一种基于热电耦合的一体化纤维素提取系统

1.本发明涉及葡萄秸秆中纤维素的提取领域，尤其设计一种基于热电耦合的一体化纤维素提取系统。


背景技术：

2.在我国新疆地区，由于特殊的地理位置环境，葡萄产量丰富，相继而来会产生大量的葡萄秸秆，传统的葡萄农采用晾晒焚烧的方式处理掉这些秸秆，或者用作柴料，如此燃烧会产生大量的有害气体，污染环境；另外少数葡萄农会将葡萄秸秆就地掩埋，此方法对环境的污染最小，但是其土壤化过程极其缓慢，会影响后期的种植过程，所以很少使用。
3.葡萄秸秆中含有大量的有用化学成分，像是纤维素，半纤维素，木质素等。纤维素是一种天然的有机物，从植物中提取的纤维素可以应用于食品、废水处理等领域，用途广泛，使得人们对其的研究开发日渐频繁。传统的纤维素提取方式需要消耗大量的热源以维持热反应环境，同时要经过干燥、粉碎、酸碱反应等过程，较为繁琐，且环保性差，不可持续。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种利用太阳能提取葡萄秸秆中的纤维素的系统，它基于葡萄秸秆、利用太阳能光热光电耦合提取纤维素，节能环保，绿色可持续。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种基于热电耦合的一体化纤维素提取系统，包括自动化真空干燥系统、太阳能热电耦合系统、热筛系统和一体化热反应系统；
7.自动化真空干燥系统包括一级碎料机25、二级碎料机3、自动化真空干燥室21、定时真空泵22、玻纤导热硅胶传送带23和吸湿棉27；自动化真空干燥室21为干燥反应提供一个密闭的真空环境；定时真空泵22与自动化真空干燥室21相连，每隔一段时间开始工作；自动化真空干燥室21顶部布设吸湿棉27，玻纤导热硅胶传送带23递进安装，缓慢滑动的同时带动初级粉碎的秸秆完成初级干燥工作；一级碎料机25嵌入安装于自动化真空干燥室21的顶部，用以初步粉碎工作，一级碎料机25顶部开有槽式入料口24，一级碎料机25底部的出料口26置于最上层玻纤导热硅胶传送带23的上沿，最下层玻纤导热硅胶传送带23的末端位于自动化真空干燥室21出料口上方；二级碎料机3放置于自动化真空干燥室21出料口的位置，接收自动化真空干燥室21初级粉碎干燥的原料，完成最终的粉碎工作；玻纤导热硅胶传送带23递进安装指的是从上往下依次错位安装，每层玻纤导热硅胶传送带23的末端要短于下一层玻纤导热硅胶传送带23的始端，玻纤导热硅胶传送带23底部均安装有热水管。
8.太阳能热电耦合系统包括安装在自动化真空干燥室21顶部的cpc式聚光器 11；
9.热筛系统包括热筛室41、鼓风机42、30目筛441、60目筛442、可旋式出料口43、热筛室进料口45；热筛室进料口45与二级碎料机3的出料口相连；鼓风机42安装于热筛室41的右上角，30目筛441、60目筛442按照从上到下的排列顺序安装于热筛室41的左下角，可旋式出
料口43设置于60目筛的侧下角，与鼓风机42形成一条斜对角线，能依据需要调节出料的方向；30目筛441 与60目筛442的上下布置一方面完成精细筛选的工作，另一方面延长了秸秆粉末在热筛室41的停留时间，实现干燥彻底化；
10.一体化热反应系统包括依靠弧形支架56架设于水浴锅521内部的“1号”热反应皿51和“2号”热反应皿61；“1号”热反应皿51和“2号”热反应皿61内设过滤装置；过滤装置包括支撑杆583、可塑性碳纤维滤布50、磁力吸附环584、柔性纳米纤维膜585、环状内隔板586、弹簧582及弹簧伸缩阀581；“1号”热反应皿51的水浴锅521外侧涂有硅酸铝涂层522，辅助电加热丝53布设于辅助电加热腔内，位于水浴锅521底部；双向废液管55穿越水浴锅521外壁架设在水浴锅上，其两端分别接通两个废液罐54，其中“2号”热反应皿中的废液管仅穿越水浴锅521外壁，而“1号”热反应皿中的废液管依次穿越了水浴锅521外壁和硅酸铝涂层522；可塑性碳纤维滤布50贴附于“1号”热反应皿51及“2号”热反应皿61底部，其中反应皿与双向废液管55贴合的位置打通，打通通道由可塑性碳纤维滤布50覆盖，使得过滤通道内的滤液顺利经过可塑性碳纤维滤布 50流进双向废液管55内；“2号”热反应皿61外壁上环绕有贴壁冷水管62，贴壁冷水管62通过管路与储水箱14接通；过滤装置中的磁力吸附环584为两半环结构组成，两半环一端之间转动连接，另一端可以打开一定开口，当开口闭合时，两半环结构内周均紧密吸附在支撑杆583外壁；两半环结构外环周的底部环绕有一圈柔性纳米纤维膜585，柔性纳米纤维膜585的下摆固定环绕在环状内隔板586的内环周，环状内隔板586的外环周固定在“1号”热反应皿51和“2 号”热反应皿61内壁，位于可塑性碳纤维滤布50上方，形成以热反应皿内壁、环状内隔板586、柔性纳米纤维膜585及磁力吸附环584构成的密闭热反应空间；弹簧伸缩阀581内端连接弹簧582一端，弹簧582另一端与其中一瓣磁力吸附环584一侧的接口端相连；当热反应进行时，通过向内旋紧弹簧伸缩阀581收紧弹簧582，使得磁力吸附环584在吸引力的拉力下闭合，吸附在支撑杆583上，环状内隔板586、柔性纳米纤维膜585、磁力吸附环584及反应皿内壁之间形成一个密闭的热反应空间；当进行过滤操作时，通过向外旋开弹簧伸缩阀581拉伸弹簧582，使得磁力吸附环584一半被外力强制与另一半分离，与支撑杆583 之间形成一道滤缝，另一半磁力吸附环584依然吸附在支撑杆583上，此时磁力吸附环584张开的一端依靠接口端弹簧582外管与仍吸附在支撑杆583上的另一端悬吊在一个平面上，柔性纳米纤维膜585凭借其柔性作用拉伸，但仍环绕在磁力吸附环584的外环周，未被分离，使得磁力吸附环584和环状内隔板 586之间形成一条纤维膜滤液通道，实现过滤。支撑杆583底部依次贯穿反应皿底、可塑性碳纤维滤布50、环状内隔板586、磁力吸附环584，由固定旋钮57 安装固定在双向废液管55上。
11.储水箱14、cpc式聚光器11、相变蓄热箱15依次通过换热水管12连接；储水箱14、cpc式聚光器11之间依次设置水泵13、单向阀17，cpc式聚光器 11、相变蓄热箱15之间设置分液阀16；分液阀16用于将经过光伏电池吸收来的高温水分流进最上层的玻纤导热硅胶传送带23内壁的热水管，上一层玻纤导热硅胶传送带23中热水管末端与下一层玻纤导热硅胶传送带23中热水管始端相连，最后一层玻纤导热硅胶传送带23的热水管出口通过换热水管12经水泵、单向阀17接入光伏电池的冷水入口；热筛室41利用换热水管12直接与相变蓄热箱15连接，形成水换热循环回路；水浴锅通过换热水管12注入来自相变蓄热箱15的热水，形成水换热循环回路；换热水管12上安装有截止阀18，“2号”热反应皿61的外壁环绕有贴壁冷水管62，冷水管62的入口连接储水箱14，冷水管62的出口接通相变蓄热箱15，光伏电池通过
线路与蓄电箱19接通；辅助电加热丝53通过线路与储电箱19接通，干燥室7由换热水管12接入相变蓄热箱15，形成水换热循环回路。
12.进一步的，所述玻纤导热硅胶传送带23共三层，从上到下依次在传送带内壁铺设“凹字形”管281、“倒凹字形”管282及“回字形”管283。
13.进一步的，所述的玻纤导热硅胶传送带23在尾部下料处呈现倒置的“几”字。
14.进一步的，所述的环状内隔板586的内径大于支撑杆583的外径。
15.本发明的有益效果：利用葡萄秸秆提取纤维素，应用cpc式聚光器高倍聚光发电系统提供光电光热，无需消耗额外的不可再生能源，节能环保，降低了成产成本；真空室干燥和热筛室干燥相结合，实现干燥过程的充分彻底，不需要消耗太大的劳动力；热反应过程和过滤过程利用弹簧伸缩阀的伸缩完成切换，同时在水浴锅内实现热反应和过滤，利用硅酸铝涂层、辅助电加热丝控温，贴壁冷却水管实现降温，并接通整个热循环系统，安全高效，绿色可持续。
附图说明
16.图1为本发明系统的结构示意图；
17.图2为自动化真空干燥系统图；
18.图3为热筛系统图；
19.图4为“1号”热反应皿所在的一体化热反应系统图；
20.图5为“2号”热反应皿所在的一体化热反应系统图；
21.图6为过滤装置热反应进行时主视图；
22.图7为过滤装置热反应进行时俯视图。
23.图8为过滤操作进行时主视图。
24.图中：11-cpc式聚光器；12-换热水管；13-水泵；14-储水箱；15-相变蓄热箱； 16-分液阀；17-单向阀；18-截止阀；19-蓄电箱；21-自动化真空干燥室；22-定时真空泵；23-玻纤导热硅胶传送带；24-槽式入料口；25-一级碎料机；26-出料口；27-吸湿棉；281
‑“
凹字形”管；282
‑“
倒凹字形”管；283
‑“
回字形”管； 3-二级碎料机；41-热筛室；42-鼓风机；43-可旋式出料口；441-30目筛；442-60 目筛；45-热筛室进料口；50-可塑性碳纤维滤布；51
‑“
1号”热反应皿；521-水浴锅；522-硅酸铝涂层；53-辅助电加热丝；54-废液罐；55-双向废液管；56-弧形支架；57-固定旋钮；581-弹簧伸缩阀；582-弹簧；583-支撑杆；584-磁力吸附环；585-柔性纳米纤维膜；586-环状内隔板；61
‑“
2号”热反应皿；62-贴壁冷却水管；7-干燥室。
具体实施方式
25.结合附图对本发明做进一步详细的阐述。如下附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
26.实施例1
27.如图1-8所示，本发明提出了一种基于热电耦合的一体化纤维素提取系统，主要由自动化真空干燥系统，太阳能热电耦合系统，热筛系统和一体化热反应系统构成。
28.太阳能热电耦合系统包括安装于真空干燥室21顶部的cpc式聚光器11，储水箱14内的冷水由水泵13经换热水管12泵入cpc式聚光器11下侧的光伏电池组单元，吸收光伏电
池表面的热量后升温，经换热水管12存储于相变蓄热箱15内，中途换热水管12内的热水经分液阀16分流进入自动化真空干燥室21，玻纤导热硅胶传送带23下表面的“凹字形”管281、“倒凹字形”管282以及“回字形”管283用于流通换热水管12进来的热水，换热结束后，中温水经过“回字形“管283的出水口排出，由单向阀17接入cpc式聚光器11光伏电池组底部的冷水入口端，重新吸收热量，光伏电池通过线路接通到蓄电箱19；
29.葡萄秸秆经槽式入料口24投入，在一级碎料机25中完成初步粉碎任务，经出料口26进入自动化真空干燥室21，经过初步粉碎后的葡萄秸秆在玻纤导热硅胶传送带23的缓慢带动下开始从上到下边干燥边运输，干燥室顶部的吸湿棉27用以吸收葡萄秸秆干燥过程蒸发出的水分，另外定时真空泵22及时运作抽取自动化真空干燥室21内的空气，给干燥过程营造一个真空环境；
30.初步干燥后的葡萄秸秆被送入二级碎料机3；
31.完全粉碎后的葡萄秸秆由热筛室进料口45进入热筛室41，热筛室41内由换热水管与相变蓄热箱15接通，相变蓄热箱15内的热源为热筛过程提供热量，鼓风机42安装于热筛室的右上角，为从热筛室进料口进来的葡萄秸秆粉末提供动力，热筛室左下角从上到下依次环绕有30目筛441和60目筛442，一方面完成精细筛选的工作，另一方面延长了葡萄秸秆粉末在热筛室41的停留时间，实现干燥彻底化，热筛后的秸秆粉末由可旋式出料口43送出；
32.一体化热反应系统，包括通过弧形支架56固定在水浴锅521内的“1号”热反应皿51和“2号”热反应皿61，关闭截止阀18，相变蓄热箱15内的热水经过换热水管12分别流进水浴锅521内，其中“1号”热反应皿51的水浴锅 521外壁涂有一层硅酸铝涂层522用以保温；
33.热反应进行时，旋紧弹簧伸缩阀581压紧弹簧582，磁力吸附环584紧紧吸附在依靠固定旋钮57固定在双向废液管55上的支撑杆583上，热反应皿内壁、磁力吸附环584、柔性纳米纤维膜585及环状内隔板586形成一个热反应空间，“1号”热反应皿51内加入4％的氢氧化钠溶液浸没葡萄秸秆粉末，在100℃-120℃热反应环境温度范围内反应一段时间，时刻监控水浴温度并保持在允许范围内，通过辅助电加热丝53调节温度；一段时间后向外旋松弹簧伸缩阀581，磁力吸附环584与支撑杆583之间形成一条滤缝，液体从滤缝流经柔性纳米纤维膜585 形成的滤液通道经可塑性碳纤维滤布50完成过滤，滤液经过双向废液管55流进废液罐54内；滤渣仍然留在“1号”热反应皿51内，停止给辅助电加热丝53供电，利用水浴锅521的余热将滤渣烘干，水浴锅521外涂有一层硅酸铝涂层522，可减少热量的散失；
[0034]“1号”热反应皿51反应完成的半成品投入“2号”热反应皿61，反应开始前旋紧弹簧伸缩阀581，“2号”热反应皿61加入醋酸与亚氯酸钠配制的混合试剂，在100℃-120℃热反应环境温度范围内反应一段时间，时刻监控水浴温度并保持在允许范围内，通过辅助电加热丝53调节温度，直至热反应皿内的产物变白；停止给辅助电加热丝53供电，向外旋松弹簧伸缩阀581，磁力吸附环584 与支撑杆583之间形成一条滤缝，液体从滤缝中流出经过可塑性碳纤维滤布50 完成过滤，滤液经过双向废液管55流进废液罐54内；滤渣仍然留在“1号”热反应皿内，贴壁冷水管62内泵入储水箱14内的冷水，带走水浴锅内的热量后经换热水管12储存至相变蓄热箱15，确认完全冷却后，先后用蒸馏水和丙酮洗涤，重复过滤操作后干燥室7中干燥，另外相变蓄热箱15接通外部生活管道，除系统供热需求外还给工作人员提供生活热水。
[0035]
本实施例所用的相变蓄热箱15可选用以下装置实现：型号：qm-0000，生产厂家：乐
成。相关参考文献：《一种相变蓄热装置、应用该装置的太阳能热利用系统及运行方式》授权公布号：cn104266523b。
[0036]
本实施例所用的自动化真空干燥室21可选用以下装置实现：真空干燥技术已广泛应用于医药、化工、食品、电子、中药等行业中热敏性物料的干燥(淄博沃德气体设备有限公司发布)。相关参考文献：《一种自动化真空干燥设备大板总成》授权公布号：cn214065453u；《一种高效平板真空干燥箱》授权公布号：cn215724575u。本实施例所用的玻纤导热硅胶传送带23：玻纤导热硅胶为现有材料，韧性好、结实、高剪切强度、抗刺穿抗撕拉，硅胶传送带生产厂家：擎川everlar。相关参考文献：《一种导热性良好的云母带》授权公布号：cn211879140u；《一种硅胶玻纤磨砂烤垫及其制备方法》申请公布号： cn110948968a。
[0037]
本实施例所用的热筛室41可选用以下装置实现：相关参考文献：《一种用于复混肥料生产的热筛装置》授权公布号：cn215235705u；《一种用于稻田残留秸秆的回收处理装置》申请公布号：cn111837596a；《一种热风烧结余热利用系统及其利用方法》授权公布号：cn101532783b。
[0038]
本实施例所用的可旋式出料口43可选用以下装置实现：相关参考文献：《一种旋转压片机防堵塞的出料口》授权公布号：cn216832408u；《一种出料口可旋转的物料提升机》公布号：cn213230654u。
[0039]
本实施例所用的可塑性碳纤维滤布50可选用以下装置实现：相关参考文献：《一种具有耐腐蚀功能的滤布》申请公布号：cn109011839a；《一种嵌入式滤布》授权公布号：cn213253174u。
[0040]
本实施例所用的磁力吸附环584：生产厂家：东升龙科技(深圳)有限公司。
[0041]
本实施例所用的柔性纳米纤维膜585可选用以下装置实现：生产厂家：宁波柔创纳米科技有限公司。相关参考文献：《一种高透明度低雾度β-甲壳素纳米纤维柔性薄膜及其制备方法》申请公布号：cn112679769a；《一种纤维复合凝胶柔性膜的制备方法》：申请公布号：cn114934394a。