本實(shí)用新型涉及生物降解技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲波輔助生物酶脫除木質(zhì)素的裝置。

背景技術(shù)：

木質(zhì)纖維生物質(zhì)大量存在于自然界，是地球上最豐富、最廉價(jià)，且符合可持續(xù)發(fā)展要求的可再生資源。然而，木質(zhì)纖維素原料的高效經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化一直是國內(nèi)外學(xué)者致力于解決的難題。這主要是由于秸稈、竹柳等木質(zhì)纖維素原料結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，木質(zhì)素和半纖維素形成牢固的結(jié)合層，包裹在纖維素的外面，任一種組分的降解都必然受到其他組分的制約。其中半纖維素較易于水解，可通過適當(dāng)?shù)姆椒ń到獬煽砂l(fā)酵糖類物質(zhì)。但是木質(zhì)素是一種非常難以被生物降解的物質(zhì)，它的存在不僅對纖維素酶等生物催化劑具有毒害作用，而且對纖維素酶和半纖維素酶降解天然纖維素原料中的碳水化合物具有空間阻礙作用，致使許多纖維素分解菌不能侵襲完整的天然纖維素原料。因此，秸稈等木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理成為必需和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

目前，對木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法的研究主要有物理法預(yù)處理如（蒸汽爆破、機(jī)械粉碎、微波、輻射等)，化學(xué)預(yù)處理(酸、堿、氧化、有機(jī)溶劑、超臨界萃取等)，生物預(yù)處理(直接生物處理和生物酶處理等)。但是大量研究表明，由于秸稈等木質(zhì)纖維素原料自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和不均一性，僅僅依靠單一技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)其高效清潔轉(zhuǎn)化。因此，近些年出現(xiàn)了不同預(yù)處理方法的組合處理技術(shù)。申請?zhí)枮?00810020226.2的中國發(fā)明專利公開了一種木質(zhì)纖維素的聯(lián)合預(yù)處理方法及其系統(tǒng)，但是該方法仍然是化學(xué)預(yù)處理法的組合，預(yù)處理過程中需要使用酸堿，存在較大的環(huán)境污染問題，增加了后續(xù)處理難度。目前常用的生物預(yù)處理法具有作用條件溫和、專一性強(qiáng)、有利于環(huán)保和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但是目前也存在直接生物法處理時(shí)間長、纖維素和半纖維素?fù)p失嚴(yán)重、酶活性低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種生物酶脫除木質(zhì)素的裝置，能夠解決上述的問題。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超聲波輔助生物酶脫除木質(zhì)素的裝置，所述裝置為超聲波制漿機(jī)，包括桶體,桶體上部安裝進(jìn)料口、安全閥、進(jìn)氣口、進(jìn)水口和電機(jī),電機(jī)下部安裝聯(lián)軸器,聯(lián)軸器下部安裝的螺旋轉(zhuǎn)子刀和固定在桶體內(nèi)底部的定子組成機(jī)械搓磨攪拌裝置,螺旋轉(zhuǎn)子刀伸入定子內(nèi)部,定子的內(nèi)壁裝有鄂板,桶體的外壁安裝超聲波換能器，超聲波換能器用導(dǎo)線連接裝置聯(lián)接超聲波發(fā)生器，桶體底部安裝出漿口和支架。

所述超聲波換能器的個(gè)數(shù)≥2，均勻排列在超聲波制漿機(jī)的桶體外表面。

所述的超聲波換能器由若干個(gè)超聲波振子組成。

所述超聲波振子的個(gè)數(shù)為30，超聲波振子的頻率為28K，功率為100W，超聲波振子采用并聯(lián)排列。

所述超聲波制漿機(jī)桶體為立式圓柱狀，桶體的上端和下端均有圓形封頭。

有益效果

1、使用本實(shí)用新型裝置的制漿工藝生產(chǎn)過程只需要3-4小時(shí)，比傳統(tǒng)制漿工藝縮短1-3小時(shí)，加快制漿速度，一次性可制成白度達(dá)75％ISO以上的白漿，實(shí)現(xiàn)了生物脫木素制漿提取纖維的工業(yè)化大生產(chǎn)的目的。

2、使用本實(shí)用新型裝置的工藝充分考慮二次污染問題，僅采用環(huán)境友好型助劑，漂白紙漿整個(gè)生產(chǎn)過程在全封閉環(huán)境中進(jìn)行，不用高溫蒸煮，不加強(qiáng)堿，不產(chǎn)生黑液，無污染，省去黑液處理設(shè)備可節(jié)約大量生產(chǎn)用水，整個(gè)脫木素制漿提取纖維過程不添加任何造成環(huán)境二次污染的化學(xué)品，完全滿足生物降解過程。

3、本實(shí)用新型的內(nèi)置機(jī)械搓磨攪拌裝置，使內(nèi)置漿料攪拌均勻，翻漿徹底，制漿機(jī)桶體外部的超聲波換能器可以增加生物膜以及細(xì)胞壁的質(zhì)量傳遞速度，在超聲作用下振動(dòng)的氣泡，在其界面層周圍會產(chǎn)生液體的圓周運(yùn)動(dòng)，從而提高生物反應(yīng)的速度。該超聲波換能器與機(jī)械搓磨攪拌裝置聯(lián)合使用，加快了生物酶脫除木質(zhì)素的速率，一次性即可脫除木質(zhì)素，節(jié)約能源、降低生產(chǎn)

成本。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型用于生物酶脫除木質(zhì)素方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中機(jī)械搓磨攪拌裝置放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1的俯視圖；

標(biāo)注部件：1、支架，2、傳動(dòng)軸底部支撐座，3、額板式定子，4、筒體下部觀察孔，5、人孔，6、制漿機(jī)筒體，7、螺旋轉(zhuǎn)子，8、制漿機(jī)封頭，9、10、進(jìn)料口和安全閥口，11、聯(lián)軸器，12、電機(jī)，13、14、螺旋軸密封法蘭和密封墊，15、16、進(jìn)氣口和進(jìn)水口，17、18、出料口和排氣閥，19、超聲波換能器，20、超聲波發(fā)生器，21、超聲波振子，22、導(dǎo)線連接裝置，23、鄂板，24、機(jī)械搓磨攪拌裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種超聲波制漿劑，如圖1所示，包括桶體6,桶體上部安裝進(jìn)料口9、安全閥19、進(jìn)氣口15、進(jìn)水口16和電機(jī)12,電機(jī)下部安裝聯(lián)軸器11,聯(lián)軸器11下部安裝的螺旋轉(zhuǎn)子刀7和固定在桶體內(nèi)底部的定子3組成機(jī)械搓磨攪拌裝置24,螺旋轉(zhuǎn)子刀7伸入定子3內(nèi)部,定子3的內(nèi)壁裝有鄂板23,桶體的外壁安裝超聲波換能器19，超聲波換能器19用導(dǎo)線連接裝置22聯(lián)接超聲波發(fā)生器20，桶體底部安裝出漿口17和支架1。

所述的螺旋轉(zhuǎn)子刀7能夠內(nèi)部循環(huán)翻漿和具有搓磨功能,開動(dòng)電機(jī),漿料從機(jī)械搓磨攪拌裝置上部進(jìn)入，從機(jī)械搓磨攪拌裝置下部甩出，使?jié){料得到循環(huán)搓磨粉碎，翻漿徹底，得到的漿料攪拌均勻。

所述超聲波換能器19的個(gè)數(shù)為3個(gè)，均勻排列在超聲波制漿機(jī)的桶體6外表面。

所述的超聲波換能器19由30個(gè)超聲波振子組成。所述超聲波振子21的頻率為28K，功率為300W，超聲波振子21采用并聯(lián)排列。

所述超聲波發(fā)生器20為9kw。

所述桶體6為立式圓柱狀，桶體的上端和下端均有圓形封頭。

需要說明的是，以下實(shí)施例均使用上述超聲波輔助生物酶脫除木質(zhì)素的裝置，以竹柳作為制漿原料，但是，本實(shí)用新型裝置所適用的制漿原料同樣適用于蘆葦、竹子、蔗渣、龍須草、桉木、速生楊中的一種或一種以上。

實(shí)施例1

使用上述超聲波制漿機(jī)方法，所用的生物酶脫木素助劑由以下重量份的組分組成:

二氧化鈦：10％，

漆酶：40％，

木聚糖酶：10％，

半纖維素酶：5％，

二氧化硫脲：20％，

香蘭素：1％，

丁香酚：0.5％，

吐溫80：10％，

余量為賦形劑輕質(zhì)碳酸鈣；其中所述的漆酶活性單們?yōu)?萬u/g，

木聚糖酶10萬u/g，半纖維素酶10萬u/g。

具體的操作步驟為：

（1）將2噸含水量為15wt%的竹柳經(jīng)皮帶輸送入切片破碎除塵機(jī)中進(jìn)行切料、除雜、除去塵土后，用水浸泡2小時(shí),用熱磨機(jī)磨成絲狀；

（2）在超聲波制漿機(jī)中將12噸水和36千克生物酶脫木素助劑混合均勻，加入步驟（1）中磨成絲狀的竹柳，開動(dòng)機(jī)械搓磨攪拌裝置,得混合均勻物料；

（3）步驟（2）在超聲波制漿機(jī)中混合均勻物料中通入壓縮空氣，通入蒸汽升溫至40℃，當(dāng)壓力達(dá)到0.3MPa，開動(dòng)超聲波發(fā)生器，功率為9kw，開始計(jì)時(shí)，維持0.3MPa，40℃進(jìn)行等溫等壓反應(yīng)2.5小時(shí)，停止通入壓縮空氣；

（4）步驟（3）在超聲波制漿機(jī)中反應(yīng)后通入蒸汽升溫至50℃，一次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.5%的雙氧水280千克，繼續(xù)通入壓縮空氣保持壓力達(dá)到0.3-0.35MPa維持超聲波發(fā)生器的功率為9kw，進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)料漿的白度≥75％ISO時(shí)，反應(yīng)終止；

（5）泄壓、放料，得合格紙漿。

實(shí)施例2

使用上述超聲波制漿機(jī)方法，所用的生物酶脫木素助劑由以下重量份的組分組成:

二氧化鈦：15％，

漆酶：30％，

木聚糖酶：15％，

半纖維素酶：10％，

二氧化硫脲：10％，

香蘭素：3％，

丁香酚：1％，

吐溫80：1％，

余量為賦形劑硫酸鎂；其中所述的漆酶活性單們?yōu)?萬u/g，木聚糖酶10萬u/g，半纖維素酶10萬u/g。

具體的操作步驟為：

（1）將2噸含水量為15wt%的蘆葦經(jīng)皮帶輸送入切草粉碎除塵機(jī)中進(jìn)行切料、除雜、除去塵土后，用水浸泡3小時(shí),用熱磨機(jī)磨成絲狀；

（2）在超聲波制漿機(jī)中將13噸水和40千克生物酶脫木素助劑混合均勻，加入步驟（1）中磨成絲狀的竹柳，開動(dòng)機(jī)械搓磨攪拌裝置,得混合均勻物料；

（3）步驟（2）在超聲波制漿機(jī)中混合均勻物料中通入壓縮空氣，通入蒸汽升溫至50℃，當(dāng)壓力達(dá)到0.35MPa，開動(dòng)超聲波發(fā)生器，功率為9KW，開始計(jì)時(shí)，維持0.35MPa，50℃進(jìn)行等溫等壓反應(yīng)1.5小時(shí),停止通入壓縮空氣；

（4）步驟（3）在超聲波制漿機(jī)中反應(yīng)后通入蒸汽升溫至60℃，一次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.5%的雙氧水570千克，繼續(xù)通入壓縮空氣保持壓力達(dá)到0.3-0.35MPa維持超聲波發(fā)生器的功率為9kw，進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)料漿的白度≥75％ISO時(shí)，反應(yīng)終止；

（5）泄壓、放料，得合格紙漿。

實(shí)施例3

使用上述超聲波制漿機(jī)方法,所用的生物酶脫木素助劑由以下重量份的組分組成:

二氧化鈦：12％，

漆酶：35％，

木聚糖酶：12％，

半纖維素酶：8％，

二氧化硫脲：15％，

香蘭素：2％，

丁香酚：0.8％，

吐溫80：6％，

余量為賦形劑硫酸銅；其中所述的漆酶活性單們?yōu)?萬u/g

木聚糖酶10萬u/g，半纖維素酶10萬u/g。

具體的操作步驟為：

（1）將2噸含水量為15wt%的竹子經(jīng)皮帶輸送入切草粉碎除塵機(jī)中進(jìn)行切料、除雜、除去塵土后，用水浸泡2.5小時(shí),用熱磨機(jī)磨成絲狀；

（2）在超聲波制漿機(jī)中將12.5噸水和38千克生物酶脫木素助劑混合均勻，加入步驟（1）中磨成絲狀的竹柳，開動(dòng)機(jī)械搓磨攪拌裝置,得混合均勻物料；

（3）步驟（2）在超聲波制漿機(jī)中混合均勻物料中通入壓縮空氣，通入蒸汽升溫至45℃，當(dāng)壓力達(dá)到0.33MPa，開動(dòng)超聲波發(fā)生器，功率為9kw，開始計(jì)時(shí)，維持0.33MPa，45℃進(jìn)行等溫等壓反應(yīng)2小時(shí),停止通入壓縮空氣；

（4）步驟（3）在超聲波制漿機(jī)中反應(yīng)后通入蒸汽升溫至55℃，一次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.5%的雙氧水350千克，繼續(xù)通入壓縮空氣保持壓力達(dá)到0.3-0.35MPa維持超聲波發(fā)生器的功率為9kw，進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)料漿的白度≥75％ISO時(shí)，反應(yīng)終止；

（5）終止反應(yīng)，泄壓、放料，得合格紙漿。

對比例

一種常規(guī)蒸球制紙漿方法，所述的助劑由以下質(zhì)量的組分組成：

常規(guī)蒸球制紙漿方法的操作步驟為：

（1）將含水量為15wt%的竹柳2噸除雜后，備用。

（2）在蒸球蒸煮器中加入14噸水，1.6kg蒽醌，360kg燒堿，步驟（1）所述的竹柳，混合均勻；

（3）開動(dòng)電機(jī)裝置，升溫至145℃，當(dāng)壓力達(dá)到0.7MPa，開始計(jì)時(shí)，維持0.7MPa，145℃進(jìn)行等溫等壓反應(yīng)，當(dāng)料漿的白度≥30％ISO時(shí)，反應(yīng)終止；

（4）泄壓、放料；

（5）漿料放出后擠出黑液，并洗滌，需要大量清水。

（6）洗好漿料加入3噸次氯酸鈣進(jìn)行漂白，漂白時(shí)間5-6小時(shí)。

（7）漂白完成后洗滌漿料得合格紙漿。

使用本實(shí)用新型裝置的竹柳生物酶脫木素漂白制漿工藝和傳統(tǒng)蒸球制漿工藝，從工藝條件到制得的紙漿性能等方面進(jìn)行了一下對比，見表1。

表1：

上述表格中的濕重為1立方厘米紙漿的重量。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。