Способ получения древесной массы Советский патент 1983 года по МПК D21B1/30 

сд

4

00

2. Способ по п. 1, отличаю-3. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что поток СВЧ-излуче-щ и и с я тем, что образующийся . ния направляют навстречу движению сфор -после разделения пар направляют на мированного слоя.нагрев слоя древесины.

1О51148

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ, включающий на1. рев влажной кусковой цревесины, обработку потоком СВЧ-иэлучения до вскипания влаги, разделение на волокна с отводом образующегося пара отличающийся тем, что, с целью по- выщения качества древесной массы и сни жения энергоемкости процесса, перец нагревом древесины выравнивают ее аб- солютную влажность, формируют из нее слой постоянной толщины с ориентацией кусков древесины по направлению волокон, нагрев слоя ведут при 75-95 Ссо стороны, противоположной воздействию СВЧ-излучения, а обрабатывают потоком СВЧ-излучения с удельной плотностью 1-150 кВт/см и ориентация вектора напряженности электрического поля под углом 20-90 к направлению § волокон древесины в слое. (Л

Изобретение относится к технологии переработки древесины касается способа получения из нее древесной массы, и может быть использовано в целлюлознобумажной промышленности. Известен способ получения древесной массы, включающий нагрев влажной кусковой древесины; обработку потоком СВЧ-излучения до вскипания влаги набухания, разделение на волокна с отводом образующегося пара ij . Однако получаемая древесная масса имеет низкое качество, так как куски древесины при воздействии на них СВЧизлучения не ориентированы по направле:нию волокон, а вектор поля электрической напряженности не ориентирован относительно направления волокон в древесине. Коэффициент поглощения влажной древеси ной СВЧ-энергии зависит от ориентации вектора поля электрической напряженности относительно волокон. При параллель ной ориентации он в 1,5-4 раза вьше, чем при поперечной, а это приводит к неравномерному нагреву древесины по толщине слоя, так как куски древесины, волокна KOTOfbtx ориентированы параллельно вектору электрической напряженности, будут нагреваться и разрущаться интенсивнее, чем те, волокна которых перпендикулярны вектору электрической напряженности, ведет к неравномерному измельчению древесины, т.е. к ухудшени качества получаемой волокнистой массы. Неравномерная влажность древесины также ведет к снижению качества древесной массы.Импульсный характер воздействия onp деляет цикличность процесса подачи материала и требует синхронизации выдачи импульса и перемещения- материала, что усложняет осуществление процесса. Отсутствие же синхронизации может привести к перегреву материала и его вое- пламенению. Причем хаотическая ориентация волокон относительно вектора электрической напряженности поля и неравномерная влажность кусков древесины требуют для осуществления процесса больщей мощности и больщих затрат энергии. Кроме того,, не используется энергия непоглощенного излучения и энергия пара, образующегося в процессе разрушения древесины. Цель изобретения - повьпдение качества древесной массы и снижение энергоемкости процесса Поставленная цель достигается согласно способу получения древесной массы, включающему нагрев влажной кусковой древесины, обработку потоком СВЧизлучения до вскипания влаги, разделение на волокна с отводом образующегося пара, перед нагревом древесины выравнивают ее абсолютную влажность, форхмируют из нее слой постоянной толщины с ориентацией кускОв древесины по направлению волокон, нагрев слоя ведут до 75-9О С со стороны, противоположной воздействию СВЧ-излучения, а обрабатывают потоком СВЧ-излучения с удельной плотностью 1-150 кВт/см -при ориентации вектора напряжённости электрического поля под угпом 20-90 к направлению волокон древесины в слое. При этом поток СВЧ-йзлучения направляют навстречу движению сформированного слоя. Образующийся после разделения пар направляют на нагрев слоя древесины. На фиг. Э и фиг. 2 изображены принципиальные схемы осуществления способа и варианты устройств для осуществления процесса разделения древесины на волокна. Устройство (фиг. 1) состоит из трубы 1, в которой движется лента 2 из радиопрозрачного диэлектрика. На ленте 2 транспортируется древесина 3 в виде кусков, щепы или стружки. СВЧустановка состоит из генератора 4, излучателя 5, закрытого рациопрозрачным экраном 6, волн овец ОБ 7 и 8, в стенке которых и трубе 1 имеются щели 9. Измельченная древесина 1О движется по ленте 2. Вентилятор 11 отсасывает

образующийся водяной пар.

Крестиками и кружками показано, что вектор Е напряженности электрического поля ориентирован перпендикулярно направлению движения ленты.

Устройство (фиг. 2) состоит из вибротранспортера 12, который транспортирует сформированный из кусков,.щепы ИЛИ стружки слой древесины 3,камеры 13 i для подогрева сырья паром, трубопрово- да 14 для транспортировки измельченной древесины 10, отделителя 15, трубопровода 16 и конвейера 17.

СВЧ-установка содержит генератор 4, излучатель 5, закрытый радиопрозрачным экраном 6. Стрелками от буквы Е обозначена ориентация вектора напряженности электрического поля.

Способ осуществляют следующим образом.

Для обеспечения равномерного измельчения древесину доводят до абсолютной влажности (50-80%), затем ориентируют куски древесины так, чтобы волокна древесины всех кусков были параллельны Д1УГ другу, формируют слой заданной толщины и подают его на ленточный конузейер 2 (фиг. 1) или виброконвейер 12 (фиг. 2). Слой прогревают отводимым из зоны разрушения паром. В случае,

когда излучение направлено перпендикулярно движению материала (фиг. 1), нижние слои, прилегающие к ленте, должны быть прогреты, что необходимо для равномерного последующего измельчения древесины, так как близлежащие к излучателю (верхние) слои будут поглощать большую долю энергии и преимущественный предварительный подогрев нижних слоев будет способствовать более равно- мерному разрушению древесины по всей толщине слоя. Поэтому непоглощенная СВЧ-энергия (фиг. 1) подводится со стороны, противоположной направлению воздействия СВЧ-излучения в зоне разруще- ния.

Одинаковая ориентация волокон всех кусков древесины обеспечивает, кроме . получения более равномерного воздей ствия СВЧ-излучения по глубине слоя, управление процессом разрушения путем изменения ориентации вектора напряженности электрического поля относительно волокон от перпендикулярного (90 ), когда проницаемость СВЧ-поля наибольшая, до 20, когда проницаемость еще значительно отличается от минимальной, имеющей место при параллельной ориентации вектора Е относительно волокон.

Верхний предел абсолютной влажности, при которой может происходит разрушение древесины, не ограничен. Однако оптимальная абсолютная влажность, с точки зрения энергетических затрат, при осуществлении способа должна находиться в пределах от 20 до 80%.

Прочность влажной древесины (осины, сосны, ели и др. пород) при растяжении поперек волокон при 130-150 С и абсолютной влажности более предела гигроскопичности (т.е. более 20-ЗО%) снижается до 30-4О н/см (0,3-О,4МП

Следовательно для разрушения древесной клетки необходимо создать в ней избыточное давление 0,3-О,4 МПа, возникающее как известно при температуре водяного пара 144-154 С. Нагрев влаги в клетке и парообразование должны происходить с такой скоростью, чтобы обеспечить повышение давления внутри клетки до разрушающего за короткое время (менее 0,2 с), компенсируя при этом паром объем вытесняемой через стенки клетки влаги.

Вода обладает аномально высокой поглощаемостью энергии электромагнитного поля в СВЧ.-диапазоне. Максимум поглощаемости наблюдается по длине волны 1,5-1,9 см. Диапазон же используемых для разрушения длин волн находится в пределах от НО до О,1 см, т.е. 0,3-ЗОО ГГц. Выбор наиболее выгоной для разрушения частоты определяется толшиной разрушаемого слоя. С увеличением частоты необходимая удельная мощность СВЧ-излучения снижается от 15О до 1 кВт/см .

Пример. Древесина, например, в виде стружки доводится до абсолютной влажности (50%), затем ориентируется так, чтобы волокна были параллельны направлению движения ленты 2 конвейера (фиг. 1)., например с помощью потока воздуха, а затем укладывается равномерным слоем толщиной 3 см на ленту 2 из радиопрозрачного диэлектрика, проходящую по трубе 1. В трубе слой древесины 3 прогревается сверху до 70С паром, засасываемым из зоны разрушения вентилятора 11, а снизу прогревается СВЧ-энергией, поступающей по волноводам 7 и 8 через щели 9. Дре весина, прилегающая к ленте 2, прогревается до 90-95°С. Таким образом, по толщине слоя создается градиент тем пературы в 20-25°С, способств |;ющий в дальнейшем равномерному нагреву слоя в зоне разрушения. Подогретый слой поступает в зону ра рушения. СВЧ-излучение с частотой 5,8 ГГц непрерйывно поступает от генера тора 4 через излучатель 5 и радиопроз- . рачный .экран 6 на древесину. Вектор Е напряженности электрического поля излу ченийориентирован-под углом 9О К направлению движения транспортера, а следовательно, и к волокнам древесины. Плотность потока СВЧ-энергии для измельчения сырья на частоте 5,8 ГГц при толщине слоя древесины 3 см и влажности 5О% составляет 12,3 кВт/см При ширине зоны СВЧ-воздеЙствия 2 сМ в времени пребывания в ней материала 0,02 с скорость движения ленты транспортера составляет 100 см/с. Слой древесины в зоне разрушения быстро нагревается. Влага в клетках и давление пара поднимается до 0,4 МП клеточные оболочки разрушаются, древесина измельчается, образуя древесную массу, и транспортируется далее по ленте 2, .Пар, образующийся в процессе разрушения дреаесины, отсасывается вентилятором 11 и используется для предварительного нагрева древесины. Часть СВЧ-енергии, прошедшая через слой древесины в зоне разрушения, по волноводам 7 и 8 также поступает в зону подогрева материала. Пример 2 . Древесина, например, в виде щепы доводится до влажности 80%, затем ориентируется так, что волокна перпендикулярны направлению движения шепы на виброконвейере 12 (фиг. 2). Слой щепы 3 на конвейере формируется одинаковой толщины. В камере 13 древесина подогревается паром, поступающим из зоны разрушения по трубопроводам 14 и 16. Затем сырье поступает в зону разрушения навстречу потоку СВЧ-излучения, идущему от 1 нератора 4 через излучатель 5 и экран 6. Частота излучения составляет 85 ГГц, удельная плотность потока мощности 37,5 кВг/см . Вектор Е ориентирован перпендикулярно волокнам щепы (фиг. 2). Скорость подачи материала составляет 15О см/с, что обеспечивает время пребывания древесины в зоне разрушения в течение 0,03 с. Древесина нагревается в зоне разрушения, влага вскипает в клетках и разрывает их. Образующаяся масса 10 уносится потоком воздуха вместе с паром по трубе 14 в от делитель. Прошедшая через толщу слоя разрушаемой древесины СВЧ-энергия нагревает последующие слой. , В отделителе 15 древесная масса и воздух, смешанный с паром, разделяются. Измельченная древесина попадает на конвейер 17, а пар подается по трубопроводу 16 в камеру 13. Для регулирования глубины проникновения СВЧ-излучения в слой древесины ориентацию вектора Е изменяют в пределах 20-90 относительно направления волокон древесины в слое, что особенно необходимо при переработке древесины различных пород и при пониженной влажности. Полученная предлагаемым способом древесная масса может быть использована для производства древесноволокнистых плит, а при увеличении удельной мощности СВЧ-установки степень измельчения массы также увеличивается, что позволит Использовать ее для производства бумаги. При предлагаемом способе снижается энергоемкость процесса.