CZ219098A3

CZ219098A3 - Způsob a zařízení pro zpracování vláknité suroviny

Info

Publication number: CZ219098A3
Application number: CZ982190A
Authority: CZ
Inventors: Pekka Rantala
Original assignee: Sunds Defibrator Woodhandling Oy
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1999-02-17
Also published as: US6214164B1; CA2244933A1; FI103418B1; CZ293998B6; JP2000504072A; FI960456L; EP1012375A1; WO1997028305A1; FI960456A0; AU1603397A; FI103418B

Description

Oblast techniky

Přítomný vynález se týká způsobu, jak je popsán v preambuli patentového nároku 1, pro výrobu celulozové vlákniny. Podle tohoto způsobu je na vláknech založený výchozí materiál zbavován ligninu ve varné tekutině obsahující varné chemikálie, aby se získala tato vláknina (buničina) a obdržený produkt je bělen, je-li to žádoucí.

Vynález se rovněž týká zařízení uvedeného v preambuli nároku 15 na předběžné zpracování suroviny pro rozvlákňovací postupy, aby se zvýšila schopnost odstraňování ligninu.

Dosavadní stav techniky

Poslední vývoj v odvětví celulózy vede k ještě větším a nákladnějším investicím. Nejmodernější celolulózky již vyrábějí přes 2 000 metrických tun produktu za den. Náklady na tyto závody činí asi 4-6 miliard FIM (finských marek) a na světě není mnoho zákazníků, kteří dokáží nést takovéto enormní technologické a ekonomické riziko. V budoucnosti budou nové rizikové faktory zavádět rovněž stále rostoucí tlaky na ochranu vnějšího prostředí. Materiálně technické zásobování, doprava surovin a produktů ve světovém rámci zakládají jak faktor nákladů, tak riziko ochrany vnějšího prostředí. Jednou z nevýhod velikých celulózek je to, že vyžadují zcela homogenní (stejnorodou) surovinu. Surovina s • · • I ft · ·

- 2 různými vlastnostmi vláken nemůže být dodávána do varného postupu bez nepříznivých účinků na vlastnosti produkované buničiny.

Ve světě existuji tisícovky vůči ochraně vnějšího prostředí méně ohleduplných malých celulózek, obzvláště v Asii. Celkový rozvoj v tomto odvětví se ještě nedostal do těchto oblastí, protože nebyly považovány za tak výnosné, aby došlo k vývoji či výrobě vůči ochraně vnějšího prostředí šetrných malých celulózek hlavními dodavateli technologie. Nicméně, v posledních letech se zájem o tyto malé celulózky, stojící před svému zavřením, zvýšil. Pokud jde o surovinovou základnu, jsou flexibilnější než jsou velké závody. Takto je téměř 15% veškeré buničiny vyráběno z jednoletých rostlin, nedřevěného vláknitého materiálu, v těchto kapacitně malých celulózkách.

Jednoleté rostliny mají přednost jako surovina v tom, že se snadno vaří homogenním způsobem. V protikladu k tomu, pro rozvlákňovací postupy založené na použití dřevěných třísek je typické, že povrchové a vnitřní části těchto třísek se stávají různě opracovanými. Povrchová zóna je převařenou a vnitřek zůstává syrovým. K podobnému jevu dochází, když výchozí materiál pro rozvlákňovací postupy zahrnuje kombinaci jednoletých a trvalých rostlin, kde se jednoleté vaří značně snáze v porovnání s trvalými. Průměrná kvalita dosažená během mletí (rafinace) je kombinací vláken s různými druhy zralosti. V mechanických rozvlákňovacích postupech, ve kterých je daná surovina podrobena mechanickým nárazům, je dosažený účinek rozvláknění stejnoměrnější než v případě chemického rozvlákňování. Například rozmělňovací účinek brusného kamene na povrchovou vrstvu dřeva je během přípravy rozmělněné dřevěné buničiny stejný jako na vlákna vnitřní vrstvy.

Za účelem způsobit aby se lignin slepující dohromady vlákna v dřevěných třískách rozpustil během chemického rozvláknění, je nutné vařit tyto třísky při zvýšené teplotě • ·

- 3 a tlaku. Tudíž, vařící instalace s tlakovou vařící nádobou jsou docela nákladné, v důsledku čehož pouze výše uvedené velké celulózky (s více než 400 000 tun produktu/rok) jsou za použití známých technik ekonomicky ziskové.

Bylo by ideální uspořádat takové podmínky pro chemickou výrobu buničiny, aby každé vlákno v dřevitém materiálu mělo identické opracování. Toto je velmi dobře známo, ale nebyl objeven žádný vhodný způsob, v němž není vláknitá struktura rozrušena příliš extenzivně.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je tudíž poskytnout zcela nový přístup k výrobě buničiny chemickým rozvlákňovacím postupem. Konkrétněji, cílem tohoto vynálezu je poskytnout způsob, který zapříčiňuje, že se rozvlákňovací postup stává homogenním takovým způsobem, že vlastnosti pevnosti vláken jsou zachovány. V tomto případě může být k výrobě užitečné buničiny použit tak zvaný dřevěný materiál menší kvality (jako je olše, osika a smíšené tropické tvrdé dřeviny).

Tento vynález je založen na principu, že dřevěné třísky anebo podobná lignocelulózová surovina jsou předem drceny, aby se jejich struktura stala otevřenou. Předběžné drcení podle tohoto vynálezu je prováděno pulsujícím (tepavým) způsobem, pomocí tlakových nárazů ve varné tekutině, což způsobuje, že vláknitá struktura dané suroviny se stává účinně impregnovanou (napuštěnou) varnou tekutinou, důsledkem střídání zvýšeného a sníženého působení tlaku během této fáze drcení. Vlákna se stávají vařenými již v souvislosti s předběžným zpracováním a tento vynález poskytuje troj fázový varný postup, v němž se surovina rozděluje do vláken během všech těchto tří fází, předběžného nasáknutí, drcení a vařeni. Použitím stejné tekutiny (eventuelně ředěné vodou během fáze předběžného zpracování) • · • · směru délky daných drcením suroviny v je rovněž možné ulehčit zacházení s tekutinami a jejich regeneraci v tomto postupu.

Některé techniky pro předběžné drcení dřevěných třísek jsou již v dané technice známy dříve. Jsou popisovány v následujících popisech patentů: FR 2 276 420, FI 70 937,

FI 77 699, FI 94 968 a SE 461 796. V zařízeních předchozího stavu techniky jsou třísky obvykle lisovány mezi dvěmi válci, za účelem způsobení jejich rozdrcení, či k usnadnění impregnace tekutinami. Zařízení skládající se ze dvou párů válců na sobě navzájem umístěných je popsáno v popise patentu FI 94 968, ve kterém je na povrchu těchto válců zformován agresivní profil. Tento druh ozubeného profilu způsobuje ostré řezací povrchy, které řežou vlákna a oslabují vlastnosti pevnosti suroviny ke zpracování.

Vynálezci v přítomném vynálezu usilovali o to vyhnout se řezacímu mechanickému působení spojenému s technikami již známými a způsobit, aby tento rozrušující účinek byl ve vláken. Tudíž, válce pro zpracování zařízení podle tohoto vynálezu mají zubovíté žlábky, jež se vlnou točitým způsobem na povrchu jejich vnějších plášíů a skládají se ze žlábků a hřebenů. Stěny těchto žlábků jsou spojité. Měněním účinnosti zpracování drcením může být tento vynález použit jak v případě trvalých vláken (dřevěné třísky), tak v případě materiálu z jednoletých rostlin. Pomocí tohoto vynálezu je možno způsobit, že dřevěná vlákna budou po intenzivním zpracování v podobném stavu jako vlákna z jednoletých rostlin po mírném zpracování, v kterémžto případě mohou být vlákna vařena společně anebo použito téhož zpracujícího zařízení, bez nebezpečí převaření posledně uvedených vláken.

Způsob tohoto vynálezu se konkrétněji vyznačuje tím, co uvádí a popisuje preambule nároku 1.

Zařízení tohoto vynálezu se vyznačuje tím, co je uvedeno a popsáno v preambuli nároku 15.

Vynález má několik předností. Takto mohou být tradiční • · • ·

- 5 způsoby pro rozvlákňování (či vaření) značně zjednodušeny a učiněny méně drahými. Výdaje na základní prostředky mohou být rovněž sníženy, což činí menší celulózky (s produkcí méně než 150 000 tun za rok) ziskovými. Surovina horší kvality může být použita k přípravě buničiny lepší kvality než je to možné známými způsoby. Podstatný aspekt tohoto vynálezu se týká jeho aplikace na dříve známé postupy rozvlákňování k zajištění zde výše popsaných výhod.

Aby se docílilo dobrého výsledku vaření, je dostatečné použít v podstatě mírnějších podmínek (tlaku a teploty) vaření než jsou v tradičním rozvlákňování dřevěných třísek. Tudíž, jsou postačujícími teploty v rozmezí 90-110°C, v závislosti na chemikáliích vaření dokonce 70-100°C a normální atmosférický tlak, či eventuelně nepatrně zvýšený tlak. Nadbytečný tlak je typicky asi 1,001-2, přednostně asi 1,01-1,5, a nejpřednostněji asi 1,05-1,25 baru (absolutní tlak. Odstranění vzduchu z vlákniny může být provedeno účinněji a účinek teploty na postup vaření může být zvýšen, například ve šroubovém vařiči popsaném níže, vařením za sníženého tlaku. Vyjádřeno v absolutním tlaku, tlak je menší než 1 bar, nejvhodněji větší než 0,5 baru a přednostně asi 0,7-09 baru.

Následně, v porovnání s podmínkami v sulfátovém rozvlákňování dřevěných třísek (16O-17O°C, 4-8 barů), může být celé zpracovávací zařízení renovováno. Tomu odpovídaje, v tak zvaném normálním rozvlákňování, předběžné zpracování tohoto vynálezu dodává pevnější buničinu.

V tomto vynálezu byly problémy se zřetelem na homogenitu (stejnorodost) v chemickém rozvlákňování řešeny zpracováním vláken vláknité suroviny mechanicky, což má homogenizující účinek, který činí daný vláknitý materiál snadněji přístupný varným chemikáliím. Důsledkem homogenity a mírnějších než normálních varných podmínek tohoto postupu rozvlákňování, celulozová vlákna nejsou rozštěpována a tudíž neztrácejí významnou část své specifické pevnosti, což je • ·

- 6 případem v normálních rozvlákňovacích postupech.

Je dobře známo, že stupeň bělení je určován vlákny, v nichž je vysoký obsah ligninu (rostlinného slizu, klí). Buničina poskytovaná přítomným vynálezem je bělena snadněji a okolní prostředí více šetřícím způsobem, v důsledku své stejnorodosti, než tradiční buničiny.

Postup zde popsaný může být prováděn v oddělených instalacích, ale rovněž se výborně hodí pro zapracování do existující celulózky na sulfátovou buničinu. Předběžné zpracování materiálu do dřevěné hmoty poskytuje možnosti provádět mírné rozvlákňování velmi jemným způsobem a udržením si vlastností jednotlivých vláken dřevěného materiálu. Tento způsob poskytuje značné ekonomické zisky a výhody pro ochranu vnějšího prostředí, například tím, že činí možným použít užitečným způsobem dřevo menší hodnoty/ kvality.

Zajímavé ztvárnění tohoto vynálezu zajištuje vaření odpadu z pil a závodů na výrobu překližek/dřevotřískových desek, pracujících v tropických oblastech a zbytků a odřezků po řezání dřeva, podle techniky umožněné tímto vynálezem, čímž je vaření prováděno v malých celulózkách (50 000-100 000 tun/rok) a získávána buničina, která je dále zapracována do výroby papíru/lepenky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je nyní dále podrobně popsán pomocí odkazů na příslušné přiložené výkresy, v nichž:

Obr. 1 - znázorňuje schematické zobrazení funkčního principu zařízení tohoto vynálezu.

Obr. 2 - znázorňuje průřez vymývací nádrží při pohledu shora Obr. 3 - znázorňuje průřez drtičem při pohledu ze strany. Obr. 4 - znázorňuje příčný řez linií III-III drtičem.

Příklady provedení vynálezu

Jak je popsáno výše, tento vynález zahrnuje předmět ze dvou částí:

1) struktura dřevěného materiálu je otevřena takovým způsobem, že všem vláknům se dostává během rozvlákňování stejného zpracování; jednoleté rostliny a bambus jsou zpracovány podle téhož způsobu, ale za mírnějších podmínek, a

2) vláknitá masa je podrobena rozvlákňování za mírnějších podmínek použitím existující technologie, pomocí, například, louhu, kyseliny mravenčí (jako v postupu MILOX) anebo alkoholu (ethanolu) jako aktivní chemikálie, a poté může být buničina bělena (pomocí kyslíku/ peroxidu) anebo použita jako taková pro výrobu, například, balící lepenky.

Podle přednostního ztvárnění tohoto vynálezu je celulozová vláknina připravována z tradičních dřevěných třísek. Tříska má typicky velikost takovou, že je asi 5-50 mm dlouhá (například 10-30 mm) a asi 2-20 mm tlustá (například 5-15 mm). Tato tříska může být tříděná nebo netříděná a surovinou použitou podle tohoto vynálezu mohou být rovněž hobliny, jehlicovité třísky anebo podobný odpad z mechanizovaného lesního/dřevařského odvětví. Tento dřevěný materiál může pocházet z domácích druhů jako je borovice, smrk, bříza, olše, osika, ale třísky mohou být produkovány z jiných druhů dřeva, včetně takových jako je eukalyptus, javor a smíšené tropické tvrdé dřeviny. Vynález může být také použit na jednoleté rostliny jako jsou slámy obilných plodin, rákosová lesknice kanárská, rákosy a bagasa.

Když se užívá dřevo, je řezáno na třísky způsobem jako takovým v dané technice známým, po čemž jsou tyto třísky, s relativní vlhkostí 30-50%, podrobovány předběžnému ·· · • ·

- 8 zpracování podle tohoto vynálezu, v němž jsou vymývány při teplotě 3O-95°C, přednostně v rozmezí asi 4O-8O°C, s varnou tekutinou k odstraňování písku a podobných, typicky na křemiěitanu založených nečistot. Během této fáze vymývání se stávají dřevěné třísky impregnovanými (napuštěnými) danou tekutinou. Varná tekutina, jež je použita, se skládá z téže tekutiny jaká je použita ve fázi vlastního rozvlákňování. Když je použit alkohol jako varná tekutina, teplota je nejvhodněji asi 60°C. Varná tekutina může být použita jako taková anebo může být před zpracováním rozředěna vodou ve vzájemném poměru (varná tekutina/voda) 10:1-1:1000, přednostně 1:1-1:10, nejpřednostněji 1:2-1:5. Když je varná tekutina použita jako taková, ěi nepatrně zředěná, počátek odstraňování ligninu může být přivozen již během kroku vymývání.

Varná tekutina použitá pro vymývání je recyklována prostřednictvím čistícího kroku, z této tekutiny odstraněny tuhé dřevní konstituenty a podobné nečistoty, opět použita k vymývání.

Třísky, které byly předem zpracovány pomocí varné tekutiny, jsou podrobeny mechanickému drcení, v němž jsou třísky podrobeny opakovaným, nejvhodněji (tepavým) mechanickým nárazům, jež vyvíjejí tvaruje vláknitou strukturu daného dřevěného materiálu. Tento tlak způsobuje otevření struktury dřeva. Otevření dřevěné struktury je zvyšováno odstraněním vody z vláken jako výsledku tlakových nárazů směrovaných do materiálu. Důsledkem skutečnosti, že zpracování drcením je prováděno v tekutině, jsou tato vlákna impregnována tekutinou bezprostředně po snížení tlaku, to jest, mezi nárazy daného drtiěe. Zpracování podle tohoto vynálezu je efektivní v tom, že způsobuje, že se vlákna stávají stejnoměrně napuštěnými tekutinou a dřevěná struktura se stává efektivně otevřenou. Rovněž vnitřní vrstvy dřevěného materiálu jsou napuštěny

Během puriflkace jsou nečistoty, extrahované po čemž může být pulsujícím tlak, který

tekutinou. V ideálním případě, většina či téměř všechna jednotlivá vlákna jsou během rozvlákňování podrobena stejnému opracování a tudíž, vcházejí do styku s danou varnou tekutinou. Pulsující střídání stavů nadbytečného a sníženého tlaku, spolu s účinkem mechanického drcení, provádí žádoucí otevření dané vláknité suroviny takovým způsobem, že rozvlákňovací postup může být prováděn homogenním způsobem. Technika užitá pro drcení nesmí vlákna rozřezat, namísto toho k dezintegraci dochází ve směru délky daných vláken.

Po zpracování popsaném výše je daná vláknitá surovina v podobě stejnorodé dřevěné hmoty, typicky jako suspenze vody/varné tekutiny obsahující třískovitou surovinu (kal). Obsah tekutiny vláknitého materiálu (množství tekutiny z váhy vláken za sucha) je asi 20-80%, obzvláště asi 40-60%, typicky asi 50%.

Zpracování tohoto vynálezu může být, nejvhodněji v nepatrně mírnější formě, prováděno s jednoletými rostlinami.

Pro zpracování drcením je možno použít jakéhokoli vhodného zařízení za předpokladu, že podrobí vlákna účinku dostatečně silného tlaku, bez řezání vláken. Zařízení, které je obzvláště vhodné pro zpracování, je znázorněno na Obr. 1-4.

Zařízení podle tohoto vynálezu zahrnuje vymývací a míchací nádrž 2, zamýšlenou k vymývání třísek, dodávací dopravník 8 pro třísky a drtič 10 (asi 11, pozn. překl.) třísek. Třísky jsou dodávány do nádrže 2 pomocí, například, šnekového dopravníku i. Míchač 3 (rotor) je umístěn na spodní části nádrže aby udržoval tekutinu ve stálém pohybu k zajištění toho, že z třísek jsou odstraněny vzduchové bubliny a třísky jsou dobře napuštěny. Je výhodné vytvořit uvnitř nádrže vír tekutiny, jenž usnadňuje oddělování třísek od tuhých nečistot (jak je popsáno zde níže). Rozvlákňovače vyvinuté pro zpracování recyklovaného papíru jsou příkladem modelů míchací nádrže, které jsou zejména vhodné pro použití

podle tohoto vynálezu.

Kamínky a jiné tuhé nečistoty jsou sbírány ze dna nádrže do vypouštěcí nálevky 4, ze které mohou být odstraněny. Vymyté, mokré dřevěné třísky jsou odstraňovány přes boční výstupové vedení 5 a pohybovány do dodávacího dopravníku 8, 10. Boční výstupové vedení se protahuje téměř ode dna nádrže (typicky začíná 20-30 cm nade dnem), nejvhodněji k povrchu dané tekutiny.

Dodávací dopravník 8, 10, obsahuje, například, spirálový šnekový dopravník 8, uložený uvnitř trubice 10, pod kterýmžto šnekem je umístěna perforovaná rozdělovači deska, k oddělování tekutiny od třísek. Tato děrovaná deska může být vyměňována. Nadbytečná vymývací tekutina je odvodňována touto děrovanou deskou a je vedena (stéká) do recyklační nádrže 6, ze které je recyklována do míchací nádrže 2 pumpou 7. Protože nádrž 2 a trubice 10 jsou ve vzájemném tekutém spojení, trubice je částečně naplněna tekutinou. To způsobuje, že třísky přepravované s pomocí šnekového dopravníku do drtiče obsahují tolik tekutiny kolik je možné.

Mezi pumpou a míchací nádrží je umístěn výměník tepla pro řízení teploty vymývací tekutiny. Varná tekutina oddělená ze třísek po zpracování drcením (jak je zde popsáno níže) je nejvhodněji spojena s recyklovanou vymývací tekutinou před tepelným výměníkem, protože měla čas aby se ochladila během zpracování drcením a čištěním.

V trubkovém vedení může být umístěn separátor 18 pro oddělování písku a podobných nečistot z recyklované tekutiny. Upřednostňuje se použít vysokokonsisteněního separátoru, který pracuje odstředivým způsobem.

Struktura bočního výstupu 5 podle jednoho přednostního ztvárnění tohoto vynálezu je znázorněna podrobněji na Obr. 2, který znázorňuje míchací nádrž 2 pohledem s vrchu. Míchač na obrázku se namontován tak aby se otáčel ve směru hodinových ručiček, což působí, že materiál ke zpracování se • · · ·

- 11 otáčí spolu s tekutinou stejným směrem. U bočního výstupu 5 je stěna nádrže upravena tak, že se protahuje dovnitř, alespoň v určitém rozsahu, to jest směrem ke středu nádrže na náběhové hraně bočního výstupu 5 (ve směru toku tekutiny). Na odběhové hraně se tato stěna odpovídajícně protahuje směrem ven, což působí, že odběhová hrana je kryta vstupním okrajem, jak je vidět na daném obrázku. Toto je zamýšleno k oddělování oblázků a jiných podobných tuhých nečistit od suroviny pro rozvlákňování, protože tok tekutiny působí vymršlování těchto kamínků proti stěně nádrže a jejich ponoření podél této stěny ke dnu, odkud jsou odstraňovány skrze vyprazdňovací nálevku 4. Protože je náběhová hrana bočního výstupu 5 protažena směrem dovnitř, oblázky skáčou přes otvor bočního výstupu 5, když dosahují tohoto bodu. Na druhé straně, lignocelulozová surovina je vyssávána ven skrze boční výstup důsledkem toku tekutiny prováděném pumpou 7, protože je lehčí než voda.

Ze vstupního dopravníku jsou třísky směrovány do drtiče 10 (zřejmě 11, pozn. překl.), 20, kde jsou vystaveny zpracování drcením. Podstatná část tohoto zařízení obsahuje 2-3 páry válců U , 12, 13, (Obr. 1) (zřejmě 12, 13, 14., pozn. překl.) a .23-27, 33-35 (Obr. 3) se šikmými žlábky, jež jsou umístěny šroubovitým způsobem. Osy 30-32 těchto válců jsou připevněny ložisky k rámu tohoto drtiče, a válce mohou být otáčeny v opačných směrech. Válce jsou umístěny k sobě navzájem tak, že jejich podélné osy jsou, alespoň v podstatě, rovnoběžné a ve vodorovné rovině. K vedení třísek na válce jsou k vnitřním stěnám drtiče připevněny vodící desky 21.

Žlábky 33-.35 na vnějších pláštích válců mohou obsahovat vinutí hřebenů okolo vnějších povrchů anebo zahloubení zformovaná na pláštích těchto válců. Hřebeny či odpovídající zahloubení jsou formovány takovým způsobem, že uvnitř otvoru mezi válci je materiál dané suroviny podroben protilehlým silám, jež otevírají strukturu, tyto síly jsou v podstatě ve • · · ·

- 12 směru daného vlákna. Je třeba se vyhnout ostrým a rezavým okrajům. Hřebeny anebo žlábky (zahloubení) mohou mít přednostně trojúhelníkový průřez nebo být tvarovány ve tvaru obráceného písmene V. Například, strana posouvající materiál na okraji hřebenu, přednostně není v úhlu 90° se zřetelem na tangentu svěru, aby se předešlo příčným řezacím silám. Odběhový úhel hřebenu se zřetelem k tangentě může být jakýmkoli úhlem, obvykle úhlem 5-90°. Vrcholový úhel do V tvarovaného hřebenu či zahloubení je nejvhodněji větší než 40°, přednostně 45°-12O°.

Mezi válci je zformován otvor (otevření), jehož štěrbinové rozměry mohou být upraveny změnou vzdáleností těchto válců. Dřevěný/vláknitý materiál k drcení je dodáván do této mezery. Jeden z válců v páru válců, například, 22, 24, 26. je opatřen pohonem, jinými slovy je připojen ke zdroji energie, a otáčí, s pomocí vláknitého materiálu, druhý válec, jenž se zase otáčí v opačném směru. Viděno od směru vstupu třísek (to jest z výše), tyto válce se otáčejí proti sobě navzájem. V důsledku spirálové konstrukce a opačných směrů otáčení těchto válců, materiál v řečené mezeře je drcen (či mlet) do rozdrceného stavu. Protože zde mezi válci není žádný kontakt, není zde žádný štěpící/ řezací účinek na vláknitý materiál. Spirály ve spirálové (točité) struktuře dvou přilehlých válců jsou přednostně odlišné směrové preference.

Jak je zde výše popsáno, mohou zde existovat 2 nebo 3, čí dokonce 4, páry válců na sobě navzájem. Vláknitá hmota zformovaná ve zpracování drcením na prvním páru válců 11; 22, 23, (zřejmě 12; 22, 23, pozn. překl.) padá do mezery mezi válci 12; 24. 25, (zřejmě 13; 24, 25, pozn. překl.) druhého stupně. Druhý soubor válců obsahuje válce, které mají menší průměry než první dva válce, pročež jejich účinný lisovací povrch je příslušně menší, a poměr tlaku na jednotku povrchové plochy je větší než v prvním lisovacím stupni. Obvodová rychlost se rovná 2 až 3 násobku, jíž má

·· · ·

- 13 první stupeň. Žlábky druhého stupně jsou méně zvýrazněné (to jest, hloubka určitého žlábku či výška hřebenu je menší) a rozměry mezery jsou menší než jsou v prvním stupni. Obvodová rychlost válců v prvním stupni je 2-10 m/sek. Je-li to nutné, toto zařízení může obsahovat třetí nebo čtvrtý pár válců (13; 26, 27) (zřejmě (14; 26, 27, pozn. překl.) a když je to žádoucí, tato mlecí činnost může být zvýšena hustějším umístěním žlábků na površích válců druhého a následných párů válců.

K pulzujícímu (tepajícímu) stavu změny zvýšeného/ sníženého tlaku zde popsanému výše dochází v mezeře válců působením točitých žlábků (hřebenů).

Mezery válců jsou zvoleny takovým způsobem, aby třísky dodávané do tohoto zařízení byly podrobeny účinnému drtícímu působení, jež však nezpůsobuje aby daná vlákna byla řezána. Rozměry této mezery jsou určovány velikostí částic a tvarem zpracovávaného dřevěného materiálu. Tato mezera rovněž nesmí být příliš malou, protože by pak byla snadno blokována, a neměla by být též příliš velkou, protože by nebylo dosaženo žádného drtícího účinku. Typicky je světlost mezery v prvním lisovacím stupni 0,5-2,5 krát větší než je průměrná tloušíka daných třísek. Jak příklad je možno uvést, že světlost mezery 5-20 mm je vhodná pro zpracování normálních třísek (s tloušlkou 5-15 mm).

Když je použit drtič tohoto vynálezu, v přední části se vytváří fluidní vak formovaný ze stlačeného materiálu, nad mezerou drtiče. Když je tlak této mezery uvolněn, vláknitá hmota pohlcuje většinu fluida, jež z ní bylo předtím vymáčknuta. Tudíž, krok drcení je prováděn v tekuté fázi, což minimalizuje účinek štěpení vláken. Frakce tekutiny, jež byla uvolněna v kroku lisování teče s vláknitým materiálem a další frakce je směrována přes plášt a/nebo zakončení páru válců do dalšího kroku lisování níže. Vnitřní stěna lisovacího zařízení může být vybavena vodícími deskami 36, které směrují tok tekutiny z jednoho válce do mezery mezi příštím párem válců.

Dřevěná hmota (či masa dřevěných/rostlinných vláken; vláknitá hmota), získaná v předběžném zpracování, je dodávána do stupně rozvlákňování, například, pomocí šnekového dopravníku 14, 15 (zřejmě 15. 16, pozn. překl.); 28, 29. Na spodní části drtiče může být několik šnekových dopravníků.

Protože jsou třísky vymývány a drceny za zvýšené teploty,je přednostní aby jak nádrž 2, tak drtič 10 (zřejmě 11, pozn. překl.) byly uzavřenými kontejnery, aby se snížily ztráty tekutiny odpařováním. Mohou být uzavřeny, například, pomocí vnějších plášlů.

Navíc k zařízení popsanému zde výše, může být rovněž použito k provádění kroku drcení drtící zařízení vyvinuté v hornickém průmyslu pro drcení materiálů. Tento způsob může být rovněž založen na používání šroubového lisu.

Podle přednostního ztvárnění je po zpracování drcením alespoň část tekutiny tekoucí spolu s třískami (či odpovídajícím surovinovým materiálem) nahrazena čerstvou varnou tekutinou. Toho může být dosaženo oddělením 10-80%, přednostně asi 30-60%, varné tekutiny za drtičem ve standardním výstupu nebo, například, ve šroubovém lisu, po čemž je čerstvá varná tekutina dodávána do šnekového dopravníku .14, 15 (zřejmě 15, 16, pozn. překl.); 28, 29. Tato čerstvá tekutina dodávaná do šnekového dopravníku může být ohřívána na teplotu rozvlákňování (70-110°C, přednostně asi 90-l00°C), což způsobuje, že k rozvlákňování dochází částečně již ve šnekovém dopravníku. Ve skutečnosti může rozvlákňovač obsahovat řečený šnekový dopravník jak je zde níže popsán. V tomto případě je opatřen ohřívacím pláštěm k udržování dané teploty. Tento plášl může být ohříván, například, pomocí oleje. Oddělená varná tekutina je vymývána a regenerována když je to nutné a navracena, například, do nádrže vymývání třísek k použití v kroku vymývání a napouštění. Je přednostně připojena k recyklujícímu vedení ·· ··

- 15 vymývací nádrže před tepelným výměníkem 17.

Předem zpracovaná surovina může být rozvlákňována v trubicovém dopravníku s nuceným dodáváním (šnekovým či směrově natáčivým), který působí, že buničitá masa je ve stavu stálého promíchávání, či může být rozvlákněna v tradičním dávkovém zpracování. Podle přednostního ztvárnění dochází k rozvlákňování v nepřetržitě fungujícím trubicovém rozvlákňovači s nuceným dodáváním (který může být horizontální, vertikální či sešikmený) s varnou teplotou asi 70-100°C, přednostně asi 90-100°C, a při normálním atmosférickém tlaku, nepatrně zvýšeném tlaku či nepatrně sníženém tlaku. Řízení teploty se provádí nepřímým způsobem bu3 skrze tepelný výměník nebo pláší rozvlákňovače. Při provozu pod normálním atmosférickým tlakem je k systému připojena pumpa, za účelem udržování šnekového dopravníku ve sníženém tlaku, což vyjádřeno jako absolutní tlak je alespoň asi 0,1 baru, přednostně asi 0,5 baru. Oddělením drtiče od šnekového rozvlákňovače pomocí stavidlového podavače či stavidlové dodávací násypky, je možné pracovat za normálního atmosférického tlaku, dokonce i když je šnekový rozvlákňovač při sníženém či zvýšeném tlaku.

Surovina zpracovávaná podle tohoto vynálezu je vhodná pro přípravu (výrobu) sulfátové buničiny, sulfitové buničiny, buničiny s obsahem organického rozpouštědla (organosolv pulp), buničiny MILOX a polobuničiny. Použité varné chemikálie jsou primárně sirník sodný, hydroxid sodný, (bi)uhličitan sodný, kyselina peroxomraveněí, kyselina peroxooctová anebo alkohol. Tento vynález může být obzvláště přednostně aplikován na buničiny, jež jsou připraveny v sulfátovém postupu či jinými alkalickými způsoby, a pomocí postupů dosažených použitím organických rozvlákňovacích chemikálií.

V tomto kontextu se pojmem sulfátový postup zamýšlí rozvlákňovači postup pomocí varných chemikálií, jež v podstatě zahrnují sirník sodný a hydroxid sodný. Jako ·« ·· ·· • · · «

- 16 příklady jiných alkalických rozvlákňovacích postupů mohou být zmíněny prodloužené rozvlákňovací postupy, založené na pokračování tradičního sulfátového postupu, dokud hodnota kappa buničiny není snížena pod 20. Tyto způsoby typicky obsahují zpracování pomocí kyslíku. Tyto prodloužené způsoby vaření buničiny typicky obsahují, například, prodlouženou přetržitou várku (s příslušným přidáváním antrachinonu), EMCC (prodlouženou, modifikovanou nepřetržitou várku), přetržitou várku, super-várku/02, MCC/O2 a prodlouženou várku/03.

Tento postup může být rovněž použit pro přípravu sulfitové buničiny, jež je vařena bud v kyselých nebo neutrálních či dokonce bazických podmínkách, eventuelně v přítomnosti přísad typu AQ či boron obsahujících přísad. Vláknitý materiál může být použit k přípravě buničité hmoty prostřednictvím sulfitového/sirníkového vaření.

Celulozová buničina může být rovněž připravena pomocí organických varných chemikálií, použitím alifatických alkoholů či karboxylových kyselin. Alifatické alkoholy se používají, například, v tak zvaném postupu 0RGAN0S0LV. Karboxylové kyseliny a peroxid vodíku mohou být použity k formování směsí, jejíž aktivní složkou je během vaření buničiny organická perkyselina. Jednou přednostní alternativou je t. zv. postup MILOX. Tento postup zahrnuje tři fáze, z nichž v první je lignocelulozu obsahující surovina zpracována pomocí kyseliny mravenčí a malým množstvím peroxidu vodíku při teplotě 6O-8O°C. V druhé fázi tohoto způsobu je prováděn zásadní krok delignifikace zvýšením teploty na 90-100°C, po čemž je hnědá buničina zpracována ve třetí fázi pomocí čerstvého poměrného roztoku kyseliny mravenčí/peroxidu vodíku. Během všech těchto fází je koncentrace kyseliny mravenčí větší než 80%. Typické doby vaření v postupu MILOX jsou 1-3 hodiny, ale v důsledku předběžného zpracování tohoto vynálezu mohou být tyto doby vaření sníženy na asi 0,5-1 hodinu.

Navíc k nebo namísto dřevěných třísek se upřednostňuje použití jednoletých rostlin jako suroviny, obzvláště pro postup MILOX, a namísto kyseliny mravenčí je možno použít kyselinu octovou, ěímž je efektivním komponentem varné tekutiny kyselina peroctová.

Po předběžném drcení dřevěné suroviny může být použit varný postup stejný jako je aplikován na vaření vláken odvozených od jednoletých rostlin.

Po vaření buničiny je od ní většina varné tekutiny oddělena pomocí, například, šroubového lisu anebo lisu s filtračním pásem. Tato varná tekutina je regenerována prostřednictvím použití známých technik, například, v kotli (regenerátoru) na získávání zpět uhličitanu sodného anebo azeotropickou destilaci. Buničitá hmota je vymyta a podrobena bělení je-li to žádoucí, aby zbavováni ligninu (delignifikace) pokračovalo v za sebou jdoucích krocích a způsobem, který závisí na postupu vaření buničiny.

Buničina produkovaná ze suroviny podle tohoto vynálezu může být bělena podle způsobu, jenž jako takový je známým, bez chloru a/nebo chlor obsahujících chemikálií. V těchto dnech je bělení celulozové vlákniny do značné míry založeno na bělících chemikáliích prostých chlorového plynu, jako je kyslík, peroxid vodíku a ozon, stejně jako kysličník chloriěitý. Před těmito kroky bělení jsou z buničiny odstraňovány těžko kovy prostřednictvím chelátování jako reakce kataláze těžkých kovů, které jsou nepříznivé z hlediska kvality buničiny. V celulozových vlákninách jsou těžké kovy vázány hlavně ke skupinám karboxylových kyselin.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby celulozové vlákniny z výchozího vláknitého materiálu, podle kterého výchozí materiál je zbavován ligninu ve varné tekutině obsahující varné chemikálie, aby se získala celulozová vláknina a získaná vláknina (buničina) je bělena je-li to žádoucí, vyznačující se předběžným vymýváním výchozího materiálu varnou tekutinou a podrobením předem vymytého výchozího materiálu zpracování drcením v tekuté fázi, za účelem otevření jeho vláknité struktury.
2. Způsob podle nároku 1, v němž je výchozí materiál během zpracování drcením podroben pulzujícím tlakovým nárazům.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, v němž je výchozí materiál předem vymýván při teplotě asi 35-95°C, přednostně při asi 4O-6O°C.
4. Způsob podle jednoho z předchozích nároků 1-3, v němž tekutou fází použitou během zpracování drcením je varná tekutina.
5. Způsob podle nároku 4, v němž je varná tekutina recyklována do předběžného zpracování prostřednictvím kroku čištění a eventuelně tepelným výměníkem.
6. Způsob podle nároků 1-5, v němž je zpracování drcením prováděno v nepřetržitě fungujícím drtiči.
7. Způsob podle jakéhokoli z předchozích nároků, v němž obsah tekutiny během zpracování drcením je 40-60%.

• ·
8. Způsob podle jakéhokoli z předchozích nároků, v němž zpracování drcením poskytuje vláknitou suspenzi s obsahem tekutiny (množství tekutiny k váze vláken za sucha) asi 40-60%, přednostně asi 50%.
9. Způsob podle jakéhokoli z předchozích nároků, v němž vláknitá suspenze získaná zpracováním drcením je vařena ve varné tekutině při teplotě asi 70-100°C.
10. Způsob podle nároku 9, v němž je vaření prováděno za sníženého tlaku, aby se z vláken odstranil vzduch.
11. Způsob podle nároku 1, v němž chemikálie použité ve varné tekutině jsou v zásadě sirník sodný, hydroxid sodný, (bi)uhliěitan sodný, kyselina peroxomraveněí, kyselina peroxooctová anebo alkohol.
12. Způsob podle nároku 1, v němž je hmota celulozové vlákniny bělena bez použití chlor obsahujících chemikálií.
13. Způsob podle jakéhokoli z předchozích nároků, v němž použitý vláknitý výchozí materiál zahrnuje dřevěné třísky obzvláště z borovice, smrku, břízy, olše, osiky, eukalyptu, javoru či tropické tvrdé dřeviny.
14. Způsob podle jakéhokoli z předchozích nároků 1-13, v němž použitý výchozí materiál obsahující vlákno je z jednoletých rostlin jako jsou slámy, rákosová lesknice kanárská, rákos nebo bagasa.
15. Zařízení pro předběžné zpracování suroviny pro výrobu celulozové vlákniny, vyznačující se tím, že zahrnuje:

rám /21/,

- dva přilehlé první válce /12; 22, 23/, přimontované k • ·

- 20 rámu tak, že se mohou otáčet, jejichž podélné osy jsou alespoň přibližně rovnoběžné, a jež vytvářejí první pár válců, s válci uspořádanými uvnitř ve vzdálenosti od sebe tak, že je mezi jejich vnějšími plášti zformována světlost mezery (tlamy), a s točitým souborem žlábků protahujících se přes povrchy vnějších pláštů těchto válců, prostředky dodávání/převodu energie, jež jsou připojeny k alespoň jednomu válci /12; 23/ pro otáčení tohoto válce, prostředky /8; 19/ pro dodávání suroviny do mezery mezi válci, a prostředky /15; 28, 29/ pro odstraňování zpracovaného materiálu.

16. Zařízení vnějšími podle plášti nároku válců 15, v němž je 23/ nasta světlost mezery mezi vitelná. /12; 22, 17. Zařízení podle nároku 15 nebo > 16, v němž světlost mezery mezi vnějšími plášti válců /12; 22, 23/ je 0,5-2,5 průměrné tlouštky třísky, za účelem umožnit třísku drtící účinek

uvnitř dané mezery ve směru vláken.
18. Zařízení podle jakéhokoli z nároků 15-17, zahrnující vymývací a míchací nádrž /2/, ve které může být materiál suroviny míchán s tekutinou během fáze vymývání, před svým zpracováním drcením.
19. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, zahrnující navíc k prvnímu páru válců /12; 22, 23/, alespoň jeden další pár válců /13; 24, 25/, jehož válce mají menší průměr než mají válce prvního páru.
20. Zařízení podle nároku 19, zahrnující navíc k prvnímu a druhému páru válců /12, 13; 22-25/, alespoň třetí pár válců /14; 26, 27/, jehož válce mají menší průměr než mají válce druhého páru.

• ·

-
21 21. Zařízení podle nároku 19 nebo 20, v němž válce /13, 14; 24-27/ druhého a třetího páru válců, v uvedeném pořadí, jsou otáčitelné s obvodovou rychlostí, jež je 2-3 krát taková než mají válce předchozího páru.
22. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, v němž podélné osy válců /12-14; 22-27/ jsou v horizontální rovině s druhým párem válců uloženým pod prvním párem válců, a v příslušných případech, třetím párem válců pod druhým párem válců, takovým způsobem, že se materiál suroviny pohybuje od jednoho páru válců k druhému důsledkem působení gravitační síly.
23. Zařízení podle nároku 15, v němž jsou žlábky formované hřebenem /33-35/ protahujícím se točitým způsobem přes plášt válce.
24. Zařízení podle nároku 23, v němž hřeben /33-35/ má průřez ve tvaru V, s vrcholovým úhlem 40-120°.
25. Zařízení podle nároku 24, v němž přilehlé válce mají žlábky s protilehlou orientací.
26. Zařízení podle nároků 15, nároku 23 nebo nároku 24, v němž se hřebeny /33-35/ přilehlých válců vinou ve stejném směru.
27. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků 15-26, v němž přilehlé válce /22, 23; 24, 25; 26, 27/ mohou být namontovány tak, aby se otáčely v opačných směrech.