NO176616B - Fremgangsmåte og apparat for mating av en konisk raffinör - Google Patents

Description

Ved fremstilling av mekaniske masser, innbefattende TMP, RMP og CTMP, anvendes raffinører med innbyrdes dreibare raffi-nørelementer, som forsynes med celluloseholdig fibermateriale som skal raffineres til mekanisk masse. Den positive fUs-eller massestrøm gjennom raffinøren er typisk avhengig av raffinørens egen transporteringskapasitet. Transporterings-kapasiteten hos en typisk raffinør er temmelig høy, grunnet de store sentrifugalkrefter som fremkalles. Raffinørsystemets kapasitet bestemmes generelt av raffinørens transporteringskapasitet og ved regulering av den utstrømmende masse og damp fra raffinøren. Vanligvis mates raffinørene ved anvendelse av én eller flere skruetransportører av standardtype med generelt sylindriske aksler og skruevinger i ledningsrør av konstant diameter, som beskrevet i kanadisk patentskrift 1 079 559. Som ytterligere eksempler på kjent teknikk kan nevnes US patentskrifter nr. 4 457 804 og 4 754 935.

Det er konstatert at når en raffinør tvangsmates, i stedet for at produksjonen utelukkende baseres på raffinørens egen transporteringskapasitet, kan det fremstilles masse av gitt malegrad, brudd- og rivstyrke samt lysspredningsegen-skaper, med mindre energiforbruk. Alternativt kan det, ved bruk av samme energimengde som når produksjonen baseres på raffinørens egen transporteringskapasitet, fremstilles en mer ønskverdig masse, dvs. med lavere malegrad, større lyssprednings-koeffisient, større bruddfasthet og større rivstyrke (ved meget forskjellige energiverdier) ved tvangsmating av raffinøren.

Oppfinnelsens hovedformål er å muliggjøre fremstilling, ved gitt energitilførsel av en mekanisk masse med forbedrete egenskaper, ved tvangsmating av en raffinør. Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte og et apparat som angitt i de etterfølgende, henholdsvis krav 1 og 7. For-delaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvri-ge etterfølgende krav.

Ifølge oppfinnelsen vil således tvangsmating av en raffi-nør utføres ved anvendelse av en progressiv komprimeringspluggskrue. En slik skrue er en standardkomponent av utstyr som brukes i masse- og papirindustrien, for transportering av masse eller flis fra en første dampbehandling ved atmosfære-trykk i en forvarmer-transportør som drives ved tilnærmelses-vis samme trykk som i en raffinør, og i andre tilfeller hvor det er ønskelig å danne en flisplugg som stort sett vil stenge for gjennomstrømming av damp eller andre gasser i raffinører (se f.eks. US patentskrift 4 457 804 og 3 327 952) . En pluggskrue består av en aksel med konisk avsmalnende vinger, som er dreibare i en kanal som avsmalner konisk i overensstemmelse med skruevingens koniske avsmalning, slik at det cellulosehol-dige fibermateriale transporteres av den roterende skrue og komprimeres under samtidig luftavleding.

Det er ønskelig at raffinøren mates ved bruk av en mater-skrue hvis transporteringskapasitet er 10-4 0% større enn selve raffinørens. Fortrinnsvis benyttes også et prosesstrinn for regulering av masseproduksjonen ved avføling av aksialkraften mot raffinørens rotoraksel og motsvarende regulering av av-standen mellom raffinørelementene. Skrueprogresjonen oppnås på grunn av skruens konisitet og fremadskyvningen. Komprime-ringsforholdet bør være minst 3/1 for treflis og 6/1 for masse. Skruens rotasjonshastighet bør tilsvare minst 1/100 av raffinørens omdreiningstall (eksempelvis 6-10%).

Fordelene ved oppfinnelsen vil øke dersom det anvendes en konisk raffinør, særlig en konisk lavfrekvens-raffinør som beskrevet i US patentskrift 4 754 935. En slik raffinør er utstyrt med en stimfjerneinnretning i en reell slipesone mellom raffinørelementene, og en sentrifugalseparator i tilknytning til rotorakselen, for sentrifugalutskilling av damp og fibre, og vil muliggjøre effektiv produksjon av mekanisk masse med lavt energiforbruk. Når tvangsmatingen ifølge oppfinnelsen gjennomføres riktig slik at det dannes en plugg av flis (celluloseholdig fibermateriale) som stenger for damput-strømming fra raffinørinnløpet, vil den fremstilte masse ha lavere malegrad, større lyssprednings-koeffisient, større bruddfasthet og, ved vidt varierende energinivåer, større rivstyrke enn masse som er fremstilt uten tvangsmating av raffinøren, for et gitt energiforbruk.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser et sideriss, delvis i snitt, av en utførel-sesform av apparaturen ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et diagram hvor energiforbruk er avsatt mot malergrad, for jevnføring av masse, fremstilt ifølge oppfinnelsen, med masse som er fremstilt uten tvangsmating av raffi-nøren . Figur 3-5 viser diagram hvor energiforbruk er avsatt mot henholdsvis spredningskoeffisient, rivingsfasthet og bruddfasthet, for jevnføring av masse, fremstilt ifølge oppfinnelsen, med masse som er fremstilt uten tvangsmating av raffinøren.

Det er i figur 1 vist en versjon av apparaturen ifølge oppfinnelsen, som omfatter en mekanisk raffinør 10 og en materanordning 12 for fremføring av celluloseholdig fibermateriale (f.eks. treflis) til raffinøren 10. Raffinøren som fortrinnsvis er i form av en konisk lavfrekvens-raffinør som kjent fra US patentskrift 4 754 935 (hvortil det henvises) har slipeflater på innbyrdes dreibare slipeelementer, som skal redusere treflisen til mekanisk masse.

Raffinøren 10 er forsynt med en mantel 14 med et flisinn-løp 15 og et masseutløp 16. I den spesielle og viste versjon er det koniske raffineringselement 18 forbundet med en roter-bar aksel 2 0 og dreibart i forhold til det stasjonære, koniske raffineringselement 19. Begge elementer 18 og 19 kan imidler-tid være dreibart opplagret, eller ytterelementet kan være dreibart mens innerelementet er stasjonært, eller det kan være anordnet mer enn to slipeelementer. Det er opprettet en slipesone 21 mellom elementene 18 og 19 og damp kan fjernes direkte fra slipesonen 21, f.eks. gjennom kanaler 22. Det er fortrinnsvis også anordnet en sentrifugalseparator 24, og samtlige ovennevnte komponenter er som beskrevet i nevnte patentskrift 4 754 935.

Videre er det sørget for at spalten mellom elementene 18 og 19 kan justeres. I dette øyemed er yttermantelelementet 26 fortrinnsvis montert for frem- og tilbakegående bevegelse i retning av pilene 27 under styring av et hydraulisk sylinder-aggregat 28 e.l. slik at elementet 19 kan flyttes i forhold til det roterende element 18. Akselen 20 dreies av en vanlig motor 30. For å kontrollere produksjonen kan det med fordel benyttes en konvensjonell sensor 32 for avføling av aksialkraften mot akselen 2 0 og for overføring av den innhentete informasjon til en kontroller 33 som, ved å styre sylinder-aggregatet 28, justerer spalten mellom elementene 18 og 19, for regulering av produksjonen.

Ifølge oppfinnelsen blir treflis tvangsinnmatet til det aksiale midtinnløp 15 i raffinøren 10. Dette foregår ved anvendelse av den konvensjonelle pluggskrue som er vist som elementet 12 i figur 1. Denne progressive komprimeringspluggskrue omfatter et skruehus 40 med et materialinnløp 41 og med et utløp 42 i direkte flukt med og i forbindelse med raffinø-rens 10 flisinnløp 15. Innerveggen 44 av skruehuset 40 er konisk med en diameter som avtar generelt fra innløpet 41 til utløpet 42. Innløpet 41 er typisk forbundet med et for-bas-ningskar. En dreibar aksel 46 med påmontert skruevinge 48 er opplagret i konvensjonelle lagre for rotasjonsbevegelse i skruehuset 40. Skruevingen som strekker seg skrueformet fra innløpet 41 mot utløpet 42, har jevnt avtagende høyde i motsvarighet til den koniske innervegg 44. Endepartiet av akselen 47 mangler skruevinge ved utløpet 42, og i denne sone vil det dannes en plugg av flismateriale grunnet den komprimerende virkning av skruevingen 48 som roterer i det rom som avgrenses av innerveggen 44, slik at damp og gasser vanskelig, om over-hodet, kan trenge gjennom flispluggen og ut av flisinnløpet 15 til raffinøren 10. Akselen 46 dreies av en konvensjonell motor 50 (eksempelvis en 50-perioders likestrømsmotor).

Den komprimerende materskruen 12 bør ha en transporteringskapasitet som overstiger raffinørens 10 med 10-40% (be-regnet som sentrifugalkraft med fradrag av friksjonstap ved gitt rotor-statoravstand). Skruen bør ha en rotasjonshastighet motsvarende minst en hundredel, f.eks. 6-10%, av raffinø-rens turtall. Hvis eksempelvis raffinørrotoren 18 roterer med 1500 omdreininger pr. minutt, bør materskruen helst drives med 100-150 omdreininger pr. minutt. Den innbyrdes rotasjonsret-ning av akslene 46 og 20 er uten betydning (de kan rotere i samme retning eller motsatt av hverandre). Det er viktig at det ved hjelp av skruen 12 dannes en egnet, damptett plugg. Dette innebærer at det ved hjelp av skruen bør opprettes et komprimeringsforhold av minst 3/1 for treflis og minst 6/1 for masse. Komprimeringen skyldes både skruekonisiteten og skrueprogresjonen. Således vil f.eks. en skruekonisitet av 3/1 og en skrueprogressivitet av 2/1 gi en skruekomprimering av 6/1.

For tilfredsstillende pluggdannelse er det også viktig at det ved enden 47 av skruen er anordnet en "bar" strekning av samme diameter som den minste diameter av den koniske innervegg 44, som vist i figur 1.

Materanordningen 12 kan alternativt være i form av en skråskrue som vil danne en flismaterialplugg.

Ved anvendelse av apparaturen ifølge figur 1 kan det, ved gitt energitilførsel, produseres masse med forbedrete egenskaper. Forskjellige, ønskelige masseegenskaper er avsatt mot energitilførselen i diagrammene ifølge figur 2-5, hvor figur 2 viser malegrad avsatt mot energitilførsel, figur 3 lysspredningskoeffisient, figur 4 rivstyrke, og figur 5 bruddfasthet. I hvert tilfelle var massen fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen ved anvendelse av apparatur som vist i figur 1, og deretter ved bruk av samme lavfrekvens-raffinør uten tvangsmating og med en konvensjonell skruetransportør med skruevinge av konstant høyde og roterende i et rør av konstant diameter, og med samme råmateriale (treflis). Ved bruk av den ikke-komprimerende, konvensjonelle skruetransportør var trykket i flismaterial-basningskaret (sammenkoplet med inn-løpet til skruetransportøren) 0,5 bar høyere enn i raffinøren. Raffineringen ble gjennomført ved et overtrykk av 2,5 bar. Ved anvendelse av apparaturen ifølge oppfinnelsen som vist i figur 1, var trykket i basningskaret 2,0 bar under raffine-ringstrykket. Raffineringsfrekvensen i samtlige forsøk under anvendelse enten av komprimeringsskruen ifølge oppfinnelsen eller av den konvensjonelle, ikke-komprimerende skrue, var 600 Hz ved rotoren (1200 Hz ved statoren) og det ble benyttet masse av ensartet konsistens.

I figur 2 er massen, fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen, vist med kurven 54 mens massen, fremstilt med

konvensjonell fremmating til lavfrekvensraffinøren er vist med kurven 55. I figur 3 er massen ifølge oppfinnelsen angitt med kurven 58 og den konvensjonelt fremstilte masse med kurven 59. I figur 4 er massen ifølge oppfinnelsen angitt med kurven 62

og den konvensjonelt fremstilte masse med kurven 63. Figur 5 er massen ifølge oppfinnelsen angitt med kurven 66 og den konvensjonelt fremstilte masse med kurven 67.

Det fremgår av diagrammene, at ved enhver gitt energitil-førsel har masse som er fremstilt ifølge oppfinnelsen, lavere malegrad, høyere lysspredningskoeffisient og større bruddfasthet enn masse som er fremstilt på vanlig måte. Likeledes er rivstyrkeen høyere over størstedelen av energitilførsels-området. Dette viser at det ifølge oppfinnelsen ikke bare er mulig å produsere masse med bedre egenskaper ved en gitt energitilførsel, men også å fremstille masse med samme egenskaper som konvensjonell, mekanisk masse, ved lavere energi-tilførsel .

Selv om den er beskrevet spesielt i tilknytning til en lavfrekvens-raffinør som kjent fra US patentskrift 4 754 935, er oppfinnelsen ikke begrenset til dette. Oppfinnelsen kan finne anvendelse ved konvensjonelle raffinører selv om effek-ten vil forbedres dersom komprimeringsskruen anvendes ved en lavfrekvens-raffinør.

Det fremgår således at det ifølge oppfinnelsen er mulig å produsere mekanisk masse med bedre egenskaper ved et gitt energiforbruk, eller med samme egenskaper som konvensjonelt fremstilt masse ved lavere energiforbruk, ved en enkel pro-sessforandring og med kommersielt tilgjengelig apparatur.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for raffinering av celluloseholdig fibermateriale for fremstilling av mekanisk masse ved anvendelse av en mekanisk raffinør (10) med et innløp (15) og en gitt transporteringskapasitet, hvor raffinøren (10) tvangsmates med celluloseholdig fibermateriale i innløpet (15) slik at ut-strømming av damp fra raffinøren gjennom innløpet stort sett forhindres, karakterisert ved at fibermateri-alet mates i et tempo som overstiger raffinørens transporteringskapasitet, ved hjelp av en progressiv komprimeringspluggskrue (46, 48) med et vingeløst parti (nær 47) i det trangeste parti av det omgivende skruehus (40) umiddelbart ved raffinøren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvorved det anvendes en raffinør med en rotoraksel (20) og minst to raffineringselementer (18, 19) hvorav det ene er forbundet med rotorakselen, karakterisert ved regulering av produksjonen av mekanisk masse ved avføling av aksialkraften mot rotoraksen og justering av spalten (21) mellom raffinørelementene i motsvarighet til den registrerte aksialkraft.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at matingen av raffinøren gjennomføres i et tempo som overstiger raffinørens transporteringskapasitet med 10-40%.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes en skrue med et komprimeringsforhold på minst 3/1 for treflis og minst 6/1 for masse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvorved det anvendes en raffinør med en rotor (18, 20), karakterisert ved at raffinøren mates med en skrue (12) som roterer med en hastighet tilsvarende 6-10% av raffinørrotorens rotasjonshastighet.

6. Mekanisk cellulosefibermaterialmasse med gode malegrads-, lyssprednings- og bruddfasthetsegenskaper ved en gitt energi-tilførsel og fremstilt ved bruk av en mekanisk raffinør (10) med et innløp (15) og en gitt massetransporteringskapasitet, idet materialet innmates slik i innløpet, at utstrømming av damp fra raffinøren gjennom innløpet stort sett forhindres, karakterisert ved at massen er fremstilt ved tvangsmating av raffinøren med celluloseholdig fibermateriale i et tempo som overstiger raffinørens transporteringskapasitet med 10-40%.

7. Apparat for fremstilling av masse av celluloseholdig fibermateriale, omfattende en mekanisk raffinør (10) med minst to innbyrdes bevegelige raffineringselementer (18, 19), en rotoraksel (2 0) som er forbundet med et av elementene, et materialinnløp (15) og et masseutløp (16), og med gitt transporteringskapasitet, samt en anordning (12) for tvangsfremfø-ring av materiale til raffinørinnløpet for utforming, ved raffinørinnløpet, av en materialplugg som stort sett vil forhindre dampgjennomstrømming, karakterisert ved at tvangsfremføringsanordningen (12) omfatter en progressiv komprimeringspluggskrue (46, 48) med et vingeløst parti (nær 47) i det trangeste parti av det omgivende skruehus (40) umiddelbart ved raffinøren.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved en innretning (28) for justering av spalten mellom raffine-ringselementene, en innretning (32) for avføling av aksial-kraf ten mot rotoraksen og en innretning (33) for styring av justeringsinnretningen (28) i avhengighet av aksialkraftinfor-masjonen fra avfølingsinnretningen (32).