способ удаления коры с бревен и устройство для его осуществления

Формула изобретения

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КОРЫ С БРЕВЕН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ удаления коры с бревен, включающий обработку бревен раствором препарата и окорку, отличающийся тем, что, с целью ослабления связей между корой и древесиной, в качестве препарата используют энзимы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энзимов используют пектиназу, или гемицеллюлозу, или целлюлозу, или протеазу, или их смесь.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что раствор энзима содержит полигалактуроназу с активностью 5000 - 5000000 нкат/л раствора.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют полигалактуроназу с активностью 24000 - 1200000 нкат/л раствора.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют полигалактуроназу с активностью 180000 - 600000 нкат/л раствора.

6. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что раствор энзима содержит пектинлиазу с активностью 20 - 20000 нкат/л раствора.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют пектинлиазу с активностью 80 - 4000 нкат/л раствора.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют пектинлиазу с активностью 600 - 2000 нкат/л раствора.

9. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что раствора энзима содержит ксиланазу с активностью 50 - 60000 нкат/л раствора.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют ксиланазу с активностью 260 - 13000 нкат/л раствора.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что используют ксиланазу с активностью 2000 - 7000 нкат/л раствора.

12. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что раствора энзима содержит эндоглюконазу с активностью 150 - 200000 нкат/л раствора.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что используют эндоглюконазу с активностью 700 - 36000 нкат/л раствора.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что используют эндоглюконазу с активностью 5400 - 18000 нкат/л раствора.

15. Способ по пп.1 - 14, отличающийся тем, что раствор энзима имеет показатель концентрации ионов водорода pH 2 - 8.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что раствор энзима имеет показатель концентрации ионов водорода pH 3 - 7.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что раствор энзима имеет показатель концентрации ионов водорода pH 5.

18. Способ по пп.1 - 15, отличающийся тем, что продолжительность обработки бревен энзимами составляет 1 - 24 ч.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что продолжительность обработки бревен энзимами составляет 2 - 6 ч.

20. Способ по пп.1 - 18, отличающийся тем, что раствор энзимов используют при температуре 5 - 80^oС.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что раствор энзимов используют при температуре 10 - 65^oС.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что раствор энзимов используют при температуре 20 - 40^oС.

23. Способ по пп.1 - 20, отличающийся тем, что энзимную обработку осуществляют путем погружения бревен в обрабатывающий раствор, содержащий энзимы, путем обливания и/или обрызгивания бревен раствором.

24. Способ по пп. 1 - 20, отличающийся тем, что окорку бревен производят в сочетании с энзимной обработкой, после нее и/или до обработки раствором энзима.

25. Способ по пп. 1 - 23, отличающийся тем, что при обрызгивании бревен энзимным раствором раствор возвращают для повторного применения.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что бревна окаривают механическим путем, например, в корообдирочном барабане, после чего их обрабатывают энзимным раствором путем обрызгивания и погружения, энзимный раствор со стадии обрызгивания возвращают для повторного применения, а бревна дополнительно окаривают воздействием водяной струи под давлением.

27. Устройство для удаления коры с бревен, содержащее транспортер для подачи бревен и корообдирочный станок, отличающееся тем, что, с целью ослабления связей между корой и древесиной, устройство снабжено системой трубопроводов для подачи энзимного раствора, соплами для обрызгивания бревен энзимным раствором, узлом для сбора излишков энзимного раствора с бревен и возврата его в систему трубопроводов, а также питателем для подачи свежего энзимного раствора в систему трубопроводов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу окоривания бревен.

В процессе производства целлюлозы и/или древесной массы из бревен выход волокна из коры является небольшим и низкого качества. Кроме того присутствие коры в древесной массе вызывает проблемы, связанные с применением экстрактивных веществ и увеличением расхода химических материалов. Поэтому бревна перед роспуском на волокна подвергаются окориванию. Необходимость в окоривании зависит от того, какую продукцию намерены получить, а также от оборудования и способа роспуска на волокна. Способ производства отбеленной сульфатной целлюлозы из древесины хвойных пород допускает присутствие небольших количеств коры, а производство молотой древесной массы требует полного окоривания бревен.

В настоящее время для окоривания балансовой древесины применяются окорочные станки барабанного типа. Другие способы включают окоривание с применением станков для удаления камбия, роторных окорочных станков и водяных струй высокого давления.

Деревья имеют слой камбия между корой и древесиной. Это живая и непрерывно растущая часть дерева. Клетки в этой части делятся непрерывно, поэтому они имеют более низкую механическую прочность, чем клетки в других частях дерева. При окоривании цель заключается в удалении коры вместе с камбием. Характерно то, что камбий имеет высокое содержание пектина. Пектиновые полимеры включают в себя галактуроновую кислоту, рамнозу, арабинозу и галактозу. Помимо пектина камбий содержит гемицеллюлозу, целлюлозу и протеин.

При современных технологиях и оборудовании для окоривания проблемы вытекают из того факта, что для достижения заданного уровня окоривания, хотя бревна почти и не имеют коры на последней стадии окоривания, окоривание необходимо продолжать до полного удаления коры, включая и небольшие ее частицы, которые быстрее всего прилипают к желобам.

Целью изобретения является обеспечение технологии, позволяющей удалять кору с бревен с более высокой скоростью, с меньшей затратой энергии и более высокой точностью с тем, чтобы свести до минимума количество древесного волокна, удаляемого вместе с корой, а также создание устройства для осуществления предлагаемой технологии.

Для того, чтобы ослабить связи между древесиной и корой, бревна обрабатываются энзимами во время удаления коры. Ослабление этих связей осуществляется с применением энзимов, которые разрушают полимеры, присутствующие в клетках камбия, и/или которые ослабляют эти связи между клетками.

В известной технологии энзимы до сих пор применяются в обработке древесной массы или целлюлозы, например, для разделения волокон при получении древесной массы из волокна коры (патент Японии N 63042988. Усовершенствованный способ превращения в волокнистую массу волокон коры с применением энзима) или для дронирования древесной массы из волокон коры (Европейский патент N 262040. Обработка бумажной массы гемицеллюлозой). Энзимы до сих пор не применялись для ослабления связей между древесиной и корой.

По технологии в соответствии с изобретением создается возможность применения разрушающих пектин энзимов, гемицеллюлоз, целлюлоз и/или протеаз, и других энзимов, ослабляющих связи между древесиной и корой, и/или разрушающих полимеров, присутствующих в камбии.

Эти энзимы применяются в концентрациях, зависимых от энзиматической активности используемого препарата. Концентрация энзима не является критическим фактором, поскольку обработка энзимов зависит, в дополнение к концентрации энзима, от времени обработки и других условий. Таким образом желаемый эффект может быть достигнут, например, путем применения более низкой концентрации и более продолжительного времени обработки или более высокой концентрации энзима и менее продолжительного времени обработки. Применяемый для обработки раствор может содержать, например, полигалактуроназу, активность которой может варьироваться в пределах 5000-5000000 нкат/л, целесообразно в пределах 24000-1200000 и 18000-600000 нкат/л раствора.

Применяемый для обработки раствор может содержать пектинлиазу, активность которой может колебаться в пределах 20-20000 нкат/л, целесообразно в пределах 80-4000 и 600 - 2000 нкат/л раствора.

Применяемый для обработки раствор может содержать копланазу, активность которой варьируется в пределах 50-60000 нкат/л, целесообразно в пределах 260-13000 и 2000-7000 нкат/л раствора.

Применяемый для обработки раствор может содержать эндоглюконазу, активность которой может колебаться в пределах 150-200000 нкат/л, целесообразно в пределах 700-36000 и 5400-18000 нкат/л раствора.

Для ослабления связей между древесиной и корой наиболее важную роль играют галактуроназа и пептинолиаза. Особенно преимущественным является раствор, который, в дополнение к вышеупомянутым веществам, содержит ксилиназу или эндоглюконазу, или то и другое.

Показатель рН обрабатывающего раствора является таким, что упомянутые энзимы способны ослабить связи между древесиной и корой, разрушить полимеры, присутствующие в камбии, и/или ослабить связи между клетками камбия. Показатель рН составляет, например, 2-8, целесообразно 3-7 и 5. При необходимости обрабатывающий раствор может быть доведен до заданного показателя рН путем применения, например, цитрата натрия или какого-либо другого буферного вещества, известного в энзимной технологии.

Время обработки составляет 1-24 ч, предпочтительно 2-6 ч.

Температура обработки, т.е. температура обрабатывающего раствора, составляет, например 8-80^оС, целесообразно 10-65 и 20-40^оС.

В соответствии с настоящим изобретением энзимы применяются для стимулирования механического удаления коры. Бревна могут быть подвергнуты энзимной обработке перед окориванием по известной технологии. При желании энзимная обработка может быть также произведена после окоривания, т.е. сначала удаляется часть коры, возможно, после энзимной обработки, после чего бревна подвергаются энзимной обработке для ослабления связей между древесиной и оставшимися частями коры с тем, чтобы обеспечить возможность удаления оставшихся частей коры во время второй обработки, которая может представлять собой механическую или какую-либо другую обработку. Эта энзимная обработка может также производиться и в других вариантах в сочетании с окориванием.

Энзимная обработка может быть осуществлена путем погружения бревен в обрабатывающий раствор и/или путем обливания и/или обрызгивания их этим раствором.

Энзимная обработка служит для уменьшения сопротивления отделения коры, т. е. приводит к ослаблению сцепления коры с древесиной, что облегчает последующее механическое удаление коры и ускоряет сам процесс. Тот факт, что кора гораздо легче отделяется от бревна, ведет к снижению затрат энергии, необходимой для снятия коры. При этом достигается более высокая и постоянная скорость окоривания. Энзимная обработка способствует уменьшению потерь ценной древесины, имеющих место при механическом снятии коры в результате разностей сопротивлений окоривания в разных желобах или разных бревен.

Устройство для удаления коры бревен включает в себя транспортер для подачи бревен в корообдирочный станок, например корообдирочный барабан, станок для удаления коры струей высокого давления и т.п., и применяется, например, в сочетании с транспортером, системой трубопроводов с соплами для обрызгивания бревен энзимным раствором. Это устройство содержит средство удаления энзимного раствора с бревен и подачи его обратно в трубопровод для энзимного раствора, что позволяет вторично использовать раствор. Устройство имеет питающие подводы для подачи свежей воды и энзимного раствора, например, в трубопровод. Система трубопроводов снабжена циркуляционным насосом для создания достаточного давления.

На фиг; 1 изображена схема технологии удаления коры с бревен; на фиг. 2 - то же, вариант выполнения; на фиг. 3 - кривые, представляющие результаты экспериментов на необработанном образце; на фиг. 4 - схема обработки бревна пектиназным препаратом; на фиг. 5 - схема обработки еловых бревен энзимным раствором; на фиг. 6 - результаты измерений.

На фиг. 1 иллюстрируется технология удаления коры с бревен в сочетании с применением транспортера 1 известного корообдирочного барабана 2. Бревна 11 располагаются в связках на цепном транспортере 1, который медленно подает их в барабан. В сочетании с транспортером располагается система трубопроводов 3, подающих энзимный раствор. Трубы снабжены соплами 4 для обрызгивания бревен энзимным раствором. Энзимная обработка производится в то время, когда бревна медленно продвигаются на транспортере 1 в направлении корообдирочного барабана. Это оборудование включает в себя средство (дренажное устройство 5) для отделения использованного раствора, который направляется к обезвоживающему транспортеру 6 для удаления коры и других примесей из него. Раствор подается в отстойник 7, откуда возвращается в циркуляционную систему 3". Циркуляционная система 3" снабжена насосом 8 и питателем 9 для свежего энзимного раствора и питателем 10 для свежей воды. Бревна 20 для окоривания обрызгиваются энзимным раствором, раствор возвращается, из него удаляется кора и другие примеси, дают ему возможность отстояться, и он затем снова используется для смачивания бревен. В циркуляционную систему добавляется раствор свежей воды и свежего энзима.

Сопла 4 для энзимного раствора размещаются в кожухе А1 для транспортера 1. Этот кожух образует камеру для обработки бревен. В холодные периоды времени эта камера может быть использована для нагрева и оттаивания обледеневших бревен путем обрызгивания их тепловой водой с помощью сопел (фиг. 1).

В результате энзимной обработки связи между корой и древесиной ослабляются и кора гораздо легче отделяется от бревен в корообдирочном барабане. Это означает, что время, требуемое для удаления коры в корообдирочном барабане, сокращается. Производительность установки увеличивается и благодаря сокращению времени короотделения снижаются потери ценной древесины, имеющие место в барабане.

На фиг. 2 проиллюстрирован другой вариант технологии и устройства соответствии с предлагаемым изобретением, при котором предварительно ободранные бревна 11 перемещаются с помощью транспортера 12 в специальную промежуточную камеру 13 для энзимной обработки. Камера соединена с системой трубопроводов 3 для циркуляции энзимного раствора, снабженных соплами 4. На дне этой камеры расположен специальный скребковый транспортер 1, который медленно продвигает предварительно окоренные бревна из камеры на корообдирочный станок высокого давления. Энзимная обработка производится в камере 13, в которой бревна смачиваются энзимным раствором из циркуляционной системы трубопроводов 3. Эта система непрерывно питается свежим энзимным раствором через питатель 9 и свежей водой через питатель 10. Система снабжена насосом 8, который нагнетает раствор в сопла 4. Транспортер 1, например скребковый, снабжен дренажным устройством 5 для отделения воды от бревен и пропускания ее в отстойник 14 для повторного использования. Корообдирочный станок с применением струи воды высокого давления снабжен дренажным устройством 15 для отделения воды и возвращения ее в отстойник 14.

Предварительно окоренные бревна, поступающие с корообдирочного станка, например из окорочного барабана, транспортируются в камере 13 обработки, обрабатываются энзимным раствором и далее подаются на корообдирочный станок (барабан 2) с применением водяной струи высокого давления, на котором осуществляется окончательное окоривание. Отсюда бревна забираются, например, на мельницу.

П р и м е р 1. Неокоренные березовые бревна были обработаны раствором пектиназы. После двух дней обработки обработанные энзимом образцы были сопоставлены с образцами, аналогично выдержанными в воде, на степень ослабления коры. Кора обработанных энзимом бревен частично отпала во время обработки, а остальная часть коры легко отслаивалась вручную, в то же время кора на выдержанных в воде образцах прочно удерживалась на древесине.

П р и м е р 2. Неокоренные еловые бревна обработали пектиназным препаратом, содержащим полигалактуроназу с активностью 100000 нкат/л. Количество примененного энзимного препарата составляло 1 мл/л обрабатывающего раствора. Обрабатывающий раствор имел показатель рН (концентрации водородных ионов) 5, усилие, требуемое для удаления коры, измеряли с помощью прибора, при котором путем приложения усилия среза закрепленное лезвие отделяет кусок коры с поверхности медленно поворачиваемого диска бревна. Усилие среза, прикладываемое к коре, замеряли с помощью силомера и регистрировали с помощью самописца. Энергию, требуемую для отделения куска коры, рассчитывали из временного интеграла от начала приложения силы до момента отделения коры. Для сравнения аналогичный эксперимент провели на необработанном образце. Результаты проиллюстрированы на фиг. 3, на котором представлена относительная энергия Е для необработанного энзимом образца (А), а для обработанного образца Б. В этом эксперименте энзимная обработка снизила требуемую энергию на 23%.

П р и м е р 3. Неокоренные еловые бревна были обработаны пектиназным препаратом, содержащим полигалактуроназу с активностью 120000 нкат/л, пектинлиазу с активностью 400 нкат/мл, ксиланазу с активностью 1300 нкат/мл и эндоглюконазу с активностью 3600 нкат/мл. Обработку осуществляли путем погружения бревен в буферный обрабатывающий раствор 1 мм цитрата натрия с показателем рН 5, в который добавили 0; 0,3; 1,5 и 7,5 мл упомянутого препарата/л. Образцы обрабатывали в течение 24 ч при 20^оС. Энергию, требуемую для удаления коры, измеряли так же, как и в примере 2.

Полученные результаты измерения проиллюстрированы на фиг. 4, на котором относительная энергия (%) представлена в зависимости от содержания энзима (мл/л). Когда количество примененного энзимного препарата составляло 0,3 мл/л обрабатывающего раствора, энергия, требуемая для отделения коры, была на 38% ниже по сравнению с требуемой энергией без энзимной обработки. Когда количество энзимного препарата составляло 7,5 мл/л обрабатывающего раствора, требуемая энергия была на 80% ниже, чем в случае без энзимной обработки.

П р и м е р 4. Бревна обработали пектиназным препаратом, состав которого был таким же, как и в предыдущем примере. Бревна погружали в мм буферный раствор цитрата натрия с показателем рН 5, содержащий пектиназный препарат в объеме 1,5 мл/л. Обработку проводили в течение 24 ч при 20 и 40^оС. Аналогичный сопоставительный эксперимент провели при тех же условиях без применения энзимов. Относительную энергию замеряли, как и в примере 2.

Результаты проиллюстрированы на фиг. 5, на которой В - энергия, которая потребовалась для отделения коры без энзимной обработки при 20^оС; Г - энзимная обработка при 20^оС; Д - обработка без энзима при 40^оС и Ж - энзимная обработка при 40^оС. Повышение температуры усиливает эффект обработки как с применением энзима, так и без него, но в случае энзимной обработки эффект повышения температуры гораздо сильнее.

П р и м е р 5. Неокоренные еловые бревна обработали энзимным препаратом, как и в примере 3. Обработку проводили путем погружения бревен в водный раствор, содержащий 1,5 мл упомянутого препарата/л. Температура обработки 20^оС и требуемые усилия замеряли через 2,12 и 24 ч, как и в примере 2. В качестве сопоставительного образца использовали еловое бревно, которое было обработано в тех же условиях в течение 24 ч без энзима.

Результаты измерений представлены на фиг. 6. Два часа энзимной обработки снизили усилие окоривания примерно на 5% по сравнению с сопоставительным образцом. Спустя 12 ч этот показатель составил 35%, а через 24 ч - 50%. Следовательно, увеличение времени обработки усиливает эффект энзимной обработки.