用于制备粉状纤维素的装置的制作方法

本发明涉及纤维素制备装置领域。更具体地说，本发明涉及一种用于制备粉状纤维素的装置。

背景技术：

粉状纤维素是纤维素的一种形态，系由纤维素制得，与纤维素、微晶纤维素为同类物质。粉状纤维素比纤维素的聚合度低，但比表面积比纤维素大，极性的—oh基仍然存在，使之在吸附性、分散性等方面性能更为突出。所以，粉状纤维素在工业应用上具有独特的功效，如化工助滤剂(点解食盐等)、离子吸附剂(发电厂冷凝水去除二价铁离子等)、涂料填充剂(合成革等)、燃烧体辅料(火柴头、电焊条焊药等)。

目前粉状纤维素的制备方法是以纸浆为原料，先经过轻度的酸水解再经过机械研磨，使之成为一定细度和流动性的微粒。这个过程中涉及化学反应，既带来较大用水量，又给企业后续三废处理增加了难度，涉及较多环保问题，大大限制了企业的发展。另一方面，纸浆纤维中的主要成分包括α纤维素、β纤维素和γ纤维素，其中α纤维素是结晶性纤维素，结构稳定性好，β纤维素和γ纤维素除了含有纤维素外，还含有各种多糖类，我们希望所制得纤维素中α纤维素的含量越高越好。

现有的生产技术中，依靠螺杆式挤出机挤出粗料，再进行精磨，精磨过程更为耗时耗力，螺杆式挤出机是依靠螺杆旋转产生的压力及剪切力使得物料均匀混合，现有的螺杆式挤出机或者挤压膨化机多是针对食品、饲料领域，粉状纤维本身的物性较为特殊，具有密度小、逢松、体积大、流动性不佳等特点，现有的螺杆式挤出机，在物料进入螺杆腔体前的加料阶段容易出现“搭桥”现象，即加料容器的上部有物料，下部没有物料，物料运动过程中出现空洞状的现象。另外，所得纤维素中α纤维素的含量多不如人意。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种用于制备粉状纤维素的装置，应用所述装置可以通过纯物理方法即可获得粉状纤维素，能够避免使用化学试剂，减少三废处理成本，所得产品质量更稳定可控，性能优异；另外，该装置很好地克服了加料时出现“搭桥”现象；更重要的是本发明所提供用于制备粉状纤维素的装置制得的纤维素中α纤维素含量极高。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了用于制备粉状纤维素的装置，包括：

包括螺杆腔体、螺杆、减速机、进料口、出料口、支架和底座，所述进料口连接垂直设置的螺旋输送机，所述垂直设置的螺旋输送机上部远离出料口的一侧设有第一开口，所述第一开口处连接有水平设置的螺旋输送机，所述水平设置的螺旋输送机上部设有第二开口开口，所述第二开口上部设置有加料斗，所述第二开口与所述加料斗连通；因纤维物料的物性，密度小、蓬松、体积大、流动性不佳等特点，所以物料在进入螺杆腔体时需以强制入料的形式，将物料加入进螺杆腔体中，在水平输送机出口处，安装一台垂直输送机，垂直输送机为螺旋输送机的形式，水平输送机出口与垂直输送机的入口相连接，强制性将物料由水平输送机再通过垂直输送机加入进纯化机的螺杆腔体。

优选的是，所述加料斗内设置有竖直方向依次排列的搅拌器1～4个；由于纤维物料密度小，比较蓬松，体积还比较大，所以在加料斗内依据加料斗的高度设置多个搅拌器，防止物料进入水平螺旋输送机时产生“搭桥”现象，即加料斗上部有物料，但下部没有物料，出现空洞状的现象。

优选的是，所述螺杆腔体，两端开口，其水平设置，所述进料口开在靠近所述螺杆腔体一端开口的上方，另一端开口为出料口，所述螺杆腔体内平行设置两根螺杆，靠近进料口的螺杆一端由减速机带动转动，所述每根螺杆按区间设置不同螺距的螺旋，从加料口到出料口将所述区间分为加料段、混剪段以及挤压排料段，每个区间的螺杆参数如下：

加料段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为40～320mm、长径比为5～55、导程为60～570mm；

混剪段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为10～320mm、长径比为4～55、导程为60～570mm；

挤压排料段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为10～320mm、长径比为1～55、导程为60～570mm；

所述螺旋间的螺距从加料段到挤压排料段呈梯度递减；通过本发明提供的用于制备甘蔗膳食纤维粉的装置，物料经过螺杆的加料段、混剪段、挤压排料段，输送到螺杆腔体的出料口处出料；每个区段的螺距逐渐递减或梯度递减，对进入螺杆腔体后的膨松物料得以挤压，使物料的体积变小，物料更紧密，以利后面再进入螺距更小的区段内再进行对物料的破碎、挤压、揉搓等作用；物料在输送过程中随着物料细度的变化，不同梯度的螺距使得物料到达出料口处粒度更细更均匀，使得后续精磨更为轻松；

所述螺杆腔体外部设置有电感应加热装置，各区间的工作温度如下：

加料段工作温度为50～170℃、混剪段工作温度为80～170℃、挤压排料段工作温度为80～250℃；

所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料在经过螺杆输送的过程中，螺杆腔体通过电感应加热装置对各段的腔体按设定的温度进行加热，使得物料中所含的水分转化成水蒸气，增加螺杆腔体内的压力，当螺杆腔体的温度和压力到达一定的范围内，纤维物料中β纤维素和γ纤维素迅速分解，提高纤维物料中α纤维素的含量，达到纯化目的；。

优选的是，所述出料口外部设置压力调节板，所述压力调节板与所述出料口平行相对设置，与所述出料口之间的水平距离可调节，调节压力调节板与出料口之间的水平距离，可以改变物料在螺杆腔体中的压力大小，控制出料口压力为0.5～10mpa，进一步提高纤维物料纯化的效果，提高α纤维素的含量；使用可调节的压力调节板控制出料，较传统的试料模具更适用于纤维素物料，能有效防止物料在出料模具口产生“搭桥”现象，堵住出料口；所述出料口处还设置外罩，控制出料方向。

优选的是，所述螺杆的轴部以矩形花键形式的联轴器与所述减速机的轴输出端连接，并辅以螺母锁死，所述螺母的旋向与所述螺杆的转动方向相同；所述螺杆腔体与所述减速机输出端以联轴器连接；所述减速机输入端通过皮带由电机带动。

优选的是，所述螺杆腔体还可以是多段式设置，每段间通过螺栓、法兰连接；所述螺杆还可以是多段式设置，每段之间以矩形花键的结构连接；所述混剪段的螺杆还可以分为三个区间段，沿出料口方向，螺距呈梯度递减。

优选的是，所述螺杆腔体外侧开槽，槽中设置管道，通以循环冷水；在距离所述电感应加热装置一定距离的螺杆腔体上安装有温度传感器；在所述出料口处安装有温度传感器；所有传感器都加装有保护套。

优选的是，混剪段以及挤压排料段的螺旋上设置螺旋开槽，允许物料从开槽中通过。

优选的是，基于如上所述的用于制备粉状纤维素的装置制备粉状纤维素的方法，包括：

步骤一、将纸浆板进行开松和预破碎后，过20目筛网得到纸浆粉，与水和助膨剂混合均匀，使得混合物料的含水率控制在20～50％；所述助膨剂的添加量小于等于5％；

步骤二、将步骤一所得混合物料通入所述用于制备粉状纤维素的装置，设置加料段的工作温度为50～170℃、混剪段的工作温度为80～170℃、挤压排料段工作温度为80～170℃，所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料停留时间小于等于10min，物料出口处压力控制在0.5～10mpa，得挤出料；

步骤三、将步骤二所得挤出料进行干燥，得到水分小于等于10％的干燥物料；

步骤四、将步骤三所得干燥物料进行精磨，过筛得目标粒度的粉状纤维素。

优选的是，所述助膨剂选自碳酸盐类。

本发明至少包括以下有益效果：一、由于用于制备粉状纤维素的装置的高温高压作用，多糖类物质会分解成单糖和有机小分子物质，造成β、γ纤维素含量降低，使得所得粉状纤维素中α纤维素含量较高，生产成本低、效率高、生产方法环保；二、纸浆纤维中的水分在用于制备粉状纤维素的装置的高温高压环境下变成蒸汽渗透到纤维内部，膨胀的气体作用于纸浆纤维，使得组分中的半纤维素降解，纤维之间的横向连接强度降低，并在短时间内瞬间释放高压蒸汽，原料孔隙中的水蒸气急剧膨胀，产生爆破的效果，将原料撕裂为细小的纤维状，达到原料组分和结构变化的效果；三、经用于制备粉状纤维素的装置的高温高压处理后的纸浆纤维结构发生变化，在后续精磨时更易研磨成细小微粒，精磨能耗降低，产品得率提高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述用于制备粉状纤维素的装置示意图；

图2为本发明所述螺杆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，提供了一种用于制备甘蔗膳食纤维粉的装置，包括螺杆腔体10、螺杆、减速机3、进料口、出料口、支架15和底座17，所述进料口连接垂直设置的螺旋输送机9，由垂直输送机电机8带动，所述垂直设置的螺旋输送机9上部远离出料口的一侧设有第一开口，所述第一开口处连接有水平设置的螺旋输送机6，由水平输送机电机5带动，所述水平设置的螺旋输送机6上部设有第二开口，所述第二开口上部设有加料斗7，所述第二开口与所述加料斗7连通；因纤维物料的物性，密度小、蓬松、体积大、流动性不佳等特点，所以物料在进入螺杆腔体10时需以强制入料的形式，将物料加入进螺杆腔体10中，在水平输送机6出口处，安装一台垂直输送机9，垂直输送机9为螺旋输送机的形式，水平输送机6出口与垂直输送机9的入口相连接，强制性将物料由水平输送机6再通过垂直输送机9加入进螺杆腔体10内。

在其中一个实施例中，所述加料斗7内设置有竖直方向依次排列的搅拌器1～4个，由于纤维物料密度小，比较蓬松，体积还比较大，所以在加料斗7内依据加料斗的高度设置多个搅拌器，防止物料进入水平螺旋输送机5时产生“搭桥”现象，即加料斗上部有物料，但下部没有物料，有空洞状的现象。

在其中一个实施例中，所述螺杆腔体10，两端开口，其水平设置，所述进料口开在靠近所述螺杆腔体10一端开口的上方，另一端开口为出料口，所述螺杆腔体10内平行设置两根螺杆，靠近进料口的螺杆一端由减速机3带动转动，如图2所示，所述每根螺杆按区间设置不同螺距的螺旋，从加料口到出料口将所述区间分为加料段、混剪段以及挤压排料段，每个区间的螺杆参数如下：

加料段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为40～320mm、长径比为5～55、导程为60～570mm；

混剪段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为10～320mm、长径比为4～55、导程为60～570mm；

挤压排料段：螺杆直径为30～285mm、螺旋间的螺距为10～320mm、长径比为1～55、导程为60～570mm；

所述螺旋间的螺距从加料段到挤压排料段呈梯度递减；通过本发明提供的用于制备甘蔗膳食纤维粉的装置，物料经过螺杆的加料段、混剪段、挤压排料段，输送到螺杆腔体10的出料口处出料；每个区段的螺距逐渐递减或梯度递减，对进入螺杆腔体10后的膨松物料得以挤压，使物料的体积变小，物料更紧密，以利后面再进入螺距更小的区段内再进行对物料的破碎、挤压、揉搓等作用；物料在输送过程中随着物料细度的变化，不同梯度的螺距使得物料到达出料口处粒度更细更均匀，使得后续精磨更为轻松；

所述螺杆腔体10外部设置有电感应加热装置12，各区间的工作温度如下：

加料段工作温度为50～170℃、混剪段工作温度为80～170℃、挤压排料段工作温度为80～250℃；

所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料在经过螺杆输送的过程中，螺杆腔体10通过电感应加热装置12对各段的腔体按设定的温度进行加热，使得物料中所含的水分转化成水蒸气，增加螺杆腔体10内的压力，当螺杆腔体10的温度和压力到达一定的范围内，纤维物料中β纤维素和γ纤维素迅速分解，提高纤维物料中α纤维素的含量，达到纯化目的。

在其中一个实施例中，所述出料口外部设置压力调节板13，所述压力调节板13与所述出料口平行相对设置，与所述出料口之间的水平距离可调节，调节压力调节板13与出料口之间的水平距离，可以改变物料在螺杆腔体10中的压力大小，控制出料口压力为0.5～10mpa，进一步提高纤维物料纯化的效果，提高α纤维素的含量；使用可调节的压力调节板13控制出料，较传统的试料模具更适用于纤维素物料，能有效防止物料在出料模具口产生“搭桥”现象，堵住出料口；所述出料口处还设置外罩14，控制出料方向。

在其中一个实施例中，所述螺杆的轴部以矩形花键形式的联轴器与所述减速机3的轴输出端连接，并辅以螺母锁死，所述螺母的旋向与所述螺杆的转动方向相同；所述螺杆腔体10与所述减速机3输出端以联轴器4连接；所述减速机3输入端通过皮带2由电机1带动。

在其中一个实施例中，所述螺杆腔体10还可以是多段式设置，每段间通过螺栓、法兰连接；所述螺杆还可以是多段式设置，每段之间以矩形花键的结构连接；所述混剪段的螺杆还可以分为三个区间段，沿出料口方向，螺距呈梯度递减。

在其中一个实施例中，所述螺杆腔体10外侧开槽，槽中设置管道，通以循环冷水，循环水通过换热器16达到循环目的；在距离所述电感应加热装置13一定距离的螺杆腔体10上安装有温度传感器11；在所述出料口处安装有温度传感器；所有传感器都加装有保护套。

在其中一个实施例中，混剪段以及挤压排料段的螺旋上设置螺旋开槽，允许物料从开槽中通过。

在其中一个实施例中，基于如上所述的用于制备粉状纤维素的装置制备粉状纤维素的方法，包括：

步骤一、将纸浆板进行开松和预破碎后，过20目筛网得到纸浆粉，与水和助膨剂混合均匀，使得混合物料的含水率控制在20～50％；所述助膨剂的添加量小于等于5％；

步骤二、将步骤一所得混合物料通入所述用于制备粉状纤维素的装置，设置加料段的工作温度为50～170℃、混剪段的工作温度为80～170℃、挤压排料段工作温度为80～170℃，所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料停留时间小于等于10min，物料出口处压力控制在0.5～10mpa，得挤出料；

步骤三、将步骤二所得挤出料进行干燥，得到水分小于等于10％的干燥物料；

步骤四、将步骤三所得干燥物料进行精磨，过筛得目标粒度的粉状纤维素。

在其中一个实施例中，所述助膨剂选自碳酸盐类。

实施例1

步骤一、将纸浆板预处理得到的纸浆粉、水和助膨剂混合均匀，使得混合物料的含水率控制在20％；所述助膨剂的添加量为5％；

步骤二、将步骤一所得混合物料通入用于制备粉状纤维素的装置，设置加料段的工作温度为50℃、混剪段的工作温度为80℃、挤压排料段工作温度为100℃，所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料停留时间为10min，物料出口处压力控制在0.5mpa，得挤出料；

步骤三、将步骤二所得挤出料进行干燥，得到水分小于等于10％的干燥物料；

步骤四、将步骤三所得干燥物料进行精磨，过筛得目标粒度的粉状纤维素。

实施例2

步骤一、将纸浆板预处理得到的纸浆粉、水和助膨剂混合均匀，使得混合物料的含水率控制在50％；所述助膨剂的添加量为3％；

步骤二、将步骤一所得混合物料通入用于制备粉状纤维素的装置，设置加料段的工作温度为100℃、混剪段的工作温度为150℃、挤压排料段工作温度为170℃，所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料停留时间为8min，物料出口处压力控制在10mpa，得挤出料；

步骤三、将步骤二所得挤出料进行干燥，得到水分小于等于10％的干燥物料；

步骤四、将步骤三所得干燥物料进行精磨，过筛得目标粒度的粉状纤维素。

实施例3

步骤一、将纸浆板预处理得到的纸浆粉、水和助膨剂混合均匀，使得混合物料的含水率控制在40％；所述助膨剂的添加量为5％；

步骤二、将步骤一所得混合物料通入用于制备粉状纤维素的装置，设置加料段的工作温度为100℃、混剪段的工作温度为120℃、挤压排料段工作温度为150℃，所述工作温度从加料段到挤压排料段呈梯度升高；物料停留时间为10min，物料出口处压力控制在8mpa，得挤出料；

步骤三、将步骤二所得挤出料进行干燥，得到水分小于等于10％的干燥物料；

步骤四、将步骤三所得干燥物料进行精磨，过筛得目标粒度的粉状纤维素。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。