專利名稱：供應(yīng)顆?；蚶w維材料堆的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種傳送顆粒材料堆的設(shè)備，從諸如供料斗的輸送松散材料的設(shè)備傳送到松散材料的處理區(qū)。設(shè)備可用于把材料堆傳送到在高于大氣壓下工作的反應(yīng)器中。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的美國(guó)專利號(hào)4,186,658公布了一種設(shè)備，用于把顆粒和/或纖維材料堆供應(yīng)到處于高壓的蒸煮器中。在該專利中公布的設(shè)備包括一個(gè)裝在管道中的螺旋傳送器和一個(gè)往復(fù)的環(huán)狀活塞，活塞與螺旋傳送器同軸并部分地包圍著螺旋傳送器。一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)裝置在操作上與螺旋傳送器裝置連接，用于轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋并把松散材料輸送到收集室。一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)裝置在操作上與環(huán)狀活塞連接，用于使活塞作與螺旋傳送器裝置同軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且壓實(shí)在收集室中的材料。在把顆?；蚶w維材料供應(yīng)到諸如壓力反應(yīng)器(如蒸煮器)設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)中，該專利的設(shè)備提供了重要的突破，因?yàn)椴捎眠@種設(shè)備，低纖維剪切強(qiáng)度的纖維材料可被壓實(shí)到極高的致密度，形成一個(gè)實(shí)際上為固體的芯棒，從位于設(shè)備下游處理區(qū)來(lái)的壓力介質(zhì)不能穿透它。在也轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的美國(guó)專利號(hào)4,119,025中說(shuō)明了設(shè)備操作的方法，在美國(guó)專利號(hào)4,412,485中公開了應(yīng)用這種設(shè)備來(lái)使纖維之類物質(zhì)脫水。
一般說(shuō)，在這些專利中提出的設(shè)備具有一個(gè)環(huán)狀活塞，它包圍著一個(gè)設(shè)置在管道內(nèi)的螺旋送料器。螺旋送料器在操作上與可以裝載纖維材料(如木屑)的料斗連接。螺旋送料器把材料供應(yīng)到收集室，此時(shí)開始?jí)簩?shí)材料堆。通過(guò)環(huán)狀活塞的往復(fù)作用進(jìn)一步壓實(shí)收集室中的材料堆，并且使材料堆向前通過(guò)下游的管道到達(dá)處理區(qū)，例如到達(dá)一個(gè)蒸煮器。往復(fù)的環(huán)狀活塞使材料堆變成高度致密的材料堆，它可通過(guò)管道被推到一個(gè)高壓容器中。
由以上各個(gè)美國(guó)專利保護(hù)的發(fā)明代表了由環(huán)狀往復(fù)活塞與正規(guī)螺旋傳送器作用相結(jié)合所達(dá)到技術(shù)的重大進(jìn)展。因此，諸如低剪切強(qiáng)度纖維材料的材料可以被壓實(shí)成能夠送入基本上為高壓(如450psi)的容器中的材料堆。
在也轉(zhuǎn)讓給本中請(qǐng)人的美國(guó)專利號(hào)4,947,743中，說(shuō)明了對(duì)美國(guó)專利號(hào)4,186,658設(shè)備的改進(jìn)。這些改進(jìn)提高了設(shè)備的整體機(jī)械和能量效率。
諸如在美國(guó)專利號(hào)4,186,658中公開的組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備很適合于送料到高壓和/或高溫的反應(yīng)器中。例如，這種設(shè)備可用于連續(xù)紙漿的準(zhǔn)備處理，把木屑送到碎漿機(jī)或把煤灰送到爐子中。另外，如美國(guó)專利號(hào)4,186,658第2列第62～68行所述，設(shè)備可用于“保持材料以非常希望的連續(xù)材料堆方式傳送通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)，特別是在對(duì)諸如蒸煮器的壓力容器供應(yīng)諸如稻草、蔗渣等有機(jī)纖維材料的技術(shù)中應(yīng)用本發(fā)明時(shí)”。
稻草、蔗渣之類包含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，可在蒸煮器中作處理作成反芻動(dòng)物的飼料或紙張生產(chǎn)的紙漿。
高純度的纖維素(即具有約90％或更高α纖維素含量的纖維素)還可用于生產(chǎn)許多纖維素衍生的終端產(chǎn)品，包括如纖維素和照相軟片的薄膜，如用于制作衣服的纖維，如甲基纖維素和羧甲基纖維素的表觀松散的流變改性物。為了準(zhǔn)備這種用途的纖維素，一般希望“活化”纖維素。采用這種處理，把纖維素與一種破壞纖維素分子內(nèi)氫鍵的化學(xué)物質(zhì)(一般稱為“活化劑”)接觸。由于破壞了這些鍵，或者至少破壞了其中某些鍵，可提供補(bǔ)充的反應(yīng)區(qū)，從而增加纖維素對(duì)下游衍生作用的反應(yīng)能力。
已經(jīng)開發(fā)了不同的活化處理方式。一種處理方式是采用蒸氣作為活化劑。在高溫(如從約100℃到約350℃)和高壓(如從約10到約250大氣壓)下接觸纖維素，破壞了纖維素分子中的氫鍵，從而建立更多的反應(yīng)區(qū)。
最近已說(shuō)明了用氨作為活化劑。例如見美國(guó)專利號(hào)4,634,470。采用氨，可在從約50℃到約60℃溫度和從300到350psig壓力下活化纖維素。
當(dāng)在較大壓力下進(jìn)行這些處理時(shí)，在開發(fā)有效的活化處理方面遇到了問(wèn)題。一個(gè)特殊的問(wèn)題是在處理容器(如蒸煮器)處于穩(wěn)態(tài)條件下把纖維素供應(yīng)到蒸煮器。在活化纖維素的連續(xù)處理過(guò)程中，必須在基本上高壓下把纖維素供應(yīng)到反應(yīng)器中。因此，以批處理方式來(lái)進(jìn)行某些處理，由此把纖維素供應(yīng)到蒸煮器，然后把蒸煮器提高到工作條件。但是，這種處理不能進(jìn)行大批生產(chǎn)，另外，它們不在低壓下工作。
盡管在穩(wěn)態(tài)條件下的活化處理相當(dāng)有效，在穩(wěn)態(tài)條件下把纖維素供應(yīng)到反應(yīng)器來(lái)建立仍有效的整個(gè)處理過(guò)程時(shí)產(chǎn)生了問(wèn)題。盡管可采用其它的送料設(shè)備來(lái)把纖維素供應(yīng)到連續(xù)工作的蒸煮器中，它們均不能在蒸煮器整個(gè)工作壓力范圍上供應(yīng)纖維素。
作為這些送料設(shè)備的替代方式，本申請(qǐng)人曾企圖采用在先前美國(guó)專利中所述的組合螺旋傳送器/活塞的設(shè)備來(lái)把高純度纖維素(即具有約90％或更高的α纖維素含量的纖維素)供應(yīng)到高壓蒸煮器。出乎意料的是，發(fā)現(xiàn)用這種設(shè)備把纖維素供應(yīng)到在穩(wěn)態(tài)條件下承受活化劑的蒸煮器之后，僅約99％的纖維素被活化。余下的1％沒有反應(yīng)，由此復(fù)雜了已活化纖維素流在下游的處理過(guò)程。因此，盡管已證明組合螺旋傳送器/活塞的設(shè)備適用于過(guò)去的許多用途中，但把纖維素供應(yīng)到反應(yīng)器來(lái)活化纖維素時(shí)存在著問(wèn)題。
發(fā)明概述本申請(qǐng)人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維素通過(guò)組合螺旋傳送器/活塞的設(shè)備時(shí)由于纖維素的角質(zhì)化引起了在蒸煮器中纖維素不能被活化。材料的角質(zhì)化造成了硬化的材料，它與活化劑接觸時(shí)不能被充分活化。
更出乎意料的是，本申請(qǐng)人能夠確定當(dāng)材料堆沿縱向通過(guò)設(shè)備時(shí)角質(zhì)化發(fā)生在材料堆的外環(huán)帶中。

圖1表示了沿著圖2中1-1線，橫跨組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的壓縮管中心的芯棒密度徑向變化。如該圖線所示，從送料設(shè)備中心到管道的外環(huán)周邊的芯棒密度有很大變化。尤其出乎意料的是，在美國(guó)專利號(hào)4,947,743中本申請(qǐng)人已經(jīng)說(shuō)明了活塞前面具有一個(gè)可引導(dǎo)一部分材料沿徑向向內(nèi)的錐形區(qū)(見第8列第11～15行和圖7)。本發(fā)明提供了一種把纖維素供應(yīng)到蒸煮器的方法，使得所有纖維素可以有效地被活化劑活化。
按照本發(fā)明，提供了一種方法來(lái)把至少包括90％α纖維素的材料堆供應(yīng)到反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓下工作，其中材料堆受到活化劑的作用，方法包括的步驟為使材料堆承受足以把材料堆提供給反應(yīng)器的壓力和溫度，并低于發(fā)生材料堆角質(zhì)化的壓力和溫度。
按照本發(fā)明，還提供了一種方法來(lái)把至少包括90％α纖維素的材料堆供應(yīng)到反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓下工作，其中材料堆受到活化劑的作用，方法包括的步驟為當(dāng)材料堆朝下游通過(guò)送料設(shè)備時(shí)，釋放材料堆的壓力，以防止在送料設(shè)備中材料堆的燒結(jié)。
按照本發(fā)明，還提供一種方法來(lái)生產(chǎn)被活化的纖維素，方法包括的步驟為(a)把包括纖維素的材料堆引入送料設(shè)備；(b)使材料堆承受的壓力和溫度足以把材料堆提供給在大于大氣壓的壓力下工作的反應(yīng)器中，同時(shí)保持材料堆低于發(fā)生材料堆角質(zhì)化的壓力和溫度；(c)在存在活化劑下活化反應(yīng)器中材料堆的纖維素，以形成活化的纖維素；以及(d)從蒸煮器排出活化的纖維素。
在一個(gè)實(shí)施例中，把材料堆溫度保持在其燒結(jié)溫度之下，以防止材料堆的角質(zhì)化。至少冷卻與材料堆接觸的送料設(shè)備表面的一部分，可把材料堆溫度保持在其燒結(jié)溫度之下。
或者是，至少冷卻在其中起初壓實(shí)材料堆的送料設(shè)備表面的一部分，可以把材料堆保持在其燒結(jié)溫度之下。在一個(gè)實(shí)施例中，送料設(shè)備可包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器的第一管道，一個(gè)與第一管道同軸并設(shè)置在第一管道中的往復(fù)環(huán)狀活塞，以及一個(gè)從第一管道向蒸煮器延伸的第二管道。冷卻第一管道、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)，可把材料堆保持在低于其燒結(jié)溫度的溫度上。在另一個(gè)實(shí)施例中，送料設(shè)備可包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器和具有排出端的第一管道、一個(gè)在第一管道排出端的中間室、一個(gè)與中間室同軸并位于其中的往復(fù)環(huán)狀活塞、以及一個(gè)從中間室向蒸煮器延伸的第二管道。冷卻第一管道、中間室、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)，可把材料堆保持在低于其燒結(jié)溫度的溫度上。
在又一個(gè)實(shí)施例中，送料設(shè)備可具有沿縱向延伸的管道，方法包括的步驟為使材料堆通過(guò)管道而同時(shí)使材料堆承受壓縮力來(lái)形成連續(xù)的壓實(shí)芯棒，芯棒的橫截面接近管道的橫截面，并保持芯棒的外環(huán)區(qū)密度低于芯棒外環(huán)區(qū)會(huì)燒結(jié)的密度。優(yōu)選的是，芯棒外環(huán)區(qū)密度保持低于120 lb/ft3，更好是低于95 lb/ft3，最好是低于80 lb/ft3。
可采用一種設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，設(shè)備確定了一個(gè)沿縱向延伸的通道和一條縱向軸線，用于把包括固體顆粒和/或纖維的材料堆供應(yīng)到一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓的壓力下工作，其中材料堆與活化劑接觸來(lái)活化纖維素，設(shè)備包括(a)具有螺旋傳送器的第一管道，第一管道具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(b)在螺旋傳送器排出端上的中間室，中間室具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(c)與中間室同軸并設(shè)置在其中的往復(fù)環(huán)狀活塞，活塞具有一個(gè)前面；
(d)從中間室到反應(yīng)器朝下游延伸的第二管道，第二管道具有一個(gè)從中間室朝下游延伸的上游段，一個(gè)位于上游段下游的下游段以及其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；以及至少?gòu)囊韵乱唤M中選擇一個(gè)要素(e)至少螺旋傳送器，中間室和第二管道的上游段中有一個(gè)具有熱交換器，熱交換器具有冷卻材料堆的熱交換表面；(f)至少中間室的內(nèi)表面和第二管道內(nèi)表面中有一個(gè)沿徑向向外釋放，由此減小在材料堆與釋放表面接觸的區(qū)域上的壓縮力；以及(g)活塞的整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆不賦予向外的沖量，由此引導(dǎo)材料堆離開中間室的內(nèi)表面，由此至少選擇一個(gè)要素來(lái)保持材料堆的壓力和溫度低于材料堆發(fā)生角質(zhì)化的壓力和溫度，從而容許材料堆被通過(guò)反應(yīng)器的通道所活化。
在一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆賦予向前的沖量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，前面包括一個(gè)截錐形的斜面，它與縱向軸線同軸并朝著中間室的上游方向逐漸縮小。截錐形的斜面可具有178°到90°的頂角，更好是160°到120°，最好是160°到140°。
在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備可具有一個(gè)溫度敏感器來(lái)監(jiān)測(cè)熱交換表面的溫度，以及一個(gè)溫度調(diào)節(jié)件來(lái)調(diào)節(jié)熱交換器中的冷卻流體溫度，以防止材料堆溫度降到冰點(diǎn)以下。
在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送器的螺旋是空心的，在送料設(shè)備工作的同時(shí)確定了通過(guò)冷卻流體的通路。
在另一個(gè)實(shí)施例中，中間室的外表面上設(shè)有一個(gè)冷卻套，在送料設(shè)備工作的同時(shí)冷卻套確定了通過(guò)冷卻流體的通路。在一個(gè)供替代的實(shí)施例中，或者除了上述冷卻套以外，第二管道的外表面上設(shè)有一個(gè)冷卻套，在送料設(shè)備工作的同時(shí)冷卻套確定了通過(guò)冷卻流體的通路。一個(gè)或同時(shí)兩個(gè)冷卻套可確定通過(guò)冷卻流體的螺旋通道。
在另一個(gè)實(shí)施例中，相鄰于中間室的第二管道內(nèi)表面直徑大于相鄰于第二管道的中間室內(nèi)表面直徑，由此當(dāng)材料堆從中間室通到第二管道時(shí)減小了在材料堆部分上的壓縮力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，中間室內(nèi)表面從其上游端到下游端沿徑向朝外為錐形。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第二管道的內(nèi)表面從其上游端到下游端沿徑向朝外為錐形。
在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備還具有一個(gè)在第二管道下游端和反應(yīng)器之間延伸的插入件，插入件具有內(nèi)表面，相鄰于第二管道的插入件內(nèi)表面直徑大于相鄰于插入件的第二管道內(nèi)表面直徑，由此當(dāng)材料堆從第二管道通到插入件時(shí)減小了在材料堆部分上的壓縮力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，至少?gòu)囊韵乱唤M中選擇一個(gè)要素(a)中間室內(nèi)表面沿徑向朝外釋放；(b)第二管道內(nèi)表面沿徑向朝外釋放；以及(c)活塞整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆不賦予向外的沖量，由于泊松比效應(yīng)容許材料堆沿徑向向外擴(kuò)張，而同時(shí)減小了在材料堆和內(nèi)表面之間的摩擦力，以便當(dāng)材料堆通過(guò)送料設(shè)備時(shí)保持材料堆溫度低于燒結(jié)溫度。
按照本發(fā)明，還提供一種設(shè)備，它確定了沿縱向延伸的通道和一條縱向軸線，用于把包括固體顆粒和/或纖維的材料堆供應(yīng)到一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓的壓力下工作，設(shè)備包括(a)具有螺旋傳送器的第一管道，第一管道具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(b)在螺旋傳送器排出端上的中間室，中間室具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(c)與中間室同軸并設(shè)置在其中的往復(fù)環(huán)狀活塞，活塞具有一個(gè)前面；(d)從中間室到反應(yīng)器朝下游延伸的第二管道，第二管道具有一個(gè)從中間室朝下游延伸的上游段，一個(gè)位于上游段下游的下游段以及其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；以及至少?gòu)囊韵乱唤M中選擇一個(gè)要素(e)至少螺旋傳送器，中間室和第二管道的上游段中有一個(gè)具有冷卻材料堆的熱交換表面；(f)相鄰于中間室的第二管道內(nèi)表面直徑大于相鄰于第二管道的中間室內(nèi)表面直徑，由此當(dāng)材料堆從中間室通到第二管道時(shí)減小了在材料堆部分上的壓縮力；以及(g)活塞整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆不賦予向外的沖量，由此引導(dǎo)材料堆離開中間室的內(nèi)表面。
在結(jié)合以上提出的一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施例，或者替代它們，螺旋的內(nèi)部是空心的，以便在設(shè)備工作的同時(shí)確定了通過(guò)冷卻流體的通道。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可由組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備把包含90％或更多α纖維素的材料有效地供應(yīng)到處于高壓的蒸煮器中，在那里可以活化所有的或?qū)嶋H上所有的α纖維素。因此，現(xiàn)在在纖維素活化處理過(guò)程中可利用組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和可靠性。
附圖描述按照以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，將更充分和詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是橫跨壓縮管道中心的芯棒密度沿徑向變化曲線圖；圖2是一個(gè)組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備實(shí)施例當(dāng)連接到反應(yīng)器上時(shí)的部分剖視圖；圖3是圖2送料設(shè)備的俯視圖；圖4是圖2送料設(shè)備的側(cè)視圖；圖5是簡(jiǎn)化的液壓示意圖，表示了一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例，用于組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的壓實(shí)活塞；圖6是取自設(shè)備中心線的本發(fā)明送料設(shè)備的剖視圖；圖7是圖6一部分的放大圖；以及圖8是圖6實(shí)施例的剖視圖，表示了一些補(bǔ)充的特性。
優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明涉及了在現(xiàn)有技術(shù)中已知的組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的改進(jìn)。這種設(shè)備先前已公布在美國(guó)專利號(hào)4,186,658；4,199,025和4,947,743中，均把它們引入這里作為參考。以下是其中公布的標(biāo)準(zhǔn)組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的簡(jiǎn)短描述。
在組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備中，螺旋2被設(shè)計(jì)成把所選材料堆從把材料堆供應(yīng)到組合螺旋傳送器/活塞送料設(shè)備的一個(gè)設(shè)備，如料斗(圖中未示)輸送到料斗下游的排出端。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖2，編號(hào)1表示料斗(圖中未示)的底部出口，它最好位于傳送器的沿軸向延伸螺旋桿2一端之上，螺旋具有沿螺旋延伸的連續(xù)螺旋線3。從圖3和4可明顯看出，螺旋桿2可固定在軸4的一端，軸4由軸承支承，軸承裝在固定在底框7上的軸承座5,6中。軸4的另一端可終接在一個(gè)齒輪箱8中，其輸入由與驅(qū)動(dòng)電機(jī)10在操作上連接的V形驅(qū)動(dòng)帶9(圖4)所驅(qū)動(dòng)。
螺旋桿2的另一端在近端終接到管道12的入口區(qū)11(圖2)，管道12的出口區(qū)13終接在如壓力蒸煮器14的反應(yīng)器上。從圖2可以理解到，管道12與反應(yīng)器14內(nèi)部保持永久的連通。在本文中術(shù)語(yǔ)“永久連通”意味著組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備不設(shè)立任何閥門之類來(lái)把管道出口13與料斗隔開。
傳送器螺旋桿2被安裝成在一個(gè)管段15內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，管段內(nèi)部可設(shè)有四個(gè)沿軸向的細(xì)長(zhǎng)肋16，它通常與螺旋線3的周邊保持滑動(dòng)接觸，如圖2所示。管段15的外部滑動(dòng)地容納了一個(gè)沿軸向的細(xì)長(zhǎng)環(huán)狀活塞17，它安裝成在管段15外側(cè)上可沿軸向來(lái)回移動(dòng)。
活塞17的端部上設(shè)有一個(gè)環(huán)狀圈18。環(huán)狀圈18可用螺釘18a裝到活塞17上。圈18的內(nèi)部與相鄰的活塞17內(nèi)部區(qū)一起形成了在管段15下游的中間室19。中間室19位于傳送器螺旋2端部和管段12入口11之間。
從以上可以理解到，一般說(shuō)，設(shè)置螺旋傳送器(2,3,15,16)用于把材料堆從料斗出口區(qū)沿大致軸向朝著管道12的出口11送進(jìn)。管道12的出口是與壓力大于大氣壓的反應(yīng)器，如反應(yīng)器14永久連通。從圖2,3和4可清楚地看到，管道12大致與螺旋傳送器同軸延伸。參照?qǐng)D2，以上的描述也表明中間室19在螺旋傳送器的排出端。中間室19也大致與螺旋傳送器同軸，并位于螺旋傳送器和管道12之間。中間室19通常與螺旋傳送器連通，也與管道12連通。
環(huán)狀圈18形成了指向反應(yīng)器14的環(huán)狀活塞17的前面。一般說(shuō)，往復(fù)活塞(17,18)具有設(shè)在中間室19上的一個(gè)前面，用于與螺旋傳送器大致同軸地作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而上述活塞裝置的前面指向反應(yīng)器14。
軸4、齒輪箱8、驅(qū)動(dòng)帶9和電機(jī)10的組件也稱為“轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋傳送器的第一驅(qū)動(dòng)裝置”。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3，一個(gè)凸起件20固定連接到活塞17的外部并從活塞每一側(cè)沿徑向水平延伸，每個(gè)凸起件20的徑向外端固定連接到滑動(dòng)地容納在座22中的桿21的一部分上，座22固定連接到底框7上。每個(gè)凸起件20通過(guò)水平的細(xì)長(zhǎng)槽口23(見圖3下部)突出，槽口23設(shè)在容納活塞17的管段15側(cè)面。每個(gè)桿21的一端通過(guò)撓性接頭24與液壓缸26的活塞桿25連接，每個(gè)液壓缸的另一端鉸接固定到固定在底框7的支架27上。
現(xiàn)參照?qǐng)D5的示意圖，液壓缸26中設(shè)有活塞28。液壓缸26內(nèi)部的一端與管線29連通，液壓缸的另一端與管線30連通。管線29,30的另一端連接到控制閥31的輸出端?？刂崎y31的另一端連接到另一個(gè)管線32，它又與安全排出分支33和驅(qū)動(dòng)分支34連通。分支34分成低用量、高壓管線35和高用量、低壓管線36，管線35和36分別與高壓、低用量泵37和低壓、高用量泵38連通。管線36上設(shè)有止回閥39。設(shè)有導(dǎo)閥41的排出管道40把在止回閥39和泵38之間的管線36一部分與貯槽42連通。導(dǎo)閥41在操作上與引導(dǎo)管線43在操作上連接，管線43與上述管線32連通。可有選擇地調(diào)節(jié)控制閥31來(lái)把管線32與貯槽42連通。每個(gè)液壓缸26系統(tǒng)和與圖5有關(guān)的輔助液壓系統(tǒng)一般也可稱為“使活塞往復(fù)的第二驅(qū)動(dòng)裝置”。
這個(gè)組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備實(shí)施例所描述部分的操作如下。
操縱電機(jī)10的開關(guān)(圖中未示)來(lái)起動(dòng)電機(jī)10，同時(shí)驅(qū)動(dòng)泵38和37?，F(xiàn)在導(dǎo)閥41是關(guān)閉的。由泵37、38提供的流體通過(guò)管線32流到控制閥31并返回到貯槽42中。依靠控制閥31的起動(dòng)，把流體從管線32導(dǎo)向管線29，而現(xiàn)在管線30與貯槽42連通。壓力流體把活塞驅(qū)動(dòng)到右側(cè)。一旦活塞達(dá)到與圖5所示位置相反的位置，控制閥31反向過(guò)來(lái)把管線32與管線30連通，以及把管線29與貯槽42連通。因此，由泵37和38提供的壓力流體現(xiàn)在把活塞28從右側(cè)驅(qū)動(dòng)到左側(cè)，如圖5所示。活塞28以及空心活塞17的往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率可以大致在每秒一個(gè)沖程的范圍內(nèi)。
因此，由于第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置的起動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋桿2來(lái)把材料從料斗的出口1送向在傳送器螺旋桿2出口端的室19。當(dāng)被螺旋桿傳送時(shí)，材料同時(shí)被螺旋桿的作用所壓實(shí)，并且積聚在室19的區(qū)域中，進(jìn)一步前進(jìn)到圖2的右側(cè)而進(jìn)入管道12的入口11。材料最終充滿了管道12的整個(gè)橫截面，并且由于空心活塞17的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)一步向前進(jìn)，空心活塞的端圈18沿軸向把積聚的材料堆推向反應(yīng)器14?；钊那斑M(jìn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步壓實(shí)材料，最終材料形成一個(gè)芯棒，其密度與在室19(材料在那里離開螺旋傳送器區(qū)域)中時(shí)的密度相比被大大提高。因此可理解到，已壓實(shí)材料堆通過(guò)管道12的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)主要受往復(fù)空心活塞17作用的影響，而同時(shí)螺旋傳送器2繼續(xù)推進(jìn)將由空心活塞來(lái)壓實(shí)的其它材料。反應(yīng)器14可基本上處于高壓，如750psig。螺旋桿2和活塞17的組合作用足以形成一個(gè)芯棒，芯棒可朝下游移入反應(yīng)器14，克服由反應(yīng)器14中高壓施加在芯棒上的朝上游的壓力，而同時(shí)防止通過(guò)室19的任何壓力釋放(如被反吹)。
可以理解到，一般說(shuō)，由螺旋桿2作用的上述材料堆的壓實(shí)程度也可稱為“第一致密度”。一般說(shuō)，所傳送材料堆可從螺旋傳送器的排出區(qū)(室19)排出到第二區(qū)(入口11)中，第二區(qū)沿軸向被隔開在第一區(qū)(即室19)的下游。另外，一般說(shuō)，位于第二區(qū)中或在入口11上的被傳送材料堆部分受到一個(gè)間歇力(由空心活塞產(chǎn)生)，它沿著大致與螺旋傳送器中心線同軸的方向，進(jìn)一步推進(jìn)材料堆從第一區(qū)(即從室19)離開。
從上述描述也可明白，活塞對(duì)位于入口11(也稱為“第二區(qū)”)下游的材料堆施加一個(gè)力，克服由反應(yīng)器14中壓力狀態(tài)對(duì)出口13上芯棒施加的壓力。由于這些反向的壓力，芯棒受到一個(gè)力，相對(duì)于間歇力摩擦地阻止了材料堆的表面，有助于材料堆的壓實(shí)。這個(gè)摩擦力作用在管道12的內(nèi)壁。因此，由于活塞17的作用，把通過(guò)管道12前進(jìn)的材料堆壓實(shí)成第二致密度，它超過(guò)主要由螺旋傳送器作用產(chǎn)生的第一致密度?？梢岳斫獾剑诙旅芏炔皇箓魉推髀菪龡U2受到任何應(yīng)力，再添加到傳送和預(yù)壓實(shí)被送到室19材料所需的應(yīng)力上。因此，螺旋傳送器的整個(gè)組件沒有不必要的龐大體積。另外，螺旋傳送器的機(jī)構(gòu)在工作時(shí)不承受過(guò)分的磨耗。
參照?qǐng)D6，反應(yīng)器14可引入裝在軸52上的阻塞錐50。插入件54可位于管道12和反應(yīng)器14之間。阻塞錐50可從反應(yīng)器14伸入插入件54中。插入件54具有一個(gè)凹口，當(dāng)阻塞錐50完全插入凹口54(如圖6所示)時(shí)，凹口適于容納阻塞錐50。在該位置上，阻塞錐50完全把反應(yīng)器14與管道12相密封。
軸52沿軸向活動(dòng)地裝在反應(yīng)器14中，因而能夠從完全伸展位置(如圖6所示)到插入件54與反應(yīng)器14連通的退縮位置作移動(dòng)。為此，軸52可通過(guò)件56作延伸，件56密封了反應(yīng)器14和確定了一個(gè)沿軸向延伸的管道來(lái)引導(dǎo)軸52。軸52的遠(yuǎn)端58裝在座60中，座60可由現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式(圖中未示)從圖6所示位置移到圖6中虛線輪廓所示的退縮位置60′。
因此，當(dāng)座60在圖6中60′所示的位置，阻塞錐50僅可部分地伸入插入件54中。當(dāng)芯棒通過(guò)送料設(shè)備進(jìn)入反應(yīng)器14時(shí)，芯棒遇到阻塞錐50。因此當(dāng)芯棒進(jìn)入反應(yīng)器14時(shí)，阻塞錐50有助于粉碎芯棒。
在一個(gè)沖程期間，當(dāng)環(huán)狀圈18從圖2實(shí)線所示位置移到圖2所示虛線位置時(shí)，活塞對(duì)纖維施加很大的力來(lái)壓實(shí)纖維。施加附加的力來(lái)克服對(duì)芯棒沿管道12流動(dòng)的阻力。這包括克服動(dòng)摩擦(即在芯棒和管道12壁之間的動(dòng)摩擦)的功，克服施加在出口13上芯棒端的反應(yīng)器14壓力的功，以及克服由阻塞錐50對(duì)芯棒流動(dòng)阻力的功。因此，需要由活塞17對(duì)材料堆施加大量的力來(lái)完成實(shí)際的纖維壓縮。
如上所述，組合螺旋傳送器/活塞的送料設(shè)備已用于輸送顆粒和/或纖維材料。但是，當(dāng)用生產(chǎn)活化纖維素的反應(yīng)器來(lái)試驗(yàn)這種送料設(shè)備時(shí)，注意到在通過(guò)反應(yīng)器期間不是所有的纖維素被活化。在本申請(qǐng)人進(jìn)行的最好試驗(yàn)中，僅到99％的纖維素被活化。盡管這是極高的生產(chǎn)率，但在纖維素的活化處理中，重要的是沒有明顯的纖維素量保持非活化狀態(tài)，從而可準(zhǔn)備已活化纖維素作進(jìn)一步的處理。
供應(yīng)到反應(yīng)器作纖維素活化的材料堆包括了含纖維素的大部分材料和小部分的雜質(zhì)。特別是，根據(jù)供應(yīng)到反應(yīng)器14的總固體材料堆重量，供應(yīng)到反應(yīng)器的材料堆至少包括89％的α纖維素，更好是大于90％，最好是大于92％。
供應(yīng)到反應(yīng)器作纖維素活化的材料含水量將根據(jù)處理方式而變化。例如，如果蒸汽是活化劑，則根據(jù)供應(yīng)到反應(yīng)器的材料堆和水的總重，材料堆具有的含水量從約10到約80，更好是從約30到約70，最好是從約40到約60的重量百分比水。另一方面，如果活化劑是氨，則根據(jù)供應(yīng)到反應(yīng)器的水和材料堆的總重，材料堆具有的含水量從約4到約15，更好是從約5到約10，最好是從約6到約9的重量百分比。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道準(zhǔn)備適當(dāng)纖維素來(lái)供應(yīng)蒸煮器的處理方式。通常，采用經(jīng)典的酸性亞硫酸鹽處理或預(yù)水解牛皮紙?zhí)幚矸绞?。這些已在Wood的“化學(xué)、超微結(jié)構(gòu)、反應(yīng)”D.Fengel and G.Wegener,Walter de Gruyter,Berlin,1989 p.414-481中說(shuō)明，引入這里作為參考。
在本申請(qǐng)人進(jìn)行的研究中已經(jīng)確定，當(dāng)α纖維素通過(guò)送料設(shè)備時(shí)纖維素過(guò)度硬化會(huì)引起纖維素中的變化，它在與活化劑接觸時(shí)阻止纖維素被活化。當(dāng)把供應(yīng)的材料輸送通過(guò)送料設(shè)備時(shí)，纖維素受到過(guò)度的壓力或過(guò)度的溫度，或者受到它們組合的作用，會(huì)引起這種硬化或角質(zhì)化。如果供應(yīng)材料受到的溫度和/或壓力太高(“角質(zhì)化點(diǎn)”)，則供應(yīng)材料中的纖維素變硬，不能在反應(yīng)器中被活化。
會(huì)發(fā)生角質(zhì)化的確切壓力和溫度隨供應(yīng)到設(shè)備的材料含水量和準(zhǔn)備供應(yīng)材料的狀態(tài)(即切割/扯碎方法、材料的顆粒尺寸等)而變化。不受理論的限制，本申請(qǐng)人認(rèn)為壓力愈高可產(chǎn)生角質(zhì)化的溫度愈低。相反，溫度愈高可產(chǎn)生角質(zhì)化的壓力愈低。
因此，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，重新構(gòu)造了送料設(shè)備的內(nèi)部形狀，從而限制了當(dāng)供應(yīng)材料通過(guò)設(shè)備時(shí)所承受的最大溫度。特別是，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料堆沿軸向通過(guò)送料設(shè)備時(shí)，角質(zhì)化發(fā)生在材料堆沿徑向的外環(huán)帶中。這是最靠近管道12內(nèi)壁的材料堆。因此，可修改室19、管道12、插入件54和/或環(huán)狀圈18、以及阻塞錐50的位置來(lái)釋放當(dāng)材料堆朝下游通過(guò)送料設(shè)備時(shí)在材料堆上的壓力。最好是，芯棒沿徑向的外環(huán)區(qū)密度保持低于120 lbs/ft3，更好是低于約95 lbs/ft3，最好是低于約80 lbs/ft3。
當(dāng)芯棒通過(guò)送料設(shè)備時(shí)芯棒的溫度有變化。由幾種現(xiàn)象使芯棒加熱，包括從壓實(shí)實(shí)際力產(chǎn)生的動(dòng)能、在芯棒與室19、管道12和插入件54內(nèi)壁之間的摩擦、以及當(dāng)熱量從反應(yīng)器14傳入芯棒和送料設(shè)備時(shí)的傳導(dǎo)和/或?qū)α?。如果纖維素的溫度超過(guò)燒結(jié)溫度(即α纖維素開始退化的溫度)，則所有纖維素將不能在反應(yīng)器14中活化。因此在送料設(shè)備的軸向中心線和送料設(shè)備的沿徑向朝外區(qū)域之間，以及在入口11和出口13之間，芯棒的溫度可有很大變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，保持芯棒(即材料堆)溫度低于其燒結(jié)溫度，更好是低于其燒結(jié)溫度和密度小于120 lbs/ft3，更好是小于95 lbs/ft3，最好是小于80 lbs/ft3，則α纖維將不會(huì)角質(zhì)化。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)材料堆朝下游通過(guò)送料設(shè)備以形成芯棒來(lái)進(jìn)入反應(yīng)器14時(shí)，至少冷卻了與材料堆接觸的送料設(shè)備表面區(qū)，使得材料的芯棒保持在低于其燒結(jié)溫度的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中，至少冷卻了材料堆被初始?jí)簩?shí)的送料設(shè)備表面區(qū)。對(duì)管段15、螺旋桿2、活塞17、室19和至少管段12的上游端(即相鄰于入口11的區(qū)域)或它們的組合之一或幾個(gè)進(jìn)行冷卻就可達(dá)到這點(diǎn)。
參照?qǐng)D8，圖示管段15與管道12相連通。盡管可整體形成管段15和管道12，但最好它們是連接在一起的各個(gè)單獨(dú)部件。為此，管段15上設(shè)有法蘭62和管道12上設(shè)有法蘭64。法蘭62和64具有通過(guò)它們的開孔(圖中未示)來(lái)容納螺栓66。螺栓66具有靠在法蘭62上的頭部68。螺栓66的另一端具有容納螺母70的螺紋端。螺母70在螺栓66端上的配合把管段15緊固到管道12上。熟悉該技術(shù)的人員可理解到，也可利用其它方法把管段連接到管道12上。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)備還包括一個(gè)反應(yīng)器插入件54，它是與管道12分開的部件。可以理解到，插入件54的功能可結(jié)合到管道12中?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)中任何已知方式把反應(yīng)器插入件54固定到管道12和反應(yīng)器14上。如圖6和8所示，管道12的下游端上可設(shè)有法蘭90。反應(yīng)器插入件54的上游端上可設(shè)有法蘭92。一個(gè)螺栓，例如用于把管段15連接到管道12上的螺栓66，可把法蘭90和92緊固在一起(圖中未示)?？刹捎矛F(xiàn)有技術(shù)中任何已知方式把反應(yīng)器插入件54的下游端固定到反應(yīng)器14上，最好是采用螺釘之類可拆卸地連接到反應(yīng)器14上。
在螺旋桿2中提供了一個(gè)空心區(qū)72(見圖8)來(lái)對(duì)螺旋桿2進(jìn)行冷卻，諸如水之類的冷卻流體可在其中循環(huán)。因此，可以冷卻與螺旋桿2和螺旋線3表面接觸的任何供應(yīng)材料。
環(huán)繞著管段15外表面的一部分，最好是基本上環(huán)繞著所有外表面提供了一個(gè)環(huán)狀冷卻套，也可對(duì)管段15中的材料堆進(jìn)行冷卻。參照?qǐng)D7-8，在管段15外表面上設(shè)有冷卻套74。該冷卻套將特別對(duì)與管段15內(nèi)表面15a接觸的材料堆提供冷卻。
如圖7所示，活塞17沿徑向緊接在管段15之外。此時(shí)，冷卻套74可終止在相鄰于活塞17最向后行程的位置上。為了補(bǔ)充冷卻承受螺旋桿2壓實(shí)的材料，在活塞17上可設(shè)有與螺旋桿2空心區(qū)72相似的空心區(qū)。或者是，如果活塞17沿徑向在離開管段15之外足夠距離的位置上，則冷卻套74可從上游延伸到相鄰于環(huán)狀圈18最向后行程位置的一個(gè)位置上(圖中未示)。
已被螺旋桿2壓實(shí)的材料在中間室19中進(jìn)一步被活塞17壓實(shí)?；钊?7的作用可產(chǎn)生大量發(fā)熱。因此，可用冷卻套76來(lái)對(duì)該區(qū)域提供冷卻，冷卻套76沿徑向緊接在中間室19之外。
沿徑向在管道12之外設(shè)置了一個(gè)冷卻套78，可對(duì)管道12提供冷卻。每個(gè)冷卻套74,76和78可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何類型。這種冷卻套至少具有一個(gè)入口和一個(gè)出口，它們也可具有許多入口和出口。另外，冷卻流體(可以是液體或氣體，最好是冷卻水)可相對(duì)于通過(guò)送料設(shè)備的芯棒，朝上游方向或朝下游方向流動(dòng)。例如，參照?qǐng)D8，冷卻套78具有入口80和出口82，出口82位于入口80的下游方向。冷卻流體進(jìn)入入口80并通過(guò)冷卻套78運(yùn)行到出口82。由于與在管道12入口11附近形成芯棒有關(guān)的高度壓實(shí)，入口80最好靠近入口11，從而對(duì)相鄰的室19提供最大的冷卻。
當(dāng)冷卻流體通過(guò)冷卻套時(shí)，冷卻流體有繞過(guò)一部分冷卻套的傾向。因此，為了保證適當(dāng)?shù)睦鋮s，最好把冷卻套作成折流(如采用冷卻套78的螺旋件84)來(lái)引導(dǎo)冷卻流體沿縱向順序通過(guò)冷卻套。
如果纖維素在過(guò)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)暴露在低溫中，則纖維素也可發(fā)生變化，由此它不被反應(yīng)器14中的活化劑所活化。因此，在送料設(shè)備的各個(gè)位置上設(shè)有溫度傳感器，以防止冷卻套過(guò)分冷卻供應(yīng)反應(yīng)器14的材料堆。溫度傳感器可監(jiān)測(cè)熱交換器表面的溫度，并且如果傳感器發(fā)現(xiàn)熱交換器表面變得太熱(即接近于纖維素可發(fā)生燒結(jié)的溫度點(diǎn))或太冷(即接近于纖維素變得難以活化的溫度)，則可調(diào)節(jié)熱交換器中冷卻流體的溫度。例如，調(diào)節(jié)到熱交換器的進(jìn)入蒸氣溫度和/或改變通過(guò)熱交換器冷卻流體的流率，可節(jié)制熱交換器表面的溫度。
至少沿徑向向外釋放室19內(nèi)表面19a、管道12內(nèi)表面12a和插入件54內(nèi)表面94之一，以及/或者把環(huán)狀圈18的整個(gè)前面形狀作成對(duì)材料堆不賦予向外的沖量而引導(dǎo)材料堆離開中間室19內(nèi)表面19a，可以降低材料堆通過(guò)送料設(shè)備時(shí)所承受的壓力。
參照?qǐng)D7，可以看到環(huán)狀圈18的前面18b形狀作成可向前和向內(nèi)引導(dǎo)材料堆。前面18b可包括一個(gè)截錐形的斜面，它與送料設(shè)備的縱向軸線“A”同軸。頂角α可從約178變化到約90°，更好是從約160變化到約120°，最好是從約140變化到約120°。
在也屬于本中請(qǐng)人的美國(guó)專利號(hào)4,947,743中，本申請(qǐng)人說(shuō)明了活塞前面的內(nèi)部可具有一個(gè)向內(nèi)傾斜的區(qū)域。在由本申請(qǐng)人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，即使傾斜了活塞前面的徑向內(nèi)部，仍發(fā)生纖維素的角質(zhì)化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，把斜面延伸到活塞的整個(gè)前面，α纖維素不再承受角質(zhì)化。因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，活塞整個(gè)前面被傾斜。在一個(gè)供替代的實(shí)施例中，至少前面18b的外區(qū)是這種形狀。
在一個(gè)實(shí)施例中，中間室19的內(nèi)表面19a從其上游端到靠近管道12入口11的下游端沿徑向向外作成錐形。如圖7所示，內(nèi)表面19a向下游延伸，對(duì)線B形成一個(gè)角度β，線B平行于送料設(shè)備軸線A作延伸。角度β相當(dāng)小，可從約1到約90分，更好是從約10到約70分，最好是從約20到約50分。當(dāng)由活塞17壓實(shí)作用形成芯棒時(shí)，內(nèi)表面9a朝下游的微小錐度容許材料堆稍微向外擴(kuò)張。在一個(gè)實(shí)施例中，活塞面18可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何特定形狀，內(nèi)表面19a作成具有角度β的錐形?；蛘呤?，在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，把環(huán)狀圈18的前面18b按本文方式作傾斜，另外把內(nèi)表面19a作成具有角度β的錐形。
以相似的方式，內(nèi)表面12a可與線C成一個(gè)角度β′，線C平行于送料設(shè)備的軸線A。當(dāng)芯棒朝下游通過(guò)管道12時(shí)，由于當(dāng)芯棒通過(guò)管道12時(shí)作用在芯棒上的壓縮力，內(nèi)表面12a沿徑向向外的錐形容許芯棒向外擴(kuò)張。角度β′可從約1到約90分，更好是從約15到約70分，最好是約30到約50分。在一個(gè)實(shí)施例中，與內(nèi)表面19a的錐形一樣，把內(nèi)表面12a作成具有角度β′的錐形?；蛘哂羞x擇地或同時(shí)地，按本文方式把內(nèi)表面19a作成具有角度β的錐形和把前面18b作傾斜。
反應(yīng)器插入件54具有一個(gè)內(nèi)表面94。也可把內(nèi)表面94形狀作成容許芯棒從內(nèi)部管道12朝下游通到反應(yīng)器14時(shí)向外擴(kuò)張。因此，插入件54的內(nèi)表面94與平行于送料設(shè)備軸線A的線(圖中未示)成一個(gè)角度。這個(gè)角度可從約1到約90分，更好是從約15到約70分，最好是約30到約50分。在一個(gè)實(shí)施例中，與內(nèi)表面19a的錐形一樣，內(nèi)表面94作成具有一個(gè)角度的錐形?；蛘哂羞x擇地或同時(shí)地，按本文方式把內(nèi)表面19a作成錐形，把內(nèi)表面12a作成錐形和把前面18b作傾斜。
在另一個(gè)供替代的實(shí)施例中，靠近室19的管道12內(nèi)表面12a的直徑大于室19內(nèi)表面19a的直徑。特別參照?qǐng)D7，緊靠室19的內(nèi)表面12a區(qū)域用編號(hào)86表示。表面86相當(dāng)陡地沿徑向朝外延伸，從而實(shí)際上提供了一個(gè)從室19內(nèi)表面19a向外的徑向突變臺(tái)階88。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)芯棒從室19通向管道12而不容許從反應(yīng)器14的反吹時(shí)，這個(gè)沿徑向朝外的臺(tái)階對(duì)施加在芯棒外環(huán)帶上的壓力有很大影響。
在圖7所示的實(shí)施例中，沿徑向朝外的臺(tái)階88設(shè)在入口11附近，使內(nèi)表面19a和表面86確定了從室19到管道12的平滑過(guò)渡，表面86平滑地與錐形內(nèi)表面12a匯合。在一個(gè)供替代實(shí)施例中，內(nèi)表面12a和19a中的一個(gè)或兩個(gè)可不作成錐形。
如圖6和8所示，插入件54內(nèi)表面94沿徑向的直徑也可大于靠近管道12下游端的內(nèi)表面12a的直徑，由此建立了一個(gè)沿徑向朝外的臺(tái)階?？刹捎门c朝外臺(tái)階88相同的方式來(lái)作出這個(gè)沿徑向朝外臺(tái)階的形狀?；蛘呤侨鐖D所示，內(nèi)表面94不象內(nèi)表面86那樣成彎曲。相反，在內(nèi)表面12a和內(nèi)表面94之間有一個(gè)沿徑向的不連續(xù)性?？梢岳斫獾剑瑑?nèi)表面94可以具有一個(gè)與內(nèi)表面86相似的彎曲區(qū)。供替代或添加的方式是，在內(nèi)表面19a和內(nèi)表面12a之間有一個(gè)沿徑向的不連續(xù)性，使得在室19和管道12內(nèi)表面之間的接口具有與管道12內(nèi)表面和反應(yīng)器插入件54之間接口相似的輪廓。
以上一個(gè)或幾個(gè)特性用于防止角質(zhì)化的程度與許多因素有關(guān)，包括所提供的錐度值(如角度β和β′)、前面18b的角度值(即角度α的大小)、形成芯棒時(shí)活塞17施加在材料堆上的朝下游壓縮力、由于反應(yīng)器14中高壓施加在靠近出口13的芯棒上的朝上游壓力、以及沿徑向朝外臺(tái)階的形式和程度。最好是，把前面18b和/或室19、管道12和反應(yīng)器插入件54中一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)表面的形狀選擇成容許材料堆由于泊松效應(yīng)而沿徑向朝外的擴(kuò)張，同時(shí)降低在材料堆和送料設(shè)備各內(nèi)表面之間的摩擦力。
由于容許芯棒因施加在它上面的壓縮力而朝外擴(kuò)張，降低了在芯棒和各內(nèi)表面19a、12a和94之間的摩擦力。這個(gè)壓力的降低與溫度節(jié)制相結(jié)合，防止了或者有助于防止了α纖維素朝下游通過(guò)送料設(shè)備到反應(yīng)器14時(shí)的角質(zhì)化。如果朝外臺(tái)階太大和/或內(nèi)表面具有太大的錐形角度，則芯棒始終不會(huì)擴(kuò)張到內(nèi)表面。如果芯棒不接觸到內(nèi)表面19a、12a和/或94的足夠區(qū)域，則在反應(yīng)器14中的壓力能夠朝上游擴(kuò)張通過(guò)送料設(shè)備而引起反吹。另外，如果反應(yīng)器處于如高于約80℃以上的高溫，則由于芯棒外表面與內(nèi)表面19a、12a和/或94之間存在間隙，芯棒的冷卻會(huì)不夠充分。這可引起芯棒溫度的升高而超過(guò)角質(zhì)化點(diǎn)。因此，必須平衡冷卻和壓力釋放的程度，以保證反應(yīng)器14不承受反吹或其它壓力損失，同時(shí)保證纖維素不超過(guò)其角質(zhì)化點(diǎn)。
熟悉該技術(shù)的人員可以理解到，可對(duì)送料設(shè)備作出各種改變而所有一切均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。尤其可注意到，例如在入口11和出口13的中間位置上內(nèi)表面12a可設(shè)有一個(gè)臺(tái)階。相似地，在內(nèi)表面94的中間區(qū)可設(shè)有一個(gè)臺(tái)階。另外可以僅在內(nèi)表面19a、12a和94中一個(gè)或幾個(gè)的一部分上作成錐形。
權(quán)利要求
1．一種把至少包括90％α纖維素的材料堆供應(yīng)到反應(yīng)器的方法，反應(yīng)器在大于大氣壓下工作，其中材料堆受到活化劑的作用，方法包括的步驟為使材料堆承受足以把材料堆提供給反應(yīng)器的壓力和溫度，并低于發(fā)生材料堆角質(zhì)化的壓力和溫度。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中材料堆的溫度被保持低于其燒結(jié)溫度，以防止材料堆的角質(zhì)化。
3．如權(quán)利要求2的方法，其中至少冷卻與材料堆接觸的送料設(shè)備表面區(qū)，把材料堆溫度保持低于其燒結(jié)溫度。
4．如權(quán)利要求1的方法，其中至少冷卻初始?jí)簩?shí)材料堆的送料設(shè)備表面區(qū)，把材料堆溫度保持低于其燒結(jié)溫度。
5．如權(quán)利要求4的方法，其中送料設(shè)備包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器的第一管道，一個(gè)與第一管道同軸并設(shè)置在第一管道中的往復(fù)環(huán)狀活塞，以及一個(gè)從第一管道向蒸煮器延伸的第二管道，該方法包括的步驟為冷卻第一管道、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)。
6．如權(quán)利要求4的方法，其中送料設(shè)備包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器和具有排出端的第一管道、一個(gè)在第一管道排出端的中間室、一個(gè)與中間室同軸并位于其中的往復(fù)環(huán)狀活塞、以及一個(gè)從中間室向蒸煮器延伸的第二管道，該方法包括的步驟為冷卻第一管道、中間室、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)。
7．如權(quán)利要求1的方法，其中送料設(shè)備具有沿縱向延伸的管道，該方法包括的步驟為使材料堆通過(guò)管道而同時(shí)使材料堆承受壓縮力來(lái)形成連續(xù)的壓實(shí)芯棒，芯棒的橫截面接近管道的橫截面，并保持芯棒的外環(huán)區(qū)密度低于芯棒外環(huán)區(qū)會(huì)燒結(jié)的密度。
8．如權(quán)利要求7的方法，其中芯棒外環(huán)區(qū)密度保持低于95lb/ft3。
9．一種把至少包括90％α纖維素的材料堆供應(yīng)到反應(yīng)器的方法，反應(yīng)器在大于大氣壓下工作，其中材料堆受到活化劑的作用，該方法包括的步驟為當(dāng)材料堆朝下游通過(guò)送料設(shè)備時(shí)，釋放材料堆的壓力，以防止在送料設(shè)備中材料堆的燒結(jié)。
10．如權(quán)利要求9的方法，其中送料設(shè)備具有沿縱向延伸的管道，該方法包括的步驟為使材料堆通過(guò)管道而同時(shí)使材料堆承受壓縮力來(lái)形成連續(xù)的壓實(shí)芯棒，芯棒的橫截面接近管道的橫截面，并保持芯棒的外環(huán)區(qū)密度低于芯棒外環(huán)區(qū)會(huì)燒結(jié)的密度。
11．如權(quán)利要求10的方法，其中芯棒外環(huán)區(qū)密度保持低于95lb/ft3。
12．一種生產(chǎn)被活化的纖維素的方法，該方法包括的步驟為(a)把包括纖維素的材料堆引入送料設(shè)備；(b)使材料堆承受的壓力和溫度足以把材料堆提供給在大于大氣壓的壓力下工作的反應(yīng)器中，同時(shí)保持材料堆低于發(fā)生材料堆角質(zhì)化的壓力和溫度；(c)在存在活化劑下活化反應(yīng)器中材料堆的纖維素，以形成活化的纖維素；以及(d)從蒸煮器排出活化的纖維素。
13．如權(quán)利要求12的方法，其中至少冷卻與材料堆接觸的送料設(shè)備表面區(qū)，把材料堆溫度保持低于其燒結(jié)溫度。
14．如權(quán)利要求12的方法，其中至少冷卻初始?jí)簩?shí)材料堆的送料設(shè)備表面區(qū)，把材料堆溫度保持低于其燒結(jié)溫度。
15．如權(quán)利要求13的方法，其中送料設(shè)備包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器的第一管道，一個(gè)與第一管道同軸并設(shè)置在第一管道中的往復(fù)環(huán)狀活塞，以及一個(gè)從第一管道向蒸煮器延伸的第二管道，該方法包括的步驟為冷卻第一管道、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)。
16．如權(quán)利要求13的方法，其中送料設(shè)備包括一個(gè)設(shè)有螺旋傳送器和具有排出端的第一管道、一個(gè)在第一管道排出端的中間室、一個(gè)與中間室同軸并位于其中的往復(fù)環(huán)狀活塞、以及一個(gè)從中間室向蒸煮器延伸的第二管道，該方法包括的步驟為冷卻第一管道、中間室、螺旋傳送器、活塞和至少第二管道的上游端中的一個(gè)或幾個(gè)。
17．如權(quán)利要求12的方法，其中送料設(shè)備具有沿縱向延伸的管道，該方法包括的步驟為使材料堆通過(guò)管道而同時(shí)使材料堆承受壓縮力來(lái)形成連續(xù)的壓實(shí)芯棒，芯棒的橫截面接近管道的橫截面，并保持芯棒的外環(huán)區(qū)密度低于芯棒外環(huán)區(qū)會(huì)燒結(jié)的密度。
18．如權(quán)利要求17的方法，其中芯棒外環(huán)區(qū)密度保持低于95lb/ft3。
19．一種確定了一個(gè)沿縱向延伸的通道和一條縱向軸線的設(shè)備，用于把包括固體顆粒和/或纖維的材料堆供應(yīng)到一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓的壓力下工作，其中材料堆與活化劑接觸來(lái)活化纖維素，該設(shè)備包括(a)具有螺旋傳送器的第一管道，第一管道具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(b)在螺旋傳送器排出端上的中間室，中間室具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(c)與中間室同軸并設(shè)置在其中的往復(fù)環(huán)狀活塞，活塞具有一個(gè)前面；(d)從中間室到反應(yīng)器朝下游延伸的第二管道，第二管道具有一個(gè)從中間室朝下游延伸的上游段，一個(gè)位于上游段下游的下游段以及其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；以及至少?gòu)囊韵乱唤M中選擇一個(gè)要素(e)至少螺旋傳送器，中間室和第二管道的上游段中有一個(gè)具有熱交換器，熱交換器具有冷卻材料堆的熱交換表面；(f)至少中間室的內(nèi)表面和第二管道內(nèi)表面中有一個(gè)沿徑向向外釋放、由此減小在材料堆與釋放表面接觸區(qū)域上的壓縮力；以及(g)活塞的整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆不賦予向外的沖量，由此引導(dǎo)材料堆離開中間室的內(nèi)表面，由此至少選擇一個(gè)要素來(lái)保持材料堆的壓力和溫度低于材料堆發(fā)生角質(zhì)化的壓力和溫度，從而容許材料堆被通過(guò)反應(yīng)器的通道所活化。
20．如權(quán)利要求19中的設(shè)備，其中整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆賦予向前的沖量。
21．如權(quán)利要求19中的設(shè)備，其中前面包括一個(gè)截錐形的斜面，它與縱向軸線同軸并朝著中間室的上游方向逐漸縮小。
22．如權(quán)利要求19中的設(shè)備，還包括一個(gè)溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)熱交換表面的溫度，以及一個(gè)溫度調(diào)節(jié)件來(lái)調(diào)節(jié)熱交換器中的冷卻流體溫度，以防止材料堆溫度降到冰點(diǎn)以下。
23．如權(quán)利要求19中的設(shè)備，還包括一個(gè)在第二管道下游端和反應(yīng)器之間延伸的插入件，插入件具有內(nèi)表面，相鄰于第二管道的插入件內(nèi)表面直徑大于相鄰于插入件的第二管道內(nèi)表面直徑，由此當(dāng)材料堆從第二管道通到插入件時(shí)減小了在材料堆部分上的壓縮力。
24．一種確定了一個(gè)沿縱向延伸的通道和一條縱向軸線的設(shè)備，用于把包括固體顆粒和/或纖維的材料堆供應(yīng)到一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器在大于大氣壓的壓力下工作，設(shè)備包括(a)具有螺旋傳送器的第一管道，第一管道具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(b)在螺旋傳送器排出端上的中間室，中間室具有其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；(c)與中間室同軸并設(shè)置在其中的往復(fù)環(huán)狀活塞，活塞具有一個(gè)前面；(d)從中間室到反應(yīng)器朝下游延伸的第二管道，第二管道具有一個(gè)從中間室朝下游延伸的上游段，一個(gè)位于上游段下游的下游段以及其內(nèi)表面確定了通道一部分的外壁；以及至少?gòu)囊韵乱唤M中選擇一個(gè)要素(e)至少螺旋傳送器，中間室和第二管道的上游段中有一個(gè)冷卻材料堆的熱交換表面；(f)相鄰于中間室的第二管道內(nèi)表面直徑大于相鄰于第二管道的中間室內(nèi)表面直徑，由此當(dāng)材料堆從中間室通到第二管道時(shí)減小了在材料堆部分上的壓縮力；以及(g)活塞的整個(gè)前面形狀對(duì)材料堆不賦予向外的沖量，由此引導(dǎo)材料堆離開中間室的內(nèi)表面。
全文摘要
公開了一種方法,把至少包括90%α纖維素的材料堆供應(yīng)到反應(yīng)器,反應(yīng)器在大于大氣壓下工作,其中所有材料堆受到活化劑的活化作用。
文檔編號(hào)B01J3/02GK1309602SQ99808583
公開日2001年8月22日 申請(qǐng)日期1999年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月3日
發(fā)明者默里·布爾克, 丹尼斯·達(dá)高斯蒂諾, 約翰·麥克夸里, 安德魯·理查德 申請(qǐng)人:斯泰克技術(shù)公司