一种利用超临界CO制造技术

本发明专利技术提出的是一种利用超临界CO

A kind of utilization of supercritical CO

【技术实现步骤摘要】
一种利用超临界CO2改善木材渗透性的设备和方法
本专利技术涉及的是一种利用超临界CO2改善木材渗透性的设备和方法，属于属于木材预处理

技术介绍
木材是世界上四大建筑材料（塑料、水泥、钢铁、木材）中唯一可以再生利用的绿色环保材料，高效的木材加工和利用对国民经济发展及生态环保建设及其重要。高效的木材加工利用包括木材良好的干燥和材性改良，砍伐直接获得的木材只有经过干燥至合适的含水率后才能够用于建筑、家具、地板、工艺及装饰用品，否则在加工和使用的过程会出现干缩、开裂、离缝、虫蛀等缺陷。对木材材性的改良方法，例如防腐、阻燃、防霉、乙酰化等浸渍改性处理，可以提高其物理力学性能、耐久性、尺寸稳定性等，有效延长其使用寿命，进而达到减少木材消耗量的目的。无论是木材干燥还是材性改良，都与木材的渗透性密切相关，木材的渗透性提高，水分更容易从木材中脱除，改性剂等也就更容易进入到木材内部。因此，提高木材的渗透性能够明显的提高其干燥速度和干燥质量，其防腐、阻燃、防霉、乙酰化等浸渍改性处理的效果也更为明显。传统的木材渗透性改善技术包括水煮、气蒸、浸泡及抽提等方法，存在着改性处理时间长，改性成本高，改性效果差、不均匀等问题，尤其是木材内部层面的渗透性难以提高。近年来为了改善木材干燥质量和改性处理效果，相关研究人员进行了各种其他方面的尝试，例如：专利申请号为200710143652.0的专利技术专利所公开的木材内部微爆破方法，把木材置于压力罐内，通过加压泵向罐内及木材内部施加压力，然后迅速打开喷放阀门，完成木材爆破处理来改善木材的渗透性。然而，未经改性处理的木材通常渗透性较差，尤其木材含水率较高时，外加压力很难进入到木材的内部，实际操作时，爆破现象往往只发生在木材的表层，无法实现木材内部的爆破，导致处理效果差、且不均匀。此外，该专利技术专利技术方案中采用的罐内压力过小（0.1MPa～2.0MPa），很难破坏实体木材内部的微观孔隙，实现渗透性改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有木材渗透性改善技术存在的上述缺陷，提出一种利用超临界CO2改善木材渗透性的处理设备和方法，能够高效、快速、高品质的改善木材的渗透性，同时脱除木材内部的部分水分，改性处理后的木材干燥速度快、干燥质量好，进行木材其它浸渍改性的效果优异。本专利技术的技术解决方案：一种利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，包括高压处理罐、材车、控制箱、泄压管道、储气罐、高压CO2联通管道；其中高压处理罐设于储气罐的前侧，高压处理罐的前侧设有高压处理罐密封门，底部设有处理罐支架及罐外轨道，其中罐外轨道设于高压处理罐密封门的前侧，并与高压处理罐内部的罐内轨道相对应设置，材车设于罐内轨道的上方；高压处理罐的顶部设有高压处理罐排气阀，内壁表面设有处理罐电加热系统；储气罐的底部设有1组储气罐支脚，储气罐的顶部设有储气罐排气阀，储气罐的内壁表面设有储气罐电加热系统；储气罐的底部还设有排水箱，排水箱的进水口与储气罐之间通过进水阀连接，排水箱的底部排水口设有排水阀。进一步的，所述的高压处理罐通过泄压管道和高压CO2联通管道连接储气罐，其中泄压管道连通高压处理罐底部与储气罐底部之间的泄压口，泄压管道的中部设有瞬间泄压阀门；高压CO2联通管道连通高压处理罐的顶部进气口与储气罐的底部出气口，高压CO2联通管道靠近储气罐的位置设有加压泵，加压泵的后端设有高压CO2流动控制阀门；进一步的，所述的材车的上表面堆放若干块木材，每层木材之间通过不锈钢垫条隔开，重载钢板设于最上层的木材顶部；材车的底部设有2排滚轮，与罐内轨道及罐外轨道相配合。进一步的，所述的控制箱连接处理罐电加热系统和储气罐电加热系统，用于控制高压处理罐和储气罐内部的温度；控制箱还同时连接瞬间泄压阀门、高压处理罐排气阀、储气罐排气阀、加压泵、高压CO2流动控制阀门、排水阀和进水阀，用于控制高压处理罐和储气罐内部的压力及排水箱的排水过程。利用超临界CO2改善木材渗透性的处理方法，包括如下步骤：1）材料装载：将厚度为10~100mm，含水率大于40%的木材整齐堆放在材车上，每层木材之间用厚度为5mm的不锈钢垫条隔开，每层不锈钢垫条的间距为500mm；木材堆放安装完毕后，在最上层放置5mm厚的重载钢板向木材堆加压，最后把材车推入高压处理罐的内部，关闭高压处理罐密封门；2）高压处理罐加热加压：将储气罐内部的CO2经过加压泵压缩至液态后注入高压处理罐，完全淹没罐内待处理的木材；开启处理罐电加热系统对液态CO2进行加热，通过控制箱控制加热升温速度为4-6℃/h，高压处理罐内的液态CO2开始逐渐膨胀，压力逐步升高，最终到达临界压力7.39MPa；通过控制罐内温度和通过泄压管道释放一定的CO2来维持处理罐内压力恒定，最终使罐内温度达到临界温度，罐内压力达到临界压力，使处理罐内CO2的处于超临界状态：温度为31.26-60℃，压力为7.39-40MPa；3）木材超临界CO2处理：通过控制箱控制处理罐内的温度和压力，使罐内的木材处于超临界CO2之中，处理时间为5~10分钟，使超临界CO2流体扩散进入木材内部微孔隙内；4）瞬间泄压改性：迅速打开连接高压处理罐和储气罐之间的泄压管道上的瞬间泄压阀门，处理罐内及木材内部的超临界CO2迅速膨胀为气态CO2，急速增加木材细胞腔内的压力，进而打通木材内部的联系通道；5）集水排水处理：在上述步骤4）瞬间泄压改性的同时，高压CO2排挤细胞腔内的水分，水分流进储气罐时与气态CO2自动分离，通过打开进水阀，将水分流入储气罐底部的排水箱后，再通过打开排水阀排出；6）周期性改性处理：重复上述步骤2）-5）5-15个周期，对木材进行周期性渗透性改善处理，直至达到工艺和技术要求；7）材料卸载：改性处理结束后，使高压处理罐内压力恢复至常压，打开高压处理罐密封门，拉出材车，卸下重载钢板，逐层卸下木材。本专利技术的优点：1）在进行木材渗透性改善处理的同时能够脱除木材中的水分，重复周期越多水分脱除越大，木材的含水率越低，即：在同一设备既可以进行木材渗透性改善同时可以进行木材脱水处理，一机两用，节约人力、物力，提高设备的利用效率，降低企业设备成本；2）超临界CO2改性处理过程温度低，且氧气含量极低，不会导致木材表面氧化，处理过程中木材颜色变化极小，能够有效保留木材的天然纹理和色泽；3）由于超临界CO2流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力等特性，其扩散系数是液体的近百倍，使得超临界CO2流体能够迅速渗透进入木材内部微孔隙内，进而对木材内部组织结构进行充分渗透和改善；4）超临界CO2的流体压力为7.39-40MPa，远高于传统空气加压方法的0.1-2MPa的空气压力；此外，瞬间泄压时超临界CO2流体迅速膨胀，导致木材细胞腔内压力急剧增加，在原超临界CO2流体压力的基础上，进一步加大了木材内外的压力差，利用双压作用由内向外迅速降压，能够有效的破坏纹孔膜、薄壁细胞组织，渗透性改性程度深、均匀、效果好；5）使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超临界CO

【技术特征摘要】
1.一种利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，包括高压处理罐（1）、材车（7）、控制箱（8）、泄压管道（11）、储气罐（14）、高压CO2联通管道（18）；其中高压处理罐（1）设于储气罐（14）的前侧，高压处理罐（1）通过泄压管道（11）和高压CO2联通管道（18）连接储气罐（14），材车（7）设于高压处理罐（1）的内部，控制箱（8）设于高压处理罐（1）的前侧；其特征在于：所述的高压处理罐（1）内部填充有超临界CO2（3）。


2.根据权利要求1所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：所述的高压处理罐（1）的前侧设有高压处理罐密封门（17），高压处理罐（1）的底部设有处理罐支架及罐外轨道（10），其中罐外轨道设于高压处理罐密封门（17）的前侧，并与高压处理罐（1）内部的罐内轨道（9）相对应设置，材车（7）设于罐内轨道（9）的上方；高压处理罐（1）的顶部设有高压处理罐排气阀（16），高压处理罐（1）的内壁表面设有处理罐电加热系统（2）。


3.根据权利要求1或2所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：所述的材车（7）的上表面堆放若干块木材（5），每层木材（5）之间通过不锈钢垫条（6）隔开，重载钢板（4）设于最上层的木材（5）顶部；材车（7）的底部设有2排滚轮，与罐内轨道（9）及罐外轨道相配合。


4.根据权利要求1所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：所述的储气罐（14）的底部设有1组储气罐支脚（13），储气罐（14）的顶部设有储气罐排气阀（19），储气罐（14）的内壁表面设有储气罐电加热系统（15）。


5.根据权利要求1或4所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：所述的储气罐（14）的底部还设有排水箱（23），排水箱（23）的进水口与储气罐（14）之间通过进水阀（24）连接，排水箱（23）的底部排水口设有排水阀（22）。


6.根据权利要求1所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：所述的泄压管道（11）连通高压处理罐（1）底部与储气罐（14）底部之间的泄压口，泄压管道（11）的中部设有瞬间泄压阀门（12）。


7.根据权利要求1所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于：
所述的高压CO2联通管道（18）连通高压处理罐（1）的顶部进气口与储气罐（14）的底部出气口，高压CO2联通管道（18）靠近储气罐（14）的位置设有加压泵（20），加压泵（20）的后端设有高压CO2流动控制阀门（21）。


8.根据权利要求1-7中任意一项所述的利用超临界CO2改善木材渗透性的设备，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪海，张静雯，杨琳，杨航，靳宏辉，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32