基本信息
- 项目名称：
- 分段式提取纤维的制浆新工艺
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新工艺是植物体全价开发的一项技术突破，以纤维素的提取为核心，创造性的使用了分段式的提取纤维的制浆新方法及黑液资源化利用的途径。新工艺攻克了现有制浆工艺纤维得率低、物耗能耗大、“三废”污染严重等技术难关，成功开发了浸泡和汽蒸的分段式制浆新技术，解决了纤维素、木质素与提取液的有效分离和利用问题，是清洁生产、循环经济和可持续性发展三者的有机结合体，为新能源的开发利用提供了有力的技术支撑。
- 详细介绍：
- 新工艺利用时间和空间的交错，提出“分段式”提取纤维的制浆新方法，先用低浓度烧碱液或石灰水低温或常温浸泡植物体，再带压汽蒸，经打磨或爆破喷放、洗涤得到纤维。新工艺通过浸泡预处理原料，使碱充分的吸附在植物上，达到了均匀的传质平衡；再适当带压汽蒸，分离出木质素和纤维素，实现了均匀的传热平衡。由于整个过程中初始投入碱量较现有工艺少，并在传热反应阶段前将稍多余的碱量与植物体原料分开，大大减轻了现有工艺“一锅煮”对原料中有效成份的破坏，大幅提高了纤维得率。提取液的资源利用避免了黑液浓缩过程的高能耗，使得黑液得到最充分有利的利用。 新工艺主要采用植物体原料，包括竹子、植物秸秆（诸如小麦、或水稻、或玉米、或大豆、或高粱、或棉花等农作物秸秆）、或龙须草、或甘蔗渣、或芦苇、或椰壳等，更适用于植物秸秆。新工艺将中国农村的大量被焚烧的秸秆废弃物更充分的利用了起来，降低了原料成本，实现了用清洁的生产技术将天然资源转化成绿色产品的工艺突破。此外，新工艺降低了用碱量，通过对浸泡液的重复利用，可大幅度的降低吨浆的耗碱量，且可不添加硫化物、蒽醌等助剂。新工艺粗浆得率约为50%~70%，植物体中95％以上的纤维素被提取，纸浆的相关性能指标也符合要求。新工艺的提取液中存在大量有机物，木质素可与纤维素共同沉淀后分离，且浸泡液、提取液也可多次循环套用，避免了苛化过程产生大量的废气、废渣污染，浓缩过程中的能耗，以及焚烧过程中的污染物等。 新工艺中提取液可制成有机肥，或用作灌溉，解决了现有制浆工艺中最困难的污染问题。 新工艺覆盖能源、环境、清洁生产三大板块，对生物质能开发、有机农业发展、三废污染的治理有着极大应用价值。 新工艺是清洁生产、循环经济和可持续性发展三者的有机结合体，为新能源的开发利用提供了有力的技术保障，是节能减排的典例，具有很高的经济效益、社会效益以及生态效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 现有造纸制浆工艺（以下简称现有工艺）为液固反应，在高温高压条件下，过量的碱会破坏大量的纤维素、木质素等植物的有效成份，约2/3的植物体有效成份进入黑液造成资源浪费，纤维提取率低，且过量碱进入黑液中，碱回收能耗高，设备成本高，“三废”污染严重。一个合理的思路是研究一种“分段式”的气固反应，实现均匀传质传热，同时调节用碱量至最佳提取纤维的浓度，可避免碱回收造成的污染，并大幅降低制浆成本。基于以上思路，本实验团队发明了分段式从植物体中提取纤维的制浆新工艺（以下简称本发明）。 本发明创造性地实现了造纸制浆工艺均匀的传质传热，避免了现有工艺固液混合不均的弊端，攻克了植物体全价开发及综合利用的技术难关。 本发明的技术关键是采取分段式从植物体中提取纤维的制浆新工艺，即先用低浓度烧碱液或石灰水浸泡植物体，然后带压汽蒸、打磨或爆破喷放、洗浆得到纤维。本发明的主要技术指标（耗碱量、汽蒸条件、提取液COD值及纸浆性能指标等）都优于或不低于现有工艺的技术指标。
科学性、先进性
- 现有工艺采取“一锅煮”的固液反应模式，传质传热不均匀，同时我们还发现现有工艺的用碱量和碱度均远高于纤维素与木质素分离所需的碱量和碱度，因而纤维、木质素等植物体有效成份被过量的碱破坏而进入黑液，纤维提取率低；多余的碱进入黑液中，致使黑液后处理困难，投资成本高，蒸发浓缩能耗大，“三废”污染严重。 本发明涉及一种“分段式”从植物体中提取纤维的制浆新工艺，即先将植物先在低浓度烧碱液或石灰水中充分浸泡，吸收适量碱液，然后从浸泡液中滤出，带压汽蒸。这便可在较低的温度和压力下以及更短的时间内分离出植物体中的木质素和纤维素，高效率、高收率、低成本、低污染的提取纤维，为造纸制浆工业提供了简便低成本的先进工艺。
获奖情况及鉴定结果
- 1、该作品于2008年12月19日申报一项国家发明专利，发明名称“纤维素提取新工艺”，申请号：200810240326.6。 2、该作品于2009年5月27日申报一项国家发明专利，发明名称“从植物体中提取纤维的绿色工艺”，申请号：200910085014.7。 3、2009年6月，第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区特等奖 4、该作品通过科技查新证明同样的研究在国内外检出文献中未见报道，也未见相关专利申请。该技术正在进行中试，并正与相关造纸企业进行谈判合作。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术使用权许可转让
作品可展示的形式
- 实物、产品；图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 相较当前主流制浆技术，本发明在原料、制浆方法等方面具有优势。首先，拓宽了原料选择范围，以更廉价的龙须草、植物秸秆等为制浆原料，减少了制浆成本，也促进对自然资源的保护与合理利用。其次，改“一锅煮”为“分段式”，这一提取纤维的新工艺模式，有如下优点：一、能耗少。汽蒸过程中温度压力降低，汽蒸时间缩短，省去了碱回收过程，能耗降低。二、化学药剂使用减少。本发明制浆过程中需要的用碱量显著低于现有工艺，而且不再使用硫化钠、蒽醌等助剂。三、操作简单易学，技术便于掌握。四、生产高效。成本低、高效率的特点，不仅可以为企业带来更为可观的收益，也更有效地利用了自然资源。 本发明若经推广，将有如下重大意义：首先，能通过改造现有在生产和已停产的造纸厂极大缓解我国造纸产业中纸浆量难以自给的局面。其次，促进新的造纸产业链的形成，为促进三农问题的解决提供助力，进而达成农民、造纸厂、国家经济等多方面的共赢。再次，发展了人与自然之间的和谐，促进了和谐社会的发展。
同类课题研究水平概述
- 随着科学技术的不断进步，人们对环境问题越来越关注，而污染大户——化学化工企业，也迫切需要大力研究与开发减少污染的绿色化学。 造纸行业的污染问题也一直是国内外研究的焦点。所以，国内外对于清洁制浆技术研究非常广泛。当前国内外造纸行业提取纤维主要有以下几种方法： a.酸处理：稀酸对酶解有抑制作用, 需要进行脱毒处理，较少被工业采用。 b.碱处理：目前工业普遍采用这种方法，但这种方法产生的黑液难以处理，环境污染极为严重。 c.蒸汽爆破法：始于20 世纪80年代早期, 目前已成为国内外研究比较多且很有效的预处理方法之一，但当前蒸汽爆破法的成本还比较高, 设备要求高，难于实现工业化要求。 d.生物降解处理：有关科研人员利用白腐菌对玉米秸秆进行生物降解实验，生物法预处理具有条件温和、专一性强、能耗低、不会对环境产生污染等优点，但由于技术成本高还未被推广使用。 长期以来，造纸行业约占排放总量50%的废水尚未实现达标处理，废水污染防治任务相当繁重。造纸黑液是一种成份复杂,污染负荷大且非常难以处理的有机废液。多年来人们一直努力探寻黑液治理和利用途径,目前国内外大多采用了碱回收、酸析、生化、膜处理、絮凝沉淀氧化、焦炭过滤吸附处理黑液、光催化法、低温气化法和水洗脱碱处理黑液法等数十种治理利用技术。 当然，无论是对造纸原料的探究，还是对制浆技术的改善，特别是对黑液的处理，国内外都还有许许多多的研究。但检索文献范围内，未见“分段式”从植物体中提取纤维的制浆新工艺，即先用低浓度烧碱液或石灰水于常温或较低温度下浸泡原料一定时间，再带压汽蒸或蒸煮、打磨、洗浆得到纤维。植物体是竹子、植物秸秆（诸如小麦、或水稻、或玉米、或大豆、或高粱、或棉花等农作物秸秆）、或龙须草、或甘蔗渣、或芦苇、或椰壳等；未见结合该新工艺资源化处理制浆提取液，实现植物体的全价开发和清洁生产。 目前很多用现有工艺处理后的废液达不到国家排放标准，也没有得到高效的利用，同时很多新技术还不够成熟，或者成本太高，不利于推广。
