植物类原料生物环保制浆系统的制作方法

本专利申请涉及以纤维类自然植物生物质为初始原料，包括各类木材、农作物秸秆等，制备获取高品质纤维浆浆品的制浆系统。

背景技术：

以自然生物质植物为初始原料，用于造纸纤维浆品的制浆生产，获得高品质浆品现仍多采用化学蒸煮制浆法。化学蒸煮法的特点是采用高温、高压、高碱工艺条件，以蒸煮软化原料来分离获得纤维成分。但化学蒸煮制浆法用于非木本生物质初始原料的制浆生产，包括秸秆类植物、稻麦草等非木本生物质原料，因非木本生物质初始原料中硅等非纤维成分含量大，导致制浆废液粘度大、过滤性差、能耗高、环境污染压力大，既使采用石灰碱等方法回收处理废液，废液中高含量硅会明显降低石灰活性和其可用性，又因流动性差，造成输送困难，输送管结垢、堵塞，是生产线顺利运行的一大技术问题。目前，尽管出现了多种半化学制浆法、机械制浆法，这些制备方法虽各具特点、也各具效果，并具有较为温和的制浆工艺条件，但仍面临着系统流程长、纤维损失大等诸多技术问题，而且在药用量、工艺复杂程度、能耗、各装置性能要求、投资成本以及浆品品质等方面表现参差，不尽如人意。

技术实现要素：

本专利申请的发明目的在于提供一种适用于各类自然生物质植物为制浆原料，组成实施常温、常压温和工艺法、实现低能耗、高得率、无污染、低成本制备高品质浆品的植物类原料生物环保制浆系统。

本专利申请提供的植物类原料生物环保制浆系统技术方案，其主要技术内容是：一种植物类原料生物环保制浆系统，按制浆流程方向、由物料输送装置连接的各组成部分包括备料工段、酶促浸渍工段、计量混合工段、解纤工段、酶解反应工段、浆化工段和消潜精磨工段，其中的酶促浸渍工段包括酶促预浸机、脱液输送机和酶促静置浸渍池连接组成；计量混合工段为配装有计量输送机构的加料仓，还设置有通入加料仓的酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶助剂的计量加料管；酶解反应工段为保温仓；所述的解纤工段、浆化工段是分别连接于酶解反应工段之前、之后的粗磨分丝设备和细磨磨浆设备。

在上述的整体技术方案中，所述的浆化工段与消潜精磨工段之间增设煮炼改性氧漂工段，所述的煮炼改性氧漂工段由蒸球或高浓蒸煮漂白制浆一体机组成。所述的高浓蒸煮漂白制浆一体机最好选用专利cn2011101117521公开的设备。

附图说明

图1为本专利申请的系统组成结构图。

图2为高浓蒸煮漂白制浆一体机的结构示意图。

具体实施方式

本专利申请公开的植物类原料生物环保制浆系统，按制浆流程方向、由物料输送装置连接的各组成部分包括备料工段、酶促浸渍工段、计量混合工段、解纤工段、酶解反应工段、浆化工段和消潜精磨工段，如图1所示。

所述的备料工段由切料机1和除尘机2连接组成，备料工段与酶促浸渍工段之间由第一输送机3输送连接，将初始原料处理成为等规格的小料，并除尘净化处理。

所述的酶促浸渍工段，包括酶促预浸机4、脱液输送机5和酶促静置浸渍池7连接组成。其中的酶促预浸机4可选用低碎浆能力的水力碎浆机、水力洗草机，更好的选择是槽式洗料机，其槽体底部设有锥形排渣口，下部设置排渣池，槽内由进料口至溢出式出料口并排设置有若干搅拌翅辊，物料在本槽式洗料机中预浸浸渍液，并兼有洁净原料的除渣、排渣作用。其浸渍液为复合生物酶和酶促渗透剂的混合液，液比1：（10-15），按初始原料的绝干重量百分比计，其中的复合生物酶包括：

纤维素酶0.5～2.8%，

半纤维素酶0.5～3%，

木质素酶0.8～3%，

果胶酶0.3～1.2%，

β葡聚糖酶0.3～1.5%；

其中的酶促渗透剂包括：

非离子性表面活性剂0.05～0.2%，

edta0.15～0.35%

酸酵酶2～4%，

酵母粉1～3.5%，

葡萄糖1～3%；

在10～40℃的常温、常压中浸渍12～48小时。进料和浸渍液补充同时进行，原料依次由各翅辊带动、上下翻滚洗料，最终随浸渍液流溢出流入脱液输送机5的转鼓式脱水机，脱掉游离浸渍液，由第二输送机6送入酶促静置浸渍池7中，浸渍结束的浸渍物料由第三输送机8送入计量混合工段。

计量混合工段为配装有计量输送机构10的加料仓9，还设置有通入加料仓9的酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶助剂的计量加料管。使物料于不低于15℃的常温、常压条件下加料混合至ph值为8.5-11、浓度控制在17-32%之间，按初始原料绝干重量百分比计量，所述的酶解催化剂包括：

np-100.1～0.6%，

氢氧化钠0.2～2%；

所述的中温态碱性复合生物酶助剂包括：

碱性纤维素酶0.5～3%，

碱性半纤维素酶0.5～1.5%，

改性黑曲霉漆酶0.6～2.8%。

所述的解纤工段、浆化工段是分别连接于酶解反应工段之前、之后的粗磨分丝设备和细磨磨浆设备，解纤工段的粗磨磨浆设备的排料腔设有酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶助剂的注入口。均匀搅拌混合的浸渍物料由计量输送装置10持续、计量送入实施解纤的粗磨分丝设备11，将浸渍物料解纤、撕裂成肉松状，再经酶解反应工段后，由浆化工段的细磨磨浆设备13磨浆成棉绒状纤维浆，即解纤工段为粗磨分丝处理，浆化工段为细磨磨浆处理。粗磨分丝设备11和细磨磨浆设备13可选用螺旋挤压撕裂机、搓磨分丝机、双螺杆辊式磨浆机、挤裂浸渍机或高浓圆柱解纤机，所述的高浓圆柱解纤机优选专利cn201510532669x公开的圆柱式解纤磨浆机。

所述的酶解反应工段为保温仓12，保温仓12最好为内内腔安装搅拌兼输送功能部件，如图1所示，酶解反应的保温仓12内直立或倾斜设置单输送螺旋或平行的双输送螺旋，所述输送螺旋为上升螺旋，且外边缘等圆心角布置设有平行于轴向方向或与轴向夹角不超过30°的漏料槽，使解纤物料被上升推动中都有部分解纤物料下落返回下层，促使解纤物料与酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶充分混合、并在25～60℃、常压酶解反应10～30分钟，催速纤维组织分离。本酶解反应的保温仓12按催化酶解反应活性上升阶段，在未呈现衰减时的反应半程结束达出料口来设计保温仓规格尺寸，以防止过度酶解，实现软化纤维、分离非纤维物质，为后序的非纤维物质的改性重组创造条件。

浆化工段的纤维浆由第四输送机14送入消潜精磨工段，完成本色浆浆品的制浆。所述的消潜精磨工段包括有消遣池16、压浆机17和精磨磨浆机18、浆池19及筛选器20连接组成。

或由第四输送机14送入煮炼改性氧漂工段，再经消潜精磨工段，完成漂白浆浆品的制浆。所述的煮炼改性氧漂工段由蒸球或高浓蒸煮漂白制浆一体机组成。所述的高浓蒸煮漂白制浆一体机15最好选用专利cn2011101117521公开的设备。煮炼改性氧漂，是将浆化工段的纤维浆料送入蒸球或高浓蒸煮漂白制浆一体机密封，机内注入煮炼改性助剂，使纤维浆的ph值为9～11，在温度为50～75℃、压力低于0.1mpa、反应30-60分钟，此过程全为弱碱环境下，利用碱性生物酶快速催毁植物细胞结构，促进植物细胞内有色和发色基团，包括木质素、硅等其它物质释放并改性重组；按初始原料绝干重量百分比计量，所述的煮炼改性助剂包括：

螯合剂0.1-0.3%

氢氧化钠0.5-1.5%

硫酸镁0.2-0.4%

氧漂煮炼酶0.8-2%

硅酸钠2-2.5%；

其后再注入氧漂助剂和氧气，其氧压保持在大于煮炼反应压力0.05-0.1mpa，温度为60-80℃、反应30-60分钟；按初始原料绝干重量百分比计量，所述的煮炼改性助剂包括过氧化氢、过碳酸钠、过氧化钠、过氧乙酸、过氧化尿素中的至少一种，用量为2-4%，还包括硅酸钠1.5-2%。再经消潜池16、压浆机17和精磨磨浆机18、浆池19及筛选器20，制得漂白浆成品浆。

在增设煮炼改性氧漂工段的漂白浆浆品的制浆系统中，酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶助剂于计量混合工段的计量加料管和解纤工段分段的排料腔注入口加入，除氢氧化钠外，其它组份两段质量比为（2-3）：（3-2），解纤工段的氢氧化钠用量不低于计量混合工段的氢氧化钠加入量。另外，为消除浆料中残余的过氧化物，按初始原料绝干重量百分比计量，消潜池16中注入过氧化物分解酶0.1-0.3%。

本专利申请公开的植物类原料生物环保制浆系统为生物酶酶解制浆系统，实现了应用工艺条件温和的生物酶酶解法、获得高品质造纸浆品的环保型制浆技术目的。原料由初期开始依工序的进行，即不断加强酶解作用，浸渍用时短，计量混合输送至解纤丝化，其中补充酶解催化剂和中温态碱性复合生物酶，植物组织被物理撕裂成粗纤维时持续产生的机械热量一同被带入酶解反应仓，激化酶解高活性反应，促进加强酶解、软化和分离纤维作用，使植物细胞组织分解、促使纤维组份与非纤维组份分离，丝化物料在酶解呈现衰败前，于持续高涨的反应中移出酶解反应装置，这时植物细胞壁已被酶解、摧毁，从而打通了药剂在后续的浆化工段或煮炼改性氧漂工段中直达纤维组织细胞内的通道，其中的木质素、硅、有色和发色基团等非纤维组份被分离出来，一方面有效的削弱了它们对后段制浆工序的不利影响，环环紧扣接力，经精磨磨浆和后序筛选处理，得到高品质本色浆品，本浆品无需额外增加填料、或仅少量补充部分填料，用于生产包装制品、瓦楞纸、包装箱等产品；或于浆化工段后增设的煮炼改性氧漂工段处理，本煮炼改性氧漂于弱碱和低温条件中进行，降低了碳氢化合物的降解损失，本煮炼改性和氧漂方法还能够将木质素、硅等非纤维组份从纤维间充分溶出，以确保纤维素本身质量的同时，促使溶出的包含大量的有色及发色基团成分的非纤维组份改性、并重组聚合，成为浆料抄浆造纸的功能填料的组成部分，最大限度的利用植物初始原料中各类原生有机物组份，尤其是占有机物总量30-60%木质素、硅等组份，这些保留下来的非纤维组份经改性重组，与纤维组份从新交织排列、融合，使非纤维组份不再是传统制浆工艺中以黑液形式混溶于污染废液中，保留并被有效利用，最终制得的浆品不再呈现脆、硬的不良品质，取而代之的是柔软和高可塑性，还具有强度好、耐折度高的技术优点。本技术方案的技术优点还包括：浆得率高，可达65%-80%，浆品白度可达到70%iso以上，普遍达到更高的80-85%iso以上，中段废水回收循环利用，中间废渣、污泥可作为天然的有机复合肥，废水处理负荷小，常规的废水处理法即可低成本、环保运行、可靠循环使用，保护了自然环境，实现了全程常压、常温、低药量、无制浆废水污染、低成本运行的环保制浆作业，制得的浆品品质高、得率高，且尤其适合非木本纤维植物原料的制浆规模化生产。本技术方案简化了系统组成，造价低、运行成本小，实现了全程常压、常温、低药量、无制浆废水污染的环保型、高品浆制浆作业。