CZ293998B6 - Způsob a zařízení pro zpracování vláknité suroviny - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu a zařízení na zpracovávání vláknité suroviny, jež je následně připravována v chemickém rozvlákňovacím postupu, a pro výrobu celulózové vlákniny z výchozího vláknitého materiálu. Podle tohoto způsobu je výchozí materiál zbavován ligninu aby se získala celulózová vláknina a tato obdržená vláknina, resp. buničina je případně bělena. Výchozí materiál je před delignifikací drcen ve varné tekutině, aby se otevřela jeho vláknitá struktura. Zařízení podle vynálezu obsahuje rám drtiče (20), k němuž jsou přimontovány dva přilehlé první válce (12; 22, 23), jež tvoří první dvojici válců uspořádaných ve vzdálenosti od sebe tak, že je mezi jejich vnějšími povrchy vytvořena mezera. Válce se otáčí v důsledku přenosu hnací síly na ně a materiál suroviny je drcen uvnitř mezery mezi těmito válci, kde se vytvoří s varnou tekutinou suspenze, ze které je tekutina absorbována do zpracovávaného vláknitého materiálu. Vynález zajišťuje stejnoměrné vaření suroviny.ŕ

Description

Způsob a zařízení pro zpracování vláknité suroviny

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro zpracování vláknité suroviny, zejména celulózové vlákniny. Podle tohoto způsobuje vlákna obsahující výchozí materiál zbavován ligninu ve varné tekutině obsahující varné chemikálie za účelem získání vlákniny, resp. buničiny a získaný produkt se v případě potřeby bělí. Zařízení podle vynálezu je určeno k předběžnému zpracování suroviny pro rozvlákňovací postupy za účelem zvýšení schopnosti odstraňování ligninu.

Dosavadní stav techniky

Poslední vývoj v odvětví zpracování celulózy vedl k ještě větším a nákladnějším investicím. Nejmodemější celulózky již vyrábějí přes 2000 tun produktu za den. Náklady na tyto závody činí ve Finsku asi 4 až 6 miliard finských marek a na světě není mnoho zákazníků, kteří dokáží nést takovéto enormní technologické a ekonomické riziko. V budoucnosti budou nové rizikové faktoly 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 surovinu. Surovina s různými vlastnostmi nemůže být dodávána do varného postupu bez nepříznivých účinků na vlastnosti produkované buničiny.

Ve světě existují tisíce malých celulózek málo ohleduplných vůči ochraně vnějšího prostředí, 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 malých celulózek šetrných vůči ochraně okolního prostředí. Nicméně, v posledních letech se zájem o tyto malé celulózky, stojící před svým 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 převařena a vnitřek zůstává syrový. 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 či rafínace 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. Např. rozmělňovací účinek brusného kamene na povrchovou vrstvu dřeva je během přípravy rozmělněné dřevěné buničiny stejný jako na vlákna vnitřní vrstvy.

Za účelem dosažení rozpuštění ligninu slepujícího vlákna v dřevěných třískách během chemického rozvláknění, je nutné vařit tyto třísky při zvýšené teplotě a tlaku. Varné instalace s tlakovou vařící nádobou jsou nákladné, v důsledku čehož jsou za použití známých technik ekonomicky ziskové pouze velké celulózky s výrobou více než 400000 tun produktu/rok.

Bylo by ideální vytvořit takové podmínky pro chemickou výroby buničiny, kde by každé vlákno v dřevitém materiálu mělo identické zpracování. Toto je velmi dobře známo, ale nebyl dosud objeven žádný způsob, v němž není vláknitá struktura roztrušována příliš extenzivně.

Některé techniky pro předběžné drcení dřevěných třísek jsou již z dosavadního stavu techniky známy. Jsou popsány např. Ve spisech FR 2 276 420, FI 70 937, FI 77 699, FI 94 968,

-1 CZ 293998 B6

SE 461 796 a US 1 785 544. V zařízeních podle tohoto stavu techniky jsou třísky obvykle lisovány mezi dvěmi válci, za účelem způsobení jejich rozdrcení, či k usnadnění impregnace tekutinami. Např. spis FR 2 276 420 se týká způsobu, kde třísky se nejprve předepírají v hydroxidu sodném a poté se drtí mezi dvěma válci. Používají se tak dvě různá tekutá média pro prvotní 5 zpracování a pro vaření. Zařízení skládající se ze dvou párů válců na sobě navzájem umístěných je popsáno v popise spisu FI 94 968, podle něhož je na povrchu těchto válců vytvořen agresivně působící profil. Tento druh ozubeného profilu přináší ostré řezné povrchy, které řežou vlákna a oslabují vlastnosti pevnosti suroviny určené ke zpracování.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je přinést zcela nový přístup k výrobě buničiny chemickým rozvlákňovacím postupem. Konkrétněji, cílem tohoto vynálezu je poskytnout způsob, kterým se dosahuje 15 homogenního rozvlákňovacího postupu tak, že je zachována pevnost vláken. V tomto případě může být k výrobě užitkové buničiny použit dřevěný materiál horší kvality, jako je olše, osika a smíšené tropické tvrdé dřeviny.

Vynález přináší způsob zpracování vláknité suroviny z výchozího vláknitého materiálu, při němž 20 je výchozí materiál předem vymyt ve varné tekutině obsahující varné chemikálie, poté je výchozí materiál delignifikován ve varné tekutině pro získání celulózové vlákniny a ta je v případě potřeby bělena, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že předem vymytý vláknitý výchozí materiál se podrobí drcení v tekuté fázi pro otevření jeho vláknité struktury, přičemž tato tekutá fáze je směs výchozího vláknitého materiálu s varnou tekutinou.

Vynález je též možno provádět tak, že výchozí materiál se během zpracování drcením podrobí pulzujícím tlakovým rázům.

Vynález je též možno provádět tak, že výchozí materiál se předem vymývá při teplotě asi 30 35 až 95 °C, přednostně při teplotě asi 40 až 60 °C.

Vynález je též možno provádět tak, že varná tekutina se recykluje do předem prováděného vymývání přes krok jejího čištění a případně přes tepelný výměník.

Vynález je též možno provádět tak, že zpracování drcením se provádí v kontinuálně pracujícím drtiči.

Vynález je též možno provádět tak, že obsah tekutiny během zpracování drcením je 40 až 60 % hmotn.

Vynález je též možno provádět tak, že zpracování drcením poskytuje vláknitou suspenzi s obsahem tekutiny vzhledem k hmotnosti suché vlákniny kolem 40 až 60 % hmotn., přednostně kolem 50 % hmotn.

Vynález je též možno provádět tak, že vláknitá suspenze získaná drcením se vaří ve varné tekutině při teplotě kolem 70 až 100 °C.

Vynález je též možno provádět tak, že vaření se provádí za sníženého tlaku pro vypuzení vzduchu z vláken.

Vynález je též možno provádět tak, že pro varnou tekutinu se použije chemikálie jako sulfid sodný, hydroxid sodný, hydrogen uhličitan sodný, kyselina peroxomravenčí nebo alkohol.

Vynález je též možno provádět tak, že celulózová drcená masa se bělí bez použití chemikálií 55 s obsahem chlóru.

-2CZ 293998 B6 i

Vynález je též možno provádět tak, že použitý vláknitý výchozí materiál obsahuje dřevěné třísky zvláště z borovice, smrku, břízky, osiky, olše, eukalyptu, javoru nebo tropického tvrdého dřeva.

Vynález je též možno provádět tak, že použitý vláknitý výchozí materiál pochází z jednoletých rostlin, jako je sláma, rákosová lesknice kanárská, rákos nebo třtina.

Vynález se týká též zařízení pro zpracování vláknité suroviny k výrobě celulózové hmoty, obsahující rám drtiče, dva sousední první válce rotačně uložené na rámu drtiče, jejichž podélné osy jsou alespoň přibližně rovnoběžné a které sestávají z první dvojice válců, s válci uspořádanými ve vzdálenosti od sebe pro vytvoření mezery mezi jejich vnějšími povrchy a se soustavou spirálových drážek uspořádaných na vnějším povrchu válců, prostředky pro pohon/převod napojenými na alespoň jeden válec pro jeho rotaci, prostředky pro podávání suroviny do mezery mezi válci a prostředky pro výstup zpracovaného materiálu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že vnější povrchy válců jsou opatřeny soustavou spirálových drážek rozprostírajících se po jejich povrchu.

Vynález je též možno provádět tak, že světlost mezery mezi vnějšími povrchy válců je nastavitelná.

Vynález je též možno provádět tak, že světlost mezery mezi vnějšími povrchy válců je 0,5 až 2,5 násobek průměrné tloušťky třísky pro dosažení drtícího účinku na třísku uvnitř mezery ve směru vláken.

Vynález je též možno provádět tak, že zařízení obsahuje vymývací a míchací nádrž pro smíchání materiálu suroviny s tekutinou během fáze vymývání před svým zpracováním drcením.

Vynález je též možno provádět tak, že zařízení obsahuje navíc k první dvojici válců alespoň jednu další dvojici válců, jejíž válce mají menší průměr než mají válce první dvojice.

Vynález je též možno provádět tak, že navíc k první a druhé dvojici válců obsahuje zařízení alespoň třetí dvojici válců, jejíž válce mají menší průměr než mají válce druhé dvojice.

Vynález je též možno provádět tak, že válce druhé a případně třetí dvojice válců jsou uspořádané rotačně s obvodovou rychlostí 2 až 3krát vyšší než je obvodová rychlost předchozí dvojice.

Vynález je též možno provádět tak, že podélné osy válců jsou uspořádány v horizontální rovině a s druhou dvojicí válců uloženou pod první dvojicí válců a případně s třetí dvojicí válců pod druhou dvojicí válců pro gravitační pohyb materiálu suroviny od jedné dvojice ke druhé.

Vynález je též možno provádět tak, že žlábky jsou tvořeny rýhou rozprostírající se spirálově na povrchu válce.

Vynález je též možno provádět tak, že rýha má průřez ve tvaru V s vrcholovým úhlem 40 až 120°.

Vynález je též možno provádět tak, že sousední válce mají žlábky s protilehlou oriertací.

Vynález je též možno provádět tak, že rýhy sousedních válců jsou vinuty ve stejném směru.

Konečně pak je možno provést vynález tak, že sousední válce jsou uspořádány pro rotaci v opačných směrech.

Předložený vynález má za účel vyhnout se řezacímu mechanickému působení spojenému s technikami již známými a docílit toho, aby tento rozrušující účinek se projevoval ve směru délky

- J CZ 293998 B6 vláken. Válce pro zpracování suroviny drcením v zařízení podle vynálezu mají zubovité žlábky, jež se točitě vinou na povrchu jejich vnějších plášťů a skládají se ze žlábků a hřebenů. Stěny těchto žlábků jsou spojité. Změnou účinnosti zpracování drcením může být tento vynález použit jak u dřevěných třísek, tak v případě materiálu z jednoletých rostlin. Pomocí tohoto vynálezu je 5 možno způsobit, že dřevěná vlákna budou po intenzivním zpracování v podobném stavu jako vlákna z jednoletých rostlin po mírném zpracování, přičemž v tomto případě lze vlákna vařit společně anebo může být použito téhož zpracujícího zařízení bez nebezpečí provaření.

Tekuté médium použité u vynálezeckého způsobu při předvaření a drcení je varná tekutina 10 z aktuálního chemického varu.

Vynález přináší několik výhod. Tradiční způsoby pro rozvlákňování či vaření mohou být značně zjednodušeny a zlevněny. 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 15 být použita k přípravě buničiny lepší kvality než je to možné známými způsoby. Podstatný aspekt tohoto vynálezu se pak týká jeho aplikace na dříve známé postupy rozvlákňování se všemi výše popsanými výhodami.

Aby se docílilo dobrého výsledku vaření, je dostatečné použít v podstatě mírnějších podmínek, 20 tedy menšího tlaku a teploty vaření než je tomu při tradičním rozvlákňování dřevěných třísek.

Postačující jsou teploty v rozmezí 90 až 110 °C a při použití chemikálií dokonce 70 až 100 °C, a to při normálním atmosférickém tlaku či eventuelně nepatrně zvýšeném. Ten je typický v rozmezí asi 1,001 až 2 bary absolutního tlaku, přednostně asi 0,101 až 0,15 Pa (1,01 až 1,5 barů) a nejvýhodněji asi 0,105 až 0,125 Pa (1,05 až 1,25 barů) absolutního tlaku. Odstranění vzduchu 25 z vlákniny může být provedeno efektivněji a účinek teploty na postup vaření může být zvýšen, např. ve šroubovém vařiči popsaném dále s vařením za sníženého tlaku. Vyjádřeno v hodnotě absolutního tlaku je tlak menší než 0,1 Pa (1 bar), nejvhodněji větší než 0,05 Pa (0,5 baru) a přednostně asi 0,07 až 0,09 Pa (0,7 až 0,9 baru).

Následně, v porovnání s podmínkami při sulfátovém rozvlákňování dřevěných třísek s teplotou 160 až 170 °C a s tlakem 0,4 až 0,8 Pa (4 až 8 barů) lze celé zařízení renovovat. Tomu odpovídá pak při normálním rozvlákňování předběžné zpracování podle předloženého vynálezu, které přináší pevnější buničinu.

Podle předloženého vynálezu byly problémy řešeny se zřetelem na homogenitu při chemickém rozvlákňování, a to zpracování vláknité suroviny mechanicky, což má homogenizující účinek, který činí daný vláknitý materiál snadněji přístupný varný chemikáliím. Důsledkem homogenity a mírnějších než normálních varných podmínek podle vynálezeckého způsobu rozvlákňování nejsou celulózová vlákna rozštěpována a tedy neztrácejí významnou část své specifické pevnosti, 40 jak je tomu v případech normálních rozvlákňovacích postupů.

Je dobře známo, že stupeň vybělení je určován vlákny, v nichž je vysoký obsah ligninu. Buničina docílená s použitím předloženého vynálezu se bělí snadněji a více šetří okolní prostředí v důsledku své stejnorodosti, než je tomu u tradičních buničin.

Vynálezecký postup lze provádět buď ve zvláštních instalacích, i v existujících celulózkách na sulfátovou buničinu. Předběžné zpracování materiálu poskytuje možnosti provádět mírné rozvlákňování velmi jemným způsobem při udržení vlastností jednotlivých vláken dřevěného materiálu. Tento způsob přináší značné ekonomické zisky a výhody pro ochranu vnějšího 50 prostředí, např. tím, zeje možné použít dřevo nižší kvality.

Zajímavostí při využití tohoto vynálezu je možnost použití odpadu z pil a závodů na výrobu překližek či dřevotřískových desek, a to i u závodů v tropických oblastech, a použití zbytků a odřezků po řezání dřeva, takže podle vynálezu lze vaření provádět i v malých celulózkách

-4CZ 293998 B6 s kapacitou 50 000 až 100 000 tun za rok a přitom získat buničinu vhodnou pro výrobu papíru a lepenky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále popsán pomocí přiložených výkresů, na nichž znázorňuje:

obr. 1 schematické zobrazení funkčního principu zařízení podle tohoto vynálezu, obr. 2 řez vymývací nádrží v půdoryse, obr. 3 řez drtičem v bokoryse a obr. 4 příčný řez drtičem podle čáry III—III z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Vynález se týká postupů skládajícího se ze dvou částí. V první části se struktura dřevěného materiálu otevře tak, že všem vláknům se dostane během rozvlákňování stejného zpracování, přičemž jednoleté rostliny a bambus se zpracují podle téhož způsobu, ale za mírnějších podmínek, a v druhé části se vláknitá masa podrobí rozvlákňování za mírnějších podmínek s použitím existující technologie, a to např. pomocí louhu, kyseliny mravenčí, jako v postupu MILOX, anebo alkoholu, konkrétně ethanolu jakožto aktivní chemikálie, a poté může být buničina bělena pomocí kyslíku (peroxidu) anebo použita jako taková pro výrobu např. balicí lepenky.

Podle výhodného provedení tohoto vynálezu se celulózová vláknina připravuje z tradičních dřevěných třísek. Tříska je typicky asi 5 až 50 mm dlouhá, např. 10 až 30 mm a je asi 2 až 20 mm tlustá, např. 5 až 15 mm. Tato tříska může být tříděná nebo netříděná a surovinou použitou při způsobu podle tohoto vynálezu 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 pocházet i z jiných druhů dřeva, včetně takových jako je eukalyptus, javor a smíšené tropické tvrdé dřeviny. Vynález může být také použit u jednoletých rostlin, a to u slámy z obilných plodin, pro rákosovou lesknici kanárskou, obecně pro rákosy a třtinu.

Při použití dřeva se toto řeže na třísky běžnými známými způsoby a poté jsou tyto třísky s relativní vlhkostí 30 až 50 % podrobí předběžnému zpracování podle tohoto vynálezu, v němž jsou předepírány či vymývány při teplotě 30 až 95 °C, přednostně v rozmezí asi 40 až 80 °C, švarnou tekutinou pro odstraňování písku a podobných, typicky na křemičitanu založených nečistot. Během této fáze vymývání se stávají dřevěné třísky impregnovanými danou tekutinou. Použitá varná tekutina se skládá z téže tekutiny, jaká se používá ve fázi vlastního rozvlákňování. Při použití alkoholu jako varné tekutiny je nejvhodnější teplota 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 až 1:1000, přednostně 1:1 až 1:1 a nejvýhodněji 1:2 až 1:5. Když je varná tekutina použita přímo jako taková či nepatrně zředěná, k počátku odstraňování ligninu může dojít již během kroku vymývání.

Varná tekutina použitá pro vymývání je recyklována v kroku jejího čištění. Během této purifikace jsou z ní odstraněny tuhé nečistoty, extrahované dřevní součásti a podobné nečistoty, po čemž může být opět použita k vymývání.

Třísky, které byly předem zpracovány pomocí varné tekutiny, se podrobí mechanickému drcení, v němž jsou podrobeny opakováním, nejvhodněji pulsující tepavým mechanickým nárazům, jež vyvíjejí tlak, který tvaruje vláknitou strukturu daného dřevěného materiálu. Tento tlak způsobuje

-5 I otevření struktury dřeva. Otevření dřevěné struktury se zvýší odstraněním vody z vláken jako výsledku tlakových nárazů směrovaných do materiálu. Důsledkem skutečnosti, že zpracování drcení je prováděno v tekutině, jsou tato vlákna impregnována tekutinou bezprostředně po snížení tlaku, tedy již mezi nárazy drtiče. Zpracování podle tohoto vynálezu je zvláště efektivní 5 vtom, že přináší fakt způsobující, že se vlákna stávají stejnoměrně napuštěnými tekutinou a dřevěná struktura se stává otevřenou. Tekutinou jsou rovněž napuštěny i vnitřní vrstvy dřevěného materiálu, které jsou během rozvlákňování podrobeny stejnému zpracování a vcházejí do styku s danou varnou tekutinou. Pulsující střídání stavů nadměrného a sníženého tlaku, spolu s účinkem mechanického drcení, přináší žádoucí otevření dané vláknité suroviny tak, že rozvlákňovací 10 postup může být prováděn homogenně. Technika užitá pro drcení nesmí vlákna řezat, namísto toho dochází k dezintegraci ve směru délky vláken.

Po tomto zpracování se nachází daná vláknitá surovina v podobě stejnorodé dřevěné hmoty, typicky jako suspenze vody a varné tekutiny obsahující třískovitou surovinou, tedy kal. Obsah 15 tekutiny ve vláknitém materiálu při obsahu množství tekutiny v hmotnosti vláken za sucha je asi až 80 % hmot., obzvláště pak asi 40 až 60 % hmot., a typicky asi 50 % hmot.

Zpracování podle tohoto vynálezu lze použít v nepatrně mírnější formě u jednoletých rostlin.

Pro zpracování drcením je možno použít jakékoliv vhodné 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 až 4.

Zařízení podle tohoto vynálezu obsahuje vymývací a míchací nádrž 2, určenou k vymývání 25 třísek, dále dodávací dopravník 8 pro třísky a drtič 11 třísek. Třísky jsou dodávány do nádrže 2 pomocí např. šnekového dopravníku 1. Rotační míchač 3 je umístěn na spodní části nádrže, aby udržoval tekutinu ve stálém pohybu za účelem odstranění vzduchových bublin z třísek a dobrého napuštění třísek. Je výhodné vytvořit uvnitř nádrže vír tekutiny, jenž usnadňuje oddělování třísek od tuhých nečistot, jak je popsáno dále. Rozvlákňovače pro zpracování recyklovaného papíru 30 jsou vytvořeny např. s míchacími nádržemi a jsou zejména vhodné použití podle tohoto vynálezu.

Kamínky a jiné tuhé nečistoty jsou sbírány ze dna nádrže 2 do vypouštěcí nálevky 4, ze které mohou být odstraněny. Vymyté, mokré třísky jsou odstraňovány přes boční výstupové vedení 5 a podávány do dodávacího dopravníku 8, jehož boční výstup je veden téměř ode dna nádrže 2 35 (začíná asi 20 až 30 cm nad dnem).

Dodávací dopravník 8 obsahuje např. spirálový šnekový dopravník uložený uvnitř trubice, přičemž pod tímto šnekem je umístěna perforovaná rozdělovači deska k oddělování tekutiny od třísek. Tato děrovaná deska mlže být vyměňována. Nadbytečná vymývací tekutina je odvodňová40 na touto děrovanou deskou a je vedena do recyklační nádrže 6, ze které je recyklována do míchací nádrže 2 pumpou 7. Protože nádrž 2 a dodávací dopravník 8, resp. jeho trubice jsou ve vzájemném spojení, trubice je částečně naplněna tekutinou. To způsobuje, že třísky přepravované s pomocí šnekového dopravníku obsahují tolik tekutiny, kolik je možné.

Mezi pumpou 7 a míchací nádrží 2 je umístěn výměník tepla 17 pro řízení teploty vymývací tekutiny. Varná tekutina oddělená ze třísek po zpracování drcením, jak je popsáno níže, je výhodně spojena s recyklovanou vymývací tekutinou před tepelným výměníkem, protože měla čas, aby se ochladila během zpracování třísek drcením a čištěním.

V trubkovém vedení mezi pumpou 7 a nádrží 2 může být umístěn separátor 18 pro oddělování písku a podobných nečistot z recyklované tekutiny. Upřednostňuje se použití vysokokonsistenčního separátoru, který pracuje odstředivým způsobem.

Struktura bočního výstupu 5 podle jednoho přednostního ztvárnění tohoto vynálezu je znázorně55 na podrobněji na obr. 2, který je půdorysem míchací nádrže 2. Míchač 3 je namontován tak, aby

-6ι se otáčel ve směru hodinových ručiček, což působí, že materiál určený ke zpracování se otáčí spolu s tekutinou stejným směrem. U bočního výstupu 5 je stěna nádrže 2 na náběhové hraně upravena tak, že je otevřena dovnitř, alespoň v určitém rozsahu, tj. směrem je středu 2 na náběhové hraně bočního výstupu 5 ve směru toku tekutiny. Na druhé hraně bočního výstupu 5 je tato stěna protažena směrem ven, což působí, že tato hrana je kryta vstupním okrajem, jak je vidět na obr. 2. Toto provedení je zamýšleno k oddělení oblázků a jiných podobných tuhých nečistot od suroviny pro rozvlákňování, protože tok tekutiny působí vymršťování těchto kamínků proti stěně a jejich ponoření podél této stěny ke dnu, odkud jsou odstraňovány vyprazdňovací nálevku 4. Protože je náběhová hrana bočního výstupu 5 protažena směrem dovnitř, kamínky a nečistoty dobře a rychle projdou otvorem bočního výstupu 5 při dosažení tohoto bodu. Lignocelulózová surovina je vysávána ven bočním výstupem 5 v důsledku toku tekutiny zajišťovaného pumpou 7, protože je lehčí než voda.

Třísky jsou dále směrovány do drtiče 11, 20, kde jsou vystaveny zpracování drcením. Podstatná část tohoto zařízení obsahuje až tři páry válců 12.13.14 (obr. 1), 22 až 27, 33 až 35 (obr. 3,4) se šikmými žlábky provedenými šroubovité. Osy 30 až 32 těchto válců 22 až 27, 33 až 35 jsou připevněny ložisky k rámu drtiče, 11, 20 a válce 22 až 27, 33 až 35 se mohou otáčet v opačných směrech. Válce 22 až 27, 33 až 35 jsou umístěny tak, že jejich podélné osy jsou, alespoň v podstatě, rovnoběžné a uloženy ve vodorovné rovině. K navedení třísek na válce 22 až 27. 33 až 35 jsou k vnitřním stěnám drtičel 1. 20 připevněny vodicí desky 21.

Žlábky na vnějších pláštích válců 22 až 27, 33 až 35 mohou obsahovat rýhy vinuté na vnějším povrchu válců 22 až 27, 33 až 35 anebo zahloubení vytvořená na pláštích těchto válců 22 až 27, 33 až 35. Rýhy nebo zahloubení jsou vytvořeny tak, že v prostoru mezi válci 22 až 27, 33 až 35 je materiál dané suroviny podroben proti sobě působícím silám,k jež otevírají strukturu materiálu, přičemž tyto síly působí v podstatě ve směru vláknité struktuiy materiálu. Je třeba se vyhnout ostiým a řezným okrajům válců 22 až 27, 33 až 35. Rýhy anebo žlábky či zahloubení mohou mít přednostně trojúhelníkový průřez nebo být tvarovány ve tvaru obráceného písmene V. Např. strana, na níž je materiál posouván na okraji rýhy není s výhodou provedený v úhlu 90° vzhledem k tangentě mezery, aby se předešlo příčným řezným silám. Výstupní úhel rýhy vzhledem k tangentě může být jakýmkoli úhlem, obvykle je to úhel 5 ⁰ až 90 °. Vrcholový úhel do V tvarované rýhy či zahloubení je nejvhodnější vetší než 40 °, přednostně 45° až 120°.

Mezi válci 22 až 27, 33 až 35 je vytvořen otvor či mezera s rozměry, které mohou být upraveny změnou vzdáleností těchto válců 22 až 27, 33 až 35. Dřevěný vláknitý materiál k drcení je dodáván do této mezery. Jeden z válců v párů válců, např. válec 22, 24, 26, je opatřen pohonem, tedy je připojen ke zdroji energie, a otáčí s pomocí působení vláknitého materiálu i druhý válec

23. 25, 27. jenž se zase otáčí v opačném směru. Viděno od směru vstupu třísek se dvojice příslušných u sebe umístěných válců 22 až 27, 33 až 35 otáčejí proti sobě navzájem. V důsledku spirálové konstrukce na jejich povrchu a opačných směrů otáčení je materiál v mezeře drcen či rozemílán do svého rozdrcení. Protože zde mezi válci 22 až 27, 33 až 35 není přímý kontakt, není zde žádný štěpící či řezací účinek na vláknitý materiál. Spirály ve spirálové struktuře dvou přilehlých válců 22 až 27. 33 až 35 jsou přednostně směrovány odlišně.

Jak je popsáno, mohou zde existovat dva nebo tři či dokonce čtyři páry válců 22 až 27, 33 až 35 uložených nad sebou. Vláknitá hmota zpracována drcením na prvním párů válců 12, 22, 23 padá do mezery mezi druhým souborem válců 13, 24. 25. Druhý soubor válců 13, 24, 25 obsahuje válce s průměry menšími než prvními dvojice válců 12, 12, 23. pročež jejich účinný lisovací povrch je příslušně menší a přítlak na jednotku povrchu je větší než v prvním souboru. Obvodová rychlost druhého souboru je dvou-až třínásobně vyšší než je tomu u prvního souboru či stupni. Žlábky druhého stupně méně zvýrazněné, tedy hloubka žlábku či rýhy je menší jsou i rozměry mezery. Obvodová rychlost válců 12, 22, 23 v prvním stupni je 2 až 10 m/s. Je-li to nutné, toto zařízení může obsahovat i další, tj. třetí nebo čtvrtý pár válců 14. 26, 27, a v případě, že je to žádoucí, tato mlecí činnost může být zvýšena hustějším umístěním žlábku na površích druhého a následných párů.

-7I

K pulzující, resp. tepající změně tlaku v mezeře, dosažené zvýšením a snížením tlaku dochází v mezeře mezi válci 22 až 27. 33 až 35 působením točitých žlábků.

Mezery mezi válci 22 až 27, 33 až 35 jsou zvoleny takovým způsobem, aby třísky dodávané do tohoto zařízení byly podrobeny účinnému drtícímu působení, jenž však nezpůsobuje aby daná vlákna byla řezána. Rozměry této mezeiy jsou určovány velikostí částic a tvarem zpracovávaného dřevěného materiálu, tato mezera rovněž nesmí být příliš malá, protože by se pak snadno zablokovala, a neměla by být ani příliš velká, protože by nebylo dosaženo žádného drtícího ío účinku. Typicky je světlost mezeiy v prvním lisovacím stupni 0,5 až 2,5krát větší než je průměrná tloušťka třísek. Jak například je možno uvést, že světlost mezery 5 až 20 mm je vhodná pro zpracování normálních třísek s tloušťkou 5 až 15 mm.

Při použití drcení třísek podle tohoto vynálezu se v přední části vytváří tzv. fluidní vak, vytvoře15 ný ze stlačeného materiálu, a to nad mezerou drtiče. Když se tlak v této mezeře zmenší, vláknitá hmota pohltí většinou tekutiny, která jež z ní byla předtím vymačkaná. Je tedy krok drcení 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 plášť a/nebo zakončení páru válců 22 až 27, 33 až 35 do dalšího kroku lisování. Vnitřní stěna lisovacího 20 zařízení může být vybavena vodícími deskami 36, které směrují tok tekutiny do další mezery mezi příslušnou následnou dvojicí válců.

Dřevěná hmota či masa dřevěných/rostlinných vláken, obecně vláknitá hmota, získaná v předběžném zpracování, je dodávána do stupně rozvlákňování, např. pomocí šnekových 25 dopravníků 15, 16, 28, 29. Na spodní části drtiče jich může být několik.

Protože jsou třísky vymývány a drceny za zvýšené teploty, je výhodné, aby jak nádrž 2, tak drtič 11 byly vlastně uzavřenými kontejnery, aby se snížily ztráty tekutiny opařováním. Mohou být uzavřeny např. pomocí vnějších plášťů (neznázoměno).

Kromě zařízení zde popsaného může být použito k drcení i jiné drticí zařízení, např. používané v hornictví pro drcení materiálů. Tento způsob drcení může být rovněž založen na používání šroubového lisu.

Podle přednostního provedení vynálezu se po zpracování drcení alespoň část tekutiny tekoucí spolu s třískami či odpovídajícím surovinovým, materiálem nahradí čerstvou varnou tekutinou. Toho může být dosaženo oddělením 10 až 80% hmot., přednostně 30 až 60% hmot, varné tekutiny za drtičem ve standardním výstupu nebo např. ve šroubovém lisu, přičemž je čerstvá varná tekutina dodávána do šnekového dopravníku 15.16, 28, 29. Tato čerstvá tekutina může být 40 ohřívána na teplotu rozvlákňování, což je 70 až 110 °C, přednostně asi 90 až 100 °C. To způsobí, že k rozvlákňování dochází částečně již ve šnekovém dopravníku. Ve skutečnosti může rozvlákňovač obsahovat šnekový dopravník, jak je zde popsán. V tomto případě je opatřen ohřívacím pláštěm (neznázoměn) k udržování dané teploty. Tento plášť může být ohříván, např. pomocí oleje. Oddělená varná tekutina se může vymývat a regenerovat a vracet např. do nádrže 45 na vymývání třísek k použití při vymývání a napouštění. Její přívod je s výhodou připojen k recyklačnímu vedení do vymývací nádrže před tepelným výměníkem 17.

Předem zpracovaná surovina může být rozvlákňována v trubicovém dopravníku s nuceným plněním (šnekovém či volně natáčivém), který způsobí, že buničitá masa je ve stavu stálého 50 promíchávání nebo může být rozvlákněna při běžném dávkování. Podle přednostního provedení dochází k rozvlákňování v nepřetržitě fungujícím trubicovém rozvlákňovači s nuceným dodáváním, který může být horizontální, vertikální či šikmý, s varnou teplotou asi 70 až 100 °C, přednostně asi 90 až 100 °C, a při normálním atmosférickém tlaku, nebo při zvýšeném tlaku či nepatrně sníženém tlaku. Řízení teploty se provádí nepřímým způsobem buď pomocí tepelného 55 výměníku, nebo pláště rozvlákňovače. Při provozu pod normálním atmosférickým tlakem je

-8I k systému připojeno sací čerpadlo za účelem udržování jako absolutní tlak je alespoň asi 0,01 Pa (0,1 baru), přednostně asi 0,05 Pa (0,5 baru). Oddělením drtiče od šnekového rozvlákňovače pomocí stavidlového podavače či stavidlové dodávací násypky (neznázoměno) je možné pracovat za normálního atmosférického tlaku, dokonce i pracuje-Ii šnekový rozvlákňovač při sníženém či zvýšeném tlaku.

Surovina zpracovávaná podle tohoto vynálezu je vhodná pro přípravu či výrobu sulfátové buničiny, sulfitové buničiny, buničiny s obsahem organického rozpouštědla (anglický termín „organosolv pulp“), buničiny MILOX a polobuničiny. Použité varné chemikálie jsou primárně sulfid sodný, hydroxid sodný, hydrogen uhličitan sodný, kyselina peroxomravenčí, 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 pojem „sulfátový postup“ myslí rozvlákňovací postup pomocí varných chemikálií, jež v podstatě zahrnují sulfid sodný a hydroxid sodný. Jako 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 např. prodlouženou přetržitou várku s příslušným přidáváním antrachinonu, EMCC-várku, tj. prodlouženou, modifikovanou nepřetržitou várku, přetržitou várku, super-várku/O₂, MCC/O₂ a prodlouženou várku/O₂.

Vynález může být rovněž použit pro přípravu sulfítové buničiny, jež je vařena buď 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/simíkového vaření.

Celulózová buničina může být rovněž připravena pomocí organických varných chemikálií, použitím alifatických alkoholů či karboxylových kyselin. Alifatické alkoholy se používají např. v tak zvaném postupu ORGANOSOLV. Karboxylové kyseliny a peroxid vodíku mohou být použity k vytvoření směsí, jejichž aktivní složkou je během vaření buničiny organická perkyselina. Jednou výhodnou alternativou je tzv. postup MILOX. Tento postup zahrnuje tři fáze, z nichž v první fázi je lignocelulózu obsahující surovina zpracována pomocí kyseliny mravenčí a malým množstvím peroxidu vodíku při teplotě 60 až 80 °C. V druhé fázi tohoto způsobu je prováděn zásadní krok delignifíkace zvýšením teploty na 90 až 100 °C, po kterém je hnědá buničina zpracována ve třetí fázi pomocí čerstvého poměrného roztoku kyseliny mravenčí a peroxidu vodíku. Během všech těchto fází je koncentrace kyseliny mravenčí větší než 80 %. Typické doby vaření v postupu MILOX jsou jedna až tři hodiny, ale v důsledku předběžného zpracování podle tohoto vynálezu mohou být tyto doby vaření sníženy na asi půlhodinu až jednu hodinu.

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

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

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

-9CZ 293998 B6

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 přítomné době je bělení celulózové vlákniny do značné míry založeno na bělicích chemikáliích prostých chlorového plynu, jako je kyslík, peroxid vodíku a ozón, stejně jako kysličník chloričitý. Před těmito 5 kroky bělení jsou z buničiny odstraňovány těžké kovy prostřednictvím chelátování jako reakce kataláze těžkých kovů, které jsou nepříznivé z hlediska kvality buničiny. V celulózových vlákninách jsou těžké kovy vázány hlavně ke skupinám karboxylových kyselin.

Claims (26)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob zpracování vláknité suroviny z výchozího vláknitého materiálu, při němž je výchozí materiál předem vymyt ve varné tekutině obsahující varné chemikálie, poté je výchozí materiál

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výchozí materiál se během 20 zpracování drcením podrobí pulzujícím tlakovým rázům.

3. Způsob podle nároku 1 nebo2, vyznačující se tím, že výchozí materiál se předem vymývá při teplotě asi 35 až 95 °C, přednostně při teplotě asi 40 až 60 °C.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že varná tekutina se recykluje do předem prováděného vymývání přes krok jejího čištění a případně přes tepelný výměník.

25

5. Způsob podle nároků laž4, vyznačující se tím, že zpracování drcením se provádí v kontinuálně pracujícím drtiči.

6. Způsob podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že obsah tekutiny během zpracování drcením je 40 až 60 % hmotn.

7. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zpra30 cování drcením poskytuje vláknitou suspenzi s obsahem tekutiny vzhledem k hmotnosti suché vlákniny kolem 40 až 60 % hmotn., přednostně kolem 50 % hmotn.

8. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vláknitá suspenze získaná drcením se vaří ve varné tekutině při teplotě kolem 70 až 100 °C.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že vaření se provádí za sníženého 35 tlaku pro vypuzení vzduchu z vláken.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro varnou tekutinu se použijí chemikálie jako sulfid sodný, hydroxid sodný, hydrogen uhličitan sodný, kyselina peroxomravenčí nebo alkohol.

11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že celulózová drcená masa se bělí 40 bez použití chemikálií s obsahem chlóru.

12. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že použitý vláknitý výchozí materiál obsahuje dřevěné třísky zvláště z borovice, smrku, břízy, osiky, olše, eukalyptu, javoru nebo tropického tvrdého dřeva.

-10CZ 293998 B6

13. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků lažl2, vyznačující se tím, že použitý vláknitý výchozí materiál pochází z jednoletých rostlin, jako je sláma, rákosová lesknice kanárská, rákos nebo třtina.

14. Zařízení pro zpracování vláknité suroviny k výrobě celulózové hmoty, obsahující rám drtiče (20), dva sousední první válce (12; 22, 23) rotačně uložené na rámu drtiče (20), jejichž podélné osy jsou alespoň přibližně rovnoběžné a které sestávají z první dvojice válců, s válci uspořádanými ve vzdálenosti od sebe pro vytvoření mezery mezi jejich vnějšími povrchy a se soustavou spirálových drážek uspořádaných na vnějším povrchu válců, prostředky pro pohon/převod napojenými na alespoň jeden válec (12; 23) pro jeho rotaci, prostředky (8; 19) pro podávání suroviny do mezery mezi válci a prostředky (15; 28; 29) pro výstup zpracovaného materiálu, vyznačující se tím, že vnější povrchy válců jsou opatřeny soustavou spirálových drážek rozprostírajících se po jejich povrchu.

15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že světlost mezery mezi vnějšími povrchy válců (12; 22,23) je nastavitelná.

15 delignifikován ve varné tekutině pro získání celulózové vlákniny a ta je v případě potřeby bělena, vyznačující se tím, že předem vymytý vláknitý výchozí materiál se podrobí drcení v tekuté fázi pro otevření jeho vláknité struktury, přičemž tato tekutá fáze je směs výchozího vláknitého materiálu s varnou tekutinou.

16. Zařízení podle nároku 14 nebo 15, vyznačující se tím, že světlost mezery mezi vnějšími povrchy válců (12; 22, 23) je 0,5 až 2,5násobek průměrné tloušťky třísky pro dosažení drtícího účinku na třísku uvnitř mezery ve směru vláken.

17. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 14až 16 nebo podle nároků 14 až 16, vyznačující se tím, že obsahuje vymývací a míchací nádrž (2) pro smíchání materiálu suroviny s tekutinou během fáze vymývání před svým zpracováním drcením.

18. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje navíc k první dvojici válců (12; 22, 23) alespoň jednu další dvojici válců (13; 24, 25), jejíž válce mají menší průměr než mají válce první dvojice.

19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že navíc k první a druhé dvojici válců (12, 13; 22 až 25) obsahuje alespoň třetí dvojici válců (14; 26, 27), jejíž válce mají menší průměr než mají válce druhé dvojice.

20. Zařízení podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že válce (13, 14; 24 až 27) druhé a případně třetí dvojice válců jsou uspořádané rotačně s obvodovou rychlostí 2 až 3 krát vyšší než je obvodová rychlost předchozí dvojice.

21. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že podélné osy válců (12 až 14; 22 až 27) jsou uspořádány v horizontální rovině a s druhou dvojicí válců uloženou pod první dvojicí válců a případně s třetí dvojicí válců pod druhou dvojicí válců pro gravitační pohyb materiálu suroviny od jedné dvojice ke druhé.

22. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že žlábky jsou tvořeny rýhou (33 až 35) rozprostírající se spirálově na povrchu válce.

23. Zařízení podle nároku 22, vyznačující se tím, že iýha (33 až 35) má průřez ve tvaru V s vrcholovým úhlem 40 až 120°.

24. Zařízení podle nároku23, vyznačující se tím, že sousední válce mají žlábky s protilehlou orientací.

25. Zařízení podle nároků 15, 22 nebo 23, vyznačující se tím, že rýhy (33 až 35) sousedních válců jsou vinuty ve stejném směru.

26. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků 14 až 25, vyznačující se tím, že sousední válce (22, 23; 24, 25; 26, 27) jsou uspořádány pro rotaci v opačných směrech.