一种物理脉冲破壁制浆装置的制作方法

本发明属于制浆装置技术领域，具体涉及一种物理脉冲破壁制浆装置。

背景技术：

传统的造纸工艺是将造纸原料经过制浆、调制、抄造、加工等主要处理步骤，其中，制浆为造纸的第一步，也是最为关键的步骤，制浆的过程就是脱出制浆原料中的木质素的过程；该脱除过程主要分为化学制浆法、机械制浆法和半化学制浆法，化学制浆法是应用最为广泛的生产方法，其利用化学药液在高温条件下使制浆原料中的木质素与化学试剂发生反应生产水溶物，与纤维分离成浆料；碱液向制浆原料内部浸透，其中的木质素、淀粉、果胶、脂肪、树脂及低分子量的半纤维素会溶解到碱液中；化学制浆保留了纤维的天然长度，除去了大部分的木质素，但是浆料得率低，污染大，在后续的挤水和洗涤过程中，还会产生大量的黑液。

技术实现要素：

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种物理脉冲破壁制浆装置，以及所述制浆装置的使用方法。所述物理脉冲破壁制浆装置的使用使得制浆原料(如稻草、玉米等禾本植物)在未经软化，或经过少量碱水软化后即可利用物理脉冲技术实现其破壁，使得整个工艺过程中碱的投入量大大降低，纸浆物料的碱性降低，从而排出的废水经过简单处理即可达到排放标准，节省了制浆工序和成本。不仅如此，利用本发明的物理脉冲破壁制浆装置对禾本科植物秸秆进行制浆，粗得浆率高达99.45％以上，且所述物理脉冲破壁制浆装置处理过程自动化及可控程度高，也大大减少了人工操作的步骤。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种物理脉冲破壁制浆装置，其中，所述装置具有一外壳；沿外壳的轴向方向，在所述外壳上开设一进料口；在靠近所述外壳内壁处设置一内桶，且所述内桶的开口设置在进料口所在的一侧；内桶壁由具有多处开孔的筛板组成；

在靠近所述进料口的内桶壁上设置转动轴，所述转动轴带动所述内桶在外壳内沿轴向方向转动；

沿所述轴向方向，在所述内桶的内壁上设置多条高压水压脉冲管路，在每条高压水压脉冲管路上设置若干脉冲单元，所述脉冲单元设置一顶尖具有开口的棱锥型或圆形结构，在该结构内设置高压水脉冲喷头和电磁阀组件，所述高压水脉冲喷头与高压水压脉冲管路连接。

本发明中，所述的术语“若干”和“多处”代表一个、两个或三个以上。

根据本发明，所述装置是卧式或是立式。当是卧式时，所述内桶沿水平轴向方向转动，当是立式时，所述内桶沿垂直轴向方向转动。

所述外壳的材质可以是防腐防锈金属，例如不锈钢、碳钢。所述外壳的形状没有特别的定义，可以实现对物料物理脉冲破壁制浆即可，示例性地，所述外壳具有圆筒结构，所述外壳的尺寸也没有特别的限定，可以根据所述装置的处理量进行合理的设计，例如所述外壳的容积例如为3-10立方米，例如可以为5-8立方米。

若所述装置是卧式圆筒结构，则其沿轴向方向的长度可以为2-5米，例如3米，沿径向方向的直径可以为1-4米，例如1.5米。

根据本发明，所述进料口用于送入待处理的物料，所述待处理的物料可以是未软化的制浆原料，也可以是经过碱水软化的制浆原料。

根据本发明，所述进料口的开口大小没有特别的限定，能够实现将待处理的物料送入即可。在靠近进料口处设置阀门，当进料完毕后，即利用阀门将进料口关闭。

根据本发明，所述装置还包括出料口，所述出料口设置在所述外壳上，所述出料口用于排出最终获得的物料，所述出料口与泵相连，用于将物料抽出。示例性地，所述出料口设置在进料口同侧，优选所述出料口设置在进料口的下方，这里的下方是指更靠近底面处。

根据本发明，在所述外壳的底部还设置排水口，所述排水口用于排出从筛板的开孔流至外壳的废水等。这里所述的底部是指更靠近地面一侧，所述排水口的具体设置位置也需要根据所述外壳是立式结构，还是卧式结构进行调整。

根据本发明，所述排水口还可以与真空泵、压力筛、排水泵等相连。

所述真空泵用于排出所述装置内的水分，为实现高压水脉冲做准备。所述压力筛用于过滤废水中含有的浆料，避免物料的浪费，也减少了后续程序的过滤问题。所述排水泵可以辅助排出装置内的水分。

根据本发明，所述内桶的结构没有特别的限定，首先要能与所述装置的外壳相适配，所述内桶可以全部放置在所述外壳内，此外，所述内桶还能在所述转动轴的带动下，在所述外壳内沿轴向方向进行旋转。所述内桶的开口大小也没有特别的限定，只需要与所述进料口的开口大小适配或者是大于所述进料口的开口大小，使物料能通过进料口顺利地进入所述内桶中。

示例性地，当装置是立式结构时，所述内桶的截面可以是u型，当装置是卧式结构时，其截面是开口为水平方面的u型。

根据本发明，所述高压水压脉冲管路穿过内桶和外壳，与能产生高压水的设备连接，所述高压水的压力为100-250个标准大气压。例如为150个标准大气压。

所述高压水压脉冲管路中高压水的流量为5吨/小时。高压水压脉冲管路中的高压水在脉冲破壁的过程中，可以对被扬起的物料进行高效的破壁作用，此外，由于此时高压水仅是压力较大，在脉冲破壁的过程中，由于物料不断被扬起，故不会吸附过多的水分。所述高压水进入高压水压脉冲管路，继而进入内桶中，通过脉冲单元的顶尖，将高压水脉冲喷射至在内桶翻滚的物料上，装置内的物料随着内桶的转动不断被翻起，继而被高压水破碎，实现破壁的目的。

根据本发明，所述内桶壁(即筛板)的厚度为5-15mm，例如10mm的碳钢板筛板。所述内桶壁(即筛板)的筛孔大小为3-5mm。

根据本发明，所述内桶外壁与外壳内壁的距离为10-20cm。

根据本发明，所述转动轴带动所述内桶在外壳内转动，所述转动可以是沿一个方向进行转动，也可以是周期性或非周期性沿两个方向转动，例如一个周期内先沿顺时针方向进行转动，后沿逆时针方向进行转动。

根据本发明，所述内桶的转速为50-100转/分，例如为70转/分。

根据本发明，所述高压水压脉冲管路的数量没有特定的限定，其可以均匀分布设置在内桶轴向内壁上，例如可以是4、8、12或者是16条。在高压水压脉冲管路上设置的脉冲单元的数量也没有特别限定，可以根据所述装置沿轴向方向的长度进行设置，例如可以是每隔20-50cm设置一个。

根据本发明，所述顶尖的口径为1-2mm。

根据本发明，所述高压水脉冲喷头内包括铁球和挡板，所述挡板设置在靠近顶尖处，所述铁球设置在挡板和高压水压脉冲管路出口处；

所述高压水脉冲喷头在使用过程中，当所述高压水脉冲喷头转动到水平轴下方时，其顶尖开口朝向上方，此时，通过电子感应开关控制脉冲水关闭，所述高压水脉冲喷头内的铁球依靠自身重力，可以堵住高压水压脉冲管路出口处，实现对管道的关闭，避免装置内部的水分从顶尖处倒灌进入高压水压脉冲管路内；当所述高压水脉冲喷头转动到水平轴上方时，其顶尖开口朝向下方，所述高压水脉冲喷头内的铁球依靠自身重力移向挡板，来自高压水压脉冲管路的高压水从挡板两侧喷出顶尖。

根据本发明，所述装置还设置有加热单元，其可以实现加热物料的目的即可。

例如，其可以是蒸汽脉冲单元，例如蒸汽管路的设置同高压水压脉冲管路设置，蒸汽管路一端设置在内桶内壁上，另一端穿过内桶和外壳与能产生蒸汽的设备连接，在蒸汽管路上设置蒸汽脉冲喷头，该喷头也设置在脉冲单元的棱锥型结构内，所述蒸汽脉冲单元为所述破壁装置提供热量。当在装置内先软化物料时，开启该蒸汽脉冲喷头，提供热量，在软化结束后关闭。

根据本发明，所述蒸汽脉冲喷头喷出的蒸汽的压力为50-100个标准大气压。例如为80个标准大气压。通过蒸汽管路，蒸汽脉冲喷头将蒸汽脉冲进入所述物理脉冲破壁制浆装置内，利用蒸汽对装置内的物料进行加热处理。

例如，所述加热单元可以是电加热单元，所述电加热单元的电路设置同上述高压水压脉冲管路，其加热组件设置在脉冲单元的棱锥型结构内，实现对内桶的物料加热的目的。

根据本发明，所述脉冲单元的棱锥型结构，例如可以是三棱锥、四棱锥、五棱锥等多棱锥结构，或者为圆形结构；示例性地，所述棱锥型结构沿所述装置径向方向的横截面为三角形结构。所述棱锥型结构高度根据内桶的高度调整，示例性的，当卧式内桶径向直径为1-4米时，棱锥型结构的高度约为10-30cm，其可以实现在内桶转动时，对物料的翻转、翻动、扬起，实现抄料的作用，避免由于筛板转动产生的离心力导致物料贴合在筛板内壁，而无法通过脉冲的高压水实现对其破壁的作用。具有棱锥型结构的脉冲单元固定在筛板内壁，还起到支撑筛板，达到加强筋的作用。

根据本发明，所述电磁阀组件包括电子感应开关，所述电子感应开关用于控制高压水压脉冲管路的开启与关闭。

根据本发明，所述电磁阀组件根据需要，分别与脉冲单元、加热单元连接，并且与电子感应开关连接，用于控制脉冲单元中的脉冲单元、加热单元的开启与关闭。

本发明还提供上述装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：

1)将物料通过进料口送入内桶中；

2)开启转动轴，内桶沿轴向转动，物料在内桶中翻滚，利用电磁阀组件控制脉冲单元中的高压水脉冲喷头的开启与关闭；

当装置是卧式结构时，电磁阀组件控制处于装置对称水平面上方的高压水脉冲喷头开启，处于下方的高压水脉冲喷头关闭，使得高压水总是从径向方向的上方喷射悬空翻滚的物料；

经过高压水脉冲后，制备得到符合要求的浆料。

根据本发明，步骤1)中，所述物料可以是经软化后的物料，也可以是未经软化的物料；若为未经软化的物料，软化过程可以在所述装置的内桶中进行，其包括如下步骤：

a.将物料和药剂送入内桶，加热软化；

所述软化过程也为本领域已知的方法。所述软化的温度和软化的时间为本领域公知的。

例如，将物料、药剂送入所述装置中，利用脉冲单元中的加热单元对所述装置内的物料进行加热，加热温度例如为100-120℃；

所述物料可以是禾本类植物，例如选自芦苇、稻草、竹片、棉杆、麦草、玉米秸秆、高粱秸秆等。

所述物料优选经预处理工艺，所述预处理例如包括除杂除尘、粉碎、筛分；

其中，所述除杂除尘是除去原料中的杂质和粉尘，除尘优选在除尘装置中进行，或者在除杂机或者储料仓中顶部加入喇叭状的除尘装置，即除尘与粉碎或储料送料一体进行；

所述粉碎是将原料粉碎成1-5厘米(优选2-3厘米)的段料，优选在物料粉碎机中进行；

所述筛分是将粉碎后的断料经过筛分离处理。

所述物料优选经过风送的方式送入所述装置内。

其中，所述药剂包括水和氢氧化钠，水可以是清水或回用水或者二者组合；所述回用水可以是排出所述装置的含有少量杂质的水；所述清水可以是ph为6.5～7.5的自来水、工业用水等中的至少一种。

所述药剂还可以包括一些常规用于软化的组分。

所述药剂由清水和/或回用水和氢氧化钠组成；或者，所述药剂由清水和/或回用水和氢氧化钠组成；

优选地，所述物料：药剂中清水和/或回用水：氢氧化钠的质量比为100:300-600:5-10，例如为100:300:7。

b.软化完成后，从排水口将经内桶壁流至外壳内的废液排出；优选，采用排水泵进行抽水；

c.通过与排水口相连的真空泵对装置抽真空；

采用真空泵进行真空处理，目的是进一步降低软化后的物料的含水量，为脉冲步骤做准备。

任选地，还包括步骤d.通过压力筛，过滤得到随废液排出的制浆物料；

这部分物料继续返回到装置内，继而被破壁后制成浆料。

由于所述物料还需要经过高压水进一步进行破壁，所述在软化过程中碱的用量相较于现有技术可以大幅降低。因此，经过软化步骤后得到的废液的ph基本接近中性，无需进一步后处理可直接排放，也可以作为回用水重新被使用。

根据本发明，步骤2)中，所述脉冲的时间为10-30分钟，例如为15分钟，经过高压水脉冲后，可以实现对物料的高效破壁。

根据本发明，步骤2)后，还含有如下步骤：向内桶输送清水，并从排料口抽出料液。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种物理脉冲破壁制浆装置，以及所述制浆装置的使用方法。所述物理脉冲破壁制浆装置的使用使得制浆原料(如稻草、玉米等禾本植物)在未经软化，或经过少量碱水进行软化后即可利用物理脉冲技术实现其破壁，使得整个工艺过程中碱的投入量大大降低，纸浆物料的碱性降低，从而排出的废水经过简单处理即可达到排放标准，节省了制浆工序和成本。不仅如此，利用本发明的物理脉冲破壁制浆装置对禾本科植物秸秆进行制浆，粗得浆率高达99.45％以上，且所述物理脉冲破壁制浆装置处理过程自动化及可控程度高，也大大减少了人工操作的步骤。

附图说明

图1为本发明一个优选方案所示的物理脉冲破壁制浆装置。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种卧式物理脉冲破壁制浆装置，其中，所述装置具有一外壳1，所述外壳1具有圆筒结构的防腐防锈金属的外壳；沿外壳1的轴向方向，在所述外壳1上开设一进料口2；在靠近所述外壳内壁处设置一内桶3，所述内桶3外壁与外壳1内壁的距离为10-20cm，且所述内桶3的开口设置在进料口所在的一侧；内桶壁由具有多处开孔(筛孔为3-5mm)的10mm厚的碳钢板筛板组成；

在靠近所述进料口的内桶壁上设置转动轴4，所述转动轴4带动所述内桶3在外壳1内沿轴向方向转动；

沿所述内桶3的轴向方向，在所述内桶3的内壁上设置多条高压水压脉冲管路5，在每条高压水压脉冲管路5上设置若干脉冲单元6，所述脉冲单元6设置一顶尖具有开口的棱锥型结构，在该结构内设置水脉冲喷头和电磁阀组件，所述水脉冲喷头与高压水压脉冲管路5连接。

在本发明的一个优选方案中，所述进料口用于送入待处理的物料，所述待处理的物料可以是未软化的制浆原料，也可以是经过碱水软化的制浆原料。所述进料口的开口大小没有特别的限定，能够实现将待处理的物料送入即可。在靠近进料口处设置阀门，当进料完毕后，即利用阀门将进料口关闭。

在本发明的一个优选方案中，所述装置还包括出料口8，所述出料口设置在所述外壳上，所述出料口用于排出最终获得的物料，所述出料口与泵相连，用于将物料抽出。示例性地，所述出料口设置在进料口同侧，优选所述出料口设置在进料口的下方，这里的下方是指更靠近底面处。

在本发明的一个优选方案中，在所述外壳的底部还设置排水口7，所述排水口用于排出从筛板的开孔流至外壳的废水等。这里所述的底部是指更靠近地面一侧，所述排水口的具体设置位置也需要根据所述外壳是立式结构，还是卧式结构进行调整。所述排水口还可以与真空泵、压力筛、排水泵等相连。

所述真空泵用于排出所述装置内的水分，为实现高压水脉冲做准备。所述压力筛用于过滤废水中含有的浆料，避免物料的浪费，也减少了后续程序的过滤问题。所述排水泵可以辅助排出装置内的水分。

在本发明的一个优选方案中，所述内桶的结构没有特别的限定，首先要能与所述装置的外壳相适配，所述内桶可以全部放置在所述外壳内，此外，所述内桶还能在所述转动轴的带动下，在所述外壳内沿轴向方向进行旋转。所述内桶的开口大小也没有特别的限定，只需要与所述进料口的开口大小适配或者是大于所述进料口的开口大小，使物料能通过进料口顺利地进入所述内桶中。当装置是立式结构时，所述内桶的截面可以是u型，当装置是卧式结构时，其截面是开口为水平方面的u型。

在本发明的一个优选方案中，所述高压水压脉冲管路5穿过内桶和外壳，与能产生高压水的设备9连接，所述高压水的压力为100-250个标准大气压。例如为150个标准大气压。所述高压水压脉冲管路5中高压水的流量为5吨/小时。高压水压脉冲管路中的高压水在脉冲破壁的过程中，可以对被扬起的物料进行高效的破壁作用，此外，由于此时高压水仅是压力较大，在脉冲破壁的过程中，由于物料不断被扬起，故不会吸附过多的水分。所述高压水进入高压水压脉冲管路，继而进入内桶中，通过脉冲单元的顶尖，将高压水脉冲喷入所述物理脉冲破壁制浆装置内，装置内的物料随着内桶的转动不断被翻起，继而被高压水破碎，实现破壁的目的。

在本发明的一个优选方案中，所述转动轴带动所述内桶在外壳内转动，所述转动可以是沿一个方向进行转动，也可以是周期性或非周期性沿两个方向转动，例如一个周期内先沿顺时针方向进行转动，后沿逆时针方向进行转动。所述内桶的转速为50-100转/分，例如为70转/分。

在本发明的一个优选方案中，所述高压水压脉冲管路的数量为8条，其均匀分布设置在内桶轴向内壁上。在高压水压脉冲管路上设置的脉冲单元的数量也没有特别限定，可以根据所述装置沿轴向方向的长度进行设置，例如可以是每隔20-50cm设置一个。

在本发明的一个优选方案中，所述顶尖的口径为1-2mm。

在本发明的一个优选方案中，所述装置还设置有加热单元，其可以实现加热物料的目的即可。例如，其可以是蒸汽脉冲单元，例如蒸汽管路的设置同高压水压脉冲管路设置，蒸汽管路一端设置在内桶内壁上，另一端穿过内桶和外壳与能产生蒸汽的设备连接，在蒸汽管路上设置蒸汽脉冲喷头，该喷头也设置在脉冲单元的棱锥型结构内，所述蒸汽脉冲单元为所述破壁装置提供热量。所述蒸汽脉冲喷头喷出的蒸汽的压力为50-100个标准大气压。例如为80个标准大气压。通过蒸汽管路，蒸汽脉冲喷头将蒸汽脉冲进入所述物理脉冲破壁制浆装置内，利用蒸汽对装置内的物料进行加热处理。例如，所述加热单元可以是电加热单元，所述电加热单元的电路设置同上述高压水压脉冲管路，其加热组件设置在脉冲单元的棱锥型结构内，实现对内桶的物料加热的目的。

在本发明的一个优选方案中，所述脉冲单元的棱锥型结构，例如可以是三棱锥、四棱锥、五棱锥等多棱锥结构，也可以是圆形结构，示例性地，所述棱锥型结构沿所述装置径向方向的横截面为三角形结构。所述棱锥型结构高度根据内桶的高度调整，示例性的，当卧式内桶径向直径为1-4米时，棱锥型结构的高度约为10-30cm，其可以实现在内桶转动时，对物料的翻转、翻动、扬起，实现抄料的作用，避免由于筛板转动产生的离心力导致物料贴合在筛板内壁，而无法通过脉冲的高压水实现对其破壁的作用。具有棱锥型结构的脉冲单元固定在筛板内壁，还起到支撑筛板，达到加强筋的作用。

在本发明的一个优选方案中，所述电磁阀组件包括电子感应开关，所述电子感应开关用于控制高压水压脉冲管路的开启与关闭。

在本发明的一个优选方案中，所述电磁阀组件根据需要，分别与脉冲单元、加热单元连接，并且与电子感应开关连接，用于控制脉冲单元中的脉冲单元、加热单元的开启与关闭。

实施例2

采用上述实施例1的装置，对禾本类植物玉米秸秆为原料，在除尘装置中通过除杂除尘除去原料中的杂质和粉尘，在物料粉碎机中将原料粉碎成1-5厘米的段料，将粉碎后的断料经过筛分离处理，得到制浆原料；将其经过风送或螺杆挤出的方式通过进料口送入内桶中；

由于所述原料未经软化，先对所述原料进行软化处理，包括如下步骤：

a.将100kg物料、7kg氢氧化钠、300kg清水或回用水送入内桶，利用所述装置的加热单元加热至100-120℃，进行软化；软化30分钟后，利用废水的重力作用，废水通过筛板上的筛孔从设置在外壳底部的排水口流至装置外，也可以采用排水泵进行抽水，排水泵的使用更有利于废液的排出；所述在软化过程中碱的用量相较于现有技术可以大幅降低。因此，经过软化步骤后得到的废液的ph基本接近中性，无需进一步后处理可直接排放，也可以作为回用水重新被使用；

抽水一段时间后，将排水泵用真空泵替换，通过与排水口相连的真空泵对装置抽真空；

采用真空泵进行真空处理，目的是进一步降低软化后的物料的含水量，为脉冲步骤做准备，例如抽真空一段时间后，含水率60％以下，即每100斤的原料，含有80斤的水。

任选地，还包括步骤d.通过压力筛，过滤得到随废液排出的制浆物料；这部分物料含有继续返回到装置内，继而被破壁后制成浆料。

经真空抽干后，开始进行脉冲破壁工序：

开启转动轴，内桶沿轴向转动，物料在内桶中翻滚，对于卧式制浆装置，电磁阀控制处于装置对称水平面上方的脉冲喷头开启，处于下方的脉冲喷头关闭，使得高压水总是从径向方向的上方喷射悬空翻滚的物料；经过高压水脉冲30分钟后，可以实现对物料的高效破壁，制备得到符合要求的浆料。

脉冲破壁完成后，从进料口向内桶输送清水，使得浆料易于被泵抽出，获得的浆料中粗得浆率高达99.45％以上。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。