-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das mechanische Raffinieren
von Holzspänen,
um Holzpulpe herzustellen, und spezifischer auf ein Verfahren zum
Erzeugen von Pulpe mit gleichmäßiger und überlegener
Qualität
aus Holzchips bzw. -spänen
mit Scheibenraffinierern, die ein Raffinieren niedriger Intensität anwenden.
-
Stand der
Technik
-
In
den letzten Jahren gab es eine bemerkenswerte Menge sowohl an theoretischer
als auch experimenteller Forschung an den Faktoren eines Überwachens
einer Faserverweilzeit in Holzspanraffinierein. Dies hat zu dem
Konzept einer Raffinierintensität
geführt,
die als die spezifische Energie definiert ist, die pro Stab- bzw.
Stangenstoß bzw.
-schlag geliefert wird. Die ausbildenden Gleichungen für Materialflüsse bzw.
-ströme
innerhalb von Raffinierern, die durch Miles und May (J. Pulp Paper
Sci. 16(2): J63(1990) und Paperi ja Puu 73(9): 852(1991) entwickelt
wurden, können
verwendet werden, um eine Pulpegeschwindigkeit und die entsprechende
Verweilzeit der Pulpe in dem Raffinierer zu berechnen. Die Verweilzeit
bestimmt die spezifische Energie pro Stab- bzw. Stangenstoß bzw. -aufprall,
welche Miles und May als Raffinierintensität definiert haben. Gegenwärtig richten
sich zahlreiche Entwicklungen bei einer mechanischen Pulpeerzeugung
auf eine Reduktion eines Energieverbrauchs, während eine Pulpequalität auf einem
gewünschten
Niveau beibehalten wird. Die Raffinierintensität, wel che ein entscheidender
Faktor für
die Qualität
von Pulpe ist, die bei einer gegebenen gesamten spezifischen Energie
produziert ist bzw. wird, ist selbst stark von der Rotations-Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl des Raffinierers abhängig. In gegenwärtigen kommerziellen
Systemen wird die Drehzahl des Raffinierers durch die Frequenz der
elektrischen Versorgung bestimmt, so daß Doppelscheiben-Raffinierer bei entweder
1200 oder 1500 U/min und Einzelscheiben-Raffinierer bei 1500 oder
1800 U/min laufen. Daher ist unabhängig von den Verfahrens-Erfordernissen
die Raffinierintensität durch
das Systemdesign und die lokale Generatorfrequenz festgelegt.
-
Jones
et al (
US 3,411,720 )
offenbaren, daß mechanische
Pulpe mit größerer Festigkeit
hergestellt bzw. erzeugt werden könnte, indem ein Raffinierverfahren
entwickelt bzw. erfunden wird, in welchem das Energieausmaß, das durch
das Holzmaterial absorbiert ist, erhöht wird. Sie erzielen dies
durch ein Erhöhen
der Verweilzeit der Pulpe in dem Raffinierer unter Verwendung einer
Kombination von gekrümmten
bzw. sich schlängelnden
Platten oder geneigten bzw. sich verjüngenden Platten und Steuer- bzw.
Regelringen auf der Peripherie bzw. dem Umfang der Platten. Obwohl
sie relative Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen zwischen 900 und
3600 U/min spezifiziert bzw. angegeben haben, hat dieses Verfahren
niemals erwiesen, daß es
praktikabel oder effizient ist.
-
Andere
Verfahren zum Ändern
der Pulpeverweilzeit und der angewandten Energie durch Verändern des
Dampfflusses innerhalb von Zonen in einem Raffinierer wurden berichtet.
US 5,335,865 offenbart ein
Entfernen von einigem Dampf aus einer ersten Raffinierzone, bevor
er in eine zweite Zone eintritt, oder aus den zwei ersten Raffinierzonen,
bevor er in eine dritte eintritt (
US
5,248,099 ). Diese Verfahren basieren auf der fälschlichen
Annahme, daß Dampf und
Pulpegeschwindigkeiten gleich sind. Dampffluß hat einen geringen Einfluß auf entweder
die mittlere Pulpegeschwindigkeit oder die Verweilzeit, wie dies durch
Miles, Paperi ja Puu 73 (9): 852(1991) berechnet wurde.
-
US 2,035,994 offenbart ein
Verwenden einer variablen Scheiben-Geschwindigkeit bzw. -Drehzahl, um
einen Pulpedurchsatz unter Verwendung eines Staplerraffinierers.
Ein Staplerraffinierer ist unterschiedlich von einem mechanischen
Scheibenraffinierer dahingehend, daß der Staplerraffinierer angewandt
wird, um Pulpe zu raffinieren, während
ein mechanischer Scheibenraffinierer verwendet wird, um Holzchips
bzw. -späne
zu raffinieren. Das Verfahren bzw. der Prozeß arbeitet bei niedrigen Konsistenzen (3
bis 6%) und Drehzahlen (300 bis 900 U/min). Während diese Bedingungen für kleine
Modifikationen und Verbesserungen an Pulpefasern vor einem Papierherstellen
geeignet sind, sind sie nicht für
ein Raffinieren von Holzspänen
in Pulpefasern geeignet.
-
In
einer Anstrengung bzw. einem Bemühen, die
Beschränkungen
zu umgehen, die durch eine elektrische Frequenz auferlegt sind,
und um einen spezifischen Energieverbrauch in einem Einzelscheiben-Raffinierer
zu reduzieren, hat ein Ausrüstungs- bzw.
Einrichtungslieferant einen Anstieg in der Raffinierintensität berichtet,
indem ein Getriebe angewandt wird, um die Rotations-Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl auf 2300 U/min anzuheben. In gleicher Weise wird in
einem Doppelscheiben-Raffinierer (
US 5,167,373 )
ein Anstieg in der Zufuhrend-Geschwindigkeit von 1200 auf 1800 U/min (
US 5,167,373 ) angeregt bzw.
unterstützt.
Jedoch berücksichtigen
diese Näherungen
bzw. Ansätze
nicht Situationen, wo ein festgelegtes hohes Niveau an Raffinierintensität nicht
für unterschiedliche
Rohmaterialien und Endprodukterfordernisse geeignet sein kann bzw.
muß.
-
Ein
Betreiben bzw. Arbeiten bei höheren
als üblichen
Scheiben-Geschwindigkeiten war am effizientesten, wenn die erste
Raffinierstufe bei hoher Raffinierintensität ausgeführt bzw. betrieben wurde und die
zweite Stufe konventionell betrieben wurde. Dies ist in Tappi Journal
74(3): 221(1991) und J. of Pulp Paper Sci. 19(1): J12(1993) beschrieben.
Die optimale Energieeinsparung bei gewünschten Pulpe- und Fasereigenschaften
wurde durch Anwenden bzw. Einsetzen eines kleineren Anteils der
gesamten spezifischen Energie in der ersten Stufe hoher Intensität erreicht
bzw. erhalten. Eine typische Spaltung in spezifischer Energie zwischen
der ersten und zweiten Stufe des Raffinierens würde 40/60 sein. Ein weiteres
Erhöhen
der Raffinierintensität
oder des Verhältnisses
der spezifischen Energie, die in der ersten Stufe angewandt wird,
senkt die Gesamtenergie, die erforderlich ist, um eine gegebene
Freiheit zu erreichen. Jedoch senkt sie auch die durchschnittliche
Faserlänge
und Pulpefestigkeit ab, was den Vorteil der Energieeinsparungen
limitiert, der berichtet wurde.
-
US-Patent
Nr. 5,540,392, erteilt an Broderick et al. offenbart, daß es möglich ist,
die Energie um bis zu 18% in einem Zweistufen-Raffiniersystem abzusenken.
Wenigstens 65% der Gesamtenergie wird in einem Raffinierer einer
ersten Stufe niedriger Intensität
angewandt, die bei konventionellen Scheiben-Rotationsgeschwindigkeiten
bzw. -Drehzahlen arbeitet. Eine niedrige Raffinierintensität wurde durch
ein Erhöhen
der Konsistenz von 26 auf 30% erzielt. Die verbleibende Energie
wird in einem Raffinierer einer zweiten Stufe hoher Intensität angewandt.
Die Pulpeeigenschaften sind als wenigstens so gut oder besser als
jene beschrieben, welche in konventionellen Raffinierern hergestellt
sind, obwohl ihre Beispiele für hoch-sulfonierte
Pulpen sind.
-
US-Patent
Nr. 5,624,616, erteilt an Brooks, offenbart ein Verfahren zum Co-Raffinieren
von trockenen städtischen
Holzchips bzw. -spänen,
um Fasern zu erzeugen, die für
Faserprodukte geeignet sind, indem ein Doppelscheiben-Raffinierer in einer einzigen
Raffinierstufe verwendet wird. Wie in dieser Offenbarung ausgeführt, bezieht
sie sich nur auf trockene Holzspäne,
welche sehr unterschiedlich von "grünen" Holzspänen sind
und sie bezieht sich auf ein Produzieren von Material, das für ein Herstellen von
Faserplattenprodukten geeignet ist, sodaß, wie dies beschrieben ist,
nur wenig Energie erforderlich ist.
-
Es
ist keine Näherung
bzw. kein Zugang in dem Stand der Technik bekannt, welcher sich
auf das Erfordernis richtet, eine Raffinierintensität unter
konventionelle Niveaus abzusenken, um die Qualität von Holzfasern zu verbessern.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Diese
Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum mechanischen Raffinieren
von Holzchips bzw. -spänen
zur Verfügung
zu stellen, um Holzpulpe auszubilden bzw. zu erzeugen, indem eine
niedrige Raffinierintensität
ausgebeutet bzw. eingesetzt wird, die durch rotierende Schlagglieder
erreicht bzw. erzielt wird, welche bei Geschwindig keiten bzw. Drehzahlen
niedriger als konventionelle Geschwindigkeiten gedreht werden.
-
Noch
weiters zielt diese Erfindung darauf ab, eine Verbesserung an den
konventionellen Verfahren zum Raffinieren von Holzspänen in Pulpe
oder individuelle Pulpefasern durch mechanische Mittel in einem
Einzel- oder Doppelscheiben-Raffinierer
zur Verfügung
zu stellen. Spezifischer umfaßt
die Erfindung ein Erhöhen
der Pulpequalität.
-
Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum mechanischen Raffinieren von Holzchips bzw. -spänen zur
Verfügung
gestellt, wie dies im beiliegenden Anspruch 1 definiert ist. Weitere
Merkmale der Erfindung sind in Ansprüchen 2 bis 13 definiert.
-
Eine
beschriebene Ausbildung der Erfindung zielt darauf ab, die Raffinierintensität in wenigstens zwei
oder mehreren unterschiedlichen Raffinierstufen zu steuern bzw.
zu regeln, indem eine niedrige Intensität in wenigstens zwei der Raffinierstufen
angewendet bzw. eingesetzt wird, wobei eine der Stufen die letzte
ist.
-
Eine
beschriebene Ausbildung zielt auch auf ein Steuern bzw. Regeln der
Raffinierintensität
in zwei oder mehreren unterschiedlichen Raffinierstufen ab, die
niedrige Raffinierintensitäten
in einer Vor-Raffinierstufe und einer abschließenden bzw. End-Raffinierstufe
anwenden.
-
Noch
eine weitere Ausbildung der Erfindung zielt auf ein Steuern bzw.
Regeln ein Raffinierintensität
in drei unterschiedlichen Raffinierstufen ab, die eine niedrige
Raffinierintensität
in jeder Stufe anwenden.
-
Eine
noch weitere Ausbildung der Erfindung zielt auf ein Anwenden einer
niedrigen Raffinierintensität
beim Raffinieren von Rückständen in
einem mehrstufigen Raffiniervorgang ab.
-
Die
Erfindung zielt darauf ab, eine niedrige Raffinierintensität in unterschiedlichen
Raffinierstufen anzuwenden, wobei dies durch ein Rotieren der Scheiben
eines Doppelscheiben-Raffinierers oder der Scheibe eines Einzelscheiben-Raffinierers
bei Rotations-Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen ausgeführt wird,
welche niedriger als die konventionell angewandten sind.
-
Es
wird auch ein Verfahren zum Raffinieren von Holzspänen in Holzfaserpulpe
geoffenbart, wobei ein Faserqualitäts-Parameter überwacht wird.
-
Beschreibung
von bevorzugten Ausbildungen
-
Die
Erfindung stellt ein Raffinierverfahren zur Verfügung, das fähig ist, die Pulpefaserqualität auf eine Ähnlichkeit
von Kraftfasern durch ein Raffinieren bei niedriger Intensität zu verbessern,
das durch eine Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsreduktion der Scheibe
oder Scheiben in einem Raffinierer ermöglicht ist. Dieses unerwartete
Ergebnis wurde zuerst entdeckt, während ein Raffinieren niedriger
Intensität bei
Scheibendrehzahlen von weniger als 1200 U/min in einem Einzelstufen-Raffinierer
angewandt wurde.
-
Nachfolgend
wurde gefunden, daß die
Verbesserung der Pulpefaserqualität auch in Raffiniersystemen
evident ist, die unterschiedliche bzw. abgetrennte Mehrstufen-Raffinierstufen
anwenden, vorausgesetzt, daß wenigstens
die letzte Raffinierstufe bei einer niedrigen Intensität ausgeführt wird,
welche durch eine Reduktion der Scheibendrehzahl unter konventionelle
Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen ermöglicht wird. Es wurde auch
entdeckt, daß die
Faserqualität
in einem mehrstufigen Raffiniersystem verbessert wird, wenn jeder
Raffinierer in einer mehrfachen Serie bei niedriger Raffinierintensität betätigt bzw.
betrieben wurde, was durch eine Reduktion der Scheibendrehzahl auf
weniger als konventionelle Betriebsdrehzahlen ermöglicht wurde.
-
Doppelscheiben-Raffinierer
arbeiten in konventioneller Weise bei Scheibenrotationen von 1200 U/min
oder mehr. In der vorliegenden Erfindung rotieren, wenn eine Mehrzahl
von Doppelscheiben-Raffinierern in Sequenz bzw. aufeinanderfolgend
angewandt wird, die Scheiben bei weniger als 1200 U/min, vorzugsweise
nicht mehr als 1150 U/min, noch bevorzugter 850 bis 1000 U/min und
insbesondere bevorzugt bei etwa 900 U/min, um die gewünschte Rotation
der Schlagglieder zur Verfügung
zu stellen, welche auf den rotierenden Scheiben abgestützt sind.
-
Einzelscheiben-Raffinierer
arbeiten üblicherweise
bei einer Scheibenrotation von 1500 U/min oder mehr, und typischerweise
bei 1500 U/min oder 1800 U/min. In der vorliegenden Erfindung rotiert, wenn
eine Mehrzahl von Einzelscheiben-Raffinierern aufeinanderfolgend
angewandt bzw. eingesetzt wird, die Scheibe bei weniger als 1500
U/min, vorzugsweise nicht mehr als 1450 U/min, insbesondere bevorzugt
bei 1100 bis 1300 U/min, und am bevorzugtesten bei etwa 1200 U/min.
-
In
der Praxis ist insbesondere gegenwärtig ratsam, Geschwindigkeiten
bzw. Drehzahlen anzuwenden, welche Vielfache von 300 U/min sind,
da Einrichtungs-Hersteller Scheibenraffinierer vermarkten mit Motoren,
die Betriebsdrehzahlen zur Verfügung
stellen, welche Vielfache von 300 U/min sind; beispielsweise 900
U/min, 1200 U/min, 1500 U/min und 1800 U/min. Im allgemeinen erfordert
ein Betreiben bei Drehzahlen, welche nicht Vielfache von 300 U/min
sind, eine zusätzliche
Einrichtung, welche eine Änderung
der Ausgabe bzw. Leistung des Motors in den kommerziell verfügbaren Scheiben-Raffinierern erlaubt.
-
Im
allgemeinen beinhaltet ein Raffinieren von Holzchips bzw. -spänen zu Holzpulpe
ein Brechen der Holzspäne
in die Komponentenfasern, gefolgt durch eine Faserentwicklung, in
welcher die Fasern ermüdet
werden, um sie flexibel und zusammenfaltbar zu machen.
-
Diese
Erfindung kann auch implementiert werden, indem eine konstante Behandlung
niedriger Intensität
und niedriger Energie in einem Vor-Raffinierer durch Verwenden einer
feststehenden Drehzahl von weniger als 900 U/min und vorzugsweise
bei 600 U/min angewandt wird.
-
Die
Vorraffinier-Einrichtung stellt ein vorab vorsichtiges bzw. sanftes
Raffinieren vor der Hauptraffinierstufe oder den -stufen zur Verfügung.
-
In
einer weiteren Ausbildung dieser Erfindung wird ein Rückstandsraffinierer
bei einer niedrigen Intensität
betrieben, was durch eine Reduktion der Scheibendrehzahl auf weniger
als 1200 U/min ermöglicht
wird, um Pulpefasern extrem hoher Qualität zu ergeben. Diese Rückstände sind insbesondere Siebrückstände aus
einer Holzspanpulpe der Hauptlinienraffinierer.
-
Alle
oder irgendeine Kombination der obigen Verfahren bzw. Prozesse kann
bzw. können
implementiert werden, um die Qualität der Pulpefasern auf ein Niveau
zu maximieren, das vorher kommerziell nicht existent war.
-
Eine
bevorzugte Ausbildung, die an existierenden kommerziellen TMP (thermomechanische Pulpe)
Raffinier-Installationen angewandt wird, die Doppelscheiben-Raffinierer
einsetzen bzw. anwenden, würde
der Betrieb des sekundären
und oder tertiären
Raffinierers in einer derartigen Installation bei einer niedrigen
Intensität
sein, die durch eine Reduktion in der Scheibendrehzahl auf weniger
als 1200 U/min ermöglicht
wird. In der kommerziellen Installation bzw. Anlage ist die Raffinierintensität zu hoch
für die
Fasern an diesem Punkt in ihrer Entwicklung. Es wurde entdeckt,
daß durch
ein Anwenden einer niedrigen Raffinierintensität gemäß dieser Erfindung der sekundäre und/oder
tertiäre
Raffinierer vollständig beladen
werden kann, wenn dies erforderlich ist.
-
In
jedem der obigen Fälle
wird ein Raffinieren bei niedriger Intensität durch eine Drehzahlreduktion des
Scheibenraffinierers ermöglicht,
welche typischerweise durch in der Technik bekannte Mittel, wie einem
Wechselstromantrieb mit variabler Frequenz, einem Getriebe oder
einem einfachen Motordesign eingestellter Drehzahl erreicht werden
kann, was immer am besten geeignet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die Einsparungen
von Raffinerieenergie per se gerichtet, obwohl einige Energieeinsparung erzielt
werden kann. Die Erfindung hat ihre Hauptanwendung dahingehend,
daß sie
verwendet werden kann, um Energie zu der Faserqualitätsentwicklung statt
zu einer Faserbeschädigung
zu richten, wie dies bei konventionellen Raffiniersystemen der Fall
ist.
-
In
einer Vorrichtungsausbildung der vorliegenden Erfindung, die einen
Doppelscheiben-Raffinierer anwendet, werden beide Scheiben bei weniger als
1200 U/min und vorzugsweise bei 900 U/min rotiert, um eine gewünschte niedrigere
Raffinierintensität
zu erzielen, die erforderlich ist, um die angewandte Energie zu
einer Faserqualitätsentwicklung
zu richten.
-
In
einer anderen Vorrichtungsausbildung dieser Erfindung, die einen
Einzelscheiben-Raffinierer anwendet, wird die Scheibe bei weniger
als den konventionellen 1800 U/min oder 1500 U/min rotiert, und insbesondere
bei weniger als 1500 U/min.
-
Es
wird daher in der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von neuen
Merkmalen zur Verfügung gestellt,
welche eine signifikant größere Online-Kontrolle
bzw. -Steuerung des Raffinierverfahrens zur Herstellung von Qualitätsfasern
bieten kann. Zusätzlich
kann eine Pulpequalitäts-Kontrolle
bzw. -Regelung stark erhöht
werden durch Rückkopplungs- bzw. Feedback-Einstellungen
einer Motordrehzahl, d.h. Raffinierintensität. Dies wird tatsächlich eine
andere Variable zur Verfügung
stellen, neben der spezifischen Energie, welche manipuliert bzw.
beeinflußt werden
kann, um Pulpeeigenschaften zu steuern bzw. zu regeln. Dies wird
die Möglichkeit
geben, unabhängig
online zwei der Pulpe eigenschaften, wie Mahlgrad und mittlere Faserlänge zu steuern
bzw. zu regeln, was ein Vorteil gegenüber einer konventionellen Steuerung
bzw. Regelung ist, wo nur eine Variable, die spezifische Energie
eingestellt wird, um nur eine Pulpeeigenschaft, wie Mahlgrad zu
steuern bzw. zu regeln.
-
In
einer typischen Raffinierinstallation wird eine Vorrichtung angewandt,
welche eine Pulpequalität
durch ein Messen einer Faserlänge
und spezifischen Oberfläche
oder der Mahlgrad überwacht
und einen festgelegten bzw. eingestellten Qualitätsstandard durch Motorlast,
beispielsweise durch Plattenspalteinstellung usw. beibehält. Falls
nun beispielsweise bei der vorliegenden Erfindung die Faserlänge als
zu niedrig erfaßt
wird, wird ein Signal zur der Motordrehzahl-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung
des Raffinierers gesandt, um die Umdrehungszahl zu reduzieren, wodurch
die Raffinierintensität
abgesenkt wird und somit die Faserlänge auf einen voreingestellten
Wert wiederhergestellt wird. Derartige Überwachungsvorrichtungen sind
kommerziell verfügbar. Andere
Faserqualitätsparameter
können
in derselben Weise erfaßt
bzw. ermittelt werden, beispielsweise Flexibilität oder Grobheit und ein Signal
zu der Motordrehzahl-Steuer- bzw. -Regeleinrichtung gesandt werden,
um die Umdrehungszahl zu verändern,
um den Qualitätsparameter
auf ein gewünschtes
Niveau wiederherzustellen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 illustriert
graphisch, wie es ein Einzelstufenraffinierer niedriger Intensität bei 900
U/min ermöglicht,
daß eine
höhere
Energie bei einem gegebenen Mahlgrad als bei einem konventionellen
Einzelstufen-Raffinierer bei 1200 U/min angewandt wird;
-
2 illustriert
graphisch, wie in einem Einzelstufen-Raffinieren niedriger Intensität mehr lange Fasern
bei einer gegebenen spezifischen Energie zurückgehalten werden als in einem
konventionellen Einzelstufen-Raffinierverfahren;
-
3 illustriert
graphisch, wie mehr Energie in die Pulpe bei einem gegebenen Mahlgrad
durch ein Niedrigintensitäts-Raffinieren bei 600,
900 und 900 U/min in drei unterschiedlichen Stufen verglichen mit
einem konventionellen Raffinieren bei 1200 U/min eingebracht werden
kann;
-
4 illustriert
graphisch ähnliche Berst/Mahlgrad-Beziehungen,
die mit einem dreistufigen Niedrigintensitäts-Raffinierern und einem konventionellen
Raffinieren erhalten werden;
-
5 illustriert
graphisch, daß ein
dreistufiges Raffinieren niedriger Intensität wesentlich höhere Zugfestigkeiten
bzw. Reißfestigkeiten
als ein konventionelles Raffinieren zur Verfügung stellen kann;
-
6 illustriert
graphisch, daß ein
dreistufiges Raffinieren niedriger Intensität Reiß/Berstniveaus über ein
konventionelles Raffinieren erhöht;
-
7 illustriert
graphisch, wie ein Verwenden von vorbedampften Chips bzw. Spänen und
zwei Stufen eines Raffinierens niedriger Intensität bei 900 U/min
eine bessere Pulpequalität
als ein konventionelles zweistufiges Raffinieren bei 1200 U/min
produziert;
-
8 illustriert
graphisch, wie ohne ein Span-Vordampfen zwei Stufen eines Raffinierens niedriger
Intensität
bei 900 U/min eine bessere Pulpequalität als ein konventionelles zweistufiges
Raffinieren bei 1200 U/min liefern bzw. erzeugen;
-
9 illustriert
graphisch, wie in einem zweistufigen Raffinieren eine bessere Pulpe
produziert wird, wenn die primäre
Stufe bei 1200 U/min durch ein sekundäres Raffinieren niedriger Intensität bei 900
U/min gefolgt ist anstelle eines konventionellen sekundären Raffinierens
bei 1200 U/min;
-
10 illustriert
graphisch, daß eine
bessere Pulpequalität
erhalten wird, wenn TMP Rückstände einem
Raffinieren niedriger Intensität
bei 900 U/min unterworfen sind, als wenn konventionell bei 1200
U/min raffiniert wird;
-
11 illustriert
graphisch, wie ein Verwenden von drei gesonderten bzw. getrennten
Stufen eines Raffinierens niedriger Intensität bei 600, 900 und 900 U/min
es erlaubt, mehr Energie auf Föhre
bzw. Kiefer (jack pine) als bei einem konventionellen Raffinieren
bei 1200 U/min aufzubringen;
-
12 illustriert
graphisch die Raffiniertätigkeit
von 11, um zu zeigen, daß bei demselben Mahlgrad ein
Bersten von Föhre
durch ein Raffinieren bei niedriger Intensität verbessert ist;
-
13 illustriert
graphisch die Raffiniertätigkeit
von 11, um zu zeigen, daß bei demselben Mahlgrad ein
Reißen
von Föhre
bei einem Raffinieren bei niedriger Intensität verbessert ist;
-
14 illustriert
graphisch die Raffiniertätigkeit
von 11, um zu zeigen, daß die Reißfestigkeit von Föhre bei
einem gegebenen Berstwert bedeutend besser ist, wenn bei niedriger
Intensität
raffiniert wird, als beim konventionellen Raffinieren;
-
15 illustriert
graphisch, daß bei
einem Sulfonatgehalt von 2 Prozent (140 g/l Lösung) ein CMP-Raffinieren niedriger
Intensität
es erlaubt, höhere
Reißfestigkeiten
bei hohen Berstwerten zu erzielen;
-
16 illustriert
graphisch, daß bei
einem Sulfonatgehalt von 0,9 Prozent (35 g/l Lösung) ein CMP-Raffinieren niedriger
Intensität
eine stark verbesserte Reißfestigkeit ähnlich zu
jener eines konventionellen Raffinierens bei 2 Prozent Sulfonatgehalt
ergibt;
-
17 illustriert
graphisch einen Vergleich von Ergebnissen, die durch ein Anwenden
bzw. Einsetzen von zwei sequentiellen Raffinierstufen niedriger
Intensität
in Übereinstimmung
mit der Erfindung erzielt werden, und einen Vergleich, in welchem
eine Stufe niedriger Intensität
durch eine Stufe hoher Intensität
gefolgt ist; und
-
18 ist
ein Schema eines Steuer- bzw. Regelsystems zum Ausführen des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit einer Ausbildung
derselben.
-
Beispiele
-
Pilotanlagen-Versuche,
um ein Raffinieren niedriger Intensität zu studieren, wurden bei
einem atmosphärischen
36 Zoll (91,44 cm) Doppelscheiben-Raffinierer ausgeführt, welcher
in einem konventionellen Betrieb eine Scheiben-Drehzahl von 1200 U/min
erfordert. Alle Experimente wurden mit Raffinierplatten eines standardmäßigen Bauer-Musters 36104
ausgeführt.
Eine konstante Austragskonsistenz von 25 Prozent wurde während der
Untersuchung aufrecht erhalten und, außer, es ist anders ausgeführt, wurde
das gesamte Span- bzw. Chipraffinieren mit Schwarzkieferchips bzw.
-spänen
ausgeführt,
welche bei 138°C
für 10
Minuten vorgedampft wurden.
-
In 1 wurde
ein Mahlgrad gegen die spezifische Energie gedruckt bzw. aufgetragen,
um ein konventionelles einstufiges Raffinieren mit einem Doppelscheiben-Raffinierer bei
einer Scheiben-Geschwindigkeit bzw. -Drehzahl von 1200 U/min mit
einem Einzelstufen-Raffinieren niedriger Intensität bei einer
Scheiben-Drehzahl von 900 U/min zu vergleichen. Bei demselben Mahlgrad
erfordert die Pulpe, die bei der niedrigen Raffinierintensität gemacht
wurde, mehr Energie als jene, die bei konventionellen Bedingungen
hergestellt wurde. Dies deshalb, da ein Raffinieren niedriger Intensität eine Faserentwicklung
fördert
statt ein Faserschneiden, wie dies durch den Ausdruck des Langfasergehalts
gegen die spezifische Energie in 2 gezeigt
ist.
-
Ein
höherer
Energieverbrauch zu einem gegebenen Mahlgrad ist auch in 3 offensichtlich, welche
eine Einzelstufe eines konventionellen Raffinierens mit einem Doppelscheiben-Raffinierer
bei 1200 U/min mit drei Stufen des Niedrigintensitäts-Raffinierens
mit Scheiben-Drehzahlen von 600, 900 und 900 U/min in der ersten,
zweiten bzw. dritten Stufe vergleicht. Die konventionellen und Pulpen niedriger
Intensität
haben dieselben Berst/Mahlgrad-Beziehungen, wie dies in 4 gezeigt
ist, was demonstriert, daß mehr
Energie auf die Pulpe angewandt werden kann bei einem Raffinieren
niedriger Intensität
als bei einem konventionellen Raffinieren. Der Reißindex der
Pulpe, die bei einem Raffinieren niedriger Intensität gemacht
wurde, ist signifikant höher
als jener, die bei einer konventionellen Intensität hergestellt
wurde, wie dies in 5 gezeigt ist. Das Niedrig-Intensitäts-Raffinieren
gibt sowohl einen höheren
Reißindex
als auch ein Bersten als ein Raffinieren bei konventioneller Intensität, wie dies
in 6 gezeigt ist.
-
Ein
Betreiben von sowohl dem primären
als auch sekundären
Doppelscheiben-Raffinierer bei niedriger Intensität, die durch
Scheiben-Drehzahlen von 900 U/min produziert wurde, produziert Pulpe
mit sowohl einer höheren
Berstfähigkeit
als einem Zerreißen
als primäre
und sekundären
Stufen, die bei konventioneller Intensität betrieben wurden, wie dies in 7 gezeigt
ist. Ähnliche
Trends werden erhalten, wenn kein Span- bzw. Chipvordampfen ausgeführt wird,
wie dies in 8 gezeigt ist.
-
Es
wurde auch gefunden, daß Festigkeitseigenschaften
in einem zweistufigen Raffinieren durch ein Betreiben des primären Raffinierers
eines Doppelscheiben-Raffinierers bei konventioneller Intensität, beispielsweise
bei einer Scheiben-Drehzahl von 1200 U/min, gefolgt durch eine Niedrig-Intensitäts-Behandlung
in dem zweiten bzw. sekundären Raffinierer
bei einer Scheiben-Drehzahl von 900 U/min erhöht werden können, wie dies in 9 gezeigt
ist. Kein Spanvordampfen wurde in diesem Test verwendet.
-
Bei
der Herstellung von thermomechanischer Pulpe (TMP) ist es üblich, zu
wenig entwickelte Fasern und Faserbündel nach einem primären, sekundären oder
tertiären
Raffinieren durch ein Sieben oder Reinigen für ein weiteres Raffinieren
in einem Rückstands-Raffinierer
abzutrennen. Die Pulpe, die durch den Rückstands-Raffinierer erzeugt
wird, ist von hoher Qualität,
da sie einen größeren Anteil
von langen Fasern als jene enthält,
die mit den Hauptraffinierern erzeugt wird. Material, welches zu
einem Rückstands-Raffinierer
in einer konventionellen Mühle
gerichtet ist, wurde für
gesteuerte bzw. geregelte Pilotanlage-Experimente gesammelt. Wie
dies in 10 gezeigt ist, war es durch
ein Raffinieren, das einen Doppelscheiben-Raffinierer bei niedriger
Intensität
mit einer Scheiben-Drehzahl von 900 U/min anwendet, möglich, mehr
Energie in die Pulpe einzu bringen und einen höheren Berstwert bei einem gegebenen
Zerreißen
als bei einem Raffinieren bei konventioneller Intensität zu erhalten,
das eine Scheiben-Drehzahl von 1200 U/min anwendet bzw. einsetzt.
-
Weiters
wurden Pilotanlage-Experimente durchgeführt, um zu demonstrieren, daß der Prozeß niedriger
Intensität
der Erfindung auch Eigenschaften von Pulpe verbessert, die aus unterschiedlichen Holzspezies
bzw. -arten hergestellt ist, insbesondere jene, die aufgrund relativ
schlechter Fasereigenschaften wenig verwendet sind. Die Pulpenqualität von Föhre bzw.
Kiefer (jack pine), die bei einer konventionellen Raffinierintensität in einem
Doppelscheiben-Raffinierer bei einer Scheiben-Drehzahl von 1200
U/min erzeugt wurde, wurde mit jener verglichen, die mit einer Niedrigenergie-Niedrigintensitäts-Vorraffinierstufe
bei 600 U/min, gefolgt durch zwei Stufen eines Raffinierens niedriger
Intensität
bei 900 U/min erzeugt wurde. Wie dies in 11 gezeigt ist,
kann ein Raffinieren niedriger Intensität mehr Energie erfordern, um
einen gegebenen Mahlgrad zu erreichen, als ein Raffinieren bei konventioneller
Intensität,
jedoch bei einem gegebenen Mahlgrad ist der Berstindex der konventionellen
Föhren-Pulpe niedriger als
jene, die mit den Niedrigintensitäts-Verfahren bzw. -Prozeß hergestellt
wurde, das (der) in 12 gezeigt ist. Der Reiß- bzw.
Zerreißindex
der Föhren-Pulpe niedriger Intensität ist größer als
jener, der bei einer konventionellen Intensität bei Mahlgradwerten unter
200 ml CSF gebildet wurde, welches in dem Bereich von kommerziellem
Interesse ist, wie dies in 13 gezeigt
ist. Das Niedrigintensitäts-Verfahren
erzeugt eine Föhren-Pulpe mit bedeutend
größerem Reiß- und Berst-
bzw. Burstindex, als dies mit Raffinierern hergestellt werden kann,
die bei konventioneller Intensität
arbeiten, wie dies in 14 gezeigt ist.
-
Bei
der Herstellung von chemomechanischer Pulpe (CMP) kann die Verwendung
eines Niedrigintensitäts-Raffinierens
auch zu erhöhten
bzw. verbesserten Eigenschaften führen. Die Ergebnisse in 15 zeigen,
daß Späne, die
mit einer 140 g/l Lösung
imprägniert
sind, um einen 2-prozentigen Sulfonatgehalt zu ergeben, ein höheres Reißen bei
hohen Berstniveaus unter Verwendung eines zweistufigen Raffinierens
niedriger Intensität
mit einem Doppelscheiben-Raffinierer
bei 900 U/min zur Verfügung stellen,
als dies durch ein konventionelles Raffinieren bei 1200 U/min erreicht
werden könnte.
Ein analoger Ausdruck ist in 16 gezeigt
für eine
Lösung
aus 35 g/l und einem Sulfonatgehalt von 0,9 Prozent. Ein Niedrigintensitäts-Raffinieren
ergibt eine höhere Reißfestigkeit,
vergleichbar mit einem konventionellen Raffinieren bei einem 2-prozentigen
Sulfonatgehalt.
-
17 zeigt
Pulpeeigenschaften, die durch Anwenden eines Niedrigintensitäts-Raffinierens
in zwei Stufen unter Anwendung von Doppelscheiben-Raffinierern bei
900 U/min in Übereinstimmung mit
der Erfindung erreicht bzw. erhalten werden, im Vergleich mit den
Eigenschaften, die durch ein Anwenden bzw. Einsetzen einer ersten
Stufe niedriger Intensität
bei 900 U/min, gefolgt durch eine zweite Stufe hoher Intensität bei 1800
U/min erreicht wird, wie dies im US-Patent 5,540,392 angeregt ist
bzw. betrachtet wird. Die Eigenschaften, die mit dem Verfahren der
Erfindung erzielt werden, sind bedeutend höher bzw. besser als jene im
Vergleich und insbesondere die Endstufe hoher Intensität des Vergleichs resultiert
in einer Faserbeschädigung
bzw. -zerstörung,
welche zu einem Verlust an Reißfestigkeit
führt.
-
Eine
variable Raffinierintensität
kann eine verbesserte Qualitätskontrolle
bzw. -steuerung ergeben, wenn die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl an
wenigstens der letzten Raffinierstufe einstellbar ist. Beispielsweise
kombiniert das schematische Diagramm in 18 eine
sekundäre
Raffinier-Drehzahl-Steuerung mit einer Online-Messung des Mahlgrads
und der Faserlänge.
So wird, wenn der Mahlgrad zu hoch ist, die Motorlast durch eine
Plattenspalt-Einstellung erhöht,
während
die Faserlänge durch
ein Reduzieren der Raffinierintensität durch ein Absenken der Rotations-Geschwindigkeit bzw. -Drehzahl
gemäß dieser
Erfindung beibehalten wird.
-
Bei
weiterer Bezugnahme auf 18 ist schematisch
ein System 10 zum Raffinieren von Holzchips bzw. -spänen mit
einer Online-Qualitäts-Kontrolle
bzw. -Steuerung durch eine Feedback-Einstellung der Raffinierer-Drehzahl,
d.h. der Raffinierintensität,
dargestellt bzw. illustriert.
-
Das
System 10 beinhaltet einen Einzelscheiben-Raffinierer 12 einer
ersten Stufe, einen Einzelscheiben-Raffinierer 14 einer
zweiten Stufe, eine Motordrehzahl-Steuerung bzw. -Regelung 16 und
einen Monitor 18, welcher den Mahlgrad und die Faserlänge der
Produktpulpe überwacht.
-
Eine
Leitung 20 verbindet den Monitor 18 mit der Steuer- bzw. Regeleinrichtung
bzw. dem Controller 16 und eine Leitung 22 verbindet
den Monitor 18 mit einer Last- oder Leistungssteuerung
des sekundären
Raffinierers 14.
-
Das
System 10 enthält
zusätzlich
Zyklone 24 und 26 und Latenz- bzw. Ruhebehälter 28.
-
Der
Raffinierer 12 hat eine stationäre Scheibe 30 und
eine rotierende Scheibe 32 mit einem Spalt 34 dazwischen
und der Raffinierer 14 hat eine stationäre Scheibe 36 und
eine rotierende Scheibe 38 mit einem Spalt 40 dazwischen.
-
Im
Betrieb werden wäßrige Holzchips
bzw. -späne
zu dem Spalt 34 zwischen den Scheiben 30 und 32 in
dem Raffinierer 12 zugeführt, ein Raffinieren findet
im Spalt 34 statt, wenn bzw. da die Scheibe 32 sich
dreht, die resultierende wäßrige Zusammensetzung
wird vom Raffinierer 12 zu dem Zyklon 24 zugeführt, wo
eine wäßrige Holzspäne/Pulpezusammensetzung
von Dampf getrennt wird und zu dem Spalt 40 zwischen den
Scheiben 36 und 38 in dem Raffinierer 14 zugeführt wird.
-
Ein
weiteres Raffinieren findet im Raffinierer 14 statt, wenn
bzw. da die Scheibe 38 sich dreht, und die resultierende
Zusammensetzung wird dem Zyklon 26 zugeführt, wo
Dampf von der Pulpe getrennt wird, die Pulpe aus dem Zyklon 26 wird
zu dem Latenzbehälter 28 in
einer konventionellen Weise zugeführt, wo die Pulpe gerührt wird,
um die Fasern zu recken bzw. zu glätten bzw. zu begradigen.
-
Die
resultierende Pulpe wird in Bezug auf Freiheit bzw. Mahlgrad und
Faserlänge
durch den Monitor 18 überwacht;
in Antwort auf die beobachtete Faserlänge kann die Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl der Rotation der Scheibe 38 durch die Steuer-
bzw. Regeleinrichtung 16 geändert werden. Wenn die beobachtete
Faserlänge
zu kurz ist, wird die Rotation der Scheibe 38 durch die
Steuer- bzw. Regelein richtung 16 verlangsamt, um die Raffinierintensität zu reduzieren.
Die Last oder Leistung eines Betriebs des Raffinierers 14 kann
in gleicher Weise in konventioneller Weise in Antwort auf den durch
den Monitor 18 beobachteten Mahlgrad verändert werden.
-
Mahlgrad
und Faserlänge
werden nur als ein Beispiel der Eigenschaften gegeben, welche unabhängig voneinander
gesteuert bzw. geregelt werden können.
Jedoch könnten
andere gemessene Online-Pulpe-Eigenschaften, wie spezifische Oberfläche und
Zerreißen
auch verwendet werden. Das Steuer- bzw. Regelschema ist bzw. wird als
ein Beispiel eines Schemas gegeben, mit welchem die Erfindung verwendet
wird, um zwei Pulpeeigenschaften durch Manipulation einer Rotations-Geschwindigkeit
bzw. -Drehzahl und der spezifischen Energie zu steuern bzw. zu regeln.