Способ отделения волокон Российский патент 2020 года по МПК D21B1/36 

Настоящее изобретение относится к способу отделения волокон, особенно способу извлечения волокон из волокнистого композита или волокнистого композиционного материала с помощью кавитации. Способ согласно настоящему изобретению можно применять в области бумажной промышленности или в перерабатывающей промышленности, например, с целью извлечения волокон (сырья), содержащихся в композиционных материалах бумажных продуктов, и применения их в производстве бумаги или переработке. Кроме того, его можно использовать в других применениях для отделения волокон в различных индустриях.

Повторное использование макулатурных волокон, например, сохраняет природные ресурсы и является решающим фактором для защиты окружающей среды, и более того, это также сохраняет воду и энергию и образует меньше вредных выбросов и отходов в процессе производства по сравнению с производством бумаги из первичных волокон.

Способы переработки, особенно способы отделения волокон, известны в уровне техники. Применимость этих способов зависит в основном от качества волокна, которое можно получить для переработанных волокон и затрачиваемых на это ресурсов, особенно затрат на энергию для выполнения данного способа.

В производстве бумажной продукции, например, упаковочных материалов, процентная доля композиционных материалов и бумаги с покрытием растет по сравнению с бумажной макулатурой. Знакомыми примерами являются упаковки из композиционных материалов, такие как пакеты для напитков, состоящие из по меньшей мере двух материалов, содержащих картон в качестве внешнего слоя упаковки и слой алюминия и/или полимера в качестве внутреннего слоя упаковки. Эти два материала соединены вместе так, что отделить их друг от друга руками невозможно.

Переработка этих упаковочных материалов, а также другой бумажной продукции, учитывая все увеличивающуюся долю композиционных материалов, известными в уровне техники способами практически невозможна из-за отделения или выделения содержащихся в них волокон (сырья) или возможна только при очень высоких энергетических затратах.

Как правило, в способах, известных в уровне техники, макулатуру смачивают водой в бракомолке и пропитывают под механическим воздействием таким образом, что волокна разбухают и материал, содержащийся на бумажных волокнах, отделяется. В бракомолке находятся роторы для перемешивания, которые усиливают внутреннее трение в пульпе, что способствует улучшенному отделению волокон.

В DE 102011083667 А1 раскрыт способ смачивания волокнистого материала с помощью устройства, состоящего из по меньшей мере одного корпуса, имеющего по меньшей мере одно закрываемое отверстие, а также ротор для перемешивания содержимого корпуса.

Недостатком способов, известных в уровне техники, является то, что в них требуется слишком длительное время обработки для пропитки и разбухания для отделения волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов. Это означает, что отходы, отделяемые от макулатуры и, таким образом, от волокон, такие как пластик, алюминиевая фольга и воск, без необходимости измельчают, и их только с трудом можно отделить от собственно перерабатываемых волокон, применяя дополнительные стадии переработки и с большими затратами. С учетом этого, количество пригодных к использованию волокон значительно уменьшается с увеличением длительности обработки волокнистого композита и волокнистых композиционных материалов. Кроме того, волокна в этом случае могут измельчаться и/или повреждаться при внутреннем трении в пульпе, что снижает выход и качество перерабатываемых волокон.

Кроме того, слишком продолжительная обработка также отрицательно сказывается на самих волокнах и на соответствующих качестве и прочностных свойствах волокон. Длинные волокна имеют тенденцию рваться в ходе слишком продолжительной обработки, что в свою очередь ведет к ухудшению качества волокна. Кроме того, волокна претерпевают значительное изменение своей формы, размера частиц и длины при использовании способов, обычно применяемых в уровне техники, что приводит к ухудшению качества волокна и вследствие этого к снижению выхода перерабатываемых волокон.

С целью предотвращения ухудшения качества волокна и потери перерабатываемых волокон вследствие слишком продолжительной переработки, волокнистый композиционный материал подвергают только очень короткой подготовке в бракомолке в способах существующего уровня техники. Недостаток этих способов в том, что вследствие короткого времени обработки большая часть волокнистых композитов или волокнистых композиционного материала не отделяется и попадает в отходы, которые поступают на последующее извлечение/отделение на расположенных ниже по технологическому потоку сортировочные и очистительные стадии. Это приводит к потере ценных волокон и увеличению технологических затрат на переработку/отделение и утилизацию отходов.

Учитывая состояние уровня техники, решение проблемы, предложенное в данном изобретении, по меньшей мере частично устраняет недостатки существующего уровня техники. Эта проблема решается с помощью способа согласно п. 1. Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения.

Соответственно, изобретение относится к способу отделения волокон, особенно к способу извлечения волокон из волоконного композита или волоконного композитного материала с помощью кавитации и использования по меньшей мере одного контейнера с заранее определенным заполняемым объемом, а также по меньшей мере одного вакуумного насоса, который подсоединен через вакуумную линию и клапан к объему контейнера. Под волокнами здесь понимается тонкое или тонкое нитевидное образование, которое состоит из растительного или животного сырья и получено химическим и/или механическим методами или также может быть создано искусственно. Эти волокна, особенно бумажные/целлюлозные волокна, представляют собой сырье для производства бумаги и соединены в материалах, подлежащих переработке, с другими материалами, особенно в волокнистых композитах или волокнистых композиционных материалах. Волокнистые композиты или волокнистые композиционные материалы представляют собой прочное соединение различных материалов. Бумажные/целлюлозные волокна как часть композита соединены с другими материалами, например алюминиевым покрытием, так что они практически объединяются в единое целое. Благодаря способу данного изобретения этот единый элемент/композит разрушается кавитацией, и волокна бумаги/целлюлозы и другие композиционные материалы отделяются друг от друга. Под кавитацией понимается процесс, основанный на скорости разрушения газовых пузырьков, при котором пузырьки газа в жидкостях увеличиваются в своем объеме и взрываются во время взрывного выравнивания давления при изменении давления, особенно при создании вакуума. Из-за направленного вовнутрь взрыва пузырьков газа увеличенный объем пузырьков газа заполняется жидкостью, так что кинетическая энергия воздействует на волокнистый композит или волокнистые композиционные материалы, и они отделяются друг от друга. Под взрывным выравниванием давления подразумевается быстрое выравнивание давлений между внутренним давлением в контейнере и давлением снаружи контейнера в течение промежутка времени от 0,001 сек до 1 сек.

Способ согласно изобретению отличается, в частности, кавитационным процессом, при котором предпочтительно связи вол окно/вол окно и волокно/не волокно, т.е. покрытие любого данного типа, отделяются друг от друга. В частности, не содержащие волокна соединения на волокнах (такие как ПЭ пленка, алюминиевая фольга, барьерные покрытия и т.д.) отделяются друг от друга на большой площади и практически не содержат волокон, то есть остаточная часть прилипших волокон на этих материалах исходного волокнистого композита по меньшей мере минимальна или полностью исключена. Кроме того, агломераты волокон или классические связи волокно/волокно разрушаются с получением отдельных волокон. Это разрушение также происходит и в случае специальных волокнистых соединений, которые, например, были обработаны или пропитаны специальными агентами (усилителями прочности во влажном состоянии, смолой и т.д.) и которые считались неразделимыми в предшествующем уровне техники или отделяемыми только при очень больших затратах энергии.

Способ согласно изобретению специально разработан для отделения друг от друга материалов композита, которые склеены с волокнистой тканью или представляют собой покрытие (экструдированы) на ней, в практически свободном от волокон состоянии, особенно на большой площади. Это достигается с помощью этого способа мягким образом, без излишнего дробления растворенных композиционных материалов таким образом, как это уже известно в предыдущих процессах. Это свойство служит для последующей сортировки/разделения различных материалов, чтобы направить соответствующие полученные различные фракции в их собственную схему переработки, и, таким образом, оно в значительной степени служит для эффективного использования ресурсов и энергии.

Кроме того, с помощью способа согласно данному изобретению можно растворять связи между волокнами, которые вследствие их измененных свойств (специальная предварительная обработка, такая как гидрофобная обработка) основаны на очень износостойких волокнистых композитах, и поступают на процесс переработки. В предшествующем уровне техники это можно осуществлять только с большими затратами энергии или по большей части невозможно в случае волокон или бумаги, обработанных для повышения прочности во влажном состоянии.

Способ извлечения волокон из композита предпочтительно осуществляют в газонепроницаемом закрываемом контейнере, в так называемой кавитационной бракомолке. Контейнер (кавитационная бракомолка) выполнен с габаритными размерами, соответствующими выбранному материалу, толщине стенок и армированию так, чтобы он не повреждался при выполнении способа с отдельными циклами растворения волокон при различных давлениях путем откачки (расширения) или при взрывном уравнивании давления (направленном вовнутрь взрыве). Уровни давления, необходимые для создания пустот, можно получать с помощью по меньшей мере одного традиционного вакуумного насоса, известного в уровне техники. Вакуумный насос, установленный вне контейнера, соединен непосредственно с контейнером через по меньшей мере одну вакуумную линию. Преимуществом в данном случае является то, что для создания вакуума и, таким образом, разряжения не требуется дополнительный контейнер, работающий под давлением. Это упрощает принципиальную схему и снижает объем всей системы и поэтому снижает затраты. В по меньшей мере одной вакуумной линии есть по меньшей мере один клапан для закрывания и открывания вакуумной линии. Клапан вакуумной линии управляется пневматически. Преимуществом пневматического управления клапаном вакуумной линии является то, что можно выполнять заданную и координированную по времени последовательность создания вакуума. Это не исключает другие возможности осуществления управления, такие как электро-пневматическое управление клапанами.

Кроме того, используется по меньшей мере одна вентиляционная линия с заранее определенным проходным поперечным сечением с по меньшей мере одним клапаном. Клапан вентиляционной линии имеет закрытое и открытое состояние, где в открытом состоянии воздух может проходить через клапан, а в закрытом состоянии клапан закрыт так, что воздух не может проходить через клапан. Клапан вентиляционной линии может переключаться в продолжение временного интервала от 19 мсек (миллисекунд) до 41 мсек из закрытого состояния в открытое состояние. Клапан переходит в состояние переключения, в котором воздух может проходить через клапан. Кроме того, клапан вентиляционной линии может переключаться в продолжение временного интервала от 20 мсек до 45 мсек из открытого состояния в закрытое состояние. Клапан в этом случае переходит в состояние переключения, в котором клапан не пропускает воздух. Клапан предпочтительно имеет пневматическое управление. Преимуществом пневматического управления клапанами является то, что можно выполнять заданную и координированную по времени последовательность создания вакуума. Это не исключает другие возможности осуществления управления, такие как электро-пневматическое управление клапанами.

Используемые клапаны (скоростные задвижки) в вентиляционных линиях представляют собой модифицированные клапаны из уровня техники для открывания и закрывания линий, находящихся под давлением, или воздуховодов. Известные в уровне техники клапаны имеют недостаток в том, что они не способны быстро достигать скорости открывания, необходимой для обеспечения кавитации, которая требуется для способа данного изобретения. Только благодаря высоким скоростям открывания можно добиться быстрого выравнивания разряженного давления внутри контейнера с давлением окружающей контейнер среды. Модифицированные клапаны имеют воздушную камеру, вход клапана и выход клапана, соответственно подсоединенные к внутренним направляющим патрубкам. Кроме того, клапан имеет внутреннюю цилиндрическую камеру, в которую поступает воздух из входа клапана. Во внутренней цилиндрической камере установлен плунжер, который способен вращательно двигаться, вступая в контакт с двумя направляющими патрубками. Вход клапана и выход клапана имеют диаметр в диапазоне по меньшей мере от дюйма (6,35 мм) до дюйма (19,05 мм), предпочтительно в диапазоне от дюйма (12,7 мм) до дюйма (19,05 мм), особенно предпочтителен вариант дюйма (19,05 мм). Благодаря модифицированной конструкции входа клапана и выхода клапана по сравнению с клапанами, известными в уровне техники, которые имеют вход клапана размеров дюйма или меньше, плунжер движется значительно быстрее, что позволяет быстрее переключать поток воздуха через него. Кроме того, цилиндрическая камера была модифицирована в отношении ее объема и было модифицировано отверстие выхода воздуха, что благоприятно влияет на улучшение выхода воздуха из клапана.

Способ согласно изобретению включает в себя, по меньшей мере, стадии от i) до iv), которые будут описаны ниже. Кроме того, стадия iv) включает в себя дне менее двух дополнительных под стадий v) и vi).

i) Контейнер (кавитационная бракомолка) заполняется заданным количеством воды и по меньшей мере одним волокнистым композитом или волокнистым композиционным материалом. Альтернативно, контейнер может быть уже заполнен смесью волокнистый композит/вода, которая уже была произведена на более ранней стадии процесса и в другом контейнере из волокнистого композита или волокнистого композиционного материала с водой. Наполнение, вентиляция и сброс, а также опорожнение контейнера предпочтительно обеспечиваются пятью газонепроницаемыми закрывающимися отверстиями. Они состоят из напускной крышки с круговым резиновым уплотнением для загрузки волокнистого композита или волокнистого композиционного материала, а также опорожняющего отверстия для удаления перерабатываемых волокон и для отделения отходов. Кроме того, контейнер имеет линию разбавления для подачи воды и по меньшей мере одну вакуумную линию с клапаном. Вакуумная линия соединена по меньшей мере с одним вакуумным насосом, чтобы создавать давление внутри контейнера, отличное от давления снаружи контейнера (давления окружающей среды вне контейнера). Кроме того, контейнер имеет по меньшей мере одну вентиляционную линию по меньшей мере с одним клапаном (скоростными задвижками), так что при открытии клапана вентиляционной линии происходит выравнивание давления между давлением внутри контейнера и давлением окружающей среды вне контейнера. Благодаря быстрому открыванию и закрыванию по меньшей мере одного клапана по меньшей мере одной вентиляционной линии происходит взрывное выравнивание давления и при одновременном создании вакуума с помощью вакуумного насоса внутри волокнистого композита или волокнистого композиционного материала возникает кавитация. Напускная крышка с круговым резиновым уплотнением представляет собой крышку с гидравлическим и/или электрическим приводом для закрывания загрузочного отверстия контейнера. Последовательность перемещений крышки проходит от открытого положения, в котором крышка сверху не прилегает к загрузочному отверстию, которое должно быть закрыто, до закрытого положения, в котором крышка прилегает к загрузочному отверстию, которое должно быть закрыто. Напускная крышка перемещается из открытого положения в закрытое положение с помощью ходовых колес, установленных на раме крышки, которые движутся по прямой направляющей, установленной на контейнере. Напускную крышку перед каждым рабочим перемещением поднимают в начале последовательности перемещения на несколько миллиметров одновременно в вертикальном направлении, чтобы предпочтительно не повредить слегка выступающее и окружающее резиновое уплотнение, установленное в нижней части напускной крышки, вследствие трения, возникающего при движении напускной крышки из открытого положения в закрытое положение или из закрытого положения в открытое положение. Под рабочим перемещением подразумевается последовательность перемещений крышки из открытого положения в закрытое положение или из закрытого положения в открытое положение с предшествующим или последующим подниманием или опусканием в вертикальном положении. Положение позиционирования крышки определяется датчиками, которые выбирают из группы, включающей электрические, магнитные, механические, электромеханические и/или оптические датчики. На переднем краю крышки установлен щеточный буртик, который счищает загрязнения с верхнего края отверстия крышки во время движения крышки назад и вперед, чтобы обеспечить оптимальную герметизацию контейнера напускной крышкой. Под переднем краем крышки подразумевается край, который расположен ближе всего к отверстию контейнера при перемещении из открытого положения в направлении закрытого положения.

ii) После наполнения контейнера волокнистыми композитами или волокнистыми композиционными материалами контейнер закрывают газонепроницаемым образом так, чтобы в контейнер не проникал воздух извне, или можно было бы создать давление внутри контейнера, которое отличается от давления снаружи контейнера, по крайней мере одним вакуумным насосом. Благодаря газонепроницаемому укупориванию загрузочного отверстия (напускной крышкой) контейнера предпочтительно достигается первое требуемое вакуумирование (разряжение), чтобы создать соответствующую кавитацию путем выполнения последующего взрывного выравнивания давления.

iii) После укупоривания контейнера газонепроницаемым образом выполняют перемешивание воды с волокнистым композитом или волокнистым композиционным материалом с использованием механической энергии, особенно с помощью перемешивания. Перемешивание выполняют с помощью перемешивающего механизма, установленного в контейнере. Преимущество постоянного перемешивания суспензии пульпы с помощью механизма перемешивания в том, что оно улучшает распределение жидкости и смешивание суспензии пульпы, что усиливает эффект кавитации. Перемешивание выполняют при средней скорости ротора, контролируемой преобразователем частоты, в интервале от 1 1/мин до 1000 1/мин, предпочтительно - в интервале от 1 1/мин до 500 1/мин, особенно предпочтительно - в интервале от 200 1/мин до 500 1/мин. В альтернативном случае, для лучшего распределения жидкости, в контейнере может быть установлен обычный ротор, который приводится в движение с помощью узлов привода, известных в предшествующем уровне техники, таких как асинхронные двигатели со шкивом ременной передачи и ремнем, или посредством зубчатой передачи или посредством прямого привода с заданной точкой останова для оси ротора. Для газонепроницаемого уплотнения ротора используется уплотнение, известное из уровня техники, такое как осевое торцевое уплотнение.

iv) С помощью способа согласно данному изобретению волокнистым композитам или волокнистым композиционным материалам сообщается кинетическая энергия в ходе подстадий (v) и (vi). Подстадии (v) и (vi) зависят от типа и качества волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов, подлежащих обработке, и их выполняют по меньшей мере один раз в соответствии с требованием к качеству волокна при последующей переработке, и их можно повторять по меньшей мере еще один раз и/или дополнительное число раз с целью улучшения как выхода волокна, так и его качества.

v) В первой подстадии (v) путем откачки воздуха из контейнера через по меньшей мере одну вакуумную линию по меньшей мере одним вакуумным насосом, создают давление внутри контейнера, которое отличается от давления снаружи контейнера. Давление внутри контейнера понижают до уровня в интервале от -700 гПа до -950 гПа. Благодаря созданному внутри контейнера разряжению и получению вакуума пузырьки газа между отдельными волокнами волокнистого композита или волокнистого композиционного материала, пропитанного водой, увеличиваются в объеме. Вследствие взрыва этих пузырьков газа внутри волокнистого композита, между волокнами, а также на прилежащих поверхностях, на короткое время создаются экстремальные условия с высокими значениями давления и температуры. Благодаря этим быстро проходящим экстремальным условиям внутри волокнистого композита, воздействию и разрушению поддаются даже прочные материалы.

vi) Во второй подстадии (vi) осуществляют выравнивание давления внутри контейнера с целью создания вышеупомянутой кавитации внутри волокнистого композита или волокнистого композиционного материала. Преимущество заключается в том, что кавитация происходит из-за взрывного выравнивания давления вследствие открывания по меньшей мере одного клапана в по меньшей мере одной вентиляционной линии. В результате кавитации пузырьки газа схлопываются (взрываются вовнутрь) так, что увеличившийся перед этим объем заполняется жидкостью, предпочтительно водой. Кинетическая энергия этой занимающей пространство жидкости преобразуется в энергию удара в виде давления жидкости, направленного в центр через ранее существовавшее газовое пространство. Получающиеся в результате «игольчатые» энергетические шоки вызывают «взрывную отбойку» волокон от отходов из волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов и, таким образом, приводят к разделению исходного материала. Процесс открывания по меньшей мере одного клапана в вентиляционной линии и сопутствующее этому практически взрывное выравнивание давления происходит в продолжение временного интервала от 0,001 сек до 1 сек. Благодаря быстрому открыванию клапана схлопывание газового пузырька и связанное с этим выделение кинетической энергии внутри волокнистого композита еще более усиливаются, и выход перерабатываемых волокон увеличивается. Преимущество заключается в том, что разделение волокон и отходов облегчается и дополнительно ускоряется за счет увеличения доступной кинетической энергии, так что время обработки волокнистых композитов или волокнистых композитных материалов в целом значительно уменьшается, и волокнистые композиты или волокнистые композитные материалы могут подвергается гораздо более щадящей обработке при их разделении. Это приводит как к улучшенному выходу перерабатываемых волокон, так и к повышению качества перерабатываемых волокон, а также к значительному снижению энергопотребления способа данного изобретения из-за сокращенного времени обработки.

В частности, в дополнительном варианте осуществления стадию (vi) предпочтительно выполняют в течение периода времени продолжительностью от 0,001 сек до 0,1 сек, особенно предпочтительно в течение периода времени продолжительностью от 0,001 сек до 0,01 сек.

В одном варианте осуществления изобретения клапан соединен через вакуумную линию по меньшей мере с одним обратным клапаном. Благодаря обратному клапану клапан и, следовательно, вакуумная линия закрыты в одном направлении, в то время как в другом направлении он открыт вследствие всасывающего действия вакуумного насоса. Когда вакуумный насос включен, уплотнительная заслонка поднимается со своего гнезда клапана, и газы и/или воздух, присутствующие в контейнере, откачиваются с помощью всасывающего действия вакуумного насоса. Когда вакуумный насос выключен, уплотнительная заслонка прижимается за счет своего веса к своему гнезду клапана, и таким образом герметично закрывается. В этом отношении не происходит никакого дополнительного воздухообмена между окружающей средой контейнера и/или вакуумной линией с вакуумным насосом и внутренней частью контейнера и вакуумом внутри внутренней части контейнера, и давление остается стабильным. Описанная здесь конструкция обратного клапана представляет собой только одно иллюстративное описание и не ограничивается этим примером. Аналогичным образом могут использоваться клапаны, имеющие отсекающие элементы, содержащие, например, шарики, конусы и мембраны. Отсекающий механизм или приведение в движение закрывающего элемента также может выполняться в виде пружины.

Наличие обратного клапана позволяет поддерживать постоянное давление внутри контейнера, особенно разряжение, так что поступающий на последующем этапе (vi) воздух создает кавитацию между волокнами волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов. Благодаря обратному клапану предотвращается потеря вакуума через вакуумную линию в ходе длительного поддержания вакуума в контейнере. Кроме того, обратный клапан помогает предохранять вакуумный насос.

В дополнительном варианте осуществления изобретения клапаны в вентиляционной линии переключается в продолжение временного интервала от 19 мсек до 27 мсек, предпочтительно в продолжение временного интервала от 19 мсек до 24 мсек, из закрытого положения в открытое положение и в продолжение временного интервала от 20 мсек до 39 мсек, предпочтительно в продолжение временного интервала от 20 мсек до 33 мсек, особенно предпочтительно в продолжение временного интервала от 20 мсек до 24 мсек, из открытого положения в закрытое положение.

Изобретение относится к способу переработки по меньшей мере одного волокнистого композиционного материала, выбранного из группы волокнистых систем, содержащих натуральные волокна, такие как растительные волокна, и/или минеральные волокна, и/или искусственные волокна, полученные из природных полимеров растительного или животного происхождения, природных полимеров и/или синтетических полимеров, и пленок из природных полимеров и/или синтетических полимеров и/или металлов или смесей этих материалов.

Изобретение также относится к способу, в котором помимо воды и волокнистого композиционного материала добавлена по меньшей мере еще одна добавка, которую выбирают из группы, включающей кислоты, щелочи, диспергаторы, смачивающие агенты и их комбинации.

Кроме того, изобретение относится к способу, в котором волокнистый композиционный материал измельчают перед загрузкой в контейнер, и отдельные куски волокнистого композиционного материала предпочтительно имеют среднюю максимальную краевую поверхность менее чем 10000 мм², предпочтительно - менее чем 100 мм² и особенно предпочтительно - менее чем 25 мм². Преимущество состоит в том, что это обеспечивает улучшенное проникновение жидкости в волокнистый композит, и, таким образом, проникающая жидкость лучше разделяет волокна волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов посредством кавитации и разрушения газовых пузырьков. Уменьшенная краевая поверхность создает увеличенную площадь воздействия и предотвращает перекрывание участков, поэтому выход и качество волокна улучшаются с помощью способа данного изобретения.

Если для обработки пульпы используется способ согласно изобретению, используемые волокна меньше повреждаются. Тонкое разветвление структуры волокна, в частности на поверхности отдельных волокон, повреждается меньше, чем в способах современного уровня техники, которые используются для той же цели, а именно для того, чтобы сделать пульпу пригодной для перекачивания и отделить волокна.

В фильтрате пульпы, растворяемой при перекачивании с помощью описанного способа, потребность в химическом кислороде (CSB) для расщепления ингредиентов, присутствующих в фильтрате, снижается на 2-42% по сравнению с современными системами растворения с такой же степенью растворения и при таком же сырье.

Сопротивление осушению по Шопперу-Риглеру (°SR) снижается на 1-8 баллов при использовании описанного метода по сравнению с современными системами растворения с такой же степенью растворения и при таком же сырье.

Среди прочего, это обеспечивает повышение выхода по используемому сырью, снижает сопротивление дренажу произведенного таким образом волокнистого материала и, следовательно, увеличивает скорость работы машин, изготавливающих бумагу. Кроме того, снижается норма расхода средств контроля микроорганизмов (биоцидов) и тем самым снижается нагрузка на окружающую среду. Снижение нагрузки на очистные сооружения благодаря уменьшению потока с бумажной фабрики также является дополнительным преимуществом настоящего изобретения.

В частности, краевая поверхность отдельных кусков волокнистого композита увеличивается практически пропорционально заполняемому объему контейнера, что в свою очередь приводит к стационарной продолжительности процесса. При постоянной краевой поверхности отдельных кусков волокнистого композита и одновременном увеличении заполняемого объема контейнера может происходить замедление процесса.

В одном варианте осуществления стадию (iv) повторяют заранее определенное число прогонов. Путем повторения стадии (iv) повышают выход волокна с улучшенным качеством благодаря более мягкой обработке. Для этого первый прогон стадии (iv) выполняют с перепадом давления в течение эффективного времени, составляющего 2 минуты, особенно 3 минуты, предпочтительно - 5 минут. В частности, при первом прогоне стадии (iv) перепад давления (разряжение), создаваемый вакуумированием контейнера, поддерживают в течение эффективных периодов времени, пока материал суспензии тщательно перемешивается (гомогенизируется) с помощью ротора. После этого проводят кавитацию между волокнами волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов путем открывания клапанов в вентиляционных линиях и, таким образом, быстрого выравнивания давления. Пузырьки газа между волокнами волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов разрушаются и заполняются жидкостью, благодаря чему происходит разделение. Предпочтительно так подготавливать волокнистые композиты или волокнистые композиционные материалы в первом цикле с более длительным эффективным временем, чтобы способ данного изобретения был более щадящим по отношению к перерабатываемым волокнам. Результатом этого является улучшение выхода волокон и их качества.

В дополнительном варианте осуществления данного изобретения стадию (iv) повторяют при различной продолжительности эффективного времени в ходе по меньшей мере четырех последующих прогонов, особенно в ходе девяти последующих прогонов, предпочтительно в ходе от четырнадцати до двадцати пяти прогонов, особенно предпочтительно - в ходе двадцати девяти прогонов. Благодаря повторению этапа (iv) с вакуумированием контейнера и созданием перепада давления и с последующим быстрым открыванием клапана по меньшей мере в одной вентиляционной линии, выход вторичных волокон, которые были отделены от волокнистого композита или волокнистых композиционных материалов, значительно увеличивается.

В еще одном варианте осуществления данного изобретения первый прогон стадии (v) завершают за период времени продолжительностью от 60 сек до 120 сек, особенно за период времени продолжительностью от 80 сек до 120 сек, предпочтительно за период времени продолжительностью от 100 сек до 120 сек, особенно предпочтительно за 120 сек.

В одном варианте осуществления данного изобретения разряжение внутри контейнера после стадии (v) составляет не более -950 гПа, особенно не более -700 гПа, предпочтительно - не более -500 гПа. Уровень разряжения, который необходимо создать, зависит от природы, состояния и количества волокнистого композита или волокнистого композитного материала, подлежащего растворению. Сообщаемая кинетическая энергия воды при взрыве пузырьков газа будет выше, если увеличивать разряжение. Это происходит за счет увеличения объема пузырька при более высоком разряжении. Преимущество в том, что снижается потребление энергии благодаря использованию более низкого давления для создания разряжения, поэтому снижаются затраты. В связи с этим уровень разряжения выбирают так, чтобы установить положительное соотношение между результатом растворения и выходом волокна за подходящее время и при низких затратах энергии. В зависимости от волокнистого композита или волокнистого композиционного материала сочетание меньшего разряжения с большим количеством прогонов на этапе (iv) или большего разряжения с меньшим количеством прогонов на этапе (iv) может привести к лучшему выходу волокна.

В одном варианте осуществления материал, заполняемый в контейнер, состоит из суспензии материала, состоящей из, по меньшей мере, одной жидкости, содержащей воду или воду и по меньшей мере еще одну добавку, и волокнистого композиционного материла в качестве твердой фракции, который в соотношении жидкой и твердой фракций составляет от 2% до 35%, предпочтительно от 5% до 25%, особенно предпочтительно от 8% до 22%. Соотношение жидкой и твердой фракций определяли методами согласно DIN 54 359. Было доказано, что такое соотношении жидкой и твердой фракций благоприятно для достижения хорошего разделения перерабатываемых волокон волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов. Такая консистенция предпочтительна для улучшения кавитации. Для консистенций выше указанных интервалов доля водной фракции в суспензии недостаточна, что отрицательно сказывается на проведении процесса кавитации.

В дополнительном варианте осуществления после стадии (vi) ускорение потока газа, текущего в контейнер после открывания клапана или клапанов в поперечном сечении клапана составляет от 20 м/сек² до 20000 м/сек², особенно от 2000 м/сек² до 20000 м/сек², предпочтительно от 6000 м/сек² до 16000 м/сек², особенно предпочтительно от 8000 м/сек² до 16 м/сек². Кроме того, скорость потока газа, текущего в контейнер после открывания клапана или клапанов после стадии (vi) составляет от 43 м/сек до 1000 м/сек, особенно от 100 м/сек до 750 м/сек, предпочтительно от 200 м/сек до 500 м/сек, особенно предпочтительно от 300 м/сек до 500 м/сек. Разрыв газовых пузырьков между волокнами волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов усиливается за счет более высоких скоростей потока, и весь процесс оптимизируется. С другой стороны, более низкие скорости потока ухудшают или затрудняют процесс, а, следовательно, и разрушение пузырьков газа или предотвращают возникновение кавитации.

В одном варианте осуществления данного изобретения соотношение между объемом контейнера и эффективной площадью поперечного сечения вентиляционной линии или клапана(ов) в вентиляционной линии находится в интервале от 10000 до 100000, особенно в интервале от 35000 и 75000, особенно в интервале от 50000 до 60000 и особенно в интервале от 52500 до 57500. Соотношение определяют по формуле 1:

Где:

соотношение это определяемое соотношение;

V_C это объем контейнера;

N это число клапанов, подсоединенных через вентиляционную линию;

D_V это диаметр клапанов; и

h это толщина заслонки клапана.

Способ согласно данному изобретению основан на кавитации. Чтобы создать кавитацию между волокнами в волокнистых композитах или волокнистых композиционных материалах, сначала должен быть откачан воздух из контейнера с заданным объемом. На следующем этапе суспензию пульпы подвергают воздействию воздуха через по меньшей мере один быстро переключаемый клапан по меньшей мере в одной вентиляционной линии, чтобы создать разрыв пузырьков газа между волокнами в волокнистых композитах или волокнистых композиционных материалах. Чтобы создать положительный эффект от кавитации, количество вентиляционных линий, которые должны быть снабжены соответствующими клапанами, и их эффективная площадь поперечного сечения согласуются с объемом вакуумируемого контейнера. В зависимости от компоновки и размера емкости количество вентиляционных линий, снабженных соответствующим клапаном, должно быть не менее одной. В частности, соотношение между объемом контейнера и эффективной площадью поперечного сечения вентиляционной линии или клапана (клапанов) означает, что необходимая скорость выравнивания давления в контейнере от разряжения внутри контейнера до давления окружающей среды вне контейнера происходит настолько быстро, что происходит разрыв пузырьков газа (кавитация) между волокнами волокнистого композита или волокнистого композиционного материала, и они разделяются.

Способ в соответствии с изобретением также отличается тем, что соединения загрязненных волокон, например, а также соединения волокна/не волокна (такие как использованные коробки с напитками, использованные чашки «кофе с собой» и т.д.) и/или другие виды примесей в исходных композициях волокон влекут за собой уменьшение количества микроорганизмов, присутствующих в сырье во время разделения путем кавитации, которое может быть уменьшено способом согласно изобретению. Так, общее измеренное количество микробов (плесени, дрожжей и бактерий) снижается на 1-40%, что связано, среди прочего, с лучшим разделением различных фракций. Это дает преимущества, среди прочего, в том, что может быть снижена норма расхода средств контроля микроорганизмов (биоцидов), а это означает меньшую нагрузку на окружающую среду. Кроме того, снижается содержание компонентов, имеющих запах, в растворенной пульпе и уменьшается нагрузка на очистные сооружения.

Способ в соответствии с изобретением дополнительно предлагает возможность увеличения внутренней прочности и состояния растительного волокна, то есть его прочностных свойств, посредством процесса кавитации при последующем формировании нового листового или волокнистого полотна.

Это дает преимущества, заключающиеся в том, что в растительном волокне, обработанном кавитацией и отделенном таким образом, происходит более интенсивное формирование волокон. Благодаря кавитации, происходящей на поверхности волокна, фибриллы, осажденные на стенке волокна во время предыдущих процессов сушки (кератинизации), удаляются, и фибриллы становятся пригодными для последующего соединения волокно/волокно. Среди прочего, это означает, что прочностные свойства (такие как нагрузка при разрыве, удлинение при разрыве, давление при разрыве и т.д.) листа, изготовленного из этой пульпы, увеличиваются на 2-20% по сравнению с листом, изготовленным из этой пульпы с таким же происхождением и произведенной с помощью существующего уровня техники.

Наконец, способ в соответствии с изобретением показывает, что растительные волокна, которые были сделаны пригодными для перекачивания, имеют уменьшенную продолжительность набухания. В экспериментах было обнаружено, что для такой же композиции целлюлозы требуется менее трех минут по сравнению с 20 минутами на установке, оборудованной в соответствии с предшествующим уровнем техники. Таким образом, стоящее ниже по технологическому потоку оборудование для обработки перекачиваемой целлюлозы требует меньше энергии для достижения того же результата.

Это, среди прочего, дает преимущества в том, что пониженное сопротивление пульпы к измельчению позволяет экономить энергию, потребляемую при измельчении с помощью дробилок, вплоть до 15%, а также, необязательно, может уменьшаться потребность в химикатах, как в массе целлюлозы, используемой для производства листа, так и на последующем этапе рафинирования поверхности, чем в целлюлозе, приготовленной с помощью оборудования предшествующего уровня техники.

Еще одна возможность, предлагаемая способом согласно изобретению, состоит в том, что, например, во время процесса кавитации растительные волокна могут быть подвергнуты растворению для придания им дополнительных или оптимизированных свойств. Это дает преимущество в том, что растительные волокна кондиционируют в рамках способа согласно изобретению, то есть вещества, изменяющие свойства волокна, могут быть введены в растительное волокно в зависимости от качества волокна, структуры волокна или происхождения волокна. Эти добавки могут включать, например, окрашивающие, гидрофобизирующие, флуоресцентные или повышающие прочность средства или добавки, которые могут быть снабжены нанодатчиком или наноактюатором.

Различные варианты осуществления изобретения будут объяснены ниже с помощью чертежей; они просто поясняют изобретение в качестве примера и не представляют собой какого-либо ограничения общей идеи изобретения в отношении модификаций. В графических материалах приведены:

На Фиг. 1 - блок-схема, отражающая один вариант осуществления способа в соответствии с изобретением 100;

На Фиг. 2 - схематическое изображение одного варианта осуществления оборудования 200 с кавитационной бракомолкой 300 согласно данному изобретению;

На Фиг. 3 - схематическое изображение одного варианта осуществления кавитационной бракомолки 300 согласно данному изобретению;

На Фиг. 4а - схематическое изображение одного варианта осуществления напускной крышки 330 кавитационной бракомолки 300 согласно данному изобретению, вид сбоку;

На Фиг. 4b - схематическое изображение одного варианта осуществления напускной крышки 330 кавитационной бракомолки 300 согласно данному изобретению, вид сверху;

На Фиг. 5 - схематическое изображение одного варианта осуществления клапана 341 кавитационной бракомолки 300 согласно данному изобретению;

На Фиг. 6 - схематическое изображение скорости открывания клапана 341 вентиляционной линии 340;

На Фиг. 7 - схематическое изображение потенциальной экономии энергии и времени растворения в процентах благодаря способу изобретения по сравнению с известными способами предшествующего уровня техники;

На фиг. 1 показана блок-схема, отражающая первый вариант осуществления способа в соответствии с изобретением 100. В частности, этот первый вариант осуществления способа 100 осуществляется посредством вариантов осуществления устройства, показанных на фиг. 2-5.

Перед заполнением контейнера 101 заранее определенным количеством воды и по меньшей мере одним волокнистым композитом или волокнистым композиционным материалом, включают насос подачи уплотняющей воды 240, чтобы подавать уплотняющую воду по линии уплотняющей воды 241 в осевое торцевое уплотнение ротора 242 и на осевое торцевое уплотнение вакуумного насоса 243. Уплотняющая вода подается под минимальным давлением, равным шесть бар. При давлении уплотнительной воды ниже минимального давления ротор и вакуумный насос 220 заблокированы и не готовы к работе. Кроме того, разгрузочная задвижка 320 закрыта, поскольку является разгрузочным отверстием для удаления перерабатываемых волокон и для отделения отходов. Для поднимания и опускания напускной крышки 330, а также для перемещения напускной крышки 330 вдоль направления движения 333 из закрытого положения 331 в открытое положение 332, включают гидравлическую силовую установку 232. После этого напускную крышку 330 поднимают в вертикальном направлении на несколько миллиметров и передвигают в открытое положение 332. Затем включают основной двигатель 210, который приводит во вращение ротор с заранее определенной скоростью. Скорость в зависимости от волокнистого композита или волокнистого композиционного материала изменяется в диапазоне от 1 об/мин до 500 об/мин. Этот вариант осуществления относится к использованию асинхронного двигателя 210 в сочетании со схемой, включающей ремень 213/шкив ременной передачи 211, 212 или двигатель/зубчатую передачу. Кроме того, клапан 341 (быстродействующие задвижки) в вентиляционной линии 340 открыт. С помощью индуктивного расходомера 251 устанавливают такое количество воды, чтобы плотность пульпы, требуемая для процесса, в соотношении жидкой и твердой фракций составляла от 2% до 35%, предпочтительно от 5% до 25%, особенно предпочтительно от 8% до 22%. После этого, жидкость (воду) подают через отрытый клапан 252 подачи воды, и волокнистый композит или волокнистый композиционный материал вводят в зависимости от плотности пульпы, которую необходимо достичь, через подвижную и герметичную закрывающуюся напускную крышку 330.

После загрузки контейнера 310, напускную крышку 330 герметично закрывают 102 и выключают гидравлическую силовую установку. При герметичном закрывании напускной крышки 330 происходит предварительное перемешивание суспензии пульпы вращающимся ротором.

После герметичного закрывания контейнера 310 выполняют стадию перемешивания суспензии пульпы 103, используя механическую энергию, особенно перемешивание посредством ротора, в течение не менее двух минут. После истечения установленного периода перемешивания закрывают клапан 341 вентиляционной линии.

После перемешивания суспензии пульпы волокнистому композиту 104 передается кинетическая энергия. Для этого включают вакуумный насос 220, чтобы установить перепад давления (отрицательное давление) внутри контейнера.

В подстадии (v) 105 вакуумный насос 220 используют для создания перепада давления (разряжения) в контейнере 310 на уровне не более -950 гПа, особенно не более -700 гПа, предпочтительно - не более -500 гПа. Величина перепада давления зависит от волокнистого композита или волокнистых композиционных материалов, подлежащих растворению, и задается в начале способа 100. Установление и поддержание перепада давления (разряжения) полностью происходит в течение первого прогона стадии 104 в течение эффективного времени, составляющего 2 минуты, особенно 3 минуты, предпочтительно - 5 минут. В этом первом прогоне суспензию пульпы смешивают и гомогенизируют при перемешивании с помощью ротора при поддержании перепада давления. Благодаря созданию и поддержанию перепада давления объем пузырьков газа в жидкости увеличивается. Благодаря гомогенизации волокна волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов поглощают эту жидкость, которая в этом варианте осуществления изобретения представляет собой воду.

По достижении заданного перепада давления (разряжения) внутри контейнера 310 вентиляционная линия 340 взрывным образом открывается и закрывается клапаном 341 в вентиляционной линии 340. Благодаря быстрому открыванию и закрыванию клапана 341 в подстадии (vi) 106 внутри контейнера происходит взрывное выравнивание давления. Из-за взрывного выравнивания давления (vi) 106 пузырьки газа взрываются и увеличенный объем пузырьков газа заполняется жидкостью, так что кинетическая энергия воздействует на волокнистый композит или волокнистые композиционные материалы и отделяет их друг от друга.

Перепад давления определяется датчиком давления 222 внутри контейнера 310.

После первого взрывного открывания и закрывания клапана 341 в вентиляционной линии 340 в течение периода времени продолжительностью от 0,001 до 1 сек, предпочтительно - от 0,001 сек до 0,1 сек, особенно предпочтительно в течение периода времени продолжительностью от 0,001 сек до 0,01 сек, и, вследствие этого, выравнивания давления, вакуумный насос 220 продолжает создавать вакуум через вакуумную линию 221 и еще раз создает разряжение в контейнере 310.

Подстадии (v) и (vi) повторяют в циклической последовательности 107 при непрерывной работе вакуумного насоса 220 в ходе по меньшей мере четырех последующих прогонов, особенно в ходе девяти последующих прогонов, предпочтительно в ходе от четырнадцати до двадцати пяти прогонов, особенно предпочтительно - в ходе двадцати девяти прогонов. Число последующих прогонов, в ходе которых клапан 341 открывают и закрывают в продолжении миллисекундного интервала в вентиляционной линии 340, устанавливают в зависимости от используемого волокнистого композита или волокнистого композиционного материала в начале способа 100.

После завершения заданной циклической последовательности 107 вакуумный насос 220 отключают, а вентиляционную линию 340 открывают путем открывания клапана 341 в вентиляционной линии 340, в результате происходит полное выравнивание давления между давлением внутри контейнера и давлением внешней среды вне контейнера. Кроме того, гидравлическую силовую установку 232 включают, а напускную крышку 330 герметично закрытых контейнеров 310 поднимают в вертикальном направлении на несколько миллиметров и перемещают из закрытого положения 331 в открытое положение 332 вдоль направления движения 333. В конце движения крышки гидравлическую силовую установку 232 выключают. С помощью индуктивного расходомера 251 устанавливают дополнительное количество воды для последующего разбавления суспензии пульпы, и установленную подачу воды осуществляют путем открывания клапана 252 подачи воды. Дополнительное перемешивание производят в зависимости от используемого волокнистого композита или волокнистого композиционного материала в течение дополнительного времени перемешивания в продолжение от более 0 до 3 мин, при средней скорости ротора в диапазоне от 1 об/мин до 1000 об/мин, предпочтительно в диапазоне от 1 об/мин до 500 об/мин, особенно предпочтительно в диапазоне от 200 об/мин до 500 об/мин. По окончании дополнительного процесса перемешивания суспензию выгружают через разгрузочную задвижку 320 и отправляют на дальнейшую обработку и/или переработку и/или утилизацию. Необязательно производят промывку еще один раз для опорожнения контейнера 310. После опорожнения контейнера 310 выключают основной двигатель 210, а затем насос подачи уплотняющей воды 240.

В дополнительном варианте осуществления в качестве основного двигателя 210 используют прямой привод, такой как двигатель с большим пусковым моментом/безредукторный двигатель, сначала загружая воду и волокнистый композит или волокнистый композиционный материал в контейнер 310, а затем включая основной двигатель 210 и с его помощью - ротор. Преимущество в том, что дополнительную экономию энергии можно достичь с помощью этого дополнительного варианта осуществления.

На Фиг. 2 показано схематическое двухмерное изображение варианта осуществления схемы 200 с кавитационной бракомолкой 300 согласно данному изобретению в ходе последовательности выполнения способа 100 при закрытой напускной крышке 330. В этом случае напускная крышка 330 находится над загрузочным отверстием контейнера 310 в закрытом положении 331. Используя гидравлическую силовую установку (не показана), обеспечивают гидравлическое давление, с помощью которого напускную крышку 330 из закрытого положения 331 поднимают вертикально на несколько миллиметров и затем перемещают вдоль направления движения 333 в открытое положение 332. В ходе загрузки контейнера волокнистым композитом или волокнистым композиционным материалом напускная крышка 330 находится в открытом положении 332. После завершения загрузки контейнера напускную крышку 330 перемещают вдоль направления движения 333 в закрытое положение 331 и опускают поверх загрузочного отверстия так, чтобы контейнер 310 был герметично закрыт. Кроме того, схема 200 с кавитационной бракомолкой 300 содержит основной двигатель 210. Движущая сила основного двигателя 210 передается через два шкива ременной передачи 211, 212 посредством ремня 213 на ротор (не показан), расположенный внутри контейнера 310. Соединение между ротором и шкивом ременной передачи 212 загерметизировано осевым торцевым уплотнением 242. Для этого подают уплотняющую воду под минимальным давлением 6 бар с помощью насоса уплотняющей воды 240 по линии 241 уплотняющей воды. Далее, насос уплотняющей воды 240 по линии 241 уплотняющей воды подает уплотняющую воду на осевое торцевое уплотнение 243 на вакуумном насосе 220. Воздух откачивают из контейнера вакуумным насосом 220 через вакуумную линию 221, и, таким образом, в контейнере 310 создается вакуум или перепад давления (разряжение). Датчиком давления 222 определяют перепад давления, создаваемый в контейнере 230. Кроме того, схема 200 с кавитационной бракомолкой 300 содержит линию 250 подачи воды, по которой воду в количестве, необходимом для способа 100, подают в контейнер 310 через открываемый клапан 252 подачи воды. С помощью индуктивного расходомера 251 устанавливают количество воды, необходимое для способа 100 в зависимости от плотности пульпы. Кроме того, воду для дальнейшего разбавления суспензии пульпы после стадии способа (iv) также подают через линию 250 подачи воды. Кроме того, схема 200 с кавитационной бракомолкой 300 содержит вентиляционную линию 340 с клапаном 341 для выравнивания давления после достижения заданного перепада давления. Путем взрывной вентиляции контейнера 310 посредством быстрого закрывания клапана 341 в вентиляционной линии 340 создается кавитация в волокнистом композите или волокнистом композиционном материале.

На Фиг. 3 показано схематическое изображение одного варианта осуществления кавитационной бракомолки 300 в схеме 200 согласно данному изобретению, вид сбоку. В этом варианте осуществления контейнер 310 показан открытым, и напускная крышка 330 находится в открытом положении 332. Напускная крышка 330 вдоль направления движения 333 перемещается из открытого положения в закрытое положение с помощью ходовых колес 371, установленных на раме крышки 334 (не показана), которые движутся по прямой направляющей 370, установленной на контейнере 310. Перед началом движения напускной крышки 330 вдоль направления движения 333, напускную крышку 330 поднимают в вертикальном направлении предпочтительно на несколько миллиметров так, чтобы не повредить несколько выступающее и окружающее резиновое уплотнение 360, вступающее в контакт с нижней стороной напускной крышки вследствие трения при движении напускной крышки 330 вдоль направления движения 333.

На Фиг. 4а и 4b показано схематическое изображение одного варианта осуществления напускной крышки 330 кавитационной бракомолки 300 согласно данному изобретению, вид сбоку и вид сверху. В этом варианте осуществления напускная крышка 330 находится в открытом положении 332. Напускная крышка 330 приводится в движение приводом 350, который установлен на раме 334 крышки, и движется из закрытого положения 331 в открытое положение 332 или из открытого положения 332 в закрытое положение 331. Используемый привод может быть двигателем из группы, включающей электродвигатели, гидравлические или пневматические двигатели. Движущая сила передается посредством ремня, цепи и/или зубчатой передачи на ходовые колеса 371, которые движутся в прямой направляющей. Перед движением напускной крышки вдоль направления движения 333, напускную крышку 330 поднимают в вертикальном направлении предпочтительно на несколько миллиметров так, чтобы не повредить несколько выступающее и окружающее резиновое уплотнение 360, вступающее в контакт с нижней стороной напускной крышки 330. Загрязнения на крышке отверстия контейнера 310 удаляют с помощью щеточного буртика 372, установленного на передней стороне напускной крышки 330, в процессе движения напускной крышки 330 вдоль направления движения 333.

На Фиг. 5а и 5b показаны иллюстративные варианты осуществления модифицированных клапанов 341 вентиляционной линии 340, которые известны в уровне техники. На Фиг. 5а и 5b показан клапан 341 двойного действия, в частности на Фиг. 5а показан закрытый клапан 341, а на Фиг. 5b - открытый клапан 341. Через соединение 342, клапан 341 подвергается воздействию нагнетаемого воздуха, при этом нагнетаемый воздух, текущий в направляющий патрубок 344А, направляется через сквозное отверстие 345 в направляющем патрубке 344А во внутреннюю цилиндрическую камеру 346, а плунжеры 348 и направляющие патрубки 344А, 244В отодвигаются друг от друга. В результате этого центральный переключающий вал 347 выполняет вращательное движение на 90° против часовой стрелки, и задвижка в вентиляционной линии 340, прикрепленная к нему, также поворачивается на 90° и открывает вентиляционную линию 340.

Чтобы закрыть клапан 341, соединение 343 клапана 341 подвергают воздействию нагнетаемого воздуха, и нагнетаемый воздух течет через направляющий патрубок 344В в две внешние камеры давления 349. Плунжеры 348 двигаются навстречу друг другу и вращают центральный переключающий вал 347 на 90° по часовой стрелке посредством зубчатой рейки на плунжерах 348.

На Фиг. 6 показаны периоды открывания и закрывания модифицированного клапана 341 вентиляционной линии 340, как определено в переключающих экспериментах с помощью высокоскоростной камеры (1000 изображений в секунду). Для создания кавитации в волокнистых композитах или волокнистых композиционных материалах необходимо, чтобы происходило выравнивание давления между давлением внутри контейнера и давлением окружающей среды вне контейнера за минимальный период времени. В связи с этим времена переключения в различных вариантах осуществления клапанов были нанесены на график и оценены при одинаковых условиях на Фиг. 5а и 5b, чтобы определить самое быстрое время открывания. В этом отношении было выявлено значительное улучшение времени открывания (на величину от 105 мсек до 112 мсек по сравнению со стандартным приводом (эксперимент 10). Преимущественно, кавитация в волокнистых композитах или волокнистых композиционных материалах, а, таким образом, и отделение волокон от отходов, улучшается благодаря более короткому времени открывания, что сокращает время растворения. Это снижает затраты на способ разделения волокон волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов.

На Фиг. 7 показана потенциальная экономия в процентах при использовании способа изобретения с точки зрения удельного потребления энергии при использовании кавитационной баркомолки 300 по сравнению с обычными бракомолками, известными в предшествующем уровне техники, в пяти различных сериях экспериментов с пятью различными композициями макулатуры, предназначенными для разделения. Кроме того, на Фиг. 7 показана потенциальная экономия времени в процентах, особенно времени растворения волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов, которое было определено путем аналогичных измерений в пяти сериях экспериментов. Серию экспериментов проводили в экспериментальной технологической схеме в одинаковых условиях испытаний, с температурой воды 8°С и плотностью пульпы 12,5%. Эти параметры испытаний не представляют собой каких-либо ограничений или каких-либо рабочих параметров для функциональной схемы 200, а напротив - служат только для целей исследования в серии экспериментов в экспериментальной технологической схеме. Из рассмотрения Фиг. 7 можно видеть, что значительная экономия энергии достигается во всех пяти сериях экспериментов с различными макулатурными композитами благодаря применению разработанного способа 100 с использованием кавитационной бракомолки 300 по сравнению с традиционными способами и бракомолками. Экономия энергии составляла от 37% для бумаги LWC до 65% для бумаги с двусторонним ПЭ покрытием. Благодаря более низкому потреблению энергии преимущественно снижаются затраты на эксплуатацию способа и установки для отделения волокон от волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов. Кроме того, сокращенное время растворения преимущественно составляет от 43% до 71% по сравнению с традиционными способами. Это косвенно приводит к дальнейшему снижению затрат благодаря повышенной производительности, поскольку большее количество волокнистых композитов можно обрабатывать и отделять за одно и то же время процесса из-за меньшего периода растворения, чем в традиционных способах. Кроме того, благодаря сокращенному времени растворения время обработки при замачивании и набухании волокнистых композитов или волокнистых композиционных материалов также преимущественно сокращается, при этом отходы, отделенные от волокон, не нуждаются в дополнительном измельчении и не подлежат отделению от фактических переработанных волокон на последующих этапах процесса. Кроме того, уменьшается повреждение волокон, вызванное внутренним трением, благодаря сокращенному времени обработки, что приводит к высокому выходу и качеству переработанных волокон.

Перечень ссылочных позиций

100 Способ

101 Стадия способа - заполнение контейнера

102 Стадия способа - герметичное укупоривание контейнера

103 Стадия способа - перемешивание воды и волоконного композиционного материала

104 Стадия способа - сообщение кинетической энергии

105 Под стадия способа - снижение давления внутри контейнера

106 Под стадия способа - выравнивание давления внутри контейнера

107 Циклическая последовательность повторения стадии способа сообщения кинетической энергии

200 Принципиальная схема отделения волокон

210 Основной двигатель

211 Шкив ременной передачи

212 Шкив ременной передачи

213 Ремень

220 Вакуумный насос

221 Вакуумная линия

222 Датчик давления

240 Насос подачи уплотняющей воды

241 Линия уплотняющей воды

242 Осевое торцевое уплотнение ротора

243 Осевое торцевое уплотнение вакуумного насоса

250 Линия подачи воды

251 Индуктивный расходомер

252 Клапан подачи воды

300 Кавитационная бракомолка

310 Контейнер

320 Разгрузочная задвижка

330 Напускная крышка

331 Закрытое положение

332 Открытое положение

333 Направление движения

334 Рама крышки

340 Вентиляционная линия

341 Клапан вентиляционной линии

342 Соединение клапана вентиляционной линии

343 Соединение клапана вентиляционной линии

344А Направляющий патрубок

344В Направляющий патрубок

345 Сквозное отверстие

346 Внутренняя цилиндрическая камера

347 Центральный переключающий вал

348 Плунжер

349 Внешняя камера давления

350 Узел привода

360 Выступающее и окружающее резиновое уплотнение

370 Прямая направляющая

371 Ходовые колеса

372 Щеточный буртик

Изобретение относится к способу отделения волокон с использованием контейнера с заданным заполняемым объемом, вакуумного насоса, который подсоединен через вакуумную линию и клапан, вентиляционной линии с проходным отверстием с заданным поперечным сечением и по меньшей мере одним клапаном. Клапан может переключаться из закрытого положения в открытое положение в продолжение временного интервала от 19 мс до 41 мс и из открытого положения в закрытое положение в продолжение временного интервала от 20 мс до 45 мс. Способ включает в себя по меньшей мере стадии заполнения контейнера заданным количеством воды и по меньшей мере одним волокнистым композиционным материалом, укупоривания контейнера герметичным образом, смешивания воды с волокнистым композиционным материалом с применением механической энергии, в частности, путем перемешивания, сообщения кинетической энергии волокнистому композиционному материалу путем снижения давления внутри контейнера до уровня от -700 гПа до -950 гПа и выравнивания давления внутри контейнера, чтобы создать кавитацию в волокнистом композиционном материале. 17 з.п. ф-лы.

1. Способ (100) отделения волокон с использованием следующих элементов:

контейнера (310);

вакуумного насоса (220), соединенного через вакуумную линию (221) и клапан с объемом контейнера;

вентиляционной линии (340) с проходным отверстием заданного поперечного сечения и по меньшей мере одним клапаном (341), где клапан (341) может переключаться из закрытого положения в открытое положение в продолжение временного интервала от 19 до 41 мс и из открытого положения в закрытое положение в продолжение временного интервала от 20 до 45 мс;

и способ включает в себя по меньшей мере следующие стадии:

i) заполнение контейнера (310) водой и по меньшей мере одним волокнистым композиционным материалом;

ii) укупоривание контейнера (310) герметичным образом;

iii) смешивание воды с волокнистым композиционным материалом с использованием механической энергии, особенно путем перемешивания;

iv) сообщение кинетической энергии волокнистому композиционному материалу на стадиях:

v) снижения давления внутри контейнера до уровня не выше - 950 гПа;

vi) выравнивания давления внутри контейнера, чтобы создать кавитацию в волокнистом композиционном материале;

отличающийся тем, что стадию (vi) проводят в течение по меньшей мере временного интервала продолжительностью от 0,001 до 1 с.

2. Способ согласно п. 1, отличающийся тем, что клапан соединен через вакуумную линию (221) с обратным клапаном.

3. Способ согласно п. 1, отличающийся тем, что клапан (341) переключается в продолжение временного интервала от 19 до 27 мс, предпочтительно в продолжение временного интервала от 19 до 24 мс, из закрытого положения в открытое положение и в продолжение временного интервала от 20 до 39 мс, предпочтительно в продолжение временного интервала от 20 до 33 мс, особенно предпочтительно в продолжение временного интервала от 20 до 24 мс, из открытого положения в закрытое положение.

4. Способ согласно п. 1 или 2, отличающийся тем, что стадию (vi) предпочтительно выполняют в течение периода времени продолжительностью от 0,001 до 0,1 с, особенно предпочтительно в течение периода времени продолжительностью от 0,001 до 0,01 с.

5. Способ согласно любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что волокнистый композиционный материал выбирают из волокнистых систем, содержащих натуральные волокна, такие как растительные волокна, и/или минеральные волокна, и/или искусственные волокна, полученные из природных полимеров растительного или животного происхождения, природных полимеров и/или синтетических полимеров, и пленок из природных полимеров, и/или синтетических полимеров, и/или металлов или смесей этих материалов.

6. Способ согласно любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что помимо воды и волокнистого композиционного материала добавлена по меньшей мере еще одна добавка, которую выбирают из группы, включающей кислоты, щелочи, диспергаторы, смачивающие агенты и их комбинации.

7. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

волокнистый композиционный материал измельчают перед загрузкой в контейнер, и отдельные куски волокнистого композиционного материала предпочтительно имеют краевую поверхность менее чем 10000 мм², предпочтительно - менее чем 100 мм² и особенно предпочтительно - менее чем 25 мм².

8. Способ согласно п. 7, отличающийся тем, что длина краев отдельных кусков волокнистого композиционного материала увеличивается в основном пропорционально заполняемому объему контейнера (310).

9. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

в ходе стадии (iv) под воздействием механической энергии поддерживают перепад давления в течение эффективного времени, составляющего по меньшей мере 2 минуты, особенно 3 минуты, предпочтительно - 5 минут.

10. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что стадию (iv) повторяют по меньшей мере один раз.

11. Способ согласно п. 10, отличающийся тем, что первый раз стадию (iv) осуществляют при перепаде давления в течение эффективного времени согласно п. 9.

12. Способ согласно п. 10 или 11, отличающийся тем, что стадию (iv) повторяют при различной продолжительности эффективного времени по меньшей мере четыре последующих раза, особенно девять последующих раз, предпочтительно от четырнадцати до двадцати пяти раз, особенно предпочтительно - двадцать девять раз.

13. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

стадию (v) завершают за период времени продолжительностью от 60 до 120 с, особенно за период времени продолжительностью от 80 до 120 с, предпочтительно за период времени продолжительностью от 100 до 120 с, особенно предпочтительно за 120 с.

14. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что разрежение внутри контейнера (310) после стадии (v) составляет не более -700 гПа, предпочтительно - не более -500 гПа.

15. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что материал, загружаемый в контейнер (310), из суспензии материала, состоящей из, по меньшей мере, жидкости, содержащей воду или воду и по меньшей мере еще одну добавку, и волокнистого композиционного материла в качестве твердой фракции, который в соотношении жидкости к твердой фракции составляет от 2 до 35%, предпочтительно от 5 до 25%, особенно предпочтительно от 8 до 22%.

16. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что

после стадии (vi) ускорение потока газа, текущего в контейнер (310) после открывания клапана (341) или клапанов (341) в поперечном сечении клапана, составляет от 20 до 20000 м/с², особенно от 2000 до 20000 м/с², предпочтительно от 6000 м/с² до 16000 м/с², особенно предпочтительно от 8000 до 16000 м/с².

17. Способ согласно любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что после стадии (vi) скорость потока газа, текущего в контейнер (310) после открывания клапана (341) или клапанов (341), составляет от 43 до 1000 м/с, особенно от 100 до 750 м/с, предпочтительно от 200 до 500 м/с, особенно предпочтительно от 300 до 500 м/с.

18. Способ согласно любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что

соотношение между объемом контейнера и эффективной площадью поперечного сечения вентиляционной линии (340) или клапана(ов) (341) в вентиляционной линии (340) согласно формуле 1 находится в интервале от 10000 до 100000, особенно в интервале от 35000 и 75000, особенно в интервале от 50000 до 60000 и особенно в интервале от 52500 до 57500

.