一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺

技术领域

本发明涉及再生资源技术领域，具体为一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺。

背景技术

木质素是一种以苯丙烷基为基本机构单元的无定型高聚物，与纤维素、半纤维素同在植物中，主要是细胞壁的组成成分。在碱法制浆过程中，木质素大分子水性基团发生降解并溶解于蒸煮液中，同时蒸煮过程中使酚、醚键断裂产生大量的醇羟基和羧基是形成黑液废水污染物的重要组成部分。

传统工艺是利用废硫酸跟黑液碱液中和，析出木质素沉淀，从而回收酸性木质素。酸性木质素活性差，市场应用初级，价格低廉，并且，由于木质素需要在PH3以下是才能析出，析出木质素成胶溶状态非常难以分离，只有在升温情况下分离材有可能，因而需要耗能非常大；而脱除木质素的废水中含有大量的有机质排至污水处理厂，使污水处理厂负荷极大加重。

为了解决上述问题，我们提出了一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，包括以下具体操作步骤：

S1、原料清洗：对废弃竹子进行预处理，对原料的表面进行清洗工作；

S2、原料上料：基于振动盘系统对清洗好的原料进行上料操作，并将原料输送至下一道工序中；

S3、塔式蒸煮：基于塔式蒸煮管对原料进行蒸汽热析处理，对蒸汽以及热析后的反应物进行收集；

S4、碱式蒸煮：对收集的反应物在碱液中进行蒸煮，蒸煮形成黑色液体，对黑色液体进行膜浓缩处理；

S5、蒸汽处理：对收集的蒸汽进行预热、恒温以及保温三个阶段的处理，并通过冷凝设备进行物料提取。

进一步优化本技术方案，所述四素分离为对纤维素、半纤维素、木质素以及类黄酮素四类进行产物的分离。

进一步优化本技术方案，所述四素分离工艺分离出的纤维素、半纤维素、木质素以及类黄酮素包括以下产物占比：

类黄酮素：3.4％-5％；

纤维素、半纤维素：60％；

木质素：25％；

其中，以绝干计算：四素的总糖含量为14.35％-24.61％，蛋白质含量为10.24％-16.68％；其他含硅和其他微量元素均以四素分离产物中相互融合的形式存在。

进一步优化本技术方案，所述步骤S1中，预处理还包括对原料进行切解，对原料的竹叶进行分离，进行原料清洗时，对原料表面上掺杂的泥土、微小生物进行冲洗干净。

进一步优化本技术方案，所述步骤S3中，收集的蒸汽中含有黄酮、有机质、肌苷、蛋白质以及精油；收集的热析后的反应物为木质素。

进一步优化本技术方案，所述步骤S4中，对膜浓缩处理后得到的清液进行回收利用；对膜浓缩处理后得到的浓缩液进行干燥喷粉处理后，形成碱基木质素产品。

进一步优化本技术方案，所述步骤S5中，所述预热、恒温以及保温阶段中，蒸汽的温度保持在90℃以下，持续时间为0.5-4小时，在预热、恒温以及保温阶段中采用微波或者超声波进行辅助；在进行物料提取时，对冷凝物进行有机质、肌苷以及精油的提取；对冷凝后的水分通过膜浓缩、浸膏、干燥以及喷粉的工艺进一步加工成成品黄酮。

进一步优化本技术方案，所述步骤S2中，振动盘系统进一步包括安装座、振动盘底盘以及输送盘底座，所述振动盘底盘以及输送盘底座均安装在安装座的表面，所述输送盘底座的顶端固定安装有输送盘；

所述振动盘底盘的上方设置有螺旋料斗，所述螺旋料斗顶端的一端设置有直线送料器，所述直线送料器设置在输送盘的一侧；

将清洗好的原料放置在螺旋料斗的内部，并通过输送板输送至塔式蒸煮管中。

进一步优化本技术方案，所述步骤S3中，塔式蒸煮管的出口设置有刮渣系统，用于刮除上浮的纤维/半纤维和多糖混合物的泡沫，刮除泡沫后的蒸煮液逆流循环回用直到规定次数后与物料一起排出；排出液先通过离心纤维收集机收集大部分纤维/半纤维，而后通过炭纤维膜折板式升流过滤器去除大部分二氧化硅和剩余纤维/半纤维，而后进入膜组件浓缩；其中浓缩清液回用蒸煮液，浓缩液经干燥后喷粉为碱式木质素。

进一步优化本技术方案，所述刮渣系统进一步包括刮渣框架，所述刮渣框架通过支撑座和加固板放置在塔式蒸煮管的出口上，所述刮渣框架的两侧均设置有履带，所述履带的两端分别转动连接有主动滚轮以及从动滚轮，所述主动滚轮的一侧传动连接有驱动电机的输出轴，所述履带的内侧固定安装有放置板，所述放置板的上表面固定安装有刮渣板。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，具备以下有益效果：

该基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，通过前端工艺分离出来了大部分有机质和木质素，使得后端的污水处理负荷非常低；同时，由于整体工艺中资源的循环利用，附加值非常高，整体工艺产生产品市场竞争力大。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺的流程示意图；

图2为本发明提出的一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺中的振动盘系统的结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺中的刮渣系统的结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺中的刮渣系统的结构放大图；

图5为本发明提出的一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺中的刮渣系统的结构放大图。

图中：1、安装座；2、振动盘底盘；3、螺旋料斗；4、直线送料器；5、输送盘底座；6、输送盘；7、刮渣框架；8、支撑座；9、加固板；10、履带；11、驱动电机；12、主动滚轮；13、从动滚轮；14、放置板；15、刮渣板。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，所述四素分离为对纤维素、半纤维素、木质素以及类黄酮素四类进行产物的分离。该基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺包括以下具体操作步骤：

S1、原料清洗：对废弃竹子进行预处理，对原料的表面进行清洗工作。

所述步骤S1中，预处理还包括对原料进行切解，对原料的竹叶进行分离，进行原料清洗时，对原料表面上掺杂的泥土、微小生物进行冲洗干净。

S2、原料上料：基于振动盘系统对清洗好的原料进行上料操作，并将原料输送至下一道工序中。

S3、塔式蒸煮：基于塔式蒸煮管对原料进行蒸汽热析处理，对蒸汽以及热析后的反应物进行收集。

所述步骤S3中，收集的蒸汽中含有黄酮、有机质、肌苷、蛋白质以及精油；收集的热析后的反应物为木质素。

S4、碱式蒸煮：对收集的反应物在碱液中进行蒸煮，蒸煮形成黑色液体，对黑色液体进行膜浓缩处理。

所述步骤S4中，对膜浓缩处理后得到的清液进行回收利用；对膜浓缩处理后得到的浓缩液进行干燥喷粉处理后，形成碱基木质素产品。

当竹木为原料进行工艺操作时，碱液蒸煮后的物料进入制浆系统得到纤维质浆料，整体工艺形成纤维素、半纤维素、木质素、类黄酮素的四素分离工艺。

S5、蒸汽处理：对收集的蒸汽进行预热、恒温以及保温三个阶段的处理，并通过冷凝设备进行物料提取。

所述步骤S5中，所述预热、恒温以及保温阶段中，蒸汽的温度保持在90℃以下，持续时间为0.5-4小时，在预热、恒温以及保温阶段中采用微波或者超声波进行辅助；在进行物料提取时，对冷凝物进行有机质、肌苷以及精油的提取；对冷凝后的水分通过膜浓缩、浸膏、干燥以及喷粉的工艺进一步加工成成品黄酮。

当竹木为原料进行工艺操作时，也可以进过滤后直接与配方做成竹黄酮饮料。

通过前端工艺分离出来了大部分有机质和木质素，使得后端的污水处理负荷非常低；同时，由于整体工艺中资源的循环利用，附加值非常高，整体工艺产生产品市场竞争力大。

经上述工艺操作，所述四素分离工艺分离出的纤维素、半纤维素、木质素以及类黄酮素包括以下产物占比：

类黄酮素：3.4％-5％；

纤维素、半纤维素：60％；

木质素：25％；

其中，以绝干计算：四素的总糖含量为14.35％-24.61％，蛋白质含量为10.24％-16.68％；其他含硅和其他微量元素均以四素分离产物中相互融合的形式存在。

如图2所示，在本实施例中，所述步骤S2中，振动盘系统进一步包括安装座1、振动盘底盘2以及输送盘底座5，所述振动盘底盘2以及输送盘底座5均安装在安装座1的表面，所述输送盘底座5的顶端固定安装有输送盘6；

所述振动盘底盘2的上方设置有螺旋料斗3，所述螺旋料斗3顶端的一端设置有直线送料器4，所述直线送料器4设置在输送盘6的一侧；

将清洗好的原料放置在螺旋料斗3的内部，并通过输送板6输送至塔式蒸煮管中。

如图3-5所示，所述刮渣系统进一步包括刮渣框架7，所述刮渣框架7通过支撑座8和加固板9放置在塔式蒸煮管的出口上，所述刮渣框架7的两侧均设置有履带10，所述履带10的两端分别转动连接有主动滚轮12以及从动滚轮13，所述主动滚轮12的一侧传动连接有驱动电机11的输出轴，所述履带10的内侧固定安装有放置板14，所述放置板14的上表面固定安装有刮渣板15。

塔式蒸煮管的出口设置有刮渣系统，用于刮除上浮的纤维/半纤维和多糖混合物的泡沫，刮除泡沫后的蒸煮液逆流循环回用直到规定次数后与物料一起排出；排出液先通过离心纤维收集机收集大部分纤维/半纤维，而后通过炭纤维膜折板式升流过滤器去除大部分二氧化硅和剩余纤维/半纤维，而后进入膜组件浓缩；其中浓缩清液回用蒸煮液，浓缩液经干燥后喷粉为碱式木质素。

实施例二：

基于实施例一所述的基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，碱性黑色液体浸泡溶液约900吨需要膜浓缩，浓缩到180吨，至少要两级膜，耐碱的膜，基本上都耐酸碱，pH1-12；若木质素含量20％+二氧化硅8％＝28％，碱基脱除木质素率50％；物料每天300吨，则黑色液体中含固42吨；浓水共180吨，则浓缩后浓度为23％。

该基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺包括以下优势：

1)工艺流程融合创新国内外领先

2)能耗比传统工艺降低50％

3)固废综合高值化利用变废为宝

4)类黄酮素和有机成分食品级分离

5)高得率纤维素半纤维素完整保护

6)木质素高品质分离

7)竹原料全质化利用整体经济效益极限利用

8)极低污水处理负荷

9)极先进装备创新

10)全自动化控制

同时，四素分离产生的类黄酮素可以延伸生产中医药中间体，保健品，竹饮料，中老年功能性食品药品，天然化妆品，高档护肤因子、膳食补充剂、食品、绿色饲料、啤酒等；

四素分离产生的纤维素和半纤维素延伸生产竹浆、环保纸张纸板，可降解餐包、工包、农包制品，生活用纸，纺织纤维原料等；

四素分离产生的木质素延伸生产碳材，高性能石墨烯，高模碳纤维，活性炭，石墨烯纤维，橡胶，高性能电池，生物质树脂等。

本发明的有益效果是：

该基于废弃竹子再生资源的四素分离工艺，通过前端工艺分离出来了大部分有机质和木质素，使得后端的污水处理负荷非常低；同时，由于整体工艺中资源的循环利用，附加值非常高，整体工艺产生产品市场竞争力大。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。