CN101027446A - 生产纤维素浆的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种生产纤维素浆和使纤维素浆脱水的方法和装置,其中将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,优选使用水力旋流器根据比表面分级成至少三个级分(10,3,12),分别对各级分进行处理,随后全部或部分混合在一起,所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(6,7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),并优选使用磨浆机、球磨机等对一个或多个纤维级分(3,3a)进行分裂、原纤化并永久致密化处理。
Description
发明领域
本发明涉及处理木纤维的纤维形成方法和纤维形成装置。本发明的一个目标为优选由TMP(预热法木片磨木浆)、CTMP或CMP生产木质印刷级纸、新闻印刷纸品质和高级纸品质(附加值级纸)例如SC/LWC。这样显著节省能量,节省漂白化学品并降低洗涤和脱水设备的投资成本。本发明的另一个目标为较低能量输入地生产TMP、CTMP、CMP或其他机械纸浆,而纸浆的品质可接受。另一个目标为使用根据本发明的改进方法和改进装置来处理采用任何制浆方法得到的纤维例如DIP、硫酸盐纸浆或任何其他浆,从而节省能量并改进纸浆品质等。另一个目标为改进纤维素浆的排水能力和脱水性能。
现有技术的说明
现今使用的生产机械浆例如TMP、CTMP、CMP及其改进的品质的技术借助于在主生产线中一步或多步的磨浆,其中能量消耗为众所周知的问题。随后的分离借助于多步筛分,分离长纤维级分。将该级分用单步或多步HC(高浓度)磨浆处理,随后进行筛分步骤或在磨浆之间进行筛分。由HC-磨浆后的不合格品可用LC(低浓度)磨浆处理。
根据上述现有技术的一种改进的方法采用LC-磨浆将TMP浆从新闻纸浆提升为SC/LWC浆,这点是先前已知的,参见美国专利6361650B1。该专利描述了这样一种体系,其中对整个前进的浆流进行LC-磨浆,随后将该流分级,随后处理各级分。采用长眼筛根据长度进行分级。
由美国专利4731160已知,使用水力旋流器将用过氧化氢漂白的两个级分分开(权利要求1和权利要求2)。
由美国专利5133832已知,使用过氧化氢(H2O2)漂白长纤维级分,使用连二亚硫酸盐(Na2S2O4)漂白短纤维级分。
由EP1077281A1已知,使用HC-磨浆来处理纤维(主要为可重复利用的纤维),得到较高品质的木质纸。在长眼筛(slot)和水力旋流器分级之后进行HC-磨浆。
可提及的其他参考文献为WO03/000982A1、WO01 20074A1和WO2004/003288A1。
现有技术的问题
已知的技术未说明人们应如何得到表面性能好的纸,同时节省能量,仍得到强度性能好的纸。机械浆例如TMP可不经处理用于高品质纸,但是收率降低且需要较高的能量输入。为了制备高品质纸,现今可使用较昂贵的化学浆纤维(例如硫酸盐浆、亚硫酸盐浆等)与机械浆一起混合,以得到所需的性能。这种增强的化学浆强度高且纤维长。在上述文献中均未公开一种既考虑比表面(纤维壁厚)又考虑使用LC-磨浆来处理接受的级分的体系,以改进新闻纸机械浆的品质、对基于比表面分离的不同的级分使用不同的漂白化学品,或者产生新闻纸品质浆,显著减少能量、漂白化学品、脱水和洗涤设备投资。
总之,现有技术未明确说明通过纤维形态进行分离,使得可选择性处理不同的级分,以及有效处理纤维或纤维分级,使得纸表面稳定(变粗糙)。
发明综述
为了解决上述问题,提出以下方法和装置。
生产纤维素浆的方法包括将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,分级成至少两个级分(10,11,12),优选至少三个级分,分别对各级分进行处理,随后全部或部分混合在一起,其特征在于优选使用包含水力旋流器的装置(1)根据比表面进行分级,所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(6,7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),和优选使用包含某种研磨机(5,5a)例如磨浆机、球磨机等的装置将一个或多个纤维级分(3,3a)分裂、原纤化和永久致密化处理。
效果是仅处理因表面稳定性问题而需要处理的纤维。需要这种处理的已压溃纤维的另外的效果为纸的表面稳定性较好。
根据所述方法的另一个实施方案操作如下。
生产纤维素浆的方法包括将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,随后优选使用包含水力旋流器的装置(1)根据比表面对所述浆进行分级,其特征在于所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),和将所述浆分级成至少三个级分(10,3,(3a)12),分别对各级分进行处理,随后全部或部分混合在一起,和优选使用包含粉碎装置(5,5a)例如研磨机、磨浆机、球磨机等的装置对一个或多个纤维级分(3,3a)进行分裂、原纤化和永久致密化处理。
根据一个实施方案,在粉碎装置(5,5a)中处理的一个或多个级分(3,3a)包含z值为0.3-0.8的纤维。
如上所述,效果是仅处理需要处理的纤维。这样节省能量和/或最终的产品较好。
根据一个实施方案,运行粉碎装置(5,5a)使得通过粉碎装置使纤维壁产生裂缝,引起所加工级分中的纤维永久致密化。
效果是需要处理的纤维对纤维回弹较不敏感,且改进了终产物的表面稳定性,特别是当考虑再湿润时。
根据一个实施方案,粉碎装置(5,5a)以区间0.8-14%的浆浓度进行磨浆,优选区间为1-5%。
根据一个实施方案,粉碎装置(5,5a)磨浆的浆浓度为0.8%、0.9%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%。
根据一个实施方案,粉碎装置(5,5a)磨浆的浆浓度为3%-8%。
选择正确的浓度区间的效果是形成永久致密化的纤维但不过分切割纤维。
根据一个实施方案,粉碎装置(5,5a)包括以能量输入为10-800kWh/t,优选为100-600kWh/t,还更优选为200-500kWh/t下运行的磨浆机。
在正确的能量区间下操作的效果是生纤并压溃引入的级分,使得纤维分裂、原纤化,使需要处理的纤维永久致密化。
根据一个实施方案,包含高比表面纤维的级分(10)从水力旋流器步骤的底部离开。
使用水力旋流器的效果是基于比表面分离纤维,在同一分级操作中可得到不同长度的纤维。
根据一个实施方案,经过处理的较低比表面级分(3,3a)和较厚壁纤维从水力旋流器步骤的底部离开。
根据一个实施方案,富含细屑材料并包含高比表面纤维的级分(10)在非碱性环境下漂白。
效果是可对有问题的级分进行漂白。非碱性漂白环境对级分(10)中杂质的影响较不敏感,所述杂质可例如包括金属离子。还可在较低成本下进行非碱性漂白。
根据一个实施方案,在pH小于9下漂白级分(10)。
根据一个实施方案,使用还原性漂白剂漂白级分(10)。
根据一个实施方案,使用包含连二亚硫酸盐的漂白剂漂白级分(10)。
使用连二亚硫酸盐的效果是在较低成本下进行漂白,且连二亚硫酸盐在可漂白纤维之前较不易破坏。
根据一个实施方案,使用氧化性漂白剂对含有较低比表面纤维的级分(3,3a)进行漂白。
对低比表面级分(3,3a)氧化漂白的效果是一种或多种该级分含有更少易破坏氧化性漂白剂的上述杂质。氧化性漂白剂更有效,因此,就浆的白度(brightness)而言,使用此类漂白剂漂白该级分(3,3a)效果更好。
根据一个实施方案,使用包含过氧化氢的漂白剂漂白级分(3,3a)。
根据一个实施方案,使用包含臭氧的漂白剂漂白级分(3,3a)。
根据一个实施方案,将上述工艺步骤后剩余的且具有最低比表面的级分(12)清除沙子、树皮和其他重杂质,并优选使用装置(15)处理,以剥离该级分(12)中纤维的纤维壁,并且所述装置包括某类粉碎装置例如磨浆机等,随后将处理后的全部或部分该级分返回(优选反向)工艺中。
根据一个实施方案,装置(15)磨浆的浓度大于15%,更优选大于14%。
效果是对浆进行清除,除去终产物中不需要的颗粒和杂质。处理后剩余的该级分纤维可用于最终的浆中。回收这些纤维改进了纤维的产率。
根据一个实施方案,优选含有较厚纤维壁纤维的较低比表面纤维流(3,3a)经过处理后全部或部分与高比表面纤维和细屑材料的流(10)一起混合,以改进脱水性能。
将级分(3,3a)部分或完全与级分10混合的效果是更易提取水分。级分10富含低比表面纤维和细屑材料,由于易堵塞过滤器和其他脱水设备,因此该级分脱水困难,并且即使不堵塞设备,脱水也很缓慢。与包含较低比表面纤维的级分10混合,更易脱水,总的级分还具有改进的脱水性能。
根据一个实施方案,将优选含有较厚纤维壁纤维的较低比表面纤维流(3,3a)单独脱水至浓度高于各级分混合物最终所需的浓度,使得含有高比表面纤维的级分(10)、优选薄壁纤维和细屑材料仅需部分脱水或根本不需要脱水。
如上所述,级分(3,3a)更易脱水。这是由于该级分中细屑含量较少,且包含在该级分中的较低比表面纤维的性能不同。通过浓缩脱水该级分(3,3a),而不是试图使富含细屑的级分(10)脱水,可更好地利用脱水设备,这是由于堵塞脱水设备的可能性更小。总之,可降低此类设备的投资。
根据一个实施方案,将包含具有高比表面和较低比表面纤维的各级分(10,11,11a)经过处理后汇集成含有浆的浆流(32),这比生产木质印刷级纸浆、新闻印刷纸浆、SC、LWC、SC A++纸浆和其他纸浆的常规工厂需要更低的能量输入和更少的漂白剂。
采用不同的方法处理不同的纸浆级分可更佳地利用纤维原料。
采用上述方法处理的效果是生成纤维,使得流32更易在造纸机上脱水。
为了进一步描述本发明,公开了一种解决所述问题的装置。
处理纤维素浆的装置得到改进的性能,所述性能例如光散射、拉伸指数、撕裂指数、表面粗糙度、漂白化学品消耗、能量消耗,所述装置包括第一水力旋流器装置(7)、第二水力旋流器装置(2)、磨浆机(5)以及在这些装置之间的传输装置,其特征在于将纤维素浆引入第一水力旋流器装置(7),分出底部级分(10)和顶部级分(14),将顶部级分(14)通过另一个水力旋流器装置(2)分出底部级分(3),底部级分(3)在脱水后,继续用包含磨浆机的装置(5)进一步处理,处理浓度为1-14%。
结果,在处理浆的装置中使用水力旋流器分离使纤维形态为确定哪种纤维会与其他纤维分离的重要因素。这意味着使用筛子时不是基于纤维长度进行分级。这意味着所述装置可分开需要处理的纤维。
根据装置的一个实施方案,用非碱性还原性漂白剂漂白底部级分(10)。
效果是可对有问题的级分进行漂白。非碱性漂白环境对级分(10)中的杂质的影响较不敏感,所述杂质可例如包括金属离子。还可在较低成本下进行非碱性漂白。
根据装置的一个实施方案,使用氧化性漂白剂漂白第二底部级分(11)。
对低比表面级分(3,3a)氧化漂白的效果是一种或多种该级分含有更少易破坏氧化性漂白剂的上述杂质。氧化性漂白剂更有效,因此,就浆的白度而言,使用此类漂白剂漂白该级分(3,3a)效果更好。
根据装置的一个实施方案,将顶部级分(33)继续送至水力旋流器装置,分成底部级分(3a)和顶部级分(33a),其中所述底部级分(3a)在脱水后,以1-14%的浓度用磨浆机(5a)处理。
根据装置的一个实施方案,使用氧化性漂白剂漂白底部级分(3a,11a)。
根据装置的一个实施方案,将处理过的底部级分(10,11和/或11a)汇集成具有改进性能的常规浆流(32)。
在这种装置中处理的效果是形成纤维,使得流32更易在造纸机上脱水。
根据装置的一个实施方案,顶部级分(33,33a)继续用水力旋流器(8)清洗,以除去重杂质,例如沙子、树皮和在顶部级分(12)中离去的其他重杂质。
根据本发明的一个实施方案,对底部级分继续进行处理,包括以浓度大于5%进行磨浆(15),随后将该级分返回引入装置入口的前进的浆流中。
另一个实施方案公开了一种生产纤维素浆并使纤维素浆脱水的方法,其中将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,优选使用包含水力旋流器的装置(1)根据比表面分级成至少三个级分(10,3,(3a)12),其特征在于将所述浆分级成至少三个级分(10,3,12),且所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),将较低比表面级分(3,3a)在装置(5)中脱水至给定的浓度,随后将该级分(3,3a)至少级分与至少一种其他级分(10)混合,随后将已混合的流送至下一工艺步骤。
效果是可对更易脱水的纤维进行脱水,随后与较难脱水的级分混合,则总的级分为已脱水的浆。
所述方法的另一个实施方案公开了通过一步或多步磨浆进行脱纤维。将浆筛分以除去较大的颗粒。随后将前进的浆流基于比表面进行分级,对于纤维来说,是基于纤维壁的厚度进行分级。首先将比表面最高的颗粒分开。该级分中有薄壁纤维和精细的颗粒,因此称为细屑。该级分不需要进一步进行纤维回弹处理(表面稳定性),提高强度,使表面粗糙度性能更好(光滑性更好)等,而可继续该工艺。使用非碱性漂白剂例如连二亚硫酸盐漂白该级分。再次基于对比表面对剩余的浆流进行分级,这时从具有最厚壁和最低比表面的纤维中分出较低比表面纤维。随后将该级分继续进行LC(低浓度)或MC(中浓度)磨浆处理,在纤维壁中产生裂缝,将纤维原纤化并压溃纤维,对纤维长度没有很大的影响,即不显著降低纤维的长度。这样防止了终产物纤维回弹。随后使用氧化性漂白剂在固有的漂白步骤中漂白该级分。将最低比表面的剩余的级分在水力旋流器中清洗(例如在级联水力旋流器中),以除去杂质例如沙子、树皮和其他重杂质。具有厚纤维壁的剩余的纤维继续例如进行HC磨浆处理,随后返回或反向返回工艺过程。
定义
普遍将纤维分类为早材、夏材和晚材。在本文中,根据图1分成四种不同的纤维类型。这些纤维类型之间的差异主要在于纤维壁厚度和与厚度有关的性能,即表面粗糙度、拉伸指数、潮湿诱导纤维回弹等。包含在本申请中的四种纤维类型的特征用表1的z值表示,简写为EEW、LEW、ELW和LLW,是指早早材、晚早材、早晚材和晚晚材。这些纤维类型的比表面不同,可用z值描述定义,参见表1。采用以下方法计算z值。
z=4πAw/P2
Aw=纤维壁横截面积
P=纤维周长
表1
纤维类型 | EEW | LEW | ELW | LLW |
z值 | 0<z≤0.3 | 0.3<z≤0.6 | 0.6<z≤0.8 | 0.8<z |
在造纸行业的纤维中,当纤维的z值为0.3-0.8时,当纸再润湿(例如通过印刷)时会产生问题,增加并产生粗糙的表面(即使是纸经过压延),在再湿润之前具有良好的表面性能。
在本文中讨论了在不同浓度下磨浆。对磨浆时的低、中和高浓度的定义可见下表。
表2
磨浆 | LC(低) | MC(中) | HC(高) |
浓度(%重量) | <5% | 5-14% | >14% |
在实施例2中还提到Rm值,其定义为入口的质量流量与顶部流量(不合格品流量)之间的比率。
附图说明
图1公开了根据本发明方法分级和处理的不同类型的纤维。
图2公开了本发明体系的核心。
图3公开了本发明体系核心的一个实施方案。
图4公开了本发明体系核心的一个实施方案。
图5公开了本发明体系核心的一个实施方案。
图6公开了本发明体系核心的一个实施方案。
图7公开了完整的本发明方法的一个实施方案。
图8公开了实施例1的实验部署。
图9公开了实施例2的实验部署。
图10公开了实施例2的结果。
图11公开了实施例2的结果。
图12公开了实施例2的结果。
图13公开了实施例2的结果。
图14公开了实施例2的结果。
图15公开了实施例2的结果。
图16公开了权利要求28的本发明的一个实施方案。
实施方案的说明
认为图2公开的根据本发明核心的一个实施方案是实施本发明的最佳方式,浆随着流13流动至含有分级水力旋流器的水力旋流器工段7,在此将引入的流分成两股流10和14。流10包含z值为0-0.3的纤维(EEW)和细屑材料。流14包含z值大于0.3的纤维(LEW、ELW、LLW)。该流继续至含有分级水力旋流器的水力旋流器工段2,将流14分成两股流3和33。流3包含z值为0.3-0.8的纤维(LEW、ELW)。
流3继续脱水4,随后使用LC或MC-磨浆在磨浆机5中处理。离开磨浆5的流11中存在原纤化、分裂和压溃的纤维。流33包含z值大于0.8的纤维(LLW)和较重的杂质,流33继续在级联旋流器8中清洗,最优化洗掉沙子、树皮和其他重杂质。杂质离开该工艺,流12继续进行其他处理。流10和11继续适当地处理,例如脱水、与金属复合粘合、漂白等。磨浆水力旋流器工段2的底部级分3,可加工在最终的纸产品中表面性能问题最大的纤维,与磨浆全部引入的纤维流13相比,在该流中浓缩可节省能量。此外流10,11和12可采用适当的方法单独处理,使得可得到最优化的终产物。
根据图3所示的第二个实施方案,将引入的浆13分成流10、11、11a和12。在这种情况下,流10包含z值小于0.3的纤维(EEW)和细屑材料。流11包含在磨浆机(MC或LC浓度)中经过处理的z值为0.3-0.6的纤维(LEW),流11a包含在磨浆机(MC或LC浓度)中经过处理的z值为0.6-0.8的纤维(ELW)。流12包含z值大于0.8的纤维(LLW)。在这种情况下,可采用在5和5a中的磨浆条件甚至更精确的磨浆条件,例如人们可利用浓度和磨浆能量,使得能量的利用还更优化。
根据图7所示整个工艺的一个实施方案,在两步磨浆机步骤中将预热的碎片洗涤和脱纤维(每步可包含几个并联的磨浆机,可少于或多于两步)。用水将浆稀释至浓度为3-4%,送至消潜槽,使纤维静置,以在磨浆加工后恢复形状。随后将浆以1-3%的浓度泵送通过筛子,这些筛子为缝或孔型,以除去纤维束和较大的杂质。将从筛子筛选下的不合格品流加料至不合格品磨浆体系,例如通过传输装置(未表示)至流12,或直接至不合格品磨浆体系中的装置(23,24,15,25,26)。如果存在化学品或其他物质例如复合粘合剂需要清洗掉,将浆在清洗器22中清洗,随后将已完成脱纤维的浆13继续本发明的工艺1。
根据图1,借助于常规类型的水力旋流器例如Noss AM 80F或其他合适类型的水力旋流器,在水力旋流器工段7a中,将流10分离成包含z值小于0.3的纤维(EEW)。可设想基于比表面进行分离的某些其他类型的设备。z值小于0.3的纤维与细屑材料一起包含在浆流10中。在该方法中显示了两步级联步骤(6步第二级联步骤)和再循环,但是人们可设想几种变体。z值小于0.3的纤维和细屑在水力旋流器6,7的底部离开。在浆流14中包含z值大于0.3的纤维(LEW、ELW、LLW)。随后该流继续至新的水力旋流器工段2。得到的底部级分3包含z值为0.3-0.8的纤维(LEW、WLW)。这些纤维类型在终产物中可特别引起纤维回弹,从而产生各种问题,例如粗糙度。流3继续处理,优选进行LC-磨浆(1-5%),或者处理方法可为球磨、其他MC-磨浆(5%-14%)或不同种类的研磨,进行处理使得在纤维壁中引起(产生)裂缝,原纤化纤维并永久致密化纤维,不太影响纤维的长度。水力旋流器工段2的顶部级分继续至级联水力旋流器8,以清洗重杂质,例如沙子、树皮和其他重杂质,这些重杂质在水力旋流器的顶部离开并离开该工艺。从这些水力旋流器底部出来的流1 2包含具有非常厚纤维壁的z值大于0.8的纤维(LLW)。通过LC-磨浆5不易破裂这些纤维的壁,因此继续对纤维壁剥离,优选通过HC-磨浆或其他剥离处理,这样使得纤维壁变薄,随后将这些已处理过的纤维返回工艺过程,再次继续通过本发明的体系1。流10继续漂白工段17,其中使用容许细屑材料和小颗粒的漂白剂进行漂白,优选在非碱性条件下(pH小于9)使用的漂白剂,例如连二亚硫酸盐,例如连二亚硫酸钠、连二亚硫酸锌等。加入复合粘合剂后,将包含z值为0.3-0.8的纤维(LEW、ELW)的流11继续洗涤27,并优选使用过氧化氢、臭氧或其他合适的氧化性漂白剂进行漂白16。使用不同的漂白剂漂白不同的级分可节省漂白化学品,并且不需要太多洗涤。氧化性漂白剂对例如细屑材料带来的重金属(例如Mn、Cr、Fe)敏感,但是本发明方法中,大部分细屑材料包含在流10中,从不大量进入使用氧化性漂白剂的漂白步骤。进一步洗涤28和29后,纤维继续在盘滤机30中脱水。之后将这些纤维返回,与流10中的纤维混合。通过盘滤机30脱水,该级分11的浓度比所需的高,级分10可再稀释,这样得到整体上更易脱水的浆。由于细屑材料含量较高,级分10难脱水。如果想对级分10本身脱水,人们还可设想在级分10中混合一部分级分11,这样得到的浆更易脱水。将该浆继续处理,在造纸机上生产附加值级纸,例如SC、LWC、SC-A++及其变体。
详细地讲,本发明的体系可有几种构造方法。本发明的核心为优选由水力旋流器组成的分级布置,但是可由可基于比表面进行分级的其他设备组成。在图2、3、4、5和6中可见各种布置的不同变体。图2公开了一种放大的体系,可见第一水力旋流器工段和/或第二水力旋流器工段可级联。虚线表示如果需要可级联。为了清晰起见,图4-6说明包含在图2中的部件。图4公开了第一工段7和第二工段2均为单级工段的情况。图5公开了第一工段7为单级工段而第二工段2为级联工段的体系。图6公开了第一工段7和第二工段2均为级联水力旋流器的体系。
在另一个实施方案中,取消磨浆机5,使用水力旋流器步骤(7,2(2a),8)的过程相同,不是在第二水力旋流器步骤之后使用磨浆机处理纤维,目标为使离开该步骤的底部级分易脱水。可更有效地使用盘滤机(4,4a),参见图16。如上所述,虚线是指可任选存在级联。
实施例1
从生产新闻纸品质纸的工厂取软木TMP样品。样品取自第二级磨浆机。将该浆于90℃下消潜处理(latency treated)3小时,随后在新的体系中加工。质量流量和不同的纤维级分可见表3和图8。
表3
流 | m1 | m2 | m3 | m4 | m5 | m6 | m7 |
总质量流量(%) | 100 | 22 | 78 | 30 | 48 | 34 | 14 |
质量流量,分级(%) | - | - | 100 | 39 | 61 | 43 | 18 |
R100质量流量分级(%) | - | - | 100 | 27 | 75 | 52 | 23 |
P100质量流量(%) | 100 | 12 | 90 | 53 | 35 | 24 | 8 |
为了将继续进行分级的浆中的Sommerville纤维束降至低于0.1%,选择在缝宽0.15mm的两级长眼筛中不合格品率为22%。将Sommerville纤维束含量低的浆通过水力旋流器(Noss AM 80F)在两步中分级,包括由两级级联组成的第一步骤和第二步骤(单级水力旋流器)。这种布置可产生三种由于纤维形态(即纤维横截面尺寸、比表面)而具有不同浆品质的浆级分。
底浆1(m4)得自第一级联步骤,富含z值小于0.3的纤维(EEW)和细屑材料。
底浆2(m8)得自第二分级步骤,富含z值为0.3-0.8的纤维(LEW和ELW)。
顶浆3(m7)为第二分级步骤的不合格品,包含z值大于0.8(LLW)的厚壁纤维。
底浆2(m8)于三种不同能量水平215、417、504kWh/t下,在LC-磨浆机(12″Andritz)中进一步磨浆。对于看作整体的浆来说,不同浆的总能量相应于73、142和171kWh/t。分别测试所得到的未磨浆的和磨浆过的浆。根据该体系中分流的浆的质量流量-47∶53%(bl1、bl2、bl3),还由底浆l和底浆2制备浆共混物。由不同的浆级分和共混物制备手抄纸并进行测试。对某些浆试样进行动力学脱水测试和表面粗糙度测试。
底浆1(m4)和底浆2(m8)及其共混物,按照不同的次序,使用连二亚硫酸盐和碱性过氧化物(碱液和过氧化氢)漂白。
表4
流 | m1 | m2 | m3 | m4 | m7 | m8 | m9a | m9b | m9c | bl1 | bl2 | bl3 |
打浆度 | 155 | 523 | 95 | 18 | 595 | 325 | 171 | 87 | 64 | 35 | 25 | 86 |
拉伸指数kNm/kg | 32.6 | 24.0 | 32.7 | 37.7 | 14.5 | 25.6 | 38.1 | 45.2 | 48.8 | 43.8 | 43.4 | 34.7 |
密度kg/m3 | 401 | 307 | 416 | 539 | 299 | 366 | 455 | 515 | 550 | 541 | 568 | 451 |
撕裂指数Nm2/kg | 7.6 | 9.0 | 6.8 | 5.4 | 4.2 | 6.8 | 6.3 | 5.3 | 4.8 | 5.1 | 4.8 | 6.8 |
拉伸指数P16/R50kNm/kg | 8.9 | 8.9 | 8.9 | 22.8 | - | 9.6 | 13.0 | 16.6 | 21.5 | 16.5 | 23.5 | 11.g |
表面粗糙度ml/min | 85 | 235 | 50 | 20 | 245 | 135 | 75 | 50 | 38 | 35 | 32 | 50 |
比散射系数ntm2/kg | 51 | 40 | 59 | 79 | 39 | 45 | 45 | 45 | 47 | 62 | 61 | 62 |
不透明度%ISO | 94.5 | 89.0 | 96.1 | 98.8 | 93.1 | 93.8 | 94.1 | 94.6 | 95.0 | 97.4 | 97.1 | 97.3 |
SP过滤阻力×109m/kg | 8.4 | - | - | 545 | - | 1.9 | 5.1 | 24.1 | 52.2 | 45.9 | - | 34.9 |
步骤能量kWh/t | - | - | - | - | - | - | 215 | 417 | 504 | - | - | - |
总能量kWh/t | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 73 | 142 | 171 |
表5
m4+m8=bl1m4+m9b=bl2m4+m9c=bl3 |
不同的浆级分及其共混物的物理性能示于表4和表5。由此可见,在总磨浆能量成本低的情况下,LC磨浆底浆级分2改进了浆强度和纸的光滑性。因此,由底浆1(m4)和磨浆过的底浆2(m9 b-c)之间的共混物制备的共混物产品比由底浆1(m4)和未磨浆过的底浆2(m8)之间的共混物制备的共混物产品品质更好。同时较适度地提高了浆的脱水阻力。可与使用HC-磨浆该级分至相同打浆度媲美。
通过测定纸厚度和表面粗糙度的相对变化,与由共混物1制得的纤维生产的纸相比,由共混物2制得的R100 Bauer-McNett生产的纸因潮湿引起的纤维粗糙度变化小50%。
通过测定P16/R50 Bauer McNett级分的拉伸强度,LC-磨浆还改进了底浆2长纤维的粘合力,使其与底浆1的粘合力相似。这样使共混物2和3的长纤维粘合力较高。
实施例1浆的漂白
在漂白之前,将所有的浆在Q-DTPA复合粘合步骤中处理。
使用过氧化氢漂白底浆2,并与未漂白的底浆1共混,随后使用连二亚硫酸盐漂白该共混物。
在一步法中使用过氧化氢漂白底浆1和底浆2的未漂白的共混物(共混物1)。
实施例2
将从生产新闻纸品质TMP的工厂消潜处理后的第二磨浆机步骤的浆以预定的不合格品率筛分以除去纤维束,并在两步级联水力旋流器体系中分级。选择不合格品率使得有25%的纤维材料(25%的原料浆的R100 Bauer-McNett纤维级分)留在底部级分底浆1(s6)中。
将顶部级分1(s4)在水力旋流器体系中进一步分级,产生包含25%的纤维材料(占初始水力旋流器进料的百分比)的底浆级分2(s7)和顶浆2(s5)。同样,将顶浆2(s5)进行分级,产生包含25%的纤维材料的底浆3(s8)和包含至少25%的上述纤维材料的顶浆3(s9)。
制得的级分底浆1、2和3用于进一步实验。于300kWh/t下,将底浆2和3在LC-磨浆机中磨浆,采用与未磨浆过的试样类似的方法加工各浆。
将底浆2和3分成两部分,一部分于300kWh/t下继续LC-磨浆,一部分不磨浆。将包含底浆1和未磨浆部分的未磨浆部分的decrilled(即使用Bauer-McNett分级器除去P100细屑级分)。将该纤维级分与在TMP纸浆工厂第二步磨浆机制得的40%(重量)的细屑混合。制备两组60g/m2表面重量的手抄纸。第一套手抄纸根据SCAN标准进行测试。
将第二套手抄纸切成长条,压光并用于粗糙度实验。压光后,将这些长条随机分成两组。对第一组测试拉伸强度、密度、孔隙率、表面粗糙度和散射。将第二组经过压光的长条于25℃下在100%湿度下保持3小时,之后进行与第一组相同的测试。
在图9中可见实施例2的设备。在表5中可研究相应的流量关系。P100为加入的细屑级分,其如何分布。R100为纤维级分。有趣的是,注意到在供给的浆流(s1)中底浆1(s6)包含约60%的P100细屑材料。
表6
流 | s1 | s2 | s3 | s4 | s5 | s6 | s7 | s8 | s9 | r2 | r4 | r5 | r9 |
R100 | 72% | 81% | 67% | - | - | 48% | 74% | 86% | 87% | - | - | - | - |
P100 | 28% | 19% | 33% | - | - | 52% | 26% | 14% | 13% | - | - | - | - |
总R100 | - | - | - | - | - | 25% | 23% | 25% | 27% | - | - | - | - |
Rm | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.28 | 0.61 | 0.66 | 0.51 |
图10公开了在不同的级分中拉伸指数如何变化。在不同的水力旋流器步骤中粘合力显著下降,在最后的顶部级分顶浆3(s9)中,纤维的粘合力非常有限。
在图11中可见与拉伸强度相关的打浆度。由该图可见,底浆1(s6)的强度与底部级分底浆2(s7)类似,但是打浆度不同。这点可解释为在底浆1(s6)和底浆2(s7)中细屑材料的含量显著不同,参见表5。
LC磨浆底部级分底浆2(s7)和底部级分底浆3(s8)提高了这些级分的强度。LC磨浆在某种程度上降低了浆的打浆度,但是产生的细屑材料的量不对应打浆度-细屑材料关系的回归坡度。LC-磨浆处理纤维,不相应地产生细屑材料。
LC-磨浆后,显著降低底浆3(s8)长纤维级分(P16/R50ml/min)的表面粗糙度,而粘合力提高至与底浆2(s7)的长纤维级分相同的水平,参见图12。LC-磨浆后,底浆2(s7)的长纤维级分的粘合力提高至与底浆1(s6)相同的水平,而不显著改变粗糙度。
由底浆2和底浆3整浆的共混物制备的手抄纸可见,表面粗糙度和强度改进有类似的趋势(图14)。由底浆1(s6)、磨浆过的底浆2(s7)和磨浆过的底浆3(s8)制备的纸可参见图12、13和14,根据表5所示的总不合格品率混合得到的Mix s6+raf s7+raf s8,其粗糙度值与底浆1(s6)类似。该共混物的打浆度为55ml CSF。
与底浆1相比,底浆2和底浆3级分更易增加表面粗糙度,表现在再湿润后纸厚度和表面粗糙的变化更大(图14-15)。
LC磨浆后,增加纤维表面粗糙度的倾向显著降低(图14和15)。再湿润后,由未磨浆过的底浆2 R100纤维级分和TMP细屑材料制备的压光过的纸的厚度和表面粗糙度变化分别为7.5%和75%。与此相比,由磨浆过的底浆2和TMP细屑材料制备的压光过的纸的厚度和表面粗糙度变化分别为1.6%和4.4%。未磨浆过的底浆3的厚度和表面粗糙度变化分别为10%和55%,磨浆过的底浆3的厚度和表面粗糙度变化分别为1%和11%(图15)。基于包含未磨浆的底部级分的未湿润纸的厚度和粗糙度计算已湿润纸性能的相对变化。
根据上述说明,应理解的是本发明的旋流器工段根据待处理的纤维进行改进。例如应理解为本领域技术人员可将所谓的间断(broken)或开放(open)级联全部或选定处用于体系1。特别应理解的是图中所示仅表示本发明的各种变体,使用的旋流器的数量及其物理参数应考虑适应处理纤维的体系结构。对本发明磨浆机的浓度条件和水力旋流器步骤的压降有同样的考虑。
即使本文可看作假设相同种类木材的纤维,但本发明的权利要求不应这样理解。由不同种的木材制备的混合纤维也可根据本发明的体系处理,并根据相应纤维的比表面进行分离。
Claims (28)
1.一种生产纤维素浆的方法,其中将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,随后优选使用包含水力旋流器的装置(1)根据比表面对所述浆进行分级,其特征在于所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),和将所述浆分级成至少三个级分(10,3,(3a)12),分别对各级分进行处理,随后全部或部分混合在一起,和优选使用包含粉碎装置(5,5a)例如研磨机、磨浆机、球磨机等的装置对一个或多个纤维级分(3,3a)进行分裂、原纤化和永久致密化处理。
2.权利要求1的方法,其特征在于在所述粉碎装置中处理的一个或多个级分(3,3a)包含z值为0.3-0.8的纤维。
3.权利要求1-2中任一项的方法,其特征在于运行所述粉碎装置(5,5a)使得通过所述粉碎装置使纤维壁产生裂缝,引起所加工级分中的纤维永久致密化。
4.权利要求1-3中任一项的方法,其特征在于所述粉碎装置(5,5a)以区间0.8%-14%的浆浓度进行磨浆,优选区间为1-5%。
5.权利要求1-4中任一项的方法,其特征在于所述粉碎装置(5,5a)包括以能量输入为10-800kWh/t,优选为100-600kWh/t,还更优选为200-500kWh/t下运行的磨浆机。
6.权利要求1-5中任一项的方法,其特征在于包含高比表面纤维的级分(10)从水力旋流器的底部离开。
7.权利要求1-6中任一项的方法,较低比表面的级分(3,3a)和较厚壁纤维经过处理,其特征在于所述级分(3,3a)从水力旋流器的底部离开。
8.权利要求1-7的方法,其特征在于在非碱性环境下漂白富含细屑材料并包含高比表面纤维的级分(10)。
9.权利要求8的方法,其特征在于在pH小于9下漂白。
10.权利要求8-9中任一项的方法,其特征在于使用还原性漂白剂。
11.权利要求8-10中任一项的方法,其特征在于所述漂白剂包括连二亚硫酸盐。
12.权利要求1-7中任一项的方法,其特征在于使用氧化性漂白剂漂白含有较低比表面纤维的级分(3,3a)。
13.权利要求12的方法,其特征在于所述漂白剂包括过氧化氢。
14.权利要求12的方法,其特征在于所述漂白剂包括臭氧。
15.上述权利要求中任一项的方法,其特征在于将上述工艺步骤后剩余的且具有最低比表面的级分(12)清除沙子、树皮和其他重杂质,并优选使用装置(15)处理以剥离该级分(12)中纤维的纤维壁,并且所述装置包括粉碎装置例如磨浆机等,并且处理后的全部或部分该级分返回优选反向返回工艺过程。
16.权利要求15的方法,其特征在于根据权利要求15处理的装置(15)包括在浓度大于15%,更优选大于14%下磨浆的磨浆机。
17.上述权利要求中任一项的方法,其特征在于优选含有较厚纤维壁纤维的较低比表面纤维流(3,3a)经过处理后全部或部分与高比表面纤维和细屑材料的流(10)混合,以改进脱水性能。
18.权利要求1-16中任一项的方法,其特征在于将优选含有较厚纤维壁纤维的较低比表面纤维流(3,3a)单独脱水至浓度高于各级分混合物最终所需的浓度,使得含有高比表面纤维的级分(10)、优选薄壁纤维和细屑材料仅需部分脱水或根本不需要脱水。
19.上述权利要求中任一项的方法,其特征在于将包含具有高比表面和较低比表面纤维的各级分(10,11,11a)经过处理后汇集成含有浆的浆流(32),这比生产木质印刷级纸浆、新闻印刷纸浆、SC、LWC、SC A++纸浆和其他纸浆的常规工厂需要更低的能量输入和更少的漂白剂。
20.一种处理纤维素浆以得到改进性能的装置,所述性能例如光散射、拉伸指数、撕裂指数、表面粗糙度、漂白化学品消耗、能量消耗,所述装置包括第一水力旋流器装置(6,7)、第二水力旋流器装置(2)、磨浆机(5)以及在这些装置之间的传输装置,其特征在于将纤维素浆引入第一水力旋流器装置(7),分出底部级分(10)和顶部级分(14),将顶部级分(14)通过另一个水力旋流器装置(2)分出底部级分(3),底部级分(3)在脱水后,继续用包含磨浆机的装置(5,5a)进一步处理,处理浓度为1-14%。
21.权利要求20的装置,其特征在于使用非碱性还原性漂白剂漂白底部级分(10)。
22.权利要求20-21中任一项的装置,其特征在于使用氧化性漂白剂漂白第二底部级分(11)。
23.权利要求20-22中任一项的装置,其特征在于将顶部级分(33)继续送至水力旋流器装置,分成底部级分(3a)和顶部级分(33a),其中所述底部级分(3a)在脱水后,以1-14%的浓度用磨浆机(5a)处理。
24.权利要求23的装置,其特征在于使用氧化性漂白剂漂白底部级分(3a,11a)。
25.权利要求20-23中任一项的装置,其特征在于将处理过的底部级分(10,11和/或11a)汇集成具有改进性能的常规浆流(32)。
26.权利要求20-24中任一项的装置,其特征在于顶部级分(33,33a)继续用水力旋流器(8)清洗,以除去重杂质例如沙子、树皮和在顶部级分(12)中离去的其他重杂质。
27.权利要求26的装置,其特征在于对底部级分继续进行处理,包括以浓度大于5%进行磨浆(15),随后将该级分返回引入权利要求20的装置的前进的浆流中。
28.一种生产纤维素浆并使纤维素浆脱水的方法,其中将已脱纤维的纤维素筛分以除去纤维束,优选使用包含水力旋流器的装置(1)根据比表面分级成至少三个级分(10,3,(3a)12),其特征在于将所述浆分级成至少三个级分(10,3,(3a)12),且所述方法包括分级出高比表面纤维优选薄壁纤维的工艺步骤(7),且所述方法包括分级出较低比表面纤维优选具有较厚纤维壁的纤维的工艺步骤(2),将较低比表面级分(3,3a)在装置(5)中脱水至给定的浓度,随后将该级分(3,3a)至少部分与至少一种其他级分(10)混合,随后将已混合的流送至下一工艺步骤。
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