态；在玻璃化温度以上，分子链发生运动，木素软化变粘，并具有粘胶力。木素的玻璃化性质，这是自然界除微生物发酵合成的天然聚酯等材料外，在天然高分子资源中极少同时具有热塑性和玻璃化性质的材料之一，国外木素在化工、化肥、地膜、机电、材料、包装和环保等方面开发的产品有400种之多，其关键技术就是生产出了高纯度的木素原料。
以制浆造纸为例，现有木素、纤维分离装备系统包括有原料处理机械的原料削片机和除尘机；蒸煮机械有蒸煮球或蒸煮器；冲洗浓缩机械有包括蒸煮球下的挤浆机、冲洗、稀释浆料的冲洗池、浆泵，或者是多段圆网，侧压浓缩机进行纸浆冲洗，其处理浓度为4％以下的低浓浆后进行低浓磨浆机的磨浆出浆工段；对于漂白浆在冲洗浓缩工段中设有漂洗工段，最后经离心筛选、排渣出浆。该现有的木素、纤维分离系统存在很多致命缺陷，存在严重的环境污染问题，由于其在原料的处理上只是将大块原料处理成小块或小段，原料自然结构并未得到有效地物理破解，势必要在蒸煮工段中加大蒸煮条件，如烧碱用量多、蒸煮费时长，才能迫使碱逐渐浸入原料中析出所需纤维，但同时造成木质素变性溶出多、导致蒸煮废液粘度大、颜色黑暗、高碱性含量，一方面严重影响纤维的渗透性能，其废液、废水的回收更是难以解决的技术问题。国内外对现有木素、纤维分离系统所产生的废液、废水，采用的各种化学方法进行分离、净化处理，由于强碱或强酸、高温长时间的蒸煮作用，分离出的木素绝大部分已水解为小分子物质，已其深加工利用已无实际意义，仅少量用作减水剂或燃料，大自然提供给人类的大宗木素资源，就白白浪费掉了。从根本上改变现有木素、纤维分离系统本身存在的问题，从系统组成上制止其产生大量难以净化的污水是新型高纯木素、纤维高效分离工艺系统的关键。
(三)技术方案1、发明目的 本发明的目的在于针对已有技术方案单个设备独立使用，分解率低，渗漏严重等不足，通过对现有单个的木素、纤维分离机械进行系统设计，提供一种有机溶剂密闭循环，弱化其蒸煮条件所需，并可使其用回收利用方法实现所需有机溶剂循环使用，消除废水排放的新型高纯木素、纤维高效分离装备系统。
2、技术方案 本发明目的是这样实现的一种高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，它是由连接为一个统一系统的原料有机溶剂预热-蒸煮机械、热磨解处理机械、浓缩精浆机械、漂白精浆机械和有机溶剂回收机械组成。所述的原料有机溶剂预热-蒸煮机械由汽蒸器1、管式蒸煮器3以及螺旋给料器2等组成；所述的热磨解处理机械主要由热磨机4、浆池6和蒸汽分离器5组成；所述的浓缩精浆机械由分离筛8、除渣器9、浓缩机10、脱水压榨机12、筛渣脱水机15和筛渣磨16组成；所述的漂白精浆机械由圆网混合器13、漂白塔14、混合器11和脱水压榨机12组成；所述的有机溶剂回收机械由废液池17、溶剂回收塔18和干燥器19组成。
本发明所提供的高纯木素、纤维高效分离装备系统的利用，首先是利用汽蒸器、管式蒸煮器对原料进行处理，有利于有机溶剂直接浸入、使原料中的木质素处于溶解、分离和稀释状态，与传统木素、纤维分离系统相比，所需化学药品用量大大降低，原料中的木质素溶出多，浆料的粘度也随之大大降低，所以可以大大简化传统蒸煮废液的净化处理；在本技术中通过压力筛或真空吸滤筛挤浆机可将浆料中绝大部分的木素有机溶剂挤出、从而净化浆料，其木素有机溶剂进行过滤处理后，就可进入溶剂回收塔中进行回收循环使用，剩余废液(渣)通过干燥作复合肥基质或燃料。
在本技术的系统装配中，采用了热磨机的磨解处理方式，对纤维的破坏率大大降低，提高了纤维的强度和其后的抄制性能，综合以上因素，其所制高纯纤维的质量也会大大提高，甚至可以直接用做抄丝纤维。而用做抄纸纤维仅用一级热磨解处理即可。既使对漂白纤维而言，其漂液用量也大大降低，漂白时间也明显缩短，废漂液仍可通过有机溶剂回收工段循环使用。本技术所提出的技术方案是从系统硬件组成角度上，通过自身构成达到有机溶剂自身循环使用，既减少了传统技术蒸煮辅料和水的用量，又基本上无废水排放，可以从源头减少木素、纤维分离对环境的废水污染，是实现低污染或无污染“绿色化工”技术的有效途径之一。
说明书附图是本发明的系统中各部分机械的连接关系图。其中，1为汽蒸器；2为螺旋给料器；3为管式蒸煮器；4为热磨机；5为蒸汽分离器；6为浆池；7为浆泵；8为分离筛；9为除渣器；10为浓缩机；11为混合器；12为脱水压榨机；13为圆网混合器；14为漂白塔；15为筛渣脱水机；16为筛渣磨；17为废液池；18为溶剂回收塔；19为干燥机。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例详细说明本发明的技术内容。
本发明专利所设计的高纯木素、纤维高效分离工艺系统的组成包括有原料有机溶剂预热-蒸煮机械，热磨解处理机械、浓缩精浆机械制成本色纤维；加上漂白精浆机械可制成漂白纤维，有机溶剂回收机械分离出高纯木素后循环使用，剩余废液(渣)通过干燥作复合肥基质或燃料的高纯木素、纤维高效分离工艺系统。其中的原料有机溶剂预处理机械是以汽蒸器1、管式蒸煮器3为主，以螺旋给料器2等为辅助设备组成的。通过原料有机溶剂预热-蒸煮工段，有机溶剂直接浸入、使原料中的木质素处于溶解、分离和稀释状态，原料中木素软化到在纤维不受损伤的情况下，但又可以几乎全部分离开的程度，因而热磨解仅需很小的动力输入。在原料有机溶剂预热-蒸煮机械加入的、可循环回收利用的、并在系统全过程中于各设备中全封闭、管道密闭连接的液相物质以有机溶剂为主，主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等。
热磨解处理机械主要由热磨机4、浆池6和蒸汽分离器5等设备构成。热磨机可以是Φ600～915mm规格或更大规格、不同类型的设备。在本技术的系统装配中，采用了一级热磨机的磨解处理方式，对纤维的破坏率大大降低，提高了纤维的强度和其后的抄制性能，综合以上因素，其所制高纯纤维的质量也会大大提高，甚至可以直接用做抄丝纤维。而用做抄纸纤维仅用一级热磨解处理即可。
浓缩精浆机械主要包括有分离筛8、除渣器9、浓缩机10、脱水压榨机12、筛渣脱水机15和筛渣磨16等设备。分离筛根据需要可以采用压力筛、真空吸滤筛、圆网筛等。由于采用有机溶剂做木素、纤维分离介质，木素有机溶液的粘度小，通过浓缩精浆工段可以使纤维进一步分丝，帚化。同时，黑液的脱出量达到90％以上，且很容易地对木素有机溶液废液进行分离、回收处理，即经过有机溶剂回收工段分离出高纯木素、有机溶剂和其它固形物。该系统组成，如前所述因有机溶剂对木素具有很好的分离效果，分离筛、压榨机、脱水机等对木素有机溶剂的脱液率很高，尤其对于那些用于抄制质量要求略低一些的纸浆(如包装用纸等)生产就可以省去洗浆工段，从而节约了大量的水资源，对于抄制纸张质量要求较高的或用于生产改性纤维、抄丝纤维的高纯木素、纤维高效分离系统，可以在浓度调整后增设六角筛浓缩脱水机或圆网，侧压浓缩机，其洗浆用木素有机溶剂通过有机溶剂回收工段分离出高纯木素、有机溶剂和其它固形物。
漂白精浆机械主要包括括圆网混合器13、漂白塔14、混合器11和脱水压榨机12等设备。对于生产漂白纤维，可增设常规漂白精浆机械。
有机溶剂回收机械主要包括废液池17、溶剂回收塔18和干燥器19等设备。通过前面设备的分离筛、压榨机可将浆料中绝大部分的木素有机溶剂挤出、从而净化浆料。在前述原料有机溶剂预热-蒸煮处理、热磨解处理、浓缩精浆、漂白精浆等各工段分离出的木素有机溶剂，通过各设备全封闭、管道密闭连接循环、无液相、气相物质泄漏地输送到废液池，进行过滤处理后，就可进入溶剂回收塔中进行回收循环使用，剩余废液(渣)通过干燥作复合肥基质或燃料。
本发明所采用的设备为制浆用汽蒸器、管式蒸煮器、热磨机及相关联的分离筛、脱水压榨机、溶剂回收塔等辅助联接设备。关键设备热磨机为Φ600～915mm规格，对于大直径的热磨机分离、成浆更好。
本发明高纯木素、纤维高效分离工艺系统运行时，可将适于高纯木素、纤维分离生产的各种原料(木材类、竹类、秸秆类、麻类等)除渣、水洗，制成片状。原料有机溶剂的比例为1∶1～4，向预热料仓内送入0.2～0.3MPa的饱和蒸汽对片状原料预热20～90分钟，利用螺旋进料器压缩比1∶1.5～2.5的喂料送至蒸煮器，0.5～1.0MPa的饱和蒸汽蒸煮20～90分钟，至原料含水(液)率为25％～50％。磨浆浓度为25％～50％，磨盘间隙为0.1～0.15mm，排料次数50～60次/分，热磨浆叩解度达20～50。以上，浆液分离、溶剂清洗后，制成本色纤维，浆料得率70％～80％；经漂白、精浆可制成漂白纤维。浆液分离、溶剂清洗后的有机溶剂分离出高纯木素后循环使用。剩余废液(渣)通过干燥作复合肥基质或燃料。
权利要求
1.一种高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，它是由连接为一个统一系统的原料有机溶剂预热-蒸煮机械、热磨解处理机械、浓缩精浆机械、漂白精浆机械和有机溶剂回收机械组成。
2.根据权利要求1所述的高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，所述的原料有机溶剂预热-蒸煮机械由汽蒸器(1)、管式蒸煮器(3)以及螺旋给料器(2)等组成；所述的热磨解处理机械主要由热磨机(4)、浆池(6)和蒸汽分离器(5)组成；所述的浓缩精浆机械由分离筛(8)、除渣器(9)、浓缩机(10)、脱水压榨机(12)、筛渣脱水机(15)和筛渣磨(16)组成；所述的漂白精浆机械由圆网混合器(13)、漂白塔(14)、混合器(11)和脱水压榨机(12)组成；所述的有机溶剂回收机械由废液池(17)、溶剂回收塔(18)和干燥器(19)组成。
3.根据权利要求1所述的高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，各种机械之间用管道密闭连接，无液相、气相物质泄漏。
4.根据权利要求1、2、3之一所述的高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，系统全过程的液相物质以有机溶剂为主；所述的有机溶剂主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等。
5.根据权利要求1、2、3之一所述的高纯木素、纤维高效分离装备系统，其特征在于，所述的热磨解处理机械可以由两台盘磨机串联组成。
全文摘要
本发明涉及一种高纯木素、纤维高效分离装备系统，属纤维素生产机械技术领域。它包括有原料有机溶剂预热－蒸煮工段、热磨解处理工段、浓缩精浆工段制成本色纤维；加上漂白精浆工段可制成漂白纤维，有机溶剂回收分离工段分离出高纯木素后循环使用，剩余废液(渣)通过干燥作复合肥基质或燃料。本发明通过设备组合形成的高纯木素、纤维高效分离工艺系统，达到无污水排放的目的，具有原料不受限制，木素、纤维纯度高、质量好，应用范围广，综合成本低的优点。
文档编号D21C3/20GK1619055SQ200310110998
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年11月20日
发明者罗学刚, 徐东 申请人:罗学刚