DE69204461T2

DE69204461T2 - Bleichverfahren mittels ozone.

Info

Publication number: DE69204461T2
Application number: DE69204461T
Authority: DE
Inventors: Brian Greenwood; Kaj Henricson
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: EP0591264B1; WO1993000470A1; JPH0781239B2; DE69204461D1; CA2102899A1; DE69230034D1; EP0577157A2; EP0577157B1; US5607545A; DE69230034T2; MX9203303A; FI935784A0; EP0577157A3; ZA924351B; FI114719B; AU1973692A; EP0591264A1; CA2102899C; JPH06502229A; FI935784A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ozonbleiche einer mittelkonsistenten Suspension von Cellulosefasern wie etwa Papierfaserstoff und insbesondere ein Verfahren für die sequenzweise Bleiche von Halbstoff durch Ozon und ein zweites Bleichmittel, vorzugsweise alkalisches Mittel, um eine ZE-Bleichseguenz zu erhalten.
Die Bleiche von mittelkonsistentem Papierfaserstoff mit Ozon ist erst in der letzten Zeit möglich geworden. Bisherige Nachteile, z.B. der hohe Ozonpreis, die mit dem Operieren bei entweder niedriger Konsistenz (unter etwa 5 %) oder bei sehr hoher Konsistenz (über rund 25 %) verbundenen Nachteile und die Tatsache, daß Ozon die Kohlenhydrate des Halbstoffes leicht angreift, sind jetzt überwunden. Der vorliegenden Erfindung zufolge wird die Wirksamkeit einer Ozonbleiche mittelkonsistenten Halbstoffes, d.h. einer Cellulosefasersuspension mit einer Konsistenz von zirca 5 bis zirca 20 %, weiter erhöht, indem in die Ozonbleichstufe eine zusätzliche Chemikalieneingabestufe einverleibt wird.
Das Bleichen von mittelkonsistentem Halbstoff ist ebenfalls aus der europäisen Patentanmeldung EP-0 426 652 A1 bekannt. Die Veröffentlichung stellt ein Verfahren dar, wobei mittelkonsistenter Halbstoff einem sog. Fluidisierungsmischer zugeführt wird, in den auch Ozon mit Trägergas eingegeben wird. Vom Mischer wird das Gemisch aus Oxon und Halbstoff in ein Reaktionsrohr abgeführt, von wo der Halbstoff über eine drucksenkende Drosselung einem Bleichturm zugeführt wird. Zwischen Drosselung und Bleichturm sind eine Entgasungsvorrichtung und ein speisekanal für Verdünnungswasser angeordnet. Das Verdünnungswasser wird also einem Halbstoff zugeführt, dessen Druck bereits auf den atmosphärischen Druck reduziert ist. Die Veröffentlichung schlägt auch vor, der Halbstoff könne nach der obenbeschriebenen Ozonbleichstufe z.B. mit einer alkalischen Extraktionsstufe behandelt werden.
Es gibt auch eine andere Veröffentlichung, die sich mit der Ozonbleiche befaßt, nämlich US-A-4,450,044, die jedoch ein vollkommen andersartiges Bleichverfahren darstellt. Die Veröffentlichung bezieht sich auf eine sog. Dickstoff-Ozonbleiche, wobei die Konsistenz des Halbstoffes zwischen 25 und 60 %, vorzugsweise zwischen 30 und 45 % liegt. Die oben festgelegten Konsistenzen bedeuten jedoch in Wirklichkeit, daß der Halbstoff wesentlich trocken ist, daß zwischen den Fasern also kein freies Wasser vorhanden ist. Infolge des niedrigen oder in diesem Fall vernachlässigbar kleinen Wassergehalts gibt es bei der Dickstoff-Ozonbleiche keine Probleme in Hinsicht auf Wasser, während bei der Ozonbleiche für mittlere Stoffdichte das größte Problem im Vorhandensein freien Wassers zwischen den Fasern besteht. Unsere vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, das Problem des Vorhandenseins von freiem Wasser zwischen den Fasern und seine Auswirkungen auf das Verhalten der Fasersuspension zu lösen.
Nach der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen beschrieben ist, wird mittelkonsistenter Halbstoff, d.h. Cellulosefasersuspension mit einer Stoffdichte von etwa 5 bis 20 % mit Ozon gebleicht, indem besagte Fasersuspension und ein ozonhaltiges Trägergas unter Druck bei zirca 3 bis zirca 25 bar, bevorzugter bei zirca 5 bis zirca 14 bar, einem ein hohes Scherkraftfeld erzeugenden Mischer zugeführt wird, um das Ozon mit der mittelkonsistenten Fasersuspension intensiv und homogen zu durchzumischen. Als Trägergas können Sauerstoff, Luft und Stickstoff verwendet werden, von denen derzeit Sauerstoff bevorzugt wird, weil er die größte Menge Ozon, nämlich am höchsten rund 3 bis 16 % enthält. So kann etwa ein Ozon-Trägergas-Gemisch zum Beispiel ungefähr 10 kg Ozon und 90 kg Sauerstoff enthalten. Bei einer Stoffdichte der Suspension gleich 10 % liegt das Wasser/Gas- Verhältnis vorzugsweise zwischen etwa 1:10 und 2:1 je nach dem Druck, der von ca. 3 bis ca. 25 bar variiert. In dem ein hohes Scherkraftfeld erzeugenden Mischer, der vorzugsweise ein handelsüblicher MC-Mischer ist, werden das Ozon im Trägergas und der Papierhalbstoff derart durchgemischt, daß ein ausreichender Transport und Kontakt zwischen Ozon und Fasern erreicht wird, was eine starke Bleichwirkung ergibt. Vom Mischer wird das intensiv gemischte und gleichmäßige Halbstoff/Ozon- Gemisch in einen ersten Reaktionsbehälter geleitet, damit sich der Bleichprozeß fortsetzen kann, bis der größte Teil des Ozons verbraucht ist. Die Verweilzeit des Gemisches im Fluidisierungsmischer ist weniger als 1 Sekunde und die Verweilzeit des Gemisches aus Papierhalbstoff und Ozon im Trägergas im esten Reaktionsbehälter ist rund 0,1 bis 5,0 Minuten. Hierdurch können zirca 99 % des Ozons verbraucht und der Bleichprozeß im wesentlichen vollendet werden. Ein zweites chemisches Mittel, vorzugsweise ein bekanntes Bleichmittel wie etwa Natriumhydroxid, Wasserstoffperoxid oder Chlordioxid wird dem Gemisch in flüssiger Form zugesetzt und damit ebenfalls intensiv durchgemischt. Der obere Teil des Reaktionsbehälters ist vorzugsweise mit einer bekannten Fluidisierungsvorrichtung versehen, die den Inhalt des Reaktionsbehälters für die Ableitung des Gemisches in einen zweiten Behälter fluidisiert, damit das überschüssige Ozon, das Trägergas und eine kleinere Menge an eventuellen zusätzlichen Reaktionsgasen aus dem Gemisch ausscheiden können und auch damit die zweite Bleichreaktion sich fortsetzen kann. Zu diesem Zweck kann dieses bevorzugt alkalische Gemisch aus Papierhalbstoff im zweiten Behälter, der vorzugsweise einen erheblich größeren Querschnitt als der erste Reaktionsbehälter aufweist, bis zu rund 1 bis 3 Stunden verweilen. Der Papierfaserstoff, der jetzt eine ZE-Bleichsequenz durchgemacht hat, wird dann vom unteren Teil des zweiten Behälters entweder in einen Wäscher oder eine andere Behandlungsstufe ausgetragen, die eine andere Bleichstufe in einer Bleichseguenz umfaßt. Vorzugsweise wird der Druck im ersten Reaktionsbehälter durch ein geeignetes Ventil und einen Regelkreis auf einem vorbestimmten Niveau gehalten. Der Druck im zweiten Behälter wird ebenfalls mit bekannten Mitteln geregelt, wenn auch auf einem niedrigeren Niveau gegenüber dem Druck im ersten Behälter. Darüber hinaus ist eine geeignete bekannte Steuervorrichtung vorgesehen, um das Niveau des Papierfaserstoffes im zweiten Behälter zumindest im vorgegebenen Bereich zu halten.
Überschüssiges Gas kann an verschiedenen Stellen, wie etwa aus dem ersten Reaktionsbehälter durch die Fluidisierungsvorrichtung im oberen Teil des Reaktionsbehälters abgezogen werden. In diesem Zusammenhang sollte man daran denken, daß im ersten Reaktionsbehälter ein konstanter Druck aufrechterhalten werden sollte, um eine maximale Wirkung der Ozonbleiche zu erzielen. Ebenfalls wird die unter Druck stattfindende Einspritzung des flüssigen Bleichmittels zeitgleich mit oder dicht am Fluidisierungsvorgang vorgenommen, um das vorzugsweise alkalische Bleichmittel mit dem Halbstoff intensiv und gleichmäßig zu vermischen. Schließlich sind sowohl der erste als zweite Behälter vorzugsweise senkrechte Reaktoren, wobei der Halbstoff durch den ersten Behälter als Aufwärtsströmung geleitet wird, während der Halbstoff den zweiten Behälter als Abwärtsströmung durchfließt.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es soll sich jedoch verstehen, daß die Zeichnungen lediglich zur Illustration dienen und nicht als Einschränkung der Schutzgrenzen verstanden werden sollen, wobei auf die beigefügten Ansprüche verwiesen wird.
Die vorliegende Erfindung wird ferner anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt dabei:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren hat man denselben Elementen dieselben Bezugszeichen, jedoch in Fig. mit einer 1 davor, zugeordnet.
In Fig. 1 wird Halbstoff von einer Lagereinheit 10 mit einer Pumpe 12, die vorzugsweise eine entgasende Pumpe für mittlere Konsistenz ist, durch eine Rohrleitung oder Kanal 16 einem fluidisierenden Mischer 14 zugeführt. Der Mischer 14 ist vorzugsweise ein hohes Scherkraftfeld erzeugender Mischer für mittlere Konsistenz, der von Kamyr Inc. Glenn Falls, N.Y. bezogen werden kann. Der Mischer hat einen Eintritt für Fasersuspensionen mittlerer Stoffdichte, der mit einer Rohrleitung 16 verbunden ist, und eine Eintrittsöffnung 18 für die druckbeaufschlagte Eingabe von ozonhaltigem Trägergas wie etwa Luft, Stickstoff und vorzugsweise Sauerstoff. Die Stoffsuspension wird mit dem ozonhaltigen Trägergas intensiv und gleichmäßig vermischt und durch einen Gemisch-Austritt in einen Kanal 20 abgeleitet und innerhalb von etwa 2 bis 3 Sekunden in den unteren Teil 23 eines ersten senkrechten Reaktionsbehälters 22 geleitet. Nach einer Verweilzeit von zirca 0,5 bis 5 Minuten erreicht das Gemisch aus Halbstoff, Trägergas und Ozon, das während der Bleichreaktion noch nicht vollständig aufgebraucht ist, den oberen Teil 25 des Reaktionsbehälters 22. Dem Gemisch wird jetzt über Kanal oder Rohrleitung 24 im oberen Teil 25 des Reaktionsbehälters 22 ein zusätzliches Bleichmittel, wie etwa Natriumhydroxid, Wasserstoffperoxid, Natriumperoxid, Chlordioxid oder desgleichen vorzugsweise in flüssiger Form und bei Bedarf mit einem Träger unter Druck zugesetzt. Vorzugsweise wird das Bleichmittel mit dem Papierhalbstoff intensiv vermischt, um die alkalische Bleichstufe zustandezubringen.
Um die Entfernung von Papierhalbstoff aus dem ersten Reaktionsbehälter zu begünstigen, ist der obere Teil 25 des Behälters 22 mit einer bekannten Fluidisierungsvorrichtung oder einem fluidisierenden Austrager 26 versehen, der bevorzugt eine integrierte Einspritzöffnung für das Bleichmittel an dem oder nah an dem Fluidisierungsläufer oder der Fluidisierungsvorrichtung oder dem Austrager 26 aufweist, um für ordentliche Vermischung des Bleichmittels mit dem fluidisierten Papierhalbstoff zu sorgen. Der fluidisierende Austrager 26 ist vorzugsweise mit Mitteln 28 für die Abführung von vorzugsweise druckbeaufschlagtem Gas aus dem benutzten Reaktor zum Beispiel in eine andere druckbeaufschlagte Bleichstufe versehen. Um gute Bleichergebnisse und stabile Verhältnisse zu erhalten, sollte der Druck im ersten Reaktionsbehälter 22 auf einem konstanten Niveau gehalten werden, was durch ein vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des fluidisierenden Austragers 26 angeordnetes Druckregelventil 30 und einen Regelkreis 31 auf bekannte Weise erreicht wird.
Der gebleichte Halbstoff, der jetzt einen Überschuß an Ozon, sowie Trägergas und Bleichmittel, zum Beispiel Natriumhydroxid enthält, wird jetzt aus dem ersten Behälter 22, vorzugsweise zum vergrößerten Eintrittsabschnitt 33 eines zweiten senkrechten Behälters 32 abgeführt, um zur Abscheidung der Gasen aus dem Halbstoffgemisch beizutragen. Abgeschiedenes Gas wird dann über eine Gasabzugsleitung 34 aus dem zweiten Behälter 32 entfernt. Der Druck im zweiten Behälter 32 wird durch ein getrenntes Druckregelventil 36 und einen Regelkreis 37 auf bekannte Weise auch stabil gehalten, wenn auch auf einem im Verhältnis wesentlich niedrigeren Niveau als im ersten Behälter, im allgemeinen auf nur einem geringen Überdruck. Der Halbstoff wird jetzt durch bekannte Niveausteuerorgane 38, Leitung 41, Pumpe 44 und Druckregelventil 47 für bis zu 1 bis 3 Stunden im zweiten Behälter 32, an das oder nah an das vorgegebe Niveau gesammelt, um die alkalische (E) Bleichstufe zu vollenden, und wird anschließend vom unteren Teil 42 des Behälters 32 mittels Pumpe 44, die bevorzugt auch eine entgasende Pumpe für mittlere Stoffdichte ist, durch Ventil 47 in einen Kanal 46 ausgetragen, der zu einem Wäscher oder einer anderen geeigneten Behandlungsstufe führt.
Elemente, Konstruktion und Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind im wesentlichen dieselben wie bei der oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform, jedoch mit der Ausnahme, daß der zweite Behälter 132 an seinem unteren Teil 142 mit einem auf solche Weise bemessenen Austritt 152 versehen ist, daß der gebleichte Papierhalbstoff durch die Druckhöhe in einen geeigneten Wäscher 150, vorzugsweise einen Trommel-Diffusionswäscher, wie er vom Patentinhaber A. Ahlstrom Corporation vertrieben wird, der mit einem druckbeaufschlagten Einlaß oder Diffusor der Fa. Kamyr Inc., Glenn Falls, N.Y. versehen ist.
Ein Niveausteuermechanismus 138 wirkt über eine Leitung 148 mit einem Drehzahlregler des Wäschers 150 auf bekannte Weise zusammen, um den Papierhalbstoff-Füllstand im zweiten Behälter 132 auf einem vorgegebenen Niveau zu halten. Schließlich wird der gewaschene Halbstoff vom Wäscher 150 mittels eine Pumper 144, bevorzugt einer entgasenden Pumpe für mittlere Konsistenz durch einen Kanal 146 zur weiteren Behandlung geleitet.

Claims

1. Verfahren für das Bleichen einer Cellulosefasersuspension mit einer Konsistenz zwischen 5 und 20 % in den folgenden Prozeßstufen:

a) druckbeaufschlagte Eingabe der Fasersuspension und eines ozonhaltigen Trägergases in einen Mischer (14; 114);

b) intensive und gleichmäßige Vermischung der Fasersuspension und des Ozons in dem Mischer (14; 114);

c) Leitung der intensiv und gleichmäßig vermischten Gemisches aus Fasersuspension und Ozon in einen ersten Reaktionsbehälter (23; 123);

d) Abscheidung von Gas aus der Fasersuspension durch Beförderung der Fasersuspension in einen zweiten im Verhältnis größeren Reaktionsbehälter (32; 132); und

e) Entfernung der Fasersuspension aus dem zweiten Reaktionsbehälter (32; 132); dadurch gekennzeichnet, daß der Fasersuspension ein Bleichmittel zumindest während einer der letzten Stufen (c) und (d) zugesetzt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Reaktionsbehälter (23; 123) ein erster Druck und im zweiten Reaktionsbehälter (32; 132) ein im Verhältnis niedrigerer Druck aufrechterhalten werden, welcher erste Druck zwischen zirca 3 und zirca 25 liegt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon und Fasersuspension enthaltende Gemisch durch den ersten Reaktionsbehälter (23; 123) als Aufwärtsströmung geleitet wird und das Gemisch durch den zweiten Reaktionsbehälter (32; 132) als Abwärtsströmung geleitet wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte chemische Mittel eine Flüssigkeit ist und im ersten Reaktionsbehälter (23; 123) zugesetzt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einer Gruppe gewählt wird, die Natriumhydroxid, Wasserstoffperoxid und Chlordioxid umfaßt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Stufen der Abscheidung und Entfernung von druckbeaufschlagten Gas aus dem Gemisch im ersten Reaktionsbehälter (23; 123).

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckbeaufschlagte Gas Sauerstoff enthält und in einer anderen druckbeaufschlagten Bleichstufe benutzt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bleichchemikalium der Fasersuspension zugesetzt wird, während die Fasersuspension fluidisiert wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebleichte Fasersuspension nach Schritt e) gewaschen wird.

10. Vorrichtung für die Ozonbleiche einer mittelkonsistenten Fasersuspension, welche Vorrichtung besteht aus

einem fluidisierenden Mischwerk (14; 114), das einen Halbstoffeintritt, einen Eintritt für das Ozon mit Trägergas und einen Austritt für ein Gemisch, das Halbstoff Ozon und Trägergas enthält;

einem druckbeauf-schlagten ersten Reaktionsbehälter (23; 123) mit Aufwärtsströmung, der einen mit dem Gemischaustritt des fluidisierenden Mischwerks (14; 114. verbundenen unteren Teil und einen oberen Teil aufweist;

einem Druckregel-ventil (30; 130), das mit dem oberen Teil des ersten Reaktionsbehälters (23; 123) betrieblich verbunden ist; und

einem zweiten Behälter (32; 132) mit Abwärtsströmung, der einen oberen Teil, einen mit dem oberen Teil des ersten Reaktionsbehälters (23; 123) über das Druckregel-ventil (30; 130) verbunden Eintritt im oberen Teil und einen unteren Teil aufweist, gekennzeichnet durch

Mittel (24; 124) zur Eingabe eines Bleichchemikaliums in die Fasersuspension an einer Stelle irgendwo zwischen dem oberen Teil des ersten Reaktionsbehälters (23; 123 und dem Druckregelventil (30; 130).

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel (26; 126) im oberen Teil des ersten Reaktionsbehälters (23; 123) zur Fluidisierung des Gemisches, um die Eingabe des Gemisches durch das Druckregelventil (30; 130) in den Eintritt des zweiten Behälters (32; 132) zu begünstigen.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24; 124) zur Eingabe des Chemikaliums das Chemikalium in den ersten Behälter (23; 123) eingeben und ein Teil der Fluidisierungsvorrichtung (26; 126) sind.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch

Mittel (44), die mit dem unteren Teil des zweiten Behälters (32; 132) verbunden sind zur Entfernung der Fasersuspension daraus; und durch

Mittel, die mit dem fluidisierenden Mischer (14; 114) betrieblich verbunden sind, zur Zuführung von Ozon mit Trägergas unter Druck zum Mischer (14; 114).

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Behälter (23, 32; 123, 132) druckbeaufschlagt sind.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im ersten Behälter (23; 123) zwischen zirca 3 und 25, vorzugsweise von zirca 5 bis 14 liegt.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24; 124) zur Eingabe von Chemikalien Mittel zur Eingabe eines flüssigen Chemikaliums in den ersten Behälter (23; 123) umfassen.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel (28; 128), die zur Abscheidung und Entfernung von Gas aus dem ersten Reaktionsbehälter (23; 123) mit dem ersten Reaktionsbehälter (23; 123) betrieblich verbunden sind.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel (34; 134), die zur Abscheidung und Entfernung von Gas aus dem zweiten Reaktionsbehälter damit betrieblich verbunden sind.