CN103522377A

CN103522377A - 一种用于木材乙酰化生产的装置系统及工艺

Info

Publication number: CN103522377A
Application number: CN201310450977.9A
Authority: CN
Inventors: 周志宏; 顾卫忠; 李俊岭; 崔伟; 高贵林; 王培新; 刘文艳
Original assignee: Shanghai Coking Co Ltd
Current assignee: Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry; Shanghai Coking Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103522377B

Abstract

本发明涉及一种用于木材乙酰化生产的装置系统及利用所述装置系统的木材乙酰化生产工艺，所述装置系统包括配料储罐、液体输送泵、换热器Ⅰ、换热器Ⅱ、高压乙酰化罐、冷凝器、气液分离罐、真空泵和母液收集罐；在利用所述装置系统进行木材乙酰化工艺中，通过乙酰化反应液的外部循环加热进行乙酰化处理后，再结合特殊的除味处理过程，相比于现有木材乙酰化工艺，本装置系统和工艺具有不使用催化剂，处理液可以回收利用，具有反应时间较短、反应过程易控制以及结果重现性好的特点。

Description

一种用于木材乙酰化生产的装置系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种用于木材乙酰化生产的装置系统及工艺，尤其涉及一种生产尺寸稳定性好、环境友好型的木材乙酰化处理以及除味干燥的装置系统及工艺。

背景技术

木材的化学改性可定义为将一种简单活性物质接合到木材细胞壁聚合物上，有或没有催化剂的条件下，在两者间形成共价键，从而改进木材性能的过程。已有许多与木材化学改性有关的化学反应发表，但除了木材乙酰化，其他木材化学改性技术都尚未完成其研究阶段。

实木化学改性的效率以反应物深入细胞壁的程度衡量。液态醋酸酐与木材反应在乙酰增重(WPG)4%左右时，乙酰基较多地分布在S2层；WPG在10%左右时，分布在S2层和胞间层的比率接近；WPG在20%左右时，分布在胞间层的略多。乙酰基在木材中能否长期稳定曾被质疑过，为此，国外的学者以3个月为周期在30%和90%相对湿度下交替放置的实验进行了20余年，未见变化或变化很小。

乙酰化木材具有优良的性能，乙酰化使木材的吸湿性显著降低，从而影响木材的力学性能，并能显著提高木材的耐腐性和尺寸稳定性。乙酰化木材主要应用于车辆、运动器械、军事装备和建筑等领域中对稳定性和耐久性要求较高的产品。比如，乙酰化木材可用于室外门窗、潮湿房间中的制品和护墙板、室外用门皮和窗户元件、轻型体育运动用品、汽车零件和室外用家具等。

用醋酸酐对木材乙酰化可以通过气相法，也可以通过液相法来完成，研究结果发现，气相法的乙酰化木材，很难达到乙酰化均匀，且改性木材的性能较差。采用气相处理时，长时间强酸介质中高温处理使木材发生降解，导致木材本身强度降低，同时，药品扩散速率与试件厚度平方成反比，因此气相处理只适合于薄单板。另外，很多酸、碱、盐和其他化合物曾被用来催化木材的乙酰化，虽都有不同的效果，但也被指摘对木材的性能有不良影响，反应液的回收更困难等。

在文献和早期的专利文件中出现的许多著作仅仅涉及小木材规格的、实验室制备的木材样品的耐久性和尺寸稳定性。这些研究对于当对较大木材规格、如通常用于建筑业和商业的木材规格进行乙酰化时这些所期望的性能的引入、实现，基本没有进行记载。

而现有的实验室用醋酸酐酯化木材处理工艺，多采用二甲苯或氯化烃等溶剂作稀释剂，以吡啶、硫酸或无水高氯酸镁等为催化剂，将木材与醋酸酐接触进行酯化反应来实现。

虽然催化剂的加入提高了酯化反应的速度，但同时也给后续的分离、回收再利用造成了很大困难，并且现有技术的酯化木材处理工艺后期干燥周期长，且易发生木材翘曲、内裂等干燥缺陷，导致成品合格率过低。

因此，在现有技术的基础上开发出一种工艺简单、反应液易分离，且能够使得到的酯化材料具有优异性质的木材的酯化处理工艺，将具有很大的工业应用价值。

更进一步地，要通过木材乙酰化的生产过程工艺开发来提高乙酰化技术在木材工业上的应用。

采用乙酰化技术生产的木材无毒环保，可用性高，具有无毒、尺寸稳定、防虫耐腐、抗紫外线等优点，适宜户外用材。它杰出的耐久性意味着没必要再进行化学防腐处理，用于户外时，不会在土壤中留存有害物质。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于木材乙酰化生产的装置系统以及利用所述的装置系统的木材乙酰化生产工艺，不使用催化剂，处理液可以回收利用，具有反应时间较短、反应过程易控制以及结果重现性好的特点。

一种用于木材乙酰化生产的装置系统，包括配料储罐、液体输送泵、换热器Ⅰ、高压乙酰化罐、冷凝器、气液分离罐、真空泵和母液收集罐。

所述配料储罐设有进料口和出料口；所述换热器Ⅰ设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐设有反应液进口、反应液出口、气体进口和气体出口；所述冷凝器设有热物流进口、热物流出口、冷却介质进口和冷却介质出口；所述气液分离罐设有进口、出气口和出液口；所述液体输送泵设有进料口和出料口；所述母液收集罐设有进液口和出液口；所述母液收集罐的出液口设有分支出口A和分支出口B；分支出口A与分离回收系统经管线连接；分支出口B和所述配料储罐的出料口经管线汇合连接后，与所述液体输送泵的进料口经管线连接；所述液体输送泵的出料口与所述的换热器Ⅰ的进料口经管线连接；所述换热器Ⅰ的出料口与所述高压乙酰化罐的反应液进口经管线连接；所述换热器Ⅰ的出料口还与所述母液收集罐的进液口经管线连接；所述高压乙酰化罐的反应液出口与所述液体输送泵的进料口经管线连接；所述高压乙酰化罐的气体进口与外部气体管道连接；所述高压乙酰化罐的气体出口与所述冷凝器的热物流进口经管线连接；所述冷凝器的热物流出口与所述气液分离罐的进口经管线连接；所述气液分离罐的出液口与所述母液收集罐的进液口经管线连接；所述气液分离罐的出气口与外界大气相通；所述气液分离罐上还设有抽真空口，所述抽真空口与所述真空泵经管线连接。

所述装置系统还包括换热器Ⅱ；所述换热器Ⅱ设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐的气体进口与所述换热器Ⅱ的出料口经管线连接，所述换热器Ⅱ的进料口与所述外部气体管道连接。

所述换热器Ⅰ设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅱ设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅰ和换热器Ⅱ内通入的换热介质为加热蒸汽或冷却水。

所述高压乙酰化罐包括一个水平放置且一端密封的圆筒型罐体和连接于所述罐体另一端的端盖；所述高压乙酰化罐的罐体底部设有用于支撑所述罐体的支脚。

所述高压乙酰化罐的反应液进口位于所述罐体上远离端盖一端的上端面上；所述高压乙酰化罐的反应液出口位于所述罐体中部的下底面上。

所述高压乙酰化罐设有两个气体进口，分别为位于所述罐体上远离端盖一端的上端面上的气体进口Ⅰ和位于所述罐体上远离端盖一端的下端面上的气体进口Ⅱ。

所述高压乙酰化罐的气体出口位于所述罐体上近端盖一端的上端面上。

所述高压乙酰化罐装有液位计。

所述高压乙酰化罐的罐体内腔的中心区域以及罐体的内侧面和外侧面上均装有热电偶；所述热电偶与温控装置连接；所述温控装置可以包括显示温度的显示仪及调节温度的温度指示调节仪。

所述配料储罐内设有搅拌装置；所述搅拌装置包括搅拌棒和桨叶。

所述各连接管线上均设有阀门。

所述配料储罐的进料口上设有进料口阀门，所述配料储罐的出料口上设有出料口阀门；所述液体输送泵的进料口上设有进料口阀门，所述液体输送泵的出料口上设出料口阀门；所述换热器Ⅰ的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅰ的出料口上设有出料口阀门；所述换热器Ⅱ的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅱ的出料口上设有出料口阀门；所述高压乙酰化罐的反应液进口上设有反应液进口阀门，所述高压乙酰化罐的反应液出口上设有反应液出口阀门，所述高压乙酰化罐的气体进口Ⅰ上设有气体进口阀门Ⅰ，所述高压乙酰化罐的气体进口Ⅱ上设有气体进口阀门Ⅱ；所述高压乙酰化罐的气体出口上设有气体出口阀门；所述冷凝器的冷却介质进口上设有冷凝介质进口阀门，所述冷凝器的冷却介质出口上设有冷却介质出口阀门；所述气液分离罐的进口上设有进口阀门，所述气液分离罐的出气口上设有出气口阀门，所述气液分离罐的出液口上设有出液口阀门；所述母液收集罐的进液口上设有进液口阀门；所述母液收集罐的出液口上设有出液口阀门，所述母液收集罐的出液口的分支出口A上设有分支出口阀门A，所述母液收集罐的出液口的分支出口B上设有分支出口阀门B；所述换热器Ⅰ的出料口与所述母液收集罐的进液口之间的连接管线上设有排液口阀门。

一种利用所述装置系统的木材乙酰化生产的工艺，具体包括以下步骤：

（1）将木材经预干燥后，规整地码放于木材输送车内，通过所述木材输送车送入高压乙酰化罐中，然后密封；打开高压乙酰化罐上的气体出口阀门，开启真空泵，开始抽真空，使高压乙酰化罐内维持负压状态；

（2）关闭高压乙酰化罐的气体出口阀门，停止抽真空；打开高压乙酰化罐的反应液进口阀门以及配料储罐的出料口阀门，然后开启液体输送泵将配料储罐中的新鲜料作为乙酰化反应液经换热器Ⅰ压送进高压乙酰化罐；同时，打开高压乙酰化罐的气体进口阀门Ⅰ，向高压乙酰化罐内通入低压氮气，使高压乙酰化罐内压力维持在0.1-0.7MPa；

（3）关闭高压乙酰化罐的气体进口阀门Ⅰ和配料储罐的出料口阀门，打开高压乙酰化罐的反应液出口阀门；向换热器Ⅰ内通入加热蒸汽；通过所述液体输送泵，使高压乙酰化罐内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ持续循环加热，使高压乙酰化罐内乙酰化反应液的温度达到并保持在80-140℃，高压乙酰化罐内的压力达到0.3-1.2MPa，进行木材的乙酰化反应；

（4）反应结束后，向所述换热器Ⅰ内通入冷却水，通过液体输送泵，使高压乙酰化罐内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ持续循环降温；待冷却至40℃以下后，关闭高压乙酰化罐的反应液进口阀门，打开换热器Ⅰ与母液收集罐连接管线上的排液口阀门以及母液收集罐的进液口阀门，通过所述液体输送泵，使高压乙酰化罐内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ压送至母液收集罐内；

（5）高压乙酰化罐内的液体排净后，关闭高压乙酰化罐的反应液出口阀门和所述的排液口阀门，打开高压乙酰化罐的气体进口阀门Ⅱ；向换热器Ⅱ中通入加热蒸气，反应惰性气体通过所述换热器Ⅱ加热至60-100℃后，从高压乙酰化罐的气体进口Ⅱ连续通入，使所述高压乙酰化罐内的温度达到50-90℃；同时打开高压乙酰化罐的气体出口阀门，开始抽真空，使高压乙酰化罐内的气体连续抽出；抽出气体经冷凝器激冷后，进入气液分离罐中发生气液分离，分离的液相通入母液收集罐中，分离的气相放空；如此连续操作1-4天进行除味处理；

（6）除味处理结束后，停止抽真空并关闭高压乙酰化罐的气体进口Ⅱ，打开高压乙酰化罐的气体进口Ⅰ，向高压乙酰化罐内连续通入氮气，氮气从高压乙酰化罐的气体出口排出后经冷凝器进入气液分离罐，从气液分离罐的出气口进行放空，待高压乙酰化罐内温度降至40℃后，即得到乙酰化的木材。

其中，

优选的，步骤（2）中，打开配料储罐的出料口阀门的同时，同步打开母液收集罐的分支出口阀门B，然后开启液体输送泵，将由配料储罐中的新鲜料和母液收集罐中的循环液混合而成的乙酰化反应液压送进入高压乙酰化罐；步骤（3）中，关闭配料储罐的出料口阀门同时，关闭母液收集罐的分支出口阀门B。

优选的，步骤（1）中，所述木材经预干燥后，含水量小于14wt%（相对于木材总重），更加优选为小于9wt%。

优选的，所述高压乙酰化罐内的操作压力上限为1.2Mpa、下限为-0.1Mpa。

优选的，步骤（1）中，通过所述抽真空，使高压乙酰化罐内的压力为-0.05至-0.09MPa，并维持10～120min。本发明提到的压力值均指表压。

优选的，步骤（2）中，所述压送进入高压乙酰化罐中的乙酰化反应液中含有65-99.5wt%的醋酸酐。

优选的，步骤（2）中，当所述配料储罐中的新鲜料直接作为乙酰化反应液时，所述配料储罐内新鲜料由醋酸酐和稀释剂混合而成；当所述乙酰化反应液由配料储罐中的新鲜料和母液收集罐中的循环液混合而成时，所述配料储罐中的新鲜料为醋酸酐。

在利用本发明所述装置系统进行木材的乙酰化过程中，可通过母液收集罐中收集的母液的组成和浓度测定，调节配料储罐中醋酸酐和稀释剂的浓度，从而使循环液和新鲜料混合而成的反应液符合本发明乙酰化反应过程的浓度要求。

优选的，所述稀释剂选自C6-C10的芳烃、C1-C10的卤代烃和C1-C10的酸。

进一步优选的，所述稀释剂选自C6-C10的芳烃和C1-C10的酸。

进一步优选的，所述稀释剂选自醋酸，可以进一步减少后续的分离成本和进一步提高酯化率。

优选的，当排放入母液收集罐中的物料体积大于母液收集罐的容量时，应打开母液收集罐的出液口的分支出口A，将母液收集罐中的物料排放至分离回收系统。

优选的，步骤（2）中，乙酰化反应液的通入体积量为所述高压乙酰化罐中木材的总体积的1-10倍，优选为2-5倍。

优选的，步骤（3）中，所述加热蒸汽的温度为110-170℃。

步骤（3）中，在所述温度和压力下，可以在保证木材的酯化率和酯化均匀度的同时，保证木材不会因压力过大而被压溃，或因温度过高而被焦化。

优选的，步骤（3）中，以温度维持稳定开始算起，木材在所述高压乙酰化罐内的乙酰化时间为0.5-10h，更优选为2-8h。

优选的，步骤（4）中，通过循环降温，使高压乙酰化罐内的乙酰化反应液冷却至25-35℃，然后排至母液收集罐。

优选的，步骤（5）中，向高压乙酰化罐内通入反应惰性气体前，先向高压乙酰化罐内加入消解液，所述反应惰性气体通过所述消解液润湿后再与乙酰化的木材接触。

优选的，所述消解液为水，优选为除盐水；所述反应惰性气体可以为氮气或二氧化碳；所述消解液的通入体积量为所述高压乙酰化罐中木材总体积的0.1-0.3倍。

通过所述的除味处理过程能有效消解高压乙酰化罐中未反应的醋酸酐，并有效地去除副产物醋酸(酸味来源)。

优选的，步骤（5）中，所述冷凝器的出口温度为5-20℃。

本发明的木材的乙酰化生产工艺，通过将木材与含有醋酸酐的流体接触，并合理的控制接触过程中流体的用量，并对流体进行加热加压使木材与醋酸酐发生酯化反应，使得本发明的工艺无需在任何催化剂的作用下即可以很好的进行木材的酯化，且得到的酯化材料具有较高的酯化率。同时，本发明的工艺可以有效节约催化剂的投入成本，并且可以有效减少催化剂与反应液的分离成本。

本发明提出的用于木材乙酰化处理的工艺技术解决方案，不使用催化剂，处理液可以回收利用，反应时间较短，反应过程易控制，结果重现性良好。

本发明的乙酰化木材的重要特性在于，它基本上保持其原有的强度和外观。在现有技术中记载的木材乙酰化工艺中的共同点是，导致处理过的木材具有变暗或者变色的表面，这可显著地降低产品美学外观。在本发明中，这样的结果很少发生，并且即使发生，也可通过刨削、砂光或者成型来进行去除，已经得到认可的其他优点为优越的湿刚度、尺寸稳定性和机械可加工性。

本发明的一个显著的优点在于使用对反应惰性的气体对乙酰化的木材进行除味处理。所述对反应惰性的气体可以是氮气或者二氧化碳。所述对反应惰性的气体中和未反应的醋酸酐，并有效地去除副产物醋酸(酸味来源)。更加进一步地，辅以真空干燥，可以更加有效地回收部分副产物醋酸。

附图说明

图1一种用于木材乙酰化生产的装置系统

1 高压乙酰化罐

1a 罐体

1b 端盖

1c 支脚

11 反应液进口

12 反应液出口

13 气体进口Ⅰ

14 气体进口Ⅱ

15 气体出口

2 配料储罐

3 液体输送泵

4 冷凝器

5 真空泵

6 气液分离罐

7 母液收集罐

8 换热器Ⅱ

9 换热器Ⅰ

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种用于木材乙酰化生产的装置系统，如图1所示，包括配料储罐2、液体输送泵3、换热器Ⅰ9、高压乙酰化罐1、冷凝器4、气液分离罐6、真空泵5和母液收集罐7。

所述配料储罐2设有进料口和出料口；所述换热器Ⅰ9设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐1设有反应液进口11、反应液出口12、气体进口和气体出口15；所述冷凝器4设有热物流进口、热物流出口、冷却介质进口和冷却介质出口；所述气液分离罐6设有进口、出气口和出液口；所述液体输送泵3设有进料口和出料口；所述母液收集罐7设有进液口和出液口；所述母液收集罐7的出液口设有分支出口A和分支出口B；分支出口A与分离回收系统经管线连接；分支出口B和所述配料储罐2的出料口经管线汇合连接后，与所述液体输送泵3的进料口经管线连接；所述液体输送泵3的出料口与所述的换热器Ⅰ9的进料口经管线连接；所述换热器Ⅰ9的出料口与所述高压乙酰化罐1的反应液进口11经管线连接；所述换热器Ⅰ9的出料口还与所述母液收集罐7的进液口经管线连接；所述高压乙酰化罐1的反应液出口12与所述液体输送泵3的进料口经管线连接；所述高压乙酰化罐1的气体进口与外部气体管道连接；所述高压乙酰化罐1的气体出口15与所述冷凝器4的热物流进口经管线连接；所述冷凝器4的热物流出口与所述气液分离罐6的进口经管线连接；所述气液分离罐6的出液口与所述母液收集罐7的进液口经管线连接；所述气液分离罐6的出气口与外界大气相通；所述气液分离罐6上还设有抽真空口，所述抽真空口与所述真空泵5经管线连接。

所述装置系统还包括换热器Ⅱ8；所述换热器Ⅱ8设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐1的气体进口与所述换热器Ⅱ8的出料口经管线连接，所述换热器Ⅱ8的进料口与所述外部气体管道连接。

所述换热器Ⅰ9设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅱ8设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅰ9和换热器Ⅱ8内通入的换热介质为加热蒸汽或冷却水。

所述高压乙酰化罐1包括一个水平放置且一端密封的圆筒型罐体1a和连接于所述罐体1a另一端的端盖1b；所述高压乙酰化罐1的罐体1a底部设有用于支撑所述罐体1a的支脚1c。

所述高压乙酰化罐1的反应液进口11位于所述罐体1a上远离端盖1b一端的上端面上；所述高压乙酰化罐1的反应液出口12位于所述罐体1a中部的下底面上。

所述高压乙酰化罐1设有两个气体进口，分别为位于所述罐体1a上远离端盖1b一端的上端面上的气体进口Ⅰ13和位于所述罐体1a上远离端盖1b一端的下端面上的气体进口Ⅱ14。

所述高压乙酰化罐1的气体出口15位于所述罐体1a上近端盖1b一端的上端面上。

所述高压乙酰化罐1装有液位计。

所述高压乙酰化罐1的罐体1a内腔的中心区域以及罐体1a的内侧面和外侧面上均装有热电偶；所述热电偶与温控装置连接；所述温控装置可以包括显示温度的显示仪及调节温度的温度指示调节仪。

所述配料储罐2内设有搅拌装置；所述搅拌装置包括搅拌棒和桨叶。

所述各连接管线上均设有阀门。

所述配料储罐2的进料口上设有进料口阀门，所述配料储罐2的出料口上设有出料口阀门；所述液体输送泵3的进料口上设有进料口阀门，所述液体输送泵3的出料口上设出料口阀门；所述换热器Ⅰ9的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅰ9的出料口上设有出料口阀门；所述换热器Ⅱ8的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅱ8的出料口上设有出料口阀门；所述高压乙酰化罐1的反应液进口11上设有反应液进口11阀门，所述高压乙酰化罐1的反应液出口12上设有反应液出口12阀门，所述高压乙酰化罐1的气体进口Ⅰ13上设有气体进口阀门Ⅰ，所述高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14上设有气体进口阀门Ⅱ；所述高压乙酰化罐1的气体出口15上设有气体出口15阀门；所述冷凝器4的冷却介质进口上设有冷凝介质进口阀门，所述冷凝器4的冷却介质出口上设有冷却介质出口阀门；所述气液分离罐6的进口上设有进口阀门，所述气液分离罐6的出气口上设有出气口阀门，所述气液分离罐6的出液口上设有出液口阀门；所述母液收集罐7的进液口上设有进液口阀门；所述母液收集罐7的出液口上设有出液口阀门，所述母液收集罐7的出液口的分支出口A上设有分支出口阀门A，所述母液收集罐7的出液口的分支出口B上设有分支出口阀门B；所述换热器Ⅰ9的出料口与所述母液收集罐7的进液口之间的连接管线上设有排液口阀门。

实施例1-2为利用上述装置系统的木材乙酰化化处理工艺，其中所述高压乙酰化罐1的设备规格为直径1m，长度2.5m，材质为316L，内部承压上限为1.2Mpa、下限为-0.1Mpa。实施例1

（1）将30根规格为2000mm×200mm×30mm（纵向×弦向×径向）（密度为0.56g/cm³）、含水率为10wt%的落叶松板材（总体积0.5m³）规整地码放于木材输送车内，然后送入高压乙酰化罐1中，密闭该反应罐；然后打开高压乙酰化罐1上的气体出口15阀门，开启真空泵5，开始抽真空，使高压乙酰化罐1内部达到-0.09MPa，保持60min；

（2）将醋酸酐与醋酸两股物流注入配料储罐2中，经搅拌混合均匀，形成乙酰化反应液，其中醋酸占15wt%，醋酸酐占85wt%；关闭高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，停止抽真空，打开高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门以及配料储罐2的出液口阀门，然后开启液体输送泵3将所述乙酰化反应液经换热器Ⅰ9压送进高压乙酰化罐1，使罐体1a内乙酰化反应液与板材的体积比为3:1；同时打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ，向高压乙酰化罐1内通入低压氮气，使高压乙酰化罐1内压力维持在0.7MPa；

（3）然后关闭高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ和配料储罐2的出液口阀门；打开高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门；将170℃的加热蒸汽通入所述换热器Ⅰ9内，逐步升温，通过所述液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9持续循环加热，使高压乙酰化罐1内乙酰化反应液的温度达到并保持在140℃；高压乙酰化罐1内压力达到1.0-1.2MPa，如此保持同样状态3h，进行板材的乙酰化反应；

（4）乙酰化反应结束后，向所述换热器Ⅰ9内通入冷却水，通过液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9持续循环降温至30℃，然后关闭高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门，打开换热器Ⅰ9与母液收集罐7连接管线上的排液口阀门以及母液收集罐7的进液口阀门，通过所述液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9压送至母液收集罐7内；

（5）高压乙酰化罐1内的液体排净后，关闭高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门和所述的排液口阀门，打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅱ；向高压乙酰化罐1内加入50L除盐水；然后向换热器Ⅱ8中通入加热蒸气，逐步升温，再将二氧化碳气体通入换热器Ⅰ9内加热至60℃后从高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14连续通入，使所述高压乙酰化罐1内的温度达到并保持在50℃；与此同时，打开高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，开始抽真空，使高压乙酰化罐1的气体连续抽出，抽出气体经冷凝器4（出口温度5℃）激冷后，进入气液分离罐6中发生气液分离，分离的液相通入母液收集罐7中，分离的气相放空；如此连续操作1天进行除味处理；

（6）除味处理结束后，停止抽真空并关闭高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14，打开高压乙酰化罐1的气体进口Ⅰ13，向高压乙酰化罐1内连续通入氮气，氮气从高压乙酰化罐1的气体出口15排出后经冷凝器4进入气液分离罐6，从气液分离罐6的出气口进行放空，待高压乙酰化罐1内温度降至40℃后，即得到乙酰化落叶松木材（酯化率为21%，密度为0.8g/cm³，抗胀率达到55%）。该乙酰化落叶松木材的耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅰ级别（强耐腐）的要求。

实施例2

（1）将24根规格为2000mm×150mm×40mm（纵向×弦向×径向）、密度为0.39g/cm³、含水率为8wt%的杨木板材（总体积0.4m³）规整地码放于木材输送车内，然后送入高压乙酰化罐1中，密闭该反应罐；然后打开高压乙酰化罐1上的气体出口15阀门，开启真空泵5，开始抽真空，使高压乙酰化罐1内部达到-0.05MPa，保持100min；

（2）关闭高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，停止抽真空；打开高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门、配料储罐2的出液口阀门以及母液收集罐7的分支出口阀门B，然后开启液体输送泵3将由配料储罐2中的醋酸酐和母液收集罐7中的循环液（醋酸酐66wt%，醋酸33.9wt%，其它0.1wt%）混合而成的乙酰化反应液（醋酸酐90wt%，醋酸9.97%，其它0.03wt%）压送进高压乙酰化罐1，乙酰化反应液总通入体积量为高压乙酰化罐1中木材体积总量的4倍；同时，打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ，向高压乙酰化罐1内通入低压氮气，使高压乙酰化罐1内压力维持在0.2MPa；

（3）关闭高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ、配料储罐2的出液口阀门以及母液收集罐7的分支出口阀门B，打开高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门；将120℃的加热蒸汽通入所述换热器Ⅰ9内，逐步升温，通过所述液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9持续循环加热，使高压乙酰化罐1内乙酰化反应液的温度达到并保持在80℃；高压乙酰化罐1内部压力达到0.3-0.5MPa，如此保持同样状态8h，进行板材的乙酰化反应；

（4）乙酰化反应结束后，向所述换热器Ⅰ9内通入冷却水，通过液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9持续循环降温至25℃，然后关闭高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门，打开换热器Ⅰ9与母液收集罐7连接管线上的排液口阀门以及母液收集罐7的进液口阀门，通过所述液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9压送至母液收集罐7内；

（5）高压乙酰化罐1内的液体排净后，关闭高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门和所述的排液口阀门，打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅱ；向高压乙酰化罐1内加入150L除盐水；然后向换热器Ⅱ8中通入加热蒸气，逐步升温，再将氮气通入换热器Ⅱ8内加热至100℃后从高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14连续通入，使所述高压乙酰化罐1内的温度达到并保持在90℃；同时打开高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，开始抽真空，使高压乙酰化罐1的气体连续抽出，抽出气体经冷凝器4（出口温度20℃）激冷后，进入气液分离罐6中发生气液分离，分离的液相通入母液收集罐7中，分离的气相放空；如此连续操作4天进行除味处理；

（6）除味处理结束后，停止抽真空并关闭高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14，打开高压乙酰化罐1的气体进口Ⅰ13，向高压乙酰化罐1内连续通入氮气，氮气从高压乙酰化罐1的气体出口15排出后经冷凝器4进入气液分离罐6，从气液分离器的出气口进行放空，待高压乙酰化罐1内温度降至40℃以下，即可得到乙酰化杨木木材（酯化率为28%，密度为0.52g/cm³，抗胀率达到71%）。该乙酰化落杨木木材的耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅰ级别（强耐腐）的要求。

对比例1

目前现有的醋酸酐酯化处理木材的技术，一般是将流体（醋酸酐或醋酸酐与其他液体的混合流体）浸渍后再引入惰性气体进行加热加压完成对木材的酯化，并采用常规干燥窑对酯化材干燥，这与本发明的直接在木材与混合流体的接触过程中进行加热加压完成对木材的酯化方式有所不同，具体地按照以下步骤进行：

（2）将醋酸酐与醋酸两股物流注入配料储罐2中，经搅拌混合均匀，形成乙酰化反应反应液，其中醋酸占15wt%，醋酸酐占85wt%；关闭高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，打开高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门，然后开启液体输送泵3，将所述乙酰化反应液经液体输送泵3压送进高压乙酰化罐1；使罐体1a内乙酰化反应液与板材的体积比为3:1；同时打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ，向高压乙酰化罐1内通入低压氮气，使高压乙酰化罐1内压力维持在0.7MPa；

（3）然后关闭高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅰ、配料储罐2的出液口阀门，打开高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门；将120℃的加热蒸汽通入换热器Ⅰ9内，逐步升温，通过所述液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ9持续循环加热，使该混合流体的温度达到并保持在80℃；如此保持同样状态3h，进行板材的浸渍反应；

（4）浸渍反应结束后，向所述换热器Ⅰ9内通入冷却水，通过液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的混合流体经所述换热器Ⅰ9持续循环降温至40℃以下，然后关闭高压乙酰化罐1的反应液进口11阀门，打开换热器Ⅰ9与母液收集罐7连接管线上的排液口阀门以及母液收集罐7的进液口阀门，通过液体输送泵3，使高压乙酰化罐1内的混合流体经所述换热器Ⅰ9排放至母液收集罐7中；

（5）高压乙酰化罐1内的液体排净后，关闭高压乙酰化罐1的反应液出口12阀门和所述排液口阀门，打开高压乙酰化罐1的气体进口阀门Ⅱ；向换热器Ⅱ8中通入加热蒸气，逐步升温，再将氮气通入换热器Ⅱ8内，所述氮气通过换热器Ⅱ8加热至100℃从高压乙酰化罐1的气体进口Ⅱ14通入，调节所述氮气的流量，使所述高压乙酰化罐1内的温度达到90℃，同时打开高压乙酰化罐1的气体出口15阀门，开始抽真空，使高压乙酰化罐1的气体连续抽出，抽出气体经冷凝器4（出口温度20℃）激冷后，进入气液分离罐6中发生气液分离，分离的液相通入母液收集罐7中，分离的气相放空，连续处理6h；

（6）停止向换热器Ⅱ8内通入加热蒸汽；往高压乙酰化罐1内继续通入惰性气体氮气，使高压釜内物料的表面温度降至30℃以下后，排出惰性气体，将板材取出高压乙酰化罐1，移入常规干燥窑中继续干燥10天；

得到的酯化落叶松木材酯化率为11重量%，密度为0.68g/cm³，抗胀率达到50%，耐腐蚀性能达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的Ⅱ级别（强耐腐）的要求，但是木材的酸味较大，木材产生翘曲及裂痕。

可见，与本发明的技术相比，现有的醋酸酐酯化处理纤维材料技术其酯化率比本发明要低，酯化材料的密度和尺寸稳定性低于本发明的酯化材料，而且采用气体加热加压对材料进行酯化的方法，工艺相对复杂、可控性不高、危险性大，所以对酯化处理设备的技术要求就高，处理成本也会相应增大。

由此可以看出，本发明的木材的酯化方法，工艺操作简单且可控性强，并且得到的酯化材料具有酯化率高、尺寸稳定性好、抗胀率高的特点。

本发明中，酯化率是指纤维材料中的羟基被乙酰基所取代而形成酯键结合的百分率，即羟基的取代率，通过高压液相色谱法(HPLC)测得。

本发明中，含水率是指纤维材料中所含水分的数量，即以水分重量占木材总重量的百分率计算，通过称重方法测得。

本发明中，抗胀率按如下公式计算得到：抗胀率=（乙酰化处理前的纤维材料的体积湿胀率-乙酰化处理后的纤维材料的体积湿胀率）/酯化处理前的纤维材料的体积湿胀率×100%。

本发明中，密度，体积湿胀率的测定分别参照国家标准GB/T1933-2009，GB/T1934.2-2009规定的测定方法进行测定。

Claims

1.一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，包括配料储罐（2）、液体输送泵（3）、换热器Ⅰ（9）、高压乙酰化罐（1）、冷凝器（4）、气液分离罐（6）、真空泵（5）和母液收集罐（7）；所述配料储罐（2）设有进料口和出料口；所述换热器Ⅰ（9）设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐（1）设有反应液进口（11）、反应液出口（12）、气体进口和气体出口（15）；所述冷凝器（4）设有热物流进口、热物流出口、冷却介质进口和冷却介质出口；所述气液分离罐（6）设有进口、出气口和出液口；所述液体输送泵（3）设有进料口和出料口；所述母液收集罐（7）设有进液口和出液口；所述母液收集罐（7）的出液口设有分支出口A和分支出口B；分支出口A与分离回收系统经管线连接；分支出口B和所述配料储罐（2）的出料口经管线汇合连接后，与所述液体输送泵（3）的进料口经管线连接；所述液体输送泵（3）的出料口与所述的换热器Ⅰ（9）的进料口经管线连接；所述换热器Ⅰ（9）的出料口与所述高压乙酰化罐（1）的反应液进口（11）经管线连接；所述换热器Ⅰ（9）的出料口还与所述母液收集罐（7）的进液口经管线连接；所述高压乙酰化罐（1）的反应液出口（12）与所述液体输送泵（3）的进料口经管线连接；所述高压乙酰化罐（1）的气体进口与外部气体管道连接；所述高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）与所述冷凝器（4）的热物流进口经管线连接；所述冷凝器（4）的热物流出口与所述气液分离罐（6）的进口经管线连接；所述气液分离罐（6）的出液口与所述母液收集罐（7）的进液口经管线连接；所述气液分离罐（6）的出气口与外界大气相通；所述气液分离罐（6）上还设有抽真空口，所述抽真空口与所述真空泵（5）经管线连接。

2.如权利要求1所述的一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，所述装置系统还包括换热器Ⅱ（8）；所述换热器Ⅱ（8）设有进料口和出料口；所述高压乙酰化罐（1）的气体进口与所述换热器Ⅱ（8）的出料口经管线连接，所述换热器Ⅱ（8）的进料口与所述外部气体管道连接。

3.如权利要求2所述的一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，所述换热器Ⅰ（9）设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅱ（8）设有换热介质进口和换热介质出口；所述换热器Ⅰ（9）和换热器Ⅱ（8）内通入的换热介质为加热蒸汽或冷却水。

4.如权利要求3所述的一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，所述高压乙酰化罐（1）包括一个水平放置且一端密封的圆筒型罐体（1a）和连接于所述罐体（1a）另一端的端盖（1b）；所述高压乙酰化罐（1）的罐体（1a）底部设有用于支撑所述罐体（1a）的支脚（1c）；所述高压乙酰化罐（1）的反应液进口（11）位于所述罐体（1a）上远离端盖（1b）一端的上端面上；所述高压乙酰化罐（1）的反应液出口（12）位于所述罐体（1a）中部的下底面上；所述高压乙酰化罐（1）设有两个气体进口，分别为位于所述罐体（1a）上远离端盖（1b）一端的上端面上的气体进口Ⅰ（13）和位于所述罐体（1a）上远离端盖（1b）一端的下端面上的气体进口Ⅱ（14）；所述高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）位于所述罐体（1a）上近端盖（1b）一端的上端面上。

5.如权利要求4所述的一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，所述高压乙酰化罐（1）装有液位计；所述高压乙酰化罐（1）的罐体（1a）内腔的中心区域以及罐体（1a）的内侧面和外侧面上均装有热电偶；所述热电偶与温控装置连接；所述温控装置可以包括显示温度的显示仪及调节温度的温度指示调节仪。

6.如权利要求5所述的一种用于木材乙酰化生产的装置系统，其特征在于，所述配料储罐（2）的进料口上设有进料口阀门，所述配料储罐（2）的出料口上设有出料口阀门；所述液体输送泵（3）的进料口上设有进料口阀门，所述液体输送泵（3）的出料口上设出料口阀门；所述换热器Ⅰ（9）的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅰ（9）的出料口上设有出料口阀门；所述换热器Ⅱ（8）的进料口上设有进料口阀门，所述换热器Ⅱ（8）的出料口上设有出料口阀门；所述高压乙酰化罐（1）的反应液进口（11）上设有反应液进口（11）阀门，所述高压乙酰化罐（1）的反应液出口（12）上设有反应液出口（12）阀门，所述高压乙酰化罐（1）的气体进口Ⅰ（13）上设有气体进口阀门Ⅰ，所述高压乙酰化罐（1）的气体进口Ⅱ（14）上设有气体进口阀门Ⅱ；所述高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）上设有气体出口（15）阀门；所述冷凝器（4）的冷却介质进口上设有冷凝介质进口阀门，所述冷凝器（4）的冷却介质出口上设有冷却介质出口阀门；所述气液分离罐（6）的进口上设有进口阀门，所述气液分离罐（6）的出气口上设有出气口阀门，所述气液分离罐（6）的出液口上设有出液口阀门；所述母液收集罐（7）的进液口上设有进液口阀门；所述母液收集罐（7）的出液口上设有出液口阀门，所述母液收集罐（7）的出液口的分支出口A上设有分支出口阀门A，所述母液收集罐（7）的出液口的分支出口B上设有分支出口阀门B；所述换热器Ⅰ（9）的出料口与所述母液收集罐（7）的进液口之间的连接管线上设有排液口阀门。

7.一种利用权利要求6所述的装置系统的木材乙酰化生产工艺，包括以下步骤：

（1）将木材经预干燥后，规整地码放于木材输送车内，通过所述木材输送车送入高压乙酰化罐（1）中，然后密封；打开高压乙酰化罐（1）上的气体出口（15）阀门，开启真空泵（5），开始抽真空，使高压乙酰化罐（1）内维持负压状态；

（2）关闭高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）阀门，停止抽真空；打开高压乙酰化罐（1）的反应液进口（11）阀门以及配料储罐（2）的出料口阀门，然后开启液体输送泵（3）将配料储罐（2）中的新鲜料作为乙酰化反应液经换热器Ⅰ（9）压送进高压乙酰化罐（1）；同时，打开高压乙酰化罐（1）的气体进口阀门Ⅰ，向高压乙酰化罐（1）内通入低压氮气，使高压乙酰化罐（1）内压力维持在0.1-0.7MPa；

（3）关闭高压乙酰化罐（1）的气体进口阀门Ⅰ和配料储罐（2）的出料口阀门，打开高压乙酰化罐（1）的反应液出口（12）阀门；向换热器Ⅰ（9）内通入加热蒸汽；通过所述液体输送泵（3），使高压乙酰化罐（1）内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ（9）持续循环加热，使高压乙酰化罐（1）内乙酰化反应液的温度达到并保持在80-140℃，高压乙酰化罐（1）内的压力达到0.3-1.2MPa，进行木材的乙酰化反应；

（4）反应结束后，向所述换热器Ⅰ（9）内通入冷却水，通过液体输送泵（3），使高压乙酰化罐（1）内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ（9）持续循环降温；待冷却至40℃以下后，关闭高压乙酰化罐（1）的反应液进口（11）阀门，打开换热器Ⅰ（9）与母液收集罐（7）连接管线上的排液口阀门以及母液收集罐（7）的进液口阀门，通过所述液体输送泵（3），使高压乙酰化罐（1）内的乙酰化反应液经所述换热器Ⅰ（9）压送至母液收集罐（7）内；

（5）高压乙酰化罐（1）内的液体排净后，关闭高压乙酰化罐（1）的反应液出口（12）阀门和所述的排液口阀门，打开高压乙酰化罐（1）的气体进口阀门Ⅱ；向换热器Ⅱ（8）中通入加热蒸气，反应惰性气体通过所述换热器Ⅱ（8）加热至60-100℃后，从高压乙酰化罐（1）的气体进口Ⅱ（14）连续通入，使所述高压乙酰化罐（1）内的温度达到50-90℃；同时打开高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）阀门，开始抽真空，使高压乙酰化罐（1）内的气体连续抽出；抽出气体经冷凝器（4）激冷后，进入气液分离罐（6）中发生气液分离，分离的液相通入母液收集罐（7）中，分离的气相放空；如此连续操作1-4天进行除味处理；

（6）除味处理结束后，停止抽真空并关闭高压乙酰化罐（1）的气体进口Ⅱ（14），打开高压乙酰化罐（1）的气体进口Ⅰ（13），向高压乙酰化罐（1）内连续通入氮气，氮气从高压乙酰化罐（1）的气体出口（15）排出后经冷凝器（4）进入气液分离罐（6），从气液分离罐（6）的出气口进行放空，待高压乙酰化罐（1）内温度降至40℃后，即得到乙酰化的木材。

8.如权利要求7所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（2）中，打开配料储罐（2）的出液口阀门的同时，同步打开母液收集罐（7）的分支出口阀门B，然后开启液体输送泵（3），将由配料储罐（2）中的新鲜料和母液收集罐（7）中的循环液混合而成的乙酰化反应液压送进入高压乙酰化罐（1）；步骤（3）中，关闭配料储罐（2）的出料口阀门同时，关闭母液收集罐（7）的分支出口阀门B。

9.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述木材经预干燥后，含水量小于14wt%；通过所述抽真空，使高压乙酰化罐（1）内的压力为-0.05至-0.09MPa，并维持10～120min。

10.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述压送进入高压乙酰化罐（1）中的乙酰化反应液中含有65-99.5wt%的醋酸酐。

11.如权利要求10所述的乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（2）中，当所述配料储罐（2）中的新鲜料直接作为乙酰化反应液时，所述配料储罐（2）中的新鲜料由醋酸酐和稀释剂混合而成；所述稀释剂选自C6-C10的芳烃、C1-C10的卤代烃和C1-C10的酸。

12.如权利要求11所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，所述稀释剂选自C6-C10的芳烃和C1-C10的酸。

13.如权利要求12所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，所述稀释剂选自醋酸。

14.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述乙酰化反应液的通入体积量为所述高压乙酰化罐（1）中木材的总体积的1-10倍。

15.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述加热蒸汽的温度为110-170℃；以温度维持稳定开始算起，木材在所述高压乙酰化罐（1）内的乙酰化时间为0.5-10h。

16.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（5）中，向高压乙酰化罐（1）内通入反应惰性气体前，先向高压乙酰化罐（1）内加入消解液，所述反应惰性气体通过所述消解液润湿后再与乙酰化的木材接触。

17.如权利要求16所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，所述消解液为水；所述反应惰性气体为氮气或二氧化碳；所述消解液的通入体积量为所述高压乙酰化罐（1）中木材总体积的0.1-0.3倍。

18.如权利要求17所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，所述消解液为除盐水。

19.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，步骤（5）中，所述冷凝器（4）的出口温度为5-20℃。

20.如权利要求7或8所述的木材乙酰化生产工艺，其特征在于，当排放入母液收集罐（7）中的物料体积大于母液收集罐（7）的容量时，打开母液收集罐（7）的出液口的分支出口A，将母液收集罐（7）中的物料排放至分离回收系统。