技术领域
本发明属于废弃物处理技术领域，特别是涉及一种撬装模块式植物成分分解富集装置及方法。
背景技术
绿色植物大部份的能源是经由光合作用从太阳光中得到的，绿色植物光合作用是地球上最为普遍、规模最大的反应过程，在有机物合成、蓄积太阳能量和净化空气，保持大气中氧气含量和碳循环的稳定等方面起很大作用，是农业生产的基础，在理论和实践上都具有重大意义。据计算，整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪，与此同时，还能向空气中释放出近5亿吨还多的氧，为人和动物提供了充足的食物和氧气。
农业生产过程中会产生大量的秸秆等需要处理的农林废弃物，随着能源危机的加剧，生物燃气在能源和废物处理两个领域的巨大发展潜力日益凸显，现有利用方式主要有以下几种，却都存在相应弊端：农林废弃物用于户用沼气和大型沼气，可是原料通常无法被充分高效利用，沼液处置不当大量流进农田，形成面源污染，流入江河湖泊成为水体富营养化的隐患；秸秆还田，不仅可能使病原菌继续存在而且秸秆本身无法迅速分解，物质长期积聚于地下，腐烂过程中产生的甲烷等温室气体无法收集直接排入大气，造成大范围大气污染，而且土壤中不能及时处理掉的纤维质有机物及一些化感物质还会造成下一期种植受影响，如冬小麦保种期需要密实的土壤环境而秸秆还田使土壤孔隙增大，影响小麦发育；秸秆压块，虽然是国家倡导的农村能源清洁利用方式，然而由于高昂的加工成本使得每吨价格比燃煤高出300元左右，使其很难在农村地区推广。
制约着农林废弃物现有利用状况的一个重要环节就在于前端预处理过程，在此过程中如果能够将农林废弃物中用于各类下游产品生产的各种成分最大程度的分解分离，使植物中的木质素、纤维素、易溶于水的半纤维素分开并分别加以利用，以取代目前这种“一概而论”的处理方式，以使物尽其用，就能解决目前农林废弃物处理中遇到的问题。而目前多元化农林废弃物在普通处理中却很难做到高效的成分分解，更谈不上高效利用了，同时可以高效转化的处理工艺和设备因运营成本高，又无法在农业上得到广泛的应用。
因此，如何实现将农林废弃物中的有机质成分完全分解，对于多元化农林废弃物高效综合利用将起到飞跃性的突破，有利于农业废弃物在全球范围内的资源化全利用，甚至替代石化产品，以减少对石油不可再生资源的利用，助国家领导人实现在APC会议期间对全世界做出的减少对石化能源的依赖的承诺。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够实现农林废弃物中成份分解、分离的撬装模块式植物成分分解富集装置及方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种撬装模块式植物成分分解富集装置，包括控制面板、初级粉碎装置和微波破碎装置，所述初级粉碎装置包括L形筒体、粉碎机构和捶打机构，其特征在于：还包括物料预热装置、植物成分分解装置、一级水解装置、一级固液分离装置、二级水解装置、二级固液分离装置和蒸汽发生装置，所述初级粉碎装置、微破碎装置、物料预热装置、植物成分分解装置、一级水解装置、一级固液分离装置、二级水解装置、二级固液分离装置通过管道依次连通，所述蒸汽发生装置与所述植物成分分解装置联接；所述微波破碎装置包括第一管式螺旋输送机和用于对第一管式螺旋输送机所输送的物料进行微波破碎处理的微波发生器，微波发生器安装在第一管式螺旋输送机上；所述物料预热装置包括第二管式螺旋输送机和用于对第二管式螺旋输送机所输送的物料进行加热处理的加热器，所述加热器安装在所述第二管式螺旋输送机上；所述植物成分分解装置包括“一”字形筒、变距挤压螺杆和电机减速机，所述变距挤压螺杆安装在所述植物成分分解装置的“一”字形筒内部并由所述所述植物成分分解装置的电机减速机驱动，所述“一”字形筒的内部与所述蒸汽发生装置相通，所述蒸汽发生装置生产为第三管式螺旋输送机内物料加热并与物料混合的蒸汽；所述一级水解装置和二级水解装置均包括水槽、输送螺杆和超声波震荡板，所述水槽包括进料口和出料口，所述输送螺杆安装在所述水槽内并用于将物料从所述水槽的进料口输送至水槽的出料口，所述超声波震荡板安装在水槽上；所述一级水解装置的水槽内盛装有碱性离子水，所述二级水解装置的水槽内盛装有酸性离子水，所述二级水解装置的水槽内安装有若干正电极；所述一级固液分离装置包括和二级固液分离装置包括“一”字形筒，“一”字形筒一端的上下部分别设有物料进口和出液口，“一”字形筒的另一端下部设有固料出口，所述“一”字形筒内安装有用于将物料从物料进口输送至固料出口的分离挤压螺杆。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述微波破碎装置与所述物料预热装置之间的管道上、所述物料预热装置与所述植物成分分解装置之间的管道上、所述植物成分分解装置与所述一级水解装置之间的管道上、所述一级水解装置与所述一级固液分离装置之间的管道上、所述一级固液分离装置与所述二级水解装置之间的管道上、所述二级水解装置与所述二级固液分离装置之间的管道上均串装有导料装置，所述导料装置包括壳体、导料轮和驱动导料轮的减速电机。
所述微波破碎装置的第一管式螺旋输送机具有进料端和出料端，所述出料端高于进料端。
所述水槽是由三条相互平行的直槽首尾串通形成的S形槽，所述每条直槽中均设有所述输送螺杆。
所述第一管式螺旋输送机、第二管式螺旋输送机均包括“一”字形筒，输送螺杆和减速电机，所述“一”字形筒具有进料口和出料口，所述输送螺杆设于所述“一”字形筒内，输送螺杆的两端通过轴承安装在所述“一”字形筒上，所述减速电机安装在“一”字形筒上且与所述输送螺杆联接。
所述蒸汽发生装置包括太阳能集热板和电加热装置。
还包括水箱，所述水箱与所述第二管式螺旋输送机和水槽连通。
所述变距挤压螺杆的中心具有孔腔，所述变距挤压螺杆上具有若干与所述孔腔连通的径向气孔；所述植物成分分解装置中包括至少一根所述变距挤压螺杆。
利用权力要求1所述撬装模块式植物成分分解富集装置进行植物成分分解富集的方法，其特征在于：
1)物料初级破碎过程，经过简单切割的物料进入初级粉碎装置，物料经过初级粉碎装置中粉碎机构和捶打机构进行粉碎处理后进入下一级的波破碎装置中；
2)物料微波破碎过程，经过初级破碎的物料从第一管式螺旋输送机的低端进料口输送至高端出料口，微波发生器对产生微波并令第一管式螺旋输送机所输送的物料温度快速上升，从而令物料进一步破碎后从第一管式螺旋输送机的的出料口进入下一程序；
3)物料加温过程，经过微波破碎的物料从第二管式螺旋输送机的进料口输送至出料口，加热器对第二管式螺旋输送机中所输送的物料加温至80℃，加温后的物料从第二管式螺旋输送机的出料口输出进行下一程序；
4)物料蒸汽加温挤碎过程，经过加温的物料在植物成分分解装置中与蒸汽发生装置所产生的蒸汽混合并由蒸汽加温至150℃，物料经植物成分分解装置的变距挤压螺杆挤压，物料从植物成分分解装置中出料的瞬间，因瞬间膨胀造成物料细微结构撕裂，从植物成分分解装置中输出的物料进入下一程序；
5)物料弱酸离子水分解过程，经蒸汽加温挤碎的物料在一级水解装置的水槽中输送，一级水解装置的超声波震荡板使一级水解装置的水槽中产生大量气泡并爆裂，物料中的碳水化合物、纤维素和木质素分离；
6)固液分离过程，经过弱酸离子水分解后的物料从一级固液分离装置的物料进口进入一级固液分离装置的“一”字形筒中，物料中的水分(碳水化合物)从一级固液分离装置的出液口排出并收集，固体(木质素和纤维素)被分离挤压螺杆输送至一级固液分离装置的固料出口并输出进入下一程序；
7)物料弱碱离子水分解过程，经固液分出的固体(木质素和纤维素)在二级水解装置的水槽中输送，二级水解装置的超声波震荡板使二级水解装置的水槽中产生大量气泡并爆裂，物料中的纤维素和木质素进一步并充分分离，在正电极的作用下，长链纤维断裂并溶于弱碱性离子水中；
8)固液分离过程，经过弱酸离子水分解后的物料从二级固液分离装置的物料进口进入二级固液分离装置的“一”字形筒中，物料中的水分(碳水化合物)从二级固液分离装置的出液口排出并收集，固体(木质素和纤维素)被分离挤压螺杆输送至二级固液分离装置的固料出口并收集。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过对农林废弃物依次进行切割捶打粉碎、微波粉碎、加温、加温挤压膨化、水解、固液分离、水解、固液分离，最终获得液体碳水化合物和固体纤维素、木质素。此过程水解分离彻底，分离效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中一级水解装置和二级水解装置的结构示意图。
图中：1、初级粉碎装置；2、微波破碎装置；2-1、螺旋输送机；2-2、微波发生器；3、物料预热装置；4、植物成分分解装置；4-1、变距挤压螺杆；5、一级水解装置；6、一级固液分离装置；7、二级水解装置；8、二级固液分离装置；9、蒸汽发生装置；9-1、太阳能集热板；10、导料装置；11、水槽；12、输送螺杆；13、超声波震荡板；14、一级液体收集器；15、二级液体收集器；16、固体收集器；17、水箱。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种撬装模块式植物成分分解富集装置，包括控制面板、初级粉碎装置1、微波破碎装置2、物料预热装置3、植物成分分解装置4、一级水解装置5、一级固液分离装置6、二级水解装置7、二级固液分离装置8和蒸汽发生装置9。所述初级粉碎装置1、微破碎装置2、物料预热装置3、植物成分分解装置4、一级水解装置5、一级固液分离装置6、二级水解装置7、二级固液分离装置8通过管道依次连通，所述蒸汽发生装置9与所述植物成分分解装置4联接。
所述初级粉碎装置1包括“L”形筒体，“L”形筒体包括竖直筒体和水平筒体，竖直筒体与水平筒体之间具有使竖直筒体中物料顺利滑入水平筒体内的斜面板。竖直筒体的内部安装有粉碎机构，竖直筒体的上端安装有与所述粉碎机构联接、用于驱动粉碎机构工作的减速电机。
本实施例中，粉碎机构包括竖直转轴和安装在竖直转轴上的刀片组。竖直转轴的上部通过轴承安装在所述竖直筒体上，所述竖直转轴与所述减速电机联接。每个刀片组由连接到竖直转轴上的楔形刀片和楔形刀片末端单点固定的偏轮锤片组成，第一个刀片组中的楔形刀片为切割主体，偏轮锤片用于敲击物料。因粉碎机构对刚进入的长物料切割为主，敲击为辅，因此第一个刀片组的楔形刀片为较长，偏轮锤片较短；第二个刀片组切割与敲击并重，因此第二个刀片组的楔形刀片略短于其上组的楔形刀片，偏轮锤片略长；第三个刀片组的楔形刀片主要以敲打为主，其偏轮锤片则在三组中最长，楔形刀片则最短，整体上楔形刀片呈梯形，而偏轮锤片成倒梯形，但三个刀片组伸展时总长度相等，且比设于竖直筒体内壁的突脊形成的内径长1mm。突脊与竖直筒体以螺钉连接，螺钉凹陷于突脊的内面，突脊外面与筒壁契合，内面为一平面。
竖直筒体的上端一侧具有筒体入口，物料在人力或者进料机构的作用下从筒体入口进入竖直筒体。刀片组与突脊共同完成物料的剪切粉碎。因刀片组的特殊设计，在刀片组高速旋转时，偏轮锤片与突脊碰撞，既可辅助刀片打碎外缘物料又可避免刀片与竖直筒体内壁间物料积滞，进入的物料下降到楔形刀片作用平面，楔形刀片转到切削位置开始切削,当被切断的物料纤维由于离心力飞离楔形刀片作用范围之外，会与偏轮锤片碰撞，随着切削过程的进行，物料多以短纤维形式存在，切割作用削弱，物料此时也因重力作用从上组刀片组向中下刀片组下沉，敲打作用开始逐渐显著，最后经过此切割与敲打共同粉碎过程，物料通过重力作用下沉到达竖直筒体底部，竖直筒体的底部为一斜面板，斜面板将经粉碎机构敲碎的物料导入水平筒体。水平筒体内设置有锤打器。锤打器的动力轴与竖直转轴异面垂直，动力轴上设置有一个偏心锤，偏心锤外表面设置有“凹”字形凸齿，水平筒体内壁上设置有与偏心锤外表面凸齿形状一致且彼此不咬合的的“凹”字形凸齿。锤打过程靠冲击能来完成物料的进一步破碎，在电机的带动下偏心锤逆时针旋转，均匀进入的物料不断受到锤头锤打以及凹凸齿的摩擦咀嚼，物料不断破碎变小，依靠离心作用，涌向水平筒体进入微波破碎装置2中。
所述微波破碎装置2包括第一管式螺旋输送机2-1和用于对第一管式螺旋输送机2-1所输送的物料进行微波破碎处理的微波发生器2-2，微波发生器2-2安装在第一管式螺旋输送机2-1上。微波发生器2-2产生微波并使微波破碎装置2的第一管式螺旋输送机2-1中所输送的物料细胞内部温度快速上升，物料细胞内部压力超过细胞壁的承受压力，物料细胞破裂，细胞内的有效成分自由流出，打破物料中木质素和纤维素的结晶结构。所述微波破碎装置2的第一管式螺旋输送机2-1具有进料端和出料端，所述出料端高于进料端，使物料在提升过程中进行微波破碎，第一管式螺旋输送机2-1包括“一”字形筒和输送螺杆，此“一”字形筒和输送螺杆为非金属材质，本实施例中为塑料。
联接微波破碎装置2和物料预热装置3的管道上串装导料装置10，所述导料装置10包括壳体、导料轮和驱动导料轮的减速电机。此导料装置10的减速电机驱动导料轮转动，以令物料顺利从微波破碎装置2导入物料预热装置3中。
所述物料预热装置3包括第二管式螺旋输送机和用于对第二管式螺旋输送机所输送的物料进行加热处理的加热器，所述加热器安装在所述第二管式螺旋输送机上。即第二管式螺旋输送机包括“一”字形筒，此“一”字形筒上具有用于对第二管式螺旋输送机中所输送物料进行加热的电磁加热线圈以及向“一”字形筒中喷淋弱碱性离子水的水口。
联接物料预热装置3和植物成分分解装置4的管道上串装导料装置10，令物料顺利从物料预热装置3进入植物成分分解装置4中。
所述植物成分分解装置4包括“一”字形筒、变距挤压螺杆4-1和电机减速机，所述变距挤压螺杆4-1安装在所述植物成分分解装置4的“一”字形筒内部并由所述所述植物成分分解装置4的电机减速机驱动，所述“一”字形筒的内部与所述蒸汽发生装置9相通，所述蒸汽发生装置9生产为第三管式螺旋输送机内物料加热并与物料混合的蒸汽。
植物成分分解装置4的“一”字形筒的筒壁从外到内依次设置保温层、高温伴热带和防爆层。保温层为陶瓷纤维保温棉，植物成分分解装置4的“一”字形筒内设置有变距挤压螺杆4-1，变距挤压螺杆4-1与植物成分分解装置4的电机减速机连接，物料进入植物成分分解装置4的“一”字形筒后通过蒸汽发生装置所生产的热蒸汽给物料加热，植物成分分解装置4的“一”字形筒的筒壁上设有安全防爆阀，当植物成分分解装置4的减速电机出现卡住等故障时，物料会被长时间加热，反应器内压力增大到一定程度，安全防爆阀会打开。植物成分分解装置4的“一”字形筒的相应位置安装有温度传感器、压力变送器等装置，能够精确控制物料处理温度，压力检测等，经植物成分分解装置4处理后的物料通过自动泄压口排出，喷入一级水解装置内。本实施例中，所述变距挤压螺杆4-1的中心具有孔腔，所述变距挤压螺杆4-1上具有若干与所述孔腔连通的径向气孔。变距挤压螺杆4-1通过旋转接头与蒸汽发生装置9连接，蒸汽发生装置9所生产的蒸汽通过孔腔和径向气孔向外喷出，与植物成分分解装置的“一”字形筒中物料充分混合并对其加热。所述植物成分分解装置4中包括至少一根所述变距挤压螺杆4-1。
联接植物成分分解装置4和一级水解装置5的管道上串装导料装置10，令物料顺利从植物成分分解装置4进入一级水解装置5中。
如图2，所述一级水解装置5包括水槽11、输送螺杆12和超声波震荡板13，所述水槽包括进料口和出料口，所述输送螺杆安装在所述水槽内并用于将物料从所述水槽的进料口输送至水槽的出料口，所述超声波震荡板安装在水槽上。所述一级水解装置5的水槽内盛装有碱性离子水。为保证物料水解效果，一级水解装置5的水槽是由三条相互平行的直槽首尾串通形成的S形槽，所述每条直槽中均设有所述输送螺杆。
联接一级水解装置5和一级固液分离装置6的管道上串装导料装置10，令物料顺利从一级水解装置5顺利进入一级固液分离装置6中。
所述一级固液分离装置6包括“一”字形筒，此“一”字形筒一端的上下部分别设有物料进口和出液口，一级固液分离装置6的“一”字形筒的另一端下部设有固料出口，所述“一”字形筒内安装有用于将物料从物料进口输送至固料出口的分离挤压螺杆。一级固液分离装置6的“一”字形筒上安装有用于驱动分离挤压螺杆的减速电机。分离挤压螺杆为组合式涡轮螺杆，螺距数值不相等，各螺距按等差级数规律渐变排列,分离挤压螺杆的前段螺距宽松，后段螺距紧密，主要对物料进行挤压，实现木质纤维素、纤维素和半纤维素的固液分离。
联接一级固液分离装置6和二级水解装置7的管道上串装导料装置10，令物料顺利从一级固液分离装置6顺利进入二级水解装置7中。
所述二级水解装置7包括水槽11、输送螺杆12和超声波震荡板13，所述水槽包括进料口和出料口，所述输送螺杆安装在所述水槽内并用于将物料从所述水槽的进料口输送至水槽的出料口，所述超声波震荡板安装在水槽上。所述二级水解装置7的水槽内盛装有酸性性离子水，水槽内安装有若干正电极。为保证物料水解效果，二级水解装置7的水槽是由三条相互平行的直槽首尾串通形成的S形槽，所述每条直槽中均设有所述输送螺杆。
联接二级水解装置7和二级固液分离装置8的管道上串装导料装置10，令物料顺利从二级水解装置7顺利进入二级固液分离装置8中。
所述二级固液分离装置8包括“一”字形筒，此“一”字形筒一端的上下部分别设有物料进口和出液口，一级固液分离装置的“一”字形筒的另一端下部设有固料出口，所述“一”字形筒内安装有用于将物料从物料进口输送至固料出口的分离挤压螺杆。二级固液分离装置8的“一”字形筒上安装有用于驱动分离挤压螺杆的减速电机。分离挤压螺杆为组合式涡轮螺杆，螺距数值不相等，各螺距按等差级数规律渐变排列,分离挤压螺杆的前段螺距宽松，后段螺距紧密，主要对物料进行挤压，实现木质纤维素与纤维素的固液分离。
上述蒸汽发生装置9包括太阳能集热板9-1和电加热装置，太阳能集热板9-1和电加热装置均是蒸汽发生装置的热能部件，根据环境不同分别工作为蒸汽发生装置提供能源。
还包括水箱17，水箱17与所述第二管式螺旋输送机和水槽连通。
利用上述撬装模块式植物成分分解富集装置进行植物成分分解富集的方法是：
1)物料初级破碎过程，经过简单切割的物料进入初级粉碎装置，物料经过初级粉碎装置中粉碎机构和捶打机构进行粉碎处理后进入下一级的波破碎装置中；
2)物料微波破碎过程，经过初级破碎的物料从第一管式螺旋输送机的低端进料口输送至高端出料口，微波发生器对产生微波并令第一管式螺旋输送机所输送的物料温度快速上升，从而令物料进一步破碎后从第一管式螺旋输送机的的出料口进入下一程序；
3)物料加温过程，经过微波破碎的物料从第二管式螺旋输送机的进料口输送至出料口，加热器对第二管式螺旋输送机中所输送的物料加温至80℃，加温后的物料从第二管式螺旋输送机的出料口输出进行下一程序；
4)物料蒸汽加温挤碎过程，经过加温的物料在植物成分分解装置中与蒸汽发生装置所产生的蒸汽混合并由蒸汽加温至150℃，物料经植物成分分解装置的变距挤压螺杆挤压，物料从植物成分分解装置中出料的瞬间，因瞬间膨胀造成物料细微结构撕裂，从植物成分分解装置中输出的物料进入下一程序；
5)物料弱酸离子水分解过程，经蒸汽加温挤碎的物料在一级水解装置的水槽中输送，一级水解装置的超声波震荡板使一级水解装置的水槽中产生大量气泡并爆裂，物料中的碳水化合物、纤维素和木质素分离；
6)固液分离过程，经过弱酸离子水分解后的物料从一级固液分离装置的物料进口进入一级固液分离装置的“一”字形筒中，物料中的水分(碳水化合物)从一级固液分离装置的出液口排出并由一级液体收集器14富集，固体(木质素和纤维素)被分离挤压螺杆输送至一级固液分离装置的固料出口并输出进入下一程序；
7)物料弱碱离子水分解过程，经固液分出的固体(木质素和纤维素)在二级水解装置的水槽中输送，二级水解装置的超声波震荡板使二级水解装置的水槽中产生大量气泡并爆裂，物料中的纤维素和木质素进一步并充分分离，在电极的作用下，长链纤维断裂并溶于弱碱性离子水中；
8)固液分离过程，经过弱酸离子水分解后的物料从二级固液分离装置的物料进口进入二级固液分离装置的“一”字形筒中，物料中的水分(碳水化合物)从二级固液分离装置的出液口排出并由二级液体收集器富15集，固体(木质素和纤维素)被分离挤压螺杆输送至二级固液分离装置的固料出口并由固体收集器16富集。
固体收集器富集到纤维素和木质素，液体收集器富集到碳水化合物。木质素通过脱硫脱氮脱硝后与优质无烟煤粉混合直接压块，与少量优质无烟煤粉混合，以一定比例的高热量粘合剂粘合成型，或者根据热值需要将干物质直接压缩成块，形成高热值、无污染、低成本的可再生固体燃料。
纤维素可用于乳酸的生产制备原料。
纤维素、木质素与水溶性高分子材料混合后用于制备可以降解的农膜，此液体农膜中可以添加N、P、K元素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所述领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术。
