一种生物酶分解法纤维分离用反应罐的制作方法

1.本发明涉及生物酶分解领域，尤其涉及一种生物酶分解法纤维分离用反应罐。


背景技术：

2.我国是一个农业大国，随着农业生产的发展，中国自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高。秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分，富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源。现代化肥的使用，使得农业对秸秆所制肥料的需求大大减少，秸秆的处理成为一大难题。如果秸秆不及时处理，会影响播作物的播种。
3.之前存在着几类秸秆的处理方法，均存在环境污染和效率低下的问题：(1)秸秆焚烧。焚烧秸秆产生的形成的烟雾，造成空气可见度下降，直接影响公路、民航、铁路等交通的正常运营；(2)用秸秆等植物纤维作为原料，采用化学制浆法造纸。化学制浆法排出的污水中含有大量的cod、bod、ss等有害物，将严重污染水源；(3)一些低效率、简单的物理综合利用。如：用作建筑材料；制成草帽、草苫等农用品，但这些用途的需求量远不及每年秸秆的产生量，无法从根本解决大量秸秆的处理问题。
4.现有技术中，针对秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质，用化学和生物复合的制浆工艺对秸秆进行处理，产出纸浆原料制纸。由于该工艺复合有化学的制浆工艺，因此仍存在废水污染、产出纸浆质量较差的问题，因此目前急需实现一种绿色环保可持续的、可工业化大规模量产的、能够利用田间废弃秸秆分离高端纸浆的制浆技术。对于该制浆技术问题，国内外现在均在研究“生物酶分解分离纤维”的制浆技术，但到目前为止仍没有能够实现“生物酶分解分离纤维”的工业化量产纸浆。实现“生物酶分解分离纤维”的工业化量产纸浆的难点在于：(1)工艺要求非常复杂，工序多；(2)工艺条件非常高。生物菌和酶制剂对其活性条件要求特别高；(3)秸秆纤维剥离技术难度大，因此很难对其进行大规模的温控和酸碱度调控。
5.中国发明专利申请201911153952.6提出一种生物酶分解法纤维分离用反应罐，能够满足“生物酶分解分离纤维”的制浆工艺在温控、反应剂添加、酸碱度控制、压力控制等方面的工艺要求。但该申请采用单个分离用反应罐来完成所有的加工工艺，整体效率较低，无法大规模推广。如果采用多级反应罐的结构来处理，则要求反应罐在不同的温度区间添加不同的生物酶制剂。为了生产高效率，理想状态下需要采用降温梯度的方法。在控温达到要求的温度梯度区域，添加对应的酶制剂。然而现有技术并未提供有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种生物酶分解法纤维分离用反应罐，能够达到降温梯度的方法，从而提升生物酶分解法纤维分离效率，实现该秸秆处理产业规模化生产。
7.本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种生物酶分解法纤维分离用反应罐，包括反应罐本体，沿其长度方向水平设置；
8.搅拌装置，包括搅拌芯轴和减速机，所述搅拌芯轴贯穿所述反应罐本体的两端，所述减速机设置在所述反应罐本体的一端的外侧，所述减速机驱动所述搅拌芯轴转动，所述搅拌芯轴为空心管；
9.内循环水冷装置，包括出水管和冷却水管，所述出水管设置在所述反应罐本体的另一端，所述冷却水管设置在所述反应罐本体内，其一端与所述出水管连通，另一端与所述搅拌芯轴连通且位于接近所述反应罐本体的一端。
10.在本发明的一实施例中，所述内循环水冷装置还包括管路支架，所述管路支架沿所述反应罐本体内的周向延伸，所述管路支架与所述冷却水管连接固定，所述管路支架用于支撑所述冷却水管。
11.在本发明的一实施例中，在所述冷却水管上设有搅拌耙片。
12.在本发明的一实施例中，所述内循环水冷装置还包括旋转接头、出水管路和进水管路，所述出水管路与进水管路通过所述旋转接头与所述搅拌芯轴和出水管连通。
13.在本发明的一实施例中，所述出水管与所述搅拌芯轴一体成型。
14.在本发明的一实施例中，所述内循环水冷装置还包括一法兰接头，所述旋转接头经所述法兰接头与所述搅拌芯轴和出水管连接。
15.在本发明的一实施例中，还包括外循环水冷装置，包括第一冷却盘管，设置在所述反应罐本体的圆柱部分的外侧。
16.在本发明的一实施例中，所述外循环水冷装置包括第一接口和第二接口，分别与所述第一冷却盘管连通。
17.在本发明的一实施例中，所述外循环水冷装置还包括第二冷却盘管，设置在所述反应罐本体的两端的外侧。
18.在本发明的一实施例中，所述外循环水冷装置包括第三接口和第四接口，分别与所述第二冷却盘管连通。
19.本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，能够达到降温梯度的方法，从而在不同的温度区间内添加不同的生物酶制剂，以提高处理效率。
附图说明
20.为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
21.图1是本发明一实施例的生物酶分解法纤维分离用反应罐的剖视图。
22.图2是图1中内循环水冷装置的结构示意图。
23.图3是图2的aa向剖视图。
24.图4是本发明一实施例的生物酶分解法纤维分离用反应罐的结构示意图。
25.图5是图4的俯视图。
26.图6是图4的左视图。
27.其中，上述附图包括以下附图标记：
28.反应罐
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100
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反应罐本体
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101
29.搅拌装置
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102
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内循环水冷装置
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103
30.搅拌芯轴
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104
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减速机
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105
31.出水管
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106
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冷却水管
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107
32.管路支架
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108
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搅拌耙片
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109
33.旋转接头
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110
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出水管路
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111
34.进水管路
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112
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法兰接头
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113
35.第一冷却盘管
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114
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第一接口
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115
36.第二接口
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116
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第二冷却盘管
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117
37.第三接口
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118
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第四接口
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119
具体实施方式
38.为了更清楚地说明本技术的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
39.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
40.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
41.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
42.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
43.应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。
44.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
45.图1是本发明一实施例的生物酶分解法纤维分离用反应罐的剖视图。图2是图1中内循环水冷装置的结构示意图。图3是图2的aa向剖视图。如图所示，一种生物酶分解法纤维分离用反应罐100包括反应罐本体101、搅拌装置102和内循环水冷装置103。
46.其中，反应罐本体101沿其长度方向水平设置。
47.搅拌装置102包括搅拌芯轴104和减速机105。搅拌芯轴104贯穿反应罐本体101的两端，减速机105设置在反应罐本体101的一端的外侧，减速机105驱动搅拌芯轴104转动。搅拌芯轴104为空心管。
48.内循环水冷装置103包括出水管106和冷却水管107。出水管106设置在反应罐本体101的另一端。冷却水管107设置在反应罐本体101内，冷却水管107的一端与出水管106连通，另一端与搅拌芯轴104连通且位于接近反应罐本体101的一端。当搅拌芯轴104转动时，带动冷却水管107跟随搅拌芯轴104转动。容易理解的，搅拌芯轴104、冷却水管107和出水管106形成一内循环水冷回路。在生物酶分解法纤维分离用反应罐100工作过程中，在内循环水冷回路中通入冷却水，在搅拌的同时可以快速置换反应罐100的热能，提升降温效果。作为举例而非限制，冷却水管107可以设置多根。由图3可知，在本实施例中设置了6根冷却水管107，冷却水经搅拌芯轴104流入6根冷却水管107，再汇集到出水管106，以达到降温效果。
49.较佳地，参考图2，内循环水冷装置103还包括管路支架108。管路支架108沿反应罐本体101内的周向延伸，管路支架108与冷却水管107连接固定，管路支架108用于支撑冷却水管107。如图1和图2所示，在本实施例中设置了三个管路支架108，以支撑固定冷却水管107，形成更稳固的结构。
50.较佳地，在冷却水管107上设有搅拌耙片109。冷却水管107结合搅拌耙片109，可以增加与反应罐本体101内反应物质的接触面积，搅拌耙片109和反应物质的扰动，防止出现“温度死区”，进一步提高热置换效率。
51.较佳地，参考图2，内循环水冷装置103还包括旋转接头110、出水管路111和进水管路112。出水管路111与进水管路112通过旋转接头110与搅拌芯轴104和出水管106连通。更佳地，内循环水冷装置103还包括一法兰接头113，旋转接头110经法兰接头113与搅拌芯轴104和出水管106连接。冷却水经进水管路112、搅拌芯轴104、冷却水管107、出水管106后经
过出水管路111流出，完成反应罐本体101内的内循环冷却。可选的，冷却水也可以按上述路径反向流动，同样可以达到降温效果。容易理解的，本发明可以根据实际需要，将搅拌芯轴104的一端设置为进水，另一端设置为出水，同样可以实现冷却水在搅拌芯轴104两端一进一出方式，以达到降温效果。
52.较佳地，出水管106与搅拌芯轴104一体成型。
53.图4是本发明一实施例的生物酶分解法纤维分离用反应罐的结构示意图。图5是图4的俯视图。图6是图4的左视图。如图所示，生物酶分解法纤维分离用反应罐100还包括外循环水冷装置。外循环水冷装置包括第一冷却盘管114，设置在反应罐本体101的圆柱部分的外侧。更佳地，外循环水冷装置包括第一接口115和第二接口116，分别与第一冷却盘管114连通。常规的，第一接口115可以作为进水口，第二接口116可以作为出水口，从第一接口115通入冷却水，经第一冷却盘管114后从第二接口116流出，以将反应罐100的热能置换出来。第一接口115高于第二接口116，以符合冷却水的自然走向，降低能耗。外循环水冷装置可以包含两个第一冷却盘管114，分布在反应罐本体101的圆柱部分的两侧。
54.较佳地，外循环水冷装置还包括第二冷却盘管117。第二冷却盘管117可以是两个，分别设置在反应罐本体101的两端的外侧。更佳地，外循环水冷装置包括第三接口118和第四接口119，分别与第二冷却盘管117连通。常规的，第三接口118可以作为进水口，第四接口119可以作为出水口，从第三接口118通入冷却水，经第二冷却盘管117后从第四接口119流出，以将反应罐100的热能置换出来。
55.较佳地，生物酶分解法纤维分离用反应罐100包括物料自动监测装置，用于监测反应罐本体101内的反应物质的状态，通过这个监测信号，可以自动控制反应罐本体101内的反应物质的输入和输出，避免反应物质在输入/输出过程中出错。
56.较佳地，生物酶分解法纤维分离用反应罐100还包括ph值检测装置，以实时监控反应罐本体101内的ph值的变化。
57.较佳地，生物酶分解法纤维分离用反应罐100还包括生物酶制剂自动添加装置。由于生物酶解纤维分离工艺的作用时间比较长，为了提高纤维分离效率，所以将酶制剂添加拆分几段进行，利用空间换时间的方法，可对反应物质分别同时进行酶解分离工艺，以提升分离效率。
58.较佳地，生物酶分解法纤维分离用反应罐100还包括压力自动控制装置，以保证反应罐本体101内的物理条件，满足纤维酶解分离工艺要求。
59.由于生物酶解纤维分离技术比较复杂，工作温度控制要求比较苛刻。生物酶分解法纤维分离用反应罐要求在不同的温度区间添加不同的生物酶制剂，所以为了生产高效率，该反应罐采用了降温梯度的方法。在控温达到要求的温度梯度区域，添加对应的酶制剂。为了实现这一技术要求，本发明采用了内循环冷却装置，采用边际湍流原理，在反应罐本体内反应物料与生物酶制剂充分且连续搅拌的同时，利用内循环冷却水快速进行热能的置换，实现降温控制。进一步的，增加了外循环冷却装置的控温方式，提升了快速降温的效率。
60.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类
修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
61.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
62.本技术的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带
……
)、光盘(例如，压缩盘cd、数字多功能盘dvd
……
)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器
……
)。
63.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
64.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
65.虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。