FI126370B - Menetelmä ja järjestelmä hienonnetun kuitumateriaalin syöttämiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ HIENONNETUN KUITUMATERIAALIN SYÖTTÄMISEKSI - FÖRFARANDE OCH SYSTEM FÖR MATNING AV FINFÖRDELAT FIBERMATERIAL

Esillä oleva keksintöä koskee menetelmää ja järjestelmää hienonnetun selluloosakuitumateriaalin syöttämiseksi käsittelyastiaan, esimerkiksi vuokeittimeen. Keksintö yksinkertaistaa järjestelmää ja vähentää dramaattisesti tarvittavien komponenttien määrää verrattuna olemassa olevaan tekniikkaan. US-patenteissa nro 5,476,572, 5,635,025, 5,622,598 ja 5,766,418, esitettiin ensimmäinen todellinen läpimurto hienonnetun selluloosakuitumateriaalin syöttämisessä käsittelyastiaan yli neljäänkymmeneen vuoteen. Näissä patenteissa esitetään muiden komponenttien ohella useita suoritusmuotoja, joiden avulla keitintä syötetään suspensiopumpulla, joita menetelmiä ja laitteistoja Andritz Inc, Glens Falls, NY, myy yhteisesti tavaramerkillä Lo-Level™-syöttöjärjestelmä. Kuten näissä patenteissa kuvataan, tällaisen pumpun käyttö suspension syöttöön korkeapaineiseen siirtolaitteeseen yksinkertaistaa dramaattisesti syöttöjärjestelmää ja pienentää sen kokoa ja helpottaa järjestelmän käyttöä ja huoltoa. Tekniikan tason mukaiset järjestelmät, joihin kuuluu korkeapaineinen siirtolaite, esimerkiksi High-Pressure Feeder (korkeapainesyötin), jollaista myy Andritz Inc, mutta ei mainitunlaista pumppua, ovat olleet olennaisesti samanlaisia kuin 1940- ja 1950 -luvuilla myydyt ja rakennetut järjestelmät.

Esillä oleva keksintö koskee vielä dramaattisempaa edellä mainituissa patenteissa kuvattujen menetelmien ja järjestelmien parannusta. Esillä olevan keksinnön mukaisesti ei itse asiassa tarvita siirtolaitetta, kuten korkeapainesyötintä (High-Pressure Feeder), kun käytetään korkeapaineista pumppauslaitetta, jolla hienonnettu selluloosakuitumateriaali siirretään suoraan keittimeen.

Kemiallista massaa tuotettaessa keittokemikaalien reaktiot hienonnetun selluloosakuitumateriaalin kanssa vaativat 140 - 180°C:n lämpötilan. Koska kemikaalien vesiseokset, joilla materiaalia käsitellään, kiehuisivat näissä lämpötiloissa, kaupallisissa sovelluksissa kemiallinen keitto tapahtuu tyypillisesti paineenkestävässä astiassa ainakin noin 10 barin (noin 150 psig) paineessa. Jotta astiassa säilyisi tämä paine, on varsinkin vuokeittosovelluksissa varmistettava erityisillä järjestelyillä se, että paine ei pääse purkautumaan, kun materiaalia syötetään paineistettuun astiaan. Tekniikan tason järjestelmissä tämä saadaan aikaan "korkeapainesyöttimeksi” ("korkeapainekiikki"; "High-Pressure Feeder”) kutsutulla laitteella. Tämä syötin on erikoisrakenteinen laite, jossa on taskuilla varustettu roottori, joka siirtää materiaalisuspension matalasta paineesta korkeaan paineeseen samalla kun se toimiin paineen purkautumisen estävänä venttiilinä. Tätä monimutkaista ja kallista laitetta on pitkään pidetty olennaisena komponenttina syötettäessä hienonnetusta selluloosamateriaalista muodostettua suspensiota, tyypillisesti korotetussa lämpötilassa, paineistettuun astiaan, erityisesti vuokeittimeen.

Keksinnön mukaisesti saadaan aikaan järjestelmä, joka korvaa yli neljäkymmentä vuotta vuokeittoprosessin olennaisena osana pidetyn korkeapainesyöttimen, ja joka yksinkertaistaa huomattavasti sellutehtaan rakentamista.

Keksinnön mukaisesti järjestelmään, jolla tuotetaan kemiallista selluloosamassaa hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista, esimerkiksi puuhakkeesta, kuuluu seuraavia osia: höyrytysastia, jossa hienonnettua selluloosakuitumateriaalia höyrytetään ilman poistamiseksi siitä; pystysuuntainen käsittelyastia, jossa vallitsee ilmakehän painetta korkeampi paine ja jonka yläosassa on syöttöaukko hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista muodostetulle suspensiolle, ja alaosassa poistoaukko; ja paineistava siirtolaite, jolla höyrytysastiasta saatava materiaalisuspensio paineistetaan ja siirretään käsittelyastian syöttöaukolle käyttämättä niin kutsuttua korkeapainesyötintä, joka paineistava siirtolaite muodostuu yhdestä tai useammasta korkeapaineisesta suspensiopumpusta, joka sijaitsee käsittelyastian yläosan alapuolella, joista ainakin ensimmäinen korkeapainesuspensiopumppu on korkeapaineinen spiraaliruuvityyppinen keskipakopumppu, jolloin hienonnettu selluloosakuitumateriaali on puuhaketta.

Mainittu yksi tai useampi pumppu muodostuu edullisesti ensimmäisestä ja toisesta korkeapaineisesta, sarjaan kytketystä suspensiopumpusta, joilla kullakin on painearvo, syöttöaukko ja poistoaukko, jolloin ensimmäinen pumppu on toiminnallisesti yhteydessä höyrytysastiaan, ensimmäisen pumpun poistoaukko on toiminnallisesti yhteydessä toisen pumpun syöttöaukon kanssa ja toisen pumpun painearvo on korkeampi kuin ensimmäisen pumpun. Suspensiopumppu voi olla spiraaliruuvityyppinen keskipakopumppu, kaksimäntäinen suspensiopumppu tai muu vastaava tavanomainen pumppauslaite, joka pystyy paineistamaan (yhdessä tai useammassa vaiheessa) suspension, jonka kiintoainepitoisuus on melko korkea, ainakin noin 5 barin paineeseen. Paineistus ja siirto voi tapahtua myös yhden tai useamman, rakenteeltaan tavanomaisen ejektorin avulla, jota käyttää paineistettu virtaava aine, jota syöttää esimerkiksi tavanomainen keskipakopumppu.

Eräs tyypillinen mittayksikkö, jolla ilmaistaan kiintoainetta sisältävän suspension kiintoainemäärän ja nestemäärän suhdetta on ”neste-kiintoaine-suhde”. Tässä hakemuksessa tämä suhde tarkoittaa siirretyn nestemäärän suhdetta siirretyn selluloosamateriaalin, tai puuaineksen määrään. Tyypillisten tavanomaisten keskipakopumppujen käyttö rajoittuu sellaisten nesteiden pumppaukseen, joiden kiintoainepitoisuus on enintään 3 %. Tämä 3 %:n kiintoainepitoisuus vastaa neste-kiintoaine-suhdetta noin 33. Suspensiopumpuissa, joita keksinnössä käytetään, pumpattavan suspension neste-kiintoainesuhde on tyypillisesti 2-10, edullisesti 3 - 7 ja edullisimmin 3-6. Toisin sanoen suspensiopumput, joita keksinnössä käytetään, pystyvät siirtämään suspensioita, joiden kiintoainepitoisuus on paljon suurempi kuin mitä tavanomaiset pumput pystyvät käsittelemään. Järjestelmään voi kuulua käsittelyastian yläosasta lähtevä nesteenpalautuslinja, joka sisältää käsittelyastian (edullisesti vuokeittimen) yläosassa suspensiosta erotettua nestettä. Palautuslinja voi olla suorasti tai epäsuorasti toiminnallisesti yhteydessä yhden suspensiopumpun syöttö- tai poistoaukkoon. Edullisesti nesteenpalautuslinja on yhteydessä paineenalennuselimeen nesteen paineen alentamiseksi palautuslinjassa ennen kuin neste johdetaan suspensiopumpun syöttö- tai poistoaukkoon. Paineenalennuselin voi olla monenlainen, esimerkiksi paisuntasäiliö ja/tai paineensäätöventtiili palautuslinjassa tai muu tavanomainen rakenne, joka vähentää tehokkaasti nesteen painetta linjassa mutta ei vaikuta haitallisesti nesteeseen. Jos käytetään paisuntasäiliötä, sen nesteenpoistoaukko on yhteydessä ensimmäisen suspensiopumpun syöttöaukkoon ja paisuntasäiliön tuottama höyry voidaan käyttää höyrytysastiassa.

Paineenalennus voidaan vaihtoehtoisesti saada aikaan, tai jopa välttää kokonaan, käyttämällä ejektoria, joka käyttää palautuslinjan paineistettua nestettä paineistetun virtausaineen lähteenä. Ejektoria voidaan käyttää yhden tai useamman suspensiopumpun tai muiden laitteiden tilalla tai niiden kanssa suspension siirtoon keittimeen.

Tavanomainen kuilu samoin kuin muita valinnaisia komponentteja, on edullisesti asennettu höyrytysastian ja ainakin yhden suspensiopumpun väliin, jolloin höyrytysastia sijaitsee kuilun yläpuolella ja kuilu mainitun ainakin yhden suspensiopumpun yläpuolella. Mainittu ainakin yksi suspensiopumppu sijaitsee tyypillisesti ainakin noin 10 metriä (30 jalkaa) keittimen yläosan alapuolella ja tyypillisesti yli noin 15 metriä (noin 50 jalkaa) sen alapuolella.

Kun korkeapainesyötin jätetään pois järjestelmästä, on eräs sen tehtävä hoidettava jollakin muulla mekanismilla, nimittäin paineen purkautumisen estäminen häiriötilanteessa; korkeapainesyötin tyypillisesti estää nesteen virtauksen keittimestä takaisin syöttöjärjestelmään. Keksinnön mukaisesti paineen purkautumisen estävät elimet ovat edullisesti erillään mainitusta ainakin yhdestä suspensiopumpusta, vaikka joissakin olosuhteissa suspensiopumppujen syöttö- tai poistoyhteet voidaan rakentaa siten, että ne estävät paineen purkautumisen. Paineen purkautumisen estäviin elimiin voi kuulua automaattinen eristysventtiili kussakin suspensiokanavassa, jonka kautta suspensiota siirretään pumpuista käsittelyastian yläosaan, ja käsittelyastiasta pois johtavassa palautuslinjassa, jolloin järjestelmään on asennettu eristysventtiileihin kytketty tavanomainen säädin ja se säätää eristysventtiilejä käsittelyastian yläpäähän suspensiota syöttävään suspensiokanavaan liittyvän paineanturin aistiman paineen mukaan. Paineen purkautumisen estävä elin voi olla myös suspensiokanavaan asennettu takaiskuventtiili, ja/tai jokin muunlainen venttiili, säiliö, tuntoelin, säädin tai vastaava hydraulinen, mekaaninen tai sähkökäyttöinen komponentti, joka pystyy estämään paineen purkautumisen.

Keksintöön voi kuulua myös elimet, joilla nestevirtausta lisätään toisen suspensiopumpun tai minkä tahansa pumpun tai siirtolaitteen syöttöaukkoon, esimerkiksi nestelinja, jossa virtaa nestettä, jonka paine on alhaisempi kuin paine toisen suspensiopumpun syöttöaukolla; kanava nestelinjan ja syöttöaukon välissä; ja nestepumppu kanavassa. Nestelinja voi olla käsittelyastiasta tuleva palautuslinja ja kanava voi olla yhdistetty suoraan palautuslinjaan. Nesteen palautuslinja voi olla kytketty paisuntasäiliöön edellä kuvatulla tavalla ja kanava voi olla liitetty paisuntasäiliön nesteenpoistoon.

Esillä olevan keksinnön eräs toinen suoritusmuoto on menetelmä syöttää hienonnettua selluloosakuitumateriaalia käsittelyastian yläosaan. Menetelmää kuuluu seuraavia vaiheita: a) materiaalia höyrytetään, jolloin siitä poistuu ilmaa ja se lämpiää; b) materiaali suspendoidaan keittolipeällä, jolloin syntyy materiaalin ja nesteen suspensio; ja c) suspensio paineistetaan ainakin noin 5 barin paineeseen käsittelyastian yläosan alapuolella (esim. ainakin 9 m eli 30 jalkaa, edullisesti ainakin 15 m eli 50 jalkaa sen alapuolella), ja paineistettu materiaali siirretään käsittelyastian yläosaan, jolloin paineistus saadaan aikaan vaikuttamalla suspensioon yhdellä tai useammalla korkeapaineisella suspensiopumpulla.

Menetelmään voi kuulua lisävaiheita, joissa d) käsittelyastian yläosassa suspensiosta erotettu neste palautetaan mainittuun ainakin yhteen pumppuun; ja e) suspension paine mitataan samalla, kun sitä siirretään käsittelyastian yläosaan ja suspension virtaus käsittelyastian yläosaan ja nesteen palautus astian yläosasta suljetaan, mikäli mitattu paine laskee alle ennalta määrätyn arvon. Järjestelmään voi kuulua myös vaihe f), jossa neste paisutetaan samalla, kun se palautetaan vaiheessa d), jolloin saadaan höyryä ja höyryä käytetään vaiheessa a).

Eräässä keksinnön suoritusmuodossa hakesuspension siirron käsite ulotetaan kohtaan, jossa hake tuodaan tehtaalle eli puupihaan saakka. Tavanomaiset sellutehtaat ottavat vastaan selluloosamateriaalinsa, tyypillisesti lehtipuun ja havupuun, eri muodoissa, esimerkiksi sahanpuruna, hakkeena, tukkeina, pitkinä karsittuina runkoina ja jopa kokonaisina puina, mutta myös muuta edellä kuvattua selluloosamateriaalia voidaan käsitellä. Riippuen puuvaraston selluloosalähteestä, puu pilkotaan tyypillisesti hakkeeksi, jolloin sitä voidaan käsitellä massanvalmistusprosessissa. Esimerkiksi hakkurina tunnettu laite hienontaa puunrungot ja tukit hakkeeksi, jota varastoidaan tyypillisesti avoimissa hakekasoissa tai hakesiiloissa. Tämä vastaanotto, käsittely ja hakkeen varastointi tapahtuu sellutehtaan alueella, jota kutsutaan puupihaksi. Puupihalta hake siirretään tyypillisesti varsinaiseen tehtaaseen, jossa massanvalmistus alkaa.

Tavanomaisessa puupihassa hake varastoidaan siiloissa, joista hake poistetaan tyypillisesti pyörivän tai täryttävän siilonpurkauslaitteen avulla kuljettimelle. Tämä kuljetin on tyypillisesti hihnatyyppinen kuljetin, joka ottaa hakkeen vastaan ja siirtää sen massanvalmistuksen käsittelyastiaan. Koska puupiha on tyypillisesti jonkin matkan päässä käsittelyastiasta, kuljetin on tyypillisesti pitkä. Tällainen kuljetin voi olla jopa n. 800 m (puoli mailia) pitkä. Lisäksi käsittelyjärjestelmät, joissa ei käytetä Lo-Level™-syöttöjärjestelmää, jota myy Andritz ja jollaista kuvataan US-patenteissa 5,476,572, 5,635,025, 5,622,598 ja 5,766,418 edellyttävät, että kuljetin järjestetään korkealle, tyypillisesti ainakin 30 metrin (100 jalan) korkeuteen, jotta hake voidaan syöttää ensimmäisen massanvalmistusastian syöttöaukkoon. Nämä kuljettimet ja niiden tukirakenteen ovat hyvin kalliita ja muodostavat huomattavan osan keittimen syöttöjärjestelmän kustannuksista. Tässä hakesuspension siirron käsite laajennetaan puupihalle saakka. Menetelmään siirtää hienonnettua selluloosakuitumateriaalia massanvalmistusprosessiin kuuluu seuraavia vaiheita: a) käsittelemätöntä haketta syötetään ensimmäiseen astiaan; b) ensimmäiseen astiaan syötetään suspensionmuodostusnestettä, jolloin syntyy materiaalin ja nesteen suspensio; c) suspensio poistetaan astiasta ainakin yhden paineistus- ja siirtolaitteen syöttöyhteeseen; d) suspensio paineistetaan paineistus- ja siirtolaitteessa ja suspensio siirretään käsittelyastiaan.

Ensimmäinen astia on tyypillisesti hakkeen varastosiilo tai säiliö. Tässä säiliössä on tyypillisesti yhdessä suunnassa suppeneva osuus mutta ei sekoitusta tai tärytystä, kuten esim. DIAMONDBACK®-siilossa, jota kuvataan US-patentissa nro 5,000,083, vaikka sekoitusta tai tärytystä voidaankin käyttää. Säiliössä voi olla myös kaksi tai useampia poistoaukkoja, jotka syöttävät kahta tai useampaa siirtolaitetta. Tätä astiaa voidaan käyttää myös ilmakehän painetta korkeammassa paineessa, esim. 0,5 - 5 barin paineessa. Jos astiaa käytetään ilmakehän painetta korkeammassa paineessa, jonkinlainen paineeneristys on järjestettävä astian syöttöaukon yhteyteen paineen karkaamisen estämiseksi. Tämä laite voi olla sektorityyppinen eristyslaite, Low-Pressure Feeder tai Air-Lock Feeder, joita myy Andritz, tai ruuvityyppinen syötin, joka pystyy hoitamaan tiivistyksen, jollaista kuvataan esimerkiksi US-patenttihakemuksessa 08/713,431.

Suspensionmuodostusnesteenä voidaan käyttää mitä tahansa massatehtaassa käytettävissä olevaa nestettä, esim. tuorevesi, höyrykondensaatti, kraftvalko-, musta- tai viherlipeä tai sulfiittilipeä tai mikä tahansa muu massanvalmistukseen liittyvä neste. Tämä neste voi olla lämmitettyä, esimerkiksi kuumaa vettä tai höyryä, jonka lämpötila on 50 - 100 °C. Jos astia on paineistettu, nesteen lämpötila voi olla yli 100°C. Neste voi sisältää ainakin jotakin aktiivista keittokemikaalia, esim. natriumhydroksidia (NaOH), natriumsulfidia (Na2S), polysulfidia, antrakinonia tai vastaavia tai näiden johdannaisia, vaikkakaan se ei ole välttämätöntä.

Vaiheiden c) ja d) paineistus- ja siirtolaite on edullisesti suspensiopumppu, tai pumppuja, mutta monia muita paineistus- ja siirtolaitteita voidaan myös käyttää, kuten mäntätyyppistä suspensiopumppua tai korkeapaine-ejektoria. Suspension siirtoon käytetään edullisesti useampaa kuin yhtä paineistus- ja siirtopumppua. Näitä voivat olla kaksi suspensiopumppua tai useampia suspensiopumppuja tai mikä tahansa suspensiopumpun, mäntätyyppisen pumpun tai ejektorin yhdistelmä. Tähän siirtojärjestelmään voi kuulua lisäksi yksi tai useampia varasto- tai paisuntasäiliöitä samoin kuin siirtolaitteita. Yhteen tai useampaan siirtolaitteeseen kuuluu edullisesti ainakin yksi elin, joka pystyy poistamaan kaasua siten, että suspensiosta voidaan poistaa ei-toivottua ilmaa ja muita kaasuja. Edelleen haketta voidaan siirron aikana käsitellä jollakin tavalla, esimerkiksi siitä voidaan poistaa ilmaa tai sitä voidaan impregnoida jollakin nesteellä, edullisesti esimerkiksi edellä kuvattuja keittokemikaaleja sisältävällä nesteellä. Suspension painetta voidaan myös muuttaa ainakin yhden kerran siirron aikana siten, että sen paine muuttuu ensimmäisestä paineesta toiseen, korkeampaan, ja sitten kolmanteen paineeseen, joka on matalampi kuin toinen paine. Kuten US-patenteissa 4,057,461 ja 4,743,338 esitetään, hakkeesta ja lipeästä muodostetun suspension paineen muuttaminen parantaa hakkeen impregnoitumista lipeällä. Tämä painevaihtelu voidaan saada aikaan muuttamalla sarjaan kytkettyjen siirtolaitteiden poistopainetta tai säätämällä suspension paineenlaskua pumppausten välissä.

Toisessa suoritusmuodossa materiaalin ei tarvitse joutua kosketukseen nesteen kanssa astiassa vaan siihen voidaan syöttää nestettä vasta astian poistoyhteessä tai sen alapuolella sijaitsevalla ejektorilla. Tämä neste on edullisesti paineistettua siten, että materiaali ja neste muodostavan paineistetun materiaalin ja lipeän suspension.

Vaiheen d) käsittelyastia voi tyypillisesti olla edellä kuvatunlainen höyrytysastia, edullisesti DIAMONDBACK®-höyrytysastia. Astia voi myös olla varasto- tai paisuntasäiliö, jossa materiaalia voidaan varastoida ennen käsittelyä. Koska siirtoprosessi voi vaatia ylimääräisen nesteen käyttöä, jota ei tarvita käsittelyssä tai varastoinnissa, jonkinlainen nesteenpoistoelin voidaan järjestää siirtolaitteen ja käsittelyastian väliin. Eräs edullinen nesteenpoistolaite on huippuerotin (Top Separator), jota myy Andritz. Tämä huippuerotin voi olla standardityyppinen tai ”käännetty” huippuerotin ("inverted" Top Separator). Tämä laite voi olla erillinen yksikkö tai suoraan käsittelyastian päälle asennettu. Nesteenpoistoelimen avulla suspensiosta poistettu neste palautetaan edullisesti ensimmäiseen astiaan tai siirtolaitteeseen suspensionmuodostus-nesteeksi. Nestettä voidaan käyttää myös missä tahansa muualla tehtaassa. Nestettä voidaan lämmittää tai jäähdyttää tarpeen mukaan. Nestettä voidaan lämmittää esimerkiksi johtamalla se epäsuoraan lämmönsiirtokosketukseen minkä tahansa lämmitetyn nestevirran kanssa, esimerkiksi jätelipeävirtauksen kanssa, jonka lämpötila on yli 50 °C. Tyypillisesti neste myös paineistetaan yhden tai useamman tavanomaisen keskipakonestepumpun avulla.

Vaiheen d) käsittelyastian eräs edullisen suoritusmuoto on höyrytysastia, joka syöttää yhtä tai useampaa edellä kuvattua siirtolaitetta. Vaikka järjestelmää käytetään edullisesti sellaisen syöttöjärjestelmän yhteydessä, jossa ei ole tavanomaista korkeapainesyötintä (High-Pressure Feeder), järjestelmää voidaan käyttää myös korkeapainesyöttimen sisältävässä järjestelmässä. Tämä menetelmä ja laite hakkeen syöttämiseksi kaukana olevasta paikasta, esimerkiksi puupihalta, massanvalmistusprosessiin ei rajoitu vain kemiallisen massan valmistusprosesseihin vaan sitä voidaan käyttää missä tahansa massanvalmistusprosessissa, jossa hienonnettua selluloosakuitumateriaalia kuljetetaan paikasta toiseen. Prosesseihin, joissa esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa, kuuluvat kaikki kemialliset, mekaaniset, kemimekaaniset tai termomekaaniset massantuotanto-prosessit joko erä- tai vuokäsittelyllä.

Sen lisäksi, että keksinnön avulla hienonnetun selluloosakuitumateriaalin siirtojärjestelmän koko pienenee ja hinta laskee, myös käsittelyastioiden määrää voidaan vähentää ja kokoa pienentää, jos hienonnettua selluloosakuitumateriaalia käsitellään siirron aikana. Järjestelmän avulla voidaan esimerkiksi tavanomainen keitintä edeltävä esikäsittely- tai impregnointiastia jättää pois järjestelmästä. Järjestelmä mahdollistaa myös tehtaan kokonaisenergiatalouden parantamisen. Keksinnön tämä ja muut tavoitteet käyvät ilmi seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selityksestä ja kuvista.

Keksinnön pääasiallinen tavoite on saada aikaan yksinkertainen ja tehokas järjestelmä ja menetelmä, joiden avulla selluloosasuspensiota syötetään käsittelyastiaan, esimerkiksi vuokeittimeen, samalla kun käyttö- ja huolto-ominaisuudet paranevat. Keksinnön tämä ja muut tavoitteet käyvät ilmi seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selityksestä ja oheisista pantenttivaatimuksista.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuskuvioihin, joista kuvio 1 esittää tyypillistä tekniikan tason mukaista järjestelmää hienonnetun selluloosakuitumateriaalisuspension syöttämiseksi vuokeittimeen; kuvio 2 esittää toista tekniikan tason mukaista järjestelmää hienonnetun selluloosakuitumateriaalisuspension syöttämiseksi vuokeittimeen; kuvio 3 esittää keksinnön erään tyypillisen suoritusmuodon mukaista järjestelmää hienonnetun selluloosakuitumateriaalisuspension syöttämiseksi vuokeittimeen; ja kuvio 4 esittää keksinnön vielä erästä suoritusmuotoa.

Vaikka kuvioissa 1 - 3 on esitetyt ja kuvatut järjestelmät ovat vuokeitinjärjestelmiä, on ymmärrettävä, että keksinnön menetelmän ja järjestelmän avulla voidaan syöttää yhtä tai useampaa eräkeitintä tai vuokeittimeen kytkettyä impregnointiastiaa. Vuokeittimet, joita on esitetty ja joita voidaan käyttää keksinnön yhteydessä, ovat edullisesti jatkuvatoimisia KAMYR®-keittimiä ja niissä voidaan käyttää kraft- (ts. sulfaatti-), sulfiitti-tai soodamenetelmiä tai muita vastaavia menetelmiä. Nimenomaisia keittomenetelmiä ja laitteistoja, joita voidaan käyttää, ovat esim. MCC®-, EMCC®-ja Lo-Solids®-prosessit ja -keittimet, joita markkinoi Andritz Inc. Lujuutta ja saantoa parantavia lisäaineita kuten antrakinonia, polysulfidia tai niitä vastaavia aineita tai näiden johdannaisia voidaan myös käyttää keksintöä hyödyntävissä keittomenetelmissä.

Kuvio 1 esittää tyypillistä tekniikan tason mukaista järjestelmää 10, jolla hienonnetun selluloosakuitumateriaalin suspensiota, esimerkiksi puuhaketta syötetään vuokeittimen 11 yläosaan. Keittimeen kuuluu tyypillisesti yksi lipeänpoistosihti 12 keittimen syöttöaukolla 13, jolla sihdillä poistetaan ylimääräistä lipeää suspensiosta ja lipeä palautetaan syöttöjärjestelmään 10. Keittimeen 11 kuuluu myös ainakin yksi lipeänpoistosihti 14 jätelipeän poistamiseksi keittoprosessin aikana tai sen jälkeen. Keittimeen 11 kuuluu tyypillisesti myös yksi tai useampia lipeänpoistosihtejä (ei esitetty), jotka voivat liittyä keittolipeäkiertoon, esim. MCC®-, EMCC®-keittimen keittokiertoon tai Lo-Solids®-keittimen kiertoon, jossa on lipeänpoistokanava ja laimennuslipeän lisäyskanava. Näihin kiertoihin voidaan lisätä keittolipeää, esim. kraftvalko-, musta- tai viherlipeää. Keittimeen 11 kuuluu myös poistoaukko 15, jonka kautta tuotettu kemiallinen massa poistetaan ja voidaan johtaa jatkokäsittelyyn, esim. pesuun tai valkaisuun.

Kuviossa 1 esitetyssä tekniikan tason mukaisessa syöttöjärjestelmässä 10 hienonnettua selluloosakuitumateriaalia 20 syötetään hakesiiloon 21. Materiaali 20 on tyypillisesti havupuu- tai lehtipuuhaketta.

Hakesiilo 21 voi olla tavanomainen siilo, jossa on täryttävä poisto, tai se voi olla DIAMONDBACK®-höyrytysastia, jollaista kuvataan US-patentissa 5,500,083 ja jossa ei ole täryttävää poistoa vaan sen poistossa on yhdessä suunnassa suppeneva osuus ja sivupäästö. Siilossa 21 voi olla ilmalukko syöttöaukolla ja elimet, joilla hakepinnan korkeutta siilossa tarkkaillaan ja säädetään, ja ilmanpoisto, jossa on sopiva mekanismi, jolla painetta siilossa säädetään. Höyryä, joko tuorehöyryä tai jätelipeän haihdutuksesta saatua (ts. paisunutta) höyryä lisätään tyypillisesti siiloon 21 yhden tai useamman kanavan 22 kautta.

Siilo puretaan tyypillisesti annostelijaan 23, esim. hakemittariin (Chip Meter), jota myy Andritz mutta muitakin laitteita voidaan käyttää, esim. ruuvityyppisiä annostelijoita. Annostelija 23 puretaan paineeneristyslaitteeseen 24, esim. Low-Pressure Feeder, jota myy Andritz. Paineeneristyslaite 24 eristää vaakasuuntaisen käsittelyastian 25 laitteen 24 yläpuolella vallitsevasta paineesta, joka on olennaisesti ilmakehänpaine.

Astiassa 25 materiaalia käsitellään paineistetulla höyryllä, esim. höyryllä, jonka paine on noin 0,7 - 1,4 bar (10- 20 psig). Astiaan 25 voi kuulua ruuvityyppinen kuljetin, kuten esim. Steaming Vessel-astiaan, jota myy Andritz. Astiaan 25 lisätäään puhdasta tai paisunutta höyryä yhden tai useamman kanavan 28 kautta.

Astiassa 25 tapahtuneen käsittelyn jälkeen materiaali siirretään korkeapaineiseen syöttölaitteeseen 27, esim. High-Pressure Feeder -syöttimeen, jota myy Andritz. Höyrytetty materiaali siirretään syöttimeen 27 tyypillisesti kanavan tai kuilun 26, esim. Chip Chute kautta, jota myy Andritz. Lämmitettyä keittolipeää, esim. jätekraftmustalipeän ja valkolipeän seosta, lisätään tyypillisesti kuiluun 26 kanavan 29 kautta, jolloin kuilussa 26 syntyy materiaalin ja lipeän suspensio.

Jos kuviossa 1 esitetyssä tekniikan tason mukaisessa järjestelmässä on DIAMONDBACK®-höyrytysastia, jollaista kuvataan US-patentissa 5,000,083 ja jonka avulla saadaan aikaan parannettu höyrytystulos ilmakehän paineessa, voidaan paineistettu käsittelyastia 25 ja paineeneristyslaite 24 jättää pois järjestelmästä.

Tavanomaisessa korkeapainesyöttimessä (High-Pressure Feeder) 27 on kuiluun 26 kytketty matalapaineinen syöttöaukko, kanavaan 30 kytketty matalapaineinen poistoaukko, kanavaan 33 kytketty korkeapaineinen syöttöaukko, kanavaan 34 kytketty korkeapaineinen poistoaukko ja roottori, jossa on taskuja ja jota käyttää nopeussäätöinen sähkömoottori ja alennusvaihde (ei esitetty). Lämmitetty hakesuspensio tulee taskuaseen roottoriin matalapaineisen syöttöaukon kautta kuilusta 26. Syöttimen 27 poistoaukolla (kanavan 30 yhteydessä) on sihti, joka pitää hakkeen roottorissa mutta päästää suspensiossa olevan lipeän virtaaman roottorin läpi ja poistumaan kanavan 30 ja pumpun 31 kautta. Roottorin sisälle jäänyt hake altistuu roottorin pyöriessä korkeapaineiselle nesteelle, jota tuodaan pumpusta 32 kanavan 33 kautta. Korkeapaineinen lipeä vie hakkeen ulos syöttimestä ja johtaa sen kanavan 34 kautta keittimen 11 yläosaan. Keittimen 11 syöttöaukon läheisyydessä osa ylimääräisestä siirtoon kanavassa 34 käytetystä lipeästä poistetaan suspensiosta sihdillä 12. Sihdin 12 kautta poistettu ylimääräinen lipeä palautetaan kanavan 35 kautta pumpun 32 syöttöön. Kanavassa 35 oleva lipeä, johon voidaan lisätä tuoretta keittolipeää, paineistetaan pumpussa 32 ja johdetaan kanavaan 33 käytettäväksi hakkeen poistoon syöttimestä 27. Hake, jonka sihti 12 jättää jäljelle, virtaa alaspäin keittimessä 11 jatkokäsittelyä varten.

Syöttimestä 27 kanavan 30 ja pumpun 31 avulla poistettu lipeä kierrätetään syöttimen 27 yläpuolella olevaan kuiluun 26 kanavan 36, hiekanerottimen 37, kanavan 38, nesteenerottimen 39 ja kanavan 29 kautta. Hiekanerotin 37 on syklonityyppinen erotin, jolla poistetaan hiekkaa ja roskia lipeästä. Nesteenerotin 39 on staattinen sihtilaite, joka poistaa ylimääräistä lipeää kanavasta 38 ja johtaa sen kanavan 39’ kautta tasaussäiliöön 40. Säiliössä 40 varastoitu lipeä palautetaan keittimen yläosaan kanavan 41, pumpun 42 (ts. täydennyslipeäpumpun, Make-up Liquor Pump) ja kanavan 43 kautta. Kanaviin 41 ja 43 voidaan lisätä myös tuoretta keittolipeää.

Kuviossa 2 kuvataan toinen tekniikan tason mukainen järjestelmä 110, jolla haketta syötetään keittimeen. Tässä järjestelmässä käytetään US-patenteissa 5,476,572, 5,635,025 ja 5,622,598 esitettyjä prosesseja ja laitteita. Näitä laitteistoja ja prosesseja markkinoi Andritz yhteisesti tavaramerkillä Lo-Level™. Kuviossa 2 esitetyt komponentit, jotka ovat samanlaisia kuin kuviossa 1 esitetyt, on merkitty samoilla viitenumeroilla. Komponentit, jotka ovat samanlaisia tai suorittavat samanlaista tehtävää kuin kuviossa 1 esitetyt, on merkitty samoilla viitenumeroilla mutta niiden eteen on lisätty numero ”1”.

Kuten kuvion 1 järjestelmässä, hake 20 syötetään höyrytysastiaan 121, jossa se altistuu kanavan 22 kautta syötetylle höyrylle. Astian 121 sisältö poistuu annostelijaan 123 ja sitten putkeen 126, joka on edullisesti Chip Tube, jota myy Andritz. Keittolipeää syötetään tyypillisesti putkeen 126 kanavan 55 kautta, joka vastaa kanavaa 29 kuviossa 1. Koska astia 121 on edullisesti DIAMONDBACK®-höyrytysastia, jollaista kuvataan US-patentissa 5,000,083, kuvion 1 paineeneristyslaitetta 24 tai kuvion 1 paineistettua höyrytysastiaa 25 ei tarvita tässä tekniikan tason mukaisessa järjestelmässä. Kuten US-patentissa 5,476,572 kuvataan sen sijaan, että hakkeen ja lipeän muodostama suspensio syötettäisiin suoraan syöttimeen 27, korkeapaineista suspensiopumppua 51, jota syöttää kanava 50, käytetään hakkeen kuljetukseen kanavan 52 kautta syöttimeen 27. Pumppu 51 on edullisesti Hidrostal-pumppu, jota toimittaa Wemco, tai samanlainen pumppu, jota toimittaa Lawrence Company. Syötin 27 johtaa pumpun 51 läpäisseen hakkeen keittimeen 11 samalla tavalla kuin esitettiin kuvion 1 yhteydessä.

Kuvion 2 järjestelmä ei vaadi kuvion 1 pumppua 31 pumpun 51 lisäksi suspension johtamiseen syöttimeen 27. Pumpun 51 voimalla lipeä johdetaan syöttimen 27, kanavan 30, hiekanerottimen 37, nesteenerottimen 39 ja kanavan 129 kautta lipeän tasaussäiliöön 53.

Tasaussäiliön 53 tehtävää kuvataan US-patentissa5,622,598. Säiliö 53 varmistaa riittävän lipeävirtauksen kanavan 54 kautta pumpun 51 syöttöön. Tästä säiliöstä voidaan syöttää lipeää kanavan 55 kautta myös putkeen 126. Lipeäsäiliön 53 avulla käyttöhenkilökunta voi vaihdella syöttöjärjestelmän lipeän pinnankorkeutta siten, että haluttaessa pinnankorkeus voidaan nostaa annostelijaan 123 tai jopa siiloon 121 saakka. Tätä mahdollisuutta kuvataan myös US-patentissa5,635,025.

Kuvio 3 esittää erästä keksinnönmukaista edullista syöttöjärjestelmän 210 suoritusmuotoa, joka yksinkertaistaa edelleen kuvioissa 1 ja 2 esitettyjä tekniikan tason syöttöjärjestelmiä. Kuviossa 3 esitetyssä edullisessa suoritusmuodossa korkeapaineinen syöttölaite, kuvioiden 1 ja 2 komponentti 27, on jätetty pois. Sen sijaan, että hake siirrettäisiin syöttimeen 27 kuilun 26 kautta painovoiman avulla, kuten kuviossa 1 esitetään, tai pumpun 51 avulla, kuten kuviossa 2 esitetään, suspensio johdetaan keittimen 11 syöttöaukolle ainakin yhden, edullisesti kahden korkeapaineisen suspensiopumpun 251, 251’ avulla. Kuviossa 3 esitetyt komponentit, jotka ovat olennaisesti samanlaisia kuin kuvioissa 1 ja 2 esitetyt, on merkitty samoilla viitenumeroilla. Komponentit, jotka ovat samanlaisia tai suorittavat samanlaista tehtävää kuin kuvioissa 1 ja 2 esitetyt, on merkitty samoilla viitenumeroilla kuin kuvioissa 1 ja 2 mutta niiden eteen on lisätty numero ”2”.

Samoin kuin kuvioiden 1 ja 2 prosesseissa, keksinnön mukaisesti hake 20 johdetaan höyrytysastiaan 221. Hake syötetään edullisesti tiivistetyn vaakasuuntaisen kuljettimen avulla, jollainen kuvataan US-patentissa5,766,418. Höyrytysastia 221 on edullisesti DIAMONDBACK®-höyrytysastia, jollaista kuvataan US-patentissa 5,000,083 ja johon höyryä lisätään yhden tai useamman kanavan 22 kautta. Höyrytysastiaan 221 kuuluu tyypillisesti tavanomaiset pinnankorkeutta tarkkailevat ja säätävät elimet samoin kuin paineenalennuselin (ei esitetty). Höyrytetty hake puretaan astiasta 221 annostelijaan 223, joka voi olla taskuilla varustettu roottorityyppinen laite, kuten edellä on kuvattu, esimerkiksi Chip Meter, tai ruuvityyppinen laite.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa annostelija 223 purkaa suoraan kanavaan tai kuiluun 226. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa paineeneristyslaite, esim. taskuilla varustettu roottorityyppinen eristyslaite, jota esitetään katkoviivalla ja numerolla 224, esim. tavanomainen Low-Pressure Feeder, voidaan sijoittaa annostelijan 223 ja kuilun 226 väliin. Vaikka ilman paineeneristyslaitetta 224 paine kuilussa 226 on olennaisesti ilmakehän paine, paineeneristyslaitteen 224 kanssa paine kuilussa 226 voi olla 0,07 -3,5 bar (1 - 50 psig) mutta edullisesti se on 0,3 -1,7 (5 - 25 psig) ja edullisimmin noin 0,7 - 1,4 bar (10-20 psig). Kuten edellä on kuvattu, keittolipeää lisätään kuiluun 226 (ks. linja 226 kuviossa 3), jolloin muodostuu hakkeen ja lipeän suspensio kuilussa 226, jossa on havaittava pinnankorkeus (ei esitetty). Kuilusta 226 suspensio puretaan kaarevan poisto-osan 250 avulla pumpun 251 syöttöön. Suspension syöttöä pumpun 251 syöttöaukkoon lisätään tyypillisesti lipeäsäiliöstä 253 kanavan 254 kautta tulevalla lipeällä, kuten US-patentissa 5,622,598 kuvataan.

Pumppu 251 on korkeapaineinen keskipakoistyyppinen suspensiopumppu, jossa on spiraaliruuvi, esim. Hidrostal-pumppu, jota myy Wemco, Salt Lake City, Utah. Vaihtoehtoisesti pumppu 251 voi olla suspensiopumppu, jota myy Lawrence Company. Paine pumpun 251 syötössä voi vaihdella ilmakehänpaineesta 3,5 bariin (50 psig) riippuen siitä, käytetäänkö paineeneristyslaitetta 224.

Kuviossa 3 esitetyssä edullisessa suoritusmuodossa poisto pumpusta 251 johdetaan pumpun 251’ syöttöaukkoon. Pumppu 251’ on edullisesti saman tyyppinen kuin pumppu 251, mutta sen paine on saman suuruinen tai korkeampi. Jos käytetään kahta pumppua, pumpun 251’ poistoaukosta saatava paine on tyypillisesti 10 - 27,5 bar (150 -400 psig) (ts. 105 - 280 m eli 345 - 920 jalkaa vesipatsasta) mutta edullisesti se on noin 14 - 21 bar (200 - 300 psig) (ts. 140 - 210 m eli 460 - 690 jalkaa). Kanavassa 252 virtaavan suspension lipeämäärää voidaan tarvittaessa lisätä tuomalla lipeää säiliöstä 253 kanavan 56 ja nestepumpun 57 kautta.

Vaikka kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa on kaksi pumppua, vaihtoehtoisesti voidaan käyttää vain yhtä tai jopa kolmea tai useampaa pumppua sarjaa tai rinnan kytkettyinä. Näissä tapauksissa poistopaine yhdeltä pumpulta tai viimeiseltä pumpulta on edullisesti sama kuin edellä kuvattu pumpun 251’ purkauspaine.

Paineistettu, tyypillisesti lämmitetty suspensio poistetaan pumpusta 251’ kanavaan 234. Kanava 234 johtaa suspension vuokeittimen 11 syöttöaukolle. Ylimääräinen lipeä poistetaan suspensiosta sihdin 12 avulla kuten tavanomaisestikin. Ylimääräinen lipeä palautetaan syöttöjärjestelmään 210 kanavan 235 kautta edullisesti lipeäsäiliöön 253 käytettäväksi kanavan 254 kautta siirtoon kanavassa 250. Kanavassa 235 virtaava lipeä voidaan haluttaessa johtaa hiekanerottimen 237 kautta. Hiekanerotin 237 voidaan suunnitella paineistettua tai paineistamatonta käyttöä varten riippuen halutusta toimintatavasta.

Toisin kuin tekniikan tason mukaisissa järjestelmissä, jotka käyttävät korkeapainesyötintä (High-Pressure Feeder) (27 kuvioissa 1 ja 2), joissa kanavan 35 kautta palautetun lipeän painetta käytetään olennaisena osana menetelmää, jolla suspensiota siirretään korkeapainesyöttimestä keittimeen 11, keksinnön toiminnalle ei ole olennaisen tärkeää, että paineistettu palautuskierto 235 palautetaan pumppujen 251, 251’ syöttöön. Linjan 235 virtauksen paineen energia voidaan käyttää missä tahansa kohteessa tehtaassa, missä sitä tarvitaan. Eräässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa kanavasta 235 saatava paine käytetään kuitenkin hyväksi minimoimaan pumppujen 251 ja 25T energiantarvetta mahdollisimman paljon.

Se, miten palautuslinjan 235 paine, joka on tyypillisesti noin 10 - 27,5 bar (150 - 400 psig), käytetään hyväksi, riippuu syöttöjärjestelmän 210 toiminnasta. Jos astia 226 toimii paineistamattomana - olennaisesti ilmakehänpaineessa - kanavan 235 paineistettu lipeä täytyy palauttaa olennaisesti ilmakehänpaineiseksi ennen kuin se syötetään kanavaan 250. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi kanavaan 235 järjestettyjen paineensäätöventtiilin 58 ja painemittarin 59 avulla. Venttiilin 58 aukkoa säädetään siten, että enneltamääritelty matalampi paine vallitsee linjassa 235 venttiilistä 58 alavirtaan. Lisäksi lipeäsäiliö 253 voidaan suunnitella siten, että se toimii ”paisuntasäiliönä”, jossa kanavan 235 kuuma paineistettu lipeä höyrystyy nopeasti ja astiasta 253 saadaan höyryä. Tätä höyryä voidaan käyttää mm. kanavan 60 välityksellä astiassa 221. Edullisen suoritusmuodon mukaisesti kanavan 235 paineistettua lipeää kuitenkin käytetään sen sijaan lisäämään virtausta pumpusta 25T, esimerkiksi kanavan 61 ja pumpun 62 kautta. Kanavan 235 painetta voidaan myös käyttää kanavan 63 kautta, ja pumpun 64 avulla tai ilman sitä, lisäämään virtausta pumppujen 251 ja 251’ välillä kanavassa 252 (kunkin pumpun 62, 64 lisäksi tai asemasta voidaan joissakin tapauksissa käyttää takaiskuventtiiliä). Käyttämällä uudelleen osa kanavasta 235 saatavasta paineesta, pumppujen 251 ja 251’ energiantarvetta voidaan vähentää.

Kanavan 235 lipeä voidaan myös johtaa lämmönsiirtosuhteeseen yhden tai useamman muun lämmitettävän nesteen kanssa massatehtaassa.

Pumppuja 251, 251’ voidaan käyttää ejektorin kanssa nostamaan painetta pumppujen syöttö- tai poistoaukoissa. Ejektoria voidaan myös käyttää syöttämään nestettä hakkeeseen. Ejektori voi sijaita esimerkiksi astian 226 alapuolella tai sen poistoaukossa ja nestettä voidaan syöttää hakkeeseen vasta tällä ejektorilla. Ejektorissa voi olla venturityyppinen aukko yhteen tai useampaan kanavaan 250, 252, 234, joihin paineistettu nestevirtaus johdetaan. Tämä paineistettu nestevirta voi olla peräisin mistä tahansa saatavilla olevasta lähteestä mutta edullisesti se saadaan kanavasta 235 venttiilin 58 ylävirran puolelta. Esimerkkinä esitettyyn ejektoriin viitataan kaaviollisesti kuviossa 3 numerolla 70.

Eräs kuvioiden 1 ja 2 korkeapainesyöttimen (High-Pressure Feeder) tehtävä on toimia sulkuventtiilinä ja estää paineen purkautuminen laiteista ja siirtokanavista esimerkiksi kuvion 1 kanavista 34 ja 35, jos jokin syöttökomponenteista toimii huonosta tai lakkaa toimimasta. Keksinnön mukaisessa syöttöjärjestelmässä 210 paineen purkautuminen häiriötilanteessa estetään muilla keinoilla. Esimerkiksi kuviossa 3 esitetään kanavaan 234 järjestetty yksisuuntainen (takaisku)venttiili 65, joka estää paineistetun virtauksen takaisin pumppuihin 251 tai 25T. Lisäksi kanavissa 234 ja 235 on tavanomaiset automaattiset (esim. solenoidi-) eristysventtiilit 66 ja 67, vastaavasti, jotka eristävät paineistetut kanavat 234, 235 muusta syöttöjärjestelmästä 210. Erään edullisen käyttötavan mukaisesti tavanomainen painekytkin on sijoitettu kanavaan 234 alavirtaan pumpusta 25T. Kytkin 68 valvoo painetta linjassa 234 ja, jos paine poikkeaa ennalta asetetusta arvosta, tavanomainen säädin 69 automaattisesti eristää keittimen 11 syöttöjärjestelmästä sulkemalla automaattisesti venttiilit 66 ja 67. Nämä venttiilit voidaan myös sulkea automaattisesti, jos virtauksen suunnan aistiva anturi havaitsee virtauksen suunnanmuutoksen kanavassa 234.

Vaikka paineen purkautumisen estäviä elimiä 65 - 69 pidetään edullisina, myös muita venttiilejä, antureita, osoittimia, hälytyslaitteita tai vastaavia käsittäviä järjestelyjä paineen purkautumisen estämiseksi voidaan käyttää, kunhan ne pystyvät riittävän tehokkaasti estämään merkittävän paineen laskun keittimessä 11.

Vaikka järjestelmää 210 käytetään edullisesti vuokeittimen 11 yhteydessä, sitä voidaan käyttää muidenkin pystysuuntaisten ilmakehän painetta korkeammassa (tyypillisesti ainakin noin 10 barin) paineessa toimivien käsittelyastioiden yhteydessä, joissa syöttö on yläosassa, kuten esimerkiksi impregnointiastian tai eräkeittimen yhteydessä.

Kuviossa 4 esitetään vielä eräs keksinnön suoritusmuoto, jossa hakkeensiirron käsite on ulotettu keittimen syöttöjärjestelmästä tehtaan puupihalle saakka. Kuvio 4 esittää järjestelmää 510, jolla hienonnettua selluloosakuitumateriaalia syötetään massanvalmistusprosessiin. Siihen kuuluu alijärjestelmä 410, jolla haketta tuodaan puupihalta järjestelmään 510, ja alijärjestelmä 310, jolla haketta käsitellään ja syötetään keittimeen 11. Alijärjestelmä 310 on olennaisesti identtinen kuviossa 3 esitetyn järjestelmän 210 kanssa.

Kuviossa 4 esitetyt komponentit, jotka ovat samanlaisia kuin kuvioissa 1 - 3 esitetyt, on merkitty taas samoilla viitenumeroilla. Komponentit, jotka ovat samanlaisia tai suorittavat samanlaista tehtävää kuin kuvioissa 1-3 esitetyt, on merkitty samoilla viitenumeroilla kuin kuvioissa 1 mutta niiden eteen on lisätty numero ”3”.

Kuten edellä on kuvattu, tavanomaisen massatehtaan puutavara tulee tehtaalle eri muotoisena. Tyypillisesti puu tai muu selluloosakuitumateriaali muunnetaan hakemaiseen muotoon ja varastoidaan joko avoimissa hakekasoissa tai varastosiiloissa.

Kuviossa 4 hakevarasto esitetään hakekasana 80. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti hake kasasta 80 tai jostakin varastoastiasta kuljetetaan tavanomaisesti, esim. kuljettimen tai etukuormaajan (ei esitetty) avulla ja syötetään, 20, astiaan 81. Tämä astia voi olla DIAMONDBACK®-astia tai mikä tahansa muu tavanomainen varastointiastia. Astiaa 81 voidaan käyttää ilmakehänpainetta korkeammassa paineessa, esim. 0,1-5 barin paineisena. Jos astiaa käytetään ilmakehänpainetta korkeammassa paineessa, jonkinlainen paineeneristyslaite (ei esitetty) voidaan sijoittaa astian syötön yhteyteen estämään paineen purkautumisen. Tämä laite voi olla sektorityppinen eristyslaite, esim. Low-Pressure Feeder tai Air-Lock Feeder, joita myy Andritz, tai ruuvityyppinen syötin, joka pystyy tiivistämään, kuten US-patentissa 5,766,418 kuvataan.

Nestettä, esimerkiksi tuorevettä, höyryä, keittokemikaaleja sisältäviä nesteitä, syötetään astiaan 81 yhden tai useamman kanavan 82 kautta, jolloin syntyy nesteen ja hakkeen suspensio ja astiaan 81 havaittava nestetaso. Järjestelmään voi kuulua elimet, joilla nesteen ja hakkeen pinnankorkeutta astiassa 81 tarkkaillaan ja säädetään. Tämä neste voi olla lämmitettyä nestettä, esimerkiksi kuumaa vettä tai höyryä, jonka lämpötila on 50 - 100°C. Jos astia on paineistettu, voidaan käyttää yli 100°C:n lämpötiloja. Neste voi edullisesti mutta ei välttämättä sisältää ainakin jotakin aktiivista keittokemikaalia, esim. natriumhydroksidia (NaOH), natriumsulfidia (Na2S), polysulfidia, antrakinonia tai vastaavia tai näiden johdannaisia.

Astiasta 81 suspensio poistetaan kanavan 84 kautta suspensiopumpun 85 syöttöön. Poistoa astiasta 81 voidaan auttaa poistolaitteella 83. Suspension virtausta kanavassa 84 voidaan myös auttaa lisäämällä lipeää kanavan 82’ kautta. Pumppu 85 voi olla minkälainen edellä mainittu suspensiopumppu tahansa, esimerkiksi Wemco- tai Lawrence-pumppu tai vastaava tai mikä tahansa kiintoaineen tai suspension siirtoon sopiva laite. Vaikka tässä on esitetty vain yksi pumppu 85, voidaan käyttää useampaa pumppua tai vastaava laitetta, joilla suspensiota siirretään kanavan 86 kautta astiaan 321. Suspension siirtoon kanavan 86 kautta voi sisältyä yksi tai useampia varasto- tai paisuntasäiliöitä (ei esitetty). Edullisesti mainituista yhdestä tai useammasta pumpusta 85 ainakin yksi pystyy poistamaan kaasua siten, että suspensiosta voidaan poistaa ei-toivottua ilmaa tai muita kaasuja. Kanavan 86 paine riippuu käytettyjen pumppujen 86 ja muiden siirtolaitteiden lukumäärästä ja kuljetettavan matkan pituudesta ja korkeudesta, jolle suspensio täytyy nostaa. Paine kanavassa 86 voi vaihdella välillä noin 0,3 - yli 35 bar (noin 5 - yli 500 psig).

Haketta voidaan myös siirron aikana käsitellä jotenkin, esimerkiksi siitä voidaan poistaa ilmaa tai sitä voidaan impregnoida nesteellä, edullisesti massanvalmistuskemikaaleja sisältävällä nesteellä, kuten edellä on kuvattu. Suspension painetta voidaan myös muuttaa ainakin yhden kerran siirron aikana siten, että sen painetta muutetaan ensimmäisestä paineesta toiseen, korkeampaan ja sitten kolmanteen, joka on alhaisempi kuin toinen paine. Kuten US-patenteissa 4,057,461 ja 4,743,338 esitetään, hakkeesta ja lipeästä muodostetun suspension paineen muuttaminen parantaa hakkeen impregnoitumista lipeällä. Tämä painevaihtelu voidaan saada aikaan muuttamalla sarjaan kytkettyjen siirtolaitteiden poistopainetta tai säätämällä suspension paineenlaskua pumppausten välissä.

Suspensio kanavasta 86 syötetään astian 321 syöttöaukkoon. Vaikka esitetty astia on käsittelyastia, ts. höyrytysastia, se voi olla myös varastosäiliö, impregnointiastia tai jopa keitin. Koska siirto kanavassa 86 tyypillisesti vaatii ainakin jonkin verran ylimääräistä nestettä, jota ei tarvita käsittelyssä tai varastoinnissa, jonkinlainen nesteenpoistolaite 87 voidaan sijoittaa siirtolaitteen ja käsittelyastian väliin. Eräs edullinen nesteenpoistolaite on huippuerotin (Top Separator), jota myy Andritz. Tämä huippuerotin voi olla standardityyppinen tai ”käännetty” huippuerotin (inverted Top Separator). Tämä laite voi olla erillinen yksikkö tai suoraan käsittelyastian päälle asennettu, kuten kuviossa esitetään. Nesteenpoistolaitteen 87 avulla suspensiosta poistettu neste palautetaan edullisesti astiaan 81 tai pumpun tai pumppujen 85 syöttöaukkoon kanavan 88 kautta helpottamaan suspension siirrossa. Nesteenpoistolaitteen 87 avulla poistettua nestettä voidaan käyttää myös missä tahansa muualla tehtaassa tarpeen mukaan. Kanavan 88 nestettä voidaan lämmittää tai jäähdyttää tarpeen mukaan lämmönsiirtimessä 90 ja se voidaan paineistaa yhden tai useamman tavanomaisen keskipakonestepumpun 89 avulla. Kanavan 88 nestettä voidaan johtaa astiaan 81 kanavan 82 kautta ja kanavaan 84 kanavan 82’ kautta.

Esitetty käsittelyastia 321 on samanlainen höyrytysastia, kuin kuvion 3 astia 221, esim. DIAMONDBACK®-höyrytysastia. Syöttöjärjestelmä 310 on muuten samanlainen kuin kuvion 3 järjestelmä 210. Esimerkiksi hakkeensyöttöjärjestelmä 410 syöttää keittimen syöttöjärjestelmää 310, joka syöttää keitintä 11. On huomattava, että kuvion 4 järjestelmä 310 on vain yksi osajärjestelmä kokonaisjärjestelmästä, jolla haketta syötetään hakekasasta 80 keittimeen 11. Tähän järjestelmään voi kuulua yksi tai useampia osajärjestelmiä 310, joilla keitintä syötetään.

Keksinnön laajin sovellutus on järjestelmä ja menetelmä, joilla hienonnettua selluloosakuitumateriaalia siirretään ja käsitellään monessa vaiheessa siten, että energiaa, myös lämpöenergiaa, otetaan talteen ja käytetään uudelleen taloudellisesti kannattavalla tavalla.

Vaikka keksintöä on edellä kuvattu ja selitetty sen mukaan, mitä tällä hetkellä pidetään sen käytännöllisimpänä ja edullisimpana sovellutuksena, on ymmärrettävä, että keksintö ei rajoitu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan päinvastoin se kattaa kaikki erilaiset suoritusmuodot ja vastaavat järjestelyt oheisten patenttivaatimusten hengen ja suorapiirin määrittelemässä laajuudessa.

Claims (20)

1. Järjestelmä (210, 310) kemiallisen selluloosamassan tuottamiseksi hienonnetusta selluloosakuitumateriaalista, johon järjestelmään kuuluu seuraavia komponentteja; höyrytysastia (221, 321), jossa hienonnettua selluloosakuitumateriaalia höyryte-tään sen sisältämän ilman poistamiseksi; ylipaineinen pystysuora käsittelyastia (11), jonka yläosassa on hienonnetun sellu-loosakuitumateriaalin syöttöaukko ja alaosassa poistoaukko; tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi paineistava siirtolaite höyrytysastiasta tulevan materiaalisuspension paineistami-seksi ja suspension kuljettamiseksi mainitun käsittelyastian syöttöaukkoon käyttämättä niin kutsuttua korkeapainesyötintä, johon paineistavaan siirtolaitteeseen kuuluu yksi tai useampi korkeapainesuspensiopumppu (251, 25T, 351, 35T) käsittelyastian mainitun yläosan alapuolella, joista ainakin ensimmäinen korkeapainesuspensiopumppu on korkeapaineinen spiraaliruuvityyppinen keskipakopumppu, jolloin hienonnettu selluloosakui-tumateriaali on puuhaketta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittuun yhteen tai useampaan pumppuun (251, 25T, 351, 35T) kuuluu ensimmäinen ja toinen korkeapaineinen samaa tyyppiä oleva pumppu sarjaan kytkettyinä, joilla kullakin on pai-nearvo, syöttöaukko ja poistoaukko, ja mainitun ensimmäisen pumpun syöttöaukko on toiminnallisesti yhteydessä mainittuun höyrytysastiaan (221, 321) ja poistoaukko mainitun toisen pumpun syöttöaukkoon.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että pumput (251, 25T, 351, 35T) ovat keskipakopumppuja, jotka kykenevät pumppaamaan suspensiota, jonka neste-kiintoainesuhde on välillä 2-10, edullisesti 3-7, edullisimmin 3-6.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen lisäksi kuuluu korkeapainesuspensiopumpun syöttöaukkoon tai poistoaukkoon liitetty ejektori (70).

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi nesteenpalautuslinja (235) käsittelyastian yläosasta, joka palautuslinja on toiminnallisesti yhteydessä jonkin mainitun pumpun syöttö- tai poistoaukkoon.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittu nes-teenpalautuslinja (235) on kytketty paineenalennuselimeen nesteen paineen alentamiseksi palautuslinjassa ennen kuin neste johdetaan suspensiopumpun syöttö- tai poisto-aukkoon.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittuun paineenalennuselimeen kuuluu paisuntasäiliö (253, 353) ja paisuntasäiliöstä tuleva neste johdetaan mainitun ensimmäisen suspensiopumpun syöttöä ukkoon.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että paineenalennuselimeen kuuluu palautuslinjaan järjestetty paineensäätöventtiili (58).

9. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi mainitun höyrytysastian (221, 321) ja mainitun ainakin yhden suspensiopumpun väliin liitetty kuilu (226, 326), joka höyrytysastia on kuilun yläpuolella ja kuilu mainitun ainakin yhden suspensiopumpun yläpuolella, ja mainittu ainakin yksi suspen-siopumppu ainakin kolmekymmentä jalkaa (9,144 m) alempana kuin mainitun käsittely-astian syöttöaukko.

10. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi mainitusta ainakin yhdestä suspensiopumpusta erillinen paineen purkautumisen estävä elin.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi nesteenpalautuslinja (235) käsittelyastian (11) yläosasta, joka linja on toiminnallisesti kytketty mainittuun ainakin yhteen suspensiopumppuun, ja suspensiokanava (234) mainitun ainakin yhden suspensiopumpun ja käsittelyastian yläosan välissä, ja mainittuun paineen purkautumisen estävään elimeen kuuluu automaattinen eristysventtiili (66, 67) suspensiokanavassa ja palautuslinjassa, suspensiokanavaan liitetty paineanturi (68) kanavan paineen tunnistamiseksi ja eristysventtiileihin liitetty säädin (69), joka ohjaa eristysventtiileitä paineanturin havaitseman paineen mukaan.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittuun yhteen tai useampaan pumppuun kuuluu ensimmäinen ja toinen korkeapaineinen suspen-siopumppu sarjaan kytkettyinä, joista kullakin on painearvo, syöttöaukko ja poistoaukko, joista ensimmäisen pumpun syöttöaukko on toiminnallisesti kytketty mainittuun höyry-tysastiaan (221), ja ensimmäisen pumpun poistoaukko on toiminnallisesti kytketty maini- tun toisen pumpun syöttöaukkoon, jonka toisen pumpun painearvo on korkeampi kuin mainitun ensimmäisen pumpun, ja jossa mainittu käsittelyastia (11) on vuokeitin.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluu lisäksi elimet, joilla lisätään nesteen virtausta mainitun toisen suspensiopumpun syöttö-aukkoon tai poistoaukosta.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että nesteen virtausta lisääviin elimiin kuuluu nestelinja, jossa nesteen paine on alhaisempi kuin paine mainitun toisen suspensiopumpun syöttöaukolla, ja nestelinjan ja mainitun syöttöaukon väliin on järjestetty kanava (56, 63), ja nestepumppu (57, 64) mainitussa kanavassa.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittu neste-linja on palautuslinja (235) ja mainittu kanava (63) on kytketty suoraan mainittuun palautuskaan.

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että mainittu neste-linja on kytketty paisuntasäiliöön (253), jossa on nesteen poistoaukko, ja jossa mainittu kanava (56) on kytketty paisuntasäiliön nesteenpoistoaukkoon.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä että paisuntasäiliös-sä (253) on höyrynpoistoaukko, ja jossa poistoaukko on kytketty (60) mainittuun höyry-tysastiaan (221).

18. Menetelmä puuhakkeen syöttämiseksi käsittelyastian (11) yläosaan, johon menetelmään kuuluvat seuraavat vaiheet: (a) höyrytetään hake sen sisältämän ilman poistamiseksi ja hakkeen kuumentamiseksi, (b) suspendoidaan hake keittolipeällä nesteen ja materiaalin suspensioksi; tunnettu siitä, että menetelmään kuuluu lisäksi seuraava vaihe (c) paineistetaan suspensio ainakin noin 5 barin ylipaineeseen ainakin 30 jalkaa (9,144 m) käsittelyastian yläosan alapuolella ja kuljetetaan paineistettu hake käsittelyastian yläosaan; paineistusvaihe käsittää olennaisesti sen, että haketta käsitellään yhdellä tai useammalla korkeapaineisella suspensiopumpulla (251, 251’, 351, 351’), joista ainakin ensimmäinen on spiraaliruuvityyppinen keskipakopumppu.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluvat seuraavat vaiheet: (d) palautetaan käsittelyastian (11) yläosassa suspensiosta erotettua nestettä mainitulle ainakin yhdelle pumpulle, ja (e) valvotaan suspension painetta siirrettäessä suspensiota käsittelyastian yläosaan ja katkaistaan suspensiovirtaus käsittelyastian yläosaan sekä nesteen takaisinvirtaus astian yläosasta, jos paine putoaa alle ennalta määritetyn arvon.

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että siihen kuuluvat seuraavat vaiheet: (d) palautetaan suspensiosta käsittelyastian (11) yläosassa erotettua nestettä mainitulle ainakin yhdelle pumpulle, ja (e) paisutetaan nestettä samalla kun se palautetaan vaiheessa (d) höyryn tuottamiseksi, ja käytetään höyryä vaiheessa (a). PATENTKRAV