FI73016C - Saett vid tillverkning av mekanisk cellulosamassa. - Google Patents

Description

7301 6

Tapa valmistaa mekaanista selluloosamassaa

Valkaistuja mekaanisia massoja, jotka ovat tyyppiä hioke, hierre ja kuumahierre (ns. TMP) sekä kemiallisesti modifioitu kuumahierre (ns. CTMP), ts. massoja, joiden saannot ovat yli 90 %, on ryhdytty käyttämään vaativimpiin hygieniatuotteisiin kuten revinnäis- ja pehmopaperiin. Hyvien absorptio-ominaisuuksien saavuttaminen vaatii pientä hartsi-pitoisuutta. Parhaita laatuja varten on siis massan DKM-uutepitoisuuden oltava alle 0,2 %.

Tähän päästään suhteellisen helposti avoimessa järjestelmässä, jossa massa tavalla tai toisella pestään huomattavilla vesimäärillä kunkin prosessivaiheen välillä ja jossa massa valkaistaan peroksidilla. Jos veden saanti on riittävää, voidaan jopa toimia yhteisellä kiertovesijärjestelmällä, mikä käytännön syistä on melko tavallista.

Hartsi ei liukene pesunesteeseen, vaan dispergoituu kolloidisena tai karkeampina hiukkasina nesteeseen, jolloin alkali set olosuhteet ovat suotavampia. On vakavasti epäilty mahdollisuuksia käyttää kiertovettä suuremmassa määrin uudelleen paitsi hartsipitoisuuksien ollessa pienet. Teollinen käytäntö on kyseisten tuotteiden kohdalla sen tähden ollut, ettei vesijärjestelmiä suljeta enemmän kuin että 3 kokonaisuudessaan kulutetaan vähintään 15-20 m vettä ptm^. Pientä hartsipituustta ei ilmeisesti ole voitu ylläpitää pienemmällä vedenkulutustasolla.

Pienempi veden kulutus on kuitenkin tärkeä, ensisijaisesti jäteveden puhdistusmenetelmien kannalta, mutta myös lämmön talteenoton kannalta prosessista. Mielenkiintoisia vaikutuksia saadaan, jos veden kulutus saadaan alennetuksi ar- 3 voon 10 m ptm_,..

y U

2 7301 6

Vastavirtapesu on tunnettu, ja sitä käytetään jokseenkin aina väkevöityjen jätelipeiden talteenottoon eri keitto-menetelmistä. Tällöin on pääasiassa kysymys täysin liuenneesta aineesta, joka ei oikeastaan aiheuta erityisiä vaikeuksia pesussa. Runsashartsisistä puulajeista valmistetuissa sulfaattimassoissa voi kolloidinen hartsi kuitenkin tietyissä olosuhteissa suolautua irti ja vaikeuttaa pesua. Tämä ongelma ratkaistaan kuitenkin yleisesti pesemällä jäljellä oleva hartsi pois jälkeenpäin sopivasti sovitetussa monivaihevalkaisussa, jossa on kunnon pesut, joiden veden kulutus on melko suuri. Ei ole pidetty luonnollisena kytkeä suoraan toisiinsa mekaanisten massojen yms. valmistustekniikkaa ja vastavirtapesumenetelmiä jätelipeiden talteenottamiseksi eri keittomenetelmistä, koska ennalta on ollut vaikea sanoa, miten melko karkeasti dispergoitunut hartsi käyttäytyy mekaanisessa massan-val ' i .••.trki'cssa toistuvan suodatyk sen aikana massarainan läpi.

Nyt on kuitenkin osoittautunut, että tällainen yhteen-kytkentä on mahdollinen edellyttäen, että olosuhteet sovitetaan hartsin erikoisvaatimusten mukaan mekaanisen massan ollessa kysymyksessä.

Mekaaniset massat, TMP tai CTMP, kuidutetaan yleensä miedon happamassa tai neutraalissa ympäristössä, mikä ei anna tulokseksi stabiilia hartsidispersiota, vaikkakin mekaaninen työstö kuitujen vapautuksen yhteydessä voi olla ihanteellinen tähän tarkoitukseen. Jos esimerkiksi myöhemmin seuraa peroksidivalkaisu alkalisessa ympäristössä, alkali-nen ympäristö helpottaa hartsin dispergoitumista.

Pesu näiden kahden prosessivaiheen välillä voi olla hyvin mielenkiintoinen, koska pienempi hartsipitoisuustaso sinänsä suotuisassa peroksidiliuoksessa pienentää hartsi-hiukkasten koaguloitumisvaaraa ja parantaa niin ollen 3 7301 6 hartsin poiston stabiliteettia. Jos samalla kuitenkin käytettyä valkaisuliuosta kierrätetään uudelleen valkaisu-vaiheessa, mikä on edullista sekä veden kulutuksen pienentämisen että valkaisukemikaalien tehokkaamman hyväksikäytön kannalta, hartsi näyttää odottamattoman nopeasti saavuttavan ulossuolauspitoisuuden. Tällöin on tärkeää, että hartsi, josta suola on näin poistettu, pestään melko nopeasti pesuvedellä, jonka ionivoimakkuus asteittain pienenee puhtaaseen veteen asti. Pesun on tapahduttava pääasiassa syrjäyttämällä, ja se on suoritettava liuenneen aineen suureen syrjäytysasteeseen. Mahdollisimman pientä veden kulutusta varten on pesu ennen peroksidivaihetta suoritettava sarjassa peroksidivaiheen jälkeisen pesun kanssa. Pesunestettä johdetaan yhtenäisenä vastavirtana.

Aivan odottamatta on osoittautunut, että tällaisella menetelmällä voidaan valmistaa massoja, joilla on hyväksyttävän pienet hartsipitoisuudet myös hyvin pienellä veden kulutuksella.

Valkaisematonta CTMP-massaa valmistettiin koelaitoksessa kyllästämällä n. 1,2 % hartsia sisältävää kuusihaketta natriumsulfiittiliuoksella, jolloin hake absorboi n. 20 kg Na^SO^/tn kuivana ajateltua haketta. Hake esilämmitettiin höyryllä 110 C: seen ja jauhettiin sen jälkeen hakejauhimes-sa. Massan konsentraatio hakejauhimen jälkeen mitattiin n. 30 paino-%:ksi. Massa laimennettiin n. 4 %:n kon-sentraatioon, minkä jälkeen siitä poistettiin puristimessa vettä n. 30 %:n konsentraatioon. Massan hartsipi-toisuus puristimen jälkeen analysoitiin.

Useita kokeita suoritettiin, jolloin massaa jauhimen jälkeen mutta ennen puristinta laimennettiin vedellä tai veden ja kiertoveden seoksella. Käyttämällä yhä vähemmän tuorevettä ja yhä enemmän kiertovettä massan laimennukseen voitiin järjestelmän sulkuastetta suurentaa.

4 7301 6

Massan hartsipitoisuuden analyysit antoivat kuviossa 1 esitetyt yhteydet massan hartsipitoisuuden ja järjestelmään 3 syötetyn tuorevesimäärän (m tuorevettä/tn massaa) välille.

Laatimalla hartsille materiaalitaseet kussakin kokeessa voitiin laskea, paljonko hartsia oli dispergoituneena kiertovedessä jauhatuksen jälkeen ja paljonko voidaan poistaa vedenpoistolla ja pesulla sekä vastaavasti paljonko hartsia ei voida poistaa tällä tavoin. Seuraavat tulokset on saatu.

Lisätty tuorevesimäärä Hartsimäärä, joka voidaan _ poistaa pesulla tai veden- m /tn massaa poistolla, % 5 0,25 10 0,45 20 0,57 30 0,61

Kuvion 1 tulokset valaisevat esillä olevan keksinnön perustana olevia havaintoja. Valkaisemattomien CTMP-mas-sojen valmistuksessa suurempi sulku merkitsee, että yhä vähemmän puun hartsista liukenee tai dispergoituu ja massojen hartsipitoisuus suurenee. Samanlaiset tutkimukset kuumahierteiden valmistuksessa ovat antaneet samanlaisia tuloksia. Tuloksia voidaan tulkita siten, että sulkua lisättäessä saadaan suurempi kuidutuksessa vapautuneen tai dispergoituneen hartsin ulossuolaus. Valmistettaessa valkaisemattomia mekaanisia massoja, joilla oli sellaiset käyttöalueet, joilla massoilla on oltava pieni hartsipitoisuus, ei järjestelmiä aiemmin ole voitu sulkea riittävästi.

Edellä mainitulta koelaitokselta saaduille massoille suoritettiin sen jälkeen alkalinen peroksidivalkaisu. Alka-lisella peroksidivalkaisulla on mm. seuraavat tarkoitukset: se parantaa massan vaaleutta se pienentää massan hartsipitoisuutta.

5 7301 6

Kokeet suoritettiin siten, että valkaisemattomia TMP- ja CTMP-massoja puristimen jälkeen laimennettiin tuorevedellä tai kiertovedellä valkaisuvaiheesta. Valkaisukemikaaleja sekoitettiin massasuspensioon n. 12 % massakonsentraatios-sa, minkä jälkeen massasuspensio johdettiin valkaisutor-niin. Valkaisun jälkeen massat laimennettiin 4 % massa-konsentraatioon tuorevedellä tai kiertovedellä, minkä jälkeen massat puristettiin n. 35 % massakonsentraatioon. Massanäytteiden hartsipitoisuus määritettiin puristimen jälkeen.

Alla oleva taulukko esittää muutamia esimerkkejä valkai-sukokeissa käytetyistä massoista. Kemikaalipanostukset valkaisuvaiheessa on esitetty.

Massa Massan hart- Lisätty Massan Valkaisukemikaali- sipitoisuus tuorevesi hartsi- panostus kg/tn massaa ennen paris- ennen pitoisuus

tinta valkaisimoa puristi- H20 NaOH Na EDTA

% 3/ men jälkeen sillin /tn massaa 0 , % kaat- ti CTMP 1 0,84 7,1 0,49 37 25 40 3,0 CTMP 2 0,81 23,9 0,27 25 18 50 3,8 CM? 3 0,88 26,6 0,32 42 30 42 3,1 TMP 1,04 26,3 0,48 46 31 43 3,2

Laatimalla materiaali— ja hartsitaseet valkaisuvaiheelle voitiin tässäkin laskea, paljonko hartsia oli dispergoitu-nut ja niin ollen pois pestävissä ja vastaavasti paljonko hartsia ei ollut pois pestävissä. Em. taulukossa tutkitut massat antoivat seuraavat tulokset.

6 7301 6

Massa Lisätty Massan Massan Dispergoitu- Lämpötila tuorevesi hartsi- hartsi- mattanan valkaisu- valkaisu- pitoi- pitoisuus hartsin vaiheessa vaiheessa suus valkaisun pitoisuus o^ ja ennen ennen ja puris- valkaistussa puristin- valkaisua tuksen massassa ta jälkeen

~ V O

rn/tn % massaa CIMP 1 5,5 0,49 0,16 0,05 70 CTMP 2 21,1 0,27 0,15 0,13 70 CIMP 3 18,4 0,32 0,15 0,13 60 ΊΜΡ 23,3 0,48 0,19 0,13 85

Valkaisussa pääosa jäljellä olevasta hartsista vapautuu. Alkalinen peroksidivalkaisu muuttaa tällöin hartsin sellaiseen muotoon, ettei se saostu sulkua lisättäessä ainakaan, jos sulku pidetään kohtuullisissa rajoissa. Veden kulutus CTM-massalla 1 suoritetussa sulkukokeessa vastaa 3 arvoa n. 6-10 m /tn massaa.

Valkaistun mekaanisen massan valmistuksen kokeelliset tutkimukset ovat antaneet seuraavat tulokset.

1. Valkaisemattomien mekaanisten massojen, kuumahier-teiden ja kemiallisesti modifioitujen kuumahierteiden valmistuksessa osa hartsista liukenee tai dispergoituu puuhun. Dispergoitunut hartsi voidaan poistaa pesemällä.

2. Suljettaessa valkaisemattoman massan kiertovesijärjestelmä yhä pienempi osa dispergoituu. Valkaisemattoman massan hartsipitoisuus suurenee kiertovesisulun suuretessa.

3. Näiden massojen valkaisussa hartsi muuttuu sellaiseen muotoon, että hartsin pääosa dispergoituu. Hartsi on valkaisussa modifioitu, niin ettei se enää saostu sulkua lisättäessä.

7 7301 6 4. Dispergoitumaton hartsimäärä peroksidivalkaistussa mekaanisessa massassa on ainoastaan 0,05-0,15 % massa-määrästä .

Nämä havainnot mahdollistavat hyvin pienen hartsipitoisuu-den omaavan valkaistun mekaanisen massan valmistuksen veden kulutuksen ollessa pieni, jos massa pestään ennen valkaisua ja sen jälkeen sekä jos kiertovesi johdetaan vastavirtaan massan suhteen.

Keksinnön eräs suoritusmuoto esitetään kuviossa 2, mutta keksintö ei tietysti rajoitu tähän suoritusmuotoon.

Järjestelmä käsittää jauhatusvaiheen 1, vedenpoistovaiheen tai pesuvaiheen 2, valkaisuvaiheen 3, pesuvaiheen 4, vedenpoisto- ja/tai pesuvaiheen 5 ja kuivatusvaiheen 6, jossa valkaistu massa kuivataan.

Jauhatusvaiheeseen 1 syötetään haketta, joka voi olla käsittelemätöntä, höyrytettyä ja/tai kemikaaleilla kyllästettyä. Massa johdetaan jauhimen 1 jälkeen pesuvaihee-seen 2, joka voi olla pesusuodatin tai sopivasti vedenpoisto- tai pesupuristin- Ennen pesuvaihetta massasuspen-sio laimennetaan valkaisuvaiheesta tulevalla kiertovedellä ja tarvittaessa pesuvaiheesta 2 tulevalla kiertovedellä.

Valkaisemattomaan massaan syötetään pesuvaiheen 2 jälkeen valkaisukemikaaleja sekä laimennusvettä, joka tulee pesu-vaiheesta 4, ja massa johdetaan valkaisutorniin 3.

Valkaisun jälkeen massa laimennetaan pesuvaiheesta 4 tulevalla kiertovedellä ja pestään pesuvaiheessa 4. Syrjäytys-nesteenä käytetään kiertovettä pesu- ja vedenpoistovaihees-ta 5. Massasta poistetaan vettä ennen kuivuria 6 veden-poistovaiheessa 5, joka voi sopivasti olla vedenpoisto-tai pesupuristin. Kiertovesi poistuu järjestelmästä pesu-vaiheen 2 kautta. Pesunestettä lisätään pesuvaiheeseen 5 liittyen.

8 7301 6

Saatua tehoa voidaan valaista seuraavalla tavalla. CTMP-haketta jauhetaan vaiheessa 1, jolloin massakonsentraatio jauhimen jälkeen on 30 %. Massasta poistetaan vettä 48 % massakonsentraatioon vedenpoistopuristimessa 2. Massa valkaistaan sen jälkeen 12 % massakonsentraatiossa, pestään pesusuodattimella 4 ja lopuksi siitä poistetaan vettä vedenpoistopuristimessa 5 48 % massakonsentraatioon ennen kuivuria 6.

Automaattisen mallin ja saatujen koetulosten avulla laskettiin järjestelmän hartsitaseet eri sulkuasteilla.

Seuraavat yhteydet saatiin järjestelmästä poistuvan kier-tovesimäärän, pesuvaiheessa vapautuneen tai dispergoituneen hartsin pesuhyötysuhteen sekä valkaistun massan hartsipi-toisuuden välille. Massan dispergoitumattomaksi hartsi-pitoisuudeksi valkaisuvaiheessa oletetaan 0,13 %. Massan hartsipitoisuudeksi jauhatuksen jälkeen oletetaan 0,9 %.

Poistuva kiertovesi- Valkaisuvaiheessa Valkaistun massan .....; 3 vapautuneen hartsin hartsipitoisuus maara m /tn massaa , ... . , 0 „ pesuhyötysuhde % paino-% 1 0,77 0,31 3 0,87 0,20 5 0,92 0,16 10 0,95 0,15

Laskelma osoittaa, että sulkemalla järjestelmä hyvin voidaan valmistaa valkaistua mekaanista massaa, jolla on pieni hartsipitoisuus, edellyttäen että massa pestään vastavirtaan.

Mekaanisen massan tms. (massat, joiden saannot >90 %) peroksidivalkaisu antaa normaaliolosuhteissa hyvin suuren jäämäkemikaalimäärän, jota ei voida yksinkertaisesti käyttää hyväksi kiristämällä valkaisuolosuhteita, mutta jota 9 7301 6 suuremmassa tai pienemmässä määrin voidaan käyttää hyväksi, jos kemikaalien jäämäliuos valkaisun jälkeen palautetaan valkaisemattomaan massaan. Tällaisen palautuksen suorittaminen vaatii normaalisti käytettyä parempaa laitteistoa ja vesijärjestelmien parempaa valvontaa. Tällaisella palautuksella on tehty melko menestyksellisiä kokeita, mutta hyötysuhde on osoittautunut pieneksi, todennäköisesti sen tähden, että lai-mennusilmiöt ja muut häiritsevät vaikutukset melko käsittämättömällä tavalla ovat vaikuttaneet prosessiin.

Nyt on täysin odottamatta osoittautunut, että tarkoin suunnitelluissa olosuhteissa voidaan valkaisussa saada lähes 100 %:inen hyötysuhde näillä jäämäkemikaaleilla. Edellytyksenä on, että ne palautetaan vain vähän laimentaen ja että jauhatus-vaiheesta tulevan kiertoveden ennen valkaisua annetaan vain pienessä määrin aiheuttaa tällaista laimennusta. Tämä vaatii vuorostaan tarkasti tasapainotetun kiertovesi järjestelmän, jossa jauhatusvaiheen kiertovesi ja valkaisuvaiheen kiertovesi on kunnolla erotettu toisistaan.

Keksintö ei rajoitu selitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan vaihdella keksinnön ajatuksen puitteissa.

Claims (8)

7301 6

1. Tapa valmistaa selluloosamassa yli noin 90 % saannolla massan saamiseksi, joka on pääasia vapaa hartsista, kuidutta-malla mekaanisesti puuainesta ja sen jälkeen valkaisemalla kuidutettu materiaali, jolloin menetelmä suoritetaan suljetussa 3 järjestelmässä, joka vastaa enintään 15 m :n poistoveden määrää massatonnia kohti, ja että menetelmä suoritetaan ainakin yhtenä kuidutusvaiheena (1), ainakin yhtenä pesu-vaiheena (2), jossa massa puristetaan ja pestään kuidutuksen jälkeen, ainakin yhtenä valkaisuvaiheena (3) ja ainakin yhtenä valkaistun massan pesuvaiheena (4), tunnettu siitä, että valkaisun jälkeiseen pesuvaiheeseen (4) lisätään pesunestettä, kiertovettä valkaisun jälkeisestä pesuvaiheesta (4) käytetään osaksi massan laimentamiseen pesuvaiheen (2) jälkeen ja osaksi kuidutusvaiheesta (1) saadun massan laimentamiseen ja pesuun, kiertovedet kuidutusvaiheesta (1) ja valkaisuvaiheesta (3) pidetään erillään niin, että kiertovettä kuidutusvaiheesta (1) ei siirretä valkaisuvaiheen kiertovesijärjestelmään, prosessista poistettava kiertovesi poistetaan kuidutus-vaiheen (1) jälkeisestä pesuvaiheesta (2), ja että prosessin pesuteho pidetään ainakin 70 %:ssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että valkaisuvaihe on alkalinen valkaisuvaihe, edullisesti peroksidivalkaisu.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kuidutusvaihe on jauhatusvaihe.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kiertovedet kuidutusvaiheesta ja valkaisuvaiheesta pidetään erillään sovittamalla niiden väliin pesuvaihe, edullisesti pesupuristimena. 7301 6

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunne ttu siitä, että pesuvaiheet ennen valkaisuvaiheita ja niiden jälkeen on sovitettu sarjaan ja että pesuvesi johdetaan sisään yhtenäisenä vastavirtana massaa vastaan.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että valkaisu suoritetaan lämpötilassa yli 60°C, edullisesti 70-85°C:ssa.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että massa mekaanisen kuidutuksen jälkeen puristetaan massakonsentraatioon 25-50 %, edullisesti 30-45 %, minkä jälkeen massa laimennetaan pääasiassa valkaisu-vaiheesta tulevalla jäämäliuoksella.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tapa, tunnettu siitä, että ylimäärävalkaisuneste valkaisuvaiheesta otetaan talteen väkevöityneenä valkaisuvaiheen jälkeisessä pesu-vaiheessa, jolloin pesuvaiheen laimennuskerroin rajoitetaan arvoon 0-2 m*Vtn massaa, edullisesti 0,5-1,5 m^/tn massaa. 1 2 7301 6