Спосіб вилучення креневої деревини або нормальної деревини з нестандартної великої тріски
Власники патенту UA 2248852:
Призначено для використання у целюлозно-паперовій промисловості. Згідно винаходу нестандартну велику тріску подрібнюють на дрібні тріски, висушують, потім змішують з водою. Далі дрібні тріски, що містять високу концентрацію екстрактивних речовин і мають високу питому вагу, випадають в осад. Обложені дрібні тріски витягують і екстрагують виділення цінних екстрактивних речовин, зокрема лігнатів. Більш легкі дрібні тріски, що знаходяться на водній поверхні, витягують для того, щоб повернути нормальну деревину для виробництва паперової маси. Забезпечується простий та економічно ефективний спосіб концентрування сучкуватого матеріалу та/або нормальної деревини з нестандартної великої тріски, при цьому концентрування відбувається в такій високій пропорції, що робить економічно доцільним витягувати з нього екстрактивні речовини. 2 зв. та 6 з.п. ф-ли, 1 іл., 1 табл.
Винахід відноситься до способу вилучення сучкуватої деревини та/або нормальної деревини з нестандартної великої тріски, згідно з преамбулою прикладеної патентної формули.
Гілки дерева виростають із стовбура. Ця внутрішня частина гілки називається сучком чи внутрішньою гілкою. Сучок виростає з серцевини центру стовбура, і продовжується до периферії стовбура, а потім простягається назовні як зовнішня гілка. Діаметр сучка у стволі збільшується до периферії ствола. Гілки, які засохли і впали або були зрізані, залишають свою внутрішню частину всередині стовбура, і ця внутрішня гілка облямована нормальною стовбуровою деревиною.
Коли гілки дерев обрізані, сучки, тобто. внутрішні частини гілок,залишаються в стовбурі і, таким чином, вони будуть у тріску.
В обох випадках, коли зрубаний стовбур розпилюється або зрубана деревина утилізується за допомогою отримання деревини для виробництва паперу і картону, на лісоповалі гілки дерев відрізаються від стовбурів. При цьому внутрішня частина гілок залишається у стволах. Їхня частка в деревині стовбура сильно змінюється як залежно від виду деревини, так і між різними деревами одного виду. Зазвичай сучки становлять від 1% до 5% від ваги стовбурової деревини.
При виробництві пиломатеріалів зовнішня частина стовбура деревини йде у відходи, які зазвичай подрібнюються на тріску і потім надходять на підприємство з виробництва паперової маси або виробництва енергії. При виробництві термомеханічної та хіміко-термомеханічної паперової маси деревина спочатку подрібнюється в тріску і потім дефібрується в дисковому рафінері. Також при виробництві паперової маси хімічним способом процес починається з подрібнення деревини на тріску. Однак при виробництві дефібрерної деревної маси нормального та високого тиску вихідним матеріалом є окорена стовбурова деревина.
Коли деревина подрібнюється на тріску, сучки є причиною утворення великих шматків тріски, так званої нестандартної тріски. Тверді сучки розділяються разом із більш менш нормальною деревиною. Зазвичай тріска сортується за розміром, і таким чином було помічено, що понад 90% сучків залишаються у фракції великої невеликої тріски. Звичайною процедурою є повторне подрібнення нестандартної великої тріски на спеціальній рубальній машині та повернення тріски на сортування. Це означає, що весь сучковатый матеріал у кінцевому підсумку надійде виробництва волокнистої маси. Відділення ж усієї фракціїнестандартної великої тріски було б економічно недоцільно, оскільки вона зазвичай становить від 5 до 10% загальної кількості тріски. На деяких деревно-масових заводах потрібна особливо чиста тріска, у цьому випадку невелика частина сучкуватого матеріалу відокремлюється повітряним сортуванням.
Внаслідок коротких і товстих волокон сучки призводять до утворення неякісної деревини для виробництва паперу та картону. Крім того, сучкуватий матеріал важко дефібрувати, оскільки він не може бути просочений варильним розчином або водою. При виробництві паперової маси хімічним варінням варильний розчин погано проникає у сучки і після варіння сучки залишаються у целюлозній масі у вигляді шматочків або навіть грудок більшого розміру. При виробництві механічної деревної маси сучки майже зовсім не дефібруються, а подрібнюються в слизову масу (TAPPI журнал 78:5, 1995, стр.162-168). Чим вища частка сучків у тріску, тим неякісніше виходить деревна маса. Сучки містять речовини, які поглинають світло, що призводить до утворення темнішої деревної маси, яку важко відбілити до високого ступеня білизни.
Велика кількість екстрактивних речовин у сучках призводить до додаткових проблем при виробництві деревини та паперу. Компоненти смоли викликають великі проблеми, утворюючи липкі відкладення, особливо на папероробних машинах. Екстрактивні речовини також призводять до збільшення витрати хімікатів у процесі варіння та відбілювання. Вони можуть викликати реакції конденсації з хімікатами і таким чином повністю перешкоджати делігніфікації і поділу волокон.
Підсумовуючи, можна констатувати, що сучки є небажаними при виробництві деревної маси та паперу і що вони мають бути відсіяні. Проблема полягає в тому, щовідомі методи сортування недостатньо селективні для відсіву тільки сучків, зокрема їх серцевини, без втрати корисної нормальної стовбурової деревини.
Інша причина для відсіювання сучкуватого матеріалу в тому, що він містить велику кількість цінних екстрактивних речовин. Як приклад можна навести лігнани деревини ялини, основним компонентом яких є гідроксиматаірезінол і який є особливо цікавою біоактивною речовиною. Сучки сосни містять біоактивні стильбени та інші фенольні речовини. Крім цього, там є дуже велика кількість смоли, внаслідок чого сучки можуть використовуватися, наприклад, у виробництві так званої каніфолі. Згадана каніфоль виробляється в невеликих кількостях із соснових пнів, але їх важко та дорого викорчовувати та переробляти для подальшої екстракції.
Відомо, що відділення сучків із технологічної тріски можна здійснити їх сортуванням за товщиною.
Тобто було знайдено, що більшість нестандартної великої тріски містить сучки і що у них сконцентровано близько 90% сучковатого матеріалу (STFI-kontakt Nr 4, 1987, стр.6-7; and TAPPI журнал 78:5, 1995, стр.162 -168). Таким чином, виробництво паперової маси, зокрема деревної та термомеханічної маси, може бути спрощено і якість паперової маси покращено, у той час як відсіяний сучкуватий матеріал використовується для виробництва енергії спалювання.
Однак операція відокремлення сучковатого матеріалу від нормальної деревини збільшить вартість виробництва паперової маси, а збільшення вартості не може бути стимулом для досягнення переваг. Проте додаткові переваги могли б бути досягнуті, якби можна було видобувати екстрактивні речовини, що містяться в сучкуватому матеріалі в такомувеликій кількості простим та економічним способом.
Раніше було відомо, що ювенільна деревина, зокрема гілки, містить велику кількість лігнанів (R.Ekman, Hoizforschung 30, 1976, pp.79-85; and Acta Academiae Aboensis Ser B, 39, 1979, pp.1-6). Лігнани присутні у всіх хвойних породах деревини, зокрема в серцевині сосни та ялини, що містить гідроксиматаїрезинол з антиканцерогенним ефектом, який може бути використаний у фармацевтичних препаратах та як добавка до функціональних харчових продуктів.
Завданням цього винаходу, таким чином, є створення простого та економічно ефективного способу концентрування сучкуватого матеріалу та/або нормальної деревини з нестандартної великої тріски. Крім цього, завданням, наприклад, є концентрування сучковатого матеріалу в такій високій пропорції, що було б економічно доцільно витягувати з нього екстрактивні речовини.
Завдання цього винаходу досягається способами, які охарактеризовані у прикладеній формулі винаходу.
Таким чином, тріску спочатку сортують для відділення так званої нестандартної великої тріски, яку після цього подрібнюють на дрібні тріски. Вміст сучкуватого матеріалу в трісці дуже сильно сконцентровано в трісці виключно великого розміру, як відносно довгих, але особливо товстих, оскільки сучки жорсткі і тверді і тому важко розщеплюватися на тріски.
Облагороджену шляхом відсіювання в повітряному потоці нестандартну велику тріску переважно подрібнюють на дрібні тріски, що мають довжину приблизно від 5 до 70 мм, переважно від 5 до 30 мм, і товщину від 2 до 10 мм, переважно від 2 до 7 мм, після чого дрібні тріски можуть бути легко висушені до відповідного вмісту сухої речовини,принаймні до 85%, краще до 87%.
Висушені дрібні тріски змішують з водою у водному резервуарі або переважно шляхом подачі дрібних тріски у воду в точці, розташованій нижче поверхні води. У воді відбувається поділ важких і легких дрібних тріски. Тяжкі дрібні тріски, тобто. дрібні тріски з високою питомою вагою, осідають і занурюються глибше у воду, тоді як легші дрібні тріски, тобто. дрібні тріски з низькою питомою вагою, спливають на поверхню води.
Поділ відбувається швидко. Час витримки менше 2-х хвилин у більшості випадків достатньо, щоб викликати задовільний поділ. Для ялинки або сосни було знайдено достатнім час витримки від 10 секунд до 1 хвилини. Температура води може бути відносно низькою, зазвичай, менше 60°С, переважно менше 50°С, зазвичай від 15 до 30°С.
У цьому описі під нестандартною великою тріскою маються на увазі розміри тріски, що мають таку довжину і особливо товщину, що вже при візуальному спостереженні вони значно перевершують середні розміри технологічної тріски. Типовими розмірами нестандартної великої тріски є товщина приблизно від 8 до 40 мм, в той час як довжина може досягати приблизно 500 мм. В цілому, нестандартна велика тріска має неправильну форму, і їхня структура легко виявляє, що вони містять сучки або їх частини.
Завдяки справжньому винаходу стало можливим видобувати дуже чистий сучкуватий матеріал. Сучковатий матеріал, витягнутий згідно з цим винаходу, може бути екстрагований безпосередньо, без будь-якої подальшої обробки для вилучення цінних екстрактивних речовин. Виконане подрібнення забезпечує досить хороший матеріал для ефективної екстракції, яка може бути проведена гарячою водою абоорганічні розчинники, залежно від того, які компоненти потрібно витягти.
З іншого боку, деревний матеріал залишається досить великим, щоб ця частина видобутого матеріалу, що містить високу частку нормальної деревини, може бути вилучена і спрямована на виробництво паперової маси для отримання паперової маси необхідної якості. Сучковатий матеріал значно темніше, ніж звичайна деревна порода, і при відбілюванні він просить більше хімікатів, ніж звичайна деревна порода. Таким чином, видалення сучкуватого матеріалу з нестандартної великої тріски робить можливим повернення цього деревного матеріалу у виробництво паперової маси і досягнення вищого ступеня білизни при відбілюванні паперової маси.
Матеріал, зібраний у накопичувачі 30, містить дрібні тріски, що мають істотно більш високу концентрацію екстрактивних речовин, ніж дрібні тріски в накопичувачі регенерованих дрібних трісок 34, і тому він може бути використаний для вилучення екстрактивних речовин. З іншого боку, матеріал, зібраний у накопичувачі регенерованих дрібних тріски 34, - це відносно чистий матеріал деревини, без будь-яких сторонніх речовин, і тому він може бути повернений у виробництво паперової маси.
Нижче на прикладах здійснення винаходу докладніше описаний спосіб згідно винаходу.
Нестандартну велику тріску беруть з лінії з виробництва ТММ (лінія термомеханічної маси) в точці, де її сортують за розміром і облагороджують повітрям за щільністю (ADS). Потім її подрібнюють на малій рубальній машині на дрібні тріски, відповідні за розміром дрібним тріскам, зазвичай одержуваним, коли нестандартну велику тріску подрібнюють для її повернення в ТММ процес. Дрібні тріски висушують повітрям до вмісту сухих речовинприблизно 90%.
Висушені повітрям дрібні тріски змішують із холодною водою у ванні та залишають там на 1,5 хвилини. Фракцію, яка виринає на поверхню води, видаляють і потім зливають воду, а осаджену фракцію вилучають. Обидві фракції висушують та зважують. Експеримент було проведено тричі. Зважування висушених фракцій показав, що в середньому 26% дрібних трісок занурюється на дно, тоді як 74% дрібних трісок плаває на поверхні води.
Фракції окремо екстрагували в Сокслет апараті ацетоном і екстракти були проаналізовані на газовому хроматографі для кількісного визначення концентрації лігнанів. Зразки води, яка використовувалася при осадженні, також було проаналізовано. Результати аналізів підсумововані в наведеній нижче таблиці, яка показує розподіл лігнанів після фракціонування у воді.