專利名稱：一種生物酶制備漂白漿的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制漿造紙工業(yè)技術領域，具體涉及用植物纖維原料生產紙漿的超高得率制漿方法。
背景技術：
20世紀80年代初，人們發(fā)現(xiàn)有些含氯漂白廢水的有機氯化物中具有劇毒、致癌和至突變性后，紛紛致力于尋找新的漂白劑和漂白技術。80年代后期，聚木糖酶輔助硫酸鹽漿漂白技術成功用于生產，使氯的消耗降低25～30％。大量研究工作也表明利用酶處理后的紙漿，可漂性得到改善，后續(xù)漂白劑用量減少，廢水污染負荷大為降低。此外，機械漿和超高得率漿利用酶處理，可減少紙漿中的發(fā)色基團，從而提高紙漿白度，抑制漿料返黃的技術，在紙漿漂白工業(yè)中有了應用。為了擴大紙漿生物漂白的應用，人們除了擴大尋找高性能生物酶的工作外，也在積極開發(fā)適用于生物酶漂白紙漿的工藝方法及設備。
目前，現(xiàn)有技術利用生物酶漂白紙漿的生產中存在的主要問題是生物酶和紙漿難于充分混合，特別是對于高濃度的紙漿，無法獲得合乎質量要求的超高得率紙漿或漂白機械紙漿；同時，現(xiàn)有技術中為了使酶能均勻地混合于紙漿中，酶制劑使用時要進行稀釋，紙漿濃度為中濃(10％-15％)，而稀釋后的酶不太穩(wěn)定，用稀釋的酶處理紙漿存在著所需生物反應時間長、所用設備體積大等問題。雖然發(fā)明專利“一種化學機械制漿方法及設備”(ZL99120924.9)所述的雙螺旋輥式磨漿機的體積小巧，但該機A區(qū)的排液口14過小，其磨漿區(qū)內的漿料濃度過低。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術中存在的生物酶和高濃度紙漿難于充分混合以及所需生物反應時間長、所用設備體積大等問題，本發(fā)明提供了一種生物酶制備漂白漿的方法及設備。它以植物纖維為原料，借助生物酶、漂白劑和助劑，利用能滿足在高濃度條件下使其充分混合的設備，生產出合乎質量要求的漂白機械紙漿或超高得率紙漿。
本發(fā)明的技術方案所使用的雙螺旋輥式磨漿機，它由電動機、皮帶輪、傳動箱、軸、花鍵套、軸承座、芯軸、進料口、進液口、上殼體、下殼體、出料口、機座、排液口、除硬雜質塊裝置、正螺旋套、反螺旋套和螺旋輥組成；電動機經皮帶帶動皮帶輪和傳動箱，將動力由軸輸出，花鍵套將軸和螺旋輥的芯軸連結起來；兩個螺旋輥上間隔的且相對應的固設有正螺旋套和反螺旋套，每組正螺旋套和反螺旋套分別形成工作區(qū)A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、E區(qū)、F區(qū)、G區(qū)、H區(qū)，兩個螺旋輥置于上殼體和下殼體組成的殼體內，上殼體的一端設有進料口，下殼體的另一端設有出料口，上殼體上的B區(qū)和C區(qū)、D區(qū)和E區(qū)、F區(qū)和G區(qū)交接處分別設有進液口，下殼體上的A區(qū)、C區(qū)、E區(qū)、G區(qū)的對應處設有排液口，機座上固設有軸承座，螺旋輥的芯軸的兩端分別置于機座上的軸承座內；A區(qū)和B區(qū)交接處下殼體的下方固設有除硬雜質塊裝置。為了獲得高的紙漿濃度，強化生物酶和原料的混合作用，將A區(qū)的排液口的軸向長度加長45-55mm，此改進使得原料在A區(qū)充分地將殘余水分和空氣去除，脫水速度快，磨漿區(qū)濃度高達30-45％，系高濃度漿，從而可以獲得超高得率紙漿。該設備可以根據需要設置不同的磨解段，每個磨解段還可采用不同個數(shù)和不同特征參數(shù)的磨漿元件，從而調節(jié)磨漿機對漿料的磨解程度，該設備體積小，有效解決了現(xiàn)有技術存在的占用設備容積大的問題。
本發(fā)明的制備方法通過下述步驟實現(xiàn)(一)將汽蒸后的制作紙漿的原料經進料口置入雙螺旋輥式磨漿機內；(二)將生物酶經C區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，每千克絕干原料中加入2克-8克生物酶，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并發(fā)生反應；(三)將漂白劑及助劑經E區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，所述漂白劑的質量占所述絕干原料的質量的1-10％，所述助劑的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.8％；制成的紙漿，經由出料口排出。本制備方法步驟(二)中所述生物酶可為聚木糖酶(pulpzyme H B)、漆酶(Laccase)、甘露聚糖酶(purabritetm)或半乳糖苷酶(galactosidase)。
本發(fā)明制備方法中所述的生物酶經C區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，由于纖維軸向受到較大的擠壓力，有利于纖維物料在纖維軸向產生裂紋擴大反應表面，強化了生物酶與藥液混合、浸透和纖維分離作用；經D區(qū)的磨解并充分反應后，所述漂白劑及助劑經E區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，磨解漿料時纖維切斷作用小，磨后纖維較長，磨漿質量好，有效解決了生物酶和高濃度紙漿難于充分混合的問題。本發(fā)明所提供的生物酶制備漂白漿的方法和設備，該設備可在磨解過程中，完成脫水濃縮、洗滌、排出廢液、加藥液(或蒸汽)等功能，反應時間大大縮短；制備機漿噸漿耗水6-8m3，為傳統(tǒng)制漿用水量的10％左右，電能消耗可較傳統(tǒng)制漿降低20-50％，制漿和磨解過程中由于原料磨擦產生大量熱，可滿足蒸解或漂白所需溫度，制漿過程可不加蒸汽或少加蒸汽，水、電、汽的消耗較傳統(tǒng)制漿生產大幅度降低，增效節(jié)能；具有廣闊的應用前景。


圖1是“一種化學機械制漿方法及設備”(ZL99120924.9)所述的雙螺旋輥式磨漿機的整體結構示意圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1中磨漿機構縱斷面簡圖，圖4是圖1中磨漿機構的俯視簡圖，圖5是本發(fā)明所述的一種生物酶制備漂白漿的設備的磨漿機構縱斷面簡圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一(參見圖1-圖5)本實施方式的技術方案所使用的雙螺旋輥式磨漿機，它由電動機1、皮帶輪2、傳動箱3、軸4、花鍵套5、軸承座6、芯軸7、進料口8、進液口9、上殼體11、下殼體10、出料口12、機座13、排液口14、除硬雜質塊裝置15、正螺旋套16、反螺旋套17和螺旋輥18組成；雙螺旋輥式磨漿機屬無刀式磨漿機，電動機1經皮帶帶動皮帶輪2和傳動箱3，將動力由軸4輸出，花鍵套5將軸4和螺旋輥18的芯軸7連結起來；兩個螺旋輥18上間隔的且相對應的固設有正螺旋套16和反螺旋套17，每組正螺旋套16和反螺旋套17分別形成工作區(qū)A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、E區(qū)、F區(qū)、G區(qū)、H區(qū)，兩個螺旋輥18置于上殼體11和下殼體10組成的殼體內，上殼體11的一端設有進料口8，下殼體10的另一端設有出料口12，上殼體11上的B區(qū)和C區(qū)、D區(qū)和E區(qū)、F區(qū)和G區(qū)交接處分別設有進液口9，下殼體10上的A區(qū)、C區(qū)、E區(qū)、G區(qū)的對應處設有排液口14，機座13上固設有軸承座6，螺旋輥18的芯軸7的兩端分別置于機座13上的軸承座6內；A區(qū)和B區(qū)交接處下殼體10的下方固設有除硬雜質塊裝置15；為了獲得高的紙漿濃度，強化生物酶和原料的混合作用，將A區(qū)的排液口14的軸向長度加長45-55mm，此改進使得原料在A區(qū)充分地將殘余水分和空氣去除，可以獲得超高得率紙漿。
本發(fā)明的制備方法通過下述步驟實現(xiàn)(一)將汽蒸后的制作紙漿的原料經進料口置入雙螺旋輥式磨漿機內，原料在A區(qū)空腔內兩根螺旋輥18的正螺旋套16的推送下，向出料口12端移動，由于將A區(qū)的排液口14加長了45-55mm，在A區(qū)可充分脫出原料中殘余水分和空氣，經排液口14流出；原料在反螺旋套17形成的B區(qū)，被反向螺旋反向推送，此處原料濃度達到30-45％；當壓力達到一定程度，部分原料被磨解到小于B區(qū)反螺旋套螺棱開孔，則由孔中穿過，順流向C區(qū)流動；(二)將生物酶經C區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，每千克絕干原料中加入2克-8克生物酶，經C區(qū)的正螺旋套16推送和D區(qū)反螺旋套17的反向推送，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并發(fā)生反應，原料被磨解到小于D區(qū)反螺旋套17螺棱開孔，則由孔中穿過，順流向E區(qū)流動；(三)將漂白劑及助劑經E區(qū)上殼體開設的進液口置入雙螺旋輥式磨漿機內，所述漂白劑的質量占所述絕干原料的質量的1-10％，所述助劑的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.8％；在E區(qū)正螺旋套16螺腔中，原料在自摩擦熱及藥液共同作用下，充分地浸漬吸收藥液，反應廢液由下機殼10開設的排液口14排出，在順流推送下，發(fā)生反應和磨解過程；然后，原料進入反螺旋套17形成的F區(qū)；制成的漂白機械紙漿或超高得率紙漿，經由出料口12排出。
具體實施方式
二(參見圖1-圖5)本實施方式與具體實施方式
一所選用的雙螺旋輥式磨漿機的不同點在于所述雙螺旋輥式磨漿機的A區(qū)的排液口14加長50mm，以使之脫出更多原料中的水分和空氣。
本實施方式與具體實施方式
一的制備方法的不同點在于步驟(二)中所述的生物酶為聚木糖酶(pulpzyme H B)，每千克絕干原料中加入2克-4克聚木糖酶；步驟(三)中所述的漂劑為硼氫化鈉(NaBH4)，硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的1-4％，所述助劑為乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.5％。
實驗結果表明紙漿經由磨漿機排出后，在60-70℃溫度下，保溫2小時，pH值6-7，紙漿白度62％(ISO)，抗張指數(shù)37Nm/g，撕裂指數(shù)3.2Nmm2/g，可應用于配抄新聞紙。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入2克聚木糖酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的2％，所述的乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1％。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入3克聚木糖酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的3％，所述的乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.3％。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入4克聚木糖酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的4％，所述的乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.5％。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的制備方法的不同點在于步驟(二)中所述的生物酶為漆酶(Laccase)，每千克絕干原料中加入2克-3克漆酶；步驟(三)中所述的漂劑為硼氫化鈉(NaBH4)，硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的1-4％，所述助劑為乙二胺四乙酸(EDTA)，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.5％。
實驗結果表明紙漿經由磨漿機排出后，在60-70℃溫度下，保溫2小時，pH值6-7，紙漿白度60％(ISO)，抗張指數(shù)34Nm/g，撕裂指數(shù)2.9Nmm2/g，可用于配抄新聞紙。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六所述的制備方法的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入2克漆酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的1％，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1％。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六所述的制備方法的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入2.5克漆酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的3％，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.3％。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六所述的制備方法的不同點在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入3克漆酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的4％，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.5％。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于制備過程中使用兩臺相同結構的雙螺旋輥式磨漿機，本實施方式的制備方法通過下述步驟實現(xiàn)(一)將汽蒸后的制作紙漿的原料置入第一臺雙螺旋輥式磨漿機，然后，在此磨漿機C區(qū)上機殼11開設的進液口9加入生物酶，經后面的磨解段混合后，漿料由磨漿機排出，在反應槽內保溫2小時；(二)將步驟(一)制成的漿料置入第二臺雙螺旋輥式磨漿機，酶和紙漿的反應產物經此磨漿機的A區(qū)排液口14排出，然后，將漂劑及助劑經此磨漿機C區(qū)上機殼11開設的進液口9置入第二臺雙螺旋輥式磨漿機，充分磨解、混合，制成紙漿。由于本實施方式選用了兩臺雙螺旋輥式磨漿機，纖維原料在擠壓力和剪切力作用下纖維軸向產生裂紋，形態(tài)變小，原料比表面積增大，生物酶被植物纖維原料充分混合、吸收，并發(fā)生反應，同時漿料的磨解更加細致；經第二臺雙螺旋輥式磨漿機A區(qū)的排液口14排出的殘余酶，可回收重復使用。
實驗結果表明紙漿經由磨漿機排出后，在60～70℃溫度下，保溫2小時，pH值6～7，紙漿白度75％(ISO)，抗張指數(shù)46Nm/g，撕裂指數(shù)4.2Nmm2/g，可用于抄造輕量涂布紙。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述制作紙漿的原料為松木片、楊木片、桉木片或竹片。
權利要求
1.一種生物酶制備漂白漿的設備，它由電動機(1)、皮帶輪(2)、傳動箱(3)、軸(4)、花鍵套(5)、軸承座(6)、芯軸(7)、進料口(8)、進液口(9)、上殼體(11)、下殼體(10)、出料口(12)、機座(13)、排液口(14)、除硬雜質塊裝置(15)、正螺旋套(16)、反螺旋套(17)和螺旋輥(18)組成；雙螺旋輥式磨漿機屬無刀式磨漿機，電動機(1)經皮帶帶動皮帶輪(2)和傳動箱(3)，將動力由軸(4)輸出，花鍵套(5)將軸(4)和螺旋輥(18)的芯軸(7)連結起來；兩個螺旋輥(18)上間隔的且相對應的固設有正螺旋套(16)和反螺旋套(17)，每組正螺旋套(16)和反螺旋套(17)分別形成工作區(qū)A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、E區(qū)、F區(qū)、G區(qū)、H區(qū)，兩個螺旋輥(18)置于上殼體(11)和下殼體(10)組成的殼體內，上殼體(11)的一端設有進料口(8)，下殼體(10)的另一端設有出料口(12)，上殼體(11)上的B區(qū)和C區(qū)、D區(qū)和E區(qū)、F區(qū)和G區(qū)交接處分別設有進液口(9)，下殼體(10)上的A區(qū)、C區(qū)、E區(qū)、G區(qū)的對應處設有排液口(14)，機座(13)上固設有軸承座(6)，螺旋輥(18)的芯軸(7)的兩端分別置于機座(13)上的軸承座(6)內；A區(qū)和B區(qū)交接處下殼體(10)上固設有除硬雜質塊裝置(15)；其特征在于A區(qū)的排液口(14)的軸向長度加長45-55mm。
2.根據權利要求1所述的一種生物酶制備漂白漿的設備，其特征在于所述的A區(qū)排液口(14)的軸向長度加長50mm。
3.一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于它通過下述步驟實現(xiàn)(一)將汽蒸后的制作紙漿的原料經進料口(8)置入雙螺旋輥式磨漿機內；(二)將生物酶經C區(qū)上殼體(11)開設的進液口(9)置入雙螺旋輥式磨漿機內，每千克絕干原料中加入2克-8克生物酶，生物酶被植物原料充分混合、吸收，并發(fā)生反應；(三)將漂白劑及助劑經E區(qū)上殼體(11)開設的進液口(9)置入雙螺旋輥式磨漿機內，所述漂白劑的質量占所述絕干原料的質量的1-10％，所述助劑的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.8％；制成的紙漿，經由出料口(12)排出。
4.根據權利要求3所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于步驟(二)中所述的生物酶為聚木糖酶，每千克絕干原料中加入2克-4克聚木糖酶；步驟(三)中所述的漂劑為硼氫化鈉，硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的1-4％，所述助劑為乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.5％。
5.根據權利要求4所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入4克聚木糖酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的4％，所述的乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.5％。
6.根據權利要求3所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于步驟(二)中所述的生物酶為漆酶，每千克絕干原料中加入2克-3克漆酶；步驟(三)中所述的漂劑為硼氫化鈉，硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的1-4％，所述助劑為乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.1-0.5％。
7.根據權利要求6所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于步驟(二)中每千克絕干原料中加入3克漆酶；步驟(三)中所述的硼氫化鈉的質量占所述絕干原料的質量的4％，乙二胺四乙酸的質量占所述絕干原料的質量的0.5％。
8.根據權利要求3所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于它通過下述步驟實現(xiàn)(一)將汽蒸后的制作紙漿的原料置入第一臺雙螺旋輥式磨漿機，然后，在此磨漿機C區(qū)上機殼(11)開設的進液口(9)加入生物酶，經后面的磨解段混合后，漿料由磨漿機排出，在反應槽內保溫2小時；(二)將步驟(一)制成的漿料置入第二臺雙螺旋輥式磨漿機，酶和紙漿的反應產物經此磨漿機的A區(qū)排液口(14)排出，然后，將漂劑及助劑經此磨漿機C區(qū)上機殼(11)開設的進液口(9)置入第二臺雙螺旋輥式磨漿機，充分磨解、混合，制成紙漿。
9.根據權利要求3所述的一種生物酶制備漂白漿的方法，其特征在于所述制作紙漿的原料為松木片、楊木片、桉木片或竹片。
全文摘要
一種生物酶制備漂白漿的方法及設備，它涉及制漿造紙工業(yè)技術領域。為解決現(xiàn)有技術中存在的生物酶難于和高濃度紙漿充分混合以及所需生物反應時間過長、所占用設備容積大等問題，提供了一種生物酶制備漂白漿的方法及設備。將雙螺旋輥式磨漿機的A區(qū)排液口(14)加長50mm，可在磨解過程中完成脫水濃縮、洗滌、排廢液、加藥液等功能。制備方法的步驟(一)原料經進料口(8)進入磨漿機，在A區(qū)可充分去除原料中殘余水分和空氣；(二)經C區(qū)的進液口(9)加入生物酶；(三)經E區(qū)進液口(9)加入漂白劑及助劑，制成漂白機械紙漿或超高得率紙漿；有效解決了生物酶難于和高濃度紙漿充分混合問題；該設備體積小，反應時間大大縮短，增效節(jié)能，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C12S3/00GK1948612SQ200510010418
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月10日 優(yōu)先權日2005年10月10日
發(fā)明者劉長恩 申請人:劉長恩, 王壽峰, 岳金權