DE2158276A1

DE2158276A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Holzspänen mit Elektronen

Info

Publication number: DE2158276A1
Application number: DE19712158276
Authority: DE
Inventors: David West Vancouver British Columbia Free (Kanada)
Original assignee: Radiation Development Co. Ltd., Vancouver, British Columbia (Kanada)
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-06-08
Also published as: SU473371A3; AU3906272A; CA960376A; AU3566371A; BR7107839D0; GB1354160A; FR2116074A5

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2158276

Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

g MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

RADIATION DEVELOPMENT CO., Ltd.
3454 E.Broadway, Vancouver 12,
British Columbia, Kanada.

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Holzspänen mit

Elektronen

Bei einem üblichen Verfahren zur Herstellung von Papierzeug aus Holz wird das Holz in längliche Späne zerteilt, die etwa 19 mm breit und 3,2 mm dick sind (0,75 Zoll bzw. 1/8 Zoll). Eine Stoffmühle kann das Holz an Ort und Stelle zerspanen; häufig jedoch werden Späne angekauft, die an anderen Plätzen, beispielsweise in Sägewerken, aus abgebrochenen Stücken und anderem Abfall, der sich im Sägewerk ansammelt, gewonnen wurden. Im allgemeinen ist es nicht möglich, die Späne unmittelbar nach ihrer Produktion oder ihrem Eintreffen zu verarbeiten; an den meisten Stoffmühlen gibt es daher große Vorrats-

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haufen von Spänen. Während der Lagerung erfahren die Späne gewöhnlich in der einen oder anderen Form eine Beschädigung. Manchmal werden sie von Pilzen befallen, die eine Verfärbung der Späne und damit auch des Zeugs und der daraus hergestellten Produkte zur Folge haben. Oder es kommt zu anderen zellularen Störungen, die die Ausbeute an Zeug und damit an Papier oder anderen aus den Spänen gewonnenen Produkten herabsetzen. Je nach der Dauer der Lagerung kann dies zu einem Gewichtsverlust zwischen fünf und zwanzig Prozent führen.

Es sind bereits Anstrengungen unternommen worden, Verfahren zur Sterilisierung der Späne zu finden, so etwa die Bakterien und Pilze, die die Späne verderben, abzutöten. Bis jetzt gibt es jedoch kein wirtschaftlich vertretbares und in der Praxis brauchbares System zur Behandlung der Späne.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Behandlungsverfahren und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung die Holzspäne pneumatisch durch einen hin- und herbewegten Elektronenstrahl in einer Richtung parallel zur Achse der Hin- und Herbewegung transportiert derart, daß praktisch alle Oberflächen der Späne den Elektronen ausgesetzt werden, um auf diese Weise eine Bestrahlung und damit eine Sterilisierung aller Oberflächen und der unter der Oberfläche gelegenen Teile zu bewirken. Bei einem solchen Vorgehen kann die Sterilisierung erfolgen, während die Späne in herkömmlicher Weise von der spanerzeugenden Vorrichtung oder von der Stelle ihres Eintreffens zu dem Vorrat shaufen befördert werden.

Weiter wurde gefunden, daß die Bombardierung der Späne mit

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Elektronen neben der Verlängerung der Lagerungszeit und einer weitgehenden Verringerung des Verderbens von Spänen durch Bakterien, Pilze und ähnliche Mikroorganismen bei einer Durchführung auf bestimmten Stufen noch den Vorteil bringt, daß die Verarbeitungszeit, nämlich die Kochdauer, der Späne wesentlich reduziert wird und aus einer bestimmten Menge von Spänen eine größere Ausbeute an Zeug mit besseren physikalischen Eigenschaften erzielt wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine Vorrichtung

zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der ä

beigefügten Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorri chtung j

Fig. 2 eine Sehnittansicht nach der Linie 2-2 der Fig. 1} Fig. 3 eine Sehnittansicht nach der Linie 3-3 der Fig. 1.

In den Zeichnungen ist eine Rohrleitung 10 dargestellt, die einen Teil eines pneumatischen Systems bildet, durch welches Holzspäne befördert werden. Gewöhnlich haben solche Rohrleitungen einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser im Mittel zwischen 15 cm und 60 cm und die Holzspäne werden gewöhnlich in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von etwa 1800 Meter pro Minute (6000 Fuß pro Minute) transportiert. In solchen Fördersystemen sind die Holzspäne in dem Förderluftstrom gleichmäßig verteilt und nicht in Schichten gelagert, wie beispielsweise auf Förderbändern oder dergleichen. Gemäß der Erfindung ist ein Fördersystem vorgesehen mit einem Leitungsstück 12, das einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt hat, dessen Querschnittsfläche jedoch etwa gleich demjenigen der Rohr-

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leitung 10 ist. An beiden Enden des Leitungsstückes 12 ist je ein Übergangsteil 14 angebracht, das den Anschluß an die Rohrleitung 10 herstellt. Als ungefährer Anhaltspunkt habe das Leitungsstück 12 zweckmäßig eine Länge von etwa 183 cm (6 Fuß).

Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Holzspäne in dem Leitungsstück 12 energiereichen Elektronen auszusetzen. Zu dieser Einrichtung gehört eine Quelle energiereicher Elektronen 18. Die Elektronenquelle 18 erzeugt einen schmalen Strahl schneller Elektronen, deren Energie in der Größenordnung von einigen Hunderttausend Volt liegen muss. Die Elektronenquelle kann ein Van de Graff-Generator sein oder ein anderer geeigneter Typ. Der von dem Generator erzeugte Elektronenstrahl wird nach unten in einen Abtaster 20 geworfen, der mit Mitteln versehen ist, um den Strahl auf einer linearen Bahn, deren Achse mit der Achse des Leitungsstückes 12 zusammenfällt, hin- und herschwingen zu lassen. Die Frequenz des Elektronenstrahles beträgt vorzugsweise einige Hunderttausend Perioden in der 'Sekunde. Zur Ablenkung des Strahles können, wie üblich, magnetische oder elektrostatisch arbeitende Mittel verwendet werden, die dem Fachmann bekannt sind. Der Abtaster 2o umfaßt eine evakuierte Kammer, die von vertikalen parallelen Seitenwänden 24, 26 und schrägen Endwänden 28, 30 eingeschlossen ist. Der Boden 32 des Abtasters besteht vorzugsweise aus Titan oder einem anderen Material, das einen geringen Widerstand für den Durchtritt der Elektronen bietet, aber die durch den Elektronenbeschuß hervorgerufenen Temperatureffekte aushält. Ebenso ist die Decke 34 des Leitungsstüclces 12 aus Titan oder einem anderen von Elektronen leicht durchdringbaren Material. Der Raum zwischen dem Boden 32 der Kammer und der Decke 34 des Leitungsstückes ist evakuiert, um den

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durchlaufenden Elektronen einen möglichst kleinen Widerstand entgegenzusetzen und auch um einen zusätzlichen Schutz für die evakuierte Kammer des Abtasters 2o vorzusehen. Es kann auch noch eine Alarm- oder Abschaltvorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um einen etwaigen Bruch in der Decke 34 anzuzeigen, der durch einen Verlust des Vakuums in dem Raum 36 in Erscheinung tritt, und um zu verhindern, daß der Boden 32 beschädigt wird und der Raum 36 bei Verlust des Vakuum verunreinigt wird.

Nach dem Austritt aus dem Abtaster 20 wird der Elektronenstrahl infolge der Abstoßung zwischen den Elektronen und de?? Zerstreuungswirkung durch den Zusammenprall mit Luftmolekülen zu einem divergierenden Strahl verbreitert. Die trapezförmige Gestalt des Leitungsstückes 12 ist so gewählt, daß dessen Seitenwände 38, 40 etwa mit den tatsächlichen Seitenrändern des Elektronenstrahles zusammenfal len, so daß man eine ziemlich gleichmäßige Bedeckung über die gesamte Breite des Leitungsstückes 12 erhält. Während die Holzspäne das Leitungsstück 12 passieren, fallen sie infolge des Magnuseffektes an den ebenen Spanoberflächen ständig durcheinander und ändern beim Durchlaufen des Leitungsstückes ihre Höhe. Auf einem Weg von 183 cm (6 Fuß) Länge rotiert der Holzspan in der Regel unter Änderung der Höhe sechsmal, wenn er in einem Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von etwa 183 000 cm pro Minute tranportiert wird. Bei der hohen Schwingungsfrequenz des Elektronenstrahles wird ein Span offensichtlich während seines Weges durch das Leitungsstück 12 vielmal vom Elektronenstrahl getroffen, so daß alle Oberflächen des Spans dem Elektronenbeschuß ausgesetzt sind. Die Strahlungsintensität wird derart gesteuert, daß im Rahmen der Geschwindigkeitβ- und VerhaltensSchwankungen der Späne diese auf allen Oberflächen einer Strahlung zwischen

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0,2 und 0,5 Megarads ausgesetzt werden.

Um auf allen Oberflächen eines Spans die erforderliche Dosis zu erreichen, ohne die pneumatischen Fördereigenschaften eines Systems zu zerreissen oder die Geschwindigkeit der Förderluft herabsetzen zu nüssen* Müssen die Späne durch den Strahl entlang dessen Abtastachse gefördert werden. Wenn dagegen die Bestrahlung in der Weise geschieht, daß man die Späne durch einen Strahl auf einer zur Äbtastachse senkrechten Bahn schickt, Büßte man twc die notwendige Dosierung einen Leitungsabschnitt von so geringer Tiefe vorsehen, daß ständig Schwierigkeiten infolge einer Blockierung der Leitung zu erwarten wären und die Fördergeschwindigkeit sowie die pneumatischen Pördereigenschaften des Systems gestört würden» 3O daß eine Kontrolle über die Vollständigkeit der Bestrahlung der Holzspäne unmöglich wäre.

Das Leitungsstück 12 ist zweckmäßig von einem Gehäuse 44 umgeben, das eine Kammer 46 bildet, durch welche Wasser oder ein anderes Kühlmittel zirkuliert, damit das Leitungsstück 12 nicht durch den Elektronenbeschuß zu stark erhitzt wird.

Aufgrund der Tatsache, daß infolge der Zerstreuung und Taumelbewegung der Holzspäne auf ihrem Weg durch den -Leitungsabschnitt 12 alle Oberflächen der Späne Ton der Strahlung getroffen werden, kann Ae Elektronenquelle 18 von viel kleinerer Intensität sein, als wenn man versuchen würde, die Späne durch einen Beschluß von nur einer Sexte aus zu behandeln, etwa indem man sie auf einem Förderband oder dergleichen bearbeitet. Im letztgenannten Fall müßte

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aie Intensität der Elektronenquelle so groß sein, daß die Elektronen die übereinanderliegenden Späne durchdringen könnten.

Es hat sich herausgestellt, daß die Behandlung der Späne durch einen Elektronenbeschuß die Haltbarkeit der Späne bei der Lagerung wesentlich erhöht oder, anders ausgedrückt, die Verschlechterung der Späne im laufe einer vorgegebenen Zeitspanne wesentlich herabsetzt.

Vielleicht noch bedeutsamer ist die Feststellung, daß die Bestrahlung τοη Holzspänen das aus diesen Spänen gewonnene Zeug sowohl bezüglich der Qualität als auch der Ausbeute verbessert. Man hat z.B. gefunden, daß der Mahlungsgrad des Zeugs wesentlich erhöht wird* dabei aber die Festigkeit erhalten bleibt oder sogar verbessert wird. Man hat ferner festgestellt, daß der Ligningehalt des Zeugs höher sein kann. Dadurch reduziert sich die notwendige Zeit zum Herstellen des Papierbreia und natürlich reduziert sich auch der Anteil an Lignin, der beseitigt werden muß, während zugleich die Festigkeit und die Ausbeute an Zeug aus einer vorgegebenen Menge von Holzspänen wächst.

An dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der Erfindung Abänderungen bezüglich der Anordnung und in Einzelheiten möglich.

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Claims

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Ansprüche

, \y Verfahren zum Behandeln von Holzspänen mit Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl erzeugt wird, daß dieser Elektronenstrahl mit hoher ,Frequenz entlang einer linearen Bahn hin- und herbewegt wird, und daß Holζspäne auf einem mit der Bahn des Elektronenstrahls zusammenfallenden Weg pneumatisch vorwärtsbewegt werden, wobei die Oberflächen der Holzspäne dem Beschüß durch die Elektronen ausgesetzt werden, während die Holzspäne auf ihrem Durchwandern der Elektronenstrahlbahn eine Taumelbewegung ausführen und sich drehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Elektronenstrahles mindestens einige Hundert Perioden pro Sekunde beträgt.
3· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einerJälektronenstrahlquelle (18), die einen Strahl energiereicher Elektronen erzeugt, durch eine Ablenkeinrichtung solcher Art, daß sie den Elektronenstrahl in einer linearen Bahn hin- und herschwingen läßt, und durch ein pneumatisches Fördersystem (10, 12) zum Transportieren der Holzspäne, das ein Leitungsstück (12) enthält, dessen Achse mit der linearen Elektronenbahn zusammenfällt und in dem die Holzspäne beim Durchlaufen dem Elektronenstrahl ausgesetzt sind·

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (12) Seitenwände (38, 40) hat, die etwa mit den Seitenrändern des Elektronenstrahls zusammenfallen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4ι dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (12) im Querschnitt trapezförmig ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (12) auf seiner Länge einen gleichbleibenden Querschnitt hat und daß das pneumatische System eine Rohrleitung (10) aufweist, deren Querschnittsfläche etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche des Leitungsstuckes, mit dessen Einlaßende die Rohrleitung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (12) etwa 133 cm lang ist und die Ablenkeinrichtung den Elektronenstrahl derart ablenkt, daß er die ganze Länge des Leitungsstückes üb erstrei cht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung des Elektronenstrahls ein Abtaster (20) vorgesehen ist, der eine evakuierte Kammer bildet, an deren einem Ende die Elektronenquelle (18) derart angeordnet ist, daß sie einen Strahl energiereicher Elektronen zum entgegengesetzten Ende (32) der Kammer wirft, und in dem Ablenkelemente vorgesehen sind, die den Elektronenstrahl an diesem entgegengesetzten Ende auf einer linearen Bahn

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hin- und herschwingen lassen, wobei an diesem Ende ein Elektronenfenster angeordnet ist, das den Austritt der Elektronen aus dem Abtaster gestattet, daß ferner nächst diesem Ende des Abtasters das Leitungsstück (12) derart angeordnet ist, daß seine Achse mit der Achse der Bahn zusammenfällt, wobei die dem Abtaster nahe Decke (54) des Leitungsstückes ein Elektronenfenater aufweist, das den Eintritt des Elektronenstrahles in das Leitungsstück gestattet.

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