NO790524L - Fremgangsmaate for fremstilling av masse - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling

av masse.

Foreliggende forslag angår en fremgangsmåte for ved raffinering å fremstille raf f inørmasser i høyt utbytte (> 85 %)• av lignocelluloseholdig materiale såsom flis, sagspon eller defibrert flis. Før raffineringen, som vanligvis utføres i skive-raffinører, forvarmes og/eller behandles materialet med ligninoppmykende kjemikalier.

Ved konvensjonelle utføringsformer av raffineringsprosessen skjer raffineringen av fibermaterialet ved meget høye fiberkonsentrasjoner, idet den mengde vann som sammen med fibermaterialet tilføres raffinøren holdes på så lavt nivå som mulig. Dette er nødvendig for at man skal kunne oppnå gode egenskaper ved de frilagte fibre og gjøre disse egnet for fremstilling av en rekke forskjellige papirkvaliteter. Raffineringsprosessen er imidlertid meget energikrevende, hvilket, sammen med stadig høy-ere energipriser og begrenset energitilgang, blir en stadig større ulempe ved denne metode for fremstilling av mekaniske eller kjemimekaniske masser i ovennevnte utbytter.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse har det imidlertid meget overraskende vist seg å være mulig i vesentlig grad å minske energiforbruket under raffineringen uten av den grunn å gi avkall på massens kvalitet,<p>g i visse tilfeller kan dessuten en kvalitetsforbedring noteres.

Ved raffineringen spaltes fibermaterialet til fibre eller fiberfragmenter under passasjen gjennom den trange malespalten mellom malesegmentene i skiveraffinøren. Ved valg av prosessparametre som trykk, temperatur, konsentrasjon, produk-sjon, maleskivemønster etc. i raffinøren, er det vesentlig at dette gjøres slik at malespalten blir passende stor ved den øns-kede effektinnsatsen og bearbeidingen av fibermaterialet. En for trang malespalte gir vanskeligheter ved transporten av massen gjennom spalten og medfører ofte at massekvaliteten .blir dår- lig på grunn av at mange fibre klippes av eller forstyrres på annen måte under passasjen mellom skivene. En altfor stor malespalte forårsaker på den andre siden problemer med høyt flisinnhold i massen; raffineringen blir med andre ord ikke fullgod;

Massekonsentrasjonen påvirker malespalten for en viss energiinnsats på følgende måte. Ved høy massekonsentrasjon nåes en viss bearbeiding av materialet med derav følgende energiforbruk ved en viss malespalte. Ved høy massekonsentrasjon oppnåes en viss bearbeiding av materialet med derav føl-gende energiforbruk ved en viss malespalte. Dersom man med konvensjonell raffineringsteknikk skal oppnå samme bearbeiding av fibermaterialet eller samme energiforbruk ved lav massekon-sentras jon, må malespalten minskes. Årsaken til disse forhold antas å være dels at massefibrene danner et tykkere lag ved høyere konsentrasjon, dels at fibrenes oppholdstid mellom raf-finørskivene blir lengre på grunn av øket transportmotstand når konsentrasjonen økes. Ved lavere massekonsentrasjoner transpor-teres materialet hurtigere gjennom malespalten. Vil man da fremdeles oppnå samme bearbeidingsgrad av fibrene (samme energiforbruk) , må malespalten minskes. Dette medfører øket intensi-tet i energioverføringen fra malesegmenter til fibrer og derved større fare for fibérskader. .Ved tillemping av dagens prosessteknikk tvinges man derfor til å arbeide med relativt høye massekonsetrasjoner i raf-finøren, vanligvis over 20 % regnet som utløpskonsentrasjon, for å havne i riktig malespalteintervall, slik at man får tilfreds-stillende massekvalitet og unngår fibérskader. Dette gjelder for alle typer prosesser der man arbeider i det høyeste utbyttein-tervallet (> 85 %), f.eks. termomekaniske eller kjemimekaniske prosesser. Ved disse høye massekonsentrasjoner blir imidlertid damputviklingen høy, hvilket fører til en rekke problemer som er vanskelige å mestre, når flis-, fiber-, vann- og dampstrømmene gjennom raffinøren hver for seg skal reguleres slik at de forlø-per uten forstyrrelser. Massefibrene blir dessuten i seg selv strømningsmessig uhåndterlige og energiforbruket ved bearbeidingen blir høy.

Hoveddelen av den damp som dannes under prosessen forlater raffinøren sammen med fibermaterialet og ikke-fordampet vann gjennom malespalten og strømmer ut i det omgivende malehuset. Dampmengden er stor og damphastighetene gjennom spalten blir meget store. Dette begrenser selvsagt energiinnsatsen, i mange tilfeller så kraftig at man ikke oppnår ønsket bearbeiding av fibermaterialet ved én eneste passasje, men tvinges til å gjenta raffineringen én eller flere ganger på hele massemengden eller deler av denne, dvs. raffineringen må utføres i flere trinn. Dampen opptar dessuten en meget stor del av spalterom-met mellom de bearbeidende maleskivene, hvilket sammen med det forhold at fibermaterialet ved høye konsentrasjoner er ujevnt fordelt i malespalten og over malesegmentene, fører til at man ikke kan utnytte alle de muligheter til bearbeiding av fibermaterialet som malesegmentene tilbyr.

Selv om større deler av den dannede damp strømmer ut ved malesegmentenes omkrets er det likevel en ikke ubetydelig del av denne som vil strømme bakover og forlate raffinøren der flisen mates inn. Dette hindrer i mange tilfeller en innmating av den samme og forårsaker derved alvorlige effektvariasjoner.

En slik varierende fiberstrøm gjennom raffinøren har selvsagt en ugunstig innvirkning på massekvaliteten. Når fiberstrømmen er for stor blir bearbeidingen av denne utilstrekkelig, når det er for lite, blir den altfor intensiv.

At dampen på denne måte strømmer dels fremover, dels bakover, skyldes at trykket i spalten mellom malesegmentene blir større med øket energioverføring i retning mot omkretsen og når et maksimum ett eller annet sted i den ytre del. Energioverfø-ring og damputvikling når her sine maksimale verdier og området blir en naturlig skiller for dampstrømmen fremover/bakover.

Store og vanskelig håndterbare, dampmengder dannes altså når man tvinges til å utføre raffinering av fibermateriale ved høye fiberkonsentrasjoner. Bestemt umiddelbart etter raffineringen ligger fiberkonsentrasjonene oftest i området 25 - 35 %. I betydelig grad vil derfor dampproblemene bestemme utfor-mingen av malesegmentene som utgjør de instrumenter ved hjelp av hvilke fibermaterialet bearbeides. Således må spor og bommer utformes slik at sporene blir tilstrekkelig brede og dype, slik at damptransporten ikke hindres. På den andre side vil et sma-lere spor og en bredere bomflate ofte være fordelaktig med hen-blikk på'fibrenes bearbeiding, noe som hensynet til damptransporten altså forhindrer. Videre er det ønskelig i størst mulig grad å holde fibermaterialet oppe omkring ribbeflater og -egger, slik at materialet er tilgjengelig for den bearbeiding som av-stedkommes av bommenes egger og flater. Dype spor vanskelig-gjør dette. En effektiv bearbeiding av fibermaterialet krever videre ifølge nye maleteorier en vedvarende og hurtig omforde-ling av materialet, hvilket også vanskeliggjøres av altfor dype spor og høy fiberkonsentrasjon.

Det fremgår av det som ovenfor er sagt at det i høy grad vil være ønskelig å utføre raffinering av fibermateriale ved lavere fiberkonsentrasjoner enn hva dagens teknikk tillater. Når konsentrasjonen senkes minsker damputvikiingen og fiber-strømmen gjennom raffinøren lettes. Fibermaterialet fordeles jevnere over de bearbeidende flater, omfordelingen av materialet i sporene skjer lettere og hurtigere og mulighetene for bearbeiding av fiber bg flis utnyttes bedre. Den sterkt mins-kede damputvikling muliggjør fornuftigere utforming av malesegmentene.

Disse fordeler med lav massekonsentrasjon under raffineringen gir seg til kjenne ved at når massekonsentrasjonen senkes under 15 % kan. man konstatere en påtagelig minsking av energiforbruket for en viss bearbeidingsgrad av fibermaterialet målt som avvanningsmotstand. Denne effekt er imidlertid vans- ■ kelig å utnytte med dagens teknikk, da malespalten samtidig minskes så sterkt ved raffinering ved disse lave konsentrasjoner, at massens styrkeegenskaper forringes på grunn av fibérskader, se ovenfor.

Med foreliggende oppfinnelse kan man få tilstrekkelig oppholdstid for fibermaterialet i raffinøren, slik at den spesi-fikke effektinnsatsen kan holdes på et nivå der fibérskader unn-gåes, på tross av at raffineringen utføres i konsentrasjonsinter-vallet 8 - 15 %, regnet som utløpskonsentrasjon. Dette innebærer at energiforbruket ved raffineringen kan minskes vesentlig, samtidig som den fremstilte massens kvalitet opprettholdes eller til og med forbedres. Dette er mulig ved at massestrømmen gjennom raffinøren ifølge oppfinnelsen bremses effektivt.

Det karakteristiske ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere under henvisning til figuren som skjematisk viser en raffinør for . utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den viste raffinøren er en skiveraffinør der begge maleskivene roterer i forhold til hverandre, men oppfinnelsen er også anvendbar på en raffinør med en fast og en roterende male-skive.

Raffinøren omfatter et stativ 1 i hvilket to aksler 2,

3 er opplagret. Akslene drives i motsatte retninger av motorer 4, 5 og er i sin ene ende forsynt med malesegmentholdere 6, 7 på hvilke malesegmenter 8, 9 er festet. Mellom malesegmentene 8, 9 dannes en malespalte 10 som kan reguleres ved aksiell forskyving av den ene akselen 2 og tilhørende segmentholdere 6. Den andre segmentholder 7 er forsynt med åpninger 11 for tilførsel av materiale, hvilke åpninger står i forbindelse med en innmatings-anordning 12. Til materialinnløpet er en tilførselsledning 13 for spedevann tilkoplet. Tilført mengde spedevann reguleres med en ventil 14.

Segmentholderne 6, 7. er omgitt av et lukket malehus 15. Til malehuset 15 er en tilførselsledning 16 for spedevann tilsluttet, hensiktsmessig til nedre del av malehuset. Med en ventil 17 kan tilførselen reguleres. For avledning av det raffinerte materiale er en utløpsledning 18 tilsluttet malehuset, hensiktsmessig til dets øvre del. Trykket i malehuset reguleres med en ventil 19.

Det lignicelluloseholdige materialet som skal raffineres forvarmes med damp og/eller behandles med ligninoppmykende kjemikalier, eksempelvis Na2SC>2før raffineringen på kjent måte. Materialet mates frem av en skrueinnmater 12 og passerer inn gjennom åpningene 11 i segmentholderen 7 og ut gjennom malespalten 10. Trykket i innmatingssonen, dvs. der materialet innføres gjennom åpningene 11, holdes vanligvis mellom 10 og 260 kPa, hensiktsmessig mellom 20 og 140 kPa. Dette motsvarer en temperatur på omtrent 100 - 140°C, hensiktsmessig 105 - 125°C.

Materialkonsentrasjonen ved raffineringen holdes innen 8 - 15 %, regnet som utløpskonsentrasjon, dvs. konsentrasjonen

når materialet forlater malespalten. Denne konsentrasjon reguleres ved tilførsel av spedevann av hensiktsmessig temperatur via ledningen 13.

Ved kontinuerlig og regulert tilførsel av spedevann, hensiktsmessig fabrikkens spillvann, via ledningen 16, utspedes massen etter raffineringen til lett pumpbar konsentrasjon, hensiktsmessig 1 - 6 % og fortrinnsvis 2 - 5 %, slik at malehuset 15 holdes fylt av fibersuspensjonen. Derved danner fibersuspensjonen i malehuset en vegg rundt malespaltens utløpsåpning og bremser fibermaterialets aksellerasjon gjennom malespalten. Materialets oppholdstid i malespalten øker og den lave konsentrasjonen muliggjør en jevnere fordeling av materialet. Strømmen gjennom spalten antar karakter av pluggstrøm.

Materialets oppholdstid i malespalten påvirkes også av malesegmenten.es mønster. I foreliggende tilfelle er således et tett mønster ønskelig, dvs. sporenes dybde og bredde skal utføres med små dimensjoner. Eksempelvis kan malesegmentene utformes med en bearbeidingssone der sporbredden er mindre enn 2 mm og spor-dybden mindre enn .4 mm. Dessuten bør malesegmentenes spor for-synes med et stort antall dammer. Som tidligere angitt gir slike mønstre også en mer effektiv bearbeiding av fibrene.

I malehuset 15 opprettholdes utenfor maleskivene et

trykk som omtrent motsvarer trykket i innmatingssonen. Under visse forhold kan det likevel være. hensiktsmessig å opprettholde et høyere trykk i malehuset enn i innmatingssonen. Materialets oppholdstid i malespalten kan derved forlenges ytterligere.

Trykket i malehuset reguleres med ventilen 19 i utløpsledningen

18 fra malehuset. Den lave konsentrasjon i malehuset gir en jevn strøm gjennom malehuset. Videre innebærer den lave konsetrasjo-

nen at trykkfallet over ventilen 19 blir lettere å kontrollere og derved også trykket i malehuset og hele raffineringsoperasjonen.

Ved at konsentrasjonen ved raffineringen holdes på et lavt nivå (8 - 15 %), dannes betydelig mindre damp enn normalt. Ingen eller meget lite damp strømmer bakover mot den innkommende flis, og den damp som strømmer ut gjennom spalten har lav hastig-het og kondenseres så godt som umiddelbart i den.fibersuspensjon som omgir segmentholderne. At malehuset er fylt av en fibersus-pens jon av lav konsentrasjon, medfører dessuten at varme meget lettere ledes bort fra raffineringssonen. Dette bidrar ytterligere til å begrense damputviklingen i raffineringssonen. Det er også mulig, å utnytte defibrert flis som utgangsmateriale. Skrue-innmateren 12 kan da utskiftes med en massepumpe hvis utløpsled-

ning direkte tilsluttes raffinørens innmatingssone. Med defib-

rert flis menes her et fibermateriale som i en foregående operasjon delvis er defibrert med meget liten energiinnsats. Forut for defibreringen kan forvarming og/eller behandling med lignin-mykgjørende kjemikalier være foretatt. Malespalten ved denne operasjon er stor og fiberskadene ubetydelige. Raffineringen,

dvs. den hovedsakelige innsatsen av energi, skjer siden på den ovenfor beskrevne måte.

Raffinering av fibermateriale med lav konsentrasjon, fortrinnsvis i området 2 - 5 %, har i og for seg lenge vært an-vendt. Da er det imidlertid snakk om fibermateriale i lavt utbytte, vanligvis omkring 50 %, såkalte kjemiske masser, eller i utbytter opp til 80 %, såkalt halvkjemiske masser. I begge tilfeller har fibrene en helt annen karakter enn i det utbytteom-råde som oppfinnelsen gjelder (> 85 %). Disse lave utbytter, under 80 %, gir fleksible fibre, som kan males ved lav konsentrasjon og små spalter uten fiberforstyrrelse. Det er dessuten aldri eller meget sjelden snakk om større energiinnsatser enn 400 - 500 kWh/tonn, hvilket er omtrent halvparten til en tredje-del av den energimengde som trengs for fullgod raffinering av høyutbyttefibre ifølge oppfinnelsen. Videre skal bemerkes at fiberkonsentrasjonen i disse tilfeller (2 - 5 %) er den samme i såvel malespalten som malehuset. Et fibermateriale som etter raffinering kan karakteriseres som mekanisk eller kjemimekanisk masse, raffineres ifølge konvensjonell teknikk fra råmateriale til ferdig masse ved høy konsentrasjon, 20 - 40 %.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke begrenset til de beskrevne utføringsformer, men kan varieres innen rammen for oppfinnelses-tanken.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for/ raffinering av lignocelluloseholdig materiale, hvor materialet først forvarmes og/eller behandles med ligninoppmykende kjemikalier samt eventuelt defibreres og deretter innføres i en skiveraffinør og raffineres under passasje ut gjennom spalten mellom raffinørens maleskiver til et omgivende hus, karakterisert ved at raffineringen utføres ved lav konsentrasjon av materialet, idet konsentrasjonen ved materialets utstrømming fra malespalten er 8 - 15 %, at vann kontinuerlig tilfø res malehuset utenfor maleskivene for å utspe det raffinerte materialet til en fibersuspensjon med lett pumpbar konsentrasjon, hensiktsmessig 1 - 6 %, samt at malehuset holdes fylt av denne suspensjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et overtrykk opprettholdes ved materialets innføring i mellomrommet mellom maleskivene samt at hovedsakelig samme overtrykk opprettholdes i malehuset utenfor maleskivene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at overtrykket holdes mellom 20 og 140 kPa.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at materialkonsentrasjonen ved raffineringen opprettholdes ved regulert tilførsel av spedevann ved materialets innføring i mellomrommet mellom maleskivene.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at vannet for utspeding av materialet i malehuset tilføres til malehusets nedre del og at materialet avledes fra malehusets øvre del.