本發(fā)明涉及竹子加工方法及其裝備制造，特別涉及到一種竹原料聯(lián)產(chǎn)方法及其生產(chǎn)線的具體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，竹子是禾本科多年生草本植物，新鮮竹子中含有50%以上的水分、20%→25%的纖維素、15%→20%的半纖維素和10%→15%木質(zhì)素（隨品種差異有所不同）。目前，人們對竹子的開發(fā)利用比較粗放，主要集中在制漿造紙、破篾編織和悶燒制碳三大應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)出品種單一，資源利用率低，技術(shù)含量不高，經(jīng)濟(jì)效益低下。特別是在制漿造紙行業(yè)中，離不開酸、堿等化學(xué)制劑的應(yīng)用，不但耗費大量淡水資源，還對外排放大量化學(xué)污水污染生態(tài)環(huán)境。因此，我們非常有必要通過創(chuàng)新研發(fā)，提供出一種竹原料聯(lián)產(chǎn)方法及其生產(chǎn)線，提升竹加工行業(yè)的環(huán)保技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，是避免背景技術(shù)的不足之處，提供出一種竹原料聯(lián)產(chǎn)方法，即采用自主研發(fā)的柔性自動化生產(chǎn)線，科學(xué)制定出聯(lián)產(chǎn)竹原料的組合和精心設(shè)計工藝路線，聯(lián)合生產(chǎn)出木質(zhì)素、竹瀝液、竹乙醇和竹原纖維四大工業(yè)原料。

2、本發(fā)明的另一個目的，是為實施上述發(fā)明方法，提供出結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、自動化程度較高、市購專機(jī)可按需編入生產(chǎn)線、專為實現(xiàn)本發(fā)明工藝流程而柔性組建的一種竹原料聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)線的具體結(jié)構(gòu)。

3、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種竹原料聯(lián)產(chǎn)方法，其發(fā)明創(chuàng)新的主要技術(shù)特征與實施步驟在于：

4、一是采用噴淋法對采購回廠的新鮮竹竿清洗掉沙塵。鮮竹在采伐與運輸過程中容易沾染上戶外沙塵，在深加工前必須對其清洗干凈。

5、二是采用切片機(jī)對鮮竹竿實施切片加工制成竹碎片。竹碎片在本發(fā)明中也被稱為加工“底物”，經(jīng)加工的底物比表面積大增，有利于蒸煮時高效傳熱和節(jié)能省時。

6、三是采用傳輸機(jī)將底物輸送至蒸煮罐內(nèi)并向罐內(nèi)通入臭氧。將底物及時入罐，可降低其創(chuàng)口長時暴露被雜菌感染的風(fēng)險；向罐內(nèi)通入臭氧，既可對底物保鮮滅菌，又可在其強(qiáng)氧化作用下，加速半纖維素與木質(zhì)素對纖維素的分解與剝離。

7、四是向蒸煮罐內(nèi)注入150℃→190℃的飽和蒸汽并對底物實施熱水淹沒式蒸煮。采用熱水蒸煮底物，既能軟化底物材質(zhì)，讓其富含的酚類、呋喃類和酯類化合物加速溶解于熱水中；又能讓材質(zhì)滲水膨脹，破壞木質(zhì)素與纖維素晶體間的鏈接，促成大部分半纖維素的加速溶解；還避免了使用任何化學(xué)添加劑，實現(xiàn)了對底物的環(huán)保軟化處理。

8、五是采用高濃磨機(jī)對帶熱水的底物實施研磨加工生成竹粗漿。趁底物處于高溫軟化狀態(tài)，及時對其實施研磨加工，既可大幅提升研磨效率，又可借機(jī)械揉搓之力，深度分解底物生成粒度更小的竹粗漿。

9、六是將竹粗漿輸入漿料池中添加清水?dāng)嚢璨⒒厥粘恋碛诔氐椎牟糠帜举|(zhì)素。木質(zhì)素是以苯丙烷為結(jié)構(gòu)單元，通過醚鍵-碳鍵彼此聯(lián)接構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)的高聚物，且具有自我聚合的能力，其質(zhì)量比重大于纖維素和半纖維素，含碳量高、含氧量低、既不能水解為單糖，也不能被轉(zhuǎn)化成乙醇，先將其從底物中部分分離出來，既減輕了后工序的無效工作量，又收獲了本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)的第一項竹原料----木質(zhì)素。木質(zhì)素是制造活性炭、碳纖維和各種吸附劑、添加劑與抗腐劑的工業(yè)原材料，也是“以竹代木、以竹代塑”?制造各種人造板與木塑板的上好原料，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

10、七是采用螺旋擠壓機(jī)對漿料池中的竹粗漿實施固液分離生成竹瀝液和竹粗纖維。螺旋擠壓機(jī)對竹粗漿可實施連續(xù)化的固液分離操作，被分離出的固體是竹粗纖維；被分離出的液體是本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)的第二項竹原料----竹瀝液。

11、其中，竹瀝液屬于小分子水，富含人體所需的15種氨基酸、6種維生素和8種微量元素，具有重要的藥用價值和食療保健價值，曾被李時珍在《本草綱目》中譽為神水，但國內(nèi)外的竹加工企業(yè)，對綜合提取和有效利用竹瀝液不感興趣，在造紙行業(yè)甚至視其為制漿“黑水”被排放掉，嚴(yán)重污染環(huán)境生態(tài)。本發(fā)明變廢為寶，將竹瀝液先行回收并善加利用，直供給制藥、保健品、食品和飲料企業(yè)作為工業(yè)原料使用。另外，竹瀝液中占一半以上的是酚類、呋喃類和酯類化合物，它們?nèi)前肜w維素降解的產(chǎn)物，不但會抑制纖維素酶的水解活性，而且釀酒酵母也很難將它們代謝成為乙醇，因此，將該部分具抗逆性的化合物先行分離出來，既能夠科學(xué)地規(guī)避其對后工序的副作用，又收獲了一項工業(yè)原料。

12、其中，竹粗纖維是竹原纖維的初級產(chǎn)品，其材質(zhì)較竹原纖維偏硬，必須進(jìn)行軟化處理后方可作為工業(yè)原料使用。傳統(tǒng)的植物纖維軟化工藝，離不開酸、堿等催化劑的大量應(yīng)用，嚴(yán)重污染環(huán)境，有悖于環(huán)保限定，因此，必須尋求工藝突破改變這一現(xiàn)狀。

13、八是向竹粗纖維中添加進(jìn)“混合酵素”并置于發(fā)酵容器中采用同步糖化發(fā)酵法實施乙醇發(fā)酵。

14、實施例一，向竹粗纖維中添加進(jìn)“纖維素酶+尖鐮孢菌+釀酒酵母”實施固態(tài)發(fā)酵生成竹酒糟。纖維素酶是催化水解植物纖維素生成不同單糖的一組復(fù)合酶，既能將纖維素水解生成葡萄糖，又能將半纖維素水解生成木糖、阿拉伯糖等戊糖和甘露糖、半乳糖、葡萄糖等己糖。anl22-760尖鐮孢菌是被業(yè)界新近選育出來的一種較穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)真菌，其自身既可產(chǎn)生纖維素酶和半纖維素酶，又具有發(fā)酵戊糖和己糖生成乙醇的能力。釀酒酵母是公認(rèn)的能將不同單糖高效轉(zhuǎn)化為乙醇的成熟菌種，具有良好的乙醇轉(zhuǎn)化能力和酒精耐受能力，并且對乙酸、糠醛和芳香類化合物等抗逆因子具有一定包容性，是國內(nèi)乙醇發(fā)酵的首選酵素。

15、實施例二，或向竹粗纖維中添加進(jìn)“纖維素酶+尖鐮孢菌+釀酒酵母+糟尾水”實施半固態(tài)混合發(fā)酵生成竹酒糟。糟尾水是由竹酒糟經(jīng)蒸餾取酒后余下的液體，待過濾去雜后，可直接用于本工序的發(fā)酵再使用。

16、九是采用蒸餾裝置對發(fā)酵好的固態(tài)或半固態(tài)竹酒糟實施蒸餾收取乙醇。借助傳統(tǒng)白酒蒸餾工藝收取乙醇，是本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)的第三項竹原料----竹乙醇。

17、竹乙醇是生物乙醇中的新成員，生物乙醇是一種清潔能源，可與汽油混合燃燒生成動力，市場潛力十分巨大。但因目前纖維素酶解技術(shù)尚有待完善和酶制品的價格偏高，致使生物乙醇工業(yè)化生產(chǎn)效益低下。本發(fā)明正好利用纖維素酶具有軟化竹粗纖維的能力，既收獲了竹乙醇，又獲得了較高比例的優(yōu)質(zhì)竹原纖維，從而不但破解了植物纖維環(huán)保制備的難題，而且還通過聯(lián)產(chǎn)方法挖掘出潛力價值，提升了企業(yè)的收益。

18、十是將收取乙醇后的竹酒糟渣輸入漿料池中添加清水?dāng)嚢璨⒒厥粘恋碛诔氐椎哪举|(zhì)素。這是繼步驟六回收部分木質(zhì)素后，再次對剩余木質(zhì)素的回收，兩次回收量相加，基本實現(xiàn)了對底物中絕大多數(shù)木質(zhì)素的分離與回收。

19、十一是采用螺旋擠壓機(jī)對漿料池中的竹酒糟渣實施固液分離生成糟尾水和竹原纖維。被分離出來的液體是糟尾水，含有少量竹乙醇，為了充分利用竹乙醇資源，并避免排放糟尾水造成環(huán)境污染，本發(fā)明將糟尾水過濾除雜后，添加進(jìn)實施例二步驟中參與發(fā)酵再使用。被分離出來的固體是本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)的第四項竹原料----竹原纖維，竹原纖維具有優(yōu)異的抑菌性、吸濕性、可食用性和防紫外線輻射能力，是適合造紙、紡織、環(huán)保餐具、纖維板和全降解農(nóng)用紙膜制造行業(yè)常用的大宗工業(yè)原材料。

20、從上所述實施步驟八至十一的工藝路線可知：本發(fā)明在軟化竹粗纖維的工藝中，科學(xué)地嵌入了生物乙醇制備技術(shù)，通過混合酵素的聯(lián)袂作用和蒸餾裝置的進(jìn)一步蒸煮，使竹粗纖維被深度軟化生成為柔軟絲滑的竹原纖維。如此技術(shù)組合，既擯棄了酸、堿等化學(xué)藥劑的應(yīng)用，又收獲了竹乙醇，還節(jié)約了大量的水資源，從而一舉多得地優(yōu)化了本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程，實現(xiàn)了竹原纖維的環(huán)保制備。

21、為實施上述發(fā)明方法，所提供的一種竹原料聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)線的具體結(jié)構(gòu)，主要是由plc控制臺及其集中控制的切片機(jī)、配氣站、蒸煮罐、高濃磨機(jī)、螺旋擠壓機(jī)、漿料池、發(fā)酵容器、蒸餾裝置和儲液罐，經(jīng)柔性串連組裝構(gòu)成自動化的生產(chǎn)線。所述的plc控制臺，外觀呈椅形柜臺狀，在柜體及其內(nèi)部，分別設(shè)置有信號顯示系統(tǒng)、plc操作控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及連通被控設(shè)備的信號傳輸線。所述的切片機(jī)、蒸煮罐、高濃磨機(jī)、螺旋擠壓機(jī)、發(fā)酵容器、蒸餾裝置和儲液罐，均屬于造紙機(jī)械和白酒機(jī)械行業(yè)內(nèi)相當(dāng)成熟的專用設(shè)備，只需按生產(chǎn)工藝參數(shù)選購，即可作為專機(jī)柔性串連組裝在本聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)線上使用。

22、本發(fā)明的有益效果：一是通過plc控制臺對生產(chǎn)線上主要生產(chǎn)設(shè)備實施集中控制，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線全流程的自動化生產(chǎn)調(diào)度。二是提供出一種竹原料的聯(lián)產(chǎn)方法，即在同一條生產(chǎn)線上，可先后生產(chǎn)出木質(zhì)素、竹瀝水、竹乙醇和竹原纖維四項竹原料，極大地提高了竹資源的利用價值、生產(chǎn)效率和綜合經(jīng)濟(jì)效益；三是將竹原纖維的生產(chǎn)工藝與生物乙醇制備技術(shù)有機(jī)融合起來，在不添加任何酸、堿條件下，利用生物酶水解和釀酒發(fā)酵技術(shù)軟化竹原纖維，既達(dá)到了軟化目的，又收獲了竹乙醇。四是科學(xué)設(shè)置竹原料在生產(chǎn)線上的產(chǎn)出順序與回收節(jié)點，既有效規(guī)避了水解抗逆因子的制約問題，又讓糟尾水得到了恰當(dāng)回用，實現(xiàn)了全生產(chǎn)流程的零污染零排放生產(chǎn)。