Компактное тело
COMPACT BODY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти (минеральной ваты), содержащем углеводсодержащее связующее, к продукту, полученному указанным способом, и компактному телу, в частности, брикету, содержащему продукт, полученный упомянутым способом.
Предшествующий уровень техники
Искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как, например, базальтовые волокна, шлаковые волокна, стеклянные волокна и каменные волокна, можно изготовлять путём плавления минеральной шихты в печи и превращения расплава в волокна. Полученные волокна MMV могут образовывать шерстяные продукты, такие как каменная шерсть.
В некоторых печах, используемых для производства волокон MMVF, имеется большой жидкий слой расплава, и минеральная шихта плавится в указанном жидком слое. Примерами такого оборудования являются резервуар и электрические печи, которые можно использовать для производства каменных волокон, но в основном для получения стеклянных волокон.
Другим типом печи, которая используется для формования расплава с целью получения волокон MMVF, особенно волокон типов, которые называются каменными, шлаковыми и базальтовыми волокнами, является шахтная печь или вагранная печь, которая содержит самоподдерживающуюся колонну из твёрдого грубого минерала и горючего материала, а газообразные продукты сгорания проникают через указанную колонну с тем, чтобы нагревать её и вызывать плавление. Расплав стекает в нижнюю часть колонны, где обычно формируется жидкий слой расплава, и расплав удаляется из основания печи. Поскольку колонна должна быть и самоподдерживающейся, и проницаемой, необходимо наличие того обстоятельства, что сырьё должно быть относительно грубым и обладать значительной прочностью для противостояния высоким температурам в колонне, которые могут превышать 1000°C.
Сырьё можно формировать из грубо размолотой горной породы натурального происхождения и шлака или любого другого типа подходящего грубого материала, при условии, что оно будет выдерживать давления и температуры в самоподдерживающейся колонне в шахтной печи. В случае применения более тонко измельчённых исходных материалов известно, что для добавления в печь более мелкие сыпучие материалы, как например, пески, преобразуют в связанные брикеты. Они должны иметь достаточную прочность и термостойкость для противостояния условиям в самоподдерживающейся колонне в шахтной печи с той целью, чтобы они плавились до разрушения.
Для общей загрузки в печь (т.е. только кусковой минерал или кусковой минерал плюс брикеты) необходимо обеспечивать состав, желаемый для волокон MMV, которые следует получать. Однако в шахтных печах время пребывания материала в небольшом жидком слое расплава в основании печи является коротким, и исходные материалы должны включаться в состав указанного слоя расплава достаточно быстро, если следует получать расплав, подходящий для обеспечения образования конечного продукта, обладающего заданными свойствами.
При производстве минеральных шерстяных продуктов волокна, полученные в процессе прядения, вдувают в камеру для сбора, и несомые потоком воздуха и ещё горячие волокна распыляют вместе с раствором связующего и произвольным образом осаждают в виде мата или сетки на движущийся конвейер. Затем волокнистую сетку или мат перемещают в печь отверждения, где для отверждения связующего через мат продувают нагретый воздух. Отверждённый мат или плиту (сляб) обрезают по бокам и разрезают в соответствии с определёнными размерами. Как в ходе прядения, так и при обрезании, разрезании в соответствии с конечными размерами, а также последующем окончательном осмотре и проверке на наличие дефектов появляются отходы, которые либо выбрасывают, либо, предпочтительно, возвращают в процесс производства волокон MMVF.
В конечном итоге указанные отходы раздробляют на более мелкие, тонкозернистые кусочки путём размалывания в стержневой мельнице или при помощи любого соответствующего устройства/оборудования и/или распутывают, а затем уплотняют для образования брикетов. Брикеты из отходов волокон MMVF обычно производят путём формования смеси отходов волокон MMVF, необязательно, вместе с другими тонкозернистыми компонентами в тонко измельчённой форме и соответствующим связующим, в желаемую форму брикета и отверждения связующего. Предпочтительно для получения цементных брикетов используют цементное связующее.
Брикеты, возможно после временного хранения, можно объединять с первичным сырьём и/или другим кусковым исходным материалом, таким как шлак, для получения волокон MMVF и возвращать в процесс производства MMVF через плавильную печь. Брикеты в особенности применимы для формирования части, а нередко основной доли загрузочной смеси шахтной или вагранной печи. Количество брикетов может достигать 100% или меньше, как пример, 80% или меньше, или 50% или менее от общей загрузки. Их также можно использовать как часть загрузочной смеси в электрической печи.
В случае использования отходов волокон MMVF для получения брикетов, отходы могут содержать отверждённое и/или неотверждённое связующее минеральной шерсти, в зависимости от точки производственной линии, где образуются отходы.
Группа связующих минеральной шерсти, не содержащих формальдегид, представляет собой связующие, которые имеют в своём составе углеводы, например, крахмал или сахар, в качестве добавок, расширителей или в качестве реакционноспособных компонентов системы связующего; смотрите, например, публикацию WO 2007/014236.
Такие углеводсодержащие связующие минеральной шерсти являются весьма предпочтительными как с экономической, так и с экологической точки зрения, поскольку углеводы представляют собой недорогой компонент, и в то же время являются нетоксичными и возобновляемыми.
Соответственно, в данной области техники всё больше используются, в частности, связующие минеральной шерсти, которые в качестве основного компонента содержат углеводы.
Однако обнаружено, что присутствие неотверждённого или частично отверждённого углеводсодержащего связующего минеральной шерсти в отходах волокон MMVF в результате приводит к длительным периодам времени отверждения цементсодержащих брикетов, при этом причина заключается в том, что углеводы являются замедлителями схватывания цемента. Термин «углевод», употребляемый в настоящем документе, относится к моносахаридам, дисахаридам, полисахаридам и их смесям.
Соответственно, весьма предпочтительные свойства углеводсодержащих связующих минеральной шерсти несколько ухудшаются вследствие того, что они затрудняют возвращение в цикл отхода производства минеральной шерсти. Следовательно, существует потребность в преодолении указанного недостатка углеводсодержащих связующих минеральной шерсти.
Сущность изобретения
Соответственно, цель настоящего изобретения заключалась в разработке способа, который повышает способность к переработке для повторного использования (способность к рециклингу) материала минеральной шерсти (минеральной ваты). В частности, цель настоящего изобретения заключалась в разработке способа, который позволяет уменьшать содержание углевода в материале из минеральной шерсти.
Дополнительная цель настоящего изобретения заключалась в получении продукта с улучшенной способностью к переработке для повторного использования, производимого путём обработки субстрата, содержащего материал минеральной шерсти, имеющий в своём составе углеводсодержащее связующее, упомянутым способом. В частности, дополнительная цель настоящего изобретения состояла в получении продукта с пониженным содержанием углевода, производимого путём обработки субстрата, содержащего материал минеральной шерсти, имеющий в своём составе углеводсодержащее связующее, упомянутым способом.
Дополнительная цель настоящего изобретения заключалась в получении компактного тела, в частности, брикета, подходящего для использования в качестве минеральной загрузочной смеси (загрузки) при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), полученных из такого продукта, который характеризуется улучшенной прочностью.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти, причём упомянутый материал имеет в своём составе углеводсодержащее связующее, при этом данный способ включает в себя стадию обработки субстрата, содержащего данный материал, одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается продукт, полученный путём обработки субстрата указанным способом.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается компактное тело, в частности, брикет, подходящее для использования в составе минеральной загрузки при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом упомянутое компактное тело содержит такой продукт и цементное связующее.
В настоящем изобретении изложено, что неожиданно можно повышать пригодность к повторному использованию материала минеральной шерсти, содержащего углеводсодержащее связующее, при использовании такого способа. Это достигается путём обработки материала такими микроорганизмами и/или экстрактом таких микроорганизмов. Весьма неожиданно, что, несмотря на присутствие больших количеств других компонентов связующего и волокон минеральной шерсти, является возможным значительное уменьшение содержания углевода в результате обработки микроорганизмами и/или экстрактом микроорганизмов. При помощи настоящего изобретения показано, что таким способом можно понижать содержание углевода без потребности в каком-либо специальном оборудовании или дорогостоящих химических веществах. Способ согласно настоящему изобретению позволяет сочетать преимущества использования связующих минеральной шерсти, имеющих высокое содержание углевода, с преимуществами, связанными с возвращением в цикл повторным использованием) отхода производства минеральной шерсти, эффективным путём, поскольку достигаемое лёгким путём уменьшение содержания углевода в отходе, предусматриваемое способом согласно настоящему изобретению, обеспечивает возможность производства компактных тел повышенной прочности, которые можно легко возвращать в процесс производства волокон MMVF.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Способ согласно настоящему изобретению представляет собой способ уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти, причём упомянутый материал имеет в своём составе углеводсодержащее связующее, при этом данный способ включает в себя стадию обработки субстрата, содержащего данный материал, одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода.
Для цели настоящего изобретения термин «материал минеральной шерсти» подразумевает любой материал, в котором минеральная шерсть находится в контакте с неотверждённым и/или отверждённым связующим. В частности, термин «материал минеральной шерсти» относится к отходам производственного процесса получения волокон MMVF.
В нижеследующем изложении термин «материал» употребляется для описания материала минеральной шерсти.
Для цели настоящего изобретения термин «субстрат» обозначает композицию, содержащую материал минеральной шерсти и всё, что добавляют к данному материалу до стадии обработки субстрата микроорганизмами и/или экстрактом микроорганизма, либо в течение указанной стадии или после неё, в частности, воду и любую форму добавок.
В предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению включает в себя стадию измельчения материала, предпочтительно, путём размалывания на стержневой мельнице.
В предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению включает в себя стадию добавления к материалу одного или нескольких компонентов из: микроорганизмов, экстракта микроорганизмов или добавок до стадии измельчения материала, предпочтительно, путём размалывания на стержневой мельнице, или в ходе осуществления этой стадии, или после неё.
В предпочтительном варианте осуществления материал, используемый в способе согласно изобретению, является отходом процесса производства волокон MMVF, который обычно содержит один или несколько видов отходов: фильтры прядильной камеры, отходы со шнека, обрезки кромки, отходы промывки, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры, отходы со шнека прядильной машины, отверждённые отходы, фильтровальные маты прядильных камер.
Одностадийный суспензионный процесс
В одном из предпочтительных вариантов воплощения способ согласно настоящему изобретению осуществляют таким образом, что субстрат содержит воду в количестве от значения больше 40 до 90 масс.% (т.е. от > 40 до 90 масс.%), предпочтительно от 50 до 76 масс.% в расчёте на общую массу материала.
Указанное относительно высокое содержание воды обычно означает, что материал присутствует в форме суспензии. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что упомянутый вариант осуществления изобретения особенно применим, когда материал содержит фильтры прядильной камеры, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры и/или фильтровальные маты прядильной камеры.
При воплощении указанного способа данный материал смешивают с водой (и, необязательно, с добавками) в целях получения субстрата с желаемым содержанием воды.
9
9
9
9
Предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 10 до 500 x 10, предпочтительно от 0,1 x 10 до 250 x 10 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
9
9
9
9
Более предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 10 до 10 x 10, предпочтительно от 0,1 x 10 до 5 x 10 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления добавляют экстракт микроорганизма. Предпочтительно, экстракт микроорганизмов добавляют таким образом, что экстракт присутствует в количестве от 0,5 до 25 масс.%, предпочтительно от 4 до 18 масс.% в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Указанные варианты осуществления также можно объединять, т.е. путём добавления и микроорганизмов, и экстракта микроорганизмов.
Способ согласно настоящему изобретению можно использовать применительно к материалу минеральной шерсти, имеющему в своём составе углеводсодержащее связующее как с высоким, так и с низким содержанием углевода. В предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,1 до 35, предпочтительно от 0,5 до 25 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Способ согласно настоящему изобретению, как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур. Однако в предпочтительном варианте осуществления стадия обработки субстрата имеет место при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что эффективное уменьшение содержания углевода может достигаться в довольно коротких временных рамках. Хотя способ согласно настоящему изобретению не ограничивается конкретным режимом времени, предпочтительно, чтобы стадия обработки материала имела место в течение периода времени 1 - 72 часа, предпочтительно 6 - 24 часа.
Одностадийный процесс с низким содержанием воды
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению воплощают на субстрате, который содержит воду в количестве от 10 до 40 масс.%, предпочтительно от 20 до 40 масс.% в расчёте на общую массу субстрата.
В указанном альтернативном варианте осуществления материал обычно присутствует в форме влажного порошка тонко измельчённого материала, к которому добавили воду.
9
9
9
9
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 10 до 125 x 10, предпочтительно от 0,005 x 10 до 75 x 10микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
9
9
9
9
В более предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 10 до 2,5 x 10, предпочтительно от 0,005 x 10 до 1,5 x 10микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления используют экстракт микроорганизмов. В указанном варианте осуществления экстракт предпочтительно присутствует в количестве от 0,05 до 15 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 5 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В дополнительном варианте осуществления используют и микроорганизмы, и экстракт микроорганизмов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что способ может улучшаться, когда субстрат содержит ускоритель ферментации.
Как правило, упомянутый ускоритель ферментации является компонентом, который стабилизирует значение уровня pH и/или служит питательным веществом для микроорганизмов.
В предпочтительном варианте осуществления ускоритель ферментации представляет собой одно или несколько веществ из группы, состоящей из фосфорных кислот и/или фосфатов, уксусной кислоты и/или любых её солей.
Подразумевается, что в контексте настоящего изобретения термин «фосфорные кислоты» охватывает все типы фосфорсодержащих минеральных кислот, а термин «фосфаты», как подразумевается, охватывает соли всех типов фосфорсодержащих минеральных кислот.
В качестве альтернативы, экстракт микроорганизмов также может служить ускорителем ферментации.
Хотя количество используемого ускорителя ферментации в общем случае не ограничивается, предпочтительно, чтобы субстрат содержал ускоритель ферментации в количестве от 0,01 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 0,4 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Хотя содержание углевода в материале, который используется для воплощения способа согласно указанному варианту осуществления, не ограничивается, в предпочтительном варианте осуществления данный материал имеет содержание углевода от 0,05 до 70 масс.% углевода, предпочтительно от 0,05 до 50 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 40 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 30 масс.% в расчёте на общую массу материала.
В особенно предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,05 до 10, предпочтительно от 0,25 до 4 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Хотя настоящее изобретение, как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Хотя способ согласно указанному варианту осуществления не ограничивается каким-либо режимом времени, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала в течение периода времени от 3 часов до 30 дней, предпочтительно от 1 до 3 дней.
Двухстадийный процесс
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что особенно предпочтительные результаты достигаются при объединении одностадийного суспензионного процесса с одностадийным процессом при низком содержании воды в двухстадийный процесс.
В указанном варианте осуществления способ включает в себя, по меньшей мере, две стадии в форме:
(i) обработки субстрата при помощи одностадийного суспензионного процесса, описанного выше и
(ii) обработки объединённого субстрата продукта стадии (i) и дополнительного субстрата при помощи одностадийного процесса при низком содержании воды, описанного выше.
В указанном двухстадийном процессе стадию один используют с целью приготовления «заквасочной культуры» для процесса согласно стадии (ii).
Стадия (i)
В предпочтительном варианте осуществления стадию (i) воплощают таким образом, что субстрат содержит воду в количестве от значения больше 40 до 90 масс.% (т.е. от > 40 до 90 масс.%), предпочтительно от 50 до 76 масс.% в расчёте на общую массу материала.
Указанное относительно высокое содержание воды обычно означает, что материал присутствует в форме суспензии. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанный вариант осуществления изобретения особенно применим, когда материал заключает в себе фильтры прядильной камеры, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры и/или фильтровальные маты прядильной камеры.
При осуществлении упомянутой стадии (i) материал смешивают с водой (и, необязательно, с добавками) в целях получения субстрата с желаемым содержанием воды.
9
9
9
9
Предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 10 до 500 x 10, предпочтительно от 0,1 x 10 до 250 x 10 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
9
9
9
9
Более предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 10 до 10 x 10, предпочтительно от 0,1 x 10 до 5 x 10 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления добавляют экстракт микроорганизма. Предпочтительно, экстракт микроорганизмов добавляют таким образом, что экстракт присутствует в количестве от 0,5 до 25 масс.%, предпочтительно от 4 до 18 масс.% в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Указанные варианты осуществления также можно объединять, т.е. путём добавления и микроорганизмов, и экстракта микроорганизмов.
Способ согласно стадии (i) можно использовать в отношении материала минеральной шерсти, содержащего углеводсодержащее связующее как с высоким, так и с низким содержанием углевода. В предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,1 до 35, предпочтительно от 0,5 до 25 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Способ согласно стадии (i), как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур. Однако в предпочтительном варианте осуществления стадия обработки субстрата имеет место при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Это обычно означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что эффективное уменьшение содержания углевода может достигаться в довольно коротких временных рамках. Хотя способ согласно стадии (i) не ограничивается конкретным режимом времени, предпочтительно, чтобы стадия обработки материала имела место в течение периода времени 1 - 72 часа, предпочтительно 6 - 24 часа.
В предпочтительном варианте осуществления субстрат, обрабатываемый на стадии (i), заключает в себе фильтры прядильной камеры.
Стадия (ii)
В предпочтительном варианте осуществления объединённый субстрат, используемый на стадии (ii), присутствует в форме влажного порошка тонко измельчённого материала, к которому добавили воду.
9
9
9
9
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 10 до 125 x 10, предпочтительно от 0,005 x 10 до 75 x 10микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
9
9
9
9
В более предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 10 до 2,5 x 10, предпочтительно от 0,005 x 10 до 1,5 x 10микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления используют экстракт микроорганизмов. В указанном варианте осуществления экстракт предпочтительно присутствует в количестве от 0,05 до 15 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 5 масс.% в расчёте на общую массу материала, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В дополнительном варианте осуществления используют и микроорганизмы, и экстракт микроорганизмов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что данный способ может улучшаться, когда материал содержит ускоритель ферментации.
Как правило, упомянутый ускоритель ферментации является компонентом, который стабилизирует значение уровня pH и/или служит питательным веществом для микроорганизмов.
В предпочтительном варианте осуществления ускоритель ферментации представляет собой одно или несколько веществ из группы, состоящей из фосфорных кислот и/или фосфатов, уксусной кислоты и/или любых её солей.
Подразумевается, что в контексте настоящего изобретения термин «фосфорные кислоты» охватывает все типы фосфорсодержащих минеральных кислот, а термин «фосфаты», как подразумевается, охватывает соли всех типов фосфорсодержащих минеральных кислот.
В качестве альтернативы, экстракт микроорганизмов также может служить ускорителем ферментации.
Хотя количество используемого ускорителя ферментации в общем случае не ограничивается, предпочтительно, чтобы субстрат содержал ускоритель ферментации в количестве от 0,01 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 0,4 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Хотя содержание углевода в материале, который используется для воплощения способа согласно указанному варианту осуществления, не ограничивается, в предпочтительном варианте осуществления данный материал имеет содержание углевода от 0,05 до 70 масс.% углевода, предпочтительно от 0,05 до 50 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 40 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 30 масс.% в расчёте на общую массу материала.
В особенно предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,05 до 10, предпочтительно от 0,25 до 4 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Хотя стадия (ii) в общем случае не ограничивается определённым диапазоном температур, в предпочтительном варианте осуществления данный способ включает в себя стадию обработки материала при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Хотя стадия (ii) не ограничивается каким-либо определённым режимом времени, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала в течение периода времени от 3 часов до 30 дней, предпочтительно от 1 до 3 дней.
Углеводсодержащие связующие, используемые при производстве материала минеральной шерсти, обрабатываемого способом согласно настоящему изобретению
Данный патент согласно настоящему изобретению можно использовать применительно к любому материалу минеральной шерсти, который имеет в своём составе углеводсодержащее связующее.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления углеводсодержащее связующее, используемое при производстве материала минеральной шерсти, содержит фенолформальдегидный резол, а углевод при этом выбран из сахара, такого как декстроза.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, дополнительно содержит:
(a) компонент в виде многоосновной карбоновой кислоты или её любую соль и/или неорганическую кислоту или её любую соль;
(b) компонент, выбранный из группы, состоящей из аминовых соединений, аммиака, и, необязательно,
(c) продукт реакции компонента в виде многоосновной карбоновой кислоты или её ангидрида с алканоламиновым компонентом.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, имеет в своём составе углевод, выбранный из гексозы, такой как декстроза, фруктоза; пентозы, такой как ксилоза и/или сахароза, глюкозного сиропа.
Микроорганизмы или экстракт микроорганизмов
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов выбраны из группы, состоящей из грибков, дрожжей, предпочтительно дрожжей, заключающих в себе культуру saccharomyces cerevisiae, и/или бактерий, в частности, genera lactobacillus, leuconostoc, pediococcos, и/или бифидобактерии.
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов имеют в своём составе дрожжи, заключающие в себе культуру saccharomyces cerevisiae.
В конкретном предпочтительном варианте осуществления микроорганизм представляет собой культуру saccharomyces cerevisiae.
Продукт, полученный данным способом
Настоящее изобретение относится также к продукту, полученному путём обработки субстрата способом настоящего изобретения.
Упомянутый продукт имеет существенно пониженное содержание углевода по сравнению с исходным материалом минеральной шерсти и, следовательно, характеризуется повышенной степенью применимости повторного использования.
Компактное тело
Настоящее изобретение относится также к компактному телу, в частности, брикету, подходящему для использования в составе минеральной загрузочной смеси при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом упомянутое компактное тело заключает в себе:
a) продукт, полученный путём обработки субстрата способом согласно изобретению;
b) цементное связующее.
Компактное тело согласно настоящему изобретению обладает повышенной прочностью и, следовательно, его можно использовать весьма предпочтительно в качестве загрузочной смеси в шахтных печах.
Примеры
Следующие ниже примеры предназначены для дополнительного пояснения изобретения без ограничения его объёма.
Дрожжи и добавки, а также другие компоненты
Свежие, прессованные пекарные дрожжи, активные клетки культуры Saccharomyces cerevisiae, приблизительно 30% сухого вещества (>31% сухого вещества), получали от фирмы De Danske Gaerfabrikker. Быстродействующие сухие пекарные дрожжи Instaferm RED, культура Saccharomyces cerevisiae, приблизительно 95% сухого вещества (<6% влаги), приблизительно 20 миллиардов живых клеток на грамм, получали от фирмы Lallemand. Для простоты свежие и сухие пекарные дрожжи учитывались как безводные.
Фосфатные буферные растворы, ледяную уксусную кислоту и моногидрат дигидрофосфата натрия для использования в качестве добавок для лабораторных исследований ферментации получали от фирмы Sigma-Aldrich. Ледяную уксусную кислоту и моногидрат дигидрофосфата натрия для исследований ферментации в масштабе 1 тонны получали от фирмы Panreac.
Углеводсодержащие связующие
Связующее алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы
Основой данного связующего являются продукты реакции алканоламина с ангидридом многоосновной карбоновой кислоты.
Диэтаноламин (DEA; 120,5 г) помещают в 5-литровый стеклянный реактор, снабжённый мешалкой и нагревающей/охлаждающей рубашкой. Температуру диэтаноламина повышают до 60°C, к которому после этого добавляют тетрагидрофталевый ангидрид (THPA, 67,1 г). После повышения температуры и выдерживания её при 130°C добавляют вторую часть тетрагидрофталевого ангидрида (33,6 г) с последующим добавлением тримеллитового ангидрида (TMA; 67,1 г). После осуществления взаимодействия при 130°C в течение 1 часа смесь охлаждают до 95°C. Добавляют воду (241,7 г) и продолжают перемешивание в течение 1 часа. Затем добавляют мочевину (216,1 г) и продолжают перемешивание до растворения всех твёрдых веществ. После охлаждения до температуры окружающей среды смесь выливают в воду (3,32 кг) и при перемешивании добавляют 50%-ный водный раствор гипофосфорной кислоты (5,0 г) и 25%-ный водный раствор аммиака (56,3 г).
Сироп глюкозы (1,24 кг) нагревают до 60°C и затем добавляют при перемешивании с последующим введением 50%-ного водного раствора силана (продукт Momentive VS-142) (5,0 г).
Связующее аскорбиновая кислота - глюкоза
Смесь L-аскорбиновой кислоты (1,50 г; 8,52 ммоль) и 75,1%-ного водного сиропа глюкозы (18,0 г; таким образом, продуктивное количество сиропа глюкозы 13,5 г), а также мочевины (0,75 г) в воде (30,5 г) перемешивают при комнатной температуре до получения прозрачного раствора. Затем добавляют 50%-ный водный раствор гипофосфорной кислоты (0,6015 г; таким образом, продуктивное количество гипофосфорной кислоты 0,30 г; 4,55 ммоль) (pH 1,3). После этого добавляют по каплям 28%-ный водный раствор аммиака (0,99 г; таким образом, продуктивное количество аммиака 0,28 г; 16,3 ммоль) до достижения уровня pH = 6,7. Затем определяют количество твёрдых веществ связующего (20,1 масс.%). Силан добавляют в количестве, соответствующем 0,5% твёрдых веществ.
Связующее фенолформальдегид с мочевиной (PUF) - сироп глюкозы
Указанное связующее представляет собой фенолформальдегидную смолу, модифицированную мочевиной, PUF-резол.
Фенолформальдегидную смолу получают при взаимодействии 37%-ного водного раствора формальдегида (606 г) и фенола (189 г) в присутствии 46%-ного водного раствора гидроксида калия (25,5 г) при температуре реакции 84°C, предварительно достигаемой со скоростью нагрева приблизительно 1°C в минуту. Реакцию продолжают при 84°C до достижения кислотостойкости смолы, равной 4, и превращения большей части фенола. Затем добавляют мочевину (241 г) и охлаждают смесь.
Кислотостойкость (AT) выражает число раз, которое данный объём связующего можно разбавлять кислотой без помутнения смеси (связующее осаждается). Для определения критерия прекращения образования связующего используют серную кислоту, и на окончание реакции связующего указывает кислотостойкость ниже 4.
Для измерения величины AT приготовляют титрант путём разбавления 2,5 мл концентрированной серной кислоты (>99%) 1 литром подвергнутой ионному обмену воды. Затем 5 мл связующего, подлежащего исследованию, титруют при комнатной температуре указанным титрантом, одновременно поддерживая связующее в состоянии движения при помощи ручного встряхивания его; в случае предпочтения используют магнитное перемешивающее устройство и магнитный стержень. Титрование продолжают до появления в связующем слабой мути, которая не исчезает при встряхивании связующего. Кислотостойкость (AT) вычисляют путём деления объёма кислоты, использованной для титрования (мл), на объём образца (мл):
AT = (Объём, использованный для титрования (мл)) / (объём образца (мл))
С использованием полученной, модифицированной мочевиной фенолформальдегидной смолы приготовляют связующее путём добавления 25%-ного водного раствора аммиака (90 мл) и сульфата аммония (13,2 г) с последующим добавлением воды (1,30 кг) и силана (2,4 г).
Модельные отходы, размолотые на стержневой мельнице, (RMW), содержащие связующее алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы или аскорбиновая кислота - глюкоза, получали путём смешивания размолотых на стержневой мельнице и подвергнутых термообработке отходов, поступивших из различных источников, с данной смесью связующего, водой и другими добавками, соответственно случаю. Термообработку размолотых на стержневой мельнице отходов осуществляли при 590°C в течение ночи для удаления других органических компонентов. Модельные отходы, размолотые на стержневой мельнице, содержащие связующее фенолформальдегид с мочевиной (PUF) - сироп глюкозы, получали путём смешивания размолотых на стержневой мельнице отходов PUF с водными растворами сиропа глюкозы, водой и другими добавками, соответственно случаю.
Измерения содержания глюкозы с использованием ВЭЖХ и/или устройства для определения количества сахара в крови
Изменение содержания глюкозы в ферментативных смесях отслеживали при помощи метода ВЭЖХ и/или устройства для определения количества сахара в крови (модель AccuChek Aviva Nano) в водных экстрактах ферментативных смесей.
Представление результатов
Результаты приведены в таблицах, которые содержат следующую информацию:
• Ферментативные смеси (%): Состав ферментативных смесей, вычисленный в виде масс.% дрожжей, связующего, волокон, влаги и добавок от общей массы смеси (таким образом, что дрожжи + связующее + волокна + влага + добавки = 100% масс.). Данные, приведённые курсивом, заключают в себе информацию, которая дополнительно подробно описывает, сколько% масс. общей смеси приходится на выбранный определённый подкомпонент.
• Условия: Условия, в которых осуществили реакции ферментации. Это включает в себя такую информацию, как температура выдерживания, время измерения и уровень pH водных экстрактов, достигаемый в начале и в конце реакций ферментации.
• Удаление глюкозы: подробно описано время (дни/часы), требуемое для уменьшения содержания глюкозы на величину >25%, >50%, >75% и >90% в водных экстрактах ферментативных смесей, вычисленного относительно начальных значений. Измерено при помощи метода ВЭЖХ или устройства для определения количества сахара в крови. В испытаниях, в которых изготовляли брикеты, кроме того подробно описано уменьшение содержания глюкозы за дни брикетирования.
• Состав испытательных брусков (%): Состав испытательных брусков, изготовленных в институте FEhS в Дуйсбурге. В таблицах подробно описано только содержимое ферментативной смеси или эталонной шерсти, размолотой на стержневой мельницe. Другие компоненты испытательных брусков, изготовленных из ферментированных отходов, включают в себя: цемент 52,5R (12,3%), песок (53,8%). Другие компоненты испытательных брусков, изготовленных из эталонных отходов, размолотых на стержневой мельницe, включают в себя: цемент 52,5R (13,0%), песок (57,0%).
• Прочность при сжатии (МПа): Прочность при сжатии испытательных брусков по истечении определённого количества дней, измеренная в институте FEhS, Дуйсбург.
• Составы брикетов (%): Состав испытательных брикетов. В таблицах подробно описано только содержимое ферментативной смеси или эталонной шерсти, размолотой на стержневой мельницe, а также содержание цемента. Другие компоненты брикетов, изготовленных из ферментированных отходов, включают в себя: Valdi (6,9%), доломитовый песок (4,9%), просеянный шлак (9,8%), MTMS (5,9%), SSA SSIAAP (7,9%), просеянную смесь (4,9%), летучую золу (3,9%), боксит (14,7%). Другие компоненты брикетов, изготовленных из эталонных отходов, размолотых на стержневой мельницe, включают в себя: Valdi (7,0%), доломитовый песок (5,0%), просеянный шлак (10,0%), MTMS (6,0%), SSA SSIAAP (8,0%), просеянную смесь (5,0%), летучую золу (4,0%), боксит (15,0%).
• Подробная информация о брикетах (%): Масса, высота, плотность испытательных брикетов, а также значения прочности при сжатии испытательных брикетов по истечении определённого количества дней. Значения прочности при сжатии брикетов, составляющие 5 МПа или больше, могут считаться адекватными.
Таблица 1
Пример
1
2
3
4
5
6
7
8
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
0,30%
0,30%
0,30%
0,30%
0,20%
0,20%
0,20%
0,20%
алканоламин-ангидридная смола w –сироп глюкозы
0,70%
0,70%
0,70%
0,70%
0,80%
0,80%
0,80%
0,80%
Волокна
69%
69%
69%
69%
79%
79%
79%
79%
Влажность
30%
30%
30%
30%
20%
20%
19%
19%
Фосфатный буфер рН 3,0; 0,1M
0,32%
0,20%
Фосфатный буфер рН 3,0; 0,5M
1,0%
Фосфатный буфер рН 6,5; 0,02M
0,06%
Фосфатный буфер рН 6,5; 0,5M
1,0%
Фосфатный буфер рН 8,5; 0,02M
0,06%
Условия ферментации
Температура
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
Время измерения (дни)
3
1
1
1
3
3
1
1
Начальный уровень pH
9,6
7,9
9,2
9,4
9,8
8,4
8,1
8,1
Конечный уровень pH
7,2
7,7
7,6
8,0
9,7
7,5
7,1
7,1
Удаление глюкозы
Снижение >25% (дни)
1
1
1
1
>3
1
1
1
Снижение >50% (дни)
3
1
1
1
>3
1
1
1
Снижение >75% (дни)
3
1
1
1
>3
3
1
1
Снижение >90% (дни)
3
1
1
1
>3
3
1
1
Для сравнения включены два примера без фосфатов (прим. 1 и 5).
При влажности 30% включение фосфатных буферов pH 3,0; pH 6,5 или pH 8,5 во всех случаях оказывало сокращающее влияние на время удаления глюкозы (прим. 2-4 против 1). Таким образом, все три ферментации завершались в пределах одного дня.
При влажности 19-20%, а также слегка пониженном содержании пекарных дрожжей и слегка повышенном содержании связующего включение фосфатных буферов аналогичным образом оказывало сокращающее влияние на время удаления глюкозы (прим. 6-8 против 5).
Таблица 2
Пример
l
2
3
4
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
0,20%
1,1%
2,2%
5,0%
Алканоламин – ангидридная смола w –сироп глюкозы
0,80%
0,79%
0,78%
0,75%
Волокна
79%
78%
77%
74%
Влага
20%
20%
20%
20%
Условия ферментации
Температура
комн.
комн.
комн.
комн.
Время измерения (дни)
6
1
1
1
Начальный уровень pH
9,0
8,0
7,5
7,0
Конечный уровень pH
7,5
7,5
7,5
8,0
Удаление глюкозы
Снижение >25% (дни)
2
1
1
1
Снижение >50% (дни)
2
1
1
1
Снижение >75% (дни)
3
1
1
1
Снижение >90% (дни)
6
1
1
1
Составы испытательных брусков (%)
Отходы, размолотые на стержневой мельнице
34,0
34,0
34,0
34,0
Прочность при сжатии (МПа)
3 дня
6,3
5,5
5,0
4,3
7 дней
8,9
8,4
7,7
6,4
Влияние содержания дрожжей изучали при изменении концентрации дрожжей от 0,2% до 5,0% (прим. 1-4) с использованием размолотых на стержневой мельницe отходов, подвергнутых термообработке. Включение возрастающих количеств дрожжей в результате приводило к сокращению требуемого времени ферментации: при включении 0,2% дрожжей требовалось 6 дней для удаления >90% глюкозы (прим. 1), тогда как при концентрации дрожжей 1,1-5,0% требовался всего 1 день для удаления >90% глюкозы (прим. 2-4). Начальный уровень pH постепенно снижался от 9 до 7 с увеличением содержания дрожжей.
Оказывается, с увеличением содержания свежих пекарных дрожжей имеет место постепенное снижение прочности испытательных брусков (прим. 1-4).
Таблица 3
Пример
1
2
3
4
5
6
7
8
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
-
0,20%
0,59%
1,0%
-
0,20%
0,59%
1,0%
Алканоламин – ангидридная смола w -сироп глюкозы
1,6%
1,6%
1,6%
1,6%
-
-
-
-
Аскорбиновая кислота -  глюкоза
-
-
-
-
1,6%
1,6%
1,6%
1,6%
Волокна
79%
79%
78%
78%
79%
79%
78%
78%
Влага
20%
20%
20%
19%
20%
20%
20%
19%
Условия ферментации
Температура
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
Время измерения (дни)
70
70
57
23
70
51
23
16
Начальный уровень pH
8,5
8,5
8,5
8,5
8,0
7,5
8,0
8,0
Конечный уровень pH
7,5
6,5
7,5
7,0
6,5
5,5
5,5
5,5
Удаление глюкозы
Снижение >25% (дни)
63
35
28
14
57
28
14
9
Снижение >50% (дни)
70
57
51
19
70
35
19
14
Снижение >75% (дни)
>70
70
51
21
>70
41
21
14
Снижение >90% (дни)
>70
70
57
23
>70
51
23
16
Данные результаты показывают, что ферментация в присутствии 1,6% связующего алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы с 0,2-1,0% свежих пекарных дрожжей является возможной (прим. 2-4). Все ферментации характеризовались начальным уровнем pH, равным 8,5, и завершались при pH 6,5-7,5. Время, требуемое для удаления >90% содержания глюкозы, уменьшалось как функция увеличения содержания дрожжей (70 дней в случае 0,2% дрожжей против 23 дней в случае 1,0% дрожжей, прим. 2 против 4). Некоторую степень удаления глюкозы наблюдали в примере без добавления дрожжей, но превращение было очень медленным (прим. 1).
Удаление глюкозного содержимого в присутствии 1,6% связующего аскорбиновая кислота - глюкоза с 0,2-1,0% свежих пекарных дрожжей является возможным (прим. 6-8). Указанные ферментации характеризовались начальным уровнем pH 7,5-8 и завершались при 5,5. Время, требуемое для удаления >90% глюкозного содержимого, значительно уменьшалось как функция увеличения содержания дрожжей (51 день в случае 0,2% дрожжей против 16 дней в случае 1,0% дрожжей, прим. 6 против 8). Некоторую степень удаления глюкозы наблюдали в примере без добавления дрожжей, но превращение было очень медленным (прим. 5).
Таблица 4
Пример
1
2
3
4
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
0,20%
0,20%
0,20%
-
Связующее PUF
1,8%
1,8%
1,8%
-
Сироп глюкозы
0,77%
0,77%
0,77%
-
Волокна
77%
77%
77%
-
Влага
20%
20%
20%
-
NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>
-
0,20%
-
-
AcOH
-
-
0,10%
-
Условия ферментации
Температура
комн.
комн.
комн.
-
Время измерения (дни)
1
1
1
-
Начальный уровень pH
6,0
6,0
6,0
-
Конечный уровень pH
6,0
6,0
6,0
-
Удаление глюкозы
Снижение >25% (дни)
1
1
1
-
Снижение >50% (дни)
1
1
1
-
Снижение >75% (дни)
1
1
1
-
Снижение >90% (дни)
1
1
1
-
Составы испытательных брусков (%)
Ферментативная смесь
34,0
34,0
34,0
Прочность при сжатии (МПа)
3 дня
3,3
2,1
2,8
5,9
7 дней
5,7
5,2
5,9
8,6
Во всех ферментативных испытаниях наблюдалась быстрая ферментация, и удаление >90% глюкозы обнаруживалось в пределах одного дня (прим. 1-3).
Испытательные бруски из материалов, полученных в результате проведения указанных ферментаций, показали сравнительно низкие значения прочности при сжатии по истечении 3 дней (2,1-3,3 МПа, прим. 1-3) и 7 дней (5,2-5,9 МПа, прим. 1-3). Указанные значения ниже эталона (5,9 МПа после 3 дней; 8,6 МПа после 7 дней, прим. 4).
Пример 2: 25%-ный водный сироп глюкозы (32,0 г; таким образом, продуктивное количество сиропа глюкозы 8,0 г; 24,0 г влаги) при перемешивании добавляли порциями к размолотым на стержневой мельницe отходам PUF (868,4 г; 2,1% связующего; 92,1% волокон; 5,8% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 18,2 г; 799,8 г волокон; 50,4 г влаги). Перемешивание продолжали дополнительно в течение нескольких минут, а затем порциями добавляли смесь гидрата дигидрофосфата натрия (2,37 г; таким образом, продуктивное количество дигидрофосфата натрия 2,06 г и 0,31 г влаги) и свежих пекарных дрожжей (2,09 г; рассчитанных как безводные) в воде (132,7 г) при постоянном перемешивании. Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,20% масс. свежих пекарных дрожжей; 0,77% масс. сиропа глюкозы; 1,8% масс. связующего PUF; 0,20% масс. дигидрофосфата натрия и 77% масс. волокон. После дополнительного перемешивания в течение 10 минут смесь переносили в пластиковую кружку объёмом 2,5 л и покрывали кружку алюминиевой фольгой.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в кружку, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 1-2 дня в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (16 г, указана точная масса) разбавляли водой (40 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
Таблица 5
Пример
1
2
3
4
5
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
0,20%
0,20%
0,20%
0,20%
-
Алканоламин – ангидридная смолаw - сироп глюкозы
2,1%
2,1%
2,1%
2,1%
-
Волокна
78%
77%
78%
78%
-
Влага
20%
20%
20%
20%
-
NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>
0,20%
0,40%
-
-
-
AcOH
-
-
0,10%
0,20%
-
Условия ферментации
Температура
комн.
комн.
комн.
комн.
-
Время измерения (дни)
12
12
12
12
-
Время до брикетирования (дни)
8
8
8
8
-
Начальный уровень pH
8,0
7,5
8,5
8,5
-
Конечный уровень pH
8,7
8,7
8,1
7,6
-
Удаление глюкозы
Снижение >25% (дни)
4
4
4
4
-
Снижение >50% (дни)
4
4
4
4
-
Снижение >75% (дни)
4
4
4
4
-
Снижение >90% (дни)
4
4
12
12
-
Снижение за день брикетирования (%)
>97
>96
>78
>88
-
Составы брикетов (%)
Ферментативная смесь
31,6
31,6
31,6
31,6
-
Размолотая на стержневой мельницe шерсть
-
-
-
-
30,0
Цемент 52,5R
9,8
9,8
9,8
9,8
10,0
Подробные данные брикетов
Масса (кг)
2,17
2,23
2,43
2,22
2,07
Высота (мм)
131,4
132,6
138,4
133,4
140,4
Плотность (кг/дм<sup>3</sup>)
2,10
2,14
2,23
2,11
1,88
Прочность при сжатии, 3 дня (МПа)
5,4
4,8
8,8
6,8
4,1
Результаты ферментации и брикетирования приведены на основе осуществления ферментации размолотых на стержневой мельницe отходов со связующим алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы в масштабе 1 тонны. Использовали следующие условия ферментации: 20% влаги; 0,2% свежих пекарных дрожжей; 2,1% связующего алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы и 0,1-0,4% дигидрофосфата натрия или уксусной кислоты.
Ферментации завершались в пределах 4-12 дней (прим. 1-4). Реакции ферментации начинались при уровне pH 7-8,5 (наиболее низкое значение в присутствии 0,2-0,4% дигидрофосфата натрия) и завершались при уровне около 7,5-9 (наиболее низкое значение в присутствии 0,1-0,2% уксусной кислоты). Реакции ферментации протекали быстрее при осуществлении их в присутствии 0,2-0,4% дигидрофосфата натрия, чем в присутствии 0,1-0,2% уксусной кислоты (4 дня против 12 дней для удаления >90% глюкозы, прим. 1-2 против 3-4).
Ферментированные отходы использовали в производстве брикетов по истечении 8 дней ферментации. За указанный период времени две ферментации, осуществляемые в присутствии дигидрофосфата натрия, почти завершились, тогда как две ферментации, осуществляемые в присутствии уксусной кислоты, достигли степени удаления глюкозы примерно 80-90%. Более высокие значения прочности брикетов достигались при наиболее низком содержании добавки, а уксусная кислота в качестве добавки приводила в результате к получению более прочных брикетов, чем дигидрофосфат натрия. Три из четырёх ферментированных композиций отходов по истечении 3 дней давали брикеты с прочностью выше 5 МПа (0,2% дигидрофосфата натрия; 0,1 и 0,2% уксусной кислоты в качестве добавок, прим. 1 и 3-4), при этом четвёртая композиция приводила к достижению близкого значения (0,1% дигидрофосфата натрия в качестве добавки, прим. 2). Брикеты, изготовленные из всех четырёх ферментативных смесей, по истечении 3 дней были прочнее эталона (4,8-8,8 против 4,1 МПа, прим. 1-4 против 5). Однако это может быть частично обусловлено меньшей массой и плотностью эталонных брикетов.
Пример 1. Смесь гидрата дигидрофосфата натрия (2,6 кг; таким образом, продуктивное количество дигидрофосфата натрия 2,3 кг и 0,3 кг влаги) и свежих пекарных дрожжей (2,3 кг; рассчитанных как безводные) в воде (133 кг) порциями смешивали с размолотыми на стержневой мельницe отходами (1015 кг; 2,4% связующего; 88,1% волокон; 9,5% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 24,4 кг; 894,2 кг волокон; 96,4 кг влаги). Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,20% масс. свежих пекарных дрожжей; 2,1% масс. связующего алканоламин - ангидридная смола w -сироп глюкозы; 0,20% масс. дигидрофосфата натрия и 78% масс. волокон. После дополнительного смешивания в течение 15 минут смесь переносили в ёмкость среднего размера IBC объёмом 1000 л, которую затем покрывали пластиковым пакетом.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в ёмкость IBC, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 1-2 дня в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (50 г, указана точная масса) разбавляли водой (50 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
После 8 дней ферментации (снижение содержания глюкозы >97%) ферментативную смесь используют в производстве испытательных брикетов.
Таблица 6
Пример
1
2
3
4
5
6
7
8
Ферментативная смесь (%)
Свежие пекарные дрожжи
-
8%
18%
7%
12%
10%
4%
4%
алканоламин-ангидридная смола w – сироп глюкозы
7%
7%
15%
12%
16%
17%
18%
18%
Волокна
10%
9%
20%
16%
22%
23%
24%
24%
Влага
83%
76%
46%
66%
50%
51%
54%
54%
Условия ферментации
Температура
ком.
ком.
ком.
ком.
ком.
ком.
ком.
ком.
Время измерения (часы)
72
2
3
3
4
4
7
8
Начальный уровень pH
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Конечный уровень pH
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Удаление глюкозы
Снижение >25% (часы)
>72
1,0
1,0
1,3
2,1
2,0
4,2
4,8
Снижение >50% (часы)
>72
1,0
2,2
2,0
3,2
2,5
5,2
4,8
Снижение >75% (часы)
>72
1,5
2,2
2,5
3,2
3,5
6,8
6,1
Снижение >90% (часы)
>72
1,5
2,8
3,0
3,2
4,0
6,8
7,2
Результаты показывают, что можно удалять >90% глюкозного содержимого в фильтрах прядильной камеры (SCF) всего за несколько часов, в зависимости от условий (прим. 2-8). Содержание дрожжей при осуществлении указанных суспензионных ферментаций было высоким (4-18%), поскольку дрожжи теперь концентрировались только на фильтрах SCF. Соответственно, содержание связующего было также очень высоким (7-18%). Как можно было ожидать, наблюдалась общая тенденция в направлении более быстрой ферментации вследствие высоких концентраций влаги (> 60%, прим. 2 и 4) и/или большого содержания дрожжей (>4%, прим. 2-6).
При проведении указанных ферментаций с высокой концентрацией влаги не требовалось никаких добавок. Хотя не исключено, что такие добавки, как те, что использовались в предыдущих испытаниях, могут ещё больше повышать скорости ферментации. Контрольный опыт без добавления дрожжей не показал существенного уменьшения содержания глюкозы за 72 часа (прим. 1).
Таблица 7
Пример
1
2
3
4
5
6
Смесь для ферментации фильтров прядильной камеры (SCF) (%)
-
-
Свежие пекарные дрожжи
4%
12%
-
4%
12%
-
алканоламин – ангидридная смола w -
сироп глюкозы
18%
16%
-
18%
16%
-
Волокна
24%
22%
-
24%
22%
-
Влага
54%
50%
-
54%
50%
-
Условия ферментации SCF
Температура
комн.
комн.
-
комн.
комн.
-
Время до следующей стадии (часы)
25
8
-
25
8
-
Начальный уровень pH
5,0
5,0
-
5,0
5,0
-
Конечный уровень pH
5,0
5,0
-
5,0
5,0
-
Удаление глюкозы из SCF
Снижение >90% (часы)
7,2
3,2
-
7,2
3,2
-
Смесь для ферментации шерсти, размолотой на стержневой мельнице      (RMW) (%)
Пекарные дрожжи
0,24%
0,70%
0,59%
0,24%
0,70%
0 58%
алканоламин – ангидридная смола
w - сироп глюкозы
1,2%
1,2%
1,6%
2,1%
2,1%
2,8%
Волокна
78%
78%
78%
77%
77%
77%
Волокна из фильтров SCF
1,4%
1,3%
-
1,3%
1,3%
-
Влага
20%
20%
20%
20%
20%
19%
Условия ферментации RMW
Температура
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
комн.
Время измерения (дни)
21
2
46
70
5
63
Начальный уровень pH
8,5
8,0
8,5
8,0
7,5
8,5
Конечный уровень pH
7,5
6,5
6,5
7,5
6,5
5,5
Удаление глюкозы из RMW
Снижение >25% (дни)
14
1
22
10
1
26
Снижение >50% (дни)
14
2
36
21
2
42
Снижение >75% (дни)
21
2
42
63
4
57
Снижение >90% (дни)
21
2
46
70
5
63
Двухстадийные ферментации осуществляли вначале путём проведения суспензионной ферментации фильтров SCF, а затем добавления определённого количества указанной ферментированной смеси к размолотым на стержневой мельнице модельным отходам со связующим алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы. Ферментированные смеси фильтров SCF добавляли в таком количестве, которое приводило бы к достижению общей концентрации дрожжей 0,2-0,7%, и таким образом, чтобы волокна, полученные в результате ферментации фильтров SCF, составляли 1,3-1,4% от общей массы ферментативной смеси. Для сравнения включены два примера, выполненные путём прямой ферментации размолотых на стержневой мельнице модельных отходов со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (прим. 3 и 6).
Результаты, полученные для двухстадийной ферментации размолотых на стержневой мельнице модельных отходов со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (прим. 1-2 и 4-5), демонстрируют, что действительно возможно проводить ферментации как двухстадийный процесс вначале путём быстрого ферментирования фильтров SCF, а затем переноса указанной смеси в оставшиеся отходы, размолотые на стержневой мельнице, для завершения общей ферментации.
Пример 2, первая стадия: Фильтры прядильной камеры со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (250 г; 37,3% связующего; 49,9% волокон; 12,8% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 93,3 г; 124,8 г волокон; 32,0 г влаги) разрезали на блоки размером приблизительно 5x5x5 см, а затем перемешивали в воде (250 г) в течение 25 мин при комнатной температуре. К образовавшейся суспензии добавляли смесь свежих пекарных дрожжей (65,9 г; рассчитанных как безводные) и продолжали медленное перемешивание в течение 8 часов при комнатной температуре перед использованием полученной смеси на следующей стадии. Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 50% масс. влаги; 12% масс. свежих пекарных дрожжей; 16% масс. связующего алканоламин -ангидридная смола w - сироп глюкозы и 22% масс. волокон.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после смешивания всех ингредиентов, а также в соответствующие моменты времени после этого (с интервалами 1-2 ч в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (0,5 г; указана точная масса) разбавляли водой (7,5 г; указана точная масса) в маленьком стаканчике и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 1 минуты. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
Вторая стадия: 20% влаги, 0,7% свежих пекарных дрожжей, 1,2% связующего алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы.
2
Связующее алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (68,0 г; 18,0% твёрдых веществ; таким образом, продуктивное количество связующего 12,2 г и 55,8 г влаги) добавляли порциями при перемешивании к размолотым на стержневой мельницe отходам, подвергнутым термообработке (780 г). Перемешивание продолжали дополнительно в течение нескольких минут, а затем при постоянном перемешивании порциями добавляли воду (121,4 г). При перемешивании добавляли порциями часть смеси, содержащей ферментированные фильтры прядильной камеры, полученные на первой стадии (51,6 г; 26,4% волокон; 59,7% влаги; 13,9% дрожжей, с учётом предположения, что все твёрдые вещества связующего превратились в СО и испарились, тогда как все другие компоненты остаются неизменными; таким образом, продуктивное количество волокон 13,6 г; 30,8 г влаги; 7,2 г дрожжей). Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,70% масс. свежих пекарных дрожжей; 1,2% масс. связующего алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы и 78% масс. волокон. После дополнительного перемешивания в течение 10 минут смесь переносили в пластиковую кружку объёмом 2,5 л и покрывали кружку алюминиевой фольгой.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в кружку, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 2-7 дней в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (10 г, указана точная масса) разбавляли водой (75 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.