专利名称：一种玉米杆处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理玉米杆以用它生产纸浆的玉米杆处理系统及其方法，具体是涉及这样的方法和系统，利用该方法和系统，玉米杆在收割之后被干燥，然后切割成玉米杆碎片，每个玉米杆碎片的外皮都与玉米杆碎片的髓分开，浆从玉米杆碎片的分离的外皮中产生，将浆存储在湿式存储系统中，并且在送入到用于进一步处理的蒸煮器中之前进行湿式清洁。
背景技术：
在生产用于造纸的纸浆时木头被广泛地用作原材料。例如，软木可以适合于机械纸浆，而硬木适合于化学和半化学纸浆。但是存在关于森林资源损耗的环境影响，这是由于使用木头造纸而产生的。同样，由于可能需要昂贵的化学药品，高的能量消耗以及高成本的化学回收系统，使用木头的成本是高的。
因此，人们对使用非木头纤维资源作为使用木头的备选方案来造纸产生越来越大的兴趣。特别地，已经研究出使用农业残留物作为造纸纸浆的资源。这些农业残留物包括但不限于谷类稿秆(小麦、大麦、黑麦、燕麦、水稻等的麦杆)，甘蔗渣或甘蔗，种亚麻稿杆，工业大麻，以及玉米杆。
特别地，玉米杆是有前途的用于造纸的纸浆的非木头纤维的资源。虽然玉米植物广泛地用于喂家畜，但玉米杆通常不用作草料，而是通常被扔掉。因此有效的使用玉米杆用于造纸可以显著地减轻环境影响。同样，可以防止农业废物，也可以产生农场收入的另外的资源。
所以需要一种以有效和成本合算的方式处理玉米杆以生产造纸纸浆的方法和系统。
发明内容
一种用于处理玉米杆以用它生产纸浆的设备，包括湿法除髓系统，浆系统，以及湿式存储系统。湿法除髓系统构造成通过将每个玉米杆的外皮与玉米杆的髓分离以使玉米杆除髓。浆系统构可造成从玉米杆的分离的外皮中产生PH值为大约4浓度在大约3％和4％之间的浆。湿式存储系统可以构造成以期望的水份含量存储浆。
一种用于使玉米杆除髓的湿法除髓机，包括转子，可绕着大致竖直的转子轴线转动，以及多个锤子，可绕着转子轴线转动。锤子构造成撞击玉米杆以便将每个玉米杆的外皮与玉米杆的髓分离。多个可互换的筛子围绕多个锤子并且构造成接收每个玉米杆的分离的外皮和髓。每个可互换筛子构造成允许玉米杆碎片的分离的髓从其中通过，而阻止玉米杆碎片的分离的外皮从其中通过。
一种用于用玉米杆外皮产生浆的浆系统，包括玉米杆碎片浆混合箱。该浆混合箱具有混合器，该混合器构造成将除髓的玉米杆碎片与的酸混合，以便用它产生PH值大约为4并且浓度在大约3％和大约4％之间的浆。
一种处理玉米杆以用它生产纸浆的方法，包括通过使玉米杆的髓与玉米杆的外皮分离进行玉米杆的除髓。该方法包括从玉米杆的分离的外皮中产生PH值为大约4并且浓度在大约3％和大约4％之间的浆。该方法还包括在期望的水份含量下存储浆。
图1是用于生产纸浆的玉米杆处理系统的一个实施例的示意性框图；
图2示出玉米杆的切片和湿法除髓系统的一个实施例；图3A示出由在图2中所示的切片机生产的玉米杆碎片；图3B示出玉米杆湿法除髓机的一个实施例；图4示出玉米杆碎片浆和湿式存储系统的一个实施例；图5示出玉米杆湿式清洁系统的一个实施例。
具体实施例方式
图1是用于处理玉米杆以用它生产纸浆的玉米杆处理系统100的一个实施例的示意性框图。总得来说，玉米杆处理系统100包括玉米杆切片机110；湿法除髓系统(moist depithing system)120；浆系统300；湿式存储系统400；以及湿式清洁系统500。也示出生物溶液系统(bioliquor system)470和髓脱水系统570作为玉米杆处理系统100的组成部分。
在由玉米杆处理系统100加工之前，从玉米杆庄稼中收割玉米杆，并将其干燥到水份含量小于大约50％。在收割玉米杆庄稼之后，每个玉米杆植物的在穗上面的部分可以被切去并且扔掉。在从将每一个玉米杆植物的剩余部分(即在穗下面的部分)除去叶片之后，可以将玉米杆捆成重量大约为25kg至大约30kg的捆。这些玉米杆捆可以放置在合适的地点上，可以选择容易实现运输的地点。然后这些玉米杆捆可以在户外自然地干燥，直到玉米杆的水份含量小于大约50％。通常，如果玉米杆捆的堆高度大于大约三米时，那么不应该再加载玉米杆捆。在收割和干燥玉米杆时，应该注意避免损坏玉米杆的表面。同样，在整个干燥处理中应该保持充分的通风条件。
玉米杆切片机110接收已经进行如上所述收割和干燥的玉米杆，并且将玉米杆切割成玉米杆碎片。玉米杆碎片从玉米杆切片机110中输送到湿法除髓系统120。湿法除髓系统120对玉米杆碎片除髓，即将玉米杆碎片的外皮与玉米杆碎片的髓分离，这将在下文中详细地描述。
浆系统300用除髓的玉米杆碎片产生PH值大约为4并且浓度为大约3％至大约4％的浆。湿式存储系统400可以存储水份含量为大约70％至80％的浆。在另一个实施例中，湿式存储系统400可以存储水份含量在70％至80％的范围之外的浆。在将浆传递到用于进一步化学和精炼过程的蒸煮器之前，湿式清洁系统400可以对浆进行湿式清洁。
图2更详细地示出玉米杆切片和湿法除髓系统200的一个典型的实施例，所述系统包括玉米杆切片机110和湿法除髓系统120。玉米杆进料器105将已经干燥为水份含量小于大约50％的玉米杆输入到玉米杆切片机110的输入口。在一个实施例中，玉米杆切片机110可以包括下辊和上辊。拉伸弹簧可以设置在玉米杆切片机110的输入口的左侧、右侧、上侧和下侧。当玉米杆碎片供应到玉米杆切片机110时，采用拉伸弹簧的压缩板可以朝向下辊。以这种方式，强压力可以从所有方向施加到玉米杆碎片，压碎玉米杆碎片。当玉米杆碎片被压碎在压缩板和下辊之间时，每个玉米杆的外皮部分和髓部分可以互相相对变松。这可以使玉米杆碎片的外皮与髓的分离过程更容易。
在一个典型的实施例中，玉米杆切片机110可以以大约40度的切割角切割玉米杆。在该实施例中，玉米杆切片机110可以具有构造成以大约40度的切割角切割玉米杆碎片的旋转切割刀片。当然应该明白，在玉米杆处理系统100的不同的实施例中，可以使用以不同于40度的切割角切割玉米杆碎片的玉米杆切片机110。例如在另一个典型的实施例中，切割角度可以是90度。在不改变刀片的切割角度的情况下，可以多次磨快和磨尖旋转切割刀片。
图3A示出由在图2中所示的玉米杆切片机110从玉米杆切割的玉米杆碎片180的例子。如在图3A中所示，每个玉米杆碎片180可以具有大约30mm至大约40mm的长度。每个玉米杆碎片可以具有大约40度斜角α的倾斜近端182和倾斜远端184。图3A用于示出很多可能的玉米杆碎片结构的仅仅一个的典型的图解。应该明白，通过玉米杆切片机110能够产生多种不同尺寸和形状的玉米杆碎片。例如玉米杆碎片180的倾斜近端和远端可以具有任何期望角度的斜角α。同样，玉米杆碎片的长度可以小于约30mm，和/或大于40mm。
回头参考图2，玉米杆湿法除髓系统120可以包括玉米杆湿法除髓机150，该除髓机用于使玉米杆的髓与玉米杆的外皮分离；以及玉米杆碎片输送系统160，该输送系统用于将来自玉米杆切片机110中的玉米杆碎片传输到玉米杆湿法除髓机150。
玉米杆输送系统160可以包括传输系统、玉米杆缓冲贮仓125，和销轴滚筒(pin drum)进料器140。在所示的实施例中，传输系统可以包括多个传输机。如在图2中所示，多个传输机可以包括玉米杆碎片传递传输机114，快速(express)碎片传递传输机116，玉米杆碎片供给传输机118，玉米杆碎片称重传输机119，和玉米杆碎片分配传输机124。
由玉米杆切片机110产生的玉米杆碎片可以落在玉米杆碎片传递传输机114上，其将玉米杆碎片转移到用于临时存储的玉米杆碎片缓冲贮仓125。玉米杆碎片可以存储在玉米杆碎片缓冲贮仓125中大约30分钟。
快速碎片传递传输机116可以将玉米杆从缓冲贮仓125传输到玉米杆碎片供给传输机118，其继而将玉米杆碎片传输到玉米杆碎片称重传输机119以被称重。最后，玉米杆碎片称重传输机119可以传输玉米杆碎片到玉米杆碎片分配传输机124。玉米杆碎片分配传输机124可以将基本上相同量的的玉米杆碎片从销轴滚筒进料器140分配到湿法除髓机150，并且可以将剩余的玉米杆碎片返回到玉米杆碎片缓冲贮仓。
髓传输机161可以将传输通过筛子158的玉米杆碎片的髓运送到髓贮藏坑中。纤维传输机162可以将不能穿过筛子158的玉米杆碎片外皮运送到浆系统300。
图3B根据玉米杆处理系统100的一个实施例更详细地示出玉米杆湿法除髓机150的主体。如从图3B中看出，玉米杆湿法除髓机150具有基本上竖直的结构，并且包括在启动时可绕着大致竖直的转子轴线154转动的转子152。湿法除髓机150还包括多个锤子156，这些锤子在转子152被起动时可绕着转子轴线154转动。锤子156可以以多排的方式沿着转子轴线154设置。
如图3B所示，玉米杆碎片可以通过设置在湿法除髓机150的主体上方的输入口从销轴滚筒进料器140供给到湿法除髓机150。当玉米杆碎片供给到湿法除髓机时，它们可以落在锤子156上。锤子156用于以这样的方式撞击落下的玉米杆碎片，使得当每个玉米杆碎片受到一个或多个锤子的打击时玉米杆碎片的外皮将与玉米杆碎片的髓分离。
多个可互换的筛子158包围多个锤子。多个筛子被构造并且设置成接收每个玉米杆碎片的分开的外皮和髓。每一个可互换的筛子158构造成允许玉米杆碎片的髓从其中穿过，而阻止玉米杆碎片的分开的外皮从其中穿过。每一个筛子可以具有多个孔。这些孔可以具有大约6％至8％的直径。筛子的空间占有率可以是大约25-30％。具有V形皮带的感应电动机可以用于起动转子152并且使锤子绕着转子轴线154转动。
图4更详细地示出玉米杆碎片浆系统300和湿式存储系统400的一个实施例。浆系统300包括浆混合箱310，其构造成接收来自湿法除髓机150的玉米杆碎片的分开的外皮。浆混合箱310可以具有竖直圆柱形的结构，并且可以包括一个或多个混合器320。混合器320可以将玉米杆碎片外皮和酸混合，所述酸应该添加足够量以成生PH值大约为4并且浓度在大约3％至4％的浆。在一个实施例中，混合器320可以混合玉米杆碎片外皮大约20分钟，以便产生浆。浆泵330可以将生成的浆转移到湿式存储系统400。
将玉米杆碎片浆存储成玉米杆碎片堆422的湿式存储系统400可以是钢筋混凝土结构并且具有大致长方形结构。虽然具有不同尺寸的湿式存储系统可以用在玉米杆处理系统100的其他实施例中，但在一个典型的实施例中，湿式存储系统400可以具有大约100米的长度，50米的宽度，以及在大约20米至30米之间的高度。湿式存储系统400可以包括由热绝缘材料制成的顶部，其能防止在存储系统400中存储的浆结冰，甚至在低至大约-30℃的温度下。可以安装风扇以便完全排出废气，实现自然采光并且为冬天的积雪准备。
湿式存储系统400的中央区域可以相对于湿式存储系统400的外部区域被抬高，形成具有大约2度倾斜角的斜面。湿式存储系统400可以包括一个或多个堆垛机410，它们构造成以基本上一致的方式分配浆。湿式存储系统400还可以包括一个或多个洒水器420，它们构造成喷洒需要的水到浆上，以便保持浆在大约70％至80％的期望的水份含量。玉米杆碎片浆堆422的上部通过推土机连续地混合和砍切，以便防止空气渗入到堆的内部。
生物溶液系统470可以允许从湿式存储系统400的外部边缘漏出沥滤液体再循环，以便再利用湿式存储系统400或浆系统300中的液体。生物溶液系统470可以包括回收水箱450、过滤水箱455，以及一个或多个转筒筛460。回收水箱450可以收集从湿式存储系统400中滴下的沥滤液。一个或多个转筒筛460可以用于从沥滤液中除去悬浮的颗粒物质，之后剩余的液体可以再用于玉米杆碎片浆堆422(见箭头470)，或者可以收集在过滤水箱455，用于在浆混合箱310(见箭头480)中再利用。
湿的玉米杆碎片浆可以利用轮式装载机494装载到销轴滚筒回收机492中。浆可以分解成微粒以便去除大块，并且通过带式传输机可以将期望量的浆传输到湿式清洁系统500。
图5示出玉米杆湿式清洁系统500的一个实施例。湿式清洁系统500包括玉米杆冲洗搅拌箱510。冲洗搅拌箱510可以具有大致长方形的结构，并且可以包括多个能分别转动的搅拌杆。刮光机可以安装在冲洗搅拌箱510的出口以除去任何重的微粒。冲洗搅拌箱510设计成在其中保持大约3％的浓度。
被冲洗搅拌箱510冲洗搅拌的玉米杆碎片可以通过螺旋压榨机520脱水，其可以除去在湿式清洁浆中大约70％的水份。在脱水之后，洗过的浆可以被转移到洗过玉米杆碎片贮仓530，用于临时存储大约30分钟。
髓脱水系统570可以允许玉米杆的分开的髓被再循环。髓脱水系统570可以包括回转筛580和双毛毯压榨机590。回转筛580浓缩玉米杆髓、微小纤维、沙子以及穿过螺旋压榨机520的其他微粒。双毛毯压榨机使由回转筛580输出的浓缩物质脱水。产生的浓缩和脱水的髓可以转移到锅炉中以被焚烧。或者，脱水的髓可以用作肥料。
已经除去所有的髓并且除去所有微粒和杂质的除髓并洗过的玉米杆碎片从洗过的玉米杆碎片贮仓530传递到用于进一步处理的蒸煮器(其例如可以是潘迪亚蒸煮器)。
简言之，已经描述用于处理玉米杆以用它生产纸浆的系统和方法。虽然已经描述了玉米杆处理系统的几个实施例，但是应该理解在这些实施例中暗示的概念也可以用于其他实施例中。该申请的保护只限于下面所附权利要求。
在这些权利要求中，提及的单个的元件不是用于表示“一个并且仅有一个”除非特别说明，而是“一个或多个”。本领域的一般技术人员已知的或随后知道的、在整个公开中所述的各种实施例的元件的所有结构和功能的等同物清楚地并入本文以供参考，并且被权利要求书包含。而且，在这里公开的任何用于贡献于公众，不管这样的公开是否在权利要求书中明确地陈述。没有声明的元素应该在35U.S.C.§112第六段的规定下解释，除非该元素利用“用于…的装置”明确地陈述，或者在方法的权利要求中，利用短语“用于…的步骤”陈述元素。
权利要求
1.一种用于处理玉米杆以用它生产纸浆的设备，该设备包括湿法除髓系统，其构造成通过将每个玉米杆的外皮与玉米杆的髓分离而使玉米杆除髓；浆系统，其构造成用玉米杆分离的外皮产生浆，所述浆具有大约4的PH值并且浓度在大约3％和大约4％之间；以及湿式存储系统，其构造成以期望的水份含量存储所述浆。
2.如权利要求1所述的设备，其中期望的水份含量在大约70％至80％之间。
3.如权利要求1所述的设备，还包括玉米杆切片机，其构造成将玉米杆切割成玉米杆碎片。
4.如权利要求3所述的设备，其中玉米杆切片机还被构造成切割玉米杆，所述玉米杆通过除去每个玉米植物在玉米植物的穗下面的部分而从玉米植物收割，并且在收割之后在户外干燥大约30天，以便使水份含量小于大约50％；以及其中湿法除髓系统还构造成接收来自玉米杆切片机的玉米杆碎片并且使玉米杆碎片除髓。
5.如权利要求4所述的设备，其中玉米杆切片机还构造成将玉米杆切割成每个都具有在大约30mm和大约40mm之间的长度的玉米杆碎片。
6.如权利要求4所述的设备，其中玉米杆切片机还构造成将玉米杆切割成每个都具有倾斜的远端和倾斜的近端的玉米杆碎片。
7.如权利要求6所述的设备，其中每个玉米杆碎片的倾斜远端和倾斜近端的倾斜角度是大约40度。
8.如权利要求6所述的设备，其中每个玉米杆碎片的倾斜远端和倾斜近端的倾斜角度是大约40度。
9.如权利要求1所述的设备，还包括湿式清洁系统，该系统包括冲洗搅拌箱，该箱构造成接收来自湿式存储系统的浆并且湿式清洁该浆。
10.如权利要求3所述的设备，其中湿法除髓系统包括玉米杆湿法除髓机；以及玉米杆碎片输送系统，其构造成将来自玉米杆切片机的玉米杆碎片输送到玉米杆湿法除髓机。
11.如权利要求10所述的设备，其中湿法除髓机包括转子，可绕着大致竖直的转子轴线转动；多个锤子，可绕着转子轴线转动，并且构造成当玉米杆碎片从销轴滚筒进料器供应到湿法除髓机时打击落在锤子上的玉米杆碎片，从而将每个玉米杆碎片的外皮与玉米杆碎片的髓分离；以及围绕多个锤子的可互换的多个筛子，多个筛子构造成接收每个玉米杆碎片的分离的外皮和髓；其中每个可互换筛子构造成允许玉米杆碎片的分离的髓从其中通过，而阻止玉米杆碎片的分离的外皮从其中通过。
12.如权利要求11所述的设备，还包括髓传输机，其构造成将玉米杆碎片分离的髓传递到玉米杆髓存储坑；以及外皮传输机，其构造成将玉米杆碎片分离的外皮传递到所述浆系统。
13.如权利要求11所述的设备，其中玉米杆碎片输送系统包括传输系统、玉米杆碎片缓冲贮仓，以及销轴滚筒进料器；其中玉米杆碎片缓冲贮仓构造成接收来的玉米杆切片机的玉米杆碎片，用于临时存储；以及其中传输系统构造成将来自玉米杆切片机的玉米杆碎片传递到玉米杆碎片缓冲贮仓，并且从缓冲贮仓到销轴滚筒进料器，并且用于将来自销轴滚筒进料器的玉米杆碎片分配到玉米杆湿法除髓机中。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述传输系统包括多个玉米杆碎片传输机，这些传输机包括以下至少一个玉米杆碎片传递传输机，构造成将玉米杆碎片从玉米杆切片机传递到玉米杆碎片缓冲贮仓，用于在其中临时存储；快速玉米杆碎片传输机，玉米杆碎片供给传输机，和玉米杆碎片称重传输机；以及玉米杆碎片分配传输机，构造成将基本相同量的玉米杆碎片从销轴滚筒进料器分配到玉米杆湿法除髓机，并且将任何剩余量的玉米杆碎片返回到玉米杆碎片缓冲贮仓。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述浆系统包括玉米杆碎片浆混合箱，其构造成接收来自湿法除髓机的玉米杆碎片的分离的外皮，并且包括混合器，该混合器构造成将外皮与期望量的酸混合足够长的时间以产生浆。
16.如权利要求1所述的设备，其中湿式存储系统设置在地平面以上；其中湿式存储系统的中央区域相对于湿式存储系统的外部区域抬高大约2度的倾斜角；其中湿式存储系统包括至少一个堆垛器，构造成以基本上一致的方式分配浆；以及其中湿式存储系统还包括至少一个洒水机，其构造成在浆上喷洒需要的水以保持浆处于期望的水份含量。
17.如权利要求16所述的设备，其中期望的水份含量在大约70％至大约80％之间。
18.如权利要求16所述的设备，其中湿式存储系统包括热绝缘材料。
19.如权利要求18所述的设备，其中热绝缘材料适合于防止浆在低至大约-30℃的温度下结冰。
20.如权利要求16所述的设备，其中湿式存储系统包括钢筋混凝土。
21.一种用于使玉米杆除髓的湿法除髓机，该湿法除髓机包括转子，可绕大致竖直的转子轴线转动；多个锤子，可绕着转子轴线转动，并且构造成撞击玉米杆以便将每个玉米杆的外皮与玉米杆的髓分离；以及围绕多个锤子的可互换的多个筛子，多个筛子构造成接收每个玉米杆碎片的分离的外皮和髓；其中每个可互换筛子构造成允许玉米杆碎片分离的髓从其中通过，而阻止玉米杆碎片分离的外皮从其中通过。
22.一种用于用玉米杆外皮产生浆的浆系统，该浆系统包括玉米杆碎片浆混合箱，包括混合器，该混合器构造成将除髓的玉米杆碎片与期望量的酸混合，以便产生PH值大约为4并且浓度在大约3％和大约4％之间的浆。
23.一种处理玉米杆以用它生产纸浆的方法，该方法包括通过使玉米杆的外皮与玉米杆的髓分离进行玉米杆的除髓；用玉米杆的分离的外皮产生PH值为大约4并且浓度在大约3％和大约4％之间的浆；以及在期望的水份含量下存储浆。
24.如权利要求23所述的方法，还包括在进行玉米杆除髓之前将玉米杆切割成玉米杆碎片的步骤。
25.如权利要求23所述的方法，还包括在冲洗搅拌箱中进行湿式清洁浆的步骤。
全文摘要
一种用于处理玉米杆以用它生产纸浆的设备，包括湿法除髓系统，浆系统，以及湿式存储系统。湿法除髓系统构造成通过使每个玉米杆碎片的外皮与玉米杆碎片的髓分离以使玉米杆碎片除髓。浆系统构造成从玉米杆碎片的分离的外皮中产生pH值为大约4浓度在大约3％和4％之间的浆。湿式存储系统还构造成存储水份含量在大约70％和80％之间的浆。该装置还可以包括湿式清洁系统，该系统具有构造成湿式清洁浆的冲洗搅拌箱。
文档编号D21B1/00GK101078186SQ20061008489
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者宋台锡, 宋浚亨 申请人:朴钟凤