DE1461013A1

DE1461013A1 - Verfahren zum Kuehlen von Faserstoffaufschwemmungen beim Mahlen und Feinstmahlen

Info

Publication number: DE1461013A1
Application number: DE1965D0046662
Authority: DE
Inventors: Asplund Arne Johan Arthur; Reinhall Rolf Bertil; Cederquist Karl Nicolaus
Original assignee: Defibrator AB
Current assignee: Valmet AB
Priority date: 1964-03-10
Filing date: 1965-03-03
Publication date: 1969-03-13
Also published as: US3338525A; NL6503032A; NO125540B; FI44751C; FI44751B; SE308983B; BE660872A; CH425443A; FR1439080A; AT273651B

Description

FATBMTAMWAI.T
EiMBDBG Se · NEUBB WALL 41 · F1BNHÜJ 80 74 SS TTNB 8Θ «1 IS

»MOJDIPITIIT

DEFIBBATOR AKTLEBOLAG
Mäster Samuslsgatan 32
STOCKHOLM 7/Schweden

Verfahren zum Kühlen von Saserstoffaufschwemmungen beim Mahlen und feinstmahlen

Sowohl im labor- als auch im technischen Maßstab durchgeführte ^ersuche haben gezeigt, daß ein Mahlen von stark hemizellulose- und ligninhaltigen faserstoffen in ieinstmahlvorrichtungen verschiedener Typen z„B_e Scheibenmühlen, bei einer Temperatur von unter 100° 0 erfolgen muß, wenn das Mahlergebnis vom Gesichtspunkt der papiertechnischen Verarbeitung zufriedenstellend werden solle Die Stoffarten, die hierbei in Betracht kommen, umfassen alle Arten von halbchemischen, chemo—mechanischen und mechanischen Holzstoffmassen, die mit hoher Ausbeute, d«h_o 75-»90^, hergestellt werden und eine wesentliche Menge von Lignin und Hemizellulose enthalten»

Wird ale Ausgangsmaterial bei Mahlung und Verfeinerung ein Fichtenholzhalbstoff benutzt, der mit einer Ausbeute

ο von 94 $> durch Aufschließen von Schnitzeln hergestellt

o> iet, welche mit 1 # Sulfit, als Na₂O gerechnet, impräg- -* niert unter Druok bei 175° C in Wasserdampf während zwei Minuten erhitzt und danach unter den herrschenden

Ca) '

^a Druck- und Temperaturbedingungen gemäß dem Asplundodor ^^1UQT%\^rf%Tci!s^^ ^1§^^^ worden sind, »teilt

man fest, daß sich der Mahlverlauf ganz verschiedenartig gestaltet, je nachdem, ob daa Mehl en im Temperaturbereich 20-100 0 vorgenommen wird oder im !temperaturbereich 100-150° erfolgt*

Bei Vermählen des vorgenannten Stoffes als 12^-iger Stoffaufschwemmung bei einer Durchschnittstemperatur von etwa 60 0 in einer Feinstmahlvorriohtung besonderer Art sank der Feinheitsgrad des Stoffes von 720 auf 295 CSi¹ innerhalb von 15 Minuten, Wurde dagegen dieselbe Behandlung bei einer Durchschnittstemperatur von 125 C durchgeführt, sank der Reinheitsgrad während 15 Minuten nur auf 680 OSP und nach weiteren 15 Minuten auf 630 CSF _β Bei Temperaturen über 100* spricht der Stoff nur sehr schwer auf Feinstmahlen an, Eine mikroskopische Untersuchung des gemahlenen Stoffes zeigt auch deutliche Unterschiede zwischen kaltraffiniertem und warmraffiniertem Stoff. Der kaltraffinierte Stoff ist besser fibrilliert und enthält eine wesentlich geringere Anzahl abgerissener Fasern«,

Man hat seit langem gewußt, daß Lignin in feuchtem Zustand bereits bei einer Temperatur um 100 0 herum weichzuwerden beginnt. Vor kurzem wurde jedoch nachgewiesen, daß auch Hemizellulose weich wird und daß die Zustandeverän-

o derung schon bei einer Temperatur von 50-60 C einsetzte Bei Stoffen der hier in ^ede stehenden Art befindet sich wahrscheinlich die ganze interzellulare Substanz, die 35-de· fasematerials ausmacht, schon bei Temperaturen um oder unmittelbar über 100° 0 in plastischem Zustand, und bei einem Teil der interzellularen Substanz setzt bereits bei 60°

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Ale Umwandlung au einer amorphen, weichen Masse ein· Ea ist anzunehmen, daß dieser plastische Zustand die Fibrillierung erheblich erschwert und die Mahl-Zeit bis zum Brreiohen eines bestimmten Feinheitsgrades verlängert. Sg wurde auch festgestellt , daß dieTemperatur beim Mahlen und Feinstmahlen 100· O₉ und zweokmäßigerweiae 90° 0, nicht übersteigen soll· Die besten Ergebnisse wurden l>ei Temperaturen erzielt» die 60 - 70⁰O nicht übersollritten.

Beim Mahlen einer fas er aufschwemmung geht die zugeführte meohanisohe Xnergie praktisch gänzlich in Wärme über» was zur Felge hat, daß die Temperatur der Fäseraufschwemmung steigt* In vielen Fällen kann diese Steigerung so hech werden» daß sich ein temperaturbereich einstellt, in welchem eine Feinetmahlung der faser sich nicht mehr auf zufriedenstellende Weise durchführen läßt·

Bei MgM mg -μρΛ F*i na-faaaiiTTing sehr verdünnter Faaeraufschwemmungen, mit z.B. einer Konzentration von nur 6 % oder noch weniger, erübrigt sich gewöhnlich eine Kühlung wegen des großen Wärmeaufnahmevermögens der Fasersteffaufschwemmungen» die einen allzu großen Temperaturanstieg verhinderte Sollte in einem selchen Fall eine Kühlung doch erforderlich werden» läßt sich dies in einfacher Weise auf mittelbarem Weg über Wärmetauscher durchführen» weil die genannten Aufschwemmungen eine verhältnismäßig niedrige Viskosität haben und leicht zu pumpen sind·

Ss verhält sich jedoch nun se, daß das Mahlen und Feinstmahlen halbchemischer Faserstoffe bzw« von Holzschliff bei hoher Konzentration, von etwa 10 bis etwa 30 #, vorgenommen werden muß* Das Mahlergebnis wird dann am besten» sowohl

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wa· die Eigenschaften dee Stoffes nach Verarbeitung zu Papier ale auch den Kraftverbrauch für Aas Erreichen eines bestimmten JPeinheitsgrades anbelangt· Sie Temperatureteigerung kann dann erheblich und somit eine Kühlung notwendig werden· Wegen der hohen Viskosität und der Schwierigkeit» eine Faserstoffaufschwemmung hoher Konzentration zu pumpen, läßt eich mittelbare Kühlung ohne kostspielige technische Einrichtungen nicht anwendenj vielmehr müssen andere Wege gesucht werden.

Versuche haben gezeigt, daß eich eine einfache und wirkungsvolle Kühlung von Stoffaufschwemmungen beim Mahlen und feinstmahlen durch Durchführung des Mahlverganges in einem Vakuum erzielen läßt·

Dur oh Wahl eines zweckmäßigen Vakuums bestehen keinerlei Schwierigkeiten mehr, die Temperatur der Aufschwemmung beliebig zwischen 20 - 100* 0 einzustellen· Die entwickelte Wärme wird als Dampfenthalpie weggeleitet und eine gleichbleibende Temperatur, die mit dem Kochpumkt des Wassers bei dem herrschenden Unterdrück identisch ist, kann für die Aufschwemmung aufrechterhalten werden·

Wie diese Kühlung praktisch auszugestalten ist, hängt von der Art der Verfeinerungsmaeohine und daven ab, eb dae Mahle« der iaserstoffaufschwemmung kontinuierlich vonstatten geht oder diskontinuierlich·

Wenn es sich um faserstoffe der hier ia Äede steinenden

Sorten handelt, wird das Mahlen meistens in Scheibenmühle*, durchgeführt. Um in einem selchen fall die '.temperatur während des Mahlverfaage niedrig zu halten, rnuü die Umstellung der · Scheiben zmoiaaader so vorgenommen werden» dai nioht Mehr Kraft

^: BAD ORJGlNAL _c

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zugeführt wird, al· di· Einhaltung zulässiger Grenzen des Temperaturanstieges während dee Durohgangs des Stoffes zwischen den Scheiben zuläfit« Seilte der gewünschte Reinheitsgrad nicht alt einem Durchgang erreichbar sein» muß die Steffaufschwemmung gekühlt und zurückgeführt oder zu einem zweiten Mahlgang gefördert werden.

Kontinuierliches Mahlen und Verfeinerung von hier in &edo stehenden Faserstoffen wird gewöhnlich in zwei oder mehr in

Serie geschalteten feinstmahlverriohtungen vorgenommen«

Sie Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf zwei in den anliegenden Zeichnungen beispielhaft dargestellte Ausführungsformen von Anlagen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung näher beschrieben werden» und dabei sollen auch weitere, die Erfindung kennzeichnende Merkmale dargestellt werden«

Die figur 1 zeigt mehr oder weniger schematisoh eine Seitenansicht einer nach der Erfindung ausgeführten Anlage·

Die figur 2 zeigt in gleichartiger Darstellung eine abgewandelte Ausführungeform einer derartigen Anlage_e

Die figur 3 ist ein Schnitt länge der Linie IH-III der figur 2 in vergrößertem Maßstab«

Die Ausführungsform nach der figur 1 ist eine Anlage für Verfeinerung in drei Stufen mit Vakuumkühlung in den beiden letzten Stufen» Die Verfeinerung geschieht hier in einen Scheiben* mühle mit auf ohemo-meohanischem Wege gewonnenen fichtenholzhalbetoff, der in der eben angegebenen Weise und mit derselben Ausbeute hergestellt worden ist« Der Reinheitsgrad dos defibriertOÄ Stoffes ist ungefähr 720 CSf und der Stoff soll zu einem feiiheitswert von. etwa W OSF gemahlen und verfeinert worden«

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Beim Mahlen und Raffinieren zu.einer Feinheit von I50 werden insgesamt 7OO kWh je Tonne Stoff verbraucht, was, auf : die drei Stufen aufgeteilt, 2JO kWh per. Tonne Stoff je Stufe

ausmacht·

In der Fig. 1 bezeichnet 10 einen Wirbelreiniger, in welchem der gekochte und in einer Mahlvorrichtung defibrierte Stoff durch eine Leitung 12 eingebracht wird. Hierbei kann der Stoff von der Mahlvorrichtung, in welcher Überdruck herrscht, ausgeschleust werden, wobei mitfolgender Dampf und nicht kondensierbare Gase aus dem Wirbelreiniger 10 durch eine Leitung 14 austreten. Es wird angenommen, daß der Stoff nach dem Verlassen der Mahlvorrichtung einen Trockengehalt an Stoff von etwa 4? # und eine Temperatur von 100° 0 hat. Kühlwasser von z.B. 20° 0 wird gleichzeitig dem Wirbelreiniger 10 durch eine Leitung 16 in solcher Menge zugeführt, daß eine Stoffkonzentrat!on in einem unter dem Wirbelreiniger stehenden Auffanggefäss /on etwa 10 % erhalten wird. In der Aufschwemmung herrscht dort eine Temperatur von etwa 40° 0. In dem Auffanggefäss kann ein von einem Motor 20 angetriebener ITmrührer 22 vorgesehen sein_e

Wenn es notwendig ist, Kochchemikalien vor der Raffinierung ganz oder teilweise zu entfernen, geschieht dies am zweckmäsaigsten durch Waschen des Stoffes in Waschgefässen, auf Filtern oder mittels Pressen zwischen dem Wirbelreiniger 10 und

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dem Auffanggefäß« 18»

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ο Die Stoffaufschwemmung wird dann durch eine Leitung 24, to
» in weloher eine Pumpe 26 angeordnet sein kann, zu einem ersten,

^ von einem Motor 30 getriebenen Raffineur 28 geleitet. In dem o Raffineur erfolgt eine Mahlung bei einer Temperatur, die 6O⁰O * -4 nicht übersteigen darf. Da der wesentliche Teil der von dem Motor JO zugeführten Energie in Wärme übergeht, beträgt somit

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H61Ö13 ;

die Teaperatursteigerung 20° G, Bies bedeutet, dase die Auf- ' sohwemmung vor oder während der nächsten Mahlstufe gekühlt wer den muse. In sämtliche Raffineuren kann ein Druck von etwa 1-3

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kg/cm herrsehen. Die Raffineure können in der Weise ausgeführt sein, die aus dem westdeutschen Patent Nr. 1 043 062 ersichtlich ist.

In der Ablaufleitung 32 von dem Eaffineur 28 herrscht, wie erwähnt, eine Temperatur von 60° O. Eine Kühlung wird nun gemäss der Erfindung in einem Abkocher 34 durchgeführt, in welchem ein Unterdruck herrscht, bei dem Ausführungsbeispiel ein absoluter Druck von 55 mm Hg, der einem Kochpunkt für das Wasser von 40° G entspricht. In der Leitung 32 ist zweekmässig ein Druckminderungs- oder Drosselventil 36 vorgesehen, und ferner kann die Leitung 32 eine Höhe haben, die dazu beiträgt, in dem Raffineur 28 einen höheren Druck als in dem Kocher 34 zu halten. In diesen wird die Aufschwemmung tangential eingeleitet.

In dem Kocher 34 verdampft so viel Wasser, daß die Temperatur der Aufschwemmung auf 40° G absinkt. Der erzeugte Dampf entweicht durch eine Leitung 38 zu einem Kondensator 40, dem Kühlwasser durch eine Leitung 42 zugeführt wird. Der Kondensator 40 steht durch eine Leitung 44 in Verbindung mit einer Vakuumpumpe 46. Das Kondensat tritt aus des Kondensator 40 durch eine Leitung 48 aus, die sich mit einem unteren Ende unterhalb &·· Flüssigkeitsspiegel· in ein·* offenen Behälter 50 befindet '_» und di· «ine Länge hat, di· einen hydrostatischen Druok er- > zeugt, der den Unterdruck la Kondensator 40 übersteigt·

ca» Si· in dtm Kocher 34 gekühlte Aufsehwtnmung wird durch

. «in· Leitung 52 und «in· Pump· 53 in den zweiten Raffintur 54

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gefördert, der von einenfTtotor 56 angetrieben wird. In diesem.

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findet eine erneute Mahlung unter Temperatursteigerung statt, derart, daß die Stoffaufschwemmung in der Auslassleitung 58 erneut auf 60° 0 erwärmt wird. Durch eine Leitung 60, in der ein Drosselventil 62 angebracht ist, kann ein Teil des gemahlenen Stoffes ^ zwecks erneuter Abkühlung zu dem Kocher 34 und anschliessenden Mahlung in dem Raffineur 54 zurückgeführt werden.

Die Leitung 58 ist über ein Drosselventil 64 an einen zweiten Kocher 68 angeschlossen, in welchem ein Unterdruck in derselben Weise wie in dem Kocher 34 herrscht, so daß die Stoffauf» schwemmung durch Verdampfung von Wasser wieder auf 40° 0 abgekühlt wird. Die gebildeten Wasserdämpfe entweichen durch eine Leitung 68 zu einem Kondensator 70» der durch eine Leitung 72 mit der Vakuumpumpe 46 in Verbindung steht und dem durch die Leitung 42 Kühlwasser zugeführt wird. Das Kondensat entweicht von dem Kondensator 70 durch eine Leitung74, in der sich eine Flüssigkeitssäule befindet, welche den Unterdruck im Kondensator zu überwinden vermag. Die Leitung 74 ist unter den Flüssigkeitsspiegel in einem Gefäse 76 in derselben Weise wie die Leitung 48 hinuntergezogen.

Von dem Kocher 66 ist eine Leitung 78, in welcher eine Pumpe 79 vorgesehen ist, an einen dritten Raffineur 60 angeschlossen, der von einem Motor 82 getrieben wird und in dem ein noch-J naliges Mahlen des Stoffes stattfindet. Der gemahlene Stoff tritt durch eine mit einem Ventil 86 ausgestalteten Leitung 84 , * aus, um weiter verarbeitet eu werden. Diese Verarbeitung gehört J nicht zum Verfahren nach der vorliegenden Erfindung. Die Ternpe- >

ι ratur des aus dem Raffineur austretenden Stoffaufsohwemmung beträgt auch in diesem Fall 60° G, Ein Teil des Faserstoffes kann

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durch eine Leitung 88 mit einem Drosselventil 89 zu dem Kecker 66 zurückgeleitet werden·

Um ein Kochen in den Feinstmahlvorrichtungen zwischen den Mahlgliedern zu vermeiden, ist es zweckmässig, deren Pumpwirkung auszunutzen und, wie aus den Vorstehenden hervorgeht, den Druck in dem Mahlgehäuse entweder durch Drosselung der Auslassleitung und/oder durch Aufstellen des Kochers auf solcher Hohe, daß ein zweckmässiger hydrostatischer Gegendruck erhalten wird, zu steigern». 5

Wird die Raffinierung mit Rückfluss von gekühltem Raffinat durchgeführt, kann man mit etwas höherem Druck und entsprechend höherer Temperatur für die eintretende Stoffaufschwemmung arbeiten, ohne daß die Temperatur während des MahlVorgangs die zulässige übersteigt. Die je Raffineur durchgesetzte Menge wird grosser und die Aufschwemmung vermag mehr Wärme per Grad Temperatursteigerung aufzunehmen, als in dem Fall, wo keine Rückführung stattfindet.

Ist der Raffineur in besonderer Weise ausgestaltet, kann es auch möglich sein, ihn unmittelbar unter Vakuum zu setzen und den gebildeten Wasserdampf nach Maßgabe seiner Bildung abzuleiten und auf diese Weise die Mahlung bei gleichbleibender Temperatur durchzuführen»

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch eine solche Ausführung«

to Bin Raffineur 90 ist mit einem waagerechten, nichtumlaufenden

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to Zylinder 91 versehen, in welchem ein Mahlglied 92 für Umlauf

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^ angeordnet ist. Dieses ist mit einem zentralen, viereckigen,, _o kastenförmigen Balken 93 ausgeführt, an dessen Enden Wellen--ω zapfen 94-, 96 angeschlossen sind. Der Wellenzapfen 94 ist mit einem Antriebsmotor. 98 verbunden. Das Mahlglied 92 hat ferner

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vier Flügel 100, welche beim Umlauf des Gliedes den Stoff an der Innenwand des Zylinders 91 kneten, wobei diese Innenwand z.B. geriffelt sein kann, um die Reibung zu erhöhen. Der balkenförmige Teil des Mahlgliedes hat Löcherungen 102, und. der Wellenzapfen 96 hat eine Bohrung und ist über eine Stopfbuchsenvorrichtung 104 und eine ortsfeste Rohrleitung 106 mit einem Einspritzkondensator 108 verbunden. Diesem wird Kühlwasser durch eine Leitung 110 zugeführt, und er wird mittels einer Vakuumpumpe 112 bei Unterdruck gehalten.

Beim Betrieb des Raffineurs 90 wird in dem Zylinder 91 ein Vakuum aufrechterhalten, das z.B. einem Kochpunkt des Wassers von 55° G entspricht. Danach wird eine verhältnismässig konzentrierte (10-20 %-ige) Stoffaufschwemmung in den Zylinder aus einem Behälter 114 durch eine Leitung 116, in welcher eine Schleuse oder ein Drosselventil 118 sitzt, eingeleitet. Während seines Durchganges durch den Zylinder wird die Masse von dem Mahlglied 92 gemahlen, wobei die entwickelte Wärme in Dampf überführt wird, welcher ununterbrochen durch den hohlen Wellenzapfen 96 zum Kondensator 108 weggeleitet wird. Die Wärme entweicht in Dampfenthalphie, und eine gleichbleibende Temperatur herrscht in der Aufschwemmung.

Der gemahlene Stoff wird durch die Leitung 120 zu einem Behälter 122 gefördert und gelangt aus diesem zu weiterer Bearbeitung bzw. Behandlung durch eine Leitung 124, > in der eine Pumpe 126 und ein Ventil 128 angebracht sind. Von

* dem Kondensator 108 geht eine Leitung 130 zu dem Behälter 122

* aus, um den vorgesehenen Unterdruck in diesem aufrecht -zu er-) halten. Durch eine Leitung 132, in der ein Ventil 134 ange-

* bracht ist, kann die Faserstoffaufschwemmung mit Hilfe der ι

die Pumpe 126 umgepumpt werden, bis sie benötigt wird.

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Eine Leitung 156 geht vom Kondensator 108 hinab in einen Ablaufbehälter 138. Diese Leitung hat eine Länge, die grosser . ist, als dem Unterdruck in dem Kondensator entspricht.

Wenn die Stoffkonzentration während des MahlVorganges
durch Verdampfung ansteigt, muß während der ganzen Zeit Wasser zugeführt werden, sofern die Konzentration während des Mahlverlaufs konstant gehalten werden soll.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt, sondern innerhalb des ihr zu
Grunde liegenden Leitgedankens in mannigfacher Beziehung abwandelbar·

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Claims

PATENTANWALT HAMBURG 8β · NBUSR WALL 41 · FXRNRTJF 86 74 28 UNS 86 41 IS

ΤΚΙ,ΗΟβΑΜΜ-ΑΑβΟΗΗΙΓΤ I HIOIDIFITIIIT

DEPIBRATOE AKTIEBOLAG Master Samuelagatan 32 STUCOOLM 7 /Schweden

* ■

Patentansprüche

Verfahren zum kontinuierlichen Kühlen ven Steffaufschwemmungen in Wasser und Kenstanthalten der Temperatur auf beliebig gewählter Höhe eder innerhalb beliebiger Grenzen im Temperaturbereich 20 - 100* C beim Mahlen in Feinstmahlvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet« daß die St«ffaufschwemmung zwecke Herbeiführung des Kecken« von Wasser und einer damit zusammenhängenden Kühlung auf die Temperatur, zu welcher die St«ffaufschwemmung gekühlt eder bei welcher sie gekühlt gehalten werden soll, unter einen Druck gesetzt wird, der niedriger ist als der atmosphärische Druck«

2« Verfahren nach Anspruch 1· dadurch gekennzeichnet.

daß eine gewisse Menge gekühlten Mahlgutes zur PeinstmahlTorrichtung zurückgeführt wird·

3· Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffaufschwemmung kontinuierlich in zwei •der mehreren Stufen ven in Serie geschalteten Feinstmahlvorriohtungen gemahlen wird und daß eine Kühlung des Mahlgutes zwischen den verschiedenen Mahlstufen erfolgt.

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4· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet« daß das gekühlte Mahlgut zu einem oder mehreren der in Serie geschalteten Feinstmahlvorrichtungen zurückgeführt wird.

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