CN104074090A - 多层流浆箱的给水供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于造纸机的多层流浆箱的给水供给系统，该给水供给系统能够形成水状层。这种给水供给系统包括储存装置、泵单元、供水源和具有连接到流浆箱的入口连接器的连接装置。储存装置、泵单元、供水源和连接装置经由多个管道彼此连接，且此给水供给系统与浆料供给系统相独立地将水馈给到多层流浆箱。此给水供给系统还包括馈给及投配装置，用以将添加剂馈给及投配到给水中，该馈给及投配装置被设置在给水供给系统中的储存装置下游并且位于储存装置和泵单元之间。

Description

多层流浆箱的给水供给系统

技术领域

本发明涉及用于造纸工艺中流浆箱的水供给系统，特别是涉及具有多层流浆箱的造纸机的给水供给系统。

背景技术

DE3112972A1披露了一种多层流浆箱，其被设置用以产生多个层，以便形成纸幅材。这些层之一为水状层（aqueous layer），其是由从造纸过程下游被供给到多层流浆箱的白水形成。其它的层是由同样被供给到多层流浆箱的新鲜浆料形成。

WO99/040256A1教示了一种用于在纸板机器的幅材成形单元中施涂混合物层的方法。新鲜浆料的流体被分为至少两部分浆料流体。这两部分流体的至少之一形成了一个面，该面会被与待与其结合的层的面贴置。在泵之前的位置加入混合物，以提高层中的细小纤维的含量以及面之间的结合（键合）强度，此后这些部分流体进入多层流浆箱，并进一步进入间隙成形器。

换言之，新鲜浆料与添加剂混合，以提高纸幅材中纤维的结合强度。在传统技术中，浆料纤维在成浆池（machine chest）之后与白水混合。由此产生的纸浆随后被供给到多层流浆箱，从而形成纸幅材。在造纸机中根据基重测量来控制浆料纤维的配给量。

此外，在本领域中公知的是，可使纸浆与某些添加剂混合，从而使纸浆和纸幅材分别获得其期望特性。为获得这些特性，在流浆箱之前将添加剂混合到纸浆中。这样，添加剂会变得容易散布及稀释到纸浆中，而无需设置额外的处理元件。

然而，人们期望进一步提高所要生产的纸的结合强度。这是由于，如果可以进一步提高浆料纤维之间的结合强度，则可以进一步减小纸浆中的浆料的百分比。这一减掉的百分比因此能够被较廉价的填充物或者被能改善纸特性的精磨纤维及短纤维所替代。然而，结合强度的增加无疑还能导致纸更具抗性。人们还期望减少化学品的消耗，因为其使生产成本提高。

发明内容

上述目的可以通过本发明的装置和方法来获得。下文的描述进一步提出了其它有利的扩展方案。

本发明披露了一种用于造纸机或纸板机的多层流浆箱的给水供给系统，该给水供给系统能够形成水状层。该给水供给系统包括储存装置、泵单元、供水源、以及具有连接到流浆箱的入口连接器的连接装置。储存装置、泵单元、供水源以及连接装置经由多个管道彼此连接。该给水供给系统与浆料供给系统（浆料供给源）相独立地将水馈给到多层流浆箱。在该给水供给系统中设置有馈给及投配（feeding and dosing，馈给及定量）装置，用以将添加剂馈给及投配到“给水”（feed water）中。该馈给及投配装置被设置在该给水供给系统中的储存装置下游，特别是介于储存装置和泵单元之间。

根据这种配置（arrangement，布局），用于在多层流浆箱中形成水状层、从而形成多层的纸幅材或纸板幅材的水与添加剂混合。也就是说，添加剂没有像传统技术中所公知的那样与浆料混合。表面上看，这样的设置需要更多个可在传统技术中省略的、额外的处理元件。

然而，这种配置提供了另外的优点，其将在后文的具体细节中详细描述。换言之，利用这种配置，可以确认添加剂和纸浆的混合时间。而如果添加剂与浆料混合，特别是当添加剂以连续方式加入到纸浆时，则无法再清楚地确认添加剂加入的时间点。

详细而言，人们发现由浆料、白水和添加剂组成的混合物随着时间的推移会显著地变化。特别是对于不同种类的添加剂，混合物的特性（例如其浓度）会变化。然而，会被添加剂改变或者调节的相应特性并不随着时间的推移而持续提高。随着时间的流逝，这些特性反而上下波动。也就是说，如果在纸成形工艺期间还能够考虑混合时刻和/或反应时间，则能够有利地影响纸自身的特性以及纸成形特性。

根据本发明的装置和方法，在纸成形期间考虑了混合时间和/或添加剂的反应时间。在给水中加入至少一种添加剂，所述给水被供给到多层流浆箱，用以在多层纸幅材或纸板幅材中形成水状层。因此，添加剂与纸浆中的浆料纤维产生接触的时间被准确地限定。这个时间点就是含有浆料纤维的纸浆以及由给水构成的水状层离开该多层流浆箱以共同形成多层幅材的时间。

为使给水能够被充足地供给，给水供给系统配备有储存装置，以将给水储存于其中。给水主要由白水组成，其在造纸工艺中具有足够的量。一管道从储存装置排出给水并将其供给到给水供给系统的管道系统，在该管道接通到用于泵送给水的泵单元之前，在该管道系统中设置馈给及投配装置。此馈给及投配装置将预定量的至少一种添加剂馈给到从储存装置供给的给水。向多层流浆箱馈给所述给水的泵单元还用于将所述至少一种添加剂混合到给水。在这种方式下，使所述至少一种添加剂均匀地分布到给水中。此外，由于可通过管道长度及给水的流速来获知供给或者注入含有添加剂的给水到纸幅材所必需的时间间隔，因此添加剂与给水的反应时间也能够作为考虑因素。例如，如果添加剂在正常条件下是固态物质，则该反应时间可用于将该固态物质溶解到给水中。

由本发明的给水供给系统所馈给的给水也可以配备有馈给及投配装置，用以将精磨纤维馈给及投配到给水。这种馈给及投配装置可设置在储存装置的下游及多层流浆箱的上游。优选地，该馈给及投配装置设置在给水储存装置与泵单元之间，如上文已经针对添加剂馈给及投配装置所描述的那样。如上文所述，泵单元上游的配置能使得精磨纤维与给水混合并且分布在给水中。用于馈给及投配添加剂的馈给及投配装置可以是与用于馈给及投配精磨纤维的馈给及投配装置不同的装置。然而，此馈给及投配装置也可以用于将事先以特定混合比例混合的精磨纤维和添加剂混合物馈给到给水。

在可用的多种添加剂之中，相应被馈给及投配的添加剂优选为阳离子聚合物。更优选地，该阳离子聚合物是阳离子淀粉。

原则上，在添加阳离子聚合物（例如阳离子淀粉）之后，阳离子聚合物粘附在浆料纤维上。片刻后，阳离子淀粉开始进入浆料纤维。如果阳离子淀粉更提前地进入到纤维中，促使相邻的纤维或者原纤维结合的可用的连接会在纤维外侧变得更短。由此，导致纤维-淀粉混合物的连接性降低。亦即，随着时间推移，淀粉-纤维颗粒将其本身与其它淀粉-纤维颗粒连接的倾向减小。

也就是说，为了获得同样的结果（例如结合强度），具有较长反应（时间）的阳离子淀粉与具有足够短反应（时间）的阳离子淀粉相比，阳离子淀粉的用量需要更高。因此，如果阳离子聚合物/阳离子淀粉的反应时间被控制或者至少被考虑，则所需的添加剂的量可以减少。这样可以同时提高成本效益和环境可持续性。此外，由于不久会开始絮凝，如果阳离子淀粉被加入到离开流浆箱后的浆料层里，则将纸幅材的原材料泵送到流浆箱所需的能量较少。总之，本发明的装置和方法使得纸成形使用的化学品和耗用的能量较少，并且同时获得纸特性的提升。

在传统的生成纸浆的成浆池中，阳离子淀粉被加入到纸浆储存装置中。这样，在添加剂（即阳离子淀粉）加入到储存的纸浆中之后，纸浆开始絮凝。在这种大体上有益于纸成形的絮凝开始之后，在随后纸浆经过机器筛网而从纸浆除去异物时会部分地被分散。在与筛网装置的通道相关联的再分散之后，在纸浆由于在多层流浆箱中行进而被再次分散之前，浆料纤维再次絮凝。上述过程需要大约80-120秒。在传统技术中，由于纸浆被混合并被长时间地保存在纸浆储存部中，因此并无有益效果能够被传递到纸成形及成品纸的特性。

相反地，在本发明中，在浆料层纸浆已经通过筛网装置之后，在流浆箱的出口处，阳离子淀粉才开始被加入到浆料层的浆料纤维。也就是说，絮凝水平没有像在传统技术中那样倒退或者降低。

根据本发明中的装置和方法，上述的事实和结果形成了用以分别进一步研究加入添加剂的最佳时间和加入添加剂和精磨纤维的最佳时间的基础。

如果在成浆池中的纸浆生产中不再将阳离子聚合物/阳离子淀粉添加到浆料/纸浆，而是转移到多层流浆箱的出口进行添加（如给水中的添加剂），则添加剂与纸浆的纤维的混合时间被指定。此外，由于上述的再分散可以被降低到一个需求值，因此能够在造纸工艺中利用阳离子聚合物在浆料和纤维之间形成连接的全部潜力。

阳离子淀粉的活化时间可用于调节纤维间连接的形成物（formation）。换言之，如果给水被加入阳离子聚合物（例如阳离子淀粉）及一定量的精磨纤维，此混合物可以是已反应的，这样精磨纤维的原纤维与阳离子淀粉形成“凝胶状”结构。这样就提供了最大的连接性，其能在纸成形中提升结合强度。如前所述，在此情况下，由于利用了剩余浆料纤维的最大纤维连接潜力，浆料纤维的需求量可以减少，且减少的浆料纤维量可被廉价的原材料（如填料）代替。

根据本发明，在给水进入多层流浆箱之前，可将给水额外地与优选为硅胶或者微颗粒的助留化学品或者助留剂（retention aid helper）混合。硅胶或者微颗粒被用作助滤剂（drainage aid）。该助剂使能够被保留在纸中的阳离子淀粉的量增加。助留化学品还通过馈给及投配装置被加入和投配。此馈给及投配装置根据需求被置于给水供给系统中，使得可以获得期望的特性。这种用于助留化学品的馈给及投配装置能够与其它用于添加剂和精磨纤维的馈给及投配装置相独立地被设置。然而，这些组分的馈给和投配也可由同一个装置来执行。

换言之，在根据本发明的装置和方法中，能够馈给诸如水、阳离子聚合物和精磨纤维的混合物的给水供给系统，可实现在待成形的纸幅材中产生水状层，这可以提供最大量的纤维连接性。此水状层能够可选地使浆料层彼此粘合。相应地，这增加了形成的纸的结合强度。

在这种关系被发现之后，在最有效率的组分用量方面做了进一步的研究。已认识到的是，作为阳离子聚合物的阳离子淀粉的混合物进入到给水（其被直接供给到作为多层流浆箱并形成水状层的所谓的“水楔流浆箱”）中，可以获得与阳离子淀粉的混合物加入成浆池相同的结果，并少用约一半（50%）的混合阳离子淀粉。因此，这使得纸或者纸板成形工艺使用较少的化学品并耗用较少能量，并同时获得纸特性的提升。

多个实施例得出的结果揭示了在每吨馈给纤维中加入5-20kg的量的阳离子淀粉是有利的。从内结合度(J/m²)的角度来看，每吨馈给纤维中加入10-14kg的阳离子淀粉能够获得更好的效果.在此具体范围中，大约11kg/t的比例被证明是最优的。

作为参照，以成浆池中混合了14kg/t的阳离子淀粉的纸浆取得纸的Huygen值(J/m²)。该值为222J/m²。相比之下，利用包括14kg/t阳离子淀粉的水状层生产的纸，其Huygen值被测定为341J/m²。因此，仅通过在水状层中加入作为阳离子聚合物的阳离子淀粉的混合物，而不是在浆料层纸浆中加入这一混合物，就使得内结合度（internal bond）增加大约53%。除此之外，还有更多不同的代表性数值，例如几何抗拉强度、耐破指数、SCT或者CMT可以随之增大。

与最优的阳离子淀粉的比例的研究类似的是，针对给水中的（即水状层中的）精磨纤维的最优的量的研究已经完成。其结果显示，2%-15%的精磨纤维添加百分比会显著增加其各自生产的纸的Huygen值，即内部结合度。在此具体范围中，大约5%-10%的精磨纤维添加量被证明是最优的。这些精磨纤维百分比被与馈给到流浆箱的总纤维量相比较。

此处，同样以成浆池中混合了14kg/t阳离子淀粉的纸浆取得纸的Huygen值作为参照。将此参照值（222J/m2，如上所述）与利用包含14kg/t的阳离子淀粉和添加5%精磨纤维的水状层所生产的纸的Huygen值相比较。以此生产的纸具有435J/m2的Huygen值。这相当于内部结合度增加了大约90%。此处，如几何抗拉强度、耐破指数、SCT或者CMT等代表性数值同样可以随之增大。

对于这种给水供给系统的配置，应注意的是给水的主要组分可以是白水，其在造纸工艺中具有足够的量。然而，可能有必要向供给到多层流浆箱的给水额外提供清水，例如当精磨纤维、阳离子聚合物和/或助留化学品超过了最优化浓度的时候。

本发明的给水供给系统还可以设有测量装置，用于测量给水中的相关的物质含量，例如阳离子聚合物的浓度，精磨纤维的百分比之类。这些测量可作为基础，用以充分地调节相应的组分，使其在给水中保持期望的水平。

作为一个更有利的发展，本发明的给水供给系统可包含连接装置，其具有用于连接返回管路的出口连接器，用以从多层流浆箱的水总管向给水的储存装置返回多余的给水。返回管路带来的优点是，给水供给系统以给水回路的方式工作。在这种连接中，给水供给/给水回路系统的泵单元并非完全地产生流浆箱出口处的给水输出压力。泵单元的工作压力可以高于流浆箱处水状层输出的压力，从而使其即便在泵单元出口压力不同的情况下也可保持在恒定水平。例如，这可以通过设定减压阀或者溢流管来实现。只需要将多余的给水从流浆箱的水总管排出。这可以通过连接装置的出口连接器做到，该出口连接器连接到返回管路。由此，可获得与流浆箱的水总管的连接：给水供给管道通过入口连接器连接到总管，给水返回管路通过出口连接器连接到总管，从而使给水流过总管。或者，可以这样获得与流浆箱水总管的连接：在设有向水总管分支的分支管路的位置处，给水供给管路转向给水返回管路内。此分支管路因此是通向将给水供给到水状层供给的水总管的唯一的供给管路。

如果给水供给系统被设计为回路，则可以任意地设置向给水供给系统的供水。在给水供给系统不被设计为回路的情况下，优选的是把水的供给设置为将水供给到储存装置。水的供给包括引入白水和引入清水。

本发明还提供一种利用多层流浆箱生产多层幅材的方法，该多层流浆箱产生至少一个水状层，其中将给水供给到水总管，且将给水与添加剂混合，从而使得在幅材成形过程中，例如包含在浆料层中的原纤维与添加剂能够在纸中形成凝胶状结构。

优选地，给水本身还与精磨纤维混合，且添加剂优选为阳离子聚合物（例如阳离子淀粉），且借助泵单元使加入到给水的精磨纤维与添加剂混合。

优选地，此添加剂是阳离子淀粉，其混合量介于5-20kg/t之间，优选地在10-14kg/t之间，且最优选地为11kg/t。精磨纤维（如果存在于给水中）与给水的混合量优选地介于2%-15%之间，更优选地为约5%-10%。

同样优选地，助留化学品（例如硅胶）优选地在泵单元的下游与给水混合，且如果使用筛网装置，则优选地在筛网装置的下游且在多层流浆箱的上游混合。可以在同样的位置馈给微颗粒。微颗粒的量随淀粉用量和淀粉特性而变化。典型地，淀粉的量是100–400g/t，优选为200-300g/t。

在根据本发明的方法中，多层流浆箱的水总管的多余的给水优选地通过返回管路返回到储存装置。

在本发明中，多层纸幅材或纸板幅材层可以包含相同或者不同的原材料。在最简单的情况下，此水状层在两个具有同样配料(furnish)或者原材料的浆料层之间被馈给，从而提升该幅材的强度特性。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的给水供给系统。

具体实施方式

图1描绘了本发明的一个实施例，其被设计为一个给水回路。即便该给水供给系统被设计为一个回路，但在本实施例中，水供给系统也会将水供给到储存装置1。在储存装置1的下游设置有泵单元2。位于储存装置1和泵单元2之间的管道设有用于将精磨纤维以5%的量馈给及投配到给水的馈给及投配装置，以及用于将阳离子淀粉以11kg/t的量的馈给及投配到给水的馈给及投配装置。

包含精磨纤维和阳离子淀粉的给水借助设置在两个馈给装置下游的泵单元而被泵送及混合。在泵单元的下游设有筛网装置3，以便从给水中除去异物。筛网装置3的设置使得低絮凝混合物在水状层离开多层流浆箱之前有足够时间发生相应的再分散，从而可以在离开流浆箱后，在幅材中进行主要的絮凝。

在本实施例中，在筛装置3与设置在多层流浆箱（图1中未示出）上游的水总管4之间设置有用于作为助留化学品的硅胶的馈给及投配装置。

再者，根据图1的实施例，混合的给水经由入口连接器被供给到流浆箱的水总管。该入口连接器沿横向设置在造纸机的一侧。由此，给水穿过水总管，从而使给水在整个机器的横向上均匀分布，这对一种幅材形成的均匀性而言很重要。在此之后，给水通过出口连接器离开沿机器横向的另一侧的水总管。该出口连接器构成了连接到返回管路5的连接部，该返回管路5将多余的给水从水总管4返回到给水储存装置1。

此实施例的布置（构造）达到了实现本发明的目的。亦即，该实施例的布置提供了一种纸成形工艺，该工艺与传统技术相比，所使用的化学品及能耗较少，且同时实现了纸的特性的提升。

如同随附的权利要求所限定的那样，在本发明的范围内可做出多种变化。

Claims (14)

1.一种用于造纸机的多层流浆箱的给水供给系统，该给水供给系统能形成水状层，包括:

储存装置，

泵单元，

供水源，以及

连接装置，包括连接到流浆箱的入口连接器，

其中所述储存装置、所述泵单元、所述供水源和所述连接装置借助多个管道彼此连接，并且

其中所述给水供给系统与浆料供给源相独立地将水馈给到多层流浆箱，

其特征在于，

用于将添加剂馈给及投配到给水中的馈给及投配装置，设置在所述给水供给系统中并位于所述储存装置的下游，且介于所述储存装置和所述泵单元之间。

2.根据权利要求1所述的给水供给系统，其中在所述储存装置的下游及所述多层流浆箱的上游设置有用于馈给及投配精磨纤维的馈给及投配装置。

3.根据权利要求2所述的给水供给系统，其中所述用于馈给及投配精磨纤维的馈给及投配装置被设置在储存装置和泵单元之间。

4.根据以上任一权利要求所述的给水供给系统，其中所述添加剂是阳离子聚合物，优选为阳离子淀粉。

5.根据以上任一权利要求所述的给水供给系统，其中精磨纤维和所述阳离子聚合物在所述流浆箱的上游被加入到所述给水，从而使原纤维和阳离子聚合物能够在幅材成形期间在纸中形成凝胶状形成物。

6.根据以上任一权利要求所述的给水供给系统，其中在所述给水进入所述多层流浆箱之前，助留剂、优选为硅胶或者微颗粒被加入到所述给水。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的给水供给系统，其中用于所述阳离子淀粉的所述馈给及投配装置能够供给到所述给水的阳离子淀粉的量介于5-20kg/t之间，优选介于10-14kg/t之间，最优选为11kg/t。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的给水供给系统，其中用于所述精磨纤维的所述馈给及投配装置能够供给到所述给水的精磨纤维的量介于2%-15%之间，优选为5%-10%。

9.根据以上任一权利要求所述的给水供给系统，其中所述连接装置还包括用于连接返回管路的出口连接器，以将多余的给水从水总管返回到所述储存装置。

10.利用设有至少一个水状层的多层流浆箱生产多层幅材的方法，其中在幅材成形期间，将给水供给到水总管，且将所述给水与阳离子添加剂混合，从而使原纤维与阳离子添加剂能够在纸中形成凝胶状形成物。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中所述给水进一步与精磨纤维混合，并且

借助泵单元使加入到所述给水的所述精磨纤维和所述阳离子添加剂与给水混合。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中所述阳离子添加剂是阳离子淀粉，该阳离子淀粉以介于5-20kg/t之间的量、优选介于10-14kg/t之间的量、且最优选为11kg/t的量被混合，并且

其中所述精磨纤维以介于2%-15%之间的量、优选介于5%-10%之间的量被混合。

13.根据权利要求11或者12所述的方法，其中硅胶或者微颗粒在所述泵单元和筛装置的下游及所述多层流浆箱的上游与所述给水混合。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中供给到所述多层流浆箱的水总管的多余的给水经由返回管路返回到所述储存装置。