高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机及其工艺

技术领域

本发明涉及莱赛尔纤维工艺技术前段浆料制备技术领域，尤其涉及高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机及其工艺。

背景技术

莱赛尔纤维是以天然植物纤维和叔胺氧化物(NMMO溶剂)为主要原料，其原料是自然界中取之不尽用之不竭的纤维素，生产过程无化学反应，所用溶剂无毒，因溶剂可以回收，被称为21世纪的绿色环保纤维。

在制备莱赛尔纤维工艺浆料过程中，纤维素浆粕、叔胺氧化物(NMMO溶剂)、稳定剂等的混合、溶胀效果好坏是下道工序纤维素溶解的关键；如浆料混合、溶胀不均匀，容易出现白芯，不利于后续过滤、纺丝可防性、产品质量等。现阶段，纤维素混合浆料的制备方法分有湿法制备浆料工艺与干法制备浆料工艺。

湿法制备浆料工艺：首先将纤维素浆粕与去离子水混合碎浆，然后把得到的浆粥压榨除水，再经粉碎后与叔胺氧化物(NMMO溶剂)混合，并在浆料储存罐内溶胀，使叔胺氧化物(NMMO溶剂)与纤维素充分混合。溶胀完成后，将得到的混合浆料输送至溶解釜内蒸发溶解，形成纺丝原液。主要设备有：浆粕水力碎浆机、压榨机、粗粉碎机、细粉碎机、预混合器、活化罐(带有搅拌装置)，动态称重系统。

干法制备浆料工艺：首先将风干的纤维素浆粕经过多级粉碎机设备进行粉碎，粉碎后的(粉体状或颗粒状或碎片状)输送至预混合器与叔胺氧化物(NMMO溶剂)进行混合，并在浆料储存罐内溶胀，使叔胺氧化物(NMMO溶剂)与纤维素充分混合。溶胀完成后，制备成纤维素混合浆料输送至溶解釜内蒸发溶解，形成纺丝原液。

虽然干法制备浆料工艺减少了湿法制浆过程的纤维素浆粥制备过程，降低了叔胺氧化物(NMMO溶剂)浓度，减少了蒸汽消耗，但是增加了干浆粕的粉碎过程，干浆粕的粉碎容易产生粉尘，污染环境，易燃易爆，存在较大安全隐患；并且湿法制备浆料工艺与干法备浆料工艺都需要有较多的生产设备，设备投资额度大、耗能高，占地面积大，生产成本高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机及其工艺。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机，包括：

支板，其用于形成该高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的支撑基础，且所述支板置于地面上；

浸泡机构，其用于容置纤维浆粕、叔胺氧化物以及添加剂，且所述浸泡机构设于支板的上方；

搅拌机构，其用于对浆粕进行充分打散疏解作业，以及使浆粕和溶剂充分进行均匀混合，且所述搅拌机构设于浸泡机构的内腔；

驱动机构，其用于驱动搅拌机构转动，且所述驱动机构设于支板和搅拌机构之间；

加热机构，其用于对浸泡机构内腔物料进行加热保温，且所述加热机构设于浸泡机构的表面；

防护机构，其用于对浸泡机构局部部件起到遮挡防护作用，且所述防护机构设于浸泡机构的顶部；

阻流板，其用于阻止物料打旋以及配合搅拌机构对浆粕进行充分打散疏解作业，且所述阻流板在浸泡机构的内腔呈环形等距分布有至少四个。

作为优选的技术方案，所述浸泡机构包括位于支板上方的罐体，所述罐体的顶部安装有盖板，所述盖板顶部的一侧连通有第一进料管，所述罐体底部的一侧呈倾斜连通有卸料口，所述搅拌机构设于罐体的内腔，所述防护机构设于第一进料管相对位置，所述盖板的顶部还连通有人孔检查口、第二进料管、第三进料管以及第四进料管，所述阻流板的一侧与罐体的内壁面固定连接，所述阻流板远离罐体的一侧设有对称设置有两个斜面。

作为优选的技术方案，所述罐体的上部由两个半环状结构焊接组成空心圆柱状结构，所述罐体的下部由上下两个倒置的空心圆台状结构一体成型组成，所述罐体的上部与下部焊接成型，所述卸料口连通于位于下方的空心圆台状结构上。

作为优选的技术方案，所述搅拌机构包括活动贯穿设于罐体内腔的传动轴，所述传动轴的表面安装有螺旋叶片，所述螺旋叶片表面的下部一体成型有四个环形等距分布的第一搅拌叶片，所述螺旋叶片表面的底部一体成型有两个环形等距分布的第二搅拌叶片，所述第二搅拌叶片远离螺旋叶片的一侧一体成型有刮板，所述第二搅拌叶片的底部与刮板的一侧均接触于罐体的位于下方的空心圆台的内壁面，两个所述第二搅拌叶片分别位于对应的相邻两个第一搅拌叶片之间。

作为优选的技术方案，所述罐体的底部开设有供传动轴穿过的通孔。

作为优选的技术方案，所述驱动机构包括安装于支板顶部一侧的电机，所述电机的输出轴传动连接有减速器，所述减速器安装于支板顶部的另一侧，所述减速器的输出轴与传动轴的底端之间安装有联轴器。

作为优选的技术方案，所述加热机构包括沿罐体外表面包覆的伴热管，所述伴热管的底端连通有用于输入热水的进液管，所述进液管的顶端连通有用于输出热水的出液管。

作为优选的技术方案，所述防护机构包括安装于盖板顶部且用于遮挡第一进料管的防护罩，所述防护罩的一侧开设有加料孔，所述加料孔内铰接有挡板，所述防护罩的顶部连通有排气管，所述排气管、出液管、进液管、卸料口、第二进料管、第三进料管以及第四进料管上均安装有阀门。

作为优选的技术方案，所述罐体的内腔且位于第一进料管的下方固定连接有缓冲板，所述缓冲板位于螺旋叶片的斜上方，所述缓冲板的横截面呈三角结构。

本发明还提供了高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀工艺，采用上述所述的高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机，包括以下步骤：

S1、翻转打开挡板，通过加料口将整包约60×80cm的阔叶木浆粕经第一进料管加入罐体内，阔叶木浆粕由缓冲板进行缓冲，再关闭挡板，将含量70～80％的叔胺氧化物(NMMO溶剂)通过第二进料管加入罐体内，投料时间为15min，使得纤维素浆粕与叔胺氧化物在罐体内进行浸泡，得到含量10～20％的纤维素浆料；

S2、启动电机，电机的输出轴通过减速器以及联轴器带动传动轴转动，传动轴带动传动轴、螺旋叶片、第一搅拌叶片、第二搅拌叶片以及刮板同步转动，使得阔叶木浆粕在叔胺氧化物(NMMO溶剂)中经受强烈的涡流循环作用，与此同时配合阻流板能够阻止物料打旋，使得阔叶木浆粕被打散，纤维之间产生强烈的摩擦、撕裂和揉搓，进而使得阔叶木浆粕充分疏解、浸泡溶胀，其中传动轴的转速为5～150转/min，其中转速根据罐体的尺寸选择，粉碎时间为15～20min，溶胀时间为10～40min，得到均匀的纤维素浆料；

S3、将进液管与供热水系统连接，即可将热水输送至伴热管的内腔，进而能够对罐体内的纤维素浆料进行加热保温，加热温度为75～80℃，通过进液管能够将伴热管换热后的水输出至供热水系统进行循环使用，实现节约用水的效果，打开排气管上的阀门，即可在加热过程中进行放气作业；

S4、打开卸料口上的阀门即可将在75～80℃的温度下生产10～20％的纤维素浆料由卸料口顺畅卸料。

本发明的有益效果是：

本发明，高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机，通过支板、浸泡机构、搅拌机构、驱动机构、加热机构、防护机构以及阻流板组成，通过驱动机构带动搅拌机构转动，通过物理力学作用，浆粕在叔胺氧化物(NMMO溶剂)中经受强烈的涡流循环作用，使得纤维之间产生强烈的摩擦，撕裂和搓揉，使浆粕充分疏解、溶胀，既保证了单根纤维长度和强度；又使浆粕和溶剂混合更充分均匀，纤维素溶液内无白芯，从而达到优良的碎浆溶胀效果；同时能够大幅度降低设备土建投资成本，该一体机安装0米层即可，该一体机适用于包括但不限于卷浆或者整包片浆(针叶浆粕、阔叶浆粕、竹浆粕以及麻浆粕等)能够连续地和非连续地运行；

本发明，高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀工艺，浆粕不需要多级粉碎等加工处理，直接将整包浆板或卷浆与叔胺氧化物(NMMO溶剂)混合浸泡，与传统干法工艺相比省去了粗粉碎、细粉碎、预混合器、溶胀储罐、动态称重以及除尘系统等；与湿法相比，省去了低浓水力碎浆机，活化罐(带有搅拌装置)、压榨机、预混合器以及动态称重等，既精简了莱赛尔工艺流程，减少设备数量，又降低耗能、节约生产成本。

附图说明

图1为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的结构示意图；

图2为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的搅拌机构的结构示意图；

图3为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的罐体与搅拌机构的连接结构俯视示意图；

图4为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的罐体与支腿的连接结构仰视示意图；

图5为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机图2中A点的放大结构示意图；

图6为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机图2中B点的放大结构示意图；

图7为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机图2中C点的放大结构示意图；

图8为本发明高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀工艺流程示意图；

图中：1-支板；2-浸泡机构；21-罐体；211-通孔；22-第一进料管；23-卸料口；24-人孔检查口；25-第二进料管；26-第三进料管；27-第四进料管；3-搅拌机构；31-传动轴；32-螺旋叶片；33-第一搅拌叶片；34-第二搅拌叶片；341-刮板；4-驱动机构；41-电机；42-减速器；43-联轴器；5-加热机构；51-伴热管；52-进液管；53-出液管；6-防护机构；61-防护罩；62-挡板；63-排气管；7-阻流板；8-缓冲板；9-支座；10-支腿；11-底座；12-第一连接座；13-第二连接座；14-加热环；15-第一进气口；16-第二进气口；

本发明中的附图皆为示意图，其大小不代表实际尺寸；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1～图7所示，高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机，包括：支板1、浸泡机构2、搅拌机构3、驱动机构4、加热机构5、防护机构6以及阻流板7；

其中，支板1用于形成该高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的支撑基础，且支板1置于地面上；

其中，浸泡机构2用于容置纤维浆粕(或卷浆)、叔胺氧化物(NMMO溶剂)以及添加剂，且浸泡机构2设于支板1的上方；

其中，搅拌机构3用于对浆粕进行充分打散疏解作业，以及使浆粕和溶剂充分进行均匀混合，且搅拌机构3设于浸泡机构2的内腔；

其中，驱动机构4用于驱动搅拌机构3转动，且驱动机构4设于支板1和搅拌机构3之间；

其中，加热机构5用于对浸泡机构2内腔物料进行加热保温，且加热机构5设于浸泡机构2的表面；

其中，防护机构6用于对浸泡机构2局部部件起到遮挡防护作用，且防护机构6设于浸泡机构2的顶部；

其中，阻流板7用于阻止物料打旋以及配合搅拌机构3对浆粕进行充分打散疏解作业，且阻流板7在浸泡机构2的内腔呈环形等距分布有至少四个。

如图1所示，浸泡机构2包括位于支板1上方的罐体21，罐体21为不锈钢罐体，罐体21的顶部安装有盖板，盖板顶部的一侧连通有第一进料管22，罐体21底部的一侧呈倾斜连通有卸料口23，搅拌机构3设于罐体21的内腔，防护机构6设于第一进料管22相对位置，盖板的顶部还连通有人孔检查口24、第二进料管25、第三进料管26以及第四进料管27，阻流板7的一侧与罐体21的内壁面固定连接，阻流板7远离罐体21的一侧设有对称设置有两个斜面，通过罐体21能够为物料混合浸泡提供作业空间，罐体21的底部固定连接有四个呈环形等距分布的支腿10，利用支腿10能够方便将罐体21支撑在所需位置，有助于提高罐体21的稳定性。

如图1所示，罐体21的上部由两个半环状结构焊接组成空心圆柱状结构，罐体21的下部由上下两个倒置的空心圆台状结构一体成型组成，罐体21的上部与下部焊接成型，卸料口23连通于位于下方的空心圆台状结构上，能够实现完全出料，有效的防止物料在罐体21的内部进行余料残留，造成浪费，同时影响下次使用的情况发生。

如图1-图3所示，搅拌机构3包括活动贯穿设于罐体21内腔的传动轴31，传动轴31的表面安装有螺旋叶片32，螺旋叶片32表面的下部一体成型有四个环形等距分布的第一搅拌叶片33，螺旋叶片32表面的底部一体成型有两个环形等距分布的第二搅拌叶片34，第二搅拌叶片34远离螺旋叶片32的一侧一体成型有刮板341，第二搅拌叶片34的底部与刮板341的一侧均接触于罐体21的位于下方的空心圆台的内壁面，两个第二搅拌叶片34分别位于对应的相邻两个第一搅拌叶片33之间，利用第二搅拌叶片34和刮板341能够对罐体21内壁面的底部起到刮料作用，既避免物料堆积在罐体21内腔的底部造成混合不均的现象，又方便将物料推至卸料口23处进行卸料作业，罐体21、传动轴31、螺旋叶片32、第一搅拌叶片33、第二搅拌叶片34、以及阻流板7均同圆心设置，且传动轴31、螺旋叶片32、第一搅拌叶片33以及第二搅拌叶片34的外径尺寸依次递增，刮板341的外径尺寸小于阻流板7的内径尺寸。

如图4所示，罐体21的底部开设有供传动轴31穿过的通孔211。

如图1所示，驱动机构4包括安装于支板1顶部一侧的电机41，电机41的输出轴传动连接有减速器42，减速器42安装于支板1顶部的另一侧，减速器42的输出轴与传动轴31的底端之间安装有联轴器43，通过启动电机41，即可带动搅拌机构3自动转动，以实现对浆粕进行充分打散疏解作业，以及使浆粕和溶剂充分进行均匀混合。

如图1所示，加热机构5包括沿罐体21外表面包覆的伴热管51，伴热管51的底端连通有用于输入热水的进液管52，进液管52的顶端连通有用于输出热水的出液管53，通过将伴热管51内输送热水，即可保证罐体21内物料所需的工艺温度，罐体21表面的上部安装有用于为温度计提供安装空间的支座9，将温度计安装在支座9上进而能够监测罐体21内混配温度。

如图1所示，防护机构6包括安装于盖板顶部且用于遮挡第一进料管22的防护罩61，防护罩61的一侧开设有加料孔，加料孔内铰接有挡板62，防护罩61的顶部连通有排气管63，排气管63、出液管53、进液管52、卸料口23、第二进料管25、第三进料管26以及第四进料管27上均安装有阀门，通过防护罩61能够对第一进料管22起到遮挡作用，以保障第一进料管22的使用安全性，通过排气管63能够在罐体21内物料加热过程时进行放气作业，通过第三进料管26以及第四进料管27能够将不同稳定剂加入罐体21内。

如图1所示，罐体21的内腔且位于第一进料管22的下方固定连接有缓冲板8，缓冲板8位于螺旋叶片32的斜上方，缓冲板8的横截面呈三角结构，通过缓冲板8能够对物料起到缓冲作用，有效阻止物料直接落在螺旋叶片32上，能够减小物料落入罐体21内腔时对螺旋叶片32的冲击力，从而有助于延长搅拌机构3的使用寿命。

如图5所示，所述罐体21的底部密封装配有底座11，所述底座11的内壁面通过螺钉可拆卸式连接有第一连接座12，第一连接座12的底部通过螺钉可拆卸式连接有第二连接座13，第一连接座12和第二连接座13的中心处均开设有供螺旋叶片32支轴穿过的贯穿孔，贯穿孔的内壁面通过密封轴承与螺旋叶片32支轴的表面转动连接，既能够保证螺旋叶片32支轴在底座11的内腔稳定地转动，又能够提高螺旋叶片32支轴与底座11连接的密封性，第二连接座13的表面安装有至少两圈加热环14，利用加热环14能够对位于底座11顶部的物料起到加热的作用，即可配合混合罐上的加热盘管保证物料所需的工艺温度。

如图6和图7所示，底座11上设有输送氮气的第一进气口15和第二进气口16，第一进气口15靠近底座11的中轴线，第二进气口15远离底座11的中轴线，且第一进气口153和第二进气口16均在底座11上呈环形等距分布有8～10个。

实施例2

如图8所示，根据上述实施例1的高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、翻转打开挡板62，通过加料口将整包约60×80cm的阔叶木浆粕经第一进料管22加入罐体21内，阔叶木浆粕由缓冲板8进行缓冲，再关闭挡板62，将含量70～80％的叔胺氧化物(NMMO溶剂)通过第二进料管25加入罐体21内，投料时间为15min，使得纤维素浆粕与叔胺氧化物在罐体21内进行浸泡，得到含量10～20％的纤维素浆料；

S2、启动电机41，电机41的输出轴通过减速器42以及联轴器43带动传动轴31转动，传动轴31带动传动轴31、螺旋叶片32、第一搅拌叶片33、第二搅拌叶片34以及刮板341同步转动，使得阔叶木浆粕在叔胺氧化物(NMMO溶剂)中经受强烈的涡流循环作用，与此同时配合阻流板7能够阻止物料打旋，使得阔叶木浆粕被打散，纤维之间产生强烈的摩擦、撕裂和揉搓，进而使得阔叶木浆粕充分疏解、浸泡溶胀，其中传动轴31的转速为5～150转/min，其中转速根据罐体21的尺寸选择，粉碎时间为10min，溶胀时间为10～20min，分别取样检验有少许白芯出现；溶胀时间为30min、40min分别取样检验均无白芯，得到均匀的纤维素浆料；

S3、将进液管52与供热水系统连接，即可将热水输送至伴热管51的内腔，进而能够对罐体21内的纤维素浆料进行加热保温，加热温度为75～80℃，通过进液管52能够将伴热管51换热后的水输出至供热水系统进行循环使用，实现节约用水的效果，打开排气管63上的阀门，即可在加热过程中进行放气作业；

S4、打开卸料口23上的阀门即可将在75～80℃的温度下生产10～20％的纤维素浆料由卸料口23顺畅卸料。

实施例3

如图8所示，根据上述实施例1的高浓纤维素悬浮液粉碎溶胀一体机的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、翻转打开挡板62，通过加料口将整包约60×80cm的阔叶木浆粕经第一进料管22加入罐体21内，阔叶木浆粕由缓冲板8进行缓冲，再关闭挡板62，将含量70～80％的叔胺氧化物(NMMO溶剂)通过第二进料管25加入罐体21内，投料时间为15min，使得纤维素浆粕与叔胺氧化物在罐体21内进行浸泡，得到含量10～20％的纤维素浆料；

S2、启动电机41，电机41的输出轴通过减速器42以及联轴器43带动传动轴31转动，传动轴31带动传动轴31、螺旋叶片32、第一搅拌叶片33、第二搅拌叶片34以及刮板341同步转动，使得阔叶木浆粕在叔胺氧化物(NMMO溶剂)中经受强烈的涡流循环作用，与此同时配合阻流板7能够阻止物料打旋，使得阔叶木浆粕被打散，纤维之间产生强烈的摩擦、撕裂和揉搓，进而使得阔叶木浆粕充分疏解、浸泡溶胀，其中传动轴31的转速为5～150转/min，其中转速根据罐体21的尺寸选择，粉碎时间为20min，溶胀时间为10min、15min，分别取样检验有少许白芯出现；溶胀时间为20min、30min分别取样检验均无白芯，得到均匀的纤维素浆料；

S3、将进液管52与供热水系统连接，即可将热水输送至伴热管51的内腔，进而能够对罐体21内的纤维素浆料进行加热保温，加热温度为75～80℃，通过进液管52能够将伴热管51换热后的水输出至供热水系统进行循环使用，实现节约用水的效果，打开排气管63上的阀门，即可在加热过程中进行放气作业；

S4、打开卸料口23上的阀门即可将在75～80℃的温度下生产10～20％的纤维素浆料由卸料口23顺畅卸料。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。