FI89514C - FOERFARANDE FOER ATT SAENKA ENERGIFOERBRUKNINGEN VID RAFFINERING AV FIBERMATERIAL - Google Patents

Description

1 895141 89514

Menetelmä energiankulutuksen alentamiseksi kuitumateriaalia raffinoitaessa. - Förfarande föt att sanka energiför-bruknignen vid raffinering av fibermateria].Method for reducing energy consumption during refining of fibrous material. - Förfarande föt att sanka energiför-bruknignen vid raffinering av fibermateria].

Esillä olevan keksinnön kohteena on kuitumateriaalin raffinointi laitteissa, joissa on toisiinsa nähden Ilkkuvat jauhatuspinnat. Yhtäältä kappalemaisen kuitumateriaalin raffinointi, esimerkiksi hakkeiden raffinointi massaksi TMP:n, CTMP:n, CMP:n tai muiden menetelmien mukaisesti suursaantiselluloosien tai nk. mekaanisen massan valmistusta. Tarkemmin määriteltynä keksinnön kohteena on toimintojen tietty yhdistelmä energiankulutuksen alentamiseksi tällaisessa raffinoinnissa, koska nykyisillä menetelmillä energianvaihdunta on hyvin suuri ja voi raffinointivaihetta kohti olla suuruusluokkaa noin 1000 kWh per tonni massaa, eli raffinoitaessa kahdessa vaiheessa se voi olla yhteensä noin 2000 kWh per tonni tuotettua massaa.The present invention relates to the refining of fibrous material in devices with interlocking grinding surfaces. On the one hand, refining of lumpy fibrous material, for example refining chips into pulp according to TMP, CTMP, CMP or other methods for the production of high-yield celluloses or so-called mechanical pulp. More specifically, the invention relates to a certain combination of functions for reducing energy consumption in such refining, as current processes have very high energy exchange and can be in the order of about 1000 kWh per ton of pulp per refining stage, i.e. in two stages refining it can be about 2000 kWh per ton of pulp.

Tästä energiamäärästä käytetään vain pieni osa tarvittaessa itse kuidutustyöhön, kun taas ylivoimaisesti suurin osa käytetään kosteuden muodostamiseksi kuitumateriaaliin ja mahdollisesti lisätyn nesteen muuttamiseksi höyryksi. Jauhinrakoon muodostunut höyry vie tilaa, mikä sinänsä ei ole edullista, koska jauhinraossa vallitsevassa paineessa oleva höyry vaikeuttaa kuitumateriaalin luonnollista kulkua jauhinraon läpi ja vähentää myös kuitumateriaalin viipymisaikaa jauhatusalueella.Only a small portion of this amount of energy is used, if necessary, for the fiberization work itself, while the vast majority is used to generate moisture in the fibrous material and possibly convert the added liquid into steam. The steam generated in the refiner slot takes up space, which in itself is not advantageous because the steam at the pressure in the refiner slot impedes the natural passage of the fibrous material through the refiner slot and also reduces the residence time of the fibrous material in the grinding area.

Tästä syystä keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on alentaa energianvaihduntaa raffinoitaessa suorittamalla yhdistelmä toimenpiteitä, jotka kuvataan tarkemmin jäljempänä.Therefore, the main object of the invention is to reduce the energy exchange during refining by carrying out a combination of operations, which are described in more detail below.

Vaikka onkin olemassa raffinöörejä, joissa molemmat jauhatuspinnat ovat liikkuvia halutun keikir.äisen liikkeen aikaansaamiseksi jauhinraossa, tarkastellaan jatkossa esimerkin muodossa ainoastaan raffinöörejä, 2 d 9 514 joissa on staattoriksi kutsuttu kiinteä osa ja sen sisällä roottoriksi kutsuttu liikkuva osa.Although there are refiners in which both grinding surfaces are movable to achieve the desired kinkir movement in the refiner slot, only refiners 2 d 9 514 with a fixed part called a stator and a moving part inside it called a rotor will be considered in the following.

Ensimmäinen energiansäästötoimenpide on alentaa voimakkaasti jauhatusfrekvenssiä pitämällä pyörivän osan kierrosluku olennaisesti samana- kuin aikaisemmin, mutta vähentämällä voimakkaasti roottorin ja staattorin leikkauselementtien määrää.The first energy saving measure is to greatly reduce the grinding frequency by keeping the speed of the rotating part substantially the same as before, but by greatly reducing the number of cutting elements of the rotor and stator.

Toisena toimenpiteenä osittain alhaisemman jauhatusfrek-venssin kompensoimiseksi lisätään samanaikaisesti volyymiä, eli jauhatuselementtien välistä seisomisaikaa. Koska käytettäessä kiekkoraffinööriä, jossa annetuilla kierrosluvuilla kuitumateriaaliin vaikuttavien keskipakoisvoimien takia on vain säteittäissuuntainen jauhatus-rako, joudutaan tiettyihin rajoituksiin jauhatusalueen halkaisijan suhteen, mutta sen sijaan on mahdollista lisätä jauhatusalueen volyymiä muodostamalla jauhatus-rako sylinterimäiseksi tai jonkin verran kartiomai-seksi. Tällä tavoin halkaisija voidaan pitää kohtuullisissa rajoissa samalla, kun jauhatusalueen pituus kasvaa.As a second measure, in part to compensate for the lower grinding frequency, the volume, i.e. the standing time between the grinding elements, is simultaneously increased. Because the use of a disc refiner in which there is only a radial grinding gap due to the centrifugal forces acting on the fibrous material at given speeds, certain limitations on the diameter of the grinding zone are imposed, but instead it is possible to increase the grinding zone volume by forming a grinding gap or cylinder. In this way, the diameter can be kept within reasonable limits while increasing the length of the grinding zone.

Kolmantena toimenpiteenä, joka myös osittain kompensoi alhaisemman jauhatusfrekvenssin, poistetaan energiankulutuksen alentamiseksi mahdollisimman paljon jauhatus-raossa muodostunutta höyryä jo silloin, kun höyry sijaitsee jauhatusraossa jauhatuspintojen saattamiseksi paremmin kiinni kuitumateriaaliin ja tästä syystä kuitumateriaalin seisonta-ajan lisäämiseksi itse j auhatusalueella.As a third measure, which also partially compensates for the lower grinding frequency, as much steam as possible is formed in the grinding slot to reduce energy consumption already when the steam is located in the grinding gap to better adhere the grinding surfaces to the fibrous material and therefore increase the standing time of the fibrous material itself.

On tehty paljon tutkimus- ja kehittelytyötä itse jauhatuselinten rakenteen suhteen, jotka nykyaikaisissa koneissa ovat tavallisesti vaihdettavia ollessaan alttiina suurille rasituksille ja voimakkaalle kulumi- li 3 y 9 51 4 selle. Kanadalaisessa patentissa CA 901857 on esitetty esimerkkejä levymäisistä samoinkuin kartiomaisista jauhatusosista, joissa on rakenteeltaan erilaiset rihlat tai puomit mahdollisimman tehokkaan jauhatuksen aikaansaamiseksi. Eräs toinen rakenne on esitetty amerikkalaisessa patentissa US 3,815,834, jossa on esitetty kiekkoraffinöörejä, joista selvästi ilmenee, että kiekon halkaisijan ollessa pienehkö ovat rihlat suhteellisen suurella välimatkalla toisistaan ja että välimatka pienenee ja pienenee sitä mukaa kun lähestytään kiekon kehää. Jauhatusfrekvenssi tarkoittaa roottorin kierroslukua sekunnissa kerrottuna rihlojen lukumäärällä jauhatuspintojen kehällä. Normaalina voidaan pitää roottorin kierroslukua 1500 - 100 kierr./ min., jolla aikaansaatavat frekvenssit ovat suuruusluokkaa 6000 - 20000 Hz. Keksinnön avulla on havaittu, että energiankulutusta voidaan vähentää huomattavasti edullisissa olosuhteissa jopa alle puoleen, mikäli frekvenssi lasketaan lukemaan noin 300 - 800 Hz siten, että samalla, kun Moottorin kierrosluku säilytetään, vähennetään roottorin ja staattorin leikkauselement-tien lukumäärää tavanomaisesta 400 - 600 aina määrään 20 - 30.Much research and development work has been done on the structure of the grinding members themselves, which in modern machines are usually replaceable when exposed to high stresses and high wear and tear. Canadian Patent CA 901857 discloses examples of plate-like as well as conical grinding parts with grooves or booms of different structures to achieve the most efficient grinding. Another structure is disclosed in U.S. Patent No. 3,815,834, which discloses disc refiners which clearly show that when the disc diameter is smaller, the splines are relatively large apart and that the distance decreases and decreases as one approaches the circumference of the disc. Grinding frequency means the number of revolutions per second of the rotor multiplied by the number of grooves on the circumference of the grinding surfaces. A rotor speed of 1500 to 100 rpm, with frequencies of the order of 6000 to 20,000 Hz, can be considered normal. It has been found by the invention that energy consumption can be considerably reduced by less than half under favorable conditions if the frequency is reduced to about 300 to 800 Hz, so that while maintaining the motor speed, the number of rotor and stator cutting elements is reduced from the usual 400 to 600 - 30.

Yllä mainitun alennetun frekvenssin kompensoimiseksi on välttämätöntä lisätä volyymiä, eli jauhatuselement-tien välistä seisonta-aikaa rakentamalla raffinööri sylinterimäiseksi tai edullisesti jonkin verran kartiomai-seksi. Tällöin on mahdollista pidentää kuitumateriaalin kulkutietä raffinöörin läpi, eli pitkin kartiomaista pintaa suuremmassa määrin kuin mitä oli mahdollista kiekkoraffinöörin yhteydessä, koska esitetyllä tavalla ei ole edullista suurentaa jauhatusalueen halkaisijaa liikaa.In order to compensate for the above-mentioned reduced frequency, it is necessary to increase the volume, i.e. the standing time between the grinding elements, by constructing the refiner cylindrical or preferably somewhat conical. In this case, it is possible to extend the path of the fibrous material through the refiner, i.e. along the conical surface to a greater extent than was possible with the disc refiner, because as shown, it is not advantageous to increase the diameter of the grinding area too much.

Viipymis- tai seisonta-ajan pidentämiseksi edelleen 4 'J9 5'« 4 raffinöörissä vedetään keksinnön mukaisesti jatkuvasti muodostunutta höyryä pääasiallisesti koko roottorin pituudelta. Tällöin höyrynerotus muodostuu mahdollisimman täydelliseksi hake-kuitu-vesi-höyryseoksen kokoonpuristuvuuden vähentämiseksi, mikä auttaa suuntaamaan tehokkaasti tuotetut hiertovoimat hakkeeseen ja kuituun.In order to further extend the residence or standing time, the steam generated in accordance with the invention is drawn continuously in the refiner according to the invention substantially over the entire length of the rotor. In this case, the steam separation becomes as complete as possible to reduce the compressibility of the chip-fiber-water-steam mixture, which helps to direct the frictional forces efficiently produced to the chips and fiber.

Tällä alalla on jo pitkään ongelmana ollut se, miten saadaan tehokkaasti vedetyksi höyryä pois raffinöörien jauhatuselu-eelta. Eräs esimerkki on kuitenkin esitetty kanadalaisessa patentissa CA 1 079 559, jossa jauhatussegmentti rihlojen lisäksi on varustettu aukoilla, jotka johtavat höyryä ja mukana seuraavaa kuitumateriaalia jauhatusraosta itse jauhatusseg-mentin takapuolelle.A problem in this field has long been how to efficiently draw steam away from the refining life of refiners. However, one example is disclosed in Canadian Patent CA 1,079,559, in which the grinding segment, in addition to the grooves, is provided with openings which conduct steam and the accompanying fibrous material from the grinding slot to the rear of the grinding segment itself.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti kulkee suurehko osa jauha-tusraossa muodostuneesta höyrystä pois jauhatusalueelta ja sitä paitsi puhdistuu suurimmalta osin mukana seuraavasta kuitumateriaalista. Tämän jälkeen höyry kulkee pois raffinöö-ristä eri paikasta kuin kuitumateriaali yhden tai useamman höyrynpoistokanavan kautta. Höyryn määrää säädellään tämän jälkeen ylläpitämällä sopiva paine-ero höyryn poisto ja kuitumateriaalin poisto välillä.According to the present invention, a relatively large part of the steam formed in the grinding gap passes out of the grinding area and, moreover, is largely cleaned of the accompanying fibrous material. The steam then passes out of the refinery at a different location than the fibrous material through one or more steam removal channels. The amount of steam is then controlled by maintaining a suitable pressure difference between the removal of steam and the removal of fibrous material.

Jatkotutkimukset ovat osoittaneet, että leikkauselementtin määrää voidaan jyrkästi laskea tyypillisesti arvoon noin 20 - 60 ja frekvenssialuetta voidaan jyrkästi laskea tyypillisesti arvoon noin 200 - 2000 Hz tavanomaisilla roottorin kierrosluvuilla noin 1000 - 1800 r/min. Tällöin menetelmälle on tunnusomaista, että jauhatusfrekvenssiä lasketaan normaalista arvosta noin 6000 - 20 000 Hz arvoon noin 200 - 2000 Hz vähentämällä leikkauselementtien määrää tavanomaiseta arvosta noin 400 - 600 tyypilliseen arvoon noin 20 - 60 samalla säilyttäen tavanomainen kierrosluku noin 1000 - 1800 r/min.Further studies have shown that the amount of cutting element can be sharply reduced to typically about 20 to 60 and the frequency range can be sharply reduced to typically about 200 to 2000 Hz at conventional rotor speeds of about 1000 to 1800 rpm. In this case, the method is characterized in that the grinding frequency is reduced from a normal value of about 6000 to 20,000 Hz to about 200 to 2000 Hz by reducing the number of shear elements from a conventional value of about 400 to 600 to a typical value of about 20 to 60 while maintaining a normal speed of about 1000 to 1800 rpm.

i 5 >95.4 ja että kuitumateriaalin viipymisaikaa jauhatusraossa lisätään frekvenssin alentamisen kautta menetetyn jauhatusimpulssi-määrän kompensoimiseksi toisaalta muodostamalla jauhatuspinnat kartiomaisiksi tai sylinterimäisiksi, jotta mahdollistetaan suuremman volyymin käyttö jauhatusraossa suurentamatta jauha-tuselementtien halkaisijaa, sekä toisaalta johtamalla käytön aikana jatkuvasti ja säteittäisesti jauhatusraosta pois höyryä, joka energianvaihdunnan takia vapautuu kuitumateriaalia seuraa-vasta nesteestä, jolloin jauhatusraosta poistunut höyry ensiksi vapautetaan raffinöörin sisällä pääasallisesti kaikesta höyryä seuraavasta kuitumateriaalista ja sen jälkeen johdetaan pois raffinööristä ainakin yhden höyrynpoistoaukon kautta.i 5> 95.4 and that the residence time of the fibrous material in the grinding slot is increased to compensate for the amount of grinding impulse lost through frequency reduction by forming the grinding surfaces conical or cylindrical to allow the due to the energy exchange, the fibrous material is released from the following liquid, whereby the steam leaving the grinding gap is first released inside the refiner from substantially all the fibrous material following the steam and then discharged from the refiner through at least one steam outlet.

Claims (2)

1. Förfarande för att sanka energiförbrukningen vid raffine-nng av en blandning eller suspension av fibermateria 1 t ex fuktig träflis i en raffinör med inlopp och utlopp för fiber-material, i vilken materialet passerar genom en malspalt mel-1 an relativt varandra med ett varvtal pä 1000 rpm - 1500 rpm rörliga malytor med konisk eller cylindrisk form varvid ma 1 -ningsfrekvensen är 6000 - 20 000 Hz, kännetecknad därav, att a) ma 1ningsförf arandet genomföres med en drastiskt reducerad malningsfrekvens fill ca 300 - 800 Hz genom ett minskat antal skärelement pä malytorna, varvid malytornas varvtal upprätthäl1 es vid ca 1000 rpm - 1500 rpm b) malningsförfarandet genomföres med en ökad uppehallstid för fibermaterialet i malsplaten för att kompensera för genom frekvenssänkningen förlorat malimpulsantal, och c) ur fibermaterialet frigjord änga bortföres kontinuer1igt i radiell riktning frän malspalten.A method for lowering energy consumption in refining a mixture or suspension of fibrous material 1, for example, moist wood chips in a refiner with inlet and outlet for fiber material, in which the material passes through a mill gap between each other with a speed of 1000 rpm - 1500 rpm moving conical or cylindrical shape surfaces with the ma 1 frequency being 6000 - 20 000 Hz, characterized in that the a) ma 1ing operation is performed with a drastically reduced grinding frequency fill about 300 - 800 Hz through a reduced (b) the grinding process is carried out with an increased maintenance time for the fiber material in the grinding plate to compensate for the grinding pulse number lost through the frequency reduction, and c. from the grinding column. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den frän malspalten avlägsnade ängan inom raffi-nören befrias frän i huvudsak allt med ängan följande fiber-material .2. A method according to claim 1, characterized in that the meadow removed from the mill gap within the refiner is freed from substantially all the fiber material with the meadow.