CN109891008A - 用于从植物分离纤维的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及从植物秸秆分离纤维，其中分离的纤维保留了对制造纺织品有利的性质。本公开的某些实施方式涉及一种包括多个分离装置的设备，用于将所需纤维与植物秸秆的其他组成成分分离开。该设备还可以包括在一个或多个分离装置中使用的流体的再循环***。本公开的某些实施方式涉及一种用于将纤维与植物秸秆的其他组成成分分离开的方法。

Description

用于从植物分离纤维的设备和方法

技术领域

本公开涉及由植物材料制成的纺织品的领域，并且具体来说，涉及用于从植物分离纤维的设备和方法，用于生产在纺织和服装工业中使用的具有棉花的所需特征的纤维。

背景技术

植物纤维被用于生产纺织品，从该纺织品可以制造广泛类型的织物和衣料。随着消费者对天然材料和产物的需求不断增长，对植物纤维的需求持续增长。然而，在植物纤维可用于大规模纺织应用之前，必须满足所需的纺织原料性质。该所需的纺织原料性质的实例包括但不限于：均匀性，柔性，纤度，内聚性，韧性，吸水性，可弯曲性和对各种不同的纺织加工和/或处理的顺从性，这些性质必须得到满足。

植物例如***、亚麻、黄麻、荨麻、苎麻等的纤维，已知具有这些所需的纺织原料性质，并且已被用于广泛类型的不同纺织品。例如，禾草,、灯心草、***和被用于制造绳索。Coir(椰壳纤维)被用于制造麻绳、毡和麻袋布。来自于纸浆木、棉花、水稻、***和荨麻的纤维被用于造纸。亚麻、黄麻、***、苎麻、竹和甚至菠萝纤维被用于衣物。然而，与更常用的植物基纤维例如棉花相比，这些纤维的应用目前多少有些局限。

一种尚未被广泛用于纺织品生产的植物是油菜植物，它是一种芸苔属(Brassica)的植物。油菜植物的最常见的品种是被称为芥花菜籽、菜籽00或双零菜籽的低芥酸和低芥子油苷品种。在芸苔属(Brassica)内存在许多油菜植物物种，它们在本文中被合称为芥花菜籽植物或芥花菜籽。

芥花菜籽是世界上主要的油料作物之一。芥花菜籽作为两种主要产物的来源而被种植：芥花菜籽油和芥花菜籽粕。将圆形的芥花菜籽种子压榨以生产芥花菜籽油，并将剩余物加工成高蛋白粕粉。芥花菜籽植物也可用作进料用于生产生物柴油。除了这些产物之外，芥花菜籽植物不具有广泛认知的价值。作为结果，在圆形种子收获后可以获得大约4千万吨芥花菜籽秸秆。该秸秆是通常被当作废物的副产物材料，它被重新犁回到土壤中、烧掉或用作动物垫料。因此，这种芥花菜籽副产物的商业化应用对于最大化这种有价值资源的经济性来说是合乎需要的。

全部公开内容通过参考并入本文的Sevenhuysen等人的题为“来自于芸苔属植物的纺织纤维和纺织品”(Textile Fibres and Textiles From Brassica Plants)的PCT/CA2014/050892，描述了芸苔属植物纤维如何可以提供至少一些上述的所需纺织原料性质。Sevenhuysen等人描述了一种或多种浸解方法和纤维分离方法，其可以生产适合品质的纤维，用于制造具有“棉花样”特征的纺织纤维。然而，由Sevenhuysen等人描述的纤维分离方法是细致且详细的工作，可能不适合于大规模纤维分离和纺织生产。

发明内容

本公开的实施方式涉及从从预处理过的植物进料分离纤维。

本公开的某些实施方式涉及一种设备，其包括将纤维成分与该预处理过的植物进料的其他组成成分分离开的一个或多个分离装置。该设备还包括干燥装置，用于干燥并将单个纤维进一步彼此分离开。任选地，该设备还可以包括流体再循环***，用于降低该设备的总液体进料和废弃处置要求。该设备还可以包括一个或多个输送***，用于将进料和加工过的中间产物运送通过该设备的一部分或全部。

第一分离装置接纳该预处理过的植物进料。第一分离装置被配置用于将预处理过的植物进料的凝胶成分和纤维成分与秸秆成分物理分离开。第二分离装置基本上将秸秆成分与凝胶成分和纤维成分分开并舍弃。第三分离装置将纤维成分与一些、大多数或基本上所有的凝胶成分分离开。第四分离装置通过一系列处理过程将纤维成分与任何残留的凝胶成分分离开。

在本公开的某些实施方式中，预处理过的植物进料是非机械处理步骤的产物，例如从植物秸秆产生浸解的植物产物的浸解过程。第一分离装置包括基于摩擦的分离步骤、基于压力的分离步骤或其组合，以将浸解的植物产物的凝胶成分和纤维成分与秸秆成分分离开。第一分离装置使纤维、凝胶和秸秆成分彼此松开。所有成分可以保留在流体中，流体一起流动或以其他方式移动到第二分离装置。第一分离装置包括一个或多个流体喷嘴，其提供流体以润湿纤维、凝胶和秸秆成分并协助将中间材料移动到第二分离装置。不收任何特定理论限制，润湿纤维、凝胶和秸秆成分可以最小化对纤维成分造成的损伤和/或促进所有成分向第二分离装置移动。

在本公开的某些实施方式中，第二分离装置接纳来自于第一分离装置的纤维、凝胶和秸秆成分作为流过并从第一分离装置流入的流体中携带的材料的料流。在第二分离装置的某些实施方式中，输送***包括由帆布、塑料或橡胶和/或颗粒面材料中的至少一者制成的无限循环输送带。这个输送带将秸秆成分与凝胶和纤维成分分离开，并允许秸秆成分与凝胶和纤维成分分开地收集。

在本公开的某些实施方式中，第三分离装置接纳中间材料，其包括来自于第二分离装置的凝胶和纤维成分。在第三分离装置中，输送***可以包括由筛网材料制成的无限循环输送带和一个或多个液体喷嘴，其引导一种或多种加压液体料流以便于将纤维成分与凝胶成分分离开。第三分离装置还包括挤压***，其挤压纤维成分和凝胶成分以迫使凝胶成分通过无限筛网-输送带，以将纤维成分与凝胶成分分离开。在某些情况下，在通过第二分离装置后，分离的纤维成分包括一些残留的凝胶成分。

在本公开的某些实施方式中，第四分离装置接纳包括分离的纤维成分和一些残留的凝胶成分的中间材料。第四分离装置可以包括一部分由钢丝网制成的无限循环输送带的输送***，以将从第三分离装置接纳的纤维和凝胶成分移动通过第四分离装置的一系列基于化学的处理过程。或者，基于化学的处理过程可以都发生在单一容器中。第四分离装置的每个处理过程将纤维和残留的凝胶材料暴露于化学处理，以从纤维成分的每个单个纤维的表面除去残留的凝胶成分或其他植物材料。在每种化学处理之间和在最后一种处理之后，将纤维成分用水漂洗。在设备的这个地点处，分离的纤维被称为个体化纤维。

在本公开的某些实施方式中，干燥装置接纳来自于第四分离装置40的个体化纤维进入两个操作部分。两个操作部分顺序排列，使得进料端在串联的开始处，并且终产物端在串联的末端处。第一操作部分允许将纤维分层。第二操作部分干燥分层的纤维。在设备的这个地点处，干燥的个体化纤维适合于进一步加工以生产纺织产物。

在本公开的某些实施方式中，流体再循环***接纳来自于第三分离装置的凝胶成分。在流体再循环***中，凝胶成分被悬浮在水中。液体再循环***被用于回收并再循环在一个或多个加工区段或步骤中使用的任何加工流体，其可能包括由设备从浸解的植物进料和纤维成分分离出的一些或大多数或所有的凝胶成分。液体再循环***将一些或大多数或所有的凝胶成分与加工流体分离开，使得可以将加工流体再循环回到设备中并在一个或多个不同的加工区段使用。

本公开的某些实施方式涉及一种将预处理过的植物秸秆进料的纤维成分与秸秆成分和凝胶成分分离开的方法。该方法包括下述步骤：通过向预处理过的植物秸秆产物施加摩擦和/或加压流体，将秸秆成分与纤维成分和凝胶成分分离开；以及通过将凝胶成分挤压通过筛网材料，将凝胶成分与纤维成分分离开。

附图说明

在下面参考附图做出的详细描述中，本公开的这些以及其他的特点将变得显而易见。在所述附图中：

图1是示出了符合本公开的设备的一个实施方式的示意侧视图；

图2是示出了符合本公开的设备的一个实施方式的示意侧视图；

图3是示出了符合本公开的设备的另一个实施方式的示意侧视图；

图4是示出了符合本公开的第一分离装置的一个实施方式的示意侧视图；

图5示出了符合本公开的第二分离装置的一个实施方式，其中图5A示出了第二分离装置的示意侧视图，图5B示出了用于第二分离装置的输送带的上表面；

图6是示出了符合本公开的第三分离装置的一个实施方式的示意侧视图；

图7是示出了符合本公开的第四分离装置的一部分的一个实施方式的局部剖视的示意侧视图；

图8是示出了符合本公开的干燥装置的一个实施方式的示意图，其中图8A示出了干燥装置的一部分的侧视局部剖视图，图8B示出了所述部分的俯视图；

图9是示出了用于符合本公开的设备的液体再循环***的一个实施方式的等距示意图；

图10示出了符合本公开的用于从进料分离纤维的方法的一个实施方式的逻辑流程图。

具体实施方式

本公开的实施方式涉及用于将植物秸秆的组成成分彼此分离，用于分离随后可用于制造纺织品和衣料的纤维的设备和方法。

本公开的某些实施方式涉及一种设备，其接纳预处理过的植物秸秆产物作为进料，从进料可以分离几种组成成分，包括纤维成分、凝胶成分和秸秆成分。当在本文中使用时，术语“植物秸秆”是指在植物的其他组分已被收获后留下的植物材料。当在本文中使用时，术语“纤维成分”、“韧皮纤维”和“纤维”都是指植物秸秆的可用于制造纺织品的成分。当在本文中使用时，术语“凝胶成分”和“胶质”两者都是指非均质的植物材料，其可能包括木质素、果胶和其他植物基胶质。当在本文中使用时，术语“秸秆成分”和“秸秆”是指在从植物秸秆分离纤维成分和凝胶成分后植物秸秆留下的成分。当在本文中使用时，术语“约”是指从给定值的大约+/-10％的变差。应该理解，这种变差总是包括在本文中提供的任何给定值中，不论是否具体提到。

该设备包括一个或多个分离装置，用于将预处理过的植物秸秆产物的纤维成分与其他组成成分分离开。此外，该设备可以包括用于加工和循环在一个或多个分离装置中使用的液体的***，以降低设备的液体输入要求。

本公开的某些实施方式涉及一种用于从植物秸秆分离纤维的方法。该方法可以包括下述步骤：收集植物秸秆，预处理植物秸秆以产生预处理过的植物秸秆进料，以及通过喷射水、摩擦、挤压或其组合从预处理过的植物秸秆进料分离纤维。该方法还可以包括收集和循环液体以降低该方法的液体输入要求的步骤。

可以通过本公开的实施方式分离的纤维可以被进一步加工，以生产具有所需的均匀性、柔性、纤度、内聚性、韧性、吸水性、可弯曲性和对各种不同的纺织加工和/或处理的顺从性品质的纺织原料。

任选地，植物可以是芥花菜籽植物。然而，当其他植物的秸秆成分包括枝和茎的外层中的韧皮纤维和凝胶成分时，来自于那些植物的预处理过的秸秆也可以使用。本公开的某些实施方式涉及用于从芥花菜籽之外的植物例如亚麻、苎麻、洋麻、剑麻、荨麻、秋葵和***的秸秆分离纤维的设备和方法。

根据本公开的某些实施方式，预处理过的植物秸秆产物是用作进料的浸解的秸秆。浸解是化学品或更具体来说酶部分降解或解离植物秸秆内的组织的过程。例如，浸解可用于分离存在于植物秸秆的厚壁组织中的纤维，也被称为韧皮纤维，其是植物秸秆中包围韧皮组织和木质组织的组织层。正如本领域技术人员将会认识到的，预处理过的植物秸秆产物也可以通过浸解之外的手段来制备，使得预处理过的植物秸秆产物可以作为进料用于本公开的实施方式。

Sevenhuysen等人描述了一种或多种生产浸解产物的方法，浸解产物是适合于本公开的实施方式的进料。术语“浸解产物”是指由于含有浸解的植物秸秆的组成成分而可能是非均质的植物材料。当在本文中使用时，术语“完全浸解的产物”和“进料”是指已与其他植物成分分离开的所有纤维成分，并且在浸解或类似的处理期间对纤维成分中纤维的含量、结构和完整性没有任何损伤或具有极小损伤。

本领域技术人员将会认识到，在浸解处理期间发生的分离不产生可以容易地用于生产纺织品的纤维，并且为此目的需要进一步加工或处理。例如，完全浸解的产物在有时被称为束或纤维束的独特结构内含有纤维成分和凝胶成分。该束可能粘附于秸秆成分部分。据认为，发生这种粘附是由于纤维通过各种不同的机制附连，纤维包括产生纤维束的被称为木质素和果胶的植物材料、产生防水阻挡层的被称为胶质的植物材料，产生植物秸秆中的茎节和分枝的被称为纤维素的植物材料。完全浸解的产物可能具有纤维成分和凝胶成分的束，它们可以使用被设计以维持纤维成分中纤维的含量、结构或完整性的机械作用，与秸秆成分完全分离开。

凝胶成分可以包括但不限于果胶、木质素、其他多糖和钙离子。纤维成分由单个纤维构成，它们一旦与凝胶成分和秸秆成分进一步分离后，可能适合于进一步加工以生产纺织品。

图1示出了本公开的一个实施方式，其涉及设备100，该设备包括至少一个下述加工装置：第一分离装置10，第二分离装置20和第三分离装置30，第四分离装置40，干燥装置50和任选的流体再循环***60。设备100还可以包括输送***90，其将材料(进料、中间产物或终产物)输送进、输送过和输送出设备100的加工装置。在本公开的某些实施方式中，输送***90可以包括一个或多个无限循环输送带，其在一个或多个加工装置内或其之间以给定的方向传导其上的任何材料。任选地，在输送***90的一个或多个输送带上的材料当在一个或多个输送带上时可能接受处理。在另一个选项中，输送***90的一个或多个输送带本身可能对其上材料的处理有贡献。例如，输送***90的一个或多个输送带可能便于其上材料的不同成分的分离。除了输送***90之外或可替选地，进料、中间产物和终产物当夹带在流体中时，当在重力下流动时可以移动进、移动通过和移动出设备100。在本公开的某些实施方式中，也可以存在中间产物在一个或多个加工装置之间或从一个或多个加工装置的整体移动。

在本公开的某些实施方式中，设备100可以具有入口端100A和出口端100B，其间排列有第一、第二、第三、第四分离装置10、20、30、40和干燥装置50。在本公开的某些实施方式中，第一、第二、第三、第四分离装置和第五干燥装置10、20、30、40和50被串联排列在入口和出口端100A、100B之间。

图2示出了支承在框架110上的设备100的实施方式。框架110将第一分离装置10支承在第二分离装置20上方，后者被支承在第三分离装置30上方。设备10中的材料可以通过作用于流体的重力(或流体压力)在其中移动，该材料被夹带在流体中、漂浮在流体中或简单地被流体移动。第一分离装置10接纳预处理过的植物秸秆产物，其在本文中也被称为进料(在图4中显示为弯曲的箭头)。在本公开的某些实施方式中，进料是完全浸解的产物。第一分离装置10它能够给降低凝胶和纤维成分与秸秆成分的粘附，将进料的凝胶成分和纤维成分与秸秆成分分离开。进料可以被放置在输送***90的第一输送带91上，其用于将进料以第一方向输送到第一分离装置10中。进料的排列可能影响干燥装置50中纤维产物的得率和品质。秸秆应该与分离装置10的滚筒平行地放置在输送带91上，并且秸秆之间的间隙防止两个或更多个秸秆同时通过滚筒之间。或者，进料可以通过作为料斗***120(在图2中被显示为虚线框)的一部分的输送带(未示出)直接放置在第一分离装置10中，其中料斗***120暂时容纳进料，并且一个或多个输送带以所需方向将所需量的进料放置在输送带91上。

如图4中所示，第一分离装置10包括至少两个对置滚筒12和一个或多个液体喷嘴14中的一者或两者。至少两个滚筒12可以被水平放置。至少两个滚筒12可以被放置成当进料在至少两个滚筒12之间通过时与进料发生接触。在本公开的某些实施方式中，至少两个滚筒12包括第一滚筒12A和第二滚筒12B。第一和第二滚筒12A、12B各自具有基本上连续的外向表面，其被从外向表面伸出的刷毛或其他带纹理的点覆盖。刷毛从外向表面伸出约0.5英寸至约2.0英寸之间。第一和第二滚筒12A、12B围绕它们相应的纵轴旋转。刷毛可以被布料覆盖。布料的适合的实例包括但不限于聚酯、人造丝、超细纤维、纤维素织物或其组合。在本公开的某些实施方式中，第一和第二滚筒12A、12B以不同的速度和/或以不同的方向旋转。

当进料通过第一和第二滚筒12A、12B并与它们发生接触时，布料、第一和第二滚筒12A、12B的旋转速度差或两者的组合充分松解进料和/或将进料的秸秆成分与凝胶成分和纤维成分分离开(在图4中显示为直箭头)。在某些情况下，分离的秸秆成分也可能包括一部分粘附到或以其他方式结合到分离的秸秆成分的凝胶成分。通过一个或多个摩擦、擦拭、剥脱的物理行动，第一和第二滚筒12A、12B将秸秆成分与凝胶成分和纤维成分物理分离开。任选地，可以对布料进行选择，以为第一和第二滚筒12A、12B的接触进料的外向表面提供最适的摩擦系数。也可以对第一和第二滚筒12A、12B的个体旋转速度进行选择以优化进料的摩擦接触，提高秸秆成分与凝胶成分和纤维成分的物理分离。

另外或可选地，第一分离装置10包括位于滚筒12A和12B上方和下方的一个或多个喷嘴14。喷嘴14在进料通过滚筒12A与12B之间时将加压加工流体导向进料处。加工流体的压力可以在约1psi至约10psi之间的范围内。在本公开的某些实施方式中，加工流体以约3psi的压力从一个或多个喷嘴14喷射。施加到在滚筒12A与12B之间通过的进料的加工流体的体积和压力足够高，以将秸秆成分与凝胶成分和纤维成分物理分离开。优选地，加工流体的压力不大得对纤维成分中的单个纤维的结构完整性造成显著损伤。在本公开的某些实施方式中，加工流体可以是从流体再循环***60获得的液体，或者它可以从其他来源获得。在本公开的某些实施方式中，加工流体是主要为水的液体，或者它可以完全是水。在本公开的其他实施方式中，加工流体可以是另一种惰性流体。

图5示出了接纳第一分离装置10的中间产物的第二分离装置20的一个实施方式，中间产物包括秸秆成分、凝胶成分和纤维成分的混合物(在图5A中被显示为直箭头)。纤维成分通常仍粘附于大部分或所有的凝胶成分。来自于第一分离装置10的与秸秆、纤维和凝胶成分结合的流体的流动，可以将一些或基本上所有的这种材料在作为输送***90的一部分的第二输送带92上移动。一些、大多数或基本上所有的纤维成分和凝胶成分保留在液流内，在重力(或由一个或多个喷嘴14提供的进一步压力)下继续前往下方的第三分离装置30(参见图5A中较大的弯曲箭头)。然而，秸秆成分保留在第二输送带92上。正如在下文进一步描述的，第二输送带92将秸秆成分与尚未流动到下方的第三分离装置30上的任何纤维和凝胶成分分离开。

第二输送带92具有第一末端92A和第二末端92B。第二输送带92可以由橡胶、塑料、帆布、金属链或其他材料制成，其可以将从第一分离装置10接纳的材料输送到秸秆容器24(参见图5A中较小的弯曲箭头)。第二输送带92的上表面92A接纳来自于第一分离装置10的材料，并且任选地，可以包括提供第二输送带92的带纹理的部分的一个或多个凸起94(参见图5B)。在操作中，上表面92A以从第一末端92A向第二末端92B的方向移动。一个或多个凸起94可以都在第二输送带92的上表面92A上方升起相同的高度，或者它们可以是不同的高度。在本公开的某些实施方式中，一个或多个凸起94可以在第二输送带92的上表面92A上方升起约0.1英寸至约2英寸之间。在本公开的某些实施方式中，一个或多个凸起94可以在第二输送带92的上表面92A上方升起约0.25至约0.5英寸之间。在本公开的某些实施方式中，一个或多个凸起94可以在第二输送带92的上表面92A上方升起约0.25英寸。任选地，第二输送带92的上表面92A具有棱纹、颗粒、褶皱或其他纹理，以加强秸秆成分与凝胶和纤维成分的分离。秸秆成分可以被第二输送带92移动到秸秆容器24。在图5A中被显示为最靠近秸秆容器24的末端的第二输送带92的第二末端92B，与第一末端92A相比可以被升高。这种升高可以允许实质上一些或所有流体以及其中的纤维成分和凝胶成分向下流向并离开第一末端92A。在本公开的某些实施方式中，第二输送带92是布满颗粒的帆布输送带。在某些实施方式中，可以将秸秆梳26放置在框架110的在第二末端92B与秸秆容器24之间的部分的上方。秸秆梳26可以捕获或除去一些或基本上所有的没有离开输送带92进入秸秆容器34的任何秸秆。

图6示出了由于来自于第二分离装置20的流体的流动而接纳来自于第二分离装置20的中间产物(由图6中的竖直箭头示出)的第三分离装置30的一个实施方式。这种中间产物包括凝胶成分和纤维成分，并且它优选地基本上不含秸秆成分。第三分离装置30包括至少部分由筛网构成的第三输送带93。第三输送带93具有第一末端93A和第二末端93B。筛网定义了孔眼，约150微米(μm)至约250μm之间的特定尺寸从其通过。在本公开的某些实施方式中，孔眼具有约177μm的中值尺寸。在本公开的某些实施方式中，第三输送带93可以是无限循环的，其具有上平面93C和下平面93D。上和下平面93A、93B可以是基本上水平和平行的。上和下平面93A、93B可以由位于第三输送带93的相反末端处的至少两个滚筒支承并分开。在操作中，上平面93C从第一末端93A向第二末端93B移动。

当凝胶成分和纤维成分在第三输送带93上方移动时，另外一个或多个喷嘴14^l可以施加加工流体例如水等，以漂洗凝胶成分和纤维成分。另外的喷嘴14^l可以位于第一末端93A与第二末端93B之间，并且另外的喷嘴14^l被构造成将加工流体导向上平面93C上的材料。

第三分离装置30还包括至少一组基本上对置滚筒32，其位于上平面93C的上方和下方。在本公开的某些实施方式中，基本上对置滚筒32包括上滚筒32A和下滚筒32B。当纤维成分和凝胶成分在上和下滚筒32A、32B之间通过时，纤维成分和凝胶成分通过挤压点，在那里它们直接接触上和下滚筒32A、32B。在该挤压点出，至少一些凝胶成分被挤压并推过由第三输送带93定义的孔眼。一个或多个另外的喷嘴14^l将加压加工流体导向挤压点处或其附近，以促进将至少一些凝胶成分推过第二输送带93。被推过的凝胶成分和一些或大多数或所有导向挤压点处的加工流体，被收集在位于上和下平面93C、93D之间的一个或多个收集盘62中。正如将在下文进一步讨论的，一个或多个收集盘62内的流体可以在流体再循环***60内运输，用于进一步加工并在设备10中进一步使用。尽管图6仅仅示出了一个收集盘62，但本领域技术人员应该理解，在第一末端93A与第二末端93B之间和上与下平面93C、93D之间的不同位置处可以存在多个收集盘62。

由于纤维成分中的一些或大多数或所有的纤维大于第三输送带93中的孔眼，因此纤维成分保留在上平面93C的上表面上。当纤维成分到达上平面93A的末端，在这个区域中上平面93A绕过滚筒之一并转变成下平面93B时，一些或大多数或所有的纤维成分离开第三输送带9进入一个或多个纤维收集盘28(在图6中显示为弯曲箭头)。纤维成分的没有离开第三输送带93的任何部分被导向上平面93A处的加压加工流体，例如被从另外的喷嘴14^l投送的流体洗离下平面93B。纤维成分的洗离下平面93B的部分被另外的收集盘28收集。图2示出了另外的收集盘28的一个实施方式，图3示出了另外的收集盘28A的另一个实施方式。正如所示，另外的收集盘28A可以在第一末端93A与第二末端93B之间伸出较大距离，并且它可以包括斜坡29，将在第二末端93B附近之外的位置处离开第三输送带93的加工流体和纤维成分收集在其中。

图7是接纳来自于第三分离装置30的另外的收集盘28(或视情况而定28A)的纤维成分的第四分离装置40的一个实施方式的图。在某些情况下，纤维成分可能仍有一些残留的凝胶粘附于其上，导致纤维成分内的一部分或所有的单个纤维彼此粘附。为了便于除去一些或大部分或所有的这种残留凝胶并将单个纤维彼此分离开，将纤维成分移动到第四分离装置40。

在本公开的某些实施方式中，第四分离装置40可以包括约1至10个之间的分开的处理过程，用于分批处理纤维。例如，本公开的某些实施方式可以具有串联排列的多个纤维清洁区段。第四分离装置40可以包括一个或多个容器42，其中放置有一个或多个滤器44，并且每个处理过程在容器42内发生。例如，一个或多个容器42可以是由钢、塑料、其他合成材料制成的竖直取向的圆柱体，并且一个或多个滤器44可以由布、塑料、不锈钢或其组合制成。容器42可以通过一个或多个导管48从储料罐46接纳不同的处理液体。圆柱形容器42可以移动以便水平、竖直或两种方向搅拌纤维成分和处理液体一段时间，这在本文中被称为处理循环。在处理循环完成后，将处理液体从圆柱形容器42排出，纤维保留在圆柱形容器42内，并且将它们用水漂洗。在漂洗完成后，将漂洗水排出，纤维保留在圆柱形容器42内。在本公开的某些实施方式中，然后可以将纤维移动到另一个容器42用于另一个处理过程，或者一个容器42可用于所有处理过程，正如在下文中进一步描述的。

在本公开的某些实施方式中，7个处理过程A、B、C、D、E、F和G可以串联排列。在每个处理过程中，将纤维在处理流体内搅拌足够长的时间，以获得清洁效果或表面改性或两者。然后可以在处理过程之间将纤维用水漂洗。离开处理过程G的纤维成分不被漂洗。

对于处理过程A来说，圆柱形容器42含有水作为处理液体TLA。将纤维放置在水中，并将纤维-水混合物连续搅拌并加热至约92℃。纤维-水混合物暴露于最高温度的处理循环具有约1分钟至约20分钟之间的持续时间。处理过程A的某些处理循环具有约3分钟的中值持续时间。然后，将热水排出，并将纤维成分冷却至约40℃或更低温度。不受任何特定理论限制，处理过程A可以减少其他成分与纤维表面的粘附。

对于处理过程B来说，圆柱形容器42含有处理液体TLB，其是水、阴离子型表面活性剂、碱性助洗剂、水软化剂的混合物，例如在大多数可商购的洗衣液中存在的那些物质(合称为“去污剂类成分”)。去污剂类成分以约1％wt/wt至约5％wt/wt之间的范围内的浓度存在于TLB中。在本公开的某些实施方式中，TLB内去污剂类成分的浓度为约2％(wt/wt)。纤维暴露于TLB的处理循环具有约2分钟至约30分钟之间的持续时间。处理过程B的某些处理循环具有约7分钟的持续时间。不受任何特定理论限制，处理过程B可以通过亲水机制除去粘附于纤维表面的植物材料。

对于处理过程C来说，圆柱形容器42含有处理液体TLC，其是水和油成分的混合物。油成分可以选自一种或多种植物油、矿物油或合成油。在处理液体C中油成分可以具有40％wt/wt至60％wt/wt范围内的浓度。在本公开的某些实施方式中，TLC中油成分的浓度为约50％(wt/wt)。纤维暴露于TLC的处理循环具有约5分钟至约30分钟之间的持续时间。处理过程C的某些处理循环具有约14分钟的持续时间。在处理过程C完成并将处理液体TLC基本上排干后，向纤维施加一定压力以除去粘附于纤维表面的一些或所有的剩余处理液体TLC，并将这种剩余的处理流体TLC排出。不受任何特定理论限制，处理过程C可以通过亲脂机制除去粘附于纤维表面的植物材料。

对于处理过程D来说，圆柱形容器42含有处理液体TLD，其是水、一种或多种表面活性剂、助水溶物和一种或多种盐类的混合物，例如存在于可商购的厨房用皂中的那些类型的成分(合称为“皂类成分”)。皂类成分以约0.5％wt/wt至约5％wt/wt范围内的浓度存在于TLD中。在本公开的某些实施方式中，TLD中皂类成分的浓度为约2.5％(wt/wt)。纤维暴露于TLD的处理循环具有约2至约30分钟之间的持续时间。在本公开的某些实施方式中，使用TLD的处理循环的持续时间为约7分钟。不受任何特定理论限制，处理过程D可以通过亲水机制和亲脂机制中的任一者或两者除去粘附于纤维表面的植物材料。

对于处理过程E来说，圆柱形容器42含有处理液体TLE，其是水和活酵母培养物的混合物，其中酵母在水中的初始浓度在约0.01％wt/wt至约1％wt/wt的范围之内。在本公开的某些实施方式中，酵母具有约0.1％(wt/wt)的中值初始浓度。在本公开的某些实施方式中，在酵母培养物之外或可选地，TLE含有水与淀粉酶或具有相似功能的一种或多种其他酶(合称为酶成分)的混合物。酶成分在TLE中可以以约0.05％wt/wt至约2％wt/wt范围内的浓度存在。在本公开的某些实施方式中，酶成分的浓度为约0.5％(wt/wt)。纤维暴露于TLE的处理循环的时间取决于待处理的纤维的重量、酵母与水的混合物的浓度和混合物的温度。例如，将纤维在30℃下暴露于高浓度酵母约1分钟至约5分钟之间可能是足够的，而将纤维在20℃下暴露于低浓度酵母可能需要约1小时。不受任何特定理论限制，处理过程E可以降低纤维表面的化学反应性。

对于处理过程F来说，圆柱形容器42含有处理液体TLF，其是水与蛋白质的混合物。在本公开的某些实施方式中，蛋白质或蛋白质渗出液可以改变纤维表面的化学反应性。蛋白质的一些实例包括但不限于：白蛋白，卵清蛋白，粘蛋白类和球蛋白类，这些蛋白质的变性状态，合成的蛋白质，制造的蛋白质及其组合。TLF中蛋白质的浓度在约1％至约50％的范围内。在本公开的某些实施方式中，TLF中蛋白质的浓度为约20％。用于处理过程F的处理循环具有约1分钟至约5分钟的持续时间。不受任何特定理论限制，处理过程F可以降低纤维表面的化学反应性。

对于处理过程G来说，圆柱形容器42含有处理液体TLG，其是水、一种或多种去污剂和一种或多种工业织物柔软剂的混合物。去污剂可以具有约0.5％wt/wt至约3％wt/wt范围内的浓度。在本公开的某些实施方式中，去污剂的浓度为约1.5％(wt/wt)。工业织物柔软剂可以具有约0.5％wt/wt至3％wt/wt范围内的浓度。在本公开的某些实施方式中，工业织物柔软剂的浓度为约1.5％(wt/wt)。纤维暴露于去污剂和工业织物柔软剂的处理循环具有约2至约30分钟之间的持续时间。在本公开的某些实施方式中，处理过程G的处理循环为约7分钟。不受任何特定理论限制，处理过程G可以减少一个纤维与其他纤维的粘附。

本领域技术人员将会认识到，所描述的处理过程A、B、C、D、E、F和G的顺序可以不同，或者两个或更多个处理过程可以被合并，或者处理过程可以被省略，这些可变性可以由正使用设备100分离的纤维的类型引起。本领域技术人员也将会认识到，处理过程A、B、C、D、E、F和G可以在单个容器42或多个容器42中发生。

在本公开的某些实施方式中，使用酶例如果胶酶或具有与果胶酶相似的功能的酶或酶混合物的单一酶处理，可以并入到7个处理过程A、B、C、D、E、F和G中。在本公开的某些实施方式中，酶处理可以代替7个处理过程A、B、C、D、E、F和G中的任一者。

图8示出了在本文中也被称为第五分离装置的干燥装置50的一个实施方式。干燥装置50通过批量转移，例如通过手或工具或通过输送***90的另一个输送带(未示出)，接纳来自于第四分离装置40的个体化纤维。第五分离装置50可以在分批过程中干燥分离和收集到的纤维，以产生个体化纤维。第五分离装置50可以包括风扇52、容器54和收集滤器或袋56。在操作中，将纤维置于容器54内，并且风扇52将空气移动通过容器54进入滤器56。分离装置50中的空气在移动空气通过滤器56所需的基本上最低压力下从风扇52向滤器56移动。除了风扇52和滤器56之外，第五分离装置50的所有部件可以被密封成气密。可以在没有空气移动通过出入孔时将湿纤维置于容器54中，出入孔可以用可密封和可拆卸的盖子封闭。设备58也可以位于容器54内，例如一个或多个相互交错的梳子、刷子和带颗粒表面，其可用于通过抬升湿纤维并将它们彼此分离进行搅拌。基本上气密的手套59可以通过容器54的侧壁伸出，以便用户可以使用一个或多个工具58搅拌其中的纤维。在本公开的某些实施方式中，收集滤器56可以由织造或非织造聚酯、织造或非织造不锈钢网、合成材料或可以起到滤器的作用并具有尺寸在约5μm至约25μm之间的开孔的任何材料制成。

搅拌湿纤维导致其中的纤维被至少部分个体化和至少部分干燥。任选地，惰性气体流将至少部分个体化和至少部分干燥的纤维推压在纤维滤器上，以备收集。

在本公开的某些实施方式中，容器54中的设备58可以包括两个或更多个旋转的刷子，其中一个刷子的刷毛与相邻的刷子交叠。刷子以相反的方向旋转。一个刷子可以从固体表面拾起湿纤维，然后将湿纤维从一个刷子传递到下一个刷子和固体表面，直至纤维干燥。容器54中的移动空气将干纤维从刷子移动到纤维收集滤器56。

在本公开的某些实施方式中，设备58可以包括圆锥形表面、从表面伸出并在表面上方的一个或多个突出部分和一个或多个旋转元件，旋转元件具有从元件突出并在元件下方的细丝。旋转元件在与圆锥形表面基本上平行的平面内移动。在圆锥形表面上方旋转的细丝在突出部分之间移动，到达该表面。一个或多个旋转元件可以被连接到旋转支承元件、中央轮毂或适用于支承并旋转一个或多个旋转元件的其他手段。

湿纤维在锥形表面的最高点处落于突出部分上。旋转元件的细丝的移动将湿纤维推向圆锥形表面的周边。任选地，将基本上恒定的惰性气体流导向第一表面，以帮助在湿纤维被搅拌时干燥它们。

在本公开的某些实施方式中，第五干燥装置50可以包括液体容器，其带有不与纤维的材料成分反应的惰性流体。惰性流体的实例包括但不限于：流体氟烃和其他天然或合成的惰性流体，或其组合。个体化纤维可以被放置在液体容器中，并将流体和纤维以圆形方向搅动。惰性流体替换粘附于纤维的水，这具有干燥纤维的效果。然后可以通过移动的空气除去粘附到纤维的惰性流体。

图9示出了从至少第三分离装置30接纳加工流体的流体再循环***60的一个实施方式。流体再循环***60收集并再循环由设备100、特别是第三分离装置30使用的加工流体。流体再循环***60包括一个或多个罐62，它们通过一个或多个流体导管与一个或多个泵流体相连。加工植物秸秆以生产适用于制造纺织品的纤维，需要相对大量的加工流体，特别是液体。本公开讨论了含有一部分作为凝胶颗粒悬浮在其中的凝胶组分的水作为适合的加工流体的实例。应该理解，其他加工流体也可以以类似的方式产生并被流体再循环***60收集和重复利用，正如在下文中所描述的。

在机械分离过程中使用水可以减少纤维成分中个体纤维的损伤和断裂。流体再循环***60减少了对来自于外部来源的水的需求量。事实上，再循环***60可以提高设备100的经济性并降低这些水进料和废弃处置要求的环境冲击。

水可能在其中具有一部分凝胶成分作为凝胶颗粒的悬液。在某些实施方式中，流体再循环***60将一些或大多数或所有的凝胶成分与水分离开，使得可以将水再循环回到设备100中。由流体再循环***60收集的水通过一个或多个导管被导向分离罐62。

分离罐62通过混合行动将空气引入到悬液中。不受任何特定理论限制，空气可以附着到悬浮的凝胶颗粒，使得凝胶颗粒集合在漂浮的凝胶颗粒层中。在本公开的某些实施方式中，分离罐62包括被设计用于混合、搅动或发泡液体混合物的一个或多个可旋转桨叶、丝线或夹具，其可以以约1000至1800rpm的速度旋转。任选地，可旋转桨叶位于悬液表面下面，例如在表面下方约2.5cm至约7.5cm之间。当可旋转桨叶以等于或接近这些速度旋转时，它们可以在悬液内产生涡旋振荡，这迫使空气进入悬液。

在本公开的某些实施方式中，已观察到在旋转桨叶旋转仅仅约3分钟后，约98％的漂浮的凝胶颗粒位于罐62的表面处或附近。漂浮的凝胶颗粒层需要2至3分钟之间的时间形成在罐62中的液体和悬液的顶上。罐62被构造成维持基本上平静的表面。在一定时间后，大部分漂浮的凝胶颗粒上浮并集合在罐62中的液体的基本上平静的表面上。

在本公开的某些实施方式中，然后通过移动罐62中的液体来运输漂浮的凝胶颗粒层。当来自于第三分离装置30的液体在罐62的一个末端处进入罐，并且一个或多个泵将液体从罐62的相反末端移除时，罐62中的液体移动经过罐62。罐62包括分离器64，其可以是浮沫撇除器或转盘，正如下文进一步描述的。浮沫撇除器与抽吸泵66流体联通，从撇除罐62的表面除去漂浮的凝胶颗粒，其在本文中也可以被称为胶质。抽吸泵可以附连到软管，将胶质重新导向罐外的容器。

可替代地，分离器64是一个或多个转盘，其下半部分浸没在水中。转盘在置于水中时可以被竖直或倾斜放置。转盘的表面吸引漂浮或悬浮的胶质，其可以由吸引胶质的材料例如任何适合类型的Teflon^TM、氧化铝、织物或海绵构成。当转盘转动时，它们将胶质从水中抬起。由一定长度的金属、塑料或合成材料构成的挡板接触转盘的不在水中的一半，并将胶质从转盘擦下、刮下或蹭下。该挡板的表面可以具有沟槽以允许待移除的胶质从挡板留下，并且可以附连到软管以将胶质重新导向罐外的容器。任选地，被移除的凝胶颗粒可以被收集，以备进一步使用。

在一些或基本上所有的凝胶颗粒已从悬液移除后，悬液的凝胶颗粒含量显著降低。出于本公开的目的，此时悬液是基本上为水的液体，其在本文中被称为回收水。例如，在使用本公开的某些实施方式中，观察到回收水中保留约1％至3％(wt/wt)的凝胶颗粒。然后可以通过泵和用于一个或多个分离装置10、20、30、40中或设备100中的其他位置处的一个或多个喷嘴14、14^l，将回收水引回到设备100中。

显著降低回收水的凝胶颗粒含量避免了将凝胶颗粒引入到设备100中，这是合乎需要的，因为重新引入的凝胶颗粒可能干扰设备100的某些各种不同功能。除此之外，重新引入的凝胶颗粒可能干扰输送***90的一个或多个输送带或滚筒、第一和第二分离装置10、20的一个或多个滚筒，并且可能干扰第三分离装置30的一个或多个不同部件。

本公开的某些实施方式在设备100内的各个不同地点使用一个或多个喷嘴14^lll。喷嘴14^lll在将纤维成分与秸秆成分和/或凝胶成分分离中可能是有利的。在本公开的某些实施方式中，流体再循环***60减少了加工流体的损失，因此可以使用更多喷嘴14^lll而不显著增加加工流体进料的需求量。例如，在本公开的某些实施方式中，设备100包括至少两组另外的喷嘴14^lll，其在对置滚筒32之前将加压加工流体导向第三输送带93上的纤维成分和凝胶成分。

在使用中，设备100执行加工植物秸秆的方法，用于将纤维成分与秸秆成分和凝胶成分分离开。方法至少包括下述步骤：收集植物秸秆；浸解植物秸秆以产生用作过程进料的预处理过的植物秸秆产物；通过摩擦和在中压下喷射加工流体，将进料的秸秆成分与纤维成分和凝胶成分分离开。该方法还包括下述步骤：将大多数秸秆成分转移出纤维成分和凝胶成分，用于干燥和以后使用；通过将凝胶成分挤压通过筛网将凝胶成分与纤维成分分离开，从筛网的第一侧收集纤维成分，并收集凝胶颗粒在加工流体中的悬液。

任选地，该方法还包括下述步骤：收集加工流体；将加工流体混合以在其中引入空气，使加工流体内的悬浮凝胶颗粒漂浮；移除并收集漂浮的凝胶颗粒，以产生回收水。任选地，回收水可用于上述一个或多个步骤期间。

图10示出了逻辑流程图，描绘了与从浸解的秸秆进料分离纤维成分的方法相关的本公开的另一个实施方式。虚线代表了任选的过程步骤，其包括第二个水和去污剂再循环器，用于加工较大量的纤维。

Claims (20)

1.一种用于从预处理过的植物秸秆的进料分离一种或多种纤维的设备，所述设备包括：

第一分离装置，其用于接纳所述预处理过的植物秸秆的进料并用于通过摩擦和/或压力将所述预处理过的植物秸秆的产物的秸秆成分与纤维成分和凝胶成分分离开；和

第三分离装置，其用于通过将所述凝胶成分中的至少一部分凝胶成分挤压通过筛网而将所述凝胶成分中的所述至少一部分凝胶成分与所述纤维成分分离开。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第三分离装置包括至少部分由所述筛网构成的输送带，并且其中所述输送带被构造成接纳所述凝胶成分和所述纤维成分。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第三分离装置包括位于所述筛网上方和下方的一对对置滚筒，并且其中所述对置滚筒定义了挤压点，所述凝胶成分中的所述至少一部分凝胶成分在所述挤压点处被挤压通过所述筛网。

4.根据权利要求1、2或3所述的设备，还包括一个或多个喷嘴，用于将加压工艺流体流导向所述筛网。

5.根据权利要求4所述的设备，还包括一个或多个喷嘴，用于将加压工艺流体流导向所述挤压点或其附近。

6.根据权利要求1、2、3、4或5中任一项所述的设备，还包括收集盘，用于接纳已被挤压通过所述筛网的所述凝胶成分，并且其中所述收集盘位于所述筛网下方。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6中任一项所述的设备，还包括另外的收集盘，用于从所述筛网接纳所述纤维成分，并且其中所述收集盘位于所述筛网下方。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一分离装置包括一对对置滚筒，用于在其之间接纳所述预处理过的植物秸秆的进料，并且其中所述一对对置滚筒向所述预处理过的植物秸秆的进料施加摩擦。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述一对对置滚筒包括刷毛和/或覆盖有选自由以下构成的组的布：聚酯，人造丝，超细纤维，纤维素织物及其组合。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中所述一对对置滚筒以相同的速度或不同的速度旋转。

11.根据权利要求8、9或10所述的设备，其中所述一对对置滚筒以相同的方向或不同的方向旋转。

12.根据权利要求8、9或10所述的设备，还包括一个或多个喷嘴，其将加压的处理流体导向所述一对对置滚筒之间处或其附近。

13.根据权利要求1所述的设备，还包括第二分离装置，用于从所述第一分离装置接纳中间材料，其中所述第二分离装置包括带纹理的输送带，用于将所述秸秆成分与所述纤维成分和凝胶成分分离开。

14.根据权利要求1所述的设备，还包括第四分离装置，用于从所述第三分离装置接纳所述纤维成分，其中所述第四分离装置包括容器和内部过滤器，并且所述容器被构造成使用一种或多种基于化学的工艺处理来处理所述纤维成分，用于将所述纤维成分与残留的凝胶成分分离开。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述基于化学的工艺处理选自由以下构成的组：暴露于水和热；暴露于水与一种或多种去污剂类化合物的混合物；暴露于水与一种或多种油的混合物；暴露于水与一种或多种皂类化合物的混合物；暴露于水与一种或多种蛋白质化合物的混合物；暴露于水、一种或多种去污剂类化合物和一种或多种工业织物柔软剂化合物的混合物；及其组合。

16.根据权利要求1所述的设备，还包括流体再循环***，用于从所述设备回收工艺流体并用于从所述工艺流体分离凝胶颗粒以产生回收水。

17.根据权利要求16所述的设备，还包括一个或多个导管，用于引导所述回收水以用于在所述设备中使用。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述流体再循环***包括用于从所述设备接纳其中含有凝胶成分的工艺流体的收集罐，和用于使所述凝胶成分的颗粒漂浮的分离器。

19.一种用于加工预处理过的植物秸秆的进料以产生纤维的方法，所述方法包括以下步骤：

a.通过向所述预处理过的植物秸秆的产物施加摩擦和/或加压的处理流体而从所述预处理过的植物秸秆的进料分离秸秆成分、纤维成分和凝胶成分；和

b.通过将所述凝胶成分挤压通过筛网，将所述凝胶成分与所述纤维成分分离开。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：

c.收集在步骤a或步骤b期间使用的加工流体；

d.减少所收集的加工流体中所述凝胶成分的量，以产生回收水；以及

e.使用所述回收水作为步骤a中的所述处理流体中的至少一部分处理流体和/或作为步骤b中的处理流体。