DE2825193A1 - Arbeitsverfahren zum feinen einer durch thermo-mechanischen holzaufschluss erhaltenen faser-aufschlaemmung und refiner zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Beloit Corporation St. Ingbert, den 5. Juni 1978

B 100 -Boe-WGr

Arbeitsverfahren zum Feinen einer durch thermo-mechanischen Holzaufschluß erhaltenen Faser-Aufschlämmung und Refiner zur

Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren zum Feinen einer durch thermo-mechanischen Holzaufschluß erhaltenen Faser-Auf schlämmung ,in der erweichtes Lignin vorliegt und die im wesentlichen frei ist von chemischen Rückständen. Sie betrifft ferner gewisse Anpassungen des Refiners, von dem aus der aufbereitete Papierstoff unmittelbar dem Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine zugeleitet wird.

Das Verfahren zum thermo-mechanischen Holzaufschluß hat in der Papierindustrie weitgehend Eingang gefunden, um auf mechanischem Wege Holzstoff aus Holzspänen herzustellen. Es hat in weitem Umfange das rein mechanische Verfahren ersetzt, mit dem die Holzspäne mittels Stein-Schleifscheiben geschliffen und in einem chemischen Prozeß einerBehandlung mit Sulfaten oder Sulfiten unterworfen wurden. Der im thermo-mechanischen Holzaufschluß erzeugte Papierstoff weist höhere Festigkeitseigenschaften auf als der im Holzschliff erzeugte Papierstoff. Wenn auch die chemischen Holzaufschluß-Verfahren einen hochwertigeren Holzstoff ergeben, erfordern sie jedoch hohe Kapital-Investierungen für Hochdruckkessel und dergleichen.

Eine der Schwierigkeiten des thermo-mechanischen Holzaufschlusses ist jedoch die größere Masse bzw. die niedrigere Dichte der aus diesen Holzstoffen erzeugten Papiere. Diese große Masse führt

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bei Druck- und Umschicht-Arbeitsvorgängen zu Problemen und kann selbst ein Problem sein, wenn für ein vorgegebenes Grundgewicht die Blattdicke kritisch ist. Ferner kann hochfestes Papier normalerweise aus einem vorgegebenen Holzstoff erzeugt werden, wenn die Masse reduziert wurde, z. B. durch höhere Preßdrücke.

Die"Aufbereitung von mechanischen Hozstoff-Aufschlämmungen durch konventionelle "Nachschalt-Fein-Verfahren" in einem Refiner mit einer niedrigen Konsistenz von etwa 3 bis 5 % hat sich als nicht ganz zufriedenstellend erwiesen aufgrund der Tendenz, daß die Fasern während des Feinens geschnitten werden. Wenn auch auf diesem Wege eine gewisse Verminderung der Masse erreicht werden kann, führt die verminderte Faserlänge aufgrund der aufgebrochenen Fasern zu einem übermäßigen Abfall von Freiheitsgrad (freeness drop) und zu einem Verlust von Festigkeitseigenschaften im Papierblatt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsverfahren der bezeichneten Art zu finden, mit dem die Fasern im Refiner zwar aufgebrochen aber weniger zerschnitten werden und im Endprodukt mit größerer Länge vorliegen als dies bisher der Fall war. Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die erhöhte Temperatur, unter der der Holzstoff gefeint werden soll, macht die Fasern biegsamer, so daß sie weniger der Tendenz unterliegen, im Refiner zerschnitten zu werden. Zusätzlich zu dieser erhöhten Bearbeitungstemperatur wird der Fein-Prozeß mit praktisch minimaler Betriebs-

-4 Intensität ausgeführt, nämlich von weniger als 50 χ 10 KW pro cm -Kontakten pro Minute, wobei unter "cm-Kontakten pro Minute" das Produkt aus der Gesamtlänge der erhabenen Streifen der Rotorscheiben, der Gesamtlänge der erhabenen Streifen der Statorscheiben und der Drehzahl des Refiners zu verstehen ist. Dies bedeutet, daß ein Refiner mit konventionellen Abmessungen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von über 1828 m/min, betrieben wird. Fernerhin wird ein sehr feines Streifenmuster an den gegenüberliegenden Stator- und Rotor-Flächen benutzt, so daß die hohe

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Betriebsgeschwindigkeit im Verein mit dem Streifenmuster zu einem praktischen Maximum an cm-Kontakten pro Minute führt.

Für die Scheiben eines Refiners, mit dem das Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung zweckmäßig auszuführen ist, gilt, daß die Breite der Streifen und Rillen in den gegenüberliegenden Rotorund. Stator-Flächen der Scheiben 3,2 mm nicht übersteigt. Die Rotor-Flächen bestehen zweckmäßig aus Stahl und die Stator-Flächen aus Kunstharz wie beispielsweise Polysulfon-Kunstharz.

Ein Ausführungsbeispiel des Arbeitsverfahrens und eines Refiners gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung wie folgt beschrieben; Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweises Fluß-Diagramm zur Darstellung einiger dem erfindungsgemäßen Arbeitsverfahren vorhergehenden Schritte,

Fig. 2 einen zur Verwendung gelangenden Refiner teilweise in Ansicht und teilweise im Längsschnitt, und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der gegenüberliegenden Rotor- und Stator-Flächen des Refiners im Querschnitt.

Nach dem Fluß-Diagramm gemäß Fig. 1 wird der Holzstoff in einem oder mehreren Refinern10 behandelt und dann in einen oder mehrere Mischbehälter 11 geleitet, wo geeignete Zusätze wie beispielsweise Ton oder dergleichen über die Leitung 12 eingegeben werden. Der so behandelte Stoff gelangt dann in einen oder mehrere Maschinenbehälter 13 und letztlich in einen Nachschalt-Refiner 14, dessen Einzelheiten später -beschrieben werden. Der in den Refiner 14 eingeleitete Stoff ist eine Aufschlämmung mit einer Konsistenz zwischen 3 und 5 %, in dem erweichtes Lignin vorliegt und der im wesentlichen frei von chemischen Rückständen ist, da es sich um einen Holzstoff handeln soll, der im thermo-mechanischen Holzaufschluß-Verfahren erhalten wurde. Im Nachschalt-Refiner wird der Stoff mit einer Temperatur zwischen 366 und 431⁰K behandelt, wobei der Refiner betrieben wird mit einer Intensität

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von weniger als 50 χ 10 KW/cm-Kontakten/min. Vorzugsweise

beträgt die Betriebs-Intensität 1,875 KW χ 10"⁴/cm-Kontakten/min.

Alle konventionellen Refiner bearbeiten die Fasern nach dem Verschleiß- bzw. Zermürbungs-Prinzip. Es gibt verschiedene Bauarten von Refinern, jedoch machen die meisten Gebrauch von metallischen Verschleißgliedern in Gestalt von erhabenen Streifen Die Intensität beim Fein-Prozeß wird definiert als die Metto-Antriebsleistung geteilt durch die Anzahl von Streifen, die sich in der Zeiteinheit kreuzen. Da die Fein-Wirkung an der Eintrittskante des Einfüllelementes stattfindet, kann die Anzahl der cm-Kontakte/min. so bestimmt werden, wie im Patentanspruch angegeben.

Für die Zwecke der Erfindung kann eine typische Refiner-Bauart nach Fig. 2 benutzt werden. Dieser Refiner umfaßt ein Grundgestell 15 mit einem Lager 17 für eine Drehwelle 16. Die Drehwelle 16 wird über eine Kupplung 18 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Die Aufschlämmung wird in einen Einlaß 19 eingeleitet und fließt in einen Raum 20, woraufhin der Fluß aufgespalten wird, indem er durch ein Paar von gelochten Rotor-Elementen 21 und 22 geleitet wird, die von einem rotierenden Kopf 23 gehaltert sind. Einzelheiten eines derartigen Rotor-Elementes sind in der US-PS 3 438 586 beschrieben.

Die Rotor-Elemente 21 und 22 liegen jeweils Stator-Flächen 24 und 25 gegenüber. Die Rotor-Elemente sowie die Stator-Flächen sind Kreisringscheiben, weshalb ein Refiner dieser Bauart als Scheiben-Refiner bezeichnet wird. Die Abstände zwischen den Rotor-Flächen und den Stator-Flächen werden durch ein Schneckenrad 26 eingestellt, das mit einer Stellschraube zusammenarbeitet, die ihrerseits mit dem Getriebemotor 28 verbunden ist.

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Nach Fig. 3 hat die Rotor-Scheibe 22 eine Serie von untereinander abwechselnden Streifen 28 und Rillen 30, wobei die Breite der Streifen und Rillen 3,2 nun nicht übersteigt. Das gleiche gilt für die Streifen 31 und Rillen 32 der Stator-Scheibe 25. Die Rotor-Scheibe'22 besteht aus Edelstahl und die Stator-Scheibe 25 aus Polysulfon-Kunstharz. Weitere Einzelheiten der Gestaltung von Rotor- und Stator-Scheiben sind in der amerikanischen Patentanmeldung S.N.712 533 der Anmelderin angegeben, deren Offenbarung zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird.

Die Verminderung der Faserlänge, wie sie in normalen mit niedriger Konsistenz von mechanischen Faser-Aufschlämmungen betriebenen Nachschalt-Refinern erhalten wird, kann der relativ hohen Steifheit der Fasern zugeschrieben werden. Bei normalen Fein-Temperaturen zwischen 316 und 333°K werden die spröden Fasern gebrochen, wenn sie von den Kanten des Refiners beaufschlagt werden. Gemäß der Erfindung wird der Refiner mit einer derart erhöhten Temperatur betrieben, daß die Erweichungstemperatur von Lignin erreicht oder überschritten wird. Bei diesen hohen Temperaturen sind die Fasern biegsamer und werden hierdurch in dem Refiner nicht zerschnitten.

Um die Zerstörung der Fasern weiterhin zu verringern, wird das Hoch-Temperatur-Verfahren unter einer praktisch minimalen Betriebs-Intensität ausgeführt. Um diese Intensität auf ein Minimum zu bringen, wird der Refiner mit relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben, nämlich im Übermaß von etwa 1 828 m/min. Diese hohe Geschwindigkeit, begleitet von dem sehr feinen Streifenmuster im Stator und Rotor führt zu einem praktischen Maximum von cm-Kontakten/min. Wenn der Refiner mit relativ niedriger Antriebsleistung betrieben wird, sinkt daher die Intensität auf den praktisch erreichbaren niedrigsten Wert.

Da der Refiner mit relativ hoher Geschwindigkeit betrieben wird, ergibt sich aufgrund von hydraulischen Verlusten eine beträchtliche umlaufende Belastung. Diese Belastung wird durch das

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feine Raster der Rotor-Flächen wesentlich verringert/ was deshalb praktisch möglich ist, weil sich eine niedrigere Verschleißrate an dem Stahl-Rotor ergibt, wenn er gegen einen Stator aus Kunstharz arbeitet. Diese Verminderung in der Belastung hat daher eine Einsparung an Leistung zur Folge.

Um die Unterschiede zwischen der Betriebsweise eines Refiners gemäß der Erfindung und konventioneller Praxis gegenüberzustellen ist zu bemerken, daß die normale Betriebsweise eines Refiners mit etwa 1 m Scheibendurchmesser Gebrauch macht von einer Breite der Streifen und Rillen von ca. 0,5 mm, einer Drehzahl von etwa 514 rpm und einer Netto-Antriebsleistung von etwa 440 KW. Um das Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, wird die Breite der Streifen und Rillen der Refiner-Scheiben auf 3,2 mm oder weniger herabgesetzt, eine Drehzahl von mindestens 600 rpm eingestellt und eine Netto-Antriebsleistung 220 KW oder weniger aufgewendet.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE

   . Arbeitsverfahren zum Feinen einer durch thermo-mechani sehen Holzaufschluß erhaltenen Faser-Aufschlämmung, in der erweichtes Lignin vorliegt und die im wesentlichen frei ist von chemischen Rückständen,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung in einer Konsistenz von 3 bis 5 % und mit einer Temperatur zwischen 366 und 431⁰K in einem Refiner behandelt wird mit einer

   -4 Betriebs-Intensität von weniger als 50 χ 10 KW pro

   —4 cm-Kontakten pro Minute (400 χ 10 PS/inch contacts/min.), wobei unter "cm-Kontakten pro Minute" das Produkt aus der Gesamtlänge der erhabenen Streifen der Rotor-Scheiben, der Gesamtlänge der erhabenen Streifen der Stator-Scheiben und der Drehzahl des Refiners zu verstehen ist.
2. 2. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Refiner (14) mit einer Intensität von weniger als

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   1,875 KW x 10 pro cm-Kontakten pro Minute (15 χ 10 PS/ inet contacts/min.) betrieben wird.
3. 3. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Refiner (14) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von über 1 828 m/min, betrieben wird.

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   Telefon: (06894) 14396, Wohnung 7124 · Konten:Postscheckamt Essen 101328-438, Gebr.RöcMing Bank Sr. !nnberr -i

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4. 4. Refiner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen (29, 31) und Rillen (30, 32) in den gegenüberliegenden Rotor- und Stator-Flächen der Scheiben (22, 25) 3,2 mm nicht übersteigt.
5. 5. Refiner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Flächen (22) aus Stahl und die Stator-Flächen (25) aus Kunstharz bestehen.

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