專利名稱：從木本植物材料提取天然汁液的方法,實施該方法的裝置以及該方法在生產干燥木本植 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從木本植物材料提取天然汁液的方法，實施該方法的裝置以及該方法在生產干燥木本植物或汁液中的應用。
術語“鋸木”應理解為直接來源于初始加工(鋸開)的木材。
從專利申請WO82/01766已知一種干燥木材的方法，即，以915MHz的頻率對需要干燥的木塊應用微波處理以便升高它們的內部溫度并使它們排出水。通過風扇產生的低速空氣循環(huán)使以這種方式排出的水在木材表面揮發(fā)。使具有約80％濕度的空氣通過冷凝器從而排出該水分。
在文獻WO82/01411中應用了相同的原理，但在后者中，另外注意到，空氣溫度必須總是低于木材的內部溫度。此文獻作為缺點引述了這一事實在材料的內部被加熱之前，材料的表面被微波加熱了。因而，在此文獻中提出了對轉化電磁能為熱能的過程加以控制以便將波集中在材料內的水上。此外，它還啟示了作用于室內的氣氛，即，通過保持足夠高的空氣濕度百分含量使產品表面不至于在木材中心中的水分被引出之前干透。為此，在干燥過程的初始階段過程中，將呈霧化形式的水引入室內以保持高含濕量。
同樣，在1995年由Springer-Verlag出版的綜述“Holz als rohund werkstoff”，pp333～338中出現(xiàn)的標題為“松樹和云杉的微波干燥”(A.L.ANTTI)中的論文對微波干燥木材給予了指示，即，在915或2450MHz的頻率和25～78kW/m3范圍內的功率密度下操作而使木材內部溫度達到約140℃并使木材內部蒸氣壓達到25KPa。這樣實現(xiàn)的內部壓力太高而不能很迅速排出水。該方法的缺點是，在纖維中產生裂縫。上述干燥方法始于約70℃的迅速微波干燥，然后，在干燥過程中斷續(xù)暴露于微波中，最后，通過控制木材溫度低于纖維飽和度(保持在110℃的最高溫度以內)而進行干燥操作。
在各種假設情況下，顯然是利用空氣作為載體而除去木材排出的水分。為此，空氣含濕量必須保持低于水蒸氣中的空氣飽和值。所以，在已知裝置中需要將空氣除濕以便能干透木材。此外，需要使空氣溫度低于木材的溫度以便能蒸發(fā)。所有這些裝置的缺點在于，引起大的能量損耗并且能量消耗不是最優(yōu)化的。確實，木材溫度越高，微波發(fā)生器的功率就必須相應地越大，所以它們使持續(xù)數(shù)小時的干燥操作費用越高，消耗的能量越大。確實，從上文引述的文獻可見，根據木材厚度和設備的功率決定干燥時間是3～5小時。此外，已知方法中都沒有設法使干燥后的木材達到低于30％水分。
最后，還從法國專利申請2 763 795和2 705 035得知，利用微波從生物材料提取天然產品，即，使生物材料在沒有任何溶劑存在下經歷微波輻射以便引起至少一部分含于所述材料中的水蒸發(fā)和細胞結構破裂。上述方法包括，在密閉室內斷續(xù)應用低壓以便促進這種破裂。微波的應用實際上起補償因水蒸發(fā)引起的溫度降低的作用。無論情況怎樣，應用的溫度都保持低于100℃，而壓力則低于大氣壓(1巴)。按所述方法，應用了約100毫巴的壓力和約70℃的溫度。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，它能使汁液生產中(對一定量加工的纖維植物材料來說)達到能量最優(yōu)化和產率最大。
通過這一事實實現(xiàn)了該目的，即，從木本植物材料提取天然汁液的方法包括-在高于大氣壓下對盛有所述材料的密閉室加壓的步驟；-產生或噴射飽和水蒸氣的步驟；-通過電磁波加熱植物材料中心的步驟；-重力回收從加工的植物材料排出的液體滲出物的步驟。
按另一個細節(jié)，所述回收步驟可在產生或噴射飽和水蒸氣的步驟中至少部分地實施。
按又一個細節(jié)，總壓力在1.5～9.6巴之間。
按又一個細節(jié)，采用的總壓力作為加工的植物材料和圍繞該材料的蒸氣溫度的函數(shù)。
按又一個細節(jié)，調節(jié)波功率使所述材料被加熱至中心，它比選定的總壓力產生的蒸氣溫度高零點幾度至數(shù)度。
按又一個細節(jié)，在大氣壓和外部環(huán)境溫度下水的體積等于相同條件下含于密閉室內的空氣體積的二到四倍。
按又一個細節(jié)，對于選定的操作溫度來說，飽和蒸氣壓所需的體積約為環(huán)境溫度下含于密閉室內的空氣容積的三倍。
按又一個細節(jié)，使微波頻率適合要在密閉室內加工的植物材料物料的尺寸，從而使微波正好透入要加工的植物材料中心。
按又一個細節(jié)，微波頻率在13MHz～2450MHz之間。
按又一個細節(jié)，本方法包括這一步驟，即，在提取操作期間或在提取操作過程中，在壓力下從密閉室排放出汁液。
按又一個細節(jié)，本方法包括這一步驟，即，在排出汁液后，調節(jié)總壓力、溫度和波控制功率的條件而促進噴射入密閉室內的添加產品滲入木材。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能實施本方法的裝置。
通過這一事實實現(xiàn)了該目的，即，所述裝置包括下列單元一個耐壓的密閉室，很多由石英或適合波的任何其它材料制成的窗，在每個窗的附近放置一臺電磁波發(fā)生器，以便對置于密閉室內的植物材料物料橫向發(fā)射波，一個在高于大氣壓的壓力下產生飽和水蒸氣的裝置，以便在作為要加工的植物的函數(shù)確定的蒸氣溫度和總壓力下產生或噴射飽和水蒸氣壓。
按另一個細節(jié)，所述裝置包括壓縮空氣循環(huán)設備。
按又一個細節(jié)，蒸氣發(fā)生器裝置能使在預定的蒸氣溫度和總壓力下噴射壓力下的蒸氣。
按又一個細節(jié)，蒸氣發(fā)生器裝置包括處于密閉室內的一個接收器(用來接收相當于在外部環(huán)境溫度下含于密閉室內的空氣質量的二到四倍量的水)和將該水加熱成蒸氣狀態(tài)的裝置。
按又一個細節(jié)，所述加熱裝置由一個設備控制，該設備測定密閉室內占優(yōu)勢的總壓力，當達到所需壓力時能中斷對水的加熱。
按又一個細節(jié)，所述密閉室包括一個回收汁液的設備，它通過從植物材料提取的汁液的流出和/或重力而回收汁液。
按又一個細節(jié)，所述汁液回收設備通過一個閘門(sluice)與密閉室的外部連通，控制所述閘門以便在機器操作時進行汁液的部分排放。
按又一個細節(jié)，汁液提取操作中加工的植物材料物料由一類植物構成，并且壓力和溫度條件是作為植物油類別的函數(shù)確定的，以便在最佳條件下提取值得提取的活性組分。
按又一個細節(jié)，加工直接來自采伐場的有樹皮或無樹皮的木材。
按又一個細節(jié)，所述植物是修剪時得到的枝條和葉。
最終目的是獲得一種天然汁液。
通過這一事實實現(xiàn)了該目的，即，所述天然汁液是從加工木本植物材料獲得的。
通過參照附圖閱讀下列描述將更清楚地顯現(xiàn)本發(fā)明的其它細節(jié)和優(yōu)點，其中-

圖1A示出了本發(fā)明裝置的橫截面；-圖1B示出了本發(fā)明裝置的縱斷面俯視圖；-圖2示出了安裝的裝置側視圖；-圖3示出了本發(fā)明第二個變化形式的裝置的縱斷面俯視圖。
如圖1A所示，所述裝置由一個優(yōu)選是金屬材料制造的圓柱形密閉室(1)構成，所述金屬材料一方面提供良好的絕熱性和受壓不透氣性，另一方面提供不透波性。所述密閉室的一端通過一扇門(16，圖1B)或兩扇門開啟。密閉室中備有窗口(14)而構成由氣密性材料制作的窗，但允許電磁波(例如微波)輻射透過。這些加壓窗(14)由這種材料制作，即，它能經受密閉室內產生的壓力，能使波向密閉室內部和所述發(fā)射窗傳播。這些窗(14)具有一定尺寸并且處于這樣的位置，即，能使電磁波傳送到放入密閉室中的全部植物物料而且恰好傳送到它的中心。通過導向波(14)將電磁波導引到很多窗，這些窗縱向排列并且在每側沿木材堆(3)以有規(guī)則的或不規(guī)則的間隔排列而達到可能的最均勻的波分布。導向波(40)通過阻抗校正器(41)和3分貝分配器(42)與絕緣體(43)和頻率在1MHz～16GHz頻率范圍內的電磁波發(fā)生器(44)連通。在每個發(fā)射窗(14)之間或者在末端發(fā)射窗和每個密閉室底之間優(yōu)選排列很多通道(12)使通過通風機V驅動的空氣循環(huán)。這些通道(12)在大致相當于木材堆(3)的高度通過隔柵(13)與盛放木材堆(3)的密閉室內部區(qū)連通，利用運輸工具輸送木材堆(3)，例如，具有安裝在承載板(31)上的車輪(32)的貨車。木材或木本植物堆優(yōu)選由呈枝條、未規(guī)定的厚度和寬度的板條或木板或桁條(修剪或鋸開時得到的)的碎片(30)構成，以及關于板條、木板或桁條沿它們的長度方向鄰接地排列，或者關于枝條沿縱向成捆排列而形成一層。每一層木材或植物通過以不鄰接的方式直立地放置的板條或棒(33)與下一層隔開以便在鄰接層之間或成捆的植物之間提供空氣、波和水循環(huán)的通道。還通過促進波向密閉室內側和木材反射的材料構成空氣的循環(huán)回路。由通道(15)將密閉室與蒸氣發(fā)生器系統(tǒng)(2)和可能的空氣壓縮機(20)連接。水分從蒸氣發(fā)生器經由擴散格柵(13)到達，格柵能使它在密閉室內均勻地擴散而沒有引起對木材的正面侵蝕的危險。應用空氣壓縮機(20)產生壓縮空氣以加速木材中的水分循環(huán)并且當蒸氣發(fā)生器系統(tǒng)(2)不能產生足夠壓力的蒸氣時升高到所需的溫度或者伴隨溫度的升高和加速木材中的水分循環(huán)。另一方面，當在足夠壓力下應用發(fā)生器系統(tǒng)而達到所需的溫度和壓力時，就可省去空氣壓縮機。密閉室包括裝載和卸下成堆的待加工植物的裝置和回收從植物提取的汁液或液體滲出物的裝置。在示出的實施例中，貨車車輪行駛在與槽(1)的底部構成一體的軌道(10A，10B)上，為它們提供電弧消除裝置。格柵(19)使得有可能防止波向液體滲出物或收集在槽底部的溢出水傳播。通過由閘門(17)控制的通道(18)排放這些溢出水。該通道(18)呈現(xiàn)在可移動的或可排泄的、用于盛來自干燥過程的液體滲出物的回收容器中。在一個變化形式中，持久地或間歇地開啟所述通道。最后，槽的上部包括一個安全閥(11)，它使槽保持在所需的壓力，如果壓力太高，就解除壓力，最后，一旦完成干燥過程，就使槽處于常壓。
在圖2的裝置圖中，槽(1)被封裝在密閉室(5)中，它通過最后被自動控制而在開始則由電子控制系統(tǒng)控制的門鎖(16)流通。預裝載區(qū)(50)使貨車被帶到一對軌道(10C，10D)上，它們與密閉室(1)中的軌道(10A，10B)沒有電聯(lián)系。汽化裝置(52)在波應用過程中使水噴射而防止任何向外輻射泄漏。通過通道(18)將一個可移動的和可排泄的儲槽(未示出)與密閉室(1)連接并且使來自干燥木材的液體滲出物被收集。為了減少滲漏，像埋藏儲槽(6)那樣埋藏電磁波發(fā)生器(44)并通過導向波(40)將電磁波發(fā)生器與干燥密閉室(1)連通。
圖3示出了密閉室的第二個實施方案變化形式，其中，在密閉室的任一側都安裝了三個窗(141)，每個窗處于與功率為例如約1000瓦的微波發(fā)生器(43)相對的位置，該功率由控制系統(tǒng)(48)通過各自的中繼線(431)控制，所述控制系統(tǒng)使功率適合每種波，作為需要通過波在植物內產生的熱的函數(shù)。密閉室還包括一個接收器(45)，它具有足夠尺寸而容納相當于外界空氣的大氣壓和環(huán)境溫度時密閉室內所含空氣質量的大約四倍的水質量。接收器(45)內放置了加熱電阻器(46)使水物質的溫度升高并且在升高密閉室內的壓力時使它逐漸變成蒸氣狀態(tài)。將電阻器(46)與控制電路(47)連接，無論控制電路是否與控制系統(tǒng)(48)連接成一體，它都控制對電阻器的電力供應(作為加工材料所需的飽和蒸氣溫度和由壓力檢測器(未示出)提供的壓力信號的函數(shù))，使信號提供給控制電路(47)，反映密閉室內占優(yōu)勢的總壓力和該密閉室內由加熱的水產生的飽和蒸氣溫度之間的關系。
達到飽和蒸氣狀態(tài)所需的水量很顯然取決于加工植物物質所需的溫度，不過可以認為，在90～170℃的飽和蒸氣溫度范圍內，相對于最初含于密閉室內的干空氣質量所需的質量大約是空氣質量的二至四倍。顯然，如果放入太多的水，它將停留在接收器底部并且將不會轉化為蒸氣狀態(tài)，除非進一步升高溫度于是升高壓力。應當記住，在飽和蒸氣條件下，90℃的溫度相應于密閉室內占優(yōu)勢的1.5巴總壓力。“總壓力”應理解為空氣壓力加飽和蒸氣壓力。100℃的飽和蒸氣溫度相應于2巴的總壓力，而170℃相應于9.6巴的總壓力。
通過試驗觀察到，提取汁液所需的條件是高于大氣壓的總壓力，并且密閉室內的環(huán)境溫度約為100℃。只要環(huán)境溫度低于100℃，汁液就包含很少對化學工業(yè)有意義的分子。一旦達到100℃的環(huán)境溫度，木質材料堆的溫度就升高了，從而可回收汁液，如果超過170℃(于是超過9.6巴的壓力)，分子不是被改變了，就是被破壞了。
最后，為節(jié)省能量起見，希望優(yōu)化該方法，應用足夠的微波功率在植物物質內產生稍高于密閉室內占優(yōu)勢的溫度的溫度。該溫度的目的是促進從木本植物材料提取汁液。顯然，在這些范圍內選定溫度和壓力作為加工的油和植物材料的函數(shù)或者作為需要提取的分子的函數(shù)。還注意到，壓力愈高，促進汁液運動愈劇烈，但是必須在汁液的提取與分子的保持或者所需分子的質量和性能之間建立一個折衷方案。
所以，通過該方法，有可能從木材提取不同的天然分子而在不同商業(yè)領域應用它們，例如，藥物、化妝品、食品工業(yè)、精細化學等。這些汁液能通過后續(xù)的加工提取苯酚、多酚、單寧、萜、維生素、乙酸、水楊酸、調味劑等。
對于100℃的飽和蒸氣溫度可應用2巴的壓力，2.7巴對應于130℃的溫度，3巴對應于140℃的溫度，3.5巴對應于150℃的溫度，至多9.6巴對應于170℃的溫度?？稍诶^續(xù)階段中或者逐漸地或者根據使所需結果最佳化(即，汁液的生產或木質材料的干燥)的循環(huán)再次地出現(xiàn)溫度和壓力升高。還將以這種方式控制電磁波功率，以致從材料堆的中心向外實現(xiàn)輕微的溫度梯度(于是實現(xiàn)壓力梯度)，處于材料堆末端區(qū)附近的發(fā)生器發(fā)射略低的功率。使電磁波的頻率適合要在密閉室內加工的植物材料堆的尺寸，從而使波正好透入加工的植物材料堆的中心并且可在1MHz～16GHz頻率范圍內選擇。可在400MHz～2450MHz的微波范圍內或關于需要更大的波透入的應用選擇波頻率。有可能應用13或17MHz或者甚至17～400MHz之間的數(shù)量級的頻率。將作為所要求結果的功能選擇油。例如，當加工山毛櫸、有花梗的櫟木或無花梗的櫟木時，獲得高calcious葉面指數(shù)，它是對化學工業(yè)有意義的分子的存在跡象。由甲酸和乙酸構成的pH也高于通過傳統(tǒng)提取方法獲得的汁液。還值得注意的是單寧、wyskilin、愈創(chuàng)木酚、苯酚和多酚的強烈存在。酚是用于生產熱固性聚合物和熱塑性聚合物的基本產品。多酚可供生產抗自由基產品(抗老化產品)之用。通過加工松柏科樹，可提取萜或者還可提取殺蟲劑。通過加工柳木和楊木，可提取水楊酸。加工歐洲赤松(Scots pine)能生產殺蟲劑。同樣，從楊木可提取水楊酸。通過加工水松(yew wood)，可提取去乙酰漿果赤霉素3(也稱為“紫杉酚”)。例如，澳松(Corsican pine)生產萜和/或揮發(fā)性萜烯醇，例如，作為生產精油(香料)的基本產品的異冰片或甲基香蘭素(天然香子蘭提取物)；非揮發(fā)性樹脂酸，例如，異構體或脫氫樅酸。
本方法還可用于任何其它油，例如，桉樹(eucalyptus)油、云杉(spruce)油或預定的油摻合物或者還可加工修剪后的枝和葉。
顯然，還可按本方法加工其它植物材料而不會偏離本發(fā)明。
除了汁液生產之外，本方法還可獲得用于其它用途的干燥植物材料，例如，柱、干木柵欄的生產或者其它干燥植物部分作為添加劑在例如生產絕緣材料中的應用。
本領域技術人員能做到的其它修飾也是本發(fā)明實質的一部分。例如，可應用任何運輸機械代替軌行貨車。同樣，控制和調節(jié)裝置將能觸發(fā)該方法與有些復雜的自動過程相關的連續(xù)階段。同樣，密閉室包括安全閥(11)，它在操作結束時或者在通過控制系統(tǒng)檢測到過高壓力時使密閉室向外界敞開。
此外，在汁液提取操作結束時，在已收集并倒空密閉室內大部分汁液之后而不引起壓力顯著下降，可以噴射加工植物的另外產品，例如，就木材加工來說，噴射抗真菌劑或聚合材料。至于聚合材料，可在此階段中升高溫度和壓力至總壓下的最大值或者甚至高于170℃和升高到200℃，調節(jié)由材料中心處微波產生的中心溫度而促進聚合材料的滲透。
權利要求
1.一種從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，它包括-在高于大氣壓下對盛裝所述材料的密閉室加壓的步驟；-產生或噴射飽和水蒸氣的步驟；-通過電磁波加熱到植物材料中心的步驟；-重力回收從加工的植物材料排出的液體滲出物的步驟。
2.權利要求1的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，所述回收步驟可在產生或噴射飽和水蒸氣的步驟過程中至少部分地實施。
3.權利要求1或2的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，總壓力在1.5～9.6巴之間。
4.權利要求1或2或3的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，采用總壓力作為加工的植物材料和圍繞該材料的蒸氣溫度的函數(shù)。
5.權利要求1～4任一項的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，調節(jié)微波功率使所述材料被加熱至中心，它比選定的總壓力產生的蒸氣溫度高零點幾度至數(shù)度。
6.權利要求1～5任一項的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，在大氣壓和外部環(huán)境溫度下水的體積等于相同條件下含于密閉室內的空氣體積的二到四倍。
7.權利要求6的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，對于選定的操作溫度來說，飽和蒸氣壓所需的體積約為環(huán)境溫度下含于密閉室內的空氣容積的三倍。
8.權利要求1～7任一項的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，使微波頻率適合密閉室內待加工的植物材料物料的尺寸，從而使微波正好透入加工的植物材料中心。
9.前述權利要求任一項的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，微波頻率在13MHz～2450MHz之間。
10.前述權利要求任一項的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，它包括這一步驟，即，在提取操作期間或在提取操作過程中，在壓力下從密閉室排出汁液。
11.權利要求9的從木本植物材料提取天然汁液的方法，其特征在于，它包括這一步驟，即，在排出汁液后，調節(jié)總壓力、溫度和微波控制功率的條件而促進噴射入密閉室內的添加產品滲入木材。
12.一種實施本方法的裝置，其特征在于，該裝置包括下列單元一個耐壓的密閉室，很多由石英或適合波的任何其它材料構成的窗，在每個窗的附近放置一臺電磁波發(fā)生器，以便對置于密閉室內的植物材料物料橫向發(fā)射波，一個在高于大氣壓的壓力下產生飽和水蒸氣的裝置，以便在作為要加工的植物的函數(shù)確定的蒸氣溫度和總壓力下產生或噴射飽和水蒸氣壓。
13.權利要求12的裝置，其特征在于，它包括壓縮空氣循環(huán)裝置。
14.權利要求12或13之一的裝置，其特征在于，蒸氣發(fā)生器裝置能使在預定的蒸氣溫度和總壓力下噴射加壓蒸氣。
15.權利要求14的裝置，其特征在于，蒸氣發(fā)生器裝置包括在密閉室內的一個接收器，用來接收相當于在外部環(huán)境溫度下含于密閉室內的空氣質量的二到四倍量的水，以及將該水加熱到蒸氣狀態(tài)的裝置。
16.權利要求15的裝置，其特征在于，所述加熱裝置由一個裝置控制，它測定密閉室內占優(yōu)勢的總壓力，當達到所需壓力時能中斷水的加熱。
17.權利要求12～16任一項的裝置，其特征在于，所述密閉室包括一個回收裝置，它通過從植物材料提取的汁液的流出和/或重力而回收汁液。
18.權利要求17的裝置，其特征在于，所述汁液回收設備通過一個閘門與密閉室的外部連通，控制所述閘門以便在機器操作時進行汁液的部分排放。
19.權利要求12～18任一項的裝置，其特征在于，汁液提取操作中加工的植物材料物料由一類植物油構成，并且壓力和溫度條件是作為植物油類別的函數(shù)確定的，以便在最佳條件下提取值得提取的活性組分。
20.權利要求19的裝置，其特征在于，加工直接來自采伐場的有皮或無皮植物。
21.權利要求19的裝置，其特征在于，所述植物是修剪時得到的枝條和葉。
22.通過權利要求1的方法獲得的天然汁液，其特征在于，它是從木本植物材料的加工獲得的。
全文摘要
本發(fā)明涉及提取木本植物材料的天然汁液的方法,實施所述方法的裝置以及所述方法在生產干木本植物材料中的應用。所述提取木本植物材料的天然汁液的方法包括如下步驟:一個加壓步驟,其中,對密閉室內盛放的植物材料加壓,于是它的壓力大于大氣壓;一個產生或噴射飽和水蒸氣的步驟;一個通過電磁波將植物材料加熱至中心的步驟;一個重力回收來自所述植物材料的液體滲出物的步驟。
文檔編號F26B3/32GK1357096SQ0080920
公開日2002年7月3日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權日1999年4月30日
發(fā)明者B·德蒂, A·鮑里得恩 申請人:林業(yè)開發(fā)工業(yè)公司