СПОСОБ ДЕКОРТИКАЦИИ
METHOD OF DECORTICATION

Область техники
Данное изобретение касается способа декортикации и, в частности, процесса получения чистых лубяных волокон из соломы волокнистых культур.
Известный уровень техники
Лубяные волокна, получаемые из двухдольных растений, таких как джут, конопля, лен, рами или кенаф, имеют ряд коммерческих применений. Лубяные волокна традиционно использовались в текстильной промышленности для производства продуктов из пряжи, таких как ковровая пряжа, канаты, геотекстиль, традиционная мешковина и рогожа. Однако лубяные волокна все чаще используются в других отраслях промышленности для таких целей, как производство нетканых циновок и ковров, композиционных материалов и внутренних панелей автомобилей. Отрасли промышленности, использующие целлюлозу, также извлекают целлюлозу из луба для применения в производстве целлюлозной массы и бумаги.
Перед использованием лубяные волокна должны быть сначала отделены от сердцевины волокнистого растения с помощью любого процесса декортикации. Процессы декортикации известного уровня техники отличаются друг от друга, но обычно используют автоматизированное оборудование, которое подвергает волокнистое растение воздействию механических нагрузок, которые физически разрушают связи между сердцевиной и лубом. Потом машина отделяет луб от сердцевины. Другим процессом, обычно используемым для отделения луба от сердцевины, является "мочка", которая представляет собой процесс погружения растительных стеблей в воду и вымачивания их на протяжении определенного периода времени для освобождения волокон от других компонентов стебля. Мочка может также осуществляться путем оставления скошенной культуры в поле под воздействием атмосферной влаги. Бактериальное действие разрушает пектин и лигнин, высвобождая целлюлозные волокна. Стебли потом собирают и промывают и подвергают механической обработке для удаления мягких тканей, а потом высушивают. Процесс, использующий комбинацию оборудования для вымачивания и декортикации, также может быть применен для получения лубяных волокон.
Текстильная промышленность нуждается в отдельных лубяных волокнах относительно большой длины. Соответственно использование лубяных волокон в текстильной промышленности привело к разработке способов декортикации и машин, вырабатывающих волокна большой штапельной длины, в 50 мм или больше, часто более чем 150 мм. Однако нетекстильные области промышленности, такие как целлюлозная промышленность и производство композиционных материалов формованием, не требуют большой длины волокон и, фактически, часто должны разрезать лубяные волокна на более короткие перед использованием.
Устранение необходимости в более длинных волокнах создало возможность разработки альтернативных способов декортикации с использованием оборудования, вырабатывающего лубяные волокна меньшей длины.
Сущность изобретения
Данное изобретение касается способа декортикации и, в частности, способа получения чистых лубяных волокон из соломы волокнистых культур.
Соответственно один аспект изобретения предусматривает способ получения лубяных волокон путем обработки соломы растения, имеющего лубяной слой и сердцевину, путем обработки соломы дисковым рафинером. В одном варианте осуществления способ может включать стадии, на которых:
(a) режут солому на куски предварительно заданной длины;
(b) рафинируют солому путем пропускания резаной соломы предварительно заданной длины через дисковый рафинер, при расходе энергии менее приблизительно 150 кВт/т; и
(c) сортируют рафинированную солому для отделения лубяных волокон от сердцевины.
В одном варианте осуществления резаную солому подвергают сортировке для отделения любой соломы, длина которой превышает предварительно заданную, перед рафинированием.
В одном варианте осуществления на последней стадии сортировки разделяют рафинированную солому на определенные фракции. Рассортированные фракции могут включать чистые лубяные волокна; грубые лубяные волокна; грубую сердцевину и пыль. Грубый луб может быть далее подвергнут сортировке, или рафинированию, или обоим этим процессам для повышения чистоты и выхода луба. В одном варианте осуществления грубый луб может быть подвергнут повторной обработке с новой порцией сырья. Грубая сердцевина может быть далее подвергнута сортировке, или рафинированию, или обоим этим процессам для получения дополнительного количества луба и повышения чистоты сердцевины. В одном варианте осуществления грубая сердцевина может быть подвергнута повторной обработке с новой порцией сырья.
В одном варианте осуществления солому подвергают резанию путем ее пропускания через силосорезку. В одном варианте осуществления длина резаной соломы составляет менее приблизительно 50 миллиметров, предпочтительно может составлять менее приблизительно 10 миллиметров. В одном варианте осуществления резаную солому пропускают через сухой дисковый рафинер при атмосферном давлении. Дисковый рафинер может иметь по меньшей мере одну роторную пластину.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет далее описано на примере типичного варианта осуществления со ссылкой на приложенные упрощенные схематические чертежи, выполненные без соблюдения масштаба. На чертежах:
Фиг.1 представляет собой блок-схему способа по заявляемому изобретению;
Фиг.2 является графическим изображением рассортированных фракций.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления
Данное изобретение предлагает способ декортикации, в частности способ получения чистых лубяных волокон из соломы волокнистых культур. Данное изобретение использует дисковый рафинер для декортикации более коротких волокон. В описании данного изобретения все термины, не определенные здесь, имеют свои обычные понятные для специалистов значения. В той степени, в которой приведенное дальше описание касается конкретного варианта осуществления или определенной области применения изобретения, оно должно считаться лишь иллюстративным, и не ограничивает заявляемое изобретение. Предполагается, что приведенное далее описание охватывает все альтернативы, модификации и эквиваленты, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.
В данном патенте следующие термины должны иметь следующие значения:
"Луб" касается волокон флоэмы или внутренней части коры растений волокнистой культуры.
"Декортикация" касается способа отделения луба растения от сердцевины.
"Дисковые рафинеры" хорошо известны специалистам и широко используются для изменения структуры целлюлозной массы и бумажных волокон и относятся к машине, использующей по меньшей мере две рафинерные пластины, в которой одна или все пластины поворачиваются и давят на проходящие между ними волокна.
"Волокнистые культуры" касаются культур двухдольных растений, имеющих лубяные волокна. Обычные волокнистые культуры включают джут, коноплю, лен, рами, кенаф и розеллу.
"Включает", "включать", "включая" и "содержит", в используемом здесь значении, должны все означать "включая, без ограничений".
"Сердцевина" относится к внутренней волокнистой части стебля растения волокнистой культуры, которая может быть отделена от корковых лубяных волокон растения.
"Пряжа" касается пучка волокон.
"Солома" относится к стеблям растений волокнистых культур.
Данное изобретение касается способа декортикации, в частности способа получения чистых лубяных волокон из соломы волокнистых культур. Способ предусматривает новое применение дискового рафинера, который представляет собой аппарат, используемый в целлюлозно-бумажной промышленности для рыхления древесной массы, использование которого в производстве лубяных волокон не было ранее известным.
Фиг.1 изображает блок-схему способа по заявляемому изобретению. Способ может быть описан как способ получения чистых лубяных волокон из соломы волокнистых культур, включая коноплю, лен, кенаф и джут, который включает ряд стадий способа, в том числе:
(a) стадию резания и сортировки соломы для установления начальной длины лубяных волокон;
(b) стадию рафинирования для механического отделения лубяных волокон от материала сердцевины; и
(c) стадию сортировки для физического выделения лубяных волокон, отделенных от материала сердцевины. Эта стадия сортировки также позволяет фракционировать отсортированную на сите массу (т.е. материал, который прошел через сито) на категории продукта по целевому назначению.
Лубяные волокна, произведенные способом по заявляемому изобретению, могут быть очищены и потом могут быть обработаны и использованы в композиционных материалах или позднее подвергнуты химической обработке с получением не древесной волокнистой массы различного назначения для производства бумаги или целлюлозы.
Первая стадия способа предусматривает резание соломы на куски предварительно заданной длины. Предпочтительным для резания соломы является силосорезка или любой другой аналогичный режущий аппарат, который может быть выбран квалифицированным специалистом в данной области. Для резания соломы также может быть использована чашеобразная дробилка или молотковая мельница. В зависимости от исходной формы используемого сырья может существовать потребность в распаковывании тюков, или измельчении соломы на куски меньшей длины, или в обеих этих операциях, перед ее загрузкой в силосорезку. Главной целью стадии резания является установление начальной длины волокон. Предварительно заданная длина обеспечивается путем регулирования соотношения скорости движения режущей головки и скорости загрузочного конвейера силосорезки. Ориентация волокон будет влиять на точность длины отрезаемых кусков, и солома предпочтительно ориентируется перпендикулярно к режущей головке, хотя это не является существенным для способа. Предпочтительной является длина отрезков, равная 50 мм или меньше, например менее приблизительно 40 мм, 30 мм или 20 мм. Наиболее предпочтительными являются отрезки длиной 10 мм или меньше.
В одном варианте осуществления непосредственно после резания порезанную массу сортируют для удаления материала, который или случайно не был порезан или имеет длину больше желательной. Такая сортировка и удаление помогают предотвратить забивание расположенного далее технологического оборудования. Неразрезанная и длинная солома возвращается назад в силосорезку для дополнительного измельчения.
Следующей стадией способа является стадия рафинирования. Рассортированная порезанная солома подается в дисковый рафинер. Главной целью стадии рафинирования является механическое отделение луба от сердцевины, предпочтительно с минимальным влиянием на длину лубяных волокон.
Дисковый рафинер типично используется в целлюлозно-бумажной промышленности и состоит из расположенных друг напротив друга вращающихся рафинерных пластин, которые прикладывают физическое усилие к проходящим между ними волокнам. Материал проходит между рафинерными пластинами, работающими с постоянной скоростью, через постоянный зазор. Сдвиговое воздействие рафинерных пластин отделяет лубяные волокна от частиц сердцевины. Данное изобретение, предпочтительно, использует сухой дисковый рафинер, работающий при атмосферном давлении, для предотвращения спутывания волокон. Сухой дисковый рафинер представляет собой рафинер, работающий на сырье, которое, предпочтительно, имеет содержание твердых веществ 80% или больше, например 90% или больше.
Растирание резаной соломы дисковым рафинером зависит от таких переменных: (а) скорость подачи резаной соломы; (b) зазор между пластинами, через который должна проходить солома; (с) рисунок поверхности пластин; (d) усилие, прикладываемое пластинами к волокнам соломы; и (е) влагосодержание волокон соломы. Квалифицированный специалист способен манипулировать этими переменными для получения удовлетворительных результатов. Например, известно, что определенная комбинация этих переменных может вызвать рафинирующее действие, превышающее желательное, и может уменьшить выход чистого лубяного волокна при увеличении количества непригодной пыли. Альтернативно, если рафинирующее действие является недостаточным, может наблюдаться неудовлетворительное отделение лубяных волокон от материала сердцевины.
В одном варианте осуществления влагосодержание соломы, предпочтительно, составляет менее приблизительно 15%. Рисунок пластин может меняться в широких пределах у разных производителей, и некоторые рисунки пластин являются более агрессивными, чем другие. Скорость подачи может меняться в зависимости от размера дискового рафинера и скорости вращения рафинера.
В одном варианте осуществления способ использует положительную величину зазора между пластинами, так чтобы не было перекрывания между рисунками сопряженных пластин. Минимальный зазор между пластинами на внешнем диаметре диска может составлять от приблизительно 1 мм до приблизительно 10 мм.
Дисковые рафинеры обычно работают с расходом энергии более 250 кВт/т материала. Насколько известно авторам изобретения, наименьшим является расход энергии у дисковых рафинеров для высоковязких материалов в способе производства древесно-волокнистых плит средней плотности, который составляет приблизительно от 250 кВт/т до приблизительно 300 кВт/т. В данном изобретении нужны значительно более низкие энергии рафинирования. Так, в одном варианте осуществления расход энергии дискового рафинера составляет от приблизительно 10 кВт/т до приблизительно 150 кВт/т, предпочтительно от приблизительно 10 кВт/т до приблизительно 100 кВт/т и наиболее предпочтительно от приблизительно 20 кВт/т до 80 кВт/т. В одном иллюстративном варианте осуществления расход энергии составляет приблизительно 50 кВт/т.
Сразу после стадии рафинирования рафинированная солома проходит следующую стадию сортировки, на которой рафинированный продукт разделяется на разные фракции. Фиг.2 представляет собой графическое изображение ситовых фракций. Продуктовыми фракциями являются:
(a) Чистый луб;
(b) Грубый луб (1-3 потока). Грубый луб может быть подвергнут повторному рафинированию и сортировке для повышения чистоты;
(c) Грубая сердцевина (1-3 потока). Грубая сердцевина может быть подвергнута дополнительному механическому разделению (просеивание или воздушная сепарация) для увеличения выхода луба; и
(d) Пыль.
Фракции могут быть использованы в производстве разных первичных коммерческих продуктов. Чистые лубяные волокна могут быть использованы в целлюлозной промышленности и производстве композиционных материалов. Чистые волокна сердцевины могут быть использованы в производстве пищевых продуктов, в химической промышленности, в производстве картона, абсорбентов или полимерных материалов. Пыль может быть использована для производства энергии или композиционных материалов (эквивалент древесной муки).
Для обоих стадий сортировки способа по заявляемому изобретению используемое сито может быть любым пригодным ситом, которое может быть выбрано квалифицированным специалистом в данной области техники, включая вибрационный грохот, вращающийся/барабанный грохот или валковый грохот.
Как понятно квалифицированным специалистам, разные модификации, адаптации и варианты приведенного выше описания конкретных вариантов осуществления могут быть выполнены без выхода за пределы объема заявляемого изобретения.