FI119108B - Menetelmä massan valkaisemiseksi - Google Patents

Description

119108

Menetelmä massan valkalsemiseksi Tämä keksintö koskee uutta laitteistoa ja menetelmää lig-5 noselluloosamassan delignifioimiseksi ja valkaisemiseksi kaasumaisella valkaisuaineella, kuten otsonilla.

Kloorin käytön välttämiseksi massan tai muunlaisten ligno-selluloosamateriaalien valkaisuaineena on kemiallisen mas-10 san valkaisuun viime aikoina alettu käyttää otsonia. Vaik ka otsoni voi aluksi vaikuttaa ihanteelliselta materiaalilta lignoselluloosamateriaalien valkaisuun, ovat sen poikkeukselliset hapettavat ominaisuudet sekä sen suhteellisen korkea hinta aiemmin rajoittaneet toimivan otsoni-15 valkaisuprosessin kehittämistä yleisesti ottaen lignosel- luloosamateriaaleja varten ja etenkin eteläisiä havupuu-massoja varten.

Otsoni reagoi helposti ligniinin kanssa ja vähentää tehok-20 kaasti ligniinin määrää massassa, mutta se voi myös mo nessa tilanteessa reagoida voimakkaasti hiilihydraatin .·, ; kanssa, joka muodostaa puun selluloosakuidut, ja heikentää • * · I näin valmistettavan massan lujuutta. Otsoni on myös hapet- * ·· ,* tavan ja kemiallisen stabiilisuuden suhteen erittäin herk- • · · •# ·] 25 kä prosessiolosuhteille, kuten pH:lle. Prosessiolosuh- • · « *· *! teissä tapahtuva muutos voi muuttaa huomattavasti otsonin • * *.**: reaktiivisuutta lignoselluloosamateriaaleihin nähden.

• · · Φ · · • · · *

Otsonin delignifiointikyky havaittiin vasta viime vuosi-30 sadan vaihteessa, ja siitä lähtien lukuisat alan tutkijat j"*j ovat tehneet merkittävää ja jatkuvaa työtä kaupallisen me- • φφ netelmän kehittämiseksi, jossa otsonia käytettäisiin lig- φ Φ · ’*'·* noselluloosamateriaalien valkaisuun. Tällä alalla on li- φφφ • · *···* säksi julkaistu lukuisia artikkeleita ja patentteja sekä • φ • · φ · · · φ · φ · · • φφ • φ 2 119108 myös raportoitu kokeista, joissa otsonivalkaisua on käytetty ei-kaupallisissa koemittakaavakokeissa. Esimerkiksi US-patentissa 2 466 633 Brabender et ai. kuvaavat valkaisuprosessia, jossa otsoni johdetaan massan läpi, jonka 5 kosteuspitoisuus (uunikuivana painona laskettuna) on vä lillä 25-55 % ja jonka pH on alueella 4-7.

Muita kloorittomia valkaisuvaiheita kuvaavat S. Rothen-berg, D. Robinson ja D. Johnsonbaugh julkaisussa "Bleach-10 ing of Oxygen Pulps with Ozone", Tappi, 182-185 (1975) - Z, ZEZ, ZP ja ZPa (Pa - peroksietikkahappo); ja N. Soteland julkaisussa "Bleaching of Chemical Pulps with Oxygen and Ozone", Pulp and Paper Magazine of Canada, T153-58 (1974) - OZEP, OP ja ZP. Lisäksi Singhin US-patentissa 4 196 043 15 käsitellään monivaiheista valkaisuprosessia, jossa käyte tään otsonia ja peroksidia ja pyritään myös välttämään klooriyhdisteiden käyttöä ja johon sisältyy myös jätevesien kierrätys.

20 Erilaiset valkaisulaitteistot joissa on keskellä akseli, johon on asennettu ulkonevia elimiä, ovat yleisesti tun- .‘.j nettuja (ks. esim. US-patentit 1 591 070 (Wolf), 1 642 978 .·. I ja 1 643 566 (Thorne) , 2 431 478 (Hill) ja 4 298 426 (Tor- • ·· regrossa et ai.). Myös US-patenteissa 3 630 828 (Lieber- *. 1. 25 gott et ai.) ja 3 725 193 (Montigny et ai.) käsitellään ♦ · · * j valkaisulaitteistoa massalle, jonka sakeus on yli 15 %, • · · *· ’· johon laitteeseen sisältyy pyörivä akseli, jossa on sä- • · · *·’ 2 teensuuntaisesti ulottuvia katkaisuvarsia massan jauhami seksi hienoksi. Richterin US-patentissa 4 093 505 käsitel- • 1·· 30 lään menetelmää ja laitteistoa suursakeusmassan jatkuvaa S3: jakelua ja sekoitusta varten käsittelynesteellä, kuten . [·, kloorilla tai klooridioksidilla. Laitteisto koostuu saman- * · · V/. keskisestä pesästä, jossa on sylinterimäinen osa, yleensä '12 kokoava avoin kartiomainen osa, joka ulottuu ulospäin sy • · • · · • · · • · · • · · 2 • ·· 3 • · 3 119108 linterimäisen osan päästä, ja sylinterimäisen osan toisesta päästä sisään ulottuva kiinteä seinä. Pesään asennetussa roottoriakselissa on napa, johon on kiinnitetty lukuisia varsia. Kukin tällainen varsi on kytketty kuljetusla-5 paan tai -siipeen. Kun akseli pyörii, käsittelyneste ja kautuu ja sekoittuu massaan "mahdollisimman tasaisesti".

Fritzvoldin US-patentissa 4 278 496 käsitellään pystysuoraa otsonointilaitetta suursakeusmassan (ts. 35-50 %) 10 käsittelemiseksi. Sekä happi/otsonikaasu että massa (pH

noin 5) tulevat sisään reaktorin yläosasta ja jakautuvat koko poikkipinta-alalle siten, että kaasu pääsee läheiseen kosketukseen massahiukkasten kanssa. Massa ja kaasuseos jakautuvat kerroksittain peräkkäisissä kammioissa sarjassa 15 oleville tukielimille. Tukielimissä on aukkoja tai rakoja, joiden muoto on sellainen, että massa muodostaa massasil-toja niiden päälle, kun puolestaan kaasu kulkee koko reaktorin läpi läheisessä kosketuksessa massaan.

20 Massan kulkeutuminen reaktorin läpi tapahtuu siten, että keskellä olevaan akseliin kiinnitetyt ja pyörivät katkai- : suelimet katkaisevat tukielimiä toistuvasti mutta hai- • · · • t ,·. · litusti. Täten massa pääsee kulkeutumaan aukkojen läpi ja • · · .1 .* seuraaviin kammioihin. Fritzvoldin et ai. US-patentissa • · *. 25 4 123 317 käsitellään tarkemmin yllä mainitussa Fritzvol- • · φ *; *| din '496 -patentissa kuvattua reaktoria. Tätä reaktoria • · *· " käytetään myös massan käsittelyyn happi/otsonikaasuseok- • · · V : sella.

• 30 Johnsonin US-patenteissa 4 468 286 ja 4 426 256 käsitel- :***: lään menetelmää ja laitteistoa paperimassan jatkuvaa kä- • · sittelyä varten otsonilla. Massa ja otsoni johdetaan eri • · * I" kulkureittejä pitkin joko yhdessä tai erikseen.

• * • · ··· • · • t · • Φ · φ φ f φ φ φ φ φ φ φ φ φ 4 119108 US-patentissa 4 363 697 esitetään tiettyjä siipiruuvikul-jettimia, joita on muunneltu lisäämällä lapoja, leikattuja ja taitettuja siipiä tai näiden yhdistelmiä käytettäväksi alhaissakeusmassan happivalkaisuun.

5

Ranskalaisessa patentissa 1 441 787 ja eurooppalaisessa patentissa 276 608 käsitellään kummassakin menetelmiä massan valkaisemiseksi otsonilla. Eurooppalaisessa patentissa 308 314 käsitellään massan otsonivalkaisuun tarkoitettua 10 reaktoria, jossa käytetään suljettua siipiruuvikuljetinta, johon otsonikaasu pumpataan keskellä olevan akselin kautta ja edelleen jaettavaksi reaktoriin. Massan sakeus on 20-50 % ja käsittelykaasun otsonipitoisuus on noin 4-10 %, joten uunikuivaa kuitupainoa kohden käytetään 2-8 % otsonia.

15 Tällä alalla tehdystä tutkimustyöstä huolimatta vielä ei kuitenkaan ole esitetty kaupallista, toteutettavissa olevaa prosessia otsonivalkaistujen lignoselluloosamassojen valmistamiseksi havupuusta tai vastaavista massoista, 20 etenkin eteläisistä havupuumassoista, ja lukuisista epä onnistumisista on raportoitu.

• · • · t • · · • · Tämä keksintö esilletuo uuden laitteiston menetelmän ja, • · · ,1 .* joiden avulla aiemmin esitetyt, alalla vallitsevat vaikeu- t · · * · *, *. 25 det voidaan voittaa ja tuottaa korkealaatuista valkaistua • · · *· *· massaa kaupallisesti toteutettavissa olevalla tavalla.

• · · • ·ι • · *·· ·.· : Tämä keksintö koskee patenttivaatimuksessa 1 määriteltyä menetelmää massahiukkasten valkaisemiseksi ensimmäisestä 3 0 GE-vaaleudesta toiseen, korkeampaan GE-vaaleuteen kaasu- :***: maisella otsonipitoisella valkaisuaineella patenttivaati- ··· *. muksessa 7 märitellyn reaktiolaitteiston käyttöä ja pa- · t • · · tenttivaatimuksessa 8 määriteltyjä suursakeusmassan ot- • · ***** sonivalkaisureaktorilaitteistoa. Laitteisto käsittää vai- :*:": 35 pan ja välineet massahiukkasten syöttämiseksi vaippaan.

• · • · • · · • I· • · 5 119108

Massahiukkasten sakeuden tulee olla yli 20 %, ensimmäisen GE-vaaleuden ja partikkelikoon riittävän hyviä, jotta kaasumainen valkaisuaine pystyisi tunkeutumaan olennaisesti täydellisesti suurimpaan osaan massahiukkasista.

^ 5

Laitteistoon sisältyy myös välineet, joiden avulla kaasumainen valkaisuaine syötetään vaippaan, ja välineet massahiukkasten hajottamiseksi kaasumaiseen valkaisuaineeseen massahiukkasten kulkeutuessa vaipan läpi. Hajottamis- ja 10 kuljetusosat käsittävät osan, jonka avulla massahiukkaset saatetaan läheiseen kosketukseen, sekoitetaan ja hajotetaan kaasumaisen valkaisuaineen kanssa samalla nostaen, siirrellen ja heitellen massahiukkasia säteensuuntaisesti ja kuljettaen massahiukkasia aksiaalisesti siten, että 15 kaasumainen valkaisuaine virtaa ja ympäröi nostettuja, siirrettyjä ja heiteltyjä massahiukkasia. Tällöin mas-sapartikkeleiden enemmistön lähes jokainen pinta-on alttiina kaasumaiselle valkaisuaineelle.

20 Hajottava ja kuljettava osa syöttää hajotettuja massahiuk kasia eteenpäin ideaalivirtauksenomaisesti, jotta saatai- .·. : siin riittävän pitkä kulkuaika, jonka aikana lämpötila pi- • · ; aetään riittävänä, jotta kaasumaista valkaisuainetta siir-

• M

tyisi massahiukkasiin. Tällä tavoin saavutetaan lähes ta- • · · • · *. *, 25 sainen valkaisu massahiukkasten enemmistön osalta ja saa- • · * ** *j daan valkaistua massaa, jolla on toinen, korkeampi GE-vaa- • · · ’· " leus. Kulkuaika riippuu reaktorin mitoista, massahiukkas- ··· V * ten syöttönopeudesta sekä hajotus- ja kuljetusosien raken teesta ja toiminnasta. Laitteiston vaippa voidaan lisäksi • *·· 30 suunnata siten, että massahiukkasten etenemisessä käyte- tään hyväksi painovoimaa.

··· * • · · • · ·

Kaasumaisen valkaisuaineen syöttöosa ohjaa kaasumaisen • · "·* valkaisuaineen virtausnopeutta ja kulkuaikaa vaipassa. Tä- • · ί,ϊ,ί 35 mä totetutetaan ohjaamalla syöttökaasuvirran virtausno- « · • I « • ·· • « 6 119108 peutta reaktorissa olevan kiintoainemäärän mukaan. Syötettävällä kaasulla on tietty otsonipitoisuus, joka vastaa massaan syötettäväksi haluttua otsonimäärää. Syötettävän kaasun virtausnopeuden ja otsonipitoisuuden ohjaus yhdessä 5 mässahiukkasten huolellisen sekoituksen kanssa johtaa sii hen, että runsaasti kaasumaista valkaisuainetta siirtyy massaan ja valkaisee massan haluttuun vaaleusasteeseen.

Massahiukkasten hajotus- ja kuljetusosa on siipikuljetin, 10 jonka akseli on vaipan pituusuuntäinen ja jonka toinen pää sijaitsee vaipan siinä päässä, josta massahiukkaset tulevat sisään, ja toinen pää vaipan toisessa päässä, jonka kautta massahiukkaset poistuvat. Akseliin on asennettu lukuisia, säteensuuntaisia siipiä, jotka on järjestetty ja 15 suunnattu ennalta määrätyn kuvion mukaan, joka riippuu siipikuljettimen halutusta noususta. Nousun lisäksi siipi-väli akselilla, siiven koko ja muoto sekä siiven suuntau-tumiskulma valitaan siten, että saadaan haluttu massahiukkasten kulkeutuminen vaipan läpi.

20 Missä tahansa suoritusmuodossa siipien nousua voidaan pie nentää samalla akselin kierrosluvulla reaktorin täyt- .·, : töasteen lisäämiseksi. Tämä pidentää massan kulkuaikaa * · ,·. · laitteistossa, jolloin saadaan myös suurempi kaasumaisen .1/ valkaisuaineen konversio. Nousu akselin ensimmäisessä päas- • *. 1, 25 sä voi olla suurempi kuin nousu akselin toisessa päässä, • · 9 " jotta saataisiin suurempi kuljetusnopeus massan sisääntulo- • · · *· " päässä, jossa massan bulkkitiheys on pienin. Nousua voidaan • · * myös muuttaa kuljetus tehokkuuden vähentämiseksi siten, että akselin pyörimisnopeutta lisätään, jotta massahiukkaset • 2 • 1·· 30 pääsisivät paremmin kosketukseen kaasumaisen valkaisuaineen :3: kanssa ja kaasumaisen valkaisuaineen konversion lisäämisek- ··♦ • si, massahiukkasten kulkuajan pysyessä lähes muuttumattoma- • · · •O1 V1 — ... na- · • . · tt» • » • · · • 1 · • 9 9 • · · 2 9 99 3 • · 7 119108

Laitteiston massahiukkasten hajotus- ja kuljetusosa, siis siipikuljetin, voidaan myös säätää siten, että vaipassa olevien massahiukkasten täyttöaste pienenee. Tämä voidaan toteuttaa käyttämällä korkeampaa kuljetusnopeutta kuljet-, 5 timen ensimmäisessä osassa. Tämä ensimmäinen kuljetinosa on liitetty toiseen kuljetinosaan, jossa massahiukkaset hajotetaan kaasumaiseen valkaisuaineeseen. Ensimmäisessä tai toisessa kuljetinosassa on edullisesti kuljetuselimiä, kuten siipiä, jotka on asennettu tavanomaiseen akseliin 10 riittävän pitkin välein, jotta voidaan minimoida tai vält tää massahiukkasten silloittuminen tai paakkuuntuminen niiden väliin. Ensimmäisen ja toisen kuljetinosan käyttö-olosuhteita voidaan myös ohjata, jotta reaktorissa saataisiin haluttu täyttöaste, massahiukkasten kulkuaika ja/tai 15 valkaisuaineen kulkuaika.

Edullisen suoritusmuodon vaipassa on kaksi-osaa, jotka ovat päällekkäin siten, että ne kuljettavat massaa eri suuntiin. Ensimmäinen (tai ylempi) vaippaosa käsittää en- 20 simmäisen ja toisen kuljetusosan, jonka läpi massa kulkee putkeen, joka johtaa alempaan vaippaosaan, jossa massaa ,·. : käsitellään edelleen kolmannessa kuljettimessa, jonka jäi- • ·· ; keen se poistuu alemmasta vaippaosasta. Tällainen ko- · · ,‘t .* koonpano säästää tehdastilaa.

• · « \\ 25 • · · *· *· Kaasuvirta laitteistossa voi olla samansuuntainen tai vas- • · • « · *· " takkainen massavirtaan nähden, vaikka vastavirtatapausta • · · V: pidetään edullisena. Lisäksi osa, jonka kautta kaasumainen valkaisuaine tuodaan vaippaan, voi sijaita yhdessä kohdas-I *.. 3 0 sa, josta kaasumaista valkaisuainetta syötetään massavir- ran suuntaisesti tai vastaisesti yhdessä tai useassa koh- «·· *. dassa.

• · · » « ♦ • · · *·· • *

Valkaistu massa ja jäljelle jäänyt kaasumainen valkaisu- ϊ*ϊ*ί 35 aine voidaan koota laimennussäiliöön. Laitteistoon sisäl- • · ·'·.· tyy lisäksi osa jäljelle jääneen kaasumaisen valkaisuai- • · neen talteenottamiseksi sekä osa valkaistun massan tal-teenottamiseksi. Valkaistun massan talteenotto-osa kä- 8 119108 sittää ensimmäisen poistoaukon, joka sijaitsee laimennus-säiliön alaosassa, ja samansuuntaisen kaasuvirran yhteydessä, jäljelle jääneen kaasumaisen valkaisuaineen talteenotto-osa käsittää toisen poistoaukon, joka sijait-5 see laimennussäiliön yläosassa.

Tämän laitteiston erityisen käyttökelpoinen komponentti on osa, joka jauhaa massapartikkelit. Tällainen osa on liitetty osaan, jonka kautta massahiukkaset syötetään 10 vaippaan.

Kuviossa 1 on esitetty käyriä akselin kierrosluvun ja massaa lujittavan paineen välisestä suhteesta halkaisijaltaan eri suuruisille massakuljettimille; 15 kuviossa 2 on esitetty käyrä massaa lujittavan paineen ja kriittisen siipivälin välisestä suhteesta eteläiselle havupuumassalle, jonka sakeus on 42%; kuviossa 3 on esitetty käyriä reaktorista lähtevän massan litiumpitoisuuden ja litiumkäsitellyn massan reaktoriin 20 lisäämisestä kuluneen ajan välisestä suhteesta, jotta voitaisiin määrittää massan kulkuaika reaktorissa tietyille siipikuljettimille; kuviossa 4 on esitetty käyrä suhteellisen suuresta ja pienestä massan kulkuajan jakautumasta tiettyjen siipi- j25 kuljettimien kohdalla; • · * kuviossa 5 on esitetty käyrä reaktorin täyttöasteen ja • · · .** / akselin kierrosluvun välisestä suhteesta eri siipikuljet- • · · • ·1 timien kohdalla; • · *. 1: kuviossa 6 on esitetty käyriä massan kulkuajan ja akselin • 1 V1j30 kierrosluvun välisestä suhteesta eri siipikuljettimien V : kohdalla; kuvio 7 on sivukuva tämän keksinnön edullisesta otsoni-reaktorista; * · ·1·1. kuvio 8 on suurennettu sivukuva kuvion 7 reaktorista; * *, 35 kuvioissa 9A ja 9B esitetään kuvion 7 reaktorin siipikul- * · · *;“1 jettimia; • · *···1 kuvio 10 on läpileikkaus kuvion 8 reaktorin kohdasta 10— :Y: 10; • 1 « 9 119108 kuvioissa 11 ja 12 on pääli- ja sivukuva tyypillisestä siivestä käytettäväksi kuvioiden 9A ja 9B kuljettimessa; kuvio 13 on käyrä reaktorista lähtevän massan litiumpi-toisuuden ja litiumkäsitellyn massan lisäämisestä reakto-5 riin kuluneen ajan välisestä suhteesta esimerkin 5 siipi- kuljettimelle; kuviot 14-16 ovat valokuvia reaktorista akselinsuuntai-sesti otettuina tarkoituksena näyttää, miten massa hajoaa eri akselin kierrosluvuilla; ja 10 kuvioissa 17-20 on esitetty erilaisia, tämän keksinnön mukaan käytettäviä kuljetuselementtejä.

Tämän keksinnön reaktorissa käytetään kaasumaista valkaisuainetta, kuten otsonia, jonka avulla voidaan mini-15 moida puun selluloosaosaan kohdistuva kemikaalihyökkäys, ja saadaan tuote, jolla on hyvät lujuusominaisuudet paperien ja erilaisten paperituotteiden valmistamiseksi. Ennen reaktorilaitteiston yksityiskohtaista kuvausta on paikallaan kuvata delignifiointia ja valkaisuprosessia, 20 johon laitteistoa käytetään.

Valkaisuprosessissa käytettävä otsonikaasu voi olla otsonin ja hapen seosta ja/tai inerttiä kaasua, tai otso-ni/ilma-seosta. Käsittelykaasuihin sisältyvän otsonin . .25 määrä riippuu otsonin stabiilisuudesta kaasuseoksessa.

* · ! * Otsonikaasut, jotka sisältävät yleensä, mutta ei väittä- « ,« · / mättä, noin 1-8 paino-% otsoni/happi-seosta, tai 1-4 pai- • · · • ·’ no-% otsoni/ilma-seosta, sopivat käytettäväksi tässä kek- • · · β e m , t *. *: sinnössä. Edullinen seos sisältää 6% otsonia tasapaino- • · '•.‘••30 tettuna pääosin hapella. Suuremmat otsonipitoisuudet ot- • · V i soni/happi-seoksissa mahdollistavat suhteellisesti pie- nempikokoisten reaktoreiden käytön ja lyhyemmät reaktio- :*·.· ajat saman massamäärän käsittelemiseksi, vähentäen täten » · laitteiston vaatimia pääomakustannuksia.

\ 35 • · · *·;·* Massan valkaisuun vaikuttava tekijä on lisäksi valkaisuun ··· w • · *·..* käytetyn otsonin suhteellinen paino massan painoon näh- den. Tämä määräytyy, ainakin osittain, otsonivalkaisun • ♦ • · 10 119108 aikana poistettavaksi halutun ligniinimäärän mukaan, tasapainotettuna otsonivalkaisun aikana hyväksyttävään selluloosan suhteelliseen hajoamisasteeseen. Otsonimäärä on edullisesti sellainen, että se reagoi noin 50-70% massas-5 sa olevan ligniinin kanssa.

Delignifiointiasteen mittausmenetelmiä on paljon, mutta useimmat ovat variaatioita permanganaattikokeesta. Normaali permanganaattikoe antaa permanganaattiluvun tai 10 kappaluvun, joka vastaa millilitramäärää 0,1 N kaliumper manganaattia, jota yksi gramma uunikuivattua massaa kuluttaa tietyissä olosuhteissa. Kappaluku määritetään TAPPI Standard Testiin T-214 mukaan.

15 Koko ligniinimäärän, jonka lopullinen kappaluku ilmaisee, tulee olla sellainen, ettei otsoni reagoi liikaa selluloosan kanssa heikentäen sen polymerointiastetta. Otsonia lisätään edullisesti, massan uunikuivasta painosta laskettuna, yleensä noin 0,2-2% haluttujen ligniinitasojen 20 saavuttamiseksi. Suurempia otsonimääriä voidaan tarvita, jos järjestelmässä on runsaasti liuenneita kiintoaineita. Koska otsoni on suhteellisen kallista sitä kannattaa käyttää vain sen verran, kun halutun valkaisun saavuttamiseksi on tarpeen.

. .25 • ·

M

! l Otsonivalkaisuvaiheen reaktioaika riippuu halutusta ot- ♦ · 1 / sonivalkaisureaktion reaktioasteesta, ts. annetaanko käy- • · « : ·1 tössä olevan otsonin kulua kokonaan vai vain osittain.

• · • 1 · *· " Tämä aika vaihtelee otsonikaasuseoksen sisältämän ot- • · **.1••30 sonipitoisuuden mukaan, joten suhteellisesti enemmän ot- *·· V ·' sonia sisältävä seokset reagoivat nopeammin, ja riippuu myös siitä, kuinka paljon ligniiniä halutaan poistaa.

:1·.· Massan ja kaasun kulkuaikoja käsitellään tarkemmin seu- • 1 ·1:1. raavassa.

• t 1 *· 35 • · · *·|·1 Eräs keksinnön tärkeä etu on, että massan valkaisu tapah- • · *···1 tuu tasaisesti. Tämä etu saavutetaan osittain jauhamalla massa riittävän pieniksi ja kuohkeiksi hiukkasiksi ennen • 1 · 11 119108 massan käsittelyä otsonilla, jolloin otsonikaasu tunkeutuu täydellisesti suurimpaan osaan kuitukimpuista.

Tämän keksinnön toinen tärkeä etu on, että otsonivalkais-5 prosessin aikana valkaistavat hiukkaset altistetaan ot- sonivalkaisuseokselle sekoittamalla siten, että kaikkiin kuitukimppuihin kohdistuu lähes yhtä paljon otsonikaasu-seosta. Massan sekoittaminen otsonikaasuseoksessa antaa erinomaisia tuloksia tasaisuuden suhteen verrattuna tu-10 loksiin, joita saavutetaan käyttämällä staattisia tai liikkuvia massakkerroksia, jolloin osa massasta on eristettynä otsonikaasusta muuhun massaan nähden riippuen kerroksen paksuuden ja bulkkitiheyden vaihteluista kerroksen eri kohdissa. Tämä aiheuttaa otsonia sisältävän 15 kaasun epätasaista kulkeutumista kuitukerroksen läpi, mikä puolestaan johtaa epätasaiseen kaasun ja massan väliseen kosketukseen ja epätasaiseen valkaisutulokseen. Tämän keksinnön laitteisto kykenee paremmin minimoimaan painehäviön ja on myös joustavampi siinä mielessä, että 20 otsonikaasu voidaan johtaa sekä myötä- että vastavirtaan massaan nähden. Kerrosreaktorissa sitävastoin käytetään vain samansuuntaista liikettä.

Tämän keksinnön reaktorin ainutlaatuisten etujen ymmärtä- ·, *25 minen vaatii tuntemusta kiinteiden aineiden kuljettami- • * \ seen käytettävien ruuvikulj ett imien toimintaperiaatteis- S *«f / ta. Alan hallitsevat tietävät tällaisten kuljettimien • · » ‘ nousun merkityksen (ks. esim. Colijn, H., "Mechanical *· *! Conveyors for Bulk Solids", Elsevier, New York, 1985).

:.'*:30 M· ·*.·* * Esimerkiksi ruuvikulj ett imen, jossa on umpikierre, nousu on mitta ruuvikierteen mistä tahansa kohtaa seuraavan :*·,,· ruuvikierteen vastaavaan kohtaan akselinsuuntaisesti mi- * · ·*;*. tattuna. (Vastaava kohta löytyy seuraamalla kierteen reu- φ *. 35 naa 360° akselin ympäri.) Täysnousuruuvin kohdalla näiden * · · **··* kohtien välinen mitta on sama kuin ruuvikierteen hai- ·«· • · *···’ kaisija.

t · • # · • · · • · φ · 12 119108

Umpikierteisen ruuvikuljettimen variaatiossa on erillisiä siipiä, jotka sijaitsevat tasavälein kierteisellä radalla, jota umpikierteinen ruuvikuljetin noudattaisi. Siipi-kuljettimessa sen sijaan siivet korvaavat ruuvikierteen, 5 ja nousu mitataan akselinsuuntaisena etäisyytenä siiven mistä tahansa kohtaa viereisen siiven vastaavaan kohtaan. Tietyissä siipirakenteissa osa siivistä on kuitenkin poistettu ja tällaisessa tapauksessa vastaava kohta on kohta, jossa siipi olisi sijainnut 360° jälkeen seuratta-10 essa siipien reunoja pitkin ja niiden väliä.

Siipivälin kuvaamiseen käytetään kulmasuhdetta ja nousun määrittämää väliä. Esim. 60°:n täysnousuisessa siipira-kenteessa halkaisijaltaan 18" (n. 45 cm) kuljettimelle on 15 kuusi ensimmäistä siipeä sijoitettu 3 tuuman (noin 7,5 cm) välein akselille siten, että peräkkäiset siivet on sijoitettu 60° akselin kehän ympäri. Siipikuvio toistuu tällaisena seuraavien 18 tuuman (n. 45 cm) osuudelta.

120°:n täysnousu-siipirakenteessa halkaisijaltaan 18 tuu-20 man kuljettimelle kolme ensimmäistä siipeä sijaitsevat 6 tuuman (n. 15 cm) välein akselilla siten, että peräkkäiset siivet ovat 120° akselin kehän ympäri. Siipkuvio toistuu tällaisena koko 18 tuuman pituudelta. 120°:n puo-linousu-siipirakenteessa samalle, halkaisijaltaan 18 tuu- ·, .25 man kuljettimelle siivet sijaitsevat 3 tuuman (n. 7,5 cm) • · I välein akselilla siten, että peräkkäiset siivet ovat 120° * *·* *; akselin kehän ympäri. Siipikuvio toistuu samanlaisena • I · !t ·' siipiakselin 18 tuuman pituudelta.

• · · • ft • f * t \‘*:30 240°:n siipirakenne vaatii tarkempaa selvitystä. Esimer- « ·· V ·* kiksi 240e:n neljännesnousu-siipiraekenteessa 18" kuljet- timessa on myös kuusi siipeä, jotka sijaitsevat kolmen :*·,· tuuman välein akselilla, mutta tällöin siipi on sijoitet- • t tu 240° akselin kehän ympäri. Kuvio toistuu 18" akselin t *. 35 pituudelta. Jos siipien reunoja pitkin kuvitellaan kier- * · t *·:·' teinen rata, huomataan, että akselilla olevat kuusi sii- t·· f r t t *···* peä muodostavat 18 tuuman välillä neljä toistuvaa kierre- kuviota: täten neljännesnousu-rakenne on varmistettu, i · * · 13 119108 mutta vain ensimmäinen, neljäs ja seitsemäs siipi on kello 12 (tai 0 asteen) kohdalla koko 18 tuumaisen akselin pituudelta.

5 Siipikuljettimissa on lukuisia ohjattavia muuttujia. Sii- pikulma on yksittäisen siiven kulma siiven pinnasta akseliin projisoidun viivan ja akselinsuuntaisen viivan välillä. Alan tuntevalle on selvää, että 45°:n siipikulmal-la saadaan suurimmat aksilaalivoimat (ts. akselinsuuntai-10 sesti) kuljetettavaan materiaaliin nähden. Kun tämä kulma pienenee kohti nollaa tai suurenee kohti 90 astetta, ak-siaalivoimat pienenevät. Kun siipikulma on 0 tai 90°, ei aksiaalivoimia saada lainkaan.

15 Siipirakenteisen kuljettimen käytön erityinen etu muihin rakenteisiin, kuten nauhasekoittimeen ja jatkuvaan ruuviin, jonka kierteessä on taivutettuja aukkoja, on, että siivet on mahdollista asettaa tiettyyn tarkoin määritettyyn kulmaan pyörintäakseliin nähden. Tämä tarkoittaa 20 sitä, että siivet voidaan kiinnittää akseliin tiettyihin haluttuihin kohtiin pyörintäakselia pitkin. Yllä määritelty siipikulma voidaan lisäksi asettaa siten, että siivet voidaan suunnata siirtämään reaktorin läpi kuljetettavaa massaa joko eteen- tai taaksepäin. Tästä on hyötyä , ,25 laitteen käytössä, koska siivet voidaan suunnata aina • « ; *j tarpeen mukaan antamaan tietynmääräinen reaktio reaktorin * « · tietyssä osassa tai joko kuljettaa taakse- tai eteenpäin : V prosessoitavaa materiaalia. Siipien lisäetu on, että yk- • * \*·ϊ sittäisiä siipiä on helppo säätää haluttaessa muuttaa * * *.*'! 30 käyttöolosuhteita erityyppisten puulajien tai eri proses- siolosuhteiden mukaan. Jatkuvan ruuvin tai vastaavan koh-dalla tällainen muutos vaatisi sen sijaan koko yksikön : vaihtamista.

♦ ·· • *·* V ** *· 35 Siipien koko ja muoto ovat myös muuttuvia tekijöitä. Con- *.i.: veyor Equipment Manufacturer's Association ("CEMA") on tiedotteessaan ANSI/CEMA 300-1981, otsikoitu "Screw Con-veyor Dimensional Standards", standardisoinut hai- • * • · 14 119108 kaisijaltaan erisuuruisten siipikuljettimien mitat etenkin tasaisten siipien osalta. Tästä tiedotteesta on saatavissa mitoitustietoja ja vaihtoehtoisia elementtirakenteita. Muunmuotoisia siipiä, kuten kuppimaisia, kaartuvia 5 tai kulmikkaita voidaan myös käyttää halutusta valkaisu- tuloksesta riippuen.

Lopuksi, siipikuljettimilla on myös tietty "kätisyys", joka yhdessä akselin pyörimissuunnan kanssa määrittää 10 kuljetettavan materiaalivirran aksiaalisen suunnan. "Va senkätinen" rakenne akselilla, joka pyörii myötäpäivään akselin päästä katsoen kuljettaa materiaalia katsojasta poispäin ja "oikeakätinen" rakenne, joka pyörii myötäpäivään, kuljettaa materiaalia katsojaa kohti* Jos akseli 15 pyörii vastapäivään, materiaali kulkee vastakkaiseen suuntaan: virtaussuunta muuttuu, kun pyörimissuunta muuttuu.

Koska tämän keksinnön laitteiston edullisessa toiminta- 20 muodossa käytetään astiaa, jonka täyttöaste on noin 10- 50% ja edullisesti noin 15-40%, kuva-analyysimenetelmillä on havaittu, että suurin osa tämän keksinnön reaktoriin viedyistä massakuiduista on suspendoitunut kaasuun. Tämä on aivan toisin kuin sellaisten kuitujen kohdalla, jotka ·. *25 kulkevat kuljetusputken pohjalla, kuten yleensä käytettä- · ! essä jatkuvia ruuvikuljettimia.

• · · » · ** * • · · \ ·] Tässä käytetyllä käsitteellä "täyttöaste" tarkoitetaan t * f *· “ massan tilavuusmäärää reaktorin avoimissa tiloissa. Esi- \*i30 merkiksi täyttöaste 25% merkitsee sitä, että 25% reakto- * · » V : rin avoimesta tilasta on täytetty massalla, laskettuna massan bulkkitiheyden pohjalta massan ollessa lepotilas-sa, reaktorissa olevan massamäärän ja reaktorin tilavuu-den mukaan. Tietylle kuljetinrakenteelle, massavirralle • *. 35 ja akselin kierrosluvulle saadaan tietty täyttöaste. Kun kierrosluku muuttuu massan virtausnopeuden pysyessä en- • *·;·* nallaan, täyttöaste muuttuu. Jos kierrosluku suurenee, :Y: täyttöaste vastaavasti pienenee. Tämän keksinnön yh- • « 15 119108 teydessä täyttöasteen tulee olla sellainen, että huomattava osa massasta voi dispergoitua. Tämä vaatii yleensä yli 10%:n täyttöasteen. Samasta syystä täyttöasteen tulee edullisesti olla alle noin 50%, jotta reaktoriin jäisi 5 riittävästi avointa tilaa massan dispergoitumiselle.

Edullinen täyttöastealue on 15-40%. Jopa 75%:n täyttöastetta voidaan käyttää, mutta kaasun ja massan välinen kosketus ei tällöin ole yhtä tehokasta.

10 Tämän keksinnön reaktorin rakenne on tehty sellaiseksi, että se minimoi kuitujen akselinsuuntaisen hajoamisen kuitujen liikkuessa eteenpäin. Tavanomaisesti alalla pyritään olla käyttämättä ruuvikuljetinta, jossa on CEMA-standardissa mainittuja kokoja pienempiä siipiä, jotka on 15 asennettu ei-päällekkäiseksi siipirakenteeksi. Alan aiem pien käsitysten mukaan reaktoriin muodostuisi suuria tyhjiä tai kuolleita alueita, joka johtaisi suureen massan kulkuajan jakautumaan ja sitä myötä epätasaiseen valkai-sutulokseen. Alan tavanomaisen käsityksen mukaan kuidun 20 suspendoiminen aiheuttaa sen, että osa kuidusta joutuu kuljettimen keskiakselille, eikä kulje tehokkaasti eteenpäin, aiheuttaen myös tällä tavoin kuidun akselinsuun-taista hajoamista. Tämän keksinnön edullisen siipiraken-teen käytöllä saadaan yllättäen hyvin vähän kuidun akse- ;25 linsuuntaista hajoamista. Edullinen siipirakenne suspen- * ♦ . doi kuidun antamalla sille riittävän suuren liikemäärän, • · e ί ·· että se kulkeutuu eteenpäin, ja axheuttaa samalla säteen- • · e \ ** suuntaisen liikkeen ja suspendoi kuidun kaasuun. Tämä • · « *· 1j sama ilmiö pakottaa myös kuolleissa kohdissa olevat kui- *. 1ϊ30 dut liikkumaan eteenpäin, ja lopputuloksena saadaan vain • ·· V 1 hyvin vähän kuitujen akselinsuuntaista hajoamista niiden liikkuessa eteenpäin. Tämä vähäinen hajoamisaste merkit-see pientä kuidun kulkuajan jakautumaa, minkä vuoksi val-·'**· kaisutulos on tasainen. Nämä edut mahdollistavat massa- *. 35 hiukkasten pääosin tasaisen delignifioinnin ja valkaisun ”** haluttuun ligniinipitoisuuteen, viskositeettiin ja vaa- e s *···’ leuteen.

• · III • · · • · < „ 119108 16

Edullinen kuljetin on sellainen, jonka sivet ovat 240°:ssa kierteisen neljännenousu-kuvion mukaisesti akselilla siten, että kukin siipi on 45°:n kulmassa akseliin nähden. 19 tuuman kuljetinreaktorissa, johon syötetään 5 suuursakeusmassaa, kuten yllä on kuvattu, massan kulkuai- ka on noin 60 sekuntia akselin kierrosluvun ollessa noin 75 RPM ja kaasun kulkuaika on noin 15 sekuntia.

Lukuisia erisuuruisia nousuja voidaan käyttää siipi, 10 leikatuilla ja taitetuilla kierteillä varustetuille ja muuntyyppisille kuljettimille. Neljännesnousu on todettu edulliseksi tämän keksinnön reaktorissa vaikka myös muunlaisia nousuja voidaan käyttää erityisiin käyttötarkoituksiin.

15 CEMA-standardissa määritetään tiettyjä siipikokoja tietyille halkaisijoille. Tässä keksinnössä näitä kokoja kutsutaan standardikooksi. Hyvän massa/kaasu-kosketuksen aikaansaamiseksi voidaan käyttää siipiä, joiden pinta-ala 20 on kaksinkertainen standardikokoon nähden. Tällaiset sii vet lisäävät kuitenkin myös kuljetusnopeutta huomattavasti. Sekoitustehon lisäämiseksi voidaan käyttää pieniä siipiä, joiden pinta-ala on vain puolet standardikoosta.

·, »25 Siipikulmaa voidaan myös haluttaessa muuttaa. Vaikka ·· . l 45°in kulmaa pidetään edullisena suurimman aksiaaliliik- » · » * ·· ,* keen vuoksx, voxdaan myös muita siipikulmia käyttää mas- I * « ·* san kulkuajan pidentämiseksi reaktorissa.

* · · • »· ψ e • ^ » '. ·:30 Siipien väli on tärkeä massan silloittumisen ehkäisemi- V * seksi sen edetessä reaktorissa, sillä silloittuminen vä hentää tasaisen valkaisutuloksen saavuttamista. Silloit-i*\: tuminen (ts. massan liikkuminen eteenpäin suurina kimp- ·*·*: puina tai möhkäleinä, jotka ovat silloittuneet peräkkäis- *. 35 ten siipien väliin) johtuu massaan kohdistuneista tiivis- • · e tävistä ja lujittavista voimista, jotka lisäävät massan • m *»;·* tiheyttä ja kiinnittymiskykyä.

• 9 • et • * 9 9 9 9 9 m 17 119108

Alan tunteva tietää, että tietylle kuljettimelle voidaan käyttöominaisuuksien pohjalta laskea arvio massaan kohdistuvista lujittavista voimista käyttämällä siipien kes-kipakoisliikkeen hitausvoimaa ja kuljettimessa olevan 5 massan painon mukaista staattista painetta. Lujituspai- neet halkaisijaltaan erisuuruisille standardi siipikul-jettimille täyttöasteen ollessa 25% ja eri kierrosluvuilla on esitetty kuviossa 1. Esim. siipireaktorissa, jonka halkaisija on 2' ja kierrosluku 60 RPM syntyy noin 35 10 psin suuruinen lujittava paine.

Tietylle valkaistavalle massalla voidaan mitata massan lujuus suhteessa lujittavaan paineeseen ja täten arvioida miten suuri siipien välin tulee olla, jotta silloittumis-15 ta ei syntyisi (ts. väli, jossa massa ei kykene kantamaan omaa painoaan vaan hajoaa pieniksi paloiksi). 42%:n sa-keiselle eteläiselle havupuumassalle on kuviossa 2 esitetty graafisesti lasketun kriittisen (minimi-) siipivä-lin ja lujittavan paineen välinen suhde. Tässä esimerkis-20 sä 53 psin lujituspaine vaatisi vähintään noin 6 tuuman (n. 15 cm) siipivälin.

Siipiväli on suora etäisyys peräkkäisten siipien reunojen kahden lähimmän pisteen välillä. 240°:n neljännesnousu-25 siipikuljettimen kohdalla kaksi lähintä pistettä ovat ‘•(j ensimmäisen siiven takareuna ja neljännen siiven etureu- • i .·, : na. Muissa rakenteissa, kuten 60°:n täysnousussa, kaksi lähintä pistettä ovat ensimmäisen siiven takareuna ja • · *. 1. toisen siiven etureuna. Mille tahansa siipirakenteelle * 1 1 I )30 tämän etäisyyden tulee olle suurempi kuin massan krutti- • » · nen silloittumismitta, jotta silloittuminen vältettäi- • · · Φ m · ·1 • srrn.

• 1

Otsonikaasu voidaan syöttää minkä tahansa reaktorinvaipan • · · 35 ulkoseinän kohdan kautta. Siivet voivat myös auttaa ot- *·. sonikaasun virtaamista säteensuntaisesti, parantaen täten Φ · · massansiirtoa.

• 1 • t • · 1 • · * · · φ « 1 • · φ 18 119108

Pienillä kierrosluvuilla siivet siirtävät massaa siten, että näyttää kuin se "pyörisi" tai "nousisi ja putoaisi" reaktorin läpi. Suuremmilla kierrosluvuilla massa hajoaa kaasuun siten, että massahiukkaset erottuvat ja jakautu-5 vat tasaisesti kaasuun, jolloin massan valkaisu on ta saista. Yllä kuvatulla edullisella siipikuljettimella saavutetaan siis nämä valkaisuprosessin tavoitteet, nimittäin: (1) suuria massamääriä voidaan kuljettaa reaktorin läpi 10 ilman että massa tiivistyy, silloittuu tai paakkuuntuu edetessään lähes ideaalivirtauksen mukaisesti, ja riittävän korkeilla täyttöasteilla, että saadaan hyvä massan ja kaasun välinen kosketus, (2) lähes kaikki massahiukkaset saadaan tasaisesti val- 15 kaistua sinä aikana, kun ne viipyvät reaktorissa, ja (3) suuri osa (yli 75% ja edullisesti yli 90%) otsonista kuluu sinä aikana, kun kaasu viipyy reaktorissa.

Eräs toinen tärkeä tekijä otsonivalkaisureaktoria suunni- 20 teltaessa on pyrkiä massahiukkasten tasaiseen valkaisuun kaasumaisella valkaisuaineella valvomalla massan kulku- ajan jakautumaa reaktorissa. Massan kulkuajan jakautuman reaktorissa tulee olla mahdollisimman pieni, ts. massan tulisi kulkea reaktorin läpi ideaalivirtauksen kaltaisel- 25 la tavalla. Jos osa massahiukkasista kulkee liian nopeas- ·. : ti reaktorin läpi, ne alivalkaistuvat, kun puolestaan • « 'I, ! liian hitaasti reaktorin läpikulkevat massahiukkaset yli- .1 valkaistuvat.

• · · • · • · • « • · 1 *· ”30 Kuten yllä on mainittu, siipikuljetin mahdollistaa massan ja kaasun tehokkaan kosketuksen ja sekoittumisen. Havait- • · · : tiin odottamatta, että näiden suhteellisen tehottomien kuljettimien kierrosluvun lisääminen salli hajotetun mas- san etenemisen reaktorin läpi ideaalivirtauksen kaltai- :1·1}35 sella tavalla. Hajotetun massan ideaalivirtauksenomainen *. liike antaa massalle halutun pienen kulkuajan jakautuman • · · **" reaktorissa.

• · · • · • · • e1 • · · · • · 1 • · * 19 119108

Massan kulkuajan määrittämiseksi tietylle kuljettimelle kehitettiin indikaattorimenetelmä, jossa käytetään li-tiumsuoloja. Koska litiumia ei yleensä ole läsnä tämän keksinnön reaktorissa otsonilla valkaistavassa massassa, 5 tämä menetelmä sisältää litiumsuolan, kuten litiumsulfaa- tin tai litiumkloridin lisäämisen merkkiaineeksi tiettynä ajankohtana reaktoriin syötettävään massan joukkoon, näytteen ottamisen poistuvasta massasta ennalta määrätyin aikavälein litisumsuolan lisäämisen jälkeen, kunkin näytit) teen litiummäärän mittaamisen ja litiumpitoisuuden graa fisen esityksen ajan funktiona.

Kuviossa 3 on esitetty kulkuaikajakautumat viidelle eri siipikuljettimelle sisähalkaisijaltaan 19,5 tuuman (n. 48 15 cm) reaktorivaipassa, jonka alkupäähän on lisätty pieni määrä litiumilla käsiteltyä massaa ja jonka loppupäästä on otettu näytteitä säännölisin välein. Kunkin kuljetin-rakenteen kohdalla reaktorin täyttöaste oli 20% ja massan syöttönopeus 20 tonnia päivässä. Käyristä näkyy, että 20 vähemmän tehokkaat kuljettimet, jotka vaativat suuremman kierrosluvun halutun täyttöasteen ylläpitämiseksi, antavat pienemmän massan kulkuaikajakautuman, joka lähentelee todellista ideaalivirtausta. Massan kulkuaikajakautuman ohjaaminen vaikuttaa massan valkaisun tasaisuuteen.

25 *. ; Eri siipirakenteista käytetään lyhenteitä: ensimmäinen i ! luku vastaa siipien kulmaväliä; tätä lukua seuraa kirjain .* F, H tai Q, jotka vastaavat täys-, puoli- tai neljännes- • · * ·, ‘I nousun mukaista siipirakennetta. Seuraavat kaksi kirjain- • * * *1 "30 ta kertovat siipikoon: SD - standardikoko (ts. CEMA-stan- * · · *· " dardi täysnousu-kuljettimille); LG - iso koko (2 x stan- ♦ « · V* dardi); SM - pieni koko (1/2 x standardi). Viimeinen luku vastaa kierroslukua, ja kaikkien siipikuljettimien siipi-kulma akseliin nähden on 45°, mikäli ei muuta ole mainit- * · ;*;*;35 tu. Esimerkiksi 240 Q-SM-90 RPM on 240°:n neljännes- nousuinen, pienillä siivillä varustettu kuljetin, joka pyörii kierrosluvulla 90 RPM. 240 Q-SM-90 RPM 25° on sa- • · ***** manrakenteinen, mutta siipikulma on 25° eikä 45°.

• * • · · t * * • * • · 20 119108

Ideaalivirtausreaktorissa kaikkien reaktorin läpi virtaa-vien aineiden kulkuaika on sama, ts. materiaalien kestää yhtä kauan kulkea reaktorin läpi. Todellisuudessa tätä ei kuitenkaan täysin saavuteta. Osa materiaalista pysyy pi-5 demmmän aikaa reaktorissa kuin muu materiaali ja ylival- kaistuu keskimääräiseen valkaisuasteeseen verrattuna, kun puolestaan materiaalit, joilla on pieni kulkuaika, ali-valkaistuvat keskimääräiseen valkaisutasoon verrattuna.

10 Hassan kulkuaikajakautuma ("RTD") voidaan mitata yllä kuvatulla litiumindikaattorimenetelmällä, jossa pieni massamäärä käsitellään litiumsuolalla, joka toimii merkkiaineena. Massa lisätään kerralla reaktoriin ajankohtana nolla (t = 0). Massan litiumpitoisuus mitataan reaktoris-15 ta poistuvasta massasta yksittäisten näytteiden avulla.

Jos litiumpitoisuus mitataan jatkuvasti, saadaan jatkuva RTD.

Seuraavat määritelmät ovat O. Levenspielin kirjasta "The 20 Chemical Reactor Omnibook", OSU Book Stores, Inc., tammi kuu 1989 (ISBN: 0-88246-164-8). Massan keskimääräinen kulkuaika on: f J CT dt 25 0 * 1 ^avg " • · 9 • a - · 00 .1.: f J cT dt e1·1· 0 • · .·. 30 • ·· ; jos merkkiaineen pitoisuus, CT, saadaan jatkuvalla taval- • 1· l..‘ la, mutta jos CT saadaan epäjatkuvassa muodossa, tavg voi- • · · * daan laskea seuraavan aproksimaation avulla: * » » « · · • · • · 1 • · · • · · * • · · • · · • · · • · · • · • ·

• M

• · · • · ·

» I I

• · 21 119108 n Σ* CTfi At± i=l 5 n Σ* CTji Ati i=l jossa n näytetty on käytetty kulkuaikajakautuman laskento taan. Kulkuaikajakautuman varianssi, σ2, on mitta jakau tuman leveydestä. Se lasketaan seuraavasti: f J CTt2 dt o 15 o2 - _ - (tavg)2 f CT dt 0 20 ja yksittäisille jakautumille seuraavasti: n Σ CT,iti2 Ati i™l σ2 = _ - (tavg)2 25 n Σ' CT/i Ati ‘*.i i=l • · · t · · • · · • · ·'·*· Täydellisessä ideaalivirtaustapauksessa varianssi on nol- • · ,*.fp0 la. Mitä suurempi varianssi, sitä suurempi massan kulku- • .·. · aikajakautuma, sitä enemmäm aksiaalista sekoittumista • · t .‘••I tapahtuu. Suurempi kulkuaika jakautuma antaa myös epäta- » · * saisemman valkaisutuloksen siten, että osa kuiduista val- , . kaistuu liikaa ja osa liian vähän. Tämä voi heikentää • » · *· *ΐ35 valkaistun massan laatua ja liikaa valkaisukemikaalia voi

• M

* * * · V * kulua. Varianssia voidaan siis pitää valkaisun tasaisuu- : den mittana, jolloin pientä lukua pidetään edullisena.

··· ··· • · • · • · ·

Valkaisun vertaamiseksi kokeiden kesken, joissa käytet- • · · • · * • · » • · 22 119108 tiin eripituisia keskimääräisiä kulkuaikoja, on varianssi normalisoitava. Dispersioindeksi ("DI") määritetään seuraavasti : * 00 5 / CTt2 dt 0 DI = 100 a2 = 100 x _ - 1

(tavg)2 V

1 CT dt 10 0 jatkuvasti mitatulle kulkuaikajakautumille, ja joka voidaan approksimoida seuraavasti: n 15 Σ C^ti2 Ati i=l DI = 100 o2 = 100 x _ - 1 (tavg)2 n Σ ^T.L^i At± 20 i=l

L

epäjatkuville jakautumille. Dispersioindeksi on verrannollinen varianssiin. Tätä normalisoitua varianssia, joka mittaa poikkeaman ideaalivirtaustapauksesta ja on näin 25 ollen akselinsuuntaisen dispersion mitta, käytetään val kaisun tasaisuuden indikaattorina. Ideaalivirtaustapauk-: sessa sen arvo on nolla. Suuri arvo viittaa epätasaiseen ,·, · valkaisuun.

• ti • ·

·· I

• « · • * 'β0 Esimerkkinä edellä kuvatusta kuviossa 4 esitetään kokeel- * · i *; lisesti määritettyjä massan kulkuaikajakautumia kahdelle • · · *· " eri siipirakenteelle: 60 asteen täysnousu limittäin ole- • ·· V * villa siivillä, ja 240 asteen neljännesnousu ei-limittäi- sillä siivillä. Kummassakin tapauksessa massan virtaus • · :,*·35 oli noin 20 tonnia päivässä. Siipiakselin kierrosluku oli :T: 25 ja vastaavasti 90 rpm. On erityisesti huomattava, että . *., vaikka keskimääräiset kulkuajat olivat jokseenkin yhtä t i » "I suuria (49 ja 45 sekuntia), jakautumat olivat hyvin eri- • · **;· suuruisia.

* « • · * • · • · • · 23 119108

Ensimmäisessä tapauksessa (60 asteen rakenne), noin 10%:11a massasta kulkuaika on alle 32 sekuntia, kun puo-lestaa 10%:11a massasta kulkuaika on yli 71 sekuntia. Toisessa tapauksessa (240 asteen rakenne), vastaavat lu-5 vut ovat 36 sekuntia ja 55 sekuntia. Suurempi alue voi daan todeta myös korkeampana dispersioindeksinä, 8,2 ja 2,6. Massa, jonka kulkuaika on lyhyin, alivalkaistuu, ja massa, jonka kulkuaika on pisin, ylivalkaistuu keskimääräiseen valkaisutasoon nähden. Tämä ilmiö on merkittäväm-10 pi tapauksessa, jonka dispersioindeksi on korkeampi.

Samanlainen vertailu voidaan myös tehdä umpikierteisille ruuvikuljettimille. Umpikierteiset ruuvit, vaikka antavatkin lähes ideaalivirtauksen alhaisilla DI-arvoilla, 15 eivät dispergoi massaa kaasuun. Pelkästään ideaalivir tauksen saavuttaminen ei riitä, mikäli massa ei samalla hajoa, sillä hajoamattoman massan ideaalivirtaus johtaa myös epätasaiseen valkaisutulokseen. Kuten yllä on mainittu, siipikuljettimessa massaa nostetaan ja pyöritetään 20 reaktorissa, jolloin valkaisuprosessista saadaan mahdol lisimman nopea ja tehokas, sillä otsonille altistuvien massakuitujen pinta-ala on suurempi.

On myös todettu, että leikatulla ja taitetulla ruuvikier- 25 rerakenteella saadaan samankaltaisia tuloksia kuin sii- * · /·! pikuljettimella. Tyypillinen, leikatulla ja taitetulla ·*·.: kierteellä varustettu ruuvirakenne on esitetty kuvion 17 • · '·*· kohdassa 52. Kierteen 56 avoimet osat 54 mahdollistavat • .'.'j kaasun kulkemisen niiden läpi, kun puolestaan taitetut • · ,·. ;30 osat 58 aikaansaavat sekä kaasun jakautumista säteensuun- • · · *.·* taisesti että massan nostelemista, heittelemistä, siirte- » · · r w • · · lemistä ja hajoamista kaasuun massan kulkiessa eteenpäin, ( , jolloin saadaan haluttu tasainen valkaisu. Kun siis tar- • · · *· *· koin räätälöidään reaktorin pituus, ruuvin nousu, ruuvin I·· * '.* *35 pyörimisnopeus ja rakenne, suhteellisen lyhyt kaasun ja ; ;*· massan kulkuaika, jolloin massa altistuu tasaisesti kaa- • · · .**·. sulle, saadaan tuloksena erittäin tasaisesti valkaistua i t r • · f ,*, massaa.

• · t • · « • · • · 24 119108 Tämän valkaisulaitteiston kokonaistehoa ohjataan varsinaisesti kehittämällä sisäinen siipirakenne, joka toimii tavanomaisen kuljetustavan vastaisesti. Kuten yllä on mainittu, tavanomainen kuljettimien siipirakenne on kehi-5 tetty erityisesti lisäämään kuljetuksen tehokkuutta, kun puolestaan tämän keksinnön rakenteella pyritään pääosin vähentämään kuljetustehokkuutta. Tällaisen kuljetustehok-kuuden vähentämisen myötä voidaan kuitenkin paremmin ohjata massan kulkuaikaa, kaasuun kosketuksessa olevan mas-10 san määrää sekä sopivaa kaasun ja massan sekoitusta var ten tarvittavaa energiamäärää. Pienempi kuljetustehokkuus mahdollistaa melko suurten kierroslukujen käytön, parantaen näin massan hajoamista ja sekoittumista kaasuun, koska saadaan suhteellisen pitkä massan kulkuaika reakto-15 rissa, jolloin massa on kosketuksessa otsoniin.

Eri siipirakenteiden vaikutusta täyttöasteeseen ja massan kulkuaikaan on esitetty kuvioissa 5 ja 6. Näissä kuljettamissa oli massan syöttönopeus 20 tonnia uunikuivaa mas-20 saa päivässä (ODTPD), siipikulma akseliin nähden 45°, ellei muuta ole mainittu, ja 6% otsoni/happi-seosta, 35 SCFM. Kaasun kulkuaika oli noin 60 sekuntia. Massan sa-keus oli noin 42%, joten otsonin määrä oli 1% uunikuivas-ta massasta. Saatujen arvojen mukaan täyttöasteet alueel-25 la 20-40% akselin kierrosluvun ollessa 40-90 RPM ja mas- ·.: san kulkuajan ollessa noin 40-90 sekuntia ovat edullisia, ·**.: kun käytetyn otsonin määrä on 1% uunikuivasta massasta.

• · ·*·*· Nämä käyrät osoittavat lisäksi, miten kierrosluvun muutos • ψ .*. : voi vaikuttaa täyttöasteeseen, massan kulkuaikaan ja ot- • · ,·. ;30 sonin konversioon. Tässä keksinnössä suositeltava kaasun • e* (·./ kulkuaika on ainakin 50% tai enemmän massan kulkuajasta, • s s • ja edullisesti vähintään 67%.

• t « · · " Kuvioissa 5 ja 6 prosentuaalinen otsonin konversio on V 35 esitetty numeerisin arvoin käyrien tietyissä pisteissä.

* X ·*· Nämä numeroarvot on myös esitetty esimerkin 10 luettelos- ·* ,"·. sa IX yhdessä siipirakenne- ja reaktorin suoritusarvojen kanssa. Näiden tietojen mukaan suuremmat täyttöasteet • · · • · · • · ··»·· • · 25 119108 saavutetaan pienentämällä kuljettimen nousua, käyttämällä pienempiä siipiä tai käyttämällä tasaisempaa siipikulmaa. Erityisen dramaattista kuljetustehokkuuden pienenemistä saavutetaan pelkästääm muuttamalla siipikulma 45°:sta 5 24°:seen. Tämän kompensoimiseksi on käytettävä paljon suurempia akselin kierroslukuja, jotta täyttöasteet pysyisivät ennallaan.

Kuljettimia, joissa on matala nousu ja pienet siivet, 10 käytetään suuremmilla kierrosluvuilla haluttaessa pitää täyttöaste halutulla 20-40%:n tasolla aiheuttamatta massan silloittumista tai paakkuuntumista. Myös otsonikaasun konversioasteeksi saadaan 90-99%, joten otsonin kulutus on tehokasta ja kaasun valmistuskustannuksen pienenevät. 15 Näiden tietojen pohjalta alan tunteva voi valita sekä optimaalisen siipirakenteen haluttujen kulkuaikojen ja täyttöasteiden saavuttamiseksi että säätää kierroslukua ja ohjata sen myötä täyttöastetta millä tahansa massan 20 syöttönopeudella. Esimerkiksi kun kierroslukua pienenne tään massan syöttönopeuden pysyessä vakiona, kulkuaika pitenee ja täyttöaste kasvaa. Tämä rakenne sallii siis käyttäjien säätää kuljettimen toimintaa massan syöttöomi-naisuuksissa, tuotannossa tai muussa käyttöolosuhteessa 25 tapahtuvan muutoksen mukaan.

* · • · ; *; Vaikka tämän keksinnön reaktoria voidaan käyttää erilais- • · * *· ten massojen valkaisuun, suositeltavia havu- tai lehti-

Il I

: ·* puumassan alustavia ominaisuuksia massan tullessa reakto- » i *.**i30 riin ovat kappaluku noin 10 tai alle, viskositeetti yli • » *·,**: noin 13 cps ja sakeus yli 25% mutta alle 60%. Ennen syöt- !'! : tämistä reaktoriin massahiukkaset voidaan käsitellä hape tuksella ja/tai lisäämällä metallinkelatointiaineita, .*. : massan otsonikulutuksen tehokkuuden lisäämiseksi. Edellä » · · t · ,·;·β5 kuvatunlaisen massan valkaisun jälkeen otsonireaktorista tl· lähtevän massan GE-vaaleus on vähintään noin 45% ja ylee- *·!·* nä noin 45-70%, havupuiden kohdalla tavallisesti yli 45% • * · ja lehtipuiden kohdalla tavallisesti yli 55%. Massan vis- • · * · * * · * • * »

• I

26 119108 kositeetti (sekä lehti- että havupuut) on yleensä yli noin 10 ja kappaluku on 5 tai vähemmän, ja yleensä noin 3-4.

5 Tämän keksinnön mukainen laitteisto on esitetty kaa- viomaisesti kuviossa 7. Ennen laitteistoon syöttämistä massa ohjataan sekoitusosaan, jossa se käsitellään hapolla ja kelatointiaineella. Hapotettu, kelatoitu alhaissa-keinen massa syötetään sakeuttimeen ylimääräisen nesteen 10 poistamiseksi massasta esimerkiksi kaksoistelapuristimen avulla, jolloin massan sakeus saadaan halutulle tasolle. Ainakin osa tästä ylimääräisestä nesteestä voidaan kierrättää takaisin sekoitusosaan.

15 Saatu suursakeusmassa johdetaan tämän jälkeen syöttöruu- viin, joka toimii otsonikaasun kaasusulkuna reaktorin toisessa pässä, ja sen jälkeen jauhimen, esim. repijän kautta, jossa massa jauhetaan riittävän pieniksi, edullisesti kooltaan noin 10 mm tai pienemmiksi massakuitukim-20 puiksi. Jauhetut massahiukkaset syötetään seuraavaksi dynaamiseen otsonireaktiokammioon, joka käsittää kuljettimen ja on erityisesti suunniteltu massahiukkasten sekoittamiseen ja kuljettamiseen siten, että hiukkasten koko pinta-ala on alttiina otsonikaasulle massan edetessä 25 kuljettimessa. Otsonivalkaisun jälkeen massakuitukimput putoavat reaktorista laimennussäiliöön.

«· t ♦ 1 1 » · · * · J·.·. Kuten kuviossa 7 on esitetty, suursakeusmassa 10 syöte- * · : tään jauhimeen, kuten repijään 12, joka on asennettu ot- ,·, ;30 sonireaktorin 14 toiseen päähään. Repijä 12 jauhaa si- • «i '...1 sääntulevan suursakeusmassan kuituhiukkasiksi 16, jotka f · · * putoavat reaktiokammioon. Otsonikaasu 18 syötetään reaktoriin 14 siten, että se virtaa vastavirtaan massaan näh- i « ' • · · *· ” den. Otsoni valkaisee massahiukkasia 16 reaktorissa 14

IM

V :35 tyypillisellä tavalla poistaen suuren osa, mutta ei koko v . .1. ligniiniä massasta. Massakuituhiukkaset 16 ovat läheises-

Mt .1··, sä kosketuksessa ja sekoittuvat otsoniin siipikuljetti- messa 20, joka edullisessa suoritusmuodossa koostuu lu- • · · • · · • · · 27 119108 kuisasta siivestä 22, jotka on asennettu askelille 24, jota pyörittää moottori 26.

Kuljetin 20 kuljettaa massakuituhiukkasia 16 pyöritellen 5 ja siirrellen niitä säteensuuntaisesti. Siivet 22 saavat myös otsonikaasun virtaamaan ja ympäröimään massakuitu-hiukkaset siten, että hiukkasten kaikki pinnat altistuvat otsonille ja saadaan lähes täydellinen otsonin imeytyminen. Siipikuljetin kuljettaa massakuituhiukkasia ideaali-10 virtauksenomaisesti ja valvotulla massan kulkuajalla.

Otsonikaasun kulkuaika on myös valvottu. Näiden ominaisuuksien ansiosta massakuituhiukkaset voidaan delignifi-oida ja valkaista otsonilla hyvin tasaisesti.

15 Vastavirtatyyppisessä prosessissa on kiinnitetty myös erityistä huomiota massakuidun sisääntulo-/kaasun poisto-osaan kaasu- ja kuituvirran erottamiseksi toisistaan. Erityisesti kaasun virtausnopeus kaasun ja massan erotus-vyöhykkeessä pidetään sen kriittisen nopeuden alapuolel-20 la, jossa poistuva kaasuvirta veisi massan mukanaan.

Kuvio 8 on suurennettu päälikuva kuvion 7 reaktorista 14. Kuvioissa 9A ja 9B on esitetty siipikuljettimen 20 reaktorin sisällä olevat kuljetinosat. Repijästä massa syöte-25 tään reaktoriin 14 tuloaukon 34 kautta ja putoaa ylemmän ('.j vaipan 38 siipikuljettimen osaan 20A. Kuljetinosan 20a siipirakenne on oikeakätinen, kuten seuraavassa kuvataan.

* e •V; Massan tuloaukkoon 34 sisältyy kaasumaisen valkaisuaineen t t : poistoaukko 82, jonka kautta otsoni/happi-seos poistuu, <·, »30 kun se on ollut kosketuksessa massaan. Massa kulkee nuo- • »e

Ien A suuntaisesti, kunnes se saavuttaan ylemmän vaipan s e e * 38 pään, jolloin se putoaa putkea pitkin, tässä tapauksessa ränniä 40 pitkin alemman vaipan 44 kuljetinosaan e # · 20B. Kuljetinosan 20B siipirakenne on vasenkätinen, joten V :35 massa kulkee nuolen B suuntaisesti. Alemman vaipan 44 ; ·'; päässä massa poistuu poistoaukon 46 kautta massanlaimen- * ·· .***. nussäiliöön, kuten kuviossa 7 on esitetty. Säiliön 30 ··· yläosaan saadaan pieniä otsonijäännöksiä sisältävää suur- « t t • es • 1 e 28 119108 sakeusmassaa. Jäljelle jäänyt otsoni voi edelleen reagoida massan kanssa, kunnes se saavuttaa säiliön alaosan, jossa laimennusvettä 32, joka toimii reaktorin loppupään otsonikaasusulkuna, lisätään massaan sakeuden laskemisek-5 si alhaiselle tasolle, mikä mahdollistaa valkaistun mas san 34 kuljettamisen seuraaviin prosessivaiheisiin. Sii-pikuljetinosia 20A ja 20B käyttää moottori 48, joka pyörittää kuljetinosan 20B akselia, joka puolestaan kytkimen avulla siirtää pyörintävoiman kuljetusosan 20A akselille1 10 Kutakin akselia varten voidaan vaihtoehtoisesti käyttää erillisiä moottoreita.

Ylemmän vaipan 38 kuljetinosassa 20A (kuvio 9A) on kolme erillistä vyöhykettä: (A) ensimmäinen massansyöttövyöhyke 15 massan tuloaukon 34 alapuolella, (B) toinen vyöhyke, joka toimii kaasumaisen valkaisuaineen reaktiovyöhykkeenä ja (C) kolinan massahiukkasten poistumisvyöhyke, joka koostuu pelkästä akselista ilman siipiä ja sijaitsee rännin 40 yläpuolella. Tietyissä sovelluksissa vyöhykkeen A ja B 20 siipirakenteet voivat olla samanlaisia.

Kun massa tulee ylempään vaippaan 38 sillä on alhaisin bulkkitiheys repijän 12 jälkeen. Alustavaa tiivistymistä tapahtuu, kun tämä vähätiheinen massa saavuttaa syöttö-25 vyöhykkeen siivet 22A. Akselin ensimmäisessä vyöhykkeessä on sen vuoksi siipirakenne, joka antaa suuremman kul-kunopeuden kuin toisessa vyöhykkeessä, jotta saataisiin • · .·, : haluttu massan täyttöaste. Massan kulkunopeus on noin • · 1 •’.•I kaksinkertainen kaasumaisen valkaisuaineen reaktiovyöhyk- • · *. ‘.30 keeseen (B) verrattuna. Tämän vuoksi vyöhykkeessä (A) on *; ‘1 120°:n puolinousu standardikokoiset siivet 22A 45°:n kul- * · · **'" massa akseliin nähden, kun puolestaan vyöhykkeessä (B) on • 1 1 *·1 1 240° neljännesnousu pienikokoiset (ts. puolet) siivet

22B, myös 45°:n kulmassa akseliin nähden. Osien A ja B

• · *,1••35 siivet on kiinnitetty kuljettimen 20A akseliin "oikeakä- : : : tisesti" massan kuljettamiseksi massahiukkasten poisto- . 1·. vyöhykettä C kohti myötäpäivään pyörien (vasemmalta kat- • · · *.1.! soen kuviossa 8).

• · • · 1 • · · • · 1 • · 1 • · 29 119108

Pudottuaan ränniä 40 pitkin alempaan vaippaan 44 massa kulkee kuljetinosassa 2OB vastakkaiseen suuntaan kulje-tinosaan 20A verrattuna. Tämän liikkeen saa aikaan kulje-tinosan 20B siivet 22C, jotka on asennettu "vasenkätisik-5 si", kuljetinosan 20A "oikeakätisten" siipirakenteiden 22A ja 22B vastaisesti. Kuljetinosan 2OB siivet 22C pyörivät myös myötäpäivään (vasemmalta katsoen) samankaltaiseen tapaan kuin ylemmän vaipan 38 siivet. Kuljetinosassa 2OB massa saapuu ensin kaasumaisen valkaisuaineen reak-10 tiovyöhykkeeseen D, jossa siivet 22C kuljettavat sitä.

Siivet 22C ovat 240°:n neljännesnousu pienikokoisia (ts. puolikkaita) siipiä, jotka ovat 45°:n kulmassa akseliin nähden. Tämä rakenne, kuten yllä on mainittu, mahdollistaa massan ja otsonia sisältävän valkaisuaineen välisen 15 reaktion. Kuljetinosan 20B vyöhykeessä E, joka sijaitsee poistoaukon 46 yläpuolella, ei ole siipiä akselin tietyllä osuudella, jotta massa pääsisi poistumaan reaktorista, poistoaukon 46 kautta alapuolella olevaan laimennussäi-liöön.

20

Kuten yllä on mainittu, käyttää moottori 48 ja kytkin 50 synkronisesti kumpaakin akselia samanaikaisesti.

Kuviossa 10 on esitetty ylemmän vaipan 38 ja vastaavasti 25 alemman vaipan kaasumaisen valkaisuaineen reaktiovyöhyk- keissä (ts. vyöhykkeissä B ja D) käytetty siipirakenne. Kuten yllä on kuvattu siivissä 22B ja 22C on 240°:n nousu • · \*·: ja ne ovat 45°:n kulmassa akseliin nähden.

• * · • · ♦ • · • · :'\:30 Kuvioissa 11 ja 12 on esitetty kaikkien siipien 22 kiin- nitystapa akseliin 24. Siipi 22 hitsataan tai kiinnite- • · tään muulla sopivalla tavalla mutteriin 23. Tämä yhdis- * telmä kiinnitetään akselille 24 kierteitetyn tangon 25 ,·' . avulla, joka kulkee mutterien 23a ja mutterin 23 läpi

• M

!,.*35 siiven 22 kiinnittämiseksi tukevasti akselille 24 halut- * * * *. tuun kulmaan. Kuvioissa 11-12 esitetyt siivet 22 on si- joitettu edullisimpaan, 45°:n kulmaan akselin pituusuun-taan nähden. Siivet 22 voidaan sijoittaa mihin tahansa • · • · · • · * • · • · 30 119108 haluttuun kulmaan löysäämällä mutterit 23a, kiertämällä siipeä 22 ja kiristämällä mutterit 23a uudelleen. Näin kuljetinsiipiä voidaan muuttaa sovelluksen mukaan. Tämän kiinnitystavan sijaan siivet voidaan hitsata suoraan ak-5 selille, jolloin saadaan pysyvä kuljetinrakenne.

Siipien pinnan tulee olla riittävän leveä ja pitkä, että se pystyy nostamaan ja hajottamaan massaa reaktorin koko leveydeltä. Pinnan rakenne ja suunta suunnitellaan myös 10 sellaiseksi, että se edistää massahiukkasten akselinsuun- taista kulkua.

Vaikka siipikuljetintä pidetään edullisena, myös muita kuljetinrakenteita voidaan käyttää. Käyttökelpoinen reak-15 tori voidaan valmistaa ruuvikuljettimesta, jossa on ns.

leikattu ja taivutettu kierre, kuten kuviossa 17 on esitetty. Lukuisia kiilamaisia kierteitä 60 (esitetty läpileikkauksena kuviossa 20) tai kulmikkaita nostoelementte-jä 62 (esitetty sekä sivukuvana että läpileikkauksena 20 kuviossa 19) voidaan myös käyttää massan suspendoimiseksi kaasumaiseen valkaisuaineeseen. Kaistalesekoittimia 64 voidaan myös käyttää (kuvio 18). Kalteva reaktori, jossa on täysin sileä kaistalekierre, ts. sellainen, jossa on ääretön nousu, jossa on kulmia tasaisten siipien sijaan, 25 kuljettaa kuituhiukkasia samankaltaisen nostavan ja las kevan liikkeen mukaan halutun kaasu/massa-kosketuksen ja -reaktion aikaansaamiseksi. Kaltevalla kaistalerakenteel- • · la saavutetaan hajotetun massan ideaalivirtauksenomainen • · ·*·*· kulku ja erittäin vähän taaksekulkua, mutta tämän raken- · .*.'|30 teen muuttaminen ei ole yhtä helppoa kuin siipikul jetti- • ♦ .·. : men osalta. Siivistä ja leikatuista ja taivutetuista • ·· kierteistä koostuvaa yhdistelmää voidaan haluttaessa • · · käyttää edellä mainitun mukaisesti. Tyypilliset ei-modi- , . fioidut umpiruuvikuljettimet eivät ole käyttökelpoisia, • · · ** *·35 sillä ne yleensä "työntävät" massan kuljettimen läpi ei- * * * *·* * vätkä nostele ja siirtele sitä kuten siipikul jetin. Ta- * ; vanomaisilla ruuvikul jettimilla ei siis saada riittävän • · · .*·*. hyvää massan ja otsonin sekoittumista ja kosketusta, jot- ·· * · • · · # * · • « ♦ • ♦ 31 119108 ta massan valkaisutulos olisi tasainen, mikäli niitä ei käytetä erittäin alhaisilla täyttöasteilla (<10%) ja suhteellisen pitkällä kulkuajalla.

5 Kuten edellä olevasta erittelystä ilmenee, otsonia pide tään edullisena kaasumaisena valkaisuaineena. Tämän reaktorin toimintaperiaatteita voidaan kuitenkin soveltaa myös massan valkaisuun muunlaisilla kaasumaisilla valkaisuaineilla, kuten kloorilla, klooridioksidilla jne.

10 Vaikka klooria sisältäviä valkaisuaineita ei pidetä edul lisina niiden muodostamien, suhteellisen suuria määriä kloridia sisältävien jätevesien sekä tällaisten jätevesien kloorattujen orgaanisten aineiden mahdollisesti haitallisten ympäristövaikutusten vuoksi, ne soveltuvat hy-15 vin käytettäväksi valkaisuaineina tämän keksinnön reakto rissa. Ympäristöhaittojen välttämiseksi otsoni on edullisin kaasumainen valkaisuaine.

Otsonireaktoria on kuvattu vaakasuorassa olevana, pit-20 känomaisena vaippana kuviossa 7. Vaippa voi kuitenkin haluttaessa olla hieman kalteva vaakatasoon nähden, jos massahiukkasten kulkua halutaan edistää painovoiman avulla. Tyypillinen "kuljetuskulma" on 25°.

25 Kuviossa 7 esitetyssä reaktorissa massa käsitellään ot sonilla vastavirtaan kulkevan otsonikaasuseoksen avulla.

\j Massan ligniinipitoisuus on suurin, kun massa syötetään • · : reaktoriin ja tulee kosketukseen poistuvan, lähes loppuun ·· käytetyn otsoniseoksen kanssa, jonka vuoksi saadaan opti- • · *. *.30 maalinen tilaisuus lähes koko otsonin kulutukselle. Tämä • * · * * on tehokas tapa otsonin poistamiseksi otsoni/happi- tai ♦ · · *· '· otsoni/ilma-seoksesta. Vähiten valkaistu massa voidaan »·» • · · *·* * kuitenkin myös vaihtoehtoisesti saattaa kosketukseen juu ri reaktoriin syötetyn otsonikaasun kanssa, joka sisältää • · *.*••35 maksimimäärän otsonia syöttämällä otsonia sisältävä kaasu :T: massavirran suuntaisesti.

a • a · Φ • · a

Kun otsoni 18 saatetaan kosketukseen massan kanssa vasta- • a • · ··· • · • · · • · * • · 32 119108 virtamenetelmällä, voidaan jäljelle jäänyt otsonikaasu 28 talteenottaa, kuten kuviossa 7 on esitetty. Poistoaukon 82 kautta (kuvio 8) otettu jäljellä olevan otsonikaasu johdetaan kantokaasun esikäsittelyvaiheeseen 36, jossa 5 kantokaasuna 37 toimiva happi (tai ilma) lisätään. Tämä seos 40 johdetaan otsoninvalmistusyksikköön (42), jossa sopiva määrä otsonia valmistetaan halutun pitoisuuden aikaansaamiseksi. Sopiva otsoni/kaasuseos 18, joka yllä mainitun mukaisesti edullisesti sisältää noin 6 paino-% 10 otsonia, johdetaan otsonireaktoriin 14 delignifioimaan ja valkaisemaan massaa.

Otsonilla valkaistu massa sisältää vähemmän ligniiniä, minkä vuoksi sen kappaluku on matalampi ja viskositeetti 15 sopiva. Todelliset kappaluvun ja viskositeetin arvot riippuvat prosessista, jolla massa on valmistettu. Saatu massa on myös selvästi vaalemapaa kuin lähtöaineena ollut massa. Esimerkiksi eteläisen havupuumassan GE-vaaleus olisi noin 45-70%.

20

Esimerkkejä

Keksinnön luonnetta kuvataan tarkemmin seuraavien esimerkkien avulla, joiden tarkoitus on vain kuvata keksintöä, ei rajoittaa keksintöä millään tavoin. Mikäli muuta 25 ei ole mainittu, ovat kaikki kemialliset prosenttiluvut painoprosenttiarvoja uunikuivasta kuitupainosta (OD) las- * · - ' kettuna. Alan tunteva tietää myös, ettei tavoitevaaleuk- • 1 V·: siä ole välttämätöntä saavuttaa täsmällisesti, sillä GE- • f 1 | vaaleusarvot plus tai miinus 2% tavoitearvosta ovat hy- ;1\:30 väksyttäviä. Näissä esimerkeissä käytetty massa on revit- ·1·,{ tyä happivalkaistua massaa, jonka kappaluku on noin 10 • · tai vähemmän, viskositeetti yli 13 cps, sakeus noin 42% ja alkuvaaleus yleensä noin 38-42% GEB. Tämä massa hapo- ; tetaan pH-arvoon noin 2 ennen sen syöttöä tämän keksinnön • · 1 .1..‘35 reaktoriin.

f » f • 1 # » 0

Seuraavissa esimerkeissä 1-10 ja 13 käytettin reaktoria, jonka sisähalkaisija oli 19,5 tuumaa (noin 48 cm), pituus # 1 • · · t i » • · 33 119108 20 jalkaa (noin 6 m) ja jossa oli aiemmin määriteltyjä kuljetusjaksoja. Tämän reaktorin täynousu on 19 tuumaa (noin 47 cm) ja syottönopeus, ellei muuta mainita, oli yleensä noin 20 tonnia per päivä 42%:n sakeista, osittain 5 valkaistua havupuumassaa. Vastavirtaista otsonikaasuvirta käytettiin, ellei muuta mainita. Esimerkkien 11 ja 12 tulokset saatiin 17 tuuman (noin 42 cm) kuljettimella.

Esimerkki 1 10 Leikatulla ja taitetulla kierteellä varustettua ruuvikul- jetinreaktoria ja tämän keksinnön siipityyppistä kulje-tinreaktoria, joissa käytettiin samankaltaista massan syöttönopeutta, pyörimisnopeutta ja kaasun kulkuaikaa, verrattiin keskenään. Kuten taulukossa 1 esitetyt tulok-15 set osoittavat, saatiin siipirakenteisella kuljettimella noin 18% suurempi otsonin konversio kuin tavanomaisella leikatulla ja taitetulla ruuvikuljetinreaktorilla. Siipi-reaktorilla saatiin myös parempi (ts. matalampi) disper-sioindeksi, mikä osoittaa sen, että massan kulku oli lä-20 hellä ideaalivirtausta.

Taulukko 1

Kuljatin- Syöttö- Kuljettimen Oteoni- Kulkueilta Töyttö- Oteoni- GE- Dl 25 tyyppi nopeus kierrosluku mKKrk Kaasu Massa aste konversio vaaleus, (ODTPD) (RPM) massaan (s) (s) (t) (%) muutos _ill_ill_

Ruuvi 11 20 1,0 25 115 27 72 10 S,9 ’ I Siipi 11 30 0,9 33 169 40 90 12 1,9 : '30 * * # *« .* Esimerkki 2

I I I

*. Tavanomaista ruuvityyppistä kuljetinreaktoria ja siipi- • * * '· *j kul jetinreaktoria, jonka siipikul jettimen rakenne oli • v · *· " erityisesti suunniteltu matalampaa kuljetusnopeutta var- V :35 ten kuin ruuvikuljettimen, verrattiin keskenään. Raken teensa vuoksi siipikuljetintä pystyttiin käyttämään huo-!/.i mattavasti suuremmalla pyörimisnopeudella ja silti yllä- pitää sama täyttöaste kuin ruuvikuljettimessa. Taulukossa 2 esitettyjen tulosten mukaan siipikuljettimen huomatta-40 vasti suuremman pyörimisnopeuden ansiosta siipikuljetti- • t messa saatiin 24%:n kasvu otsonin konversiossa. Taulukko t · t · · • · t • s • • t 119108 34 2 osoittaa myös, miten siipirakenne voidaan erityisesti suunnitella erinomaisen kaasu-kuitu kontaktin saavuttamiseksi tavanomaiseen kuljetusrakenteeseen verrattuna.

5 Taulukko 2

Kuljetin- Syöttö- Kuljettimen Kaasun Otsoni- Kulkusilta Täyttö- Otsoni- GE-tyyppi nopeus kierrosluku virtaus-määrä Kaasu Massa aste konversio vaaleus, (ODTPD) (RPM) nopeus massaan (s) (s) (4) (t) muutos 10 _Hl_Lii_

Ruuvi 12 21 34 1,0 46 71 18 73 13

Siipi 18 »0 35 0,9 46 45 18 97 15 15 Esimerkki 3

Siipikuljettimen siipien rakennetta muutettiin, jotta voitaisiin käyttää suurempia kierroslukuja pitämällä täyttöaste vakiona 20% syöttönopeuden ollessa noin 18-20 tonnia uunikuivaa massaa päivässä, jolloin massan kulku-20 aika pysyy vakiona. Rakenteen muuttaminen lisäsi merkit tävästi otsonin konversiota, kuten taulukosta 3 ilmenee. Kuten tämä esimerkki osoittaa, tavanomaisen täysnousu siipirakenteen muuttaminen tämän keksinnön mukaan parantaa dramaattisesti kaasun ja kuitumateriaalin välistä 25 kosketusta sallien sopivan täyttöasteen käytön suuremmil la kierrosluvuilla.

Taulukko 3 • 1 :‘1.lB0 _ Sllpltwppi_ Syöttö- Silvan Täyttö- Massan Otsonin GE-vaaleue, ... Siipi- Nousu Siipi- Siipi- nopeus kierros- aste kulku- konversio muutos • 1_· väli koko kulma (ODTPD) luku (I) aika 35scfm (t) I·.'; iiStej_(aste)_(RPM)_(sj_UQ_ *, 1; 60 Täysi Stand. 45 20 25 21 49 71 12 β5 120 Puoli Stand. 45 20 50 19 44 92 15 *> “ 240 Neljänn. Pieni 45 18 90 18 45 97 15 • ·· • · · • · 9

Esimerkki 4 .1. : Massan kulkuajan jakautumaa pidetään valkaisun tasaisuut- • · .•:\40 ta ilmaisevana tekijänä. Tämän keksinnön eräässä suori- φ 1 « tusmuodossa siipirakennetta muutettiin niin, että saatiin • · · parempi reaktori, jonka massan kulkuajan jakautuma oli • · · pienempi. Taulukossa 4 esitetyt tulokset osoittavat, että • · • · 1 ψ 1 1 m » • · 35 119108 muutetulla siipirakenteella aikaansaadaan parempi sekoittuminen suuremmilla kierrosluvuilla täyttöasteen ollessa vakio ja huomattavasti parempi dispersioindeksi (DI). DI-arvo nolla vastaa täydellistä, dispergoimatonta ideaali-5 virtausta, kun puolestaan korkeammat indeksiarvot il maisevat, että massa virtaa vähemmän ideaalivirtauk-senomaisesti.

Taulukko 4 10 __Biipityyppi Syöttö- Siiven Täyttö- Masaan Diepersio-

Siipi- Nousu Siipi- siipi- nopeus kierros- aste kulku- indeksi väli koko kulma (ODTPD) luku (t) aika (DI) (aste> (aste)_(KPM) () (») 15 60 Täysi stand. 45 20 25 21 49 8,2 120 Puoli Stand. 45 20 50 19 44 4,8 240 Neljänn. Pieni 45 18 90 18 45 2,6

Esimerkki 5 20 Edullinen siipirakenne 240-asteinen, neljännesnousuraken- ne, jonka siipikoko on puolet CEMA-standardista, asennettu 45 asteen kuljetuskulmaan. Tällä rakenteella saadaan hyvä otsonikonversiotehokkuus, kuten esimerkissä 2 kuvatulla siipikuljettimella. Tällä rakenteella saadaan yl-25 lättäen lisää hyötyä siten, että saadaan vakio kulkuaika- jakautuma laajalla toiminta-alueella ja monella kuidun kulkuajalla, minkä ansiosta saadaan tasainen valkaisutu-los. Tätä kuvataan kuviossa 13 esitetyillä litiumindi- • · . " kaattoriarvoilla.

V1i30 • V Esimerkki 6

Vastavirtaan ja myötävirtaan kulkevan kaasuvirran vertai-lussa saatiin hyvät tulokset kummankin virtaussuunnan • · osalta. Tehokkuus parani käytettäessä vastavirtaan kulke-35 vaa kaasuvirtaa, kuten taulukossa 5 on esitetty.

• · · • · · • 1 • 1 1 • 1 1 • · · « · 1 • · » * · 1 • 1 · • 1 • · • · · • · • 1 1 * · · * · • · 36 119108

Taulukko 5

Kaasu- Syöttö- Silvan Kaasun Otsonia Otsonin GE-vaaleuden virta nopeus kierros- virtaus- massaan konversio muutos 5 (ODTPD) luku nopeus (t) (%) (t) _(RPM) ISCPMi_

Vastavirta 20 50 35 0,9 92 15

Myötävirta 20 50 35 0,9 87 14 10 Esimerkki 7

Kaasun kulkuaikaa reaktorissa säädettiin siten, että se oli samalla tasolla kuin massan kulkuaika. Taulukossa 6 esitetyt tulokset osoittavat, että saavutetaan lähes täydellinen otsonin konversio ja erinomainen vaaleuden pa-15 raneminen.

Taulukko 6

Syöttö- Siiven Kessun otsonia Kulkuaika Otsonin GE-vaaleuden 20 nopeus kierros- virtaus- massaan Kaasu Massa konversio muutos (ODTPD) luku nopeus (t) (9) (t) _(RPM)_(SCFU)_ 20 40 35 0,9 42 57 95 15 19 40 50 1,1 29 57 80 14 25 20 40 95 1,3 15 57 74 16

Esimerkki 8

Muuttamalla minkä tahansa siipirakenteen kierroslukua massan kulkuaikaa voidaan ohjata niin, että saadaan ha-30 luttu otsonikonversio, kuten taulukosta 7 ilmenee. Taulu- kossa esitetyt arvot koskevat 240° Q-STD 45° kuljetinta.

• * * · * • · · ;*·.*! Taulukko 7 • · • · • · * · · ’· ‘35 Syöttö- Siiven Kaasun Täyttö- Massan Otsonin GE-vaaleuden • · • · · nopeus kierros- virtaus- aste kulkuaika konversio muutos *>t* (ODTPD) luku nopeus (t) (s) (t) (t) : i i _<rpm)_<scfm)_ 20 90 36 14 32 86 11 40 19 60 34 18 43 93 11 * · * * * • * · • ·

Esimerkki 9 • * *

Seuraavilla testeillä haluttiin osoittaa siipirakenteen * * · muutoksen vaikutuksia vakiolla massasyötöllä ja samalla • · · :...45 kierrosluvulla.

• · • * · * · · • * • ·

Taulukko 8 37 119108

Silpltwppi Syöttö- Siiven Täyttö- Maisan Otsonin GB-vaaleuden

Siipi- Housu Siipi- Siipi- nopeus kierros- aste kulku- konversio muutos 5 väli koko kulma (ODTPD) luku (!) aika (8) (%) tsstei_(aste>_(RPM>_[sj_ 240 Heljänn. Stand. 4S 1» 60 18 43 $3 11 240 Neljänn. Pieni 45 18 60 34 85 99 15 10 Taulukossa annetut arvot osoittavat, että vaihto pienem piin siipiin vähentää huomattavasti kuljetustehokkuutta nostaen samalla täyttöastetta ja pidentäen massan kulku-aikaa reaktorissa. Näiden muutosten myötä saadaan parempi valkaisutulos otsonikonversion ja vaaleuden muutoksen 15 perusteella mitattuna.

Muita variaatioita esitetään esimerkissä 10. Näistä tiedoista alan tunteva henkilö näkee parhaiten, miten tietynlaisen siipikuljetinreaktorin tulee toimia ja miten se 20 tulee suunnitella, jotta tietylle massalle saataisiin haluttu valkaisuaste.

Esimerkki 10

Seuraavaan taulukkoon 9 on koottu kuvioiden 5 ja 6 to-25 teuttamiseen käytetyt siipirakenne- ja käyttötiedot. Mas san syöttö oli 20 tonnia/päivä ja reaktorin vaipan sisä-halkaisija oli 19,5 tuumaa (noin 48 cm), täyttöastetavoi- ·, ; te oli noin 20% taulukon 9 viiden ensimmäisen rivin osal- • » I' | ta. Valkaisuaineena käytettiin 6 paino-% otsonia, vir- ,1 ,30 tausnopeus 35 SCFM, mikä määrää vastaa 1% otsonia uuni- * * * * * kuivaan massaan.

• · • · ♦ • · · • * • · • · · • · · * · * · » • · · • 8 | • * * · Φ • · · « · • « · « · · • * * φ * * • · · • · · ··· « · • · • · · • t • · · • · « * · 6118 8 • · 38 119108

Taulukko 9

Siiplrakannu_______ KKvttBolot Tulokset 5 Väli Nousu Koko Kulma RPM Todellinen Hassan Otsonin tHyttöastett> kulkuaika(s) konversio 60 Täysi Stand. 45 25 21 49 71 120 Täysi Iso 45 40 17 40 85 120 Puoli Stand. 45 60 16 38 89 10 240 NeljKnnes Stand. 45 60 18 43 93 240 NeljKnnes Pieni 45 90 18 45 97 240 Neljännes Pieni 45 75 25 58 1 240 Neljännes Pieni 45 60 34 85 99 240 Neljännes Pieni 25 90 54 121 · 15 240 Neljännes Pieni 25 150 39 81 98 * Ei mitattu

Taulukon 9 arvot sekä kuvioiden 5 ja 6 graafiset esityk-20 set kuvaavat mahdollisia valkaisutuloksia eri käyttöalu eilla optimaalisen kaasu-massakosketuksen ja otsonikon-versiotason määrittämiseksi. Näistä arvoista näkyy myös, miten akselin kierroslukua voidaan muuttaa täyttöasteen ja massan kulkuajan ohjaamiseksi.

25

Esimerkki 11

Kuvioissa 1 ja 2 esitettyjen teoreettisten laskelmien varmistamiseksi käytännössä oikeiksi siipikuljettimen toiminnalle, sarja testejä suoritettiin massan silloittu-30 misen mittaamiseksi eri olosuhteissa toimiville erilai sille siipikuljettimille. Testien suorittamiseksi 17 tuu- * · man (noin noin 42 cm) kuljettimeen asennettiin akseli, jolla oli viisi erilaista siipiväliä - 3,5, 4,7, 5,9, 7,2 • · ja 9 tuumaa (1 tuuma = noin 2,5 cm) - ja kuljetinta käy- s35 tettiin taulukossa 10 esitetyissä käyttöoloissa. Todelli- ,·. · set massan lujitusvoimat (PCF) laskettiin ja minimisiipi- » · I./ väli arvioitiin teoreettisten arvojen pohjalta ja verrat- * tiin todellisiin tuloksiin.

• · « · · • · · Φ · ··· • · · • · · • · · • · · • · · » · · • · • · • · · • · · • · · • i « « · 39 119108

Taulukko 10 Täyttö- RPM PCF Arvioitu minimi- Silloitusta havaittu aste (kg/πι2) siipivKli (*) siipivälillK (tuumaa) 5 (t) silloittumisan 3,5 4,7 5,9 7,2 9 __välttämiseksi _ 25 50 58,6 6 KyllK KyllK XyllK Ei Ei 25 »0 122,0 7 KyllS Kyllä KyllK Vähiin Ei 40 30 73,2 5,5 KyllK KyllK KyllK Ei Ei 10 40 50 83,0 6 KyllK KyllK KyllK VKhKn Ei 40 70 122,0 7 KyllK KyllK KyllK Ei Ei 40 90 170,8 8 KyllK KyllK KyllK VKhKn Ei Nämä arvot osoittavat, että teoreettiset laskelmat vas-15 taavat todellisia havaintoja ±1 tuuman poikkeamalla ja että teoreettiset laskelmat ovat käyttökelpoisia mini-misiipivälin laskemiseen.

Esimerkki 12 20 Massan suhteellinen dispergoituminen reaktoritilaan eri käyttöoloissa määritettiin seuraavien testien avulla. 17 tuuman (noin 42 cm) 240° neljännenousu, standardikoko 45° siipikuljetinta käytettiin eri kierrosluvuilla ja vasta-päivään pyörittäen. Reaktorin täyttöaste oli jokaisessa 25 testissä sama - noin 25%. Akselin toiseen päähän kiinni tettiin kamera, joka otti valokuvia kello 12 kohdalla akselin pyöriessä eri kierrosluvuilla. Kuvaa analysoitiin reaktorin vasempaan yläosaan rajatun alueen osalta ja laskemalla määritettiin, miten paljon massaa tämä pinta-.'••30 ala sisälsi, koska tämä arvo edustaa kuljettimen suhteel- lista massan dispergointikykyä kyseisellä kierrosluvulla.

·*·*. Tulokset on esitetty taulukossa 11 sekä kuvioissa 14-16.

• · • · • · · • * · : Taulukko 11 • · · .........”r ’ ........

• ••*35 • · · • · « * Pyörimisnopeus % massaa suorahaltaan sisäpuolella (RPM)_ * , 20 22 * *·* 40 47 ... 40 60 58 * · * * · · • Tästä näkyy, että siipikuljettimen massandispergointikyky • · · .***. on parempi suuremmilla kierrosluvuilla. Kuten yllä on * » ♦ kuvattu reaktorin täyttöaste laskee käytettäessä suurem- • · i • « * * · « • · Λη 119108 pia kierroslukuja, mutta yllä olevat arvot osoittavat puolestaan massan dispersion suhteen saavutettavat edut käytettäessä suurempia kierroslukuja samalla massan täyttöasteella.

5

Esimerkki 13

Siipikuljettimella saadaan erinomaisia tuloksia hyvin erilaisilla massan syöttönopeuksilla. Esimerkiksi vähintään 90% otsonikonversio ja samantasoisia vaaleuden pa-10 rannuksia saavutetaan sekä 18 että 11 ODTPD syöttönopeuk silla, kun 11 ODTPD syöttönopeuden kohdalla siiven kierroslukua lasketaan siten, että saadaan lähes sama täyttöaste reaktorissa, kuten taulukossa 12 on esitetty.

15 Taulukko 12

SyöttönopeuB Siiven kierrosluku Täyttöaste otsonin konversio GE-vaaleuden (QPTPD)_(RPM1_m _[_%)_muutos <%> 19 60 36 93 13 20 11 30 40 90 12

Vaikka on selvää, että tässä esitetty keksintö soveltuu erittäin hyvin yllä kuvattujen tavoitteiden saavuttamiseen, alan tunteville on selvää, että lukuisia modifikaa-25 tioita ja suoritusmuotoja voidaan suunnitella. Esimerkik si edullisten siipikuljettimien sijaan voidaan käyttää . , muunlaisia kuljetuselementtejä, kuten leikattuja ja tai- * · ;tettuja ruuvikuljettimia, kaistalesekoittimia, kulmikkai-• 1 · '· " ta nostoelementteja ja kiilamaisia kierteitä, kuten kuvi- : 1.b0 oissa 17-20 on esitetty. Oheisten vaatimusten tarkoituk- • m V'i sena on kattaa kaikki tällaiset modifikaatiot ja suori- : tusmuodot, jotka sisältyvät tämän keksinnön henkeen ja :1:2 luonteeseen.

* • · • · · • · t • 1 f » • · · fc • 1 1 • 1 · • · · • · • · * · • 1 · • · • · · • · » 2 • ·

Claims (14)

119108

1. Menetelmä massan valkaisemiseksi, jossa menetelmässä reaktiovyöhykkeeseen syötetään suursakeusmassaa, jonka 5 sakeus on yli 20 %, \ reaktiovyöhykkeeseen syötetään otsonia sisältävää kaasumaista valkaisuainetta ja massa kuljetetaan eteenpäin reaktiovyöhykkeessä ideaali-virtausta vastaavalla tavalla siten, että massan viipymä-10 aika reaktiovyöhykkeessä muodostuu riittävän pitkäksi massan valkaisemiseksi, tunnettu siitä, että massan muodostavien partikkelien koko on riittävä mahdollistamaan otsonia sisältävän kaasumaisen valkaisuaineen tunkeutumisen niihin olennaisesti 15 täydellisesti kun hiukkaset altistetaan valkaisuaineen vaikutukselle, ja massapartikkelien kulkiessa reak-tiovyöhykkeen halki niitä nostellaan, heitellään ja siir-rellään paikaltaan sateen suunnassa käyttäen vaipan sisällä siipikuljetinta, jossa on CEMA-standardin mukaisia 20 siipiä pienempiä siipiä ei-päällekkäisenä siipirakentee- na, massapartikkelien dispergoimiseksi otsonia sisältä- . , vään valkaisuaineeseen ja jotta suurimmalla osalla massa- • · ; ) partikkeleista oleellisesti kaikki pinnat altistuvat ot- * * · '· *: sonia sisältävälle kaasumaiselle valkaisuaineelle, joi- • · · ϊ ·* 25 loin dispergoituneita massapartikkeleita siirretään reak- • · tiovyöhykkeen läpi siten, että dispersioindeksi DI on vä- • · V·· hemmän kuin 8, ennalta määrätyn massan viipymäajan, joka ϊ^ϊ : on riittävä ylläpitämään vaipassa dispergoituneiden par tikkelien vähintään 10 %:n täyttöaste, jotta saadaan ta-i*.t> 30 saisesti valkaistua massaa, jolla on lisääntynyt GE-vaa- .*··. leus, jolloin dispersioindeksi DI on 100 kertaa viipymä- • t *” ajan jakautuman varianssin σ2 suhde keskimääräisen viipy- mäajan t neliöön, DI = 100 a2/t 2. ··· ” ^ • * • · «·*

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu • · · • · .·. : siitä, että massapartikkelien akselin suuntaista liikettä • ·· hidastetaan ja säteen suuntaista liikettä maksimoidaan massapartikkelien ja otsonia sisältävän kaasumaisen vai- 119108 kaisuaineen sekoittumisen ja kontaktin maksimoimiseksi, kun massahiukkasia nostellaan, siirrellään paikaltaan ja heitellään.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otsonia sisältävä kaasumainen valkaisuaine syötetään vastavirtaan massapartikkelien liikesuuntaan nähden.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi suursakeusmassan jauhamisen hienoksi partikkelien massatiheyden vähentämiseksi ennen partikkelien syöttämistä reaktiovyöhykkeeseen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi massapartikkelien siirtämisen reaktiovyöhykkeen halki ensimmäisellä nopeudella välittömästi niiden syöttämisen jälkeen ja sen jälkeen siirtämisen toisella nopeudella reaktiovyöhykkeessä en- 20 naita määrätyn täyttöasteen ylläpitämiseksi siinä.

. , 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu J ; | siitä, että massapartikkelien ensimmäinen siirtonopeus on · · *· ’· suurempi kuin toinen siirtonopeus ja kaasumainen valkai- «· · * · · ί .* 25 suaine sisältää otsonia 1-8 %.

• · • · · • · · · • · !/·$ 7. Reaktiolaitteiston (14) käyttö, reaktiolaitteiston käsittäessä: 30. vaipan (14) , jossa on massan syöttöaukko (34) ja massan .···. poistoaukko (46) , • · *t* - välineet (12) suursakeusmassan (16) syöttämiseksi vaip- paan (14), «·« - välineet (18) otsonia sisältävän kaasumaisen valkaisu- 35 aineen virran syöttämiseksi vaippaan (14) ja • · · ,·. · - välineet (22) massan (16) kuljettamiseksi vaipan (14) * ·· läpi ideaalivirtausta vastaavalla tavalla, jotka kuljetusvälineet (22) sisältävät dispergoimisvälineet massan 119108 (16) nostelemiseksi, siirtelemiseksi ja heittelemiseksi säteen suunnassa sen kulkiessa vaipan (14) halki, jotta massa dispergoituisi otsonia sisältävään kaasumaiseen valkaisuaineeseen siten, että suurimmalla osalla massaa 5 olennaisesti kaikki massapinnat altistuisivat otsonia si- ' sältävälle kaasumaiselle valkaisuaineelle ja jotta dis- pergoitunut massa siirrettäisiin vaipan läpi ideaali-virtausta vastaavalla tavalla ja siten että massan dis-persioindeksi DI on vähemmän kuin 8, ennalta määrätyn 10 massan viipymäajan, joka on riittävä ylläpitämään vaipas sa dispergoituneiden partikkelien 10-50 %:n täyttöasteen, olennaisesti yhtenäisesti valkaistun massan muodostamiseksi, jolla on lisääntynyt GE-vaaleus, jolloin disper-sioindeksi DI on 100 kertaa viipymäajan jakautuman va-15 rianssin σ2 suhde keskimääräisen viipymäajan tavg neliöön, DI = 100 · a2/tave2, suursakeusmassan otsonivalkaisuun, jonka massan sakeus on yli 20 % ja jonka massan partikkelikoko on riittävä mahdollistamaan otsonia sisältävän kaasumaisen valkaisuai-20 neen olennaisen tunkeutumisen partikkeleihin, jotta muo dostuu olennaisesti yhtenäisesti valkaistua massaa, jolla on lisääntynyt GE-vaaleus, • · * *. " jolloin kuljetus- ja dispergointivälineet sisältävät sii- • · *,*·; pikuljettimen, jossa on CEMA-standardin mukaisia siipiä ·· * • 25 pienempiä siipiä ei-päällekkäisenä siipirakenteena,

* · * · · • *· • « ·*·,· 8. Suursakeusmassan otsonivalkaisureaktorilaitteisto • · (14) , jossa otsonilla valkaistaan suursakeusmassahiuk-kasia, joiden sakeus on yli 20 %, jolloin hiukkasilla on 30 ensimmäinen GE-vaaleus ja sellainen hiukkaskoko, että ot- • * soni, jolle massapartikkelit altistetaan, tunkeutuisi • · * · *" olennaisen täydellisesti suurimpaan osaan massahiukkasis- ί,ί.ί ta, jotta saataisiin toinen, korkeampi GE-vaaleus, maini- tun laitteiston käsittäessä: ··· 35 v · · • · « I *, - vaipan, jossa on massan tuloaukko (34) ja lähtöaukko (46), 119108 - välineet (12) suursakeusmassan (16) syöttämiseksi vaippaan (14) , - välineet (18) otsonia sisältävän kaasumaisen valkaisu-aineen virran syöttämiseksi vaippaan (14) , 5. akselin (20), joka ulottuu vaipan (14) pituusakselin suuntaisesti vaipan läpi, ja jonka akselin ensimmäinen pää on lähellä massan tuloaukkoa (34) ja toinen pää lähellä massan poistoaukkoa (46), ja - kuljetus- ja dispergointivälineet (22), jotka on yhdis- 10 " tetty akseliin massan siirtämiseksi vaipan (14) läpi ide- aalivirtausta vastaavalla tavalla, - välineet (28) jäljelle jääneen kaasumaisen valkaisuaineen talteenottamiseksi ja välineet (30) valkaistun massan talteenottamiseksi, 15 tunnettu siitä, että kuljetus- ja dispergointivälineet (22) muodostavat siipikuljettimen, jossa on useita CEMA-standardin mukaisia siipiä pienempiä siipiä (22A, 22B, 22C), jotka on asennettu ei-päällekkäiseksi rakenteeksi ja asetettu ja suunnattu ennalta määritetyn mallin mukai-20 sesti, joka määrittää kuljetus- ja dispergointivälineiden nousun massapartikkelien (16) nostelemista, paikaltaan siirtelemistä ja heittelemistä varten säteen suunnassa, • » · * *! kun partikkelit kulkevat vaipan (14) halki, massapartik- * · ·.**: kelien (16) dispergoimiseksi otsonia sisältävään kaasu- ·· a • *.· 25 maiseen valkaisuaineeseen ja suurimman osan massapartik- ".! keleiden oleellisesti kaikkien pintojen altistamiseksi :*·.· otsonia sisältävälle kaasumaiselle valkaisuaineelle, kun • · :*·*; dispergoitunut massa kuljetetaan vaipan halki ideaalivir- tausta vastaavalla tavalla siten, että dispersioindeksi ;·. 30 DI on vähemmän kuin 8, ennalta määrätyn massan viipymä- • ·· ajan, joka on riittävä ylläpitämään di spergoi tune iden • · *" partikkelien 10-50 %:n täyttöasteen vaipassa olennaisesti tasaisesti valkaistun massan saamiseksi, jolla on toinen ί4]*ϊ GE-vaaleus, jolloin dispersioindeksi DI on 100 kertaa 35 viipymäajan jakautuman varianssin σ2 suhde keskimääräisen • · e I \ viipymäajan t neliöön, DI = 100 σ / t *. • · · av» av· • ·· ♦ · 119108

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siipien nousu akselin ensimmäisessä päässä on suurempi kuin siipien nousu akselin toisessa päässä, jotta saadaan suurempi kuljetusnopeus johon partikkelin jou- 5 tuvat, jolloin saadaan välineet ennalta määrätyn täyttö- asteen saamiseksi vaippaan.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siivet on sijoitettu pituussuunnassa akselil- 10 le riittävin välein, jotta minimoidaan partikkelien sil- loittuminen tai paakkuuntuminen siipien välissä.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineet valkaistun massan talteenottamiseksi 15 muodostavat laimennussäiliön ja että vettä lisätään lai- mennussäiliöön valkaistun massan sakeuden pienentämiseksi ja toimimiseksi otsonin kaasulukkona.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu 20 siitä, että siinä on lisäksi välineet massapartikkelien hienontamiseksi operatiivisesti yhdistettynä välineiden kanssa, joilla massa syötetään vaippaan. t » « * ·· • ψ e

· ·.**: 13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu ·· e • 1#ϊ 25 siitä, että välineet kaasumaisen valkaisuaineen syöttämi- i\: seksi sisältävät välineet kaasumaisen valkaisuaineen • t ·1·.· syöttämiseksi vastavirtaan massapartikkelien kulkusuun- • « taan nähden. • e ·

14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu • ·· *... siitä, että siivet on sijoitettu ainakin osalla akselia • · • t *lm noin 240 asteen välein kierteiseen neljännesnousumalliin. e • ♦ e • · · ··· ·· e · • ' e • e · e · · • ♦ e • · e • ♦ · • e· • 119108