FI107172B - Menetelmä ja laite sileiden ja kiiltävien paperien valmistamiseksi - Google Patents

Description

107172

Menetelmä ja laite sileiden ja kiiltävien paperien valmistamiseksi 5 Esillä olevan keksinnön kohteena on jatkuva menetelmä ja laite märkien kuiturainojen kuivaamiseksi ja erityisesti märkien painopapereiden, kuten sanomalehtipaperin, kui vaamiseksi. Esitetään uusi kuivausmenetelmä, joka tavanomaiseen menetelmään verrattuna käyttää vähemmän kuivai-10 mia, johtaa koneiden parempaan käyttöön ja aikaansaa tuotteita, joilla on korkeampi vetolujuus, paremmat pinta- ja paino-ominaisuudet. Kyseinen menetelmä soveltuu erityisen hyvin märkien selluloosarainojen kuivaamiseksi, jotka on tarkoitettu painotuotteiksi, kuten sanomalehtipaperiksi ja 15 bond-paperiksi.

Paperin valmistuksessa ruiskutetaan selluloosakuituja sisältävä suspensio etenevälle viiralle, joka pidättää suuren osan kuituja ja hienoa selluloosamateriaalia, ja 20 välittää suuren annoksen vettä. Ylimääräinen vesi poistetaan märästä selluloosarainasta mekaanisesti puristamalla kahden pyörivän puristustelan välissä. Puristettuun rai-naan jäänyt vesi poistetaan haihduttamalla paperikoneen kuivausosastossa.

'.25 • ·

Paperin kuivaukseen liittyy kaksi perusprosessia, nimit- täin lämmön siirtäminen lämmitysvälineestä märkään rainaan :***: (eli lämmönsiirto) ja vesihöyryjen kuljettaminen pois • · · aineesta (eli massansiirto). Lämmönsiirto on verrannol- • · .9:0. linen lämpölähteen ja märän rainan väliseen lämpötila- • · · eroon, ja käänteisesti verrannollinen rainan ja lämpöläh- . . teen rajakerrosten lämmönsiirtovastukseen. Tästä syystä • « · läheinen kosketus lämmityspinnan ja märän rainan välillä • · · *·’ ’ on edullista hyvän lämmönsiirron aikaansaamiseksi. On *35: myöskin edullista, että lämpölähteessä on korkea lämpöti- la, kuivaimen lämpötilaa rajoittavat kuitenkin tietyt .,· käytännön seikat. Jos märkä raina esim. on kosketuksessa » * • o ’ 2 107 Ί 72 hyvin kuuman kappaleen kanssa, muodostuu lämpölähteen ja rainan välille eristävä höyrykerros, jolloin lämmönsiirto-nopeus laskee. Kuivaimien korkea lämpötila saattaisi laskea paperin laatua. Höyrylämmitteisten kuivaimien käyttö 5 korkeassa lämpötilassa vaatii myös korkeampia höyrypainei-ta.

Veden haihtuminen märiltä rainoilta veden kiehumispistettä alhaisemmissa lämpötiloissa on mahdollista vain, jos kui-10 vatusilma poistaa vesihöyryt rainalta. Tällaisen massa- siirron nopeus laskee, jos raina on eristetty ympäröivästä ilmasta esim. kuivaushuovalla. Toisaalta massasiirtoa lisää kuuman ilman puhaltaminen rainaan.

15 Kaikkein tavallisimmassa paperinvalmistusmenetelmässä raina kulkee läpi useita sisäisesti lämmitettyjä pyöriviä sylintereitä, jotka tunnetaan nimellä "kuivaimet" ja jotka yleensä on sovitettu ylä- ja alariviin. Etenevää rainaa lämmittää suora kosketus sylinteripinnan osan kanssa. Tämä 20 kuivatusmenetelmä on hyvin tunnettu ja se kuvataan esim.

US-patenttijulkaisussa 2299460. Rainan ja kuivaimen kosketuksen parantamiseksi on märkä raina usein puristettu kuivaimen pintaa kuivaushuovalla. Yksi tällainen huopa saattaa kiertää ylärivin kuivainten osan ympäri ja toinen ! 25: kuivaushuopa saattaa kiertää alarivin kuivaimien alaosan • · *.’·· ympäri.

• * i » · • · ·

Eräs haittapuoli, joka liittyy tähän kuivausmenetelmään on

• M

paperin kuivaamiseksi vaadittava suuri syl inter imäärä.

• · .30. Esimerkiksi vuonna 1986 tehty tutkimus lehtipaperin kui- • · · vaimista Kanadassa osoittaa, että suurin osa koneista, . . jotka toimivat 800 m/min nopeudella tai nopeammin, käsit-• · · tivät 35-50 kuivainta, joiden halkaisija vaihteli välillä " 1,5-1,8 m (N.N. Sayegh, I.I. Pikulik ja H.I. Simonsen, 3'5: Pulp Paper Can, joulukuu 1987).

Tällainen suuri määrä kuivaimia edustaa suurta pääomaa, 107172 3 käyttö- ja ylläpitokustannuksia, lisäksi se omalta osaltaan pidentää konetta ja kasvattaa rakennustilan tarvetta. Toinen haittapuoli tavanomaisissa paperinkuivausmenetel-missä on tukemattoman heikon märän rainan siirtäminen 5 kahden peräkkäisen sylinterin välillä. Suurissa työsken-telynopeuksissa on kannattamattomana ilman läpi kulkeva raina epävakaa, ja koska se reagoi pieniinkin vaihteluihin prosessissa on sillä taipumusta värähdellä tai •'lepattaa". Laajamittainen lepatus saattaa aiheuttaa arkin deformaati-10 ota ja rypistymistä laskien tuotteen laatua, tai katkaista levyn täydellisesti keskeyttäen tuotannon. Arkin katkeamisten vähentämiseksi pidetään koneen toimintanopeus toisinaan alhaisena, vaikka tämä johtaakin pienempään tuotantoon .

15

Niiden ongelmien vähentämiseksi, jotka liittyvät kannattamattomien levyjen liikkumiseen sylintereiden välillä toisissa nopeasti toimivissa paperikoneissa, kulkee märkä paperi ensimmäisten kuivaussylintereiden ympäri yksinker-20 täisen kuivaushuovan vieressä. Tällä yksihuopajärjestelmällä paperia kannattaa huopa sen edetessä kuivainten välissä, jolloin sekä rainan taipumus lepattaa että katkot vähenevät.

.25 Yksihuopajärjestelmää käytetään ensisijaisesti, joskaan ei yksinomaan, sylintereiden alkupäässä, jossa arkki on hyvin kostea ja heikko, kun taas arkki etenee ilman huopaa mui-den kuivaussylintereiden välillä. Yhden huovan käyttö « I » .*. : serpentiinikuviossa kuvataan esim. US-patenttijulkaisussa .αά 4172007.

• · · . . Yksihuopajärjestelmään liittyvä epäkohta on se, että vain puolet kuivalmista (yleensä ylärivissä olevat) ovat suo-*·* rassa kosketuksessa paperin kanssa, kun taas toisia erot- •35: taa paperista kuivaushuopa, joka vähentää sitä lämpömää- rää, joka siirtyy näistä kuivaimista märkään rainaan. Näin ollen tarvitaan useampia kuivaimia tai korkeampia kuivaus- 107172 4 lämpötiloja kuivaushuovan serpentiinijärjestelmässä.

Hiljattain kuvattiin kuivainosasto nimeltä "total Bel Run", jossa serpentiinijärjestelmä ulottui koko kuivain-5 osaston pituuden yli. Kun tavanomaisella mutkittelevalla kulkuradalla sylintereiden alarivi on erotettu märästä rainasta kuivauskankaan avulla, Total Bel Run -järjestelmässä alasylinterit on korvattu tyhjöteloilla, joilla on pieni halkaisija (Beloit Canada Technical Seminar, 10 Montreal, 26 tammikuu 1988). Tällainen kuivainosasto pystyy toimimaan korkeassa nopeudessa, mutta sen haittapuolena on, että se on vielä pitempi kuin tavanomainen kuivainosasto.

15 Toisessa menetelmässä, jota joskus käytetään paperin kuivaamiseksi, käytetään "Mintonkuivainta" (US 1147809), jossa kuivaussylinteri sijaitsee suuressa tyhjökammiossa. Alhaisemmassa ilmanpaineessa veden kiehumispiste laskee, mikä potentiaalisesti saattaa nostaa lämmönsiirtonopeutta. 20 Mintonkuivaimen epäkohtana on se, että koska siinä ei ole kuivaushuopia ei kuivaimen ja rainan välille synny läheistä kosketusta, jolloin lämmönsiirtonopeus on alhainen. Toinen Mintonkuivaimeen liittyvä epäkohta on tyhjiön keskeyttäminen aina, kun levy katkeaa. Koska märälle rainalle ei ole minkäänlaista tukea sen siirtyessä kuivainten vä-*.*·· Iillä, ei tätä menetelmää voida soveltaa nopeisiin : ·.: koneisiin.

• · • · · « · · .'. : Eräässä toisessa kuivausmenetelmässä märkää rainaa tukevat • · · • · .*3;0. kuumennetut kaasusuihkut, jotka antavat veden haihtumiseen » · · tarvittavan lämmön ja kuljettavat vesihöyryt pois. Tämä . . toiminto kuvataan esim. US-patenttijulkaisussa 3739491.

• «· Tämän menetelmän avulla saavutetut lämmönsiirtonopeudet '·] ovat korkeat ja märkään rainaan kohdistuva mekaaninen *35: rasitus on pieni. Selluloosaraina, joka on kuivattu sen koskettamatta tukivälineeseen, kutistuu kuitenkin epäta-. ’ saisesti kehittäen ei-toivottuja poikkeamia polaarisuudes- 107172 5 ta, eli epätasaisuuksia, jotka laskevat tuotteen laatua ja saattavat johtaa ryppyihin tai repeämiin kalanteroinnin aikana. Tämän kuivausmenetelmän toinen haittapuoli on, että se aiheuttaa vaikeuksia pujottamisessa kuivaimen läpi 5 rainakatkon jälkeen. Menetelmää käytetään nykyään pääasi assa suuren neliömetripainon omaavien tai pienen neliömet-ripainon omaavien tuotteiden alkukuivaamiseksi.

Toisessa menetelmässä raina kuivataan kokonaisuudessaan 10 yhdessä suuren halkaisijan omaavassa pyörivässä höyryllä lämmitetyssä sylinterissä, joka tunnetaan nimellä "MG-sylinteri" tai MJenkkikuivain". Tärkeä piirre rainan kuivauksessa yhdellä sylinterillä on, että ensimmäinen kosketus kuivaimen pinnan ja rainan välillä luodaan puser-15 ruskohdassa. Metallinen, kumilla päällystetty puristin- tela, jota ympäröi puristinhuopa tai kangas, puristaa rainaa kuivaimen pintaa vasten n. 30-80 kN/m voimalla. Puristettaessa pehmeät märkärainakuidut luovat tiiviin kosketuksen kuivaimen pintaan, mikä johtaa korkeisiin 20 lämmönsiirto- ja kuivausnopeuksiin. Suurimmassa osassa nopeita uudenaikaisia jenkkikoneita on kuivausnopeutta edelleen lisätty puhaltamalla kuumaa ilmaa kuivaimen pintaan takertuvaan paperiin. Esikuumennetut ilmasuihkut tulevat nk. "suurinopeuksisesta" kuvusta, joka ympäröi ,25 suurta osaa jenkkikuivaimesta. Yleensä noin puolet kuiva- ·*·.: usenergiasta saadaan koneen sisäpuolella olevasta höyrystä ja loppuosa aikaansaadaan kuumalla ilmalla.

• « • · · • · • · .·. : Kun paperia kuivataan täydellisesti yhdellä isohalkaisi- • · · 3.0* jäisellä kuivaimella tarttuu se voimakkaasti kuivaimen * * * * pintaan eikä sitä voida turvallisesti irrottaa rikkomatta arkkia, varsinkin jos paperin neliömetripaino on alhainen. Valmistettaessa kreppisilkkipaperia raina kuivataan koko-' naisuudessaan yhdellä jenkkikoneella, ja kuiva tuote ero-•35'; tetaan kuivaimen pinnasta kreppausterällä. Terän vaiku-.··. tuksesta erotettu paperi rypistyy voimakkaasti, siinä on yleensä 225-120 kreppipoimua tuumaa kohden. Tällä tavalla 107172 6 krepatulla paperilla on alhainen vetolujuus, suuri omi-naistilavuus, pehmeys ja veden absorptiokyky, sekä karhea pinta. Nämä ominaisuudet tekevät kreppipaperista sopivia hygieniatuotteisiin, mutta sopimattomiksi käytettäviksi 5 painopaperina.

Korkeamman neliömetripainon omaavia, usein osittain kuivattuja selluloosarainoja, puristetaan joskus suurihalkai-sijäisiin kuivaimiin, MG-sylintereihin. Tällaiset vahvem-10 mat ja vähemmän tarttuvat rainat voidaan irrottaa kuivai-men pinnasta, jolloin saadaan tuote, jonka toinen puoli on sileä ja kiiltävä, tai "koneella kiillotettu" (Machine Glazed). Tällä tavalla käsitellyn tuotteen kaksi puolta ovat kuitenkin hyvin erilaiset, kuivaimen pinnan kanssa 15 kosketuksessa ollut rainapuoli on nimittäin sileämpi ja kiiltävämpi kuin vastapuoli. Tällainen tuote soveltuu käytettäväksi esim. taivelaatikoiksi, joissa vain toinen puoli näkyy, kun taas laatikon sisäpuoliselle kartongille asetetaan matalammat vaatimukset. Tästä syystä jenkkiko-20 neita käytetään nykyisin erityisesti pienen neliömetripai non omaaviin hygienia- tai pakkauspapereihin, jotka irrotetaan kuivaimelta kreppiterällä, ja MG-sylintereitä käytetään tiettyihin kartonkituotteisiin, joissa ero paperin puolten välillä on suotavaa.

.25 ·*·.: Jokin aika sitten kuvailtiin toinen menetelmä veden pois- • · :*·.» tamiseksi (US-patentti julkaisu 4324613), jossa selluloosa-• · .**·. raina puristetaan sylinterille, joka on lämmitetty reilus-• · « .·.: ti veden kiehumispisteen ylittävään lämpötilaan, esim.

• · · 3.0* 150 - 250°C. Kyseinen menetelmä, jota toisinaan kutsutaan » · ♦ nimellä "impulssikuivaus" perustuu korkeapainehöyryn kehittymiseen märän rainan joutuessa kosketukseen kuuman « « · '· kuivaimen pinnan kanssa puserruskohdassa. Kuuman kuivaimen • · · ’.* * seinän kohdalla muodostunut korkeapainehöyryn rintama •35· etenee nopeasti paperin paksuuden läpi ja poistaa suuren .*··. määrän selluloosarainaan sisältyneestä vesimäärästä vie reiseen huopaan. Koska vallitseva osa vedestä poistetaan 107172 7 nestemuodossa on menetelmä pikemminkin erityinen paperin-puristustapa kuin paperin kuivausta. Korkea höyrypaine telan ja paperin raja-alueella saa paperin irtoamaan telasta heti, kun se etenee puserruskohdasta. Paperin 5 kuivaukseen liittyviä haittapuolia ovat tuotteen kaksipuolisuus ja, tietyissä olosuhteissa, paperin halkeaminen kahteen kerrokseen korkean höyrypaineen vaikutuksesta arkin sisällä. Höyryn kehittäminen puserruskohdassa edellyttää tiettyä viipymää, joka saattaa rajoittaa tämän 10 kuivausmenetelmän käyttökelpoisuutta suurinopeuksisissa koneissa. Yhtään kaupallista suurinopeuksista impulssikui-vauslaitteistoa ei tällä hetkellä ole.

Painopaperiin asetettavat ensisijaiset vaatimukset ovat 15 hyvä pintasileys, kummankin paperipuolen identtiset omi naisuudet sekä päällimmäisten kuitujen ja lyhyiden kuitujen kyky olla irtoamatta tahmean musteen mukana painopro-sessin aikana (matala kuitupölyntätaipumus). Riippumatta käytössä olevasta painomenetelmästä paranee paperin paino-20 laatu sileämmän pinnan myötä. Tästä syystä kaikkien paino-papereiden sileyttä parannetaan kalanteroimalla kuiva paperi yhdessä tai useammassa kiillotettujen kalanteroin-titelojen muodostamassa puserruskohdassa. Paperin kalante-roinnin myötä karheus vähenee ja kiilto lisääntyy, mikä on toivottavaa, lisäksi paperi ohenee, mikä on toivottavaa */.: vain tietyissä lajeissa. Ei-toivottuja tuloksia ovat pie- nempi veto-, repäisy- ja puhkaisulujuus sekä pintakuitujen « « ja lyhyiden kuitujen huonompi koheesio rainan muun osan • · » .·. : kanssa. Pintamateriaali, joka osittain irtoaa kalanteroin- • * · #&0* titelojen vaikutuksesta tai muulla tavalla, saattaa irrota • · · paperin painamisen aikana tahmeaan musteeseen ja kasaantua . . painolevyille. Kyseisen "kuitupölyn" kasaantuminen paino-sylinterille tai painolaatalle aikaansaa ei-toivottuja « « · v ' täpliä. Näin ollen kuitupölyyntymistaipumus on vakava •35· virhe painopaperissa.

« *

Painopaperin toivottaviin ominaisuuksiin kuuluvat alhainen 8 107172 karheus, hyvä kiilto, korkea veto- ja repäisylujuus, alhainen kuitupölyyntymistaipumus eikä eroa paperin kahden puolen ominaisuuksissa. Vaikka paperin sileyttä ja kiiltoa voidaan parantaa kalanteroimalla, on tällä käsittelyllä 5 kuitenkin negatiivinen vaikutus paperin vahvuuteen ja kuitupölyyntymistaipumukseen. Tästä syystä käytetään toisinaan muita ja kalliimpia menetelmiä, esim. kalliimpia paperimassoja sulppuna, vähentämään kalanterointimäärää, joka tarvitaan mekaanisista paperimassoista valmistetun 10 painopaperin ominaisuuksien optimoimiseksi. On selvästikin toivottavaa, että kehitetään menetelmä, joka tuottaisi sileämmän ja kiiltävämmän paperin, erityisesti sanomalehtipaperin, vaikuttamatta negatiivisesti paperin vahvuuteen ja kuitupölyyntymistaipumukseen.

15

Samanlaiset pintaominaisuudet paperin kummallakin puolella on toinen tärkeä vaatimus paperin painolaaduille. Pienten, mutta yhdenmukaisten poikkeamien pintakarheuden, kiillon tai lyhyiden kuitujen optimiarvoista vaikutus painolaatuun 20 voidaan tietyssä määrin kompensoida modifioimalla painokoneen prosessiparametrejä. Ero paperin kahden puolen paino-ominaisuuksissa, n. k. kaksipuolisuus, johtaa kuitenkin huomattaviin ja tästä syystä ei-toivottuihin eroihin kahden vastakkaisen sivun painolaadussa.

; 25

Teollisuuden asettama merkitys kaksipuolisuudelle havai-taan siitä, että viimeisen 20 vuoden aikana suurin osa « · .·**. sanomalehtipaperin muodostajista on vaihdettu tasoviira- .·. : koneista kaksoismuodostajiksi. Suurin syy näihin muutok- • · · siin oli alhaisempi kaksipuolisuus arkissa, josta vesi on # · « * poistettu symmetrisemmin kaksoismuodostajassa. Paperi, joka etenee tavanomaisen sylinterikuivausosaston läpi joutuu kosketukseen vuorottain kummallakin puolellaan ' peräkkäisten kuivainten tai kuivainsarjojen kanssa Total .35· Bel Run -järjestelmässä. Kuivaamista kummankin puolen läpi on pidetty välttämättömänä kaksipuolisuuden estämiseksi. Jenkkikoneita tai MG-kuivaimia ei ole pidetty sopivina

I I

I « 107172 9 paperin painolaaduille, koska ne tuottavat krepattuja tai karkeasti kaksipuolisia tuotteita.

On keksitty menetelmä päättymättömien selluloosarainojen 5 jatkuvaksi kuivaamiseksi kuivausnopeudella, joka ylittää sylinterikuivaimilla normaalisti saavutetun nopeuden. Tämän menetelmän mukaisesti kuivattu paperi on vahvempaa, sileämpää, kiiltävämpää, ja sen pintalujuus on korkeampi kuin tavanomaisilla menetelmillä kuivatulla paperilla. 10 Menetelmä soveltuu erityisen hyvin sellaisten märkien selluloosarainojen kuivaamiseksi, jotka on tarkoitettu painotuotteiksi, esim. sanomalehtipaperiksi tai bond-pape-riksi.

15 Menetelmä käsittää vesipitoisen selluloosarainan kuivattamisen paperiksi ainakin kahdella kuumennetulla sylinterillä siten, että paperin toinen puoli sijaitsee ensimmäisen sylinterin pinnan vieressä ja toinen puoli toisen sylinterin pinnan vieressä.

20

Keksinnön mukaisesti vesipitoinen selluloosaraina syötetään ensimmäiselle kuumennetulle sylinterille ja rainan ensimmäinen puoli puristetaan ensimmäisen kuumennetun sylinterin sileätä pintaa vasten siten, että ensimmäinen \2ψ puoli tulee kosketukseen sileän pinnan kanssa. Tuloksena saatava osittain kuivattu raina poistetaan ensimmäiseltä » * sylinteriltä ja syötetään toiselle kuumennetulle sylinte- t · .·**. rille ja puristetaan toisen kuumennetun sylinterin sileätä it t ,·. : pintaa vasten siten, että rainan toinen puoli tulee koske- • · · tukseen toisen sylinterin sileän pinnan kanssa; toinen 4 11 puoli on vastakkain ensimmäisen puolen kanssa, jonka jälkeen tuloksena saatava kuivattu selluloosaraina poistetaan * « · *mainitulta toiselta sylinteriltä. Osittain kuivatun rainan # puristaminen toisen sy inter in sileätä pintaa vasten suori-<35♦ tetaan puristamalla sileällä, läpäisemättömällä puristus- . . telalla rainaa vasten, joka on kosketuksessa ensimmäisen • puolen kanssa.

10 107172

Keksinnön toisessa sovelluksessa esitetään laitteisto menetelmän toteuttamiseksi. Laitteisto käsittää ensimmäiset ja toiset pyöritettävät sylinterit, joissa kaikissa on 5 sileä lieriömäinen pinta. Lieriömäisten pintojen kuumenta miseksi esitetään kuumennusväline. Tela on sijoitettu puristamaan päättömän vettä sisältävän selluloosarainan ensimmäinen puoli kosketukseen ensimmäisen sylinterin sileän lieriömäisen pinnan kanssa. Sileä läpäisemätön 10 puristustela on sijoitettu koskettamaan rainan ensimmäistä puolta ensimmäisen sylinterin jälkeen ja puristamaan rainan toinen puoli kosketukseen toisen sylinterin lieriömäisen pinnan kanssa. Käyttölaite käyttää sylintereitä.

15 Ensimmäisillä ja toisilla sylintereillä on edullisesti iso halkaisija, 3-8 metriä, yleensä n. 6 metriä, ja sylinte-reiden pintalämpö on 105 ja 130°C välillä, edullisesti n. 118 ° C.

20 Puristuskuormitus puristettaessa rainaa ensimmäistä ja toista sylinteriä vasten on edulisesti 65-150 kN/m, sopi-vimmin n. 100 kN/m.

Raina kulkeutuu sopivasti kosketukseen sylintereiden kansasi sa paperikoneen vakionopeudella, esim. 600-1500 m/min, ja ·*·.: menetelmä soveltuu erityisen hyvin koneisiin, joiden työs- • · ;**.· kentelynopeus on yli 1000 m/min. . Saavutettava kuivaus- '* ** 2 .·*. nopeus on välillä 70 ja 100, yleensä n. 85 kg/m h ensim- ,*] ; mäisellä sylinterillä ja 15-30, yleensä n. 25 kg/m h toi- sella sylinterillä.

< · · «

Ensimmäisessä puristusvaiheessa raina puristetaan ensim- • # · *· "· mäistä sylinteriä vasten puristamalla huokoinen, kokoonpu-V : ristuva materiaali, esim. huopa, kosketukseen rainan toi- 35· sen puolen kanssa.

4 i * « · • · Täten tietyssä sovellutuksessa raina, josta on aikaisemmin « 107172 11 tavanomaisessa puristusosassa poistettu vesi, puristetaan ensimmäiselle suurihalkaisijäiselle kuivaimelle huovan avulla, jota tukee puristustela, joka on varustettu joillakin pinnassa olevilla onkaloilla veden vastaanottamisek-5 si, joka pakenee puserruskohdasta. Osittain kuivattu raina puristetaan toiselle suurihalkaisijäiselle sylinterille huovattoman sileän puristustelan avulla. Suurihalkaisijäiset kuivaimet toimivat ilman kuivaushuopia ja edullisessa sovellutusmuodossa ne on varustettu suurinopeuksisilla 10 kuvuilla, infrapunalämmittimillä tai muilla ulkoisilla kuivausvälineillä. Sellaisten rainojen kuivaaminen, jotka on puristettu sileän kuivaimen pinnalle aikaansaa paperia, jolla on parempi vahvuus, kiilto ja sileys kuin tavanomaisella tavalla kuivatulla paperilla. Sileä, huovaton puris-15 tustela toisella suurihalkaisijäisellä kuivaimella säilyttää ensimmäisellä kuivaimella kehitetyn paperin sileyden. Tällä menetelmällä saavutetut kuivausnopeudet ovat 6-10 kertaa korkeammat, kuin tavanomaisilla kuivausosastoilla saavutetut.

20

Keksintöä kuvataan erityisesti ja edullisia sovellutuksia viitaten oheisiin piirroksiin, joissa: kuvio 1 esittää kaaviomaisesti kuivauslaitteiston käytet- täväksi keksinnön mukaisessa menetelmässä? .2.5; kuvio 2 esittää kaaviomaisesti modifioidun kuivauslait- \ teiston, joka ei ole tyydyttävä; !..* kuvio 3 esittää kaaviomaisesti suurinopeuksisella kuvulla varustetun kuivauslaitteiston käytettäväksi keksinnön *· mukaisessa menetelmässä; • « · *3O* kuvio 4 esittää kaaviomaisesti tavanomaisen kuivainkokoon- panon ? • · : kuvio 5 esittää kaaviomaisesti kuvion 4 mukaisen tavan- » · omaisen kuivainkokoonpanon modifioituna sisältämään kuiva-‘ . uslaitteiston keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisek- 35 si; ja kuvio 6 esittää kaaviomaisesti koekuivauskoneen keksinnön : ·. mukaisen menetelmän toteuttamiseksi.

107172 12

Kuivauslaitteisto koostuu kahdesta suurihalkaisijäisestä sylinteristä 1, 2 ja kahdesta puristustelasta 3, 4, jotka on varustettu rainankuljetuslaitteilla (kuvio 1). Puris-5 tushuopa 6 rainaa 5 puristustelan 3 ja kuivaimen 1 muodostamaan puserruskohtaan. Kuljetuslaite käsittää il-materän ja tyhjötelan 8. Ilmaterän 7 ja tyhjötelan 8 yhteisvaikutus siirtää rainan kuivaimesta 1 kuljetinkankaal-le 9. Kiinteä, sileä puristustela 4 poimii rainan ja pu-10 ristaa sen toiselle kuivaimelle 2. Osittain tai täysin kuivattu raina poistetaan kuivaimelta 2 ilmaterän 10 avulla ja tyhjötelan 11 avustamana se siirretään kuljetinkan-kaalle 20, joka kuljettaa sen seuraavaan koneosaan, esim. jälkikuivaimeen tai kalanteriin.

15

Raina 5 saapuu kuivaimeen 1 tavanomaisesta puristimesta n. 30-46 % kuiva-ainepitoisuudessa sen mennessä sisään puristustelan 3. ja kuivaimen 1 muodostamaan puserruskohtaan. Puserruskohdassa raina puristetaan kuivaimen pintaan 20 puristushuovalla 6 ja rainan kuitujen ja kuivainten pinnan välille luodaan tiivis kosketus. Tällaisen kosketuksen aikaansaamiseksi tarvittavat puserruskohtakuormitukset muistuttavat niitä, joita yleensä käytetään paperikoneiden • *: puristusosastoissa (I.I. Pikulik and I.T. Pye, Survey of •25| Press Section of Canadian Pulp, Paper and Board machines, • « : TS CPPA, Montreal, 1986). Korkeammat puserruskohtakuor- ♦ * .···. mitukset, esim. yli 100 kN/m, saattavat johtaa parempaan • · Γ*. veden poistumiseen puserruskohdassa ja hieman suurempaan • ·· kuiva-ainepitoisuuteen rainassa, joka poistuu puserruskoh-Vo’ dasta. Esillä olevassa keksinnössä on kuitenkin todettu, että suuria puserruskohtakuormituksia ei tarvita korkeiden • · *.*·: lämmönsiirtonopeuksien ja siten korkeiden kuivausnopeuk- : sien saavuttamiseksi. Suhteellisen alhaiset puserruskohta- ____: kuormitukset, jotka vastaavat tavanomaisissa ensimmäisissä • · 35' puristimissa usein käytettyjä, esim. 25-40 kN/m riittävät kehittämään riittävän kuivausnopeuden ensimmäisessä kui-: *·· vaimessa. Toisaalta korkeat puserruskohtakuormitukset 107172 13 edistävät paperin hyvän kiillon ja sileyden kehittymistä, alhaisempi karheus ja suurempi kiilto saavutetaan käytettäessä puserruskohtakuormituksia välillä 40-150 kN/m.

5 Kuivainten 1 ja 2 pinta kiillotetaan sileäksi koska telan pinnan ominaisuudet kopioituvat paperin pintaan ja alhainen karheus on toivottavaa, jotta paperin paino-ominaisuudet olisivat hyvät- Kuten yleensä MG-sylintereissä tai silkkipaperikoneiden kuivaimissa voidaan tukipuristustelat 10 3 varustaa syvennyksillä, kuten imurei'illa, läpimenemät- tömillä porarei'illä tai urilla, jotka pystyvät vastaanottamaan vettä rainasta ja puristushuovasta. Toisaalta pu-ristustelan 4 tulee olla sileä ilman suuria pinnassa olevia piirteitä. Tela 4 on kosketuksessa paperin sileän ja 15 kiiltävän puolen kanssa, jonka kuivain 1 aikaisemmin kiil lotti . Tavanomaisessa huovalla varustetussa puserruskoh-dassa, esim. kuivaimen 1 ja telan 3. väliin muodostetussa tai tavanomaisten puristustelojen välissä olevassa, paperin toinen puoli puristetaan puristushuovan pintaa vasten. 20 Huovan pinta on karheampi ja jäykempi kuin kostean paperin. Rainan 5 sileän alapuolen puristaminen tavanomaisella tavalla, eli puristushuovalla 12 kuviossa 2 esitetyllä tavalla, lisää tämän paperipuolen karheutta ja vähentää sen kiiltoa ja suurilta osin eliminoi ensimmäisessä kui-.25; vaimessa saavutetut paperipinnan parannukset. Tästä syystä I I esillä olevan keksinnön ainutlaatuinen ominaisuus on rai-♦ · « nan puristaminen sileällä, läpäisemättömällä telalla .4 *;·** kuumennetun sylinterin 2 pinnalle. Tavanomaiset puristus-« · · *· '· telapäälliset, jotka on valmistettu kovasta kumista tai • · · :3O* muusta materiaalista, sopivat tähän telaan. Puristustelan 4 ja kuivaimen 2 muodostaman puserruskohdan kuormitukset ovat riippuvaisia tuotteelle halutuista ominaisuuksista. Korkeammat puserruskohdan kuormitukset lisäävät kuivaus-nopeutta toisessa kuivaimessa sekä paperin yläpuolen sile-yttä. Paperin yläpuolen sileys on myöskin suurempi, jos toiselle kuivaimelle saapuvan paperin kosteutta lisätään. S'·.. Samanlainen sileys ja kiilto paperin kummassakin puolessa 107172 14 saavutetaan säätämällä kuivaimen pinnan lämpötilaa, suuri-nopeuksisten kuomujen parametrejä ja kahden kuivaimen puserruskohdan kuormituksia.

5 Kuivaimen vedenpoistokapasiteetti kaksinkertaistuu, kun se varustetaan n.k. suurinopeuksisella kuomulla kuvion 3 osoittamalla tavalla. Esikuumennetut ilmasuihkut, jotka puhalletaan suurinopeuksisesta kuomusta 13 rainaan 5 tämän edetessä kuivaimen ympäri aikaansaavat lämmön, jota tarvi-10 taan veden haihduttamiseksi ja vesihöyryn kuljettamiseksi pois paperin läheisyydestä. Suurinopeuksista kuomua voidaan käyttää sovellettaessa tätä keksintöä suurinopeuk-sisiin koneisiin, suuren neliömetripainon omaaviin paino-papereihin, tai milloin vain halutaan suurempi kuivaus-15 kapasiteetti. Suurinopeuksisen kuomun rakenne ja toimin-taparametrit eivät ole esillä olevan keksinnön kohteena.

T. Gardnerin [Tappi, 47(4) 210 (1964)] kuvailemaa tai muuta tehokasta kuomua voidaan käyttää. Vaihtoehtoisesti voidaan kuivausnopeuden lisäämiseksi käyttää muita ulkoi-20 siä lämpölähteitä, esim. infrapunalämpöä.

Kun märkä raina kuivataan esillä olevan keksinnön mukaisesti lähes kaikki vesi haihtuu rainasta, joka on lähei-·1·’: sessä kosketuksessa kuivainten sileän pinnan kanssa. Näis- •25; sä olosuhteissa raina ei pysty valikoivasti kutistumaan .·. : tietyistä alueista ja kehittää poikkeamia tasomaisuudesta.

.···. Täten paperi, joka on kuivattu kahdella suurihalkaisijai- l". sella kuivaimella siten, että sen kuiva-ainepitoisuud ylittää 80 % ei kehitä ei-toivottua pientä poikkeamaa - • · · *301 tasomaisuudesta tai epätasaisuuksia.

» \2i Kuivaimet 1 ja 2 voidaan kuumentaa eri tavoin, esimerkiksi V : sisäisesti painehöyryllä tai suoralla liekillä, sähköin- duktiolla, infrapunasäteilyllä tai ulkoisesti esimerkiksi 2 » · 35. sähköinduktiolla tai muulla tavoin. Suurin osa nykyisin käytössä olevista jenkkikuivaimista tai MG-sylintereistä '· kuumennetaan sisäisesti keskipainehöyryllä, vastaavia 15 menetelmiä voidaan soveltaa myös esillä olevaan keksintöön.

Kuivaimen pinnan optimilämpö on riippuvainen rainan omi-5 naisuuksista. Jos kuivaimen lämpötila on liian korkea ja rainan vesihöyryjen läpäisykyky on matala, saattaa kuivaimen pinnan ja paperin väliin kehittyä painehöyrykerros impulssikuivausta muistuttavalla tavalla. Korkeissa käyttönopeuksissa ja lyhyessä puserruskohdan vaikutusajassa 10 kyseinen höyry ei siirtäisi nestemuotoista vettä kuten impulssikuivauksessa, mutta se saattaisi osittain erottaa rainan kuivaimen seinästä ja vähentää kuivaimen ja kuitujen välistä välitöntä kosketusaluetta. Tämä johtaisi hitaampaan lämmönsiirtymiseen ja hitaampaan kuivumiseen. 15 Liian alhainen lämpötila kuivaimen pinnassa johtaisi pieneen lämpötilaeroon paperin ja kuivaimen välillä ja sen seurauksena alhaiseen lämmönsiirtoon ja hitaaseen kuivumiseen. Kuivaimen pinnan lämpötila voi vaihdella välillä 100 °C ja 140°C, lämpötilat alueella 108-140°C todettiin 20 erityisen sopiviksi sanomalehtipaperin kuivaamiseksi.

Esillä olevassa keksinnössä kuvattu kuivaimien poistama veden määrä on riippuvainen rainan ja kuivaimen välisestä kosketusajasta, joka puolestaan on riippuvainen kuivaimien ’25. halkaisijasta ja koneen nopeudesta. Kuivaimien halkaisija * I määräytyy tuotteiden neliömetripainon, puristetun rainan • · · kosteusmäärän ja koneen nopeuden perusteella. Kuivaimet, ’···' joilla on suuri halkaisija pystyvät aikaansaamaan matalan neliömetripainon omaavien painolaatujen täydelliseen kui- • · · :3Ϊ): vaamiseen tarvittavan viipymän. Useat käytännön syyt ra joittavat kuitenkin kuivainten kokoa. Esimerkiksi uudenai-kaiset kreppipaperia tuottavat koneet käyttävät yleensä yhtä ainoata kuivainta, jonka halkaisija on n. 6-7 m.

35* Paras kuidun ja sylinterin välinen kosketus ja näin ollen '···' korkein kuivausnopeus saavutetaan, kun raina puristetaan : ·. kuivaimen pintaan alhaisessa kuiva-ainepitoisuudessa, 107172 16 koska vedestä turvonneet selluloosakuidut ovat mukautuvia ja noudattavat kuivaimen pintaa. Täten suurin kuivaus-nopeus saavutetaan, kun raina puristetaan yhdelle sylinterille ja kuivataan täydellisesti sillä. Yhden ainoan sy-5 linterin kuivauskapasiteetti on kuitenkin liian pieni nopealle paperikoneelle. Lisäksi yksittäisellä kuivaimella kuivattu paperi tarrautuu liian voimakkaasti tämän pintaan, on vaikeata irrottaa kuivaimesta ja on hyvin kaksipuolista. Näiden ongelmien välttämiseksi on paperi kuivat-10 tava ainakin kahdella sylinterillä. Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa raina puristetaan ensimmäiselle kuiva-ussylinterille, kun sen kuiva-ainepitoisuus vastaa tavanomaisen puristinosan lopussa saavutettua, eli 35-50 %. Raina poistetaan ensimmäiseltä sylinteriltä, kun sen kui-15 va-ainepitoisuus on 55-75 % ja puristetaan toiselle sylin terille. Korkeammassa kuiva-ainepitoisuudessa selluloosa-kuidut ovat vähemmän turvonneita, jäykempiä ja puristettaessa aikaansaadaan vähemmän täydellinen kosketus toisen kuivaimen pinnan kanssa. Tästä ja muista syistä kuivaus-20 nopeus toisella kuivaimella on alhaisempi kuin ensimmäi sellä kuivaimella.

Edullisessa sovellutusmuodossa paperi kuivataan lopulli- • · : seen kuiva-ainepitoisuuteensa, eli n. 90 %, ainoastaan •25/: kahdella isohalkaisi jäisellä kuivaimella, jolloin tämä .*. : menetelmä aikaansaa korkean kuivausnopeuden, hyvin sileän ,···. ja kiiltävän paperin pinnan ja paremman paperin vahvuuden.

Pieni, mutta kuitenkin olennainen parannus paperin siley-'./ teen ja kiiltoon voidaan aikaansaada puristettaessa pape- 3*0 ria kuivaimelle, jolla on pienempi halkaisija. Tällä ta valla osittain kuivattua paperia voidaan kuivata edelleen • 9 *. *: muiden menetelmien avulla. Kaksi puristusteloilla varus- : tettua kuivainta on mahdollista asentaa tavanomaisen sylinterikuivainosaston puitteisiin tuotteen pintaominai-35. suuksien parantamiseksi. Kuviossa 4 esitetään kaavio V tavanomaisesta kuivainosastosta. Kuviossa 5 esitetään : '·· tavanomainen kuivainosasto modifioituna kahdella siihen 107172 17 asennetulla puristusteloin varustetulla kuivaimella. Kuviossa 5 esitetyllä tavalla modifioitu kuivainosasto tuottaa korkeamman kuivausnopeuden ainoastaan kahdella kuivaimella 14 ja 15, joille paperi puristetaan puristusteloilla 16. 5 Lisäkuivainsylinterit voidaan varustaa puristusteloilla, jos halutaan lisää kuivauskapasiteettia ja parempia paperin pintaominaisuuksia. Ensimmäisillä kuivaimilla, jossa rainan kuiva-ainepitoisuus on liian alhainen, märkiä rai-noja työstävät puristustelat on kuitenkin varustettava 10 huovalla, jotta puserruskohdassa paperista poistuneella vedellä olisi poistumistie, ja kuivempia rainoja (joiden kuiva-ainepitoisuus on esim. 57 % tai korkeampi) työstävien puristustelojen tulisi olla ilman huopaa ja sileitä, jotta arkkiin ei tulisi jälkiä. Paperia voidaan puristaa 15 mille tahansa kuivaimen sylinterille, mutta rainan kuiva-ainepitoisuuden laskiessa vähenevät rainan kuivaimeen puristamisesta johtuvat myönteiset vaikutukset.

Kuivaimesta tulevan korkean lämmönsiirtonpeuden ja suurin- 20 opeuksisesta kuomusta puhallettavan ilman yhteisvaikutus 2 tuottaa korkean kuivausnopeuden. 160 kg vettä/m tunnissa kuivausnopeus saavutetaan silkkipaperikoneiden kuivaimis- sa. Kokeissamme, jotka kuvataan myöhemmin, saavutettiin sanomalehtipaperia kuivattaessa kuivausnopeus, joka oli n.

• ·* 2 .25: 90 kg vettä/m tunnissa jopa ilman puhallettavaa ilmaa.

.1. j Keskimääräinen kuivausnopeus tavanomaisissa sanomalehti- paperin kuivaussylintereissä on verrattaessa vain n. 15 kg : : 2 vettä/m tunnissa (TAPPI Technical Information Sheet 0404- • · * '* 15, tarkistettu 1986).

Edullisessa sovellutusmuodossa raina kuivataan kahdella • · kuivaimella, joiden halkaisijat ovat n. 5-7 m. Kaksi suu-rihalkaisijäistä kuivainta, vaikka ne olisi varustettu suurinopeuksisilla kuomuilla, eivät välttämättä pysty 3,5 täysin kuivaamaan rainaa hyvin nopeissa koneissa, varsin-·; kin jos ne tuottavat tuotteita, joilla on suurempi neliö- : metripaino. Jos tarvitaan enemmän kuivauskapasiteettia, on 107172 18 mahdollista käyttää lisäkuivaimia rainan kuivaamisen viimeistelemiseksi toisen kuivaimen jälkeen. Tässä kokoonpanossa kuivaimen pinnalle puristetun rainan kuiva-ainepitoisuus on suhteellisen alhainen, mikä on edellytyksenä 5 hyville paperin pintaominaisuuksille. Kun paperissa on kerran aikaansaatu korkea kiilto ja sileys sen kuivattua kahdessa peräkkäisessä isossa kuivaimessa siten, että sen kuiva-ainepitoisuus on 70 % tai korkeampi, pysyvät nämä halutut ominaisuudet paperissa, joka sen jälkeen kuivataan 10 muilla menetelmillä. Tällainen lisäkuivaus voidaan suorittaa tavanomaisilla kuivaussylintereillä tai muilla menetelmillä. Ylimääräinen kosteus, joka jää toisesta kuivai-mesta jatkavaan rainaan, voidaan esimerkiksi haihduttaa kuivaimessa, jossa puhallettava ilma yhdistetään arkin 15 läpi kulkevaan ilmakäytävään (US-patenttijulkaisu 3248798), kyseinen kuivain tunnetaan nimellä Papridryer.

Seuraavassa esitetään joitakin esimerkkejä kokeista, joissa on käytetty esillä olevan keksinnön mukaista menetel-20 mää:

Esimerkki 1. Esitetään, että vain yhteen kuivaimeen puristettu paperi on vahvempaa ja että siinä on yksi sileä ja ; **: yksi kiiltävä puoli.

·2·5| .·. : Sanomalehtipaperiarkkia, jonka neliömetripaino oli 50 '. ‘I 2 .···. g/m , valmistettiin sulpusta koepaperikoneessa, joka oli varustettu kaksoismuodostimella ja jonka toimintanopeus *,/ oli 800 m/min, sulppu käsitti 18 % havupuusulfaattisellu- « · « 30 loosaa ja 82 % kivellä hiottua puuhioketta. Arkki puris tettiin paperikoneelle kahteen puserruskohtaan, joiden *. *: kuormitus oli 45 ja 90 kN/m, ja kelattiin lähes 40 % kui- : va-ainepitoisuudessa. Arkin lisäkäsittely suoritettiin kuviossa 6 esitetyssä koepaperikoneessa. Märkä paperi .3-5. kelattiin auki kelalta 18 ja kuljetettiin 100 ra/min nopeu- ’·’ della puristushuovan 6 avulla puristustelan 2 ja kuivain- : ’·· telan 1 muodostamaan puserruskohtaan. Kuivaintela kuumen- 107172 19 nettiin ulkoisesti sähköinduktiolla. Puserruskohdan kuormitus oli 100 kN/m ja telan lämpötila n. 125°C. Puristus-telan 3. halkaisija oli 0,76 m ja kuivaimen 1 0,88 m. Paperin viipymä kuivaintelalla oli n. 1,60 s, mikä vastaa 5 viimpymää kuivaimella, jonka halkaisija on 6 m ja jonka toimintanopeus on 700 m/min. Kelalla 18. olleen arkin kuiva-ainepitoisuus oli 39,2 % ja kelalla 19 olleen 61,2 %.

2 Tämä vastaa 104 kg vettä/m kuivanneita tunnissa.

10 Vertailukokeessa samanlainen arkki puristettiin vastaavissa olosuhteissa, kuivainta 1 ei kuitenkaan kuumennettu.

Näytteet kummastakin kokeesta kuivattiin täysin pyörivässä valokuvauskuivaimessa kahden kuivauspaperin väliin puserrettuina, säilytettiin yön yli 25°C:ssa ja 50 % suh-15 teellisessä kosteudessa, jonka jälkeen ne testattiin.

Kummankin kokeen joitakin fyysisiä ja pintaominaisuuksia esitetään taulukossa I.

Taulukko I Valitut ominaisuudet esillä olevan keksinnön mukaisesti kuivatussa sanomalehtipaperi-20 näytteessä sekä vertailunäytteessä

Hunter kiilto HD Veto-

Sileys 75¾ katkeamis- energian Repäisy- ·’: PPS-S10 finni (I)_pituus_absorptio indeksi ' ‘. 2 Näyte Ylä- Ala- Ylä- Ala- (km) (mJ/g) (mN m /g) ;\j puoli puoli puoli puoli

Vertailu 6,4 6,8 5,6 5,0 3,5 245 6,3 !..* Vain toiselta 3,5 7,6 19,2 4,6 4,8 397 6,2 30 puolelta käsitelty paperi « « · • «« • · ______ _ ________ • · · • » ·

Tavanomaisella tavalla valmistetulle kalanteroimattomalle .35. sanomalehtipaperille ovat tyypillisiä pintaominaisuuksia,

« R

• jotka mitataan kummaltakin puolelta tarkistuskoe-erästä, : *' joka puristettiin kylmälle kuivaintelalle, PPS-S10- arvo 107172 20 n. 7 μ ja lähellä 6 % oleva Hunter kiilto. Karheus ja kiilto paperin alapuolella, joka puristettiin huopaa vasten ja sen jälkeen kuljetettiin kuumennetun puristustelan ympäri, olivat samanlaisia kuin vertailunäytteestä mita-5 tut. Toisaalta kuivaimen pinnan välittömässä läheisyydessä olleen koe-erän yläpuoli oli paljon sileämpi ja kiiltäväm-pi kuin tarkistuserän tai tavanomaisesti kuivatun sanomalehtipaperin .

10 Vaikka taulukossa I listatut ominaisuudet oli mitattu kalanteroimattomalla paperilla, vastaavat esillä olevan keksinnön mukaisesti kuivatun sanomalehtipaperin yläpuolesta todetut 3,5 μπι PPS-S10 karheus ja 19 % Hunter kiilto arvoja, jotka yleensä saavutetaan vain täysin kalanteroi-15 dussa sanomalehtipaperissa. Tämä osoittaa, että esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettu paperi vaatii joko olennaisesti vähemmän kalanterointia kuin tavanomainen paperi tai ei ollenkaan kalanterointia. Koska n. 30 % paperin vetolujuudesta yleensä menetetään kalanteroinnis-20 sa, pystyy esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettu paperi säilyttämään enemmän alkuperäisestä vahvuudestaan. Yleisesti käytetty kriteeri paperin vahvuudelle on katkea-mispituus, eli se paperin pituus, jossa se katkeaisi omas-| * : ta painostaan. Tätä kriteeriä käyttäen oli esillä olevan •2-§i keksinnön mukaisesti kuivattu näyte 37 % vahvempaa kuin :*..j vertailunäyte. Vetoenergian absorbointi (TEA) kuvaa sekä .···. vetolujuutta että paperin venyvyyttä. Keksinnön mukaisesti .·[ ; valmistetun paperin TEA oli 38 % korkeampi kuin tarkis- I..* tuserän. Kun vetolujuuden lisäämistä tavanomaisilla kei- « ♦ · ♦ « · 30 noilla, esim. jauhamalla tai lisäämällä vahvuutta lisääviä kemikaaleja, usein seuraa repäisylujuuden heikentyminen, • « • · · *·*: ei tällaista negatiivista vaikutusta esiintynyt sovellet- • » · ·.· ; taessa keksintöä.

,35. Esimerkki 2 esittää, että ensimmäisessä kuivaimessa ai- i kaansaatu sileys tuhoutuu puristettaessa paperia huovalla : *·· toiselle kuivaimelle.

21 107172 Märkää sanomalehtirainaa valmistettiin esimerkissä 1 kuvatulla tavalla ja käsiteltiin kuviossa 6 esitetyssä koekui-vaimessa. Paperi kelattiin auki kelalta 18, siirrettiin 5 puserruskohdan läpi ja kuivaimen 1 yli ja kerättiin kelalle 19. Yksi erä tällä tavalla käsiteltyä paperia poistettiin ja kela lj) sijoitettiin uudelleen asentoon 18. Tämän jälkeen arkki siirrettiin jälleen puserruskohdan läpi ja kuivaimen yli siten, että huopaa vasten ensimmäisellä 10 kerralla ollut paperin puoli oli nyt kuivainta vasten toisella kerralla. Alkuperäisen paperin kuiva-ainepitoisuus oli 43,8 %, ensimmäisen kierroksen jälkeen 67,3 % ja toisen kierroksen jälkeen 80,3 %. Joitakin tämän kokeen toimintaparametrejä ja paperitestituloksia esitetään tau-15 lukossa II.

Taulukon II tiedot osoittavat, että ensimmäisellä kierroksella kuivaimen läpi, kuivaintelan kanssa kosketuksessa olleen yläpinnan karheus ja kiilto paranivat olennaisesti. 20 Ensimmäisellä kierroksella huopaa vasten puristuneen arkin alapuolen karheus säilyi muuttumattomana ja sen kiilto parani vain marginaalisesti verrattaessa vertailuarkkiin.

Taulukko II. Joitakin toimintaparametrejä ja paperin ominaisuuksia 25: _ .···. Kuivaimen Puserrus- Kuivaus- Karheus Γ*. lämpötila kohdan nopeus PPS-S10 (μιι) Hunter (4C) kuormitus (kg/m2h) Ylä Ala kiilto75'(I) 30 * (kN/m) Ylä Ala ·.’·· Alkuarkki 6,9 7,2 6,2 6,8 *·,·' : Ensimmäinen kierros 121 150 85 4.1 7,2 10,8 9,8 .Toinen kierros 100 150 25 5,8 3,6 6,9 16,5 3-5 _ huovan puristamana • 1 « « · 107172 22

Toisen kierroksen aikana paperin alapuoli puristettiin kuivaimen pintaa vasten- Kuten taulukossa II esitetään, johti tämä dramaattiseen karheuden vähenemiseen, se putosi arvoon 3,6 μτη ja kiillon paranemiseen, joka kasvoi arvoon 5 16,5 %. Tällaisia karheus- ja kiiltoarvoja löytyy yleensä täysin kalanteroidussa sanomalehtipaperissa. Vastakohtana tälle paperin yläpuolen pintaominaisuudet huononivat toisen kierroksen aikana. Puristushuovan kohdistaman kokoon-puristamisen jälkeen, toisessa puristustelan ja kuivaimen 10 muodostamassa puserruskohdassa muodostuivat paperin yläpuolen kiilto ja karheus samanlaisiksi kuin kalanteroimat-tomassa tavanomaisessa sanomalehtipaperissa.

Tämä esimerkki osoittaa, että paperin alapinnan olennainen 15 parannus voidaan aikaansaada jopa toisessa kuivaimessa, jolle raina puristetaan huovalla päällystetyn telan avulla, kuten tavanomaisessa MG- tai jenkkikoneella suoritettavassa kuivauksessa. Tällainen toiminta kuitenkin tuhoaa paperin yläpuolen sileyden. Lisäksi koe osoittaa, että 20 olennaisesti korkeampi kuivausnopeus, nimittäin 80,5 2 kg/m h, saavutetaan rämällä, joka puristettiin kuivaimel- le alhaisessa kuiva-ainepitoisuudessa kuin kuivausnopeus 2 (25,3 kg/m h), joka saavutettiin kun samaa rainaa käytet-·*·'; tiin sen kuiva-ainepitoisuuden ollessa alussa korkeampi 25: eli 67,3 %. Tästä syystä on edullista kuivata paperia vain .·. : kahdella isohalkaisijäisellä kuivaimella, koska silloin .···. pystytään käyttämään mahdollisimman korkeita alkukuiva- V. ainepitoisuuksia. Tässä kokeessa paperin viipymä kuivai-*..* tuessa vastasi aikaa, joka saavutettiin 6 m halkaisijan |l» ‘3*0* kuivaimella, jonka toimintanopeus oli 700 m/min. Täten kyseinen tulos osoittaa, että kaksi kuivainta kaupallises- • · :.’*i sa käytössä olevassa koneessa voisi lisätä sanomalehtipa-*·/ · perin kuiva-ainepitoisuutta 44 %:ista noin 80 %:iin, vaikka niitä ei olisi varustettu ilmaa puhaltavilla kuo- 4 4 35.^ muilla.

: * Esimerkki 3 esittää parannukset esillä olevan keksinnön 107172 23 mukaisesti kuivatun paperin sileydessä, vahvuudessa ja painolaadussa.

Sanomalehtipaperiraina valmistettiin esimerkissä 1 kuva-5 tulla tavalla ja käsiteltiin kuviossa 6 esitetyssä koekui-vaimessa, joka on varustettu sileällä, kovalla puristus-telalla 3.. Paperi kelattiin auki kelalta 18 puserruskoh-dassa, puristettiin kuovan 6 ja kuivaimen 1 väliin, kuljetettiin kuivaimen 1 ympäri ja kerättiin kelalle 19. 10 Tämän jälkeen osittain kuivattua paperia sisältävä kela 19 sijoitettiin uudelleen asentoon 18 ja huopa 6 poistettiin. Arkki kuljetettiin uudestaan sileän telan 3 ja kuivaimen 1 muodostaman puserruskohdan läpi, ja kuivaimen yli siten, että ensimmäisellä kierroksella huopaa vasten ollut pape-15 rin puoli oli kuivainta vasten toisella kierroksella, kun vastakkainen puoli oli kovaa ja sileätä puristustelaa vasten. Tämä menettely simuloi kuviossa 1 esitettyä laitteistoa. Alkuperäisen paperin kuiva-ainepitoisuus oli 37,9 %, ensimmäisen kierroksen jälkeen 66,3 % ja toisen kierroksen 20 jälkeen 74,8 %. Näytteet otettiin sekä alkuperäisestä paperista että esillä olevan keksinnön mukaisesti käsitellystä paperista ja kummatkin kuivattiin pyörivässä valoku-vauskuivaimessa kahden kuivauspaperin väliin puristettui-na.

.25: • · .·. : Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetun paperin .*./ tiettyjä fyysisiä ominaisuuksia esitetään taulukossa III.

Verrattuna vertailunäytteisiin oli keksinnön mukaisesti valmistetulla erällä lähes 50 % suurempi katkeamispituus t · t ’3h* ja sisäinen lujuus ja sen vetoenergian absorbointi oli yli kaksinkertainen. Vertailunäytteen repäisyindeksi ja hajon- * · takerroin olivat hieman isommat, kun taas kummankin erän :T: läpikuultamattomuus oli samanlainen. Tämä esimerkki kuvaa hämmästyttävää parannusta esillä olevan keksinnön mukai-35 sesti valmistetun sanomalehtipaperin lujuudessa ja sileydessä sekä osoittaa, että ensimmäisellä kuivaimella synty-| *· nyt ero paperin kahden eri puolen sileydessä voidaan eli- 24 107172 minoida toisella kuivaimella.

Taulukko III. Kahdella peräkkäisellä kuivaiuella keksinnön mukaisesti kuivatun sanomalehtipaperin ominaisuuksia 5__

Parker paino- Katkeamis- Venyminen TEA* Eepäisy- Sisäinen TAPPI läpi- Näyte sileys pituus, MD MD indeksi lujuus MD kuultamatto-

2 2 muus I

μη km I mJ/g mNm kJ/m _Ylä Ala___ 10 Vertailu 8,0 7,6 4,1 1,0 11,0 4,4 157 91,4

Keksintö 4,5 4,8 6,1 1,4 25,7 3,6 307 91,0 * Vetoenergian absorptio 15 Taulukossa III esitetty paperi puristettiin 100 kN/m ja kuivattiin n. 118°C kuumennetulla kuivaimella. Muut pape-rinäytteet, jotka puristettiin alhaisemmissa puserruskoh-dan kuormituksissa, esim. 20 tai 60 kN/m tai kuivattiin korkeammassa lämpötilassa, esim. 145°C, olivat heikompia 20 ja karheampia mikä osoittaa, että optimaaliset toiminta-olosuhteet ovat lähellä 118 °C ja 100 kN/m.

Tavanomaisella tavalla puristettuihin papereihin verratta-. . essa kehittää taulukossa III kuvattu paperi tarvittavan '25. massan ja sileyden vähemmällä kalanteroinnilla. Painopa- * ; perilaatujen tärkeä laatukriteeri on painotiheysindeksi, '· ” joka mittaa pinnan tummuutta, joka saavutetaan tietyllä • · · *...: määrällä mustetta. Taulukko IV osoittaa, että vaikka esil- lä olevan keksinnön mukaisesti valmistettu paperi kalante- * · · :3»: roitiin vain kevyesti, sen painotiheysindeksi vastasi kuitenkin voimakkaasti kalanteroidun tavanomaisen paperin ♦\ : vastaavaa indeksiä.

• · · ♦ · ♦ ♦ · « * 4 · 107172 25

Taulukko IV: Esillä olevan keksinnön mukaisesti kuivatun paperin paino-ominaisuudet ! ! i ! ! i 2

Kuivaus- Kalanterin Sileys (PPS, μιι) Painotiheysindeksi (m /g) Massa 3 olosuhteet puserruskohdan Ylä Ala Ylä Ala (en /g) 5 kuormitus

Tavanomainen 20 + 40 + 60 2,98 2,88 0,42 0,29 1,48

Keksintö 10 60 kN/m 120'C 20 + 40 2,95 2,86 0,39 0,39 1,46 100 kN/m 120‘C 20 3,24 3,28 0,36 0,41 1,39 15 Esimerkki 4 osoittaa rainan kuiva-ainepitoisuuden, joka voidaan saavuttaa kahdella isohalkaisijäisellä kuivaimel-la, jotka on varustettu puristusteloilla.

Tietyssä kuivausnopeudessa on kuummenetulle sylinterille 20 puristetusta rainasta poistuva vesimäärä riippuvainen rainan viipymästä. Keskimääräiset kuivausnopeudet, jotka saavutettiin esimerkeissä 2 ja 3 kuvatun kaltaisissa ko- 2 keissa, olivat 88 kg/m h ensimmäisellä kierroksella ja 23 2 *· : kg/m h toisella kierroksella. Jos oletetaan, että vas- .25: taavat kuivausnopeudet pystyttäisiin saavuttamaan isohal- .·. : kaisijäisellä teollisuuskuivaimella, voitaisiin laskea eri

konenopeuksilla saatava kuiva-ainepitoisuus. Taulukko V

Γ1. sisältää kuiva-ainepitoisuuksia, jotka on laskettu sanoma-: ·.: .... ... 2 *..1 lehtipapenarkille, jonka neliömetripamo on 50 g/m , joka • · · *3101 aikaisemmin on puristettu 45 % kuiva-ainepitoisuuteen ja kuivattu kahdella 6 m halkaisijan omaavalla kuivaimellä, • · ·.1·: joiden kummankin kehää raina kiertää 17 m matkan. Kahden ·1' . . ... 2 *. : 1. kierroksen kuivausnopeudeksi arvioidaan 88 kg/m h ja 23 2 kg/m h.

35 _ • ·

Sanomalehtipaperin arvioitu kuiva-ainepitoisuus ensimmäisen ja toisen kuivaimen jälkeen, kahden "· kuomuttoian kuivaimen kolmessa nopeudessa.

107172 26

Kuivaimen Kuivausnopeus Rainan kuiva-ainepitoisuus iti ., 2 viipymä kg/m h 1. kuivaimen 2. kuivaimen

Nopeus(m/min) (s) 1, kuivain 2. kuivain jälkeen jälkeen 5 _ 700 1,46 88 23 66 76 1000 1,02 88 23 58 62 1300 1,78 88 23 54 57 10

Jenkkikoneista saadut kokemukset silkkipaperin kuivaamisesta osoittavat, että kuivausnopeus voidaan kaksinkertaistaa puhaltamalla kuumaa ilmaa suurinopeuksisesta kuomusta rainaan, joka etenee kuumennetun kuivaussylinterin 15 pinnalla. Jos oletetaan, että koekuivauskoneella saavutetut kuivausnopeudet voitaisiin kaksinkertaistaa puhaltamalla kuumaa ilmaa kuviossa 3 esitetyllä tavalla, olisivat ensimmäisellä ja toisella kuivaimella saavutetut kuivaus- . 2 ...

nopeudet 176 ja 46 kg/m h. Taulukko VI esittää kuiva-ame- 20 pitoisuuden laskettuna samoille olosuhteille kuin taulu kossa V kuvatut, mutta sillä erolla, että kummassakin kui-vaimessa on suurinopeuksiset kuomut.

t r i ,Z5: Arvioitu kuiva-ainepitoisuus suurinopeuksisilla kuomuilla varustetuissa kuivaimissa. Kaikki muut ; olosuhteet vastaavat taulukon IV olosuhteita.

• *« • · • · « ___^^_____________^_____^ # · • ·

Kuivaimen Kuivausnopeus Rainan kuiva-ainepitoisuus [\\ ‘•J* viipymä kg/m h 1. kuivaimen 2. kuivaimen • · · '#0' Nopeus(m/min) (s) 1. kuivain 2. kuivain jälkeen jälkeen V·! 700 1,46 176 46 100 100 :T: 1000 1,02 176 46 81 100 1300 0,78 176 46 68 79 * . o ' » · 35 _ ψ · • > 4 ' Kanadalaisten sanomalehtipaperikoneiden keskinopeus vuonna 107172 27 1986 oli n. 700 m/min [N.N. Sayegh and I.I. Pikulik, Pulp Paper Can., 88 912) T470 (1987), ja tällä hetkellä vain muutama nopeimmista koneista toimii lähes 1300 m/min nopeudella. Tulukon V tiedot osoittavat, että kaksi 6 metrin 5 halkaisijaa omaavaa kuivainta varustettuna suurinopeuksisilla kuomuilla pystyisivät kuivaamaan sanomalehtipaperia täydellisesti melkein kaikissa nopeimmissa koneissa muutamaa poikkeusta lukuunottamatta.

4 · « 4 4 « * · • « «

I I

# 9 • « • · « • · · • · 9*9 • « • « t Q ft • · • » · • · · • · • Λ9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9*9 9 9 9 9 9 9 m « I » * • • I c « e « » t 1 .

4 4.

λ i » < «

Claims (12)

107172 28

1. Menetelmä päättömän, vesipitoisen selluloosarainan kuivaamiseksi kuivan rainan aikaansaamiseksi, jossa on vastak- 5 kaiset sileät puolet, joka menetelmä käsittää: vesipitoisen selluloosarainan, jonka kuiva-ainepitoisuus on 35-50 painoprosenttia ja jossa on ensimmäinen ja toinen vastakkainen puoli, syöttämisen ensimmäiselle kuumennetulle sylinterille, 10 mainitun rainan puristamisen ensimmäisen kuumennetun sylin terin sileätä pintaa vasten siten, että ensimmäinen puoli tulee kosketukseen sileän pinnan kanssa, puristamalla huokoinen, kokoonpuristuva materiaali kosketukseen toisen puolen kanssa ja sallimalla veden poistua selluloosarainasta 15 huokoisen, kokoonpuristuvan materiaalin läpi selluloosarai nan kuivaamiseksi osittain ja ensimmäisen puolen tekemiseksi sileäksi, osittain kuivatun selluloosarainan, jolla on sileä ensim-,mäinen puoli, poistamisen ensimmäiseltä sylinteriltä, 20 osittain kuivatun selluloosarainan syöttämisen toiselle kuumennetulle sylinterille, osittain kuivatun rainan puristamisen toisen kuumennetun : V sylinterin sileätä pintaa vasten, jolloin toinen puoli tu- lee kosketukseen toisen sylinterin sileän pinnan kanssa 25·.: rainan kuivaamiseksi edelleen, jolloin osittain kuivattu raina puristetaan toisen sylin- • · · : terin sileätä pintaa vasten sileän läpäisemättömän puris- tustelan avulla, jota pyöritetään rainaa vasten kosketuk- * · c seen ensimmäisen sileän puolen kanssa, ja 30 , tuloksena saatavan kuivan seluloosarainan, jossa on vastakkaiset ensimmäiset ja toiset sileät puolet, poistamisen • · ···1 toiselta sylinteriltä.

1 I • · « « «

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 3.5. siitä, että huokoinen kokoonpuristuva materiaali on huopa, • ·1 ja mainittu puristaminen käsittää huovan puristamisen toista puolta vasten puristustelan avulla, jossa on välineet rainasta poistuvan veden vastaanottamiseksi huovan läpi pu- 107172 29 serruskohdassa puristustelan ja ensimmäisen sylinterin välissä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii- 5 tä, että ensimmäiseltä sylinteriltä poistetun osittain kui vatun rainan kuiva-ainepitoisuus on 55-75 painoprosenttia.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan toiseen puoleen puhalletaan kuumaa ilmaa 10 ensimmäisessä kuumennetussa sylinterissä rainan lisäkuivu- misen aikaansaamiseksi, ja että rainan ensimmäiseen puoleen puhalletaan kuumaa ilmaa toisessa kuumennetussa sylinterissä rainan lisäkuivumisen aikaansaamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, · tunnettu siitä, että sileällä ensimmäisellä ja toisella puolella on olennaisesti identtiset sileysominaisuudet ja kuivattu selluloosaraina otetaan talteen kalanteroimattomana paperina. 20

6. Jatkuva menetelmä päättömän vesipitoisen selluloosarai-nan kuivaamiseksi kuivatun rainan aikaansaamiseksi, jossa on vastakkaiset sileät puolet paperintuotannossa, käsittäen : 25'., veden poistamisen vesipitoisesta, vastakkaisen ensimmäisen .·**. ja toisen puolen omaavasta selluloosarainasta 35-50 kuiva-• · ainepitoisuuteen, • e p vedestä tyhjennetyn rainan syöttämisen ensimmäiselle kuu-' ’ mennetulle sylinterille, jolla on sileä pinta ja jonka pin-30 ( talämpötila on 105-130 °C, * ** rainan puristamisen ensimmäisen kuumennetun sylinterin si- • · · leätä pintaa vasten siten, että ensimmäinen puoli tulee kosketukseen sileän pinnan kanssa 65-150 kN/m puserruskoh-.··. takuormituksessa puristamalla huokoinen, kokoonpuristuva 35’ materiaali kosketukseen toisen puolen kanssa ja sallimalla : veden poistua selluloosarainasta huokoisen kokoonpuristuvan ’·’ · materiaalin läpi, selluloosarainan osittaiseksi kuivaamiseksi ja ensimmäisen puolen tekemiseksi sileäksi, 107172 30 osittain kuivatun rainan, jonka kuiva-ainepitoisuus on 55-75 paino-%) ja jossa on sileä ensimmäinen puoli poistamisen ensimmäiseltä sylinteriltä, osittain kuivatun rainan syöttämisen toiselle kuumennetulle 5 sylinterille, jossa on sileä pinta ja jonka pintalämpötila on 105-130 °C, osittain kuivatun rainan puristamisen toisen sylinterin sileää pintaa vasten, jolloin rainan toinen puoli tulee kosketukseen toisen sylinterin sileän pinnan kanssa 65-10 150 kN/m puserruskohdan kuormituksessa rainan kuivaamiseksi edelleen, osittain kuivatun rainan puristaminen toista kuumennettua sylinteriä vasten käsittää sileän, läpäisemättömän puris-tustelan pyörittämisen rainaa vasten kosketuksessa ensim-15 mäisen sileän puolen kanssa, ja tuloksena saatavan kalanteroimattoman rainan talteenotta-misen toiselta rainalta, jossa rainassa ensimmäiset ja toiset vastakkaiset puolet ovat sileitä ja niiden paperiomi-, naisuudet ovat olennaisesti samat. 20

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen, kokoonpuristettava materiaali on huopa, ja puristaminen käsittää huovan puristamisen toista puolta vasten puristustelan avulla, jossa on välineet rainasta 25 huovan läpi ensimmäisen puristustelan ja ensimmäisen sylin- terin välisessä puserruskohdassa karkotetun veden vastaan- • · · ·1. : ottamiseksi. • t * <4 • 1 . • « · • · ·

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu sii- 30. tä, että se käsittää kuuman ilman puhaltamisen rainan toi-• · · 1 - ... selle puolelle ensimmäisessä kuumennetussa sylinterissä • · ·”1 rainan lisäkuivaamiseksi, sekä kuuman ilman puhaltamisen rainan ensimmäiselle puolelle toisessa kuumennetussa sylin-terissä rainan lisäkuivaamiseksi. \ 9. Laitteisto päättömän vesipitoisen selluloosarainan kui vaamiseksi kuivatun rainan tuottamiseksi, jossa on vastakkaiset sileät puolet, käsittäen: 107172 31 ensimmäisen pyöritettävän sylinterin, jossa on sileä lieriömäinen pinta, puristintelavälineen, joka on puserruskohdan kuormituksen alla sovitettu puristamaan päättömän, etenevän vesipitoisen 5 selluloosarainan ensimmäinen puoli kosketukseen ensimmäisen sylinterin mainitun sileän lieriömäisen pinnan kanssa, toisen pyöritettävän sylinterin, jossa on sileä lieriömäinen pinta, joka on sovitettu koskettamaan rainan toista puolta ensimmäisen sylinterin jälkeen, 10 sileän, läpäisemättömän puristustelan, joka on sovitettu koskettamaan selluloosarainan ensimmäistä puolta ja puristamaan raina toisen sylinterin sileätä lieriömäistä pintaa vasten, välineen kokoonpuristettavan huovan syöttämiseksi puristustelan yli rainan ja puristustelan välistä, ja väli-15 neen ensimmäisen ja toisen sylinterin lieriömäisten pinto jen kuumentamiseksi. 10. ' Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu .siitä, että se edelleen käsittää käyttövälineen ensimmäisen 20 ja toisen sylinterin pyörittämiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että puristustelaväline käsittää puristustelan, jossa on välineet rainasta huovan läpi puristustelan ja ensim- 25 maisen sylinterin välisessä puserruskohdassa karkotetun ve- den vastaanottamiseksi. • · « 107172 32