一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备及方法

本发明涉及微纳米纤维制备，特别是涉及一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备及方法。

背景技术：

1、几丁质是蟹壳、虾壳等甲壳类废弃物中的重要天然高分子组分，经脱蛋白、漂白、脱钙及机械解离等预处理后可制备得到几丁质微纳米纤维。几丁质微纳米纤维具有生物可降解性、抗菌活性、高比表面积及优异的力学性能，在生物医药、食品包装及功能复合材料等领域展现出广阔的应用前景，为实现甲壳类生物质资源的高值化利用提供了有效途径。

2、现有预处理工艺通常采用多个反应设备分别完成各处理步骤，工序之间需经过滤、洗涤、转运及重新投料等操作，导致整体制备流程被迫中断。物料的反复转移造成自身损耗增加，也使生产过程难以连续进行，制约规模化制备效率的提升。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有预处理工艺因采用多台独立设备分段运行、工序间需经物料转运才能衔接，导致制备流程中断、物料损耗增加，难以实现连续化规模化生产的问题，提供一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备及方法。

2、一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备的一体化设备，包括：

3、设备机架；

4、安装于所述设备机架上的碱性水热氧化反应区、漂白反应区和酸洗密度分选反应区，所述碱性水热氧化反应区、漂白反应区和酸洗密度分选反应区沿物料输送方向依次设置；

5、所述碱性水热氧化反应区包括密闭承压罐体和机械破碎搅拌轴，所述机械破碎搅拌轴安装于密闭承压罐体内部中央；

6、所述漂白反应区包括第一常压罐体和低速旋转叶片搅拌桨，所述低速旋转叶片搅拌桨安装于第一常压罐体内部中央；

7、所述酸洗密度分选反应区包括第二常压罐体、伞状导流盘、中心轴、椭圆翻转板和外部驱动机构，所述伞状导流盘固装于第二常压罐体内部，所述中心轴贯穿第二常压罐体且其中一端穿出第二常压罐体，所述椭圆翻转板安装于中心轴的圆弧表面，所述外部驱动机构固定于中心轴穿出第二常压罐体的一端；

8、所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的顶部均开设有进料口，所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的侧下方均开设有出水管，所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的底端均开设有出料口；

9、三个周向粗筛排液组件，三个所述周向粗筛排液组件分别安装于密闭承压罐体内壁周向、第一常压罐体内壁周向和第二常压罐体内壁周向；

10、数量为三个接头装置，最上方所述接头装置安装于密闭承压罐体的出料口与第一常压罐体的进料口之间，中间所述接头装置安装于第一常压罐体的出料口与第二常压罐体的进料口之间，最下方所述接头装置安装于第二常压罐体的出料口处；

11、最上方所述接头装置包括中空短螺旋排料器和可开启隔离阀，所述中空短螺旋排料器的入口连接密闭承压罐体的出料口，所述中空短螺旋排料器的出口连接第一常压罐体的进料口，所述可开启隔离阀安装于中空短螺旋排料器的出口管路。

12、在其中一个实施例中，最上方所述周向粗筛排液组件包括筛网，所述筛网固定连接于密闭承压罐体的内壁，所述筛网的底部开设有与出料口连通的环形集液腔。

13、在其中一个实施例中，安装于密闭承压罐体内的所述筛网孔径为20～40目，安装于第一常压罐体内的所述筛网孔径为60～100目，安装于第二常压罐体内的所述筛网孔径为120～200目。

14、在其中一个实施例中，所述碱性水热氧化反应区表面设有氧气进排接口和气压表。

15、在其中一个实施例中，所述设备机架上安装有洗涤水管道，所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的顶部内侧均安装有清水喷淋器，所述清水喷淋器与洗涤水管道通过三通电磁阀连通。

16、在其中一个实施例中，所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的外壁均包裹有夹套加热装置。

17、在其中一个实施例中，所述密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体的外壁均安装有红外检测系统。

18、在其中一个实施例中，所述红外检测系统包括红外测温模块和近红外光谱检测模块，最上方的所述红外测温模块和近红外光谱检测模块的检测端均穿入第一常压罐体。

19、在其中一个实施例中，最上方的所述可开启隔离阀通过法兰安装于中空短螺旋排料器与第一常压罐体的进料口之间。

20、一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备的使用方法，包括上述权利要求1-9任一项的所述一种用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备，其特征在于，具体使用方法如下：

21、步骤一：进料与分区隔离：将甲壳类原料通过最上方进料口分别加入密闭承压罐体、第一常压罐体和第二常压罐体，关闭进料口，通过可开启隔离阀将三个反应区隔离为独立反应空间；

22、步骤二：碱性水热氧化反应：开启夹套加热装置加热，开启机械破碎搅拌轴搅拌，通过氧气进排接口向密闭承压罐体内部充入氧气至压力为0.35～0.50mpa，通过气压表监测压力，在108～118℃条件下反应80～110min，反应后通过氧气进排接口释放压力至常压；

23、步骤三：第一级排液与喷淋洗涤：开启最上方周向粗筛排液组件，废液经筛网过滤后沿罐体内壁进入环形集液腔，再经出水管排出，同时开启最上方清水喷淋器喷淋洗涤；

24、步骤四：第一级物料输送：关闭最上方周向粗筛排液组件和清水喷淋器，开启最上方可开启隔离阀，启动最上方中空短螺旋排料器，以20～60r/min的转速将物料经出料口输送至第一常压罐体的进料口，输送时开启最上方清水喷淋器冲洗残余物料，冲洗水经出水管排出，物料全部进入后关闭中空短螺旋排料器、可开启隔离阀和清水喷淋器；

25、步骤五：漂白反应：开启夹套加热装置加热，开启低速旋转叶片搅拌桨搅拌，在45～75℃条件下反应20～30min；

26、步骤六：第二级排液与喷淋洗涤：反应后关闭夹套加热装置和低速旋转叶片搅拌桨，开启中间周向粗筛排液组件，废液经筛网过滤后沿罐体内壁进入环形集液腔，再经出水管排出，同时开启中间清水喷淋器喷淋洗涤；

27、步骤七：第二级物料输送：关闭中间周向粗筛排液组件和清水喷淋器，开启中间可开启隔离阀，启动中间中空短螺旋排料器，以20～60r/min的转速将物料经出料口输送至第二常压罐体的进料口，输送时开启中间清水喷淋器冲洗残余物料，冲洗水经出水管排出，物料全部进入后关闭中空短螺旋排料器、可开启隔离阀和清水喷淋器；

28、步骤八：酸洗密度分选反应：通过进料口向第二常压罐体加入酸液，启动外部驱动机构驱动中心轴旋转，带动椭圆翻转板相对伞状导流盘旋转，形成低剪切内循环流动，在室温至40℃条件下反应3～5h；

29、步骤九：第三级排液与喷淋洗涤及出料：反应后关闭外部驱动机构，开启最下方周向粗筛排液组件，废液经筛网过滤后沿罐体内壁进入环形集液腔，再经出水管排出，开启最下方清水喷淋器喷淋洗涤，关闭周向粗筛排液组件和清水喷淋器，启动最下方中空短螺旋排料器，将几丁质纤维浆料经出料口连续排出。

30、1.上述用于甲壳类几丁质微纳米纤维制备一体化设备及方法，将碱性水热氧化反应区、漂白反应区和酸洗密度分选反应区沿物料输送方向依次设置于设备机架上，并通过接头装置连通，使预处理工序在同一设备内连续完成，避免物料在工序间反复过滤、洗涤、转运和重新投料造成的流程中断与物料损耗，提升甲壳类几丁质微纳米纤维的规模化制备效率；

31、2.在碱性水热氧化反应区、漂白反应区和酸洗密度分选反应区内均安装周向粗筛排液组件和清水喷淋器，反应结束后可在反应区内部完成废液分离排出与清水喷淋洗涤，并且周向粗筛排液组件的筛网孔径沿物料输送方向递减，适应物料粒径逐渐减小的变化，实现梯度排液与在线喷淋洗涤。