Способ обескисливания целлюлозных материалов и аппарат для его осуществления

 

Изобретение относится к улучшенному способу обработки книг, журналов, газет и документов при хранении. В способе обескиcливания целлюлозных материалов, состоящих из переплетенных и сложенных материалов, имеющих корешок или сгиб, материалы обрабатывают в обескисливающей среде в течение периода времени, достаточного для эффективного обескисливания в принципе всех подобных материалов. Обработку ведут путем погружения целлюлозных материалов, размещенных на носителе, в ванну с обрабатывающей средой и создания в ней относительного перемещения между целлюлозными материалами и средой в направлении, в основном параллельном корешку или сгибу материалов. Относительное перемещение ведут с заранее заданной скоростью для обеспечения наиболее эффективного воздействия обрабатывающей среды на целлюлозный материал. Затем целлюлозный материал извлекают из ванны и сушат в сушилке. Аппарат для обескисливания целлюлозных материалов в обрабатывающей среде, включающей взвешенные частицы щелочи, содержит ванну для обрабатывающей среды, размещенный в ней носитель для удержания целлюлозного материала и имеющий опорную раму. Он включает в себя средство для возвратно-поступательного перемещения опорной рамы в основном в горизонтальном линейном направлении с заданными длиной и скоростью хода. Опорная рама установлена с возможностью скольжения на ванне. Носитель для удержания целлюлозных материалов поддерживается возможностью снятия опорной рамой. Технический результат - предпочтительно полностью обрабатывать каждую страницу книги или другого целлюлозного материала, не оставляя видимого остатка обрабатывающего материала. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение в основном относится к способу и аппарату для обескисливания целлюлозных материалов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к улучшенному способу обработки целлюлозных материалов, таких как книги, журналы, газеты, документы и т.п. в течение процесса обескисливания.

Ухудшение состояния бумаги, книг и газет хорошо известно и все больше беспокоит библиотекарей и архивариусов во всем мире. Причины ухудшения состояния бумаги многочисленны и включают в свое число неотъемлемую кислотность, свето- деградацию, окисление и даже в некоторых условиях микробиологическое разъедание. Эти факторы в сочетании с начальным качеством бумаги сильно снижали сохранность библиотечных и архивных собраний.

Спрос на большие количества печатной бумаги в течение прошлого века привел к появлению целлюлозного волокна, получаемого из древесины химическими или механическими способами. Однако бумага, получаемая из необработанного древесного волокна, слишком сильно абсорбирует и не позволяет получить резкий отпечаток изображения. Поэтому во время обработки в древесные волокна нужно добавлять химические вещества. Эти добавки дают бумаге возможность принимать типографскую и другую краски и повышают непрозрачность бумаги.

К сожалению, большинство этих химических веществ являются либо кислотными, либо осаждаются кислотными механизмами, которые инициируют медленное, но неослабевающее кислотное ухудшение бумаги. Другой "вклад" в подкисление бумаги вносит человек промышленными выбросами серы, окислов азота и углерода или естественные процессы, такие как соленые брызги морской воды. Даже книги или бумага нейтрального и щелочного характера не свободны от ухудшения. Когда соседняя бумага, имеющая кислотную природу, деградирует, образуются летучие кислоты, которые либо диффундируют через примыкающие книги, либо пропитывают атмосферу и могут в конечном счете подкислить "надежные или стабильные" книги.

Для того, чтобы остановить эту кислотную деградацию, бумажные материалы нужно обескислить и снабдить кислотным резервом или буфером, чтобы задержать возвращение к кислотному состоянию. Имеется несколько известных процессов обескисливания бумаги, как переплетенной, так и непереплетенной. Примерами являются патенты США NN 3.472.611; 3.703.353; 3.676,182; 3.939,091; 3.676.055; 3.969.549 и 4.318.963.

К сожалению, большинство этих процессов имеют один или ряд недостатков, которые воспрепятствовали их широкому распространению. К числу этих недостатков относятся высокая стоимость, токсичность, сложность обработки, остаточный запах, вредные воздействия на некоторые виды бумаги и типографской краски, отсутствие щелочного резерва и необходимость высушивать книгу или бумагу до очень низкого содержания влаги перед обработкой.

Известен способ обескисливания (нейтрализации) целлюлозных материалов и изделий (книг, рисунков и других подобных изделий), состоящих из переплетенных и сложенных материалов, имеющих корешок или сгиб, в котором целлюлозные материалы обрабатывают в обескисливающей обрабатывающей среде в течение периода времени, достаточного для обескисливания целлюлозных материалов, путем их погружения в ванну с обескисливающей обрабатывающей средой и высушивания (см. патент США N 4522843, кл. В 05 D 1/4, опубл. 11.06.85).

В указанном патенте США N 4.522.843, выданном Роберту Кандроту, описан способ, при котором кислотные целлюлозные материалы можно обрабатывать таким образом, чтобы избежать или минимизировать многие проблемы предыдущих процессов, включая необходимость высушивать книгу или бумагу до обработки. Этот способ можно использовать для целлюлозы (бумаги), даже если эта бумага отпечатана и переплетена. Более конкретно, в патенте Кандрота показано, что книги, бумага с изображениями и другой материал с изображениями, имеющий целлюлозную основу, можно сохранять путем обработки частицами щелочи основных окислов металлов, гидроокисями или солями (ниже называемыми щелочным материалом) в количестве и в течение времени, достаточных для повышения pH материала и создания щелочного буфера или резерва. Частицы щелочи осаждаются и прочно прилипают как к волокнистой структуре бумаги, так и к ее поверхности.

Известен также аппарат для обескисливания целлюлозных материалов в обрабатывающей среде, включающей взвешенные частицы щелочи, содержащий ванну для содержания обрабатывающей среды, размещенный в ней носитель для удержания целлюлозного материала и имеющий опорную раму (см. книгу Консервация и реставрация книг. Методические рекомендации, М. , Всесоюзная государственная ордена Трудового Красного Знамени Библиотека Иностранной литературы, 1987 г. ) В прошлом, как описано в патенте Кандрота, книги погружались вертикально в обрабатывающую среду. После обработки небольшой участок каждой страницы, например рядом с переплетом книги, оставался необработанным даже после повторных погружений. В конце концов, происходила нейтрализация этого небольшого участка. Подвижные кислотные пространства в необработанных областях в результате мигрируют по странице к частицам основных окислов металлов, гидроокисям или солям, которые распределены по целлюлозной или бумажной ткани страниц, где они нейтрализуются. Однако этот процесс может потребовать длительного периода времени до своего завершения. Таким образом, предпочтительно обескислить полностью каждую страницу книги во время процесса обработки, чтобы избежать ухудшения книги. Соответственно, желательно разработать способ поведения с целлюлозными материалами во время обработки для обеспечения того, чтобы страницы книги обрабатывались полностью процессом обескисливания.

Другая проблема, связанная с обработкой целлюлозных материалов, состояла в том, что щелочной материал часто был виден как порошковое вещество на поверхности страниц после завершения обработки. Это ухудшает внешний вид и пригодность обработанных книг.

Поэтому необходим способ обескисливания, который преодолевал бы указанные недостатки использованных прежде способов и позволял бы значительно, предпочтительно полностью, обрабатывать каждую страницу книги или другого целлюлозного материала, не оставляя видимого остатка обрабатывающего материала.

Создан способ и аппарат для обескисливания материалов, состоящих из переплетенных и сложенных материалов, имеющих корешок или сгиб, таких, как книги, журналы, газеты, документы и т.п., которые обеспечивают обработку, в принципе, полностью каждой страницы книги. В способе целлюлозные материалы обрабатывают в обескисливающей обрабатывающей среде в течение периода времени, достаточного для обескисливания целлюлозных материалов, путем их погружения в ванну с обескиливающей обрабатывающей средой и высушивания, при этом в ванне с обрабатывающей средой создают относительное перемещение между целлюлозными материалами и средой, в направлении, в основном параллельном корешку или сгибу материалов с заранее заданной скоростью для обеспечения воздействия среды на целлюлозные материалы и продолжают относительное перемещение в течение первого периода времени, достаточного для эффективного обескисливания в принципе всех целлюлозных материалов. После этого целлюлозные материалы высушиваются, предпочтительно в сушилке, посредством пропускания потока теплого воздуха над целлюлозными материалами. Относительное перемещение предпочтительно достигается путем передвижения целлюлозных материалов в общем горизонтальном, желательно возвратно-поступательном, направлении через обрабатывающую среду с заданной скоростью и по заранее заданному пути, предпочтительно путем контролирования скорости хода и длины хода средства для создания возвратно-поступательного движения.

В качестве альтернативы, для создания относительного движения можно обеспечивать циркуляцию среды в ванне мимо целлюлозных материалов с заданной скоростью в направлении, в основном параллельном корешку или сгибу. Способ предпочтительно также включает в себя приложение энергии ультразвука к чану (ванне) во время процесса обработки для диспергирования частиц в обрабатывающей среде.

Перед погружением в обрабатывающую среду целлюлозные материалы помешаются в носитель, способный по своей конфигурации удерживать их и позволяющий воздействие среды на все поверхности целлюлозного материала. Пригодный носитель - это V-образный держатель, в котором корешок книги размещен рядом с верхушкой или пазом буквы V. V-образный держатель имеет ряд проходящих через него отверстий для прохождения через них среды и для обеспечения прикрепления закрепляющих элементов, таких как зажимы, к V-образному держателю. При помещении целлюлозных материалов в носитель их закрепляют в держателе с возможностью высвобождения. Например, книгу можно закрепить или иначе зафиксировать на сторонах V-образного держателя, так чтобы передняя обложка книги надежно прикреплялась к одной его стороне, а задняя обложка книги надежно крепилась к другой его стороне. Осевому перемещению книги или другого материала препятствует использование регулируемых стопоров, вставленных в нужном месте в отверстия на пазу держателя. Во время обработки носитель удерживается внизу из-за толкающего вверх усилия книг. После обработки книга освобождается. Носитель имеет ручки, за которые можно ухватиться, чтобы погрузить носитель и его груз в ванну, содержащую обрабатывающую среду, например дисперсию с частицами щелочного материала. Обрабатывающая среда - это среда предпочтительно того же типа, который описан в патенте США N 4.522.843, выданном Кандроту.

Ванна может быть круглой, в форме беличьего колеса или прямоугольной. Она может также содержать опорную раму. В одном примере осуществления изобретения имеется прямоугольная опорная рама, имеющая два противоположных продольных элемента и два противоположных поперечных элемента, конфигурация которых позволяет им поддерживать носитель. Опорная рама установлена на ванне с возможностью скольжения. Имеются средства, которые оперативно соединены с опорной рамой и которые заставляют раму перемещаться с требуемой скоростью и предпочтительно совершать возвратно-поступательное движение в общем горизонтальном направлении в ванне.

Средство для возвратно-поступательного движения может включать в себя привод, в виде приводного рычага один конец которого прикреплен к опорной раме, предпочтительно посредством скобы и штифта, а другой конец прикреплен к вращающемуся элементу, например маховику, в одной из ряда выбранных точек крепления для получения величины хода, достаточной для достижения заданной длины возвратно-поступательного движения. Поэтому можно менять при регулировке длину хода приводного рычага. Как легко увидит обычный специалист, когда приводной рычаг прикреплен к маховику в точке, ближайшей к оси вращения маховика, ход возвратно-поступательного движения относительно короткий. Наоборот, когда приводной рычаг прикреплен к маховику дальше от оси вращения маховика, ближе к периметру маховика, длина хода относительно большая. Маховик вращается посредством двигателя и ременной передачи. Двигатель посредством зубчатой передачи вращает ведущий шкив, который соединен ремнем с ведомым шкивом. Как будет ясно для обычного специалиста, изменяя размер шкивов можно менять скорость вращения маховика. Когда скорость вращения маховика меняется, меняется и скорость хода приводного рычага.

Возвратно-поступательное движение несущей конструкции (опорной рамы) вызывает соответствующее возвратно-поступательное движение носителя через среду в ванне. Тем самым страницы книги, закрепленной на носителе, вынуждены раскрываться веером, и обрабатывающая среда таким образом вступает в контакт с полной площадью поверхности каждой страницы каждой книги в носителе. Было определено, что возвратно-поступательное движение при длине хода около 30, 48 см и при скорости около 12-16 циклов в минуту в течение около 15 мин полностью обескислит даже самые труднообрабатываемые книги. Для других целлюлозных материалов может быть достаточно более короткого периода времени. Переменные значения длины хода, скорости хода и времени можно менять в зависимости от нескольких факторов, таких как размер страниц книги или другого документа, количества страниц и значения pH страниц или другого документа до обработки. После возвратно-поступательного движения опорной рамы с заранее определенной скоростью хода и длиной хода в течение заранее заданного периода времени, когда каждая страница книги обработана, в принципе, полностью, носитель удаляется из ванны. На этапе сушки носитель, удерживающий целлюлозные материалы, предпочтительно переносят либо вручную, либо автоматически к сушилке. В процессе сушки целлюлозный материал помещают в сушильную камеру, нагревают поток воздуха в нагревателе, подают поток нагретого воздуха в камеру и направляют его над целлюлозным материалом для испарения любой избыточной остаточной обрабатывающей среды из него, затем откачивают поток воздуха из камеры посредством насоса и охлаждают его для конденсации с образованием конденсата любой остаточной обрабатывающей среды, присутствующей в потоке воздуха. Собирают конденсат, возвращают воздушный поток в нагреватель и повторяют этапы от нагревания потока воздуха до возвращения его в нагреватель в течение второго периода времени, достаточного для удаления в принципе всей избыточной остаточной обрабатывающей среды из целлюлозного материала. Предпочтительно сушилка имеет такую конструкцию, чтобы в ней мог разместиться носитель. В качестве альтернативы, сушилка может содержать держатель в форме фиксированных полок или выполненный в виде гибкой имеющей отверстия перемычки или сетки, которая размещена над каждым из ряда опорных стержней. Книги можно вынимать из носителя и помещать на полки или гибкие перемычки с отверстиями. Воздух, предпочтительно нагретый заранее, циркулирует через сушилку для испарения любой избыточной обрабатывающей среды с поверхности страниц. Поток воздуха уносит испарившуюся остаточную обрабатывающую среду от книг к конденсатору, где она охлаждается с образованием конденсата обрабатывающей среды. Предпочтительно жидкий конденсат собирается, чтобы его можно было повторно использовать в ванне. Кроме того, предпочтительно иметь крышки на ванне и сушилке для уменьшения потерь на испарение обрабатывающей среды.

В альтернативном варианте до погружения целлюлозный материал размещают в носителе и погружают носитель в обрабатывающую ванну, в которой носитель поддерживают посредством подвижной опорной рамы. Затем воздействуют на ванну ультразвуковой энергией для диспергирования частиц обрабатывающего материала в среде и создают относительное перемещение поступательным перемещением приводного рычага, прикрепленного одним концом к вращающемуся элементу и другим концом к опорной раме, так что опорная рама совершает возвратно-поступательное движение с заданными скоростью и длиной хода, тем самым вызывая возвратно-поступательное движение целлюлозных материалов через среду в основном в горизонтальном направлении в течение первого периода времени, достаточного для эффективного обескисливания целлюлозных материалов. После этого целлюлозные материалы переносят из ванны в сушилку и внутри сушильной камеры пропускают над ними поток предварительно нагретого воздуха в течение второго периода времени, достаточного для эффективного испарения избыточной остаточной среды с поверхности целлюлозных материалов. Описанный здесь процесс обеспечивает то, что в принципе вся каждая страница книги обрабатывается и обескисливается во время процесса обработки. Эти и другие преимущества изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания предпочтительного примера его осуществления.

Предпочтительный пример осуществления изобретения описан только в качестве примера со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых подобные элементы имеют подобные ссылочные номера и на которых: фиг. 1 - это вид в перспективе аппарата для обескисливания, сконструированного согласно настоящему изобретению, со снятой крышкой; фиг. 2 - это вид сбоку в поперечном сечении аппарата для обескисливания согласно настоящему изобретению; фиг. 3 - это вид сверху в плане аппарата для обескисливания согласно настоящему изобретению со снятой крышкой; фиг. 4 - это вид в перспективе носителя с V-образным держателем; фиг. 5 - это частичный вид с торца V-образного держателя фиг. 4 с помещенной в нем книгой; фиг. 6 - это вид сбоку в поперечном сечении сушилки согласно настоящему изобретению; фиг. 7 - это вид сверху сушильной стойки, используемой в сушилке фиг. 6.

Обращаясь к чертежам, которые служат для иллюстрации предпочтительного примера осуществления изобретения и не предназначены ограничивать его, мы видим, что на фиг. 1-5 показан аппарат 10 для обескисливания и на фиг. 6-7 показано сушильное средство (сушилка), используемое в способе согласно настоящему изобретению.

Аппарат для обескисливания целлюлозных материалов в обрабатывающей среде, включающей взвешенные частицы щелочи, обычно содержит ванну или чан 12 для содержания жидкой обрабатывающей среды, опорную раму 51, установленную с возможностью скольжения на ванне 12, носитель 64 для удержания подлежащих обработке целлюлозных материалов, поддерживаемый с возможностью снятия опорной рамой 51 и размещены в ванне 12, и средство, для сообщения возвратно-поступательного перемещения опорной раме 51 в основном в горизонтальном линейном направлении с заданной длиной и скоростью хода. Возвратно-поступательное движение опорной рамы вызывает соответствующее движение носителя 64, тем самым осуществляя возвратно-поступательное движение целлюлозных материалов взад и вперед через обрабатывающую среду в основном в горизонтальном направлении. Общее горизонтальное возвратно-поступательное движение целлюлозных материалов через среду, как обнаружилось, исключает существовавшую ранее неполную обработку. Однако достаточно будет любой подходящей поддерживаемой скорости осевого течения обрабатывающих материалов мимо страниц материалов на основе целлюлозы. Относительная скорость течения массы до 1,52 метра в секунду между жидкостью (обрабатывающей средой) и бумагой должна служить руководством для установления относительной скорости между бумагой и обрабатывающей средой. Такое перемещение можно достичь путем передвижения материалов на целлюлозной основе по круговой траектории через обрабатывающую среду в чане, имеющем круглую форму или форму беличьего колеса. Движение может быть непрерывным в одном направлении или же может время от времени меняться на противоположное. В качестве альтернативы, книга или материал на основе целлюлозы могут быть неподвижны, и жидкость может течь мимо страниц с желаемой относительной скоростью в осевом направлении с использованием традиционных средств, таких как насосы или поршни. В третьем примере осуществления относительное перемещение обеспечивают одновременно с циркуляцией среды в ванне мимо целлюлозных материалов через среду в основном в горизонтальном направлении для достижения заданной скорости. Например, материалы на основе целлюлозы могут перемещаться возвратно-поступательно, как подробнее описано ниже, тогда как обрабатывающая жидкость одновременно протекает мимо возвратно-поступательно движущихся материалов.

Имеется ванна 12 для содержания обрабатывающей среды из предпочтительно щелочных материалов и более предпочтительно жидкой дисперсии частиц окислов основных металлов, гидроокиси или соли, как описано выше. Показанная на чертежах ванна 12 имеет четыре стороны, две продольные стороны 14 и две поперечные стороны 15. К продольным сторонам 14 ванны 12 прикреплены горизонтально расположенные опорные элементы 18 и 20. К горизонтальному опорному элементу 18 прикреплены, с каждого конца его верхней стороны 19, несущие стержни 22 и 24. Аналогичным образом, к горизонтальному опорному элементу 20 прикреплены, с каждого конца его верхней стороны 21, несущие стержни 26 и 28. Несущие стержни сконструированы из долговечного жесткого материала, например из подшипниковой стали. Несущие стержни 22, 24, 26 и 28 отделены от соответствующих горизонтальных опорных элементов 18, 20 и поддерживаются над ними вертикальными держателями стержней 30. К каждому несущему стержню прикреплен блок 46 или 48, так что каждый блок 46, 48 может скользить назад и вперед по своему соответствующему несущему стержню в горизонтальной плоскости. Однако, как говорилось выше, ванна 12 может иметь разнообразные формы в зависимости от способа, выбранного для осуществления относительного перемещения между страницами и обрабатывающей средой.

Опорная рама 51 содержит раму, выполненную из опорных элементов, которые могут быть выполнены в форме стержней, штанг или шнуров. В одном примере осуществления элемент 54, размещенный поперечно, жестко прикреплен у каждого конца к противоположным блокам 46 на противоположных опорных элементах 18, 20. Аналогичным образом, элемент 56 размещен поперечно и жестко прикреплен у каждого конца к противоположным блокам 48. Предпочтительно элемент 54 параллелен элементу 56. Параллельные отстоящие друг от друга, размещенные продольно элементы 58 и 60, соединяют элементы 54 и 56, перекрывая расстояние между элементами 54 и 56. Могут иметься другие известные средства оперативного соединения элементов 54 и 56. Прямоугольное отверстие 62 образовано расположенными поперечно элементами 54 и 56 и расположенными продольно элементами 58 и 60, которые могут двигаться в продольном направлении над ванной 12, когда блоки 46, 48 скользят вдоль несущих стержней 22, 24, 26 и 28. Обычные специалисты поймут также, что расположенные под углом элементы 54, 56, 58 и 60, как альтернатива, могут иметь разные формы и показаны как расположенные под углом элементы только для иллюстрации.

Как видно из фиг. 4-5, носитель для поддержания книг во время обработки показан в виде носителя 64 с V-образным держателем. На каждом носителе 64 могут находиться несколько книг или других материалов. V-образный держатель носителя 64 имеет регулируемые расположенные под углом стороны 66 и 68 и паз 74, позволяющие менять угол V. Через расположенные под углом стороны 66, 68 и паз 74 проходит ряд отверстий 70. V-образный держатель носителя 64 имеет такую конструкцию, что книги 72 или любые другие виды целлюлозных материалов, подлежащих обработке в виде буклетов или в переплете, могут размещаться торец к торцу между расположенными под углом сторонами 66 и 68, причем корешок книги или буклета примыкает к верхушке V у паза 74. Такие средства как зажимы 76 и 78 используются для прикрепления передней обложки 80 и задней обложки 82 соответственно к желаемому месту на V-образном держателе носителя 64, имеющем отверстия 70. Зажимы 76 и 78 закреплены посредством болта, винта или другого крепежного приспособления, пропущенного через отверстие 70. Может иметься другое подходящее средство прикрепления материалов к носителю 64, например, сетки, обвязки или присоски. Осевые стопоры 77 помещены в отверстиях 70 паза 74 носителя 64 для предотвращения осевого движения книг. Носитель 64 содержит вертикальные элементы 84, к которым прикреплены горизонтальные опорные элементы 88. Кроме того, ручки 92 выступают над горизонтальными опорными элементами 88, чтобы можно было легко взять носитель 64. Носитель 64 с V-образным держателем сконструирован таким образом, что его можно вставлять в предпочтительно прямоугольное отверстие 62, а горизонтальные опорные элементы 88 могут поддерживаться в любом месте вдоль расположенных продольно элементов 58 и 60. Таким образом, несколько носителей 64 можно выстроить в линию последовательно в опорной раме 51 для одновременной обработки многих книг. Как альтернатива, можно использовать один носитель 64 или много носителей 64 можно расположить параллельно. В последних ситуациях размещенные поперечно элементы 54, 56 можно применять для поддержки опорных элементов 88 носителя. Запирающие элементы, такие как крючки 57 или зажимы, находятся на элементах 54, или 56, или на опорных элементах 88 для закрепления носителя 64 внутри опорной рамы 51 для противодействия толкающему вверх усилию книг в обрабатывающей среде.

Носитель 64 может принимать разные формы. Он должен быть сконструирован таким образом, чтобы позволять конкретным подлежащим обработке целлюлозным материалам надежно удерживаться в носителе во время обработки, и должен обеспечивать полное воздействие обрабатывающей среды на целлюлозный материал. Например, документы могут удерживаться в носителе типа коробки, содержащей прорези, или в носителе с прорезями типа гармошки или любой открытой конструкции типа плетенки, решетки или сетки, чтобы позволить проход жидкости между прорезями. Нужно также иметь экран типа сетки для полного включения в себя разрозненных страниц, которые иначе могли бы уплыть. Другая альтернатива - иметь плоскую пластину, на которой можно закрепить V-образный держатель, держатель типа коробки или любой другой держатель.

Средство для возвратно-поступательного перемещения опорной рамы 51 содержит вращающийся маховик 104, оперативно соединенный с опорной рамой 51, для создания возвратно-поступательного движения опорной рамы и средство для вращения маховика 104 с заданной скоростью хода, предпочтительно двигатель 116, имеющий зубчатую передачу 117, соединенную посредством шкивов 114 и 120 с маховиком 104, и приводной рычаг 100. Один конец приводного рычага 100 прикреплен с возможностью поворота к расположенному поперечно элементу 54 опорной рамы 51 с помощью штифта 101, проходящего через скобу 103. Другой конец рычага 100 прикреплен с возможностью высвобождения посредством штифта 105 к выбранной точке из ряда точек крепления или отверстий 106 маховика 104 для селективного изменения длины хода рамы. Вал 108 проходит вовне от центра маховика 104. Вал 108 прикреплен своим другим концом 109 к шкиву 114. Шкив 114 оперативно соединен посредством ремня 122 с вторым шкивом 120. Шкив 120 приводится в действие приводным валом 118, проходящим от зубчатой передачи 117. Двигатель 116, зубчатая передача 117 и подшипники 112 прикреплены к основанию 110. Шкив 120 лежит в той же плоскости, что и шкив 114. Вместо привода с ремнем и шкивом, как можно понять, можно использовать другие приемлемые приводные механизмы, например зубчатые передачи или поршневые (гидравлические или пневматические) приводы для получения различных длин хода и скоростей. В качестве альтернативы, можно использовать привод с переменной скоростью, непосредственно соединенный с маховиком, во избежание смены шкивов. Еще одна альтернатива - использовать маятниковый привод, чтобы раскачивать книги в среде. В этом случае движение не чисто горизонтальное, но более дугообразное в основном горизонтальном направлении. Как сказано, как считается, относительная скорость течения - это критический критерий движения.

При работе двигатель 116 и зубчатая передача 117 вращают шкив 120, который посредством ремня 122 поворачивает шкив 114. Когда это происходит, маховик 104 вращается, что, в свою очередь, перемещает приводной рычаг 100. Поскольку приводной рычаг 100 прикреплен к раме 51 через расположенный поперечно элемент 54, опорная рама 51 совершает возвратно-поступательные движения. Соответственно, носитель 64 совершает возвратно-поступательные движения в ванне 12, заставляя книгу 72 и другие целлюлозные материалы перемещаться взад и вперед через обрабатывающую среду в ванне 12 в основном в горизонтальном направлении с заранее заданной скоростью и на заранее определенное расстояние. Возвратно-поступательное движение книги 72 заставляет страницы книги раскрываться веером, как показано на фиг.5, тем самым подвергая всю поверхность каждой страницы каждой такой книги воздействию обрабатывающей среды в ванне 12.

Были проведены испытания для определения длин хода и скоростей хода приводного рычага 100, обеспечивающих наиболее тщательную обработку книг. Результаты представлены в приведенных в конце текста таблицах. Каждый проход проводился с относительно крупным томом энциклопедии (Colliers) и с относительно меньшей книгой, такой как учебник или роман, более чем в половину меньшей площади и количества страниц по сравнению с томами энциклопедии. Виды книг обозначены (L) для крупной и (S) для небольшой. Значение pH книг измерялось до (B) и после (A) обработки в некоторых местах на разных страницах обработанных книг. Кисть красного хлорофенола использовалась для определения места испытательных участков. Проверялись 9 мест на 1 испытываемую страницу. Красный хлорофенол становится пурпурным, когда pH становится щелочным.

Как показывают приведенные ниже результаты испытания, значение pH каждой испытанной страницы и у каждой секции каждой испытанной страницы поднялось от кислотных значений, измеренных до обработки, до щелочных значений, измеренных после обработки. Способ обескисливания по настоящему изобретению даже поднял значение pH участка, примыкающего к корешкам книг, который до того было трудно эффективно обескислить.

Испытание путем отметки кистью красного хлорофенола участков показывает, что улучшенные результаты получаются при изменении длины хода и скорости хода приводного рычага 100. Также можно видеть, что крупные книги, очевидно, ведут себя лучше при больших длинах хода и при меньшей скорости. Например, проходы 4 и 5 показывают, что скорость 12-16 оборотов в минуту и длина хода 30,48 см приводят к 100% обескисливанию как крупных, так и небольших книг, тогда как проходы 8 и 9 показывают, что небольшие книги вели себя лучше, чем крупные книги, когда скорость хода составляла 23 оборота в минуту. Самые плохие результаты для крупных книг были получены в проходах 3 и 6, когда длина хода уменьшалась до 10,16 см.

Для облегчения контакта между книгой 72 и частицами, взвешенными в среде в ванне 12, на ванну 12 можно воздействовать энергией ультразвука с помощью генератора ультразвука 130, который разбивает агломераты частиц и предотвращает их образование и заставляет частицы диспергировать. Генератор ультразвука при необходимости может работать непрерывно или периодически во время процесса обработки. При желании, можно применить систему рециркуляции 162 в соединении с ванной 12 для обеспечения относительного перемещения циркуляцией жидкости из ванны 12 и также для фильтрации жидкости в ванне 12. Труба 170 сообщается с чаном 12, так что жидкость может вытекать из ванны 12 при открывании подходящего вентиля 175. Жидкость выкачивается из ванны 12 посредством насоса 166 и проходит через фильтр 168 до того, как течь обратно в ванну 12 по трубопроводу 164. При желании, можно установить клапаны 172 и 174, чтобы ванну 12 можно было осушать до или после пропускания жидкости через фильтр 168.

После того, как книги 72 подверглись воздействию обрабатывающей среды в течение заданного периода времени (первого периода времени), достаточного для эффективного обескисливания, книги (целлюлозные материалы) переводят из ванны в сушилку для осуществления процесса сушки. Средство сушки (сушилка) может быть отдельным блоком или отдельной секцией внутри взаимосвязанной системы или может быть частью ванны 12. В последнем примере осуществления обрабатывающая жидкость будет выкачиваться из ванны и переводиться в бак-сборник (не показан). Теплый воздух может впускаться по трубе в ванну 12, как описано ниже для сушилки 140.

Как видно из фиг. 6-7, здесь показана отдельная сушилка 140. Она включает в себя стойку 180, снабженную гибкой перемычкой 142 с отверстиями, крепящейся на стержнях 144. Перемычка свободно спадает между соседними стержнями. Каждый стержень 144 прикреплен к верхней части прямоугольной рамы. Сушилка 140 имеет четыре стороны 170, днище 172 и предпочтительно накрывается крышкой 152 с образованием закрытой камеры. Тем самым создается замкнутая сушильная система. После обработки книги 72 перемещаются в сушилку 140. Книги или другие целлюлозные материалы могут размещаться на гибкой перемычке 142 с отверстиями внутри сушильной камеры. Как альтернатива, носитель 64 может подниматься из ванны 12 и переноситься к камере сушилки 140. Еще одна альтернатива - это создание в сушилке 140 фиксированных полок или какой-нибудь другой опорной поверхности. Какими бы ни были средства поддержки материалов, перемычка с отверстиями, стойки, фиксированные полки или опорная поверхность, они и носитель должны иметь такую структуру, чтобы позволять воздушному потоку контактировать с книгами и другими документами, помещенными там. Предпочтительно сушка происходит посредством пропускания потока теплого воздуха над книгами 72. Как альтернативу, можно использовать испарение при комнатной температуре. Предпочтительно температура и влажность контролируются для оптимизации извлечения обрабатывающей жидкости без повреждения книг. Температура не должна быть настолько высокой и уровень влажности настолько низким, что книги или другие документы могли бы повредиться. Точные уровни температуры и влажности будут зависеть от типов обрабатываемых материалов, включая материалы переплета и обложки.

В предпочтительном способе сушки воздух нагревается в нагревателе 158 и подается в камеру (будь то сушилка 140 или ванна 12) через впускное отверстие в торцевой стенке камеры (корпуса). Он подается через камеру и над книгами и вокруг них посредством насоса 176, размещенного близко к выпускному отверстию 178 у дна камеры. Теплый воздух испаряет всю избыточную оставшуюся обрабатывающую среду на страницах. Как указывалось выше обрабатывающий материал будет удерживаться и на страницах в качестве резерва. Избыточная остаточная среда, о которой здесь говорится, - это не частицы щелочи, удерживаемые в волокнах или на поверхности страниц как резерв, а это среда, в которой частицы щелочи были диспергированы и теперь лежат в неприкрепленном или несвязанном состоянии на поверхности страниц. Воздух удаляется из сушилки 140 через выпускное отверстие и может направляться в конденсатор 154. В конденсаторе 154 воздушный поток охлаждается и тем самым избыточная остаточная среда конденсируется из воздуха. Затем получившийся конденсат предпочтительно подается в сборник 154. Вода также может конденсироваться. Ее отделяют, обычно сцеживанием, до того, как повторно использовать обрабатывающую среду. Затем остывший воздух предпочтительно направляется назад к нагревателю 158, где он опять нагревается и циркулирует обратно в сушилку 140 по линии 160. Образованная таким образом циркуляция воздуха - это замкнутая система, позволяющая повторное использование избыточной обрабатывающей среды и предотвращающая воздействие ее паров на рабочих. В альтернативных установках охлаждающий змеевик может находиться прямо в сушильной камере с использованием естественной циркуляции для конденсирования обрабатывающих материалов, испарившихся из обработанных материалов.

При желании, конвейер (не показан) может соединять ванну 12 с сушилкой 140. Конвейер может обеспечивать автоматический перенос носителя 64 из ванны 12 к сушилке 140. Предпочтительно конвейер заключен в корпус (не показан), чтобы минимизировать потери на испарение обрабатывающей среды.

При выполнении средства сушки целлюлозных материалов в виде секции аппарата для обескисливания оно включает в себя корпус для помещения целлюлозного материала, причем корпус снабжен впускным и выпускным отверстиями, средство для нагревания потока воздуха и нагнетания его через впускное отверстие в корпус, средство, связанное с выпускным отверстием, для конденсации обрабатывающей среды из воздушного потока, средство для сбора конденсата из средства для конденсации и насос для создания циркуляции воздушного потока от нагревателя через корпус к средству для конденсации и назад к нагревателю.

Хотя настоящее изобретение было описано прежде всего в сочетании с книгами, его можно применять с другими видами целлюлозного материала, такими как журналы, газеты, географические карты, документы и т.п. Обычные специалисты поймут, что имеется ряд модификаций и вариантов, которые можно сделать относительно конкретного аспекта способа и аппарата согласно настоящему изобретению, не выходя из его рамок. Такие модификации и варианты должны включаться в вышеприведенное описание и в нижеприведенную формулу изобретения.

Формула изобретения

1. Способ обескисливания целлюлозных материалов, состоящих из переплетенных и сложенных материалов, имеющих корешок или сгиб, в котором целлюлозные материалы обрабатывают в обескисливающей обрабатывающей среде в течение периода времени, достаточного для обескисливания целлюлозных материалов, путем их погружения в ванну с обескисливающей обрабатывающей средой и высушивания, отличающийся тем, что в ванне с обрабатывающей средой создают относительное перемещение между целлюлозными материалами и средой в направлении, в основном параллельном корешку или сгибу материалов, с заранее заданной скоростью для обеспечения воздействия среды на целлюлозные материалы и продолжают относительное перемещение в течение первого периода времени, достаточного для эффективного обескисливания в принципе всех целлюлозных материалов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что относительное перемещение создают перемещением целлюлозных материалов через среду в основном в горизонтальном направлении.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что целлюлозные материалы перемещают через среду возвратно-поступательно с заданной скоростью и по заранее заданному пути для достижения заданной скорости.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что целлюлозные материалы помещают в носитель, который поддерживают в совершающей возвратно-поступательное движение опорной раме внутри ванны.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что опорную раму оперативно соединяют с приводным рычагом, который прикрепляют к вращающемуся элементу в одной из ряда выбранных точек крепления для получения величины хода, достаточной для достижения заданной длины возвратно-поступательного движения через среду, при этом целлюлозные материалы перемещают поступательным перемещением приводного рычага, получаемым путем вращения вращающегося элемента со скоростью хода, достаточной для достижения заданной скорости возвратно-поступательного движения.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что относительное перемещение создают путем передвижения целлюлозных материалов по круговой траектории.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к ванне с обрабатывающей средой прикладывают энергию ультразвука для диспергирования частиц в среде.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что относительное перемещение обеспечивают циркуляцией среды в ванне мимо целлюлозных материалов с заданной скоростью.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что относительное перемещение обеспечивают одновременно циркуляцией среды в ванне мимо целлюлозных материалов и передвижением целлюлозных материалов через среду в основном в горизонтальном направлении для достижения заданной скорости.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что относительное перемещение обеспечивают циркуляцией среды из ванны через фильтр и обратно в ванну мимо целлюлозных материалов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что после первого периода времени, достаточного для эффективного обескисливания, целлюлозные материалы переводят из ванны в сушилку для осуществления процесса сушки.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед погружением в обрабатывающую среду целлюлозные материалы размещают в носителе, способном удерживать их и позволяющем воздействие среды на все поверхности целлюлозного материала, затем в среду погружают носитель.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что на этапе сушки носитель, удерживающий целлюлозные материалы, переносят к сушилке.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что носитель содержит в принципе V - образный держатель, имеющий ряд отверстий для прохождения через них среды, и при помещении целлюлозных материалов в носитель их закрепляют в держателе с возможностью высвобождения.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сушки над целлюлозным материалом пропускают поток теплого воздуха.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сушки целлюлозный материал помещают в сушильную камеру, нагревают поток воздуха в нагревателе, подают поток нагретого воздуха в камеру и направляют его над целлюлозным материалом для испарения любой избыточной остаточной обрабатывающей среды из него, откачивают поток воздуха из камеры посредством насоса и охлаждают его для конденсации с образованием конденсата любой остаточной обрабатывающей среды, присутствующей в потоке воздуха, собирают конденсат, возвращают воздушный поток в нагреватель и повторяют этапы от нагревания потока воздуха до возвращения его в нагреватель в течение второго периода времени, достаточного для удаления в принципе всей избыточной остаточной обрабатывающей среды из целлюлозного материала.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что целлюлозный материал размещают на гибкой перемычке внутри сушильной камеры.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что до погружения целлюлозный материал размещают в носителе и погружают носитель в обрабатывающую ванну, в которой носитель поддерживают посредством подвижной опорной рамы, воздействуют на ванну ультразвуковой энергией для диспергирования частиц обрабатывающего материала в среде, создают относительное перемещение поступательным перемещением приводного рычага, прикрепленного одним концом к вращающемуся элементу и другим концом к опорной раме, так что опорная рама совершает возвратно-поступательное движение с заданными скоростью и длиной хода, тем самым вызывая возвратно-поступательное движение целлюлозных материалов через среду в основном в горизонтальном направлении в течение первого периода времени, достаточного для эффективного обескисливания целлюлозных материалов, после чего целлюлозные материалы переносят из ванны в сушилку и внутри сушильной камеры пропускают над ними поток предварительно нагретого воздуха в течение второго периода времени, достаточного для эффективного испарения избыточной остаточной среды с поверхности целлюлозных материалов.

19. Аппарат для обескисливания целлюлозных материалов в обрабатывающей среде, включающей взвешенные частицы щелочи, содержащий ванну для содержания обрабатывающей среды, размещенный в ней носитель для удержания целлюлозного материала и имеющий опорную раму, отличающийся тем, что он включает в себя средство для возвратно-поступательного перемещения опорной рамы в основном в горизонтальном линейном направлении с заданными длиной и скоростью хода, опорная рама установлена с возможностью скольжения на ванне, а носитель для удержания целлюлозных материалов поддерживается с возможностью снятия опорной рамой.

20. Аппарат по п.19, отличающийся тем, что средство для возвратно-поступательного перемещения опорной рамы содержит вращающийся маховик, оперативно соединенный с опорной рамой для создания возвратно-поступательного движения опорной рамы, и средство для вращения маховика с заданной скоростью хода.

21. Аппарат по п.20, отличающийся тем, что маховик содержит ряд точек крепления, а средство для возвратно-поступательного перемещения опорной рамы содержит приводной рычаг, один конец которого прикреплен к опорной раме, а другой, с возможностью высвобождения, - к выбранной точке из ряда точек крепления маховика для селективного изменения длины хода рамы.

22. Аппарат по п.20, отличающийся тем, что он содержит средство сушки целлюлозных материалов, включающее в себе корпус для помещения целлюлозного материала, причем корпус снабжен впускным и выпускным отверстиями, средство для нагревания потока воздуха и нагнетания его через впускное отверстие в корпус, средство, связанное с выпускным отверстием, для конденсации обрабатывающей среды из воздушного потока, средство для сбора конденсата из средства для конденсации и насос для создания циркуляции воздушного потока от нагревателя через корпус к средству для конденсации и назад к нагревателю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11