FI116575B - Förfarande och anordning vid pappersmaskin - Google Patents

Description

116575

FÖRFARANDE OCH ANORDNING VID PAPPERSMASKIN PAPERIKONEESEEN LIITTYVÄ MENETELMÄ JA JÄRJESTELY

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande vid en pappers-maskin för att vid en kontinuerlig process i massaberedningen för en pappersmaskin minska spridningen av tillfört tillsats-medel i processen, varvid en flytbar pappersmassa orafattande fibrer och processvätska och tned en konsistens om högst 10% leds mot pappersmaskinens inloppsläda.

Föreliggande uppfinning avser även ett arrangemang vid massaberedningen för en pappersmaskin för vid den fortsatta processen begränsa en spridning av tillsatsmedel, varvid processen omfattar ett inlopp för en flytbar massa med en konsistens om högst 10% och innehällande ett fibermaterial och processvätska, ett kretslopp omfattande en inloppsläda för pappersmaskinen, samt medel för tillförsel av nämnda tillsats-material.

I denna patentansökan definieras en pappersmaskin som en maskin för tillverkning av papper i en sammanhängande bana.

Med massaberedning avses i denna patentansökan en process där ·.·,* man utgäende frän en fiberhaltig massa, vanligen ett cellulosa- material, med en mer eller mindre fast konsistens under : blandning preparerar en pappersmassa att foras vidare mot *·· inloppslädan, varvid massan innefattar högst 10% fiber- .***, material, normalt minst 1, lämpligen 2...7% och vanligen 3...5%, samt tillförd processvätska, vanligen vatten. Typiskt . innefattar denna massaberedning en sk. pulper där fiber- Ί!'. material frän en cellulosaprocess under sönderdelning och • « ·;· omrörning upplöses och blandas med processvatten.

tl· » · t

Traditionell papperstillverkning innefattar en process där en massa väsentligen innehällande f ibermaterial och processvätska t*· ) leds via en inloppsläda tili avvattning pä en vira. Tili ’· ’· processen hör ett flertal andra steg och anordningar inne- fattande kärl där konsistensen typiskt är 3...5%, varvid 116575 2 mycket överskottsvatten leds motströms tillbaka upp i processen.

Vid tillverkning av specialpapper säsom dekorpapper, färgat papper eller andra papperskvaliteter där värdefullt och eventuellt processkänsligt tillsatsmaterial säsom titandioxid (T1O2), pigment eller liknande ofta mycket dyra beständsdelar tillförs processen förekommer problemet att dessa beständs-delars retention i processen är lag, sä att bakvattnet typiskt kan innehälla upp till 1% sädana beständsdelar eller mera. För att ätervinna dessa beständsdelar omfattar en traditionell process ätervinning genom exempelvis flotation i ätervinnings-apparater, varefter klarvattnet fran flotationen äteranvänds vid massaberedningen.

Vid tillverkningen av sädant specialpapper är det vanligt att ovan nämnda tillsatsmedel tillsätts processen redan vid massaberedningen, sä att en tillräcklig blandning och kontakttid med själva pappersmassan skall uppnäs. Detta medför i praktiken att väsentligen hela processen i praktiken är genom-färgad. Vid ett kvalitetsbyte mäste processen säledes ...: inledningsvis uppnä balans, vilket medför läng insvängnings- ·,·,* tid, medan redan ett färgbyte kräver omfattande systemtvätt ’ och medför Stora materialförluster. Redan i sig är färgat papper, inklusive pigmentfärgat vitt papper, svärt att till-·';· verka, och särskilt vid dekorpapper är inställningen av rätt m 1 * färg svär. Tili detta kommer det faktum att ett banbrott under dessa omständigheter i sig medför instabilitet.

Eftersom exempelvis ett dekorpapper impregneras vid vidare-’·;·* förädling kommer även dess optiska egenskaper att förändras.

::: Fibrernas och impregneringsmedlets brytningsindex är ungefär lika och därför är sädana faktorer som pigmentets koncentra-tion, fördelning och optiska egenskaper kritiska för ; produktens kvalitet. Därför mäste man vanligen göra prov- 1 * » '· ** laminat innan den egentliga produktionen inleds, och detta tar ungefär en halv timme i anspräk, under vilken tid massan körs 116575 3 i kretslopp pä maskinen.

I och för sig kan processen delvis göras effektivare med sädana arrangemang som framgär bl.a. ur sökandens inter-nationella patentansökningar nr PCT/FI93/00214, PCT/FI94/00578, PCT/FI96/00052 och PCT/FI01/00365, men en del problem kvarstar, trots att man enligt nämnda arrangemang kan väljä lämpligt bakvatten för varje specifik användning. I en typisk traditionell process kommer dock exempelvis ca 20...30 kg av tillsatsmaterialet titandioxid (TiC^) per 100 kg papper att passera fiberätervinningen (se även Tabell I nedan). I en traditionell fiberatervinningsanläggning arbetande med flotationsteknik förorsakar kemikalierna agglomeration, vilket minskar pigmentens optiska effekt. Sälunda förlorar titan-dioxiden i optisk effekt, och en del förloras äter exempelvis i form av avlagringar i systemet. Till detta kommer givetvis de nackdelar som i och för sig förorsakas av separata anläggningar för fiberätervinning, investeringskostnader, driftskostnader och kostnader som beror av forsmutsning och rengöring av systemen, samt den komplicering av processkemin som ätervinningen enligt teknikens ständpunkt medför.

» » « » % V.· Avsikten med föreliggande uppfinning är säledes att undvika de • t : : : nackdelar om hittills värit förbundna med användningen av pigment och särskilt i anslutning till byte av pappers-kvalitet.

» t Föreliggande uppfinning baserar sig pä den överraskande . insikten att man genom att höja massans konsistens i ett tidigt skede av processen i praktiken kan bryta det som vid traditionell papperstillverkning har kallats det länga krets- : : loppet, dvs. ett kretslopp där bakvatten vid kända arrangemang kan löpa frän pappersmaskinens viragrop motströms i systemet ända upp till den punkt där massan tillförs, exempelvis till ; \ en pulper. Genom att bryta detta kretslopp förhindras dyrbart ’* "> tillsatsmaterial, exempelvis titandioxid och andra pigment att strömma upp i processen för att sedan delvis ga till spillo 116575 4 och delvis smutsa ner hela processkedjan.

Uppfinningens kannetecken är angivna i respektive kanne-tecknande del av de bifogade självständiga patentkraven, medan de icke självständiga kraven anger fördelaktiga utförings-former. Sälunda kännetecknas förfarandet enlig föreliggande uppfinning av att man före tillförseln av nämnda tillsats-medel, lämpligen i ett separat processteg, höjer massans konsistens till over 10% genom att avlägsna processvätska, att man leder denna i uppströms i processen, medan man i process-riktningen nedströms tillför kompenserande processvätska som i sig lämpligen kan vara tillsatsmedelshaltig.

Pä motsvarande vis kännetecknas anordningen enligt upp-finningen av att separerande medel är anordnade i process-riktningen före medlen för tillförsel av tillsatsmaterialet men efter nämnda inlopp, varvid dessa separatormedel är anordnade att ur den flytbara massan separera ut processvätska sä att massans konsistens ökar till over 10%, med fördel i vissa fall ända upp till 50%. Anordningen omf attar vidare medel för att leda den utseparerade processvätskan uppströms i ...: processen samt medel för att nedströms införa processvätska ur nämnda kretslopp för att kompensera den utseparerade process-::: vätskan. Denna sistnämnda processvätska kan i sig vara mer eller mindre tillsatsmedelhaltig.

.1·1. Nedan beskrivs uppfinningen närmare med hänvisning till nägra fördelaktiga utföringsformer samt bifogade ritningar, där

Figur 1 som principskiss anger ett arrangemang enligt en ut- I · *·;1’ föringsform av uppfinningen,

Figur 2 allmänt anger ett pappersmaskinsarrangemang enligt en särskilt fördelaktig utföringsform.

· Enligt figur 1 omfattar en pappersmaskin typiskt ett intag 1 för fiberhaltigt material, dvs. cellulosa som vanligen 116575 5 levereras i form av torra ark eller vid sk. integrerade bruk direkt frän en cellulosafabrik i form av fiberhaltig process-vätska. Ifall det inkommande materialet är i arkform startar processen vid massaberedningen innefattande en sk. pulper 2 där arken finfördelas och materialet blandas med process-vatten, exempelvis ur en tank 3 till sk. maid eller pappers-massa. Pappersmassan genomgar olika bearbetningssteg 4a, 4b, 4c, 4d, 4e... som i detta sammanhang är väsentligen irrelevanta, för att till slut via pappersmaskinens inlopps-läda 5 bredas ut pä en vira 6. Viran löper via ett maskineri 7 där processvätskan till Stora delar sugs ut som sk. bakvatten, medan den fuktiga äterstoden av massan smäningom via pressning 9 och torkning bildas till papper.

Bakvattnet innehäller förutom vatten även i viss man sädana kemikalier som inte blir kvar i pappret. Dessa kemikalier följer med processvattnet, som till vissa delar används i det sk. korta kretsloppet för utspädning vid processkeden där ifrägavarande kemikalier i sig behövs eller där de i alla händelser gör ringa skada. Bakvatten som används för andra ändamäl renas i olika processer och reningssteg för att ä ena sidan ta tillvara kemikalierna och ä andra sidan uppnä ett : : : rent vatten som kan användas pä andra hali i processen. Varje ,' · ; sadan reningsprocess är emellertid i viss män ofullständig och . · . kräver dessutom bäde energi, tid och apparatur.

‘II! Särskilt vid specialpapper säsom exempelvis dekorpapper och I * annat färgat papper är tillverkningsvolymerna relativt smä. Av denna orsak är produktion av sädana kvaliteter säilän lönsam i ··.: integrerade pappersbruk, och där för körs papper av special- kvaliteter vanligen i pappersbruk som tar emot fibermaterialet . i väsentligen torr form, vilket leder tili ett behov av I,,\ processvätska redan i början av processen. Vid kända processer * · tas denna processvätska i regel i form av nämnda länga krets-lopp frän det renade bakvattnet. Även denna renade process-’Λ; vätska innehäller emellertid i praktiken en större eller mindre andel föroreningar, dvs. huvudsakligen material som hör 116575 6 hemma i nägon annan del av processen. Vid färgat papper utgörs en del av dessa föroreningar av bl.a. pigment säsom titan-dioxid, vilka för att en god inblandning skall erhällas vanligen tillförs redan i pulpern l, varvid systemet i praktiken kommer att bli helt genomfärgat. Detta i kombination med dessa i och för sig dyra beständsdelars tendens att under processens gang avsätta sig som avlagringar i systemets olika delar leder exempelvis vid färgat papper i praktiken tili att man vid byte t.ex. tili en annan färg mäste rengöra hela systemet innan nasta kvalitet kan köras.

Systemet enligt uppfinningen skiljer sig markant frän den kända teknik som ovan beskrivits. Genom att momentant höja pappersmassans konsistens genom att införa separatormedel vid ätminstone en punkt i processen sä att man ästadkommer en extra separering 8, 8a av processvätskorna bryter man de länga flödena av med värdefulla tillsatsmedel förorenad process-vätska upp i systemet. Tidigare har separering endast tillampats för att förhindra att kemikalier som stör nedanför liggande processer strömmar nedät, medan tanken man pä ett motsvarande sätt även skulle förhindra värdefulla tillsats- t medel att förorena uppströms är alldeles ny.

i f I

:V: Principen bakom uppfinningen framgär ur följande tabell I, där ; materialbalansen i olika delar av systemet illustreras med ,I. hjälp av massans konsistens (%) , volym ("X" = liter vätska per * * * » ,**, kilogram massa) och torrsubstans (kg) a ena sidan för en typisk process enligt teknikens ständpunkt (T) och ä andra , sidan för en process i enlighet med en utföringsform av före- I I · liggande uppfinning (U) , varvid A anger värdena för massan > » '···* under processens inledande skeden 1... 4a enligt teknikens : ständpunkt, Αχ anger värden för massan efter separationen 8 « * » enligt uppfinningen, B anger situationen vid inloppslädan 5, C ,·, anger läget efter det att pappret lämnat pressarna 9, D anger

I I I

*; * *| "överskottsvatten", dvs. vatten som mäste renas innan det kan ’> ’! äteranvändas användas, samt E anger situationen i korta krets- loppet: 116575 7

Punkt Konsistens Volym torrsubstans % X kg

T U T U T U

A 4,0 25,0 100 A1 30 3,3 100 B 2,0 2,0 100,0 100 100 100 C 45 45 2,2 2,2 100 100 D 1,0 0,5 22,8 1,1 22,8 0,6 E 2 100 200

Tabell I

Av ovanstäende tabell I framgär att ca 20...30 kg T1O2 per 100 kg papper passerar bl.a. en fiberätervinning 10, medan volymen Ti02-haltigt överskottsvatten och dess andel torrsubstans minskar radikalt i och med att man i enlighet med uppfinningen momentant höjer massans konsistens.

I praktiken sker utsepareringen av processvätska med fördel med hjälp av sadan intjockningsteknik som i och för sig känd • · · ·*** vid exempelvis cellulosatillverkning, blekning och avfärgning.

I 1 · Sädana arrangemang är vanligen kapabla att oka den fiber-haltiga massans konsistens frän ett ingängsvärde om 2...10%, i föreliggande fall typiskt av storleksordningen ca 4...6%, till 'i* ett slutvärde om ända till 50% och eventuellt till och med

Hl I

högre.

• * · ,:, Enligt en fördelaktig utföringsform sker separeringen i form ’!!! av en pressning, som fördelaktigt sker före en malning 4c.

* 1 ‘I' Pressningen vid intjockningen sker da lämpligen i en skruv- eller bandpress 8a av i och för sig känd typ sä att den upp-:>tt: lösta massan efter pressningen erhäller en torrhalt om over ,·)·, 10%, särskilt inom intervallet 20...50 %, lämpligen 25...40%, ! med fördel minst 30%.

116575 8

Den vid pressningen separerade processvätskan leds 11 tillbaka motströms upp i processen, lämpligen tillbaka tili pulpern 2. Den utseparerade vätskan ersätts 13 lämpligen i en dispergator 12 med väsentligen motsvarande mängd vätska ur pappers-maskinens kretslopp. Med fördel sker detta i en anordning enligt sökandens internationella patentansökan nr PCT/FI99/00143, eller alternativt med en skruvanordning eller omrörare av annan typ. För att erhalla en optimal inblandning är dispergatorn 12 med fördel anordnad i processriktningen väsentligen omedelbart efter separeringen 8, 8a.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen sker den huvudsakliga tillförseln 14 av kritiska tillsatsmedel säsom i sig mycket dyra pigment ooh färgmedel i samband med vätske-tillförseln tili dispergatorn 12 (se figur 2), vilket för tillsatsmedlens del ger en effektiv inblandning i ett sä tidigt skede som möjligt efter koncentrationen. Figur 2 anger att tillsatsmedel även kan tillföras 14a, 14b i senare skeden av processen. Eftersom en tillförsel av ätminstone en del tillsatsmedel med fördel sker samtidigt med tillförseln 13 av , ersättande vätska saknar det betydelse att den ersättande • < * ·;·; vätskan tas ur en sadan del av processen där resthalten av ·'>’ tillsatsmedel kan vara tili och med hög.

• » · ·,,,· Det ovan angivna arrangemanget där massans konsistens höjs /y leder i praktiken till att man genom att avlägsna och returnera sadan processvätska som funktionellt hör hemma i ett tidigare processteg pä sätt och vis "bereder plats" för en tillsats av sädant tillsatsmedel vars spridning uppströms man önskar förhindra. Genom detta kan det sistnämnda tillsats- • · materialet, och säledes t.ex. den färgade delen av processen, ·,·.· begränsas att hällas inom pappersmaskinens korta kretslopp, medan det länga kretsloppet, i den män ett sädant eventuellt behövs, hälls fritt frän värdefullt och/eller förorenande \ material.

9 116575

Vid den särskilt fördelaktiga utföringsformen enligt figur 2 är systemet väsentligen självrenande, varvid det i praktiken finns god tillgäng pä bakvatten av olika fraktioner, även tillgäng pä relativt sett ren överskottsvätska i den ut-sträckning sädan behövs i andra delar av systemet. Sälunda kan man för sädana behov väljä en rätt klar fraktion vilket ytter-ligare minskar förlusterna av värdefullt tillsatsmaterial. Den ringa mängd överskottsvatten som fortfarande finns kan behandlas i finfilter för att ge spritsvatten mm. , varvid filterkakan aterförs till dispergatorn.

I figur 2 är sälunda angivet ett särskilt fördelaktigt arrangemang där den vattenmängd som tas ut ur systemet avleds vid en punkt i avvattningen där koncentrationen av material är sä liten som möjligt. Denna koncentration kan enligt denna utföringsform minskas genom att man under viran anordnar en sugläda 15 vid en punkt där en fiberbana redan bildats, varvid fiberbanan fungerar som filter. Denna sugläda 15 drivs med ett lägt vacuum varigenom en försiktig filtration och ett mycket rent bakvatten erhälles. Denna filtration minskar mängden av . material sä att detta bakvatten normalt kan ledas 16 tili ett ·;*; överlöp 17 utan att nägon ytterligare ätervinning behövs.

• · · * * « # i ·

Genom att arrangemanget enligt uppfinningen kan man säledes ·...· uppnä en i det närmaste 100%-ig retention av de värdefulla t(]j* tillsatsmedlen samtidigt som man bl.a. eliminerar behovet av särskilda ätervinningsapparater, minskar tomgängen under prov-laminering och förkortar insvängningstiden efter färgbyte.

• i · .···, Ovan har beskrivits nägra fördelaktiga utf öringsf ormer av • * *!’ uppfinningen, för den sakkunnige är det klart att uppfinningen även kan tillämpas pä mpnga andra sätt inom ramen för de :ip/ bifogade patentkraven.

» »

Claims (10)

116575 10

1. Förfarande för att vid en kontinuerlig process i massa- beredningen för en pappersmaskin minska spridningen av till-fört tillsatsmedel i processen, varvid en flytbar pappersmassa omfattande fibrer och processvätska och med en konsistens om högst 10% leds mot pappersmaskinens inloppsläda (5) , k ä n -netecknat därav, att man före tillförseln (14) av nämnda tillsatsmedel höjer massans konsistens till över 10% genom att avlägsna (8, 8a) processvätska och leda (11) denna uppströms, medan man nedströms tillför (13) kompenserande processvätska.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att man höjer massans konsistens sä att massan mot-svarar en torrhalt om 20...50%, lämpligen ca 25...40%, fördel-aktigt minst 30% genom att lämpligen genom pressning (8, 8a) ur massan separera den processvätska som leds (11) tillbaka uppströms i processen.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - _]:* t e c k n a t därav, att man innan massan leds vidare mot ;Y; inloppslädan (5) tili massan tillför (13) ersättande process- vätska i form av tillsatsmedelhaltig processvätska ur pappers-maskinens korta kretslopp.

» · '!!! 4. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1...3, k ä n n e - i % t e c k n a t därav, att man i samband med en dispergering (12) av massan med höjd konsistens tillför (14) tillsatsmedlet * · · samt (13) lämpligen nämnda ersättande processvätska.

5. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1...4, känne - .*··. t e c k n a t därav, att tillsatsmedlet innefattar pigment ·’ eller andra färgmedel. 5 * ·

6. Arrangemang vid massaberedningen för en pappersmaskin för att i den fortsatta processen begränsa en spridning av tili- 116575 11 satsmedel uppströms, varvid processen omfattar ett inlopp (1, 2) för en flytbar massa med en konsistens om högst 10% och innehällande ett fibermaterial och processvätska, ett krets-lopp omfattande en inloppsläda (5) för pappersmaskinens vira samt medel (14) för tillförsel av nämnda tillsatsmaterial, kännetecknat därav, att där finns separerande medel (8, 8a) anordnade i processriktningen före medlen (14) för tillförsel av tillsatsmaterialet men efter nämnda inlopp (1, 2), vilka separerande medel (8, 8a) är anordnade att ur den flytbara massan separera ut processvätska sä att massans konsistens ökar till över 10%, medel (11) för att leda den utseparerade processvätskan uppströms i processen, samt medel (13) för att nedströms införa processvätska ur nämnda krets-lopp för att kompensera den utseparerade processvätskan.

7. Arrangemang enligt patentkravet 6, kännetecknat därav, att nämnda separerande medel (8, 8a) är kapabla att lämpligen medelst pressning öka fiberhaltiga massans konsistens frän ett ingängsvärde om 2...10%, typiskt av storleksordningen ca 4...6%, tili ett slutvärde om 20...50%, lämpligen 25... 40%, med fördel minst 30%. * i · * ♦ ·

8. Arrangemang enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e - » * · K t e c k n a t därav, att medel (13) är anordnade att i samband * « med eller efter nämnda tillförsel (14) av tillsatsmedel tili- ' < · · > fora ersättande processvätska ur pappersmaskinens korta krets- i ‘ · lopp.

‘ : : 9. Arrangemang enligt nägot av patentkraven 6...8, känne - tecknat därav, att dispergatormedel (12) är anordnade att lämpligen under tillförande (13) av nämnda ersättande processvätska äter dispergera den massa ut vilken överskotts-vätskan separerats, varvid medlen för tillförsel (14) av : nämnda tillsatsmedel med fördel är anordnade i samband med • nämnda dispergatormedel (12), lämpligen sä att nämnda dispergatormedel (12) är anordnade i processriktningen väsent-ligen omedelbart efter nämnda separerande medel (8, 8a). 116575 12

10. Arrangemang enligt nägot av patentkraven 6...9, kanne -t e c k n a t därav, att en separat sugläda (15) med lägt undertryck är anordnad vid ett avsnitt av viran (6) där en fiberbana redan bildats, och att medel (16) är anordnade för att leda vattnet frän denna separata sugläda (15) högt upp i systemet mot ett överlöp (17). • · * · * · ' · I · • · s > * • * · * I » * » I I i * i ‘i f · • * t I • » · > · * · » 1 t. fr k » > i i k 116575 13