DE2934777A1

DE2934777A1 - Verfahren und vorrichtung zum raffinieren von lignocellulosehaltigem material

Info

Publication number: DE2934777A1
Application number: DE19792934777
Authority: DE
Inventors: Hans Erik Hoeglund; Per Viking Peterson
Original assignee: SUNDS DEFIBRATOR; Sunds Defibrator AB
Current assignee: SUNDS DEFIBRATOR; Valmet AB
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1979-08-28
Publication date: 1980-03-13
Also published as: NO792782L; FR2434893A1; CA1101718A; JPS5536388A; FI792558A; SE7809085L; SE418626B; AU5013379A; BR7905492A; US4280868A

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Raffinieren von lignocellulosehaltigera Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Refiner-Holzstoffen mit hohem Ertrag ( > als 85%) durch Raffinieren von lignocellusehaltigem Material , wie Spänen, Sägemehl oder zerfaserten Spänen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Material wird vor dem Raffinieren vorerhitzt und/oder mit ligninerweichenden Chemikalien behandelt.

Gemäß der Schwedischen Patentanmeldung No. 7801877-7 können Refinerstoffe hoher Qualität bei einem niedrigeren Energieverbrauch als bisher hergestellt werden. Das Raffinieren wird dort bei einer Faserkonzentration ausgeführt, die niedriger als für gewöhnlich ist. Wenn die Faserkonzentration zwischen den Raffinierscheiben auf Niveaus unter 15/o abgesenkt wird, kann beobachtet werden, daß ein gewisses Raffinieren des Fasermaterials oder eine gewisse Stoffqualität mit einer deutlich niedrigeren Energiemenge erzielt v/erden kann. Es war jedoch schwierig, diese Wirkung bei Anwendung einer herkömmlichen Technik zu verwenden aufgrund der bei niedrigen Faserkonzentrationen vorliegenden Schwierigkeit zur Erzielung einer ausreichenden Verweilzeit und Behandlung des Fasermaterials zwischen den Scheiben. Bei niedriger Faserkonzentration bietet das Fasernetzwerk der das Material zum Umfang drückenden Zentrifugalkraft einen zu geringen Widerstand. Es ist gewiß möglich, den Transportwiderstand zu erhöhen und die Verweilzeit des Fasermaterials im Spalt dadurch

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zu erhöhen, daß die arbeitenden Reffinierscheibenflachen näher zueinander gestellt werden, um den Spalt zu verringern. Unglücklicherweise benötigen diese niedrigen Faserkonzentrationen zur Erzielung dieser Wirkungen so kleine Spalte, da sich die Faserbeschädigungen wesentlich erhöhen.

Bei dem ir. der genannten Schwedischen Patentanmeldung angegebenen Verfahren wird eine gesteuerte Menge an Wasser, vorzugsweise Abwasser aus der Mühle, kontinuierlich dem die Raffinierscheiben umgebenden Raffiniergehäuse zugeführt, so daß das Raffiniergehäuse mit einer Fasersuspension von leicht pumpfähiger Konzentration von vorzugsweise 1-6?6 gefüllt gehalten v/ird. Die Faserkonzentration im Raffiniergehäuse bildet somit an der Austrittsöffnung des Spalts eine V/and und erschwert hierdurch das Austreten des Fasermaterials aus den. Spalt, d.h. das Fasermaterial wird gebremst und langsamer durch den Spalt transportiert.

V/enn aber eine oder beide Raffinierscheiben in einem Refiner sich in einem mit einer Fasersuspension gefüllten Raffiniergehäuse drehen, wird Energie verbraucht aufgrund der Reibung zwischen den Raffinierscheiben und der Fasersuspension und aufgrund vun Turbulenzen in der Suspension. Diese Nullästenergie ist verlorene Energie und von keinerlei Nutzen für die Raffinierarbeit. Sie sollte daher zur Energieersparnis auf ein Minimum verringert werden.

Dieses Problem wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Berührungsfläche zwischen den Raffinierscheiben und der außerhalb der Raffinierscheiben gelegenen Fasersuspension wesentlich herabgesetzt wird. Am Auslaß des Spalts ist eine Kammer vorgesehen, die sich ganz herumerstreckt und mit Fasersuspension gefüllt ist. Eine gesteuerte Menge an Wasser wird zur außerhalb des Spaltsauslasses gelegenen Kammer geliefert, wodurch der Fasersuspension eine geeignete Konzentra-

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tion gegeben wird. Durch Einstellen dieser Konzentration der Größe des Durchtritts, durch den die Suspension in das außerhalb der Kammer gelegene Raffiniergehäuse hinausgepreßt wird, wird der Gegendruck in der Kammer gesteuert und hierdurch auch die Bremswirkung beim Transport des Fasermaterials durch den Süalt. Hierdurch ist es möglich, das Raffinieren bei einer optimal niedrigen Konzentration in Spalt durchzuführen, ohne das Material zu schnell aus dem Spalt zu schleudern und ohne Anlaß für unnötige Nullastverluste aufgrund von Reibung und Turbulenzen im Raffiniergehäuse zu geben.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt ein Verfahren zum Herstellen von Refinerstoff durch Raffinieren von lignocellulosehaltigern Material bei einer Konzentration von 6-15?o, bestimmt als Auslaßkonzentration, und betrifft einen Scheibenrefiner zur Durchführung des Verfahrens. Das Material tritt durch einen Spalt zwischen den Raffinierscheiben in eine unmittelbar außerhalb des Spalts gelegene Kammer aus.Dieser Kammer wird Verdünnungswasser derart zugeführt, daß die Kammer durch das auf eine Fasersuspension mit leicht pumpfähiger Konzentration verdünnte raffinierte Material gefüllt gehalten wird. Der Transport des Materials durch den Spalt wird hierdurch gebremst, und die Berührungsfläche zwischen der Fasersuspension und den Raffinierscheiben auf ein Minimum gebracht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt in der Ebene des Spalts

eines Raffiniergehäuses nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung?

Fig. 2 und 3 zwei alternative konstruktive Auslegungen

gemäß einem Schnitt A-A in Fig. 1j

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Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Ein gemäß den dargestellten Ausführungsformen ausgebildeter Refiner ist von der in der Schwedischen Patentanmeldung Ko. 7801877-7 angegebenen Art. Die Erfindung kann aber auch bei Refinern mit einer stationären und einer sich drehenden Raffinierscheibe und auch bei Refinern mit zwei sich gegenläufig drehenden Raffinierscheiben angewendet werden.

Gemäß Fig. 1 bis 3 sind gegenläufig rotierende Raffinierscheiben 1,2 von einem Raffiniergehäuse 3 umgeben. Die Raffinierscheiben bilden Halter für Raffiniersegmente 4,5, zwischen denen ein Spalt 6 gebildet ist, dessen Größe durch axiales Verstellen einer der Raffinierscheiben einstellbar ist.

Im Raffiniergehäuse 3 ist außerhalb des Spalts 6 ein sich ganz, herumerstreckendes stationäres Wandelement 7 ausgebildet. Das Wandelement 7 steht mittels einer Dichtung 8 in Berührung mit dem Umfang einer Raffinierscheibe 1. Zwischen dem Wandelement 7 und dem Umfang der zweiten Raffznierscheibe 2 wird ein Durchtritt 9 aufrechterhalten, dessen Größe einstellbar ist und durch einen sich ganz herumerstreckenden Drosselring 10 bestimmt wird. Hierdurch wird eine sich ganz herum erstreckende Kammer 11 am Auslaß des Spalts 6 gebildet.

Eine Anzahl von Einlaßrohren 12,13 für die Zufuhr einer gesteuerten Menge an Verdünnungswasser ist. mit dem Wandelement 7 verbunden. Bei der konstruktiven Auslegung nach Fig. 7 erstreckt sich jedes Einlaßrohr 12 quer durch das Wandelement 7 und mündet in die Kammer 11. Bei der konstruktiven Auslegung nach Fig. 3 mündet Jedes Einlaßrohr 13 in einen Raum 14 im Wandelement 7. Der Raum erstreckt sich ganz herum und ist mit mehreren Öffnungen 15 versehen, die sich in die Kammer erstrecken und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.

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Fig. 4 zei.jt eine Ausführungsform mit zwei gegenläufig rotierenden Raffinierscheiben 16,17, die mit Raffiniersegmenten 18,19 versehen sind, zwischen denen ein Spalt 20 ausgebildet ist. Außerhalb des Spalts 20 ist ein sich ganz herunerstrastreckendes Wandelement 21 vorgesehen, das an einer Raffinierscheibe 16 befestigt ist und am Auslaß des Spalts 20 eine sich ganz herum erstreckende Kammer 22 bildet. Die Kammer steht mit dem umgebenden Raffiniergehäuse 23 über einen Kanal 24 in Verbindung, der durch den Umfang de" zweiten Raffinierscheibe 17 und einen sich ganz herum erstreckenden Drosselring 25 am Wandelement 21 gebildet ist.

Aus einem im Raffiniergehäuse 23 angeordneten Sprührohr 26 wird Verdünnungsflüssigkeit zur Außenfläche einer Raffinierscheibe 16 geliefert. Die Flüssigkeit wird durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Raffinierscheibe nach außen geschleudert und von einer Abschirmung 27 eingefangen, die sich ganz um die Raffinierscheibe 16 an deren Umfang herumerstreckt, so daß ein nach innen offener Kanal 28 gebildet ist. Der Kanal 28 steht über Bohrungen 29 im Wandelement 21 mit der Kammer 22 in Verbindung.

Vor dem Raffinieren wird das lignocellulose haltigem Material mit Dampf vorerhitzt und/oder mit ligninerweichenden Chemikalien, z.B. Na₂SO^, in bekannter Weise behandelt. Das Material wird dann in den Refiner zwischen die Raffinierscheiben eingeführt. Der Druck in der Zuführungszone beträgt für gewöhnlich 10-260 kPa, vorzugsweise 20-140 kPa, entsprechend einer Temperatur von etwa 100-140⁰C, vorzugsweise 105-125⁰C.

Durch kontinuierliches Liefern einer gesteuerten Menge an Verdünnungswasser, vorzugsweise Abwasser aus der Mühle, zur sich ganz herum, ,erstreckenden Kammer 11 bzv/. 12 wird der Papierbrei oder Holzstoff nach dem Raffinieren auf eine

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leicht pumpfähige Konzentration v^n zweckmäßig 1-6$$ und vorzugsweise 2-5?ό so verdünnt, daß die Kammer 11 bzw. 20 mit der Fasersuspension gefüllt gehalten wird. Hierdurch bildet die Fasersuspension in der Kammer eine Wand um die Auslaßöffnung des Spalts 6 bzw. 20 und bremst die Beschleunigung des Fasermaterials durch den Spalt, wodurch die Verweilzeit des Materials im Spalt erhöht wird.

In der Kammer 11 bzw. 20 wird ein Druck aufrechterhalten, der im wesentlichen dem Druck in der Zuführungszone entspricht. Es kann aber unter gewissen Bedingungen zweckmäßig sein, die Kammer auf einem höheren Druck als in der Zuführungszone zu halten. Die Verweilzeit des Materials im Spalt kann hierdurch noch weiter verlängert werden. Der Druck in der Kammer wird durch den Drosselring 10 bzw. 20 und durch die Menge an t?;jrch die Zuführungsrohre 12,13,26 geliefertem Verdünnungswasser gesteuert. Das Raffiniergehäuse eußerhalb der Kammer 11 bzw. 22 kann offen oder geschlossen sein, d.h. es wird ein gewisser Überdruck aufrechterhalten.

Durch Halten der Konzentration beim Raffinieren auf einem niedrigen Niveau (6-15%)-wird weitaus weniger Dampf erzeugt als es normalerweise der Fall ist. Kein oder sehr wenig Dampf strömt rückwärts gegen die eintretenden Späne, und der durch den Spalt auswärts strömende Dampf hat keine Geschwindigkeit und kondensiert im wesentlichen unmittelbar in der die Raffinierscheiben umgebenden Fasersuspension. Die niedrige Konzentration ermöglicht auch eine gleichmäßigere Verteilung des Materials im Spalt.

Es ist auch möglich, beim Raffinieren zerfaserte Späne als Ausgangsmaterial zu verwenden. Zerfaserte Späne sind in diesem Zusammenhang als ein Fasermaterial zu verstehen» das bei einem vorangehenden Vorgang mit einem verhältnismäßig niedrigen Energieaufwand zerfasert wurde. Vor dem Zerfasern kann

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ein Vorerhitzen und/oder Behandeln mit ligninerweichender. Chemikalien ausgeführt v/erden. Der Spalt ist bei diesem Vorgang groß, wobei die Faserbeschädigungen unbedeutend sind. Das Raffinieren, d.h. der Hauptenergieaufwand, findet dann wie oben beschrieben statt.

Das Raffinieren von Fasermateria], bei niedriger Konzentration, vorzugsv/eise im Bereich von 2-5/o> wird als solches seit langem angewendet. Oas Fasermaterial ergibt dann aber einen niedrigen Ertrag vou meistens etwa 50%, sogenannte chemische Stoffe, oder Erträge bis zu 80,0, sogenannte halbchemische Stoffe. In beiden Fällen haben die Fasern völlig unterschiedliche Eigenschaften gegenüber dem Ertragsbereich, auf den sich die Erfindung bezieht: > 85So. Die niedrigen Erträge unter 80?S ergeben Fasern, die weniger biegsam sind und ohne Zerstörung der Fasern bei niedriger Konzentration und mit kleinen Spalten raffiniert werden können. Darüberhinaus ist der Energieaufwand selten höher als 300-400 kV/h/t, was etwa die Hälfte bis ein Drittel des Energieaufwands ist, der zum zufriedenstellenden Raffinieren von Hochertragsfasern nach der Erfindung ist. Es ist auch zu beobachten, daß die Faserkonzentration in diesen Fällen (2-5/0 dieselbe im Spalt und iin Raffiniergehäuse ist, und daß keine speziellen Maßnahmen unternommen werden zur Verringerung der Reibungsverluste zwischen den Außenflächen der Raffinierscheiben und der Fasersuspension im Raffiniergehäuse. Ein Fasermaterial, das nach dem Raffinieren als mechanischer oder halbmechanischer Stoff bezeichnet werden kann, wird nach der herkömmlichen Technik aus Rohmaterial zum fertigen Stoff bei einer hohen Konzentration von 20-40?S raffiniert.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTA NWÄ LT E

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

Case 3206

SUIIDS DEFIBFüiTOR AKTIEBOLAG, Sunclsvall, Schweden

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur. Raffinieren von lignocellulosehaltigeu Material durch Vorerhitzen und/oder Behandeln des Materials mit ligninerweichenden Chemikalien und gegebenenfalls Zerfasern des Materials und durch anschließendes Liefern des Materials in einen Scheibenrefiner und Raffinieren des Materials während seines Durchgangs nach aufden durch den Spalt zwischen den Refinerscheiben des Refiners zu einem umgebenden Gehäuse» dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinieren bei einer niedrigen Konzentration des Materials durchgeführt *vird, "wobei die Konzentration bei Austritt des Materials aus dem Spali 6—15/0 beträgt, daß Flüssigkeit kontinuierlich am Au;>

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laß des Spalts zugeführt wiru zum Verdünnen des raffinierten Materials zu einer Fasersuspension von leicht pumpfähiger Konzentration von vorzugsweise 1-6$ό, daß die Fasersuspension eine Kammer gefüllt hält, die durch den Umfangsteil der Refinerschciben und ein sich ganz herumerstreckendes V.^randelemenc geführt wird, und daß die Fasersuspension durch einen einstellbaren Durchtritt aus der Kammer abgeleitet \vird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein Überdruck aufrechterhalten und durch den Durchtritt und die Verdünnungswasserzufuhr gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck am Eintritt des Materials in den Spalt zwischen den Raffinierscheiben aufrechterhalten v/ird, und daß im wesentlichen derselbe Überdruck in der Kammer außerhalb des Spalts aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck auf 20 - 260 KPa , vorzugsweise 20-140 kPa, gehalten wird.
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialkonzentration bein Raffinieren aufrechterhalten v/ird durch kontrollierte Zufuhr von Verdünnungswasser am Eintritt des Materials in den Spalt zwischen den Raffinierscheiben.
6. Vorrichtung zum Raffinieren von Lignocellulose enthaltendem Material nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, einschließlich einem Scheibenrefiner mit zwei gegenüberliegenden Raffinierscheiben, die mit Raffiniersegmenten versehen sind, zwischen denen ein Spalt gebildet wird

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zum Raffinieren des Materials während seines Durcht:.\"..tts nach außen durch den Spalt, und mit einem die Raffinierscheiben umgebenden Raffiniergehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Auslasses des Spalts 6;20) im Raffiniergelläuse (3;23) eine Kammer (11,22) ausgebildet ist, die durch den Umfangsabschnitt der Raffinierscheiben (1,2;16,17) uni durch ein sich ganz herum erstreckendes V/andelement (7;20) gebildet ist, daß tine Einrichtung (12,13;26,27>29) vorgesehen ist zur gesteuerten Zufuhr von Flüssigkeit zur Kammer (11;22), und daß ein aus der Kammer (11;22) zum Raffiniergehäuse (3;23) führender Auslaß in Form eines einstellbaren Durchtritts (9;24) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt (9;24) durch eine der Raffinierscheiben (2; 17) und einen am Wandelement (7j27) befestigten Drosselring (10;25) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, Ö.C.Q das Wandelement (7;21) im Raffiniergehäuse (3) stationär oder zusammen mit einer (16) der Raffinierscheiben (16,17) drehbar angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern von Flüssigkeit zur Kammer (11) aus einer Anzahl von sich einwärts zum Wandelement (7) erstreckenden Einlaßrohren (12,13) besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern von Flüssigkeit zur Kammer (22) enthält: ein im Raffiniergehäuse (23) angeordnetes Sprührohr (26), eine einen nach innen offenen Kanal (28) bildende Abschirmung (27), die

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sich um den Umfang einer (16) ier Raffinierscheiben (16,17) erstreckt zum Einfangen von durch das Sprührohr (26) gelieferter Flüssigkeit, und Bohrungen (29) im Wandelement (21) zum Verbinden des Kanals (28) mit der Kammer (22).

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