RU2000127138A

RU2000127138A - Способ и устройство для обработки целлюлозных материалов

Info

Publication number: RU2000127138A
Application number: RU2000127138/13A
Authority: RU
Inventors: Брюс И. ДЕЙЛ; Джузин К. УИВЕР
Original assignee: Мишиган Стейт Юниверсити
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2002-11-20

Claims

1 Способ повышения доступности содержащегося лигноцеллюлозного сахара и усвояемости лигноцеллюлозного материала путем контактирования лигноцеллюлозного материала с жидким аммиаком, который пропитывает лигноцеллюлозный материал, и последующего быстрого снижения давления, чтобы разрыхлить таким образом лигноцеллюлозный материал посредством газового расширения при переходе жидкого аммиака в газ, что повышает доступность содержащегося сахара и усвояемость лигноцеллюлозного материала, отличающийся тем, что: (а) жидкий аммиак и лигноцеллюлозный материал вводят в нагретый цилиндр со шнеком, имеющий загрузочную горловину, ведущую к шнеку, находящемуся во вращательном контакте с цилиндром вдоль части длины шнека таким образом, что при работе шнек герметично соединяется с впускным отверстием для подачи под давлением жидкого аммиака через загрузочную горловину к шнеку и с нагретым выпускным отверстием из цилиндра, примыкающим к шнеку; (б) жидкий аммиак и лигноцеллюлозный материал уплотняют путем вращения шнека в цилиндре; (в) жидкий аммиак и лигноцеллюлозный материал удаляют из цилиндра через выпускное отверстие экструдера таким образом, что в лигноцеллюлозном материале жидкий аммиак при переходе из жидкости в газ подвергается взрывному расширению; и (г) жидкий аммиак извлекают из лигноцеллюлозного материала в виде газа.

2. Способ по п. 1, в котором цилиндр находится при температуре примерно от 30^oС до 100^oС.

3. Способ по п. 1, в котором лигноцеллюлозным материалом является кукурузный корм для животных или солома.

4. Способ по п. 1, в котором лигноцеллюлозный материал перед введением через загрузочную горловину к шнеку в цилиндре устройства измельчен примерно до 0,01-1,0 дюйма (0,0254-2,54 см) и содержит примерно от 10 до 80 мас. % влаги в расчете на массу сухого лигноцеллюлозного материала.

5. Способ по любому из пп. 1-3 или 4, в котором цилиндр снабжен фильерным устройством, которое уплотняет лигноцеллюлозный материал перед удалением его от шнека в цилиндре устройства.

6. Способ по любому из пп. 1-3 или 4, в котором выпускное отверстие из цилиндра устройства снабжено фильерным блоком, причем фильерный блок нагрет до температуры от 30 до 100^oС, снабжен фильерой и уплотняет лигноцеллюлозный материал перед его удалением из цилиндрового устройства.

7. Устройство для производства вспученного взрывом лигноцеллюлозного материала, которое содержит: (а) по меньшей мере один способный к вращению шнек, установленный в цилиндре экструдера с противоположными концами, сырьевым отверстием для впуска лигноцеллюлозного материала к шнеку в цилиндре и отверстием для выпуска сырья от шнека и из цилиндра, а также средством нагревания и охлаждения между концами цилиндра; (б) расходный бак, содержащий жидкий аммиак под давлением: (в) питающий трубопровод с насосом, ведущий из расходного бака к отверстию для впуска жидкости в цилиндр, расположенному по потоку после отверстия для впуска сырья в зоне перемешивания, содержащей растирающие блоки для перемешивания аммиака с лигноцеллюлозным материалом и для предотвращения протекания жидкого аммиака к отверстию для впуска сырья, причем этот питающий трубопровод содержит после насосной установки обратный клапан, открывающийся под давлением жидкого аммиака, подаваемого к отверстию для впуска жидкости, и закрывающийся при давлении выше давления паров жидкого аммиака; и в котором отверстие в цилиндре для впуска жидкости к шнеку находится в промежуточном положении между концами и служит для подачи жидкого аммиака из расходного бака, посредством чего жидкий аммиак подают к шнеку под давлением и удерживают в цилиндре под давлением в виде сжиженного аммиака, так что лигноцеллюлозный материал, содержащий жидкий аммиак, подвергается взрывному вспучиванию посредством превращения жидкости в газ после удаления лигноцеллюлозного материала из цилиндра через проход фильерного устройства на отверстии для выпуска сырья с помощью вращения шнека, при наличии в фильерном устройстве по меньшей мере одного нагревательного элемента, приспособленного для нагрева фильерного устройства для взрывного расширения жидкого аммиака после удаления из фильерного устройства, при этом экструдер, проход в фильерном устройстве и нагревательный элемент в фильерном устройстве действуют совместно так, что разрыхленный лигноцеллюлозный материал обладает повышенным общим содержанием доступного сахара по сравнению с лигноцеллюлозным материалом до введения в отверстие для впуска сырья, а шнековый элемент, прилегающий к фильерному устройству у отверстия для выпуска сырья, скошен внутрь по направлению к продольной оси шнека, чтобы вытеснять лигноцеллюлозный материал с жидким аммиаком из фильерного устройства.

8. Устройство по п. 7, в котором фильерное устройство имеет скощенный внутрь проход, так что целлюлозный материал перед удалением уплотняется при помощи фильерного устройства.

9. Устройство по любому из п. 7 или 8, в котором растирающие блоки на шнеке расположены перед отверстием для впуска жидкости и вместе с лигноцеллюлозным материалом препятствуют протеканию жидкости к отверстию для впуска сырья.

10. Устройство по любому из п. 7 или 8, в котором отверстие для впуска жидкости снабжено расходным баком для хранения жидкости, а насос для жидкости обеспечивает соединение с баком и подачу жидкости к отверстию для впуска жидкости.

11. Устройство по любому из п. 7 или 8, в котором отверстие для впуска жидкости снабжено управляющим клапаном для регулирования количества жидкости, подаваемой к отверстию для впуска жидкости.

12. Система для взрывного разрыхления лигноцеллюлозного материала с использованием жидкого аммиака, которая включает: (а) устройство с по меньшей мере одним способным к вращению шнеком, установленным в цилиндре экструдера с противоположными концами, сырьевым отверстием для впуска лигноцеллюлозного материала к шнеку в цилиндре с одного конца, который является начальным в технологической цепочке, и сырьевым отверстием для выпуска лигноцеллюлозного материала от шнека и из цилиндра, где шнековый элемент шнека, примыкающий к отверстию для выпуска сырья, скошен внутрь в направлении продольной оси шнека, и где шнековый элемент имеет шнековые лопасти, а одна из лопастей, примыкающая к отверстию для выпуска сырья, снабжена скошенным краем, а также средством нагревания и охлаждения между концами цилиндра, отверстием для впуска жидкости для ввода жидкого аммиака к шнеку в промежуточном положении между его концами, с помощью чего жидкость подают под давлением через отверстие для впуска жидкости к шнеку и сохраняют под давлением в цилиндре в виде жидкого аммиака, так что лигноцеллюлозный материал, содержащий жидкий аммиак, подвергается взрывному разрыхлению посредством превращения жидкости в газ после удаления лигноцеллюлозного материала из цилиндра через проход нагретого фильерного устройства на отверстии для выпуска сырья посредством вращения шнека при наличии в фильерном устройстве по меньшей мере одного нагревательного элемента, который нагревает фильерное устройство для взрывного расширения жидкости; (б) расходный бак для жидкости, содержащий жидкий аммиак под давлением и соединенный со входом отверстия для впуска жидкости; (в) питающий трубопровод с насосом, ведущий из расходного бака к отверстию для впуска жидкости в цилиндр, расположенному по потоку после отверстия для впуска сырья в зоне перемешивания, содержащей растирающие блоки для перемешивания аммиака и лигноцеллюлозного материала, и предотвращения протекания жидкого аммиака к отверстию для впуска сырья, причем этот питающий трубопровод содержит после насосной установки обратный клапан, открывающийся под давлением жидкого аммиака, подаваемого к отверстию для впуска жидкости, и закрывающийся при давлении выше давления паров жидкого аммиака; (г) ограниченное пространство, в котором помещена система, отделенное от операторов устройства и непрерывно продуваемое от аммиака, выделяемого из лигноцеллюлозного материала, подвергнутого взрывному разрыхлению, и (д) средства удаления газа, примыкающие к фильерному устройству, для удаления аммиака, который выделяется из жидкого аммиака и лигноцеллюлозного материала при взрывном разрыхлении лигноцеллюлозного материала вне фильерного устройства, при этом экструдер, проход фильерного устройства и нагрев при помощи нагревательного элемента действуют совместно, так что лигноцеллюлозный материал, подвергнутый взрывному разрыхлению, имеет повышенное общее содержание доступного сахара по сравнению с лигноцеллюлозным материалом, подаваемым к отверстию для впуска сырья, в результате взрывного расширения при превращении жидкого аммиака в газ.

13. Система по п. 12, в которой сечение фильерного устройства скошено внутрь, так что лигноцеллюлозный материал уплотняется при помощи фильерного устройства перед удалением из фильерного устройства.

14. Система по любому из п. 12 или 13, в которой отверстие в экструдере для впуска жидкости снабжено управляющим клапаном для регулирования количества жидкости, подаваемой к отверстию для впуска жидкости.

15. Устройство для непрерывного взрывного разрыхления лигноцеллюлозного материала, включающее: (а) по меньшей мере один способный к вращению шнек, установленный в цилиндре экструдера, имеющего противоположные концы, впускное отверстие и средства нагревания и охлаждения между концами цилиндра, и отверстие для выпуска сырья, причем конфигурация шнека со стороны выпускного отверстия скошена и имеет криволинейные шнековые элементы, а шнек дополнительно включает шнековые элементы для транспортировки вперед, расположенные до и после элементов растирающего блока, которые обеспечивают зону перемешивания на промежутке между концами шнека; (б) средства подачи лигноцеллюлозного материала к впускному отверстию; (в) отверстие для впуска жидкости, расположенное между концами цилиндра, обеспечивающее подачу жидкого аммиака под давлением ниже давления пара жидкого аммиака к лигноцеллюлозному материалу в зоне перемешивания, причем в зоне перемешивания осуществляют смешивание жидкого аммиака с лигноцеллюлозным материалом и предотвращают протекание жидкого аммиака к отверстию для впуска сырья; (г) нагретое фильерное устройство на отверстии для выпуска сырья с нагревательным элементом в фильерном устройстве, причем выпускное отверстие фильерного устройства ограничивает проход, площадь которого составляет 60% от площади прохода впускного отверстия фильерного устройства; в котором экструдер, зона перемешивания, конфигурация сечения фильерного устройства, нагревательный элемент в фильерном устройстве и конфигурация шнека со стороны выпускного отверстия совместно обеспечивают давление, достаточное для сохранения жидкого аммиака в виде жидкости, так что при вытеснении из экструдера смеси лигноцеллюлозного материала и жидкого аммиака благодаря конфигурации шнека со стороны выпускного отверстия, жидкий аммиак превращается в газ, который подвергает лигноцеллюлозный материал взрывному разрыхлению, увеличивая, таким образом, общее доступное содержание сахара в пигноцеллюлозном материале по сравнению с лигноцеллюлозным материалом до его введения в отверстие для впуска сырья.