FI58522C - Foerfarande och anordning foer blekning av ett fibroest material speciellt cellulosa - Google Patents

Description

rafir^l M (11)KUULUTUSJULKA.SU cQCOO

JRS A LJ ' V UTLÄGGN I NGSSKRIFT OOD^Z

(45) ^ ^ (51) Kv.!k?/lnt.a3 D 21 C 9/10 SUOMI —FINLAND (21) P*wnttlhtk«nHi»-P*nnt*«eknJn| 2095/Tl (22) HkkMnXpiM —AMfiknlnfKNg 22.07-71 ' ^ (23) Allwpllvl—GlMgh«t*d«f 22.07-71 (41) Tullut JulkMal — Bllvtt offmtllg 25 01 72 ^ I* (44) NHKMIalpaMA |. k#». ,™. _

Patent· och regiltarttyralsan v ' AnaMun utlagd oeh utLkrtfwn publfcend 31.10.80 (32)(33)(31) ^T4«tty ·ο·οΙΙμμ·—Begird priorkat 2k. 07.70 17.02.71 Ruotsi-Sverige(SE) 10238/70, 2023/71 (71) Sunds Aktiebolag, Sundsvall, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Hans-Erik Rye Engström, Sundsvall, Bengt Edvard Pettersson,

Sundsvall, Ruotsi-Sverige(SE) (7*+) Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä ja laite kuitumaisen aineen, erikoisesti selluloosan valkai- semiseksi - Förfarande och anordning för blekning av ett fibröst material, speciellt cellulosa Tämän keksinnön kohteena on menetelmä kuitumaisen aineen, erikoisesti selluloosan valkaisemiseksi kaasumaisella valkaisuaineella, ja se on erikoisesti tarkoitettu käytettäväksi sellaisissa järjestelmissä, joissa kuitumainen aine viedään hienonnetussa tilasssa kaasukammioon, joka sijaitsee pystysuoran, ainakin olennaisesti sileät sisäseinämät omaavan valkaisutornin yläosassa, kuitumaisen aineen annettaessa pudota vapaasti painovoiman vaikutuksesta yhtenäisen, suuren kuitupitoisuuden omaavan ainepatsaan muodostamiseksi kaasukammioon. Keksintö koskee myös järjestelmää menetelmän toteuttamiseksi .

Kun selluloosaa valkaistaan kaasumaisella valkaisuaineella kuvattua tyyppiä olevassa tornissa, haluttu reaktioaika on normaalisti pitempi kuin selluloosan vapaaseen putoamiseen tornin läpi kuluva aika ja yleensä pitempi kuin viisi minuuttia. Sen tähden muodostetaan selluloosamassapatsas torniin, ja johtuen yläpuolella olevien massakerrosten painosta massan paino tilavuus.yksikköä kohti on suurempi patsaan alaosassa kuin sen yläosassa. Jos massa patsaan alaosassa tulee puristetuksi kokoon liian suuressa määrässä, syntyy vaikeuksia riittävän kaasumäärän syöttämisessä tähän massan osaan, 2 58522 ja tulee olemaan mahdotonta saattaa reaktio loppuun kohtuullisessa ajassa. Patsaan alimmassa osassa sijaitseva massa joutuu nimittäin niin suuren paineen alaiseksi, että vettä puristuu pois massasta, mikä tekee massan vain heikosti kaasua läpäiseväksi, sillä ainoa tapa, jolla kaasu voi päästä massaan, on nestefaasissa tapahtuva diffuusio. Tämä probleemi voidaan tietysti ratkaista käyttämällä suuremman läpimitan omaavia valkaisutorneja. Tällaiset tornit vaativat kuitenkin paljon tilaa ja edellyttävät kalliimpia rakenteita välineissä, jotka tarvitaan massan poistamiseksi tornista. Probleemia on yritetty ratkaista varustamalla torni sisäänpäin ulkonevilla hyllyillä, jotka ehkäisevät massan kulkua alaspäin ja joista massa kaavitaan pois sopivan reaktiojakson jälkeen. Tämä aiheuttaa lisäkustannuksia tarvittavien mekaanisten laitteiden vuoksi, mikä on omiaan vähentämään niitä taloudellisia etuja, jotka saavutetaan kaasufaasissa tapahtuvalla valkaisuprosessilla.

Nyt on todettu, että tornissa voidaan ylläpitää yhtäjaksoinen kaasualäpäisevä massapatsas, jonka korkeus on sellainen, että tornilla voi olla taloudellinen läpimitta, edellyttäen että selluloosa-massalla on kuohkea rakenne ja että sen kuitupitoisuus on suuri.

Valkaistaessa selluloosamassoja kaasumaisella valkaisuaineella keksinnön mukaisesti, massan pitää olla kuohkeata ja omata kuitupitoisuus, joka on välillä 18-40 %. Sopiva pitoisuus on välillä 25-35 %, edullisimman pitoisuuden ollessa 30 %. On helposti ymmärrettävää, että parhaimpien valkaisutulosten saavuttamiseksi massan ja kaasumaisen valkaisuaineen välisen kosketuspinnan pitää olla riittävän suuri ja massan riittävän kuohkea, jotta tuore kaasumainen valkaisuaine voi sekoittua massaan ja korvata kulutetun valkaisu-aineen. Suurin osa niistä valkaisuvaiheista, joita sovelletaan valkaisuprosessin aikana, voidaan suorittaa edullisesti edellä mainitulla pitoisuusalueella.

Kuitupitoisuusalueen alarajan määräävät rakenteelliset syyt, koska pitoisuuksien ollessa alle 18 % liian suuren läpimitan omaavia torneja on käytettävä, kun taas ylärajaa ei pitäisi ylittää prosessista johtuvien syiden vuoksi. Kun kaasufaasivalkaisuun käytetään klooria tai sen yhdisteitä, paras massan laatu ja suurin ligniinin liukenemisaste saavutetaan massan kuitupitoisuuksien ollessa alueella 30-40 %. Jos kaasumaisena valkaisuaineena on happi, niin yli 35 % pitoisuuden omaavat suhteellisen kuivat massat aiheuttavat tulenvaaran ja ovat helposti syttyviä, jos massa jostain syystä kuumenee liikaa tai jos tapahtuu kipinöintiä. Massat, joiden pi- , 58522 toisuus on yli 35 %, ovat hyvin helposti syttyviä ja sytyttyään saavat räjähdysominaisuudet nopeasti, kun taas pienemmän pitoisuuden omaavat massat ovat vähemmän herkkiä syttymään ja suuren kosteus-määränsä vuoksi ovat sytyttyään itsestään sammuvia. Suuri määrä kokeita on tehty tornissa, joka oli varustettu puhkaisulevyillä sekä paine- ja lämpötilamittareilla, ja niiden yhteydessä on todettu, että massalietteen kuiva-ainepitoisuuden vaarallinen raja on välillä 33-35 %>, riippuen jonkin verran happikaasun osapaineesta. Raja-arvot, joita voidaan soveltaa käytännössä valkaistaessa selluloosaa happi-kaasulla pystysuorissa reaktiotorneissa ottaen huomioon taloudelliset tornin läpimitat ja tulenvaaran eliminoinnin, ovat 25 % ja 35 S. Sopiva pitoisuus on 30 %.

Edellä mainitut kokeet ovat myös osoittaneet, että kaasun tyy-, dyttävän sekoittumisen aikaansaamiseksi massapatsaan alimpaan kerrokseen, maksimikorkeuden, johon massapatsaan sallitaan nousta, pitää olla likimain viivallisessa suhteessa massan kuitupitoisuuteen alueella 18-40 %. Tämä riippuvuus on kuvattu kuviossa 3, joka esittää massapatsaan maksimikorkeuden metreissä massan kuitupitoisuuden funktiona.

Tämän keksinnön tarkoituksena on sen vuoksi aikaansaada menetelmä ja järjestelmä, joiden avulla selluloosaa voidaan valkaista yhtenäisesti ja nopeasti kaasumaisella valkaisuaineella käyttäen suhteellisen halpaa laitteistoa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että selluloosa syötetään sellaisen reaktiotornin yläosaan,jonka sisäpinta on sileä tai olennaisesti sileä, ts. tornin sisäpuolelle ei ole sijoitettu mitään hyllyjä tai sentapaisia ulkonemia massan keräämiseksi ja pidättämiseksi haluttua pituutta olevien reaktiojaksojen ajaksi, tornin yläosaan muodostetaan ja siinä ylläpidetään kaasun täyttämä tila, ja tornissa ylläpidetään hienonnetun selluloosamassan yhtäjaksoinen patsas, jonka kuitupitoisuus on välillä 18-40 % ja maksimikorkeus metreissä lausuttuna likimain välillä viisi kymmenesosaa - seitsemän kymmenesosaa, sopivimmin kuusi kymmenesosaa laskettuna yhtenäisessä patsaassa olevan massan painoprosenteissa, ilmoitetusta pitoisuudesta.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joista kuvio 1 esittää suljettua valkaisutornia, kuvio 2 esittää tornin yläosan pystysuorana leikkauksena suurennetussa mittakaavassa, kuvio 3 osoittaa riippuvuuden massapatsaan maksimikorkeuden ja massan kuitupitoisuuden välillä, kuvio 4 kuvaa yhteyttä massan tiheyden ja siihen kohdistuvan paineen välillä kahdessa eri sylinterissä, kuvio 5 esittää kuohkeutetun massan tiheyden massapatsaan yläpin- 4 56522 nasta mitatun etäisyyden funktiona, kuvio 6 esittää suhteellisen kaa-sutilavuuden massapatsaassa yläpinnasta mitatun etäisyyden funktiona, kuvio 7 esittää valkaisuvyöhykkeestä laimennusvyöhykkeeseen purkautuvan massavirran voimakkuuden irtonaisen pohjalevyn pyörimisnopeuden funktiona, kuviot 8,9 ja 10 kuvaavat säiliössä vallitsevaa painetta palamisen alkamisesta lasketun ajan funktiona, kuvio 11 on virtauskaavio järjestelmälle happivalkaisussa liuenneiden kiinteiden aineiden talteenottamiseksi ja palauttamiseksi ja kuvio 12 esittää laimennusvyöhykkeen suurennetussa mittakaavassa.

Kuvattu valkaisulaite on alasvirtaustorni, jonka yläpäähän on yhdistetty syöttöjohto 2, joka, kuten kuviosta 2 näkyy, voi olla varustettu kuljetusruuvilla 3, jotta varmistetaan selluloosan syöttö tasaisesti alas laitteeseen 4, joka hienontaa selluloosan. Ruuvi-kuljetin 3 ja hienonnuslaite 4 voivat sopivasti olla asennetut samaan akseliin, jolloin ne tulevat pyörimään samalla nopeudella.

Ne voivat myös yhtä hyvin olla asennetut eri akseleihin, ja ruuvia 3 voidaan pyörittää pienemmällä nopeudella kuin laitetta 4. Massa syötetään johtoon 2 sopivasti vaakasuoraan asentoon asetetun, sisään-tuloaukon 6 käsittävän ruuvikuljettimen 5 avulla. Ruuvikuljetin 5 on konstruoitu siten, että sen vaipan sisälle muodostuu massatulppa, joka estää kaasumaisen valkaisuaineen poistumasta massan syöttö-suuntaa vastaan. Sekä ruuvi 5 että sen vaippa 7 ovat kartiomaisia muodoltaan ja niillä on massan syöttösuuntaan pienenevä poikkipinta. Ruuvikuljetinsysteemi päättyy osaan 8, joka sijaitsee lähellä johtoa 2. Tämä ruuvisysteemin osa voi olla sylinterimäinen tai omata suurenevan poikkipinnan.

Selluloosamassa hienonnetaan sylinterimäisten pyörivien tappien 9 tai samantapaisten sauvamaisten elimien avulla, joista elimistä ainakin osa toimii yhdessä likimain saman muodon omaavien kiinteiden elimien 10 kanssa. Levy 11 ja mahdollisesti myös siirtävä eli työntävä elin 12 ovat sovitetut ohjaamaan massaa ja levittämään sitä sä-teittäisesti elimiä 9 ja 10 päin. Voi olla myös sopivaa poikkeuttaa massan säteittäinen liike suuntaan vinosti alaspäin. Esitetyssä suoritusmuodossa tämä saadaan aikaan kiinteän kartiomaisen kuvun 13 avulla. On selvää, että keksinnön mukainen järjestelmä ei rajoitu edellä esitettyyn selluloosamassaa hajottavaan ja kuohkeuttavaan laitteeseen, vaan myös muita tunnettua tähän tarkoitukseen soveltuvia laitteita voidaan käyttää.

Selluloosaa voidaan käsitellä joko välittömästi sen tullessa torniin tai sen kulkiessa tornin lävitse. Selluloosaa hienontava laite voidaan myös sijoittaa tornin ulkopuolelle, mutta tällöin 5 58522 tarvitaan lisäksi välineet varmistamaan, että selluloosa viedään torniin menettemättä huomattavassa määrin kuohkeuttaan. Mikäli halutaan, tiettyjä varolaitteita voidaan sijoittaa tornin yläosaan, kuten suih-kusuuttimet 14 vettä tai muita sopivia tulensammutusnesteitä varten sekä puhkausulevyt 15. Jos puhkaisulevyjä käytetään, niitä pitäisi olla vähintään kaksi sijoitettuna symmetrisesti, jotta vältetään haitallisten reaktiovoimien esiintyminen levyjen mahdollisesti repeytyessä. Suihkusuuttimien syöttöjohto on merkitty viitenumerolla 52.

Tornin alaosassa olevaa selluloosamassaa voidaan laimentaa nesteellä, joka purkautuu tornin eri puolilla sijaitsevista laimennus-suuttimista ja massaa voidaan sekoittaa yhden tai useamman siipi-sekoittimen avulla kuitupitoisuuden tasaisen vähenemisen aikaansaamiseksi, jotta saavutetaan haluttu pumputtavissa oleva sakeus. Laitteita, jotka tarvitaan tämän toteuttamiseksi, ei ole tarpeen selostaa yksityiskohtaisesti, koska ne ovat tunnettuja tavanmukaisissa alas-virtauksella toimivissa valkaisutorneissa. Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa on massanpoistojärjestelmä, jonka etuna on, että vaara massan laimennusvyöhykkeen siirtymisestä tornia ylös on eliminoitu. Esimerkkinä esitetyssä suoritusmuodossa torni on jaettu val-kaisuvyöhykkeeseen 16, joka käsittää kaasutilan 30, ja laimennusvyö-hykkeeseen 17, joita vyöhykkeitä erottaa toisistaan kaasuvyöhyke 18. Valkaisuvyöhykkeessä oleva massa lepää pyörivän irtonaisen pohja-levyn 19 päällä, joka levy erottaa valkaisuvyöhykkeen kaasuvyöhyk-keestä 18 ja joka käsittää purkaustyöntöelimet 20 massan purkamiseksi irtonaisen pohjalevyn 19 ja valkaisutornin seinämien välisen raon 21 kautta. Massa putoaa sen jälkeen välittömästi irtonaisen pohjalevyn 19 alapuolella ylläpidetyn kaasuvyöhykkeen 18 kautta laimennus-vyöhykkeeseen 17. Massa laimennetaan vedellä (paluuvedellä), jota syötetään yhdestä tai useammasta putkesta 22, ja sekoitetaan siipi-sekoittimilla 23, jonka jälkeen massaliete sopivan pumppuamissakeuden eli -pitoisuuden, esim. n. 4 %, omaavana poistetaan putken 2*1 kautta. Esitetyssä suoritusmuodossa irtonaista levyä 19 käyttää hydraulinen moottori 25, ja sitä kannattaa laakereihin 27 ja 28 tuettu akseli 26.

Laimennusvyöhyke voi ulottua irtonaisen levyn 19 lähelle tai samaan tasoon kuin levy 19.

Kaasumainen valkaisuaine johdetaan valkaisuvyöhykkeeseen yhden tai useamman johdon 29 kautta, sopivasti vyöhykkeen alaosaan tai samanaikaisesti useammassa tasossa valkaisuvyöhykkeessä olevan massan pinnan alapuolella. Kaasujen syötöt tiloihin 30 ja 18 voidaan myös suorittaa joko samanaikaisesti tai vaihtoehtoisesti yhteen tahi 6 58522 molempiin kaasutiloihin. Jälkimmäisessä tapauksessa voidaan välttää kaasumaisen valkaisuaineen suoranainen johtaminen massaan. Tornin yläosaan on sijoitettu poistoputki 31 kaasumaisen valkaisuaineen poistamiseksi jatkuvasti tai ajoittaisesti, jotta estetään valkaisu-aine rikastumasta kaasulla, joka ei kykene reagoimaan massan kanssa. Jos esim. happikaasua käytetään, vaikka tosin sama pätee muiden kaasumaisten valkaisuaineiden suhteen, voi syntyä vaikeuksia ilman estämisessä seuraamasta massaa. Typpikaasulla rikastuminen voidaan välttää johtamalla sitä ulos putken 31 kautta. Tällöin menetetään tietty määrä kaasumaista valkaisuainetta.

Kokeet ja niiden tulokset.

Valkaisu hapella suoritetaan tavallisesti seuraavissa olosuhteissa :

Lämpötila 80-120°C

2

Hapen osapaine 2-8 kg/cm Vaikutusaika vähemmän kuin yksi tunti.

Ensimmäiset valkaisukokeet laboratoriossa suoritettiin massan kuitupitoisuuden eli sakeuden ollessa 8-16 %. Myöhemmin esitimme arvoja, jotka osoittivat, että hyviä valkaisutuloksia voidaan saada laboratoriossa jopa pitoisuusalueella 3-6 %.

Laitteiden suunnittelijoiden kannalta ei mainittu lämpötila-alue osoittautunut erikoiseksi probleemiksi. Samoin ei myöskään paine tai vaikutusaika. Alempi pitoisuusalue, 3-6 %, vaatisi kuitenkin liikaa sekoitustehoa, jotta riittävä ja tasainen hapen jakaantuminen reaktion kuluessa tulisi varmistetuksi. Myös alue 8-16 % todettiin sopimattomaksi samoista syistä. Johtopäätöksenä oli, että ihanteellinen pitoisuusalue olisi sellainen, jossa selluloosa voidaan kuohkeuttaa niin huokoiseen tilaan, että kaasu voi tunkeutua reaktorissa olevan massapatsaan lävitse koko sen pituudelta, tai ainakin että kuitujen väliset huokoset voivat pidättää reaktiossa kulutettavan hapen. Jos tätä tavoitetta ei voida saavuttaa, on välttämätöntä sekoittaa massaa ainakin osan reaktioajasta, jolloin tarvitaan monimutkainen ja kallis reaktori, siihen hyvin mahdollisesti liittyvine suurine ylläpitokustannuksineen.

Laboratoriokokeilla, jotka suoritettiin käyttäen kuohkeutettua selluloosamassaa ja erilaisia pitoisuuksia, määrättiin yhteys massan tiheyden ja massaan vaikuttavan paineen välillä kullakin pitoisuuden arvolla.

Kerros kuohkeutettua massaa vietiin pystysuoraan sylinteriin, jonka sisäseinämät oli päällystetty teflonilla seinäkitkan vähentämiseksi minimiinsä. Rei'itetty levy asetettiin massakerroksen 7 58522 päälle, ja kerroksen tilavuus mitattiin, kun reikälevyä kuormitettiin erilaisilla painoilla. Käytettiin kahta eri sylinteriä, joiden läpimitat olivat n. 10 cm ja n. 3^ cm. Massaan oli sekoitettu 3,5 % natriumhydroksidia laskettuna kuivan selluloosan painosta ennen kokeita .

Kuvio 4 esittää tyypillisen tuloksen, joka saatiin 19 % pitoisuuden omaavalla valkaisemattomalla sulfaattiselluloosamassalla (Pinus sylvestris). Todettiin, että yhteys 'tiheys - paine' voidaan kullakin pitoisuusarvolla, kuormituspaineen ollessa suurempi kuin 2 n. 1 PSIG (n. 0,07 kp/cm ), likimain esittää kaavalla

H

ύ = ep jossa γ = massan tiheys, g/cm^

P = kuormituspaine, PSIG

Kertoimen 6 ja eksponentin H arvot vaihtelivat riippuen massan pitoisuudesta.

Näin saadun riippuvuuden ja yleisten fysikaalismatemaattisten laskelmien avulla kuohkeutetun massan tiheys johdettiin kerrossyvyy-den funktiona, tulosten ollessa esitettynä kuviossa 5. Kuten näkyy, tiheys suurenee huomattavasti syvyyden eli etäisyyden pinnasta lisääntyessä. Pitoisuuden ollessa 25 % on tiheys n. 6 m pinnan alapuolella melkein kaksi kertaa niin suuri kuin n. lm pinnan alapuolella, koska massa puristuu kokoon oman painonsa vaikutuksesta. Katkoviiva kuvaa rajaa, jonka kohdalla kuituverkko alkaa painua kokoon ja veden poistuminen tapahtuu, kuten myös on saatu tulokseksi kokeissa.

Olettaen, että kuitujen tiheys on 1,6 ja veden 1,0 laskettiin edelleen suhteellinen kaasutilavuus massakerroksessa syvyyden funktiona, tulosten ollessa esitettynä kuviossa 6.

Näistä graafisista kuvioista voidaan tehdä se johtopäätös, että kaasufaasi-valkaisu, joka vaatii huomattavan pitkän vaikutus-ajan, on suoritettava käyttäen suuria pitoisuuksia, jotta varmistettaisiin kaasun riittävä tunkeutuminen koko massakerrokseen, mikäli halutaan tulla toimeen ilman kaasun sekoittamista massan kanssa mekaanisilla välineillä reaktion aikana.

Johtopäätöksenä oli, että sopiva kuitupitoisuus mainitusta puulajista tehtyä selluloosaa reaktorissa käsiteltäessä olisi alueella 25-30 %. Lisäksi tulokset selvästi osoittivat, että happivalkaisu on mahdollista suorittaa mekaanisesti sekoittamatta jopa niin suurilla tuotantonopeuksilla kuin 800-1000 tonnia vuorokaudessa.

Koivusta (Betula pubescens) valmistetulla sulfaattiselluloo- 8 58522 salia suoritetuista kokeista saadut tulokset olivat hyvin samanlaiset kuin edellä esitetyt. Muiden puulajien ollessa kysymyksessä voidaan todeta erilaisia massatiheyksiä. Tällaisissa tapauksissa riittävä kaasuntunkeutuminen edellyttää jonkin verran erilaista pitoisuus-aluetta .

Toinen huomiota vaativa probleemi oli, miten välttää liiallinen kaasuvuoto (happivuoto) painereaktorin syöttö- ja poistopäästä.

Syöttöpäähän suunniteltiin ruuvisyötin (kuvio 2) sillä tavalla, että se tulisi puristamaan massan kaasutiiviiksi tulpaksi reaktorin syöttöjohtoon. Prototyyppiä kokeiltiin puolitehdasmaisessa laitoksessa. Muutamien muutosten jälkeen osoittautui mahdolliseksi syöttää suuren sakeuden omaavaa massaa tilavuudeltaan n. 10 m^ olevaan paine-säiliöön, pysäyttää ruuvisyötin, jättää kaikki paikoilleen ja todeta seuraavana päivänä , että paine säiliössä oli täsmälleen sama kuin syötintä pysäytettäessä edellisenä päivänä.

Ilmeisesti tehokas tapa liiallisten kaasuhäviöitten estämiseksi poistopäässä on käyttää laimennusvyöhykettä reaktorin pohjassa. Teoreettisesti lämpötilassa 100°C ja paineessa 6 kp/cm2 sekä massan poistopitoisuuden ollessa 4 % happihäviö poistonesteen mukana on 0,4 % laskettuna selluloosan painosta ja 0,25 % massan poistopitoisuuden ollessa 6 %, edellyttäen että tasapaino vallitsee kaasufaasin ja nestefaasin välillä.

Niinpä päätettiin konstruoida reaktorin pohjaosa kuvion 12 mukaiseksi. Pyörivä levysyötin purkaa suuren sakeuden omaavan massan laimennusvyöhykkeeseen. Tällä järjestelyllä saavutetaan erittäin tarkka suuren sakeuden omaavasta vyöhykkeestä lähtevän purkausvirran säätö, kuten on esitetty kuviossa 7· Säilyttämällä säädetty taso laimennusvyöhykkeessä tulee ulospurkaus poistojohtoon myös tarkasti säädetyksi.

Missä tahansa toiminnassa, jossa käytetään puhdasta happea, esiintyy tiettyjä vaaroja. Sen vuoksi tutkimus hapella suoritettavan valkaisun turvallisuusnäkökohdista aloitettiin jo kehitystyön varhaisessa vaiheessa. Niinpä on suoritettu laajoja kokeita sekä laboratoriossa että puoliteknillisessä mittakaavassa niiden rajaolo-suhteiden toteamiseksi, joissa selluloosan syttyminen ja palaminen alkaa tapahtua massan sakeuden ja hapen osapaineen erilaisissa yhdistelmissä. Jokseenkin monimutkaisia välineitä käytettiin nopeiden paineen- ja lämpötilanmuutosten mittaamiseksi ja talteenmerkitsemi-seksi. Kaikissa kokeissa käytettiin seuraavaa tekniikkaa: 9 58522

Kerros kuohkeutettua selluloosamassaa vietiin paineastiaan, joka oli varustettu sähköisesti kuumennettavalla hehkulangalla sytytyksen suorittamiseksi. Astiaan johdettiin happea haluttuun lähtöpaineeseen saakka, ja hehkulanka kuumennettiin sisällön sytyttämiseksi. Eri kokoisia astioita käytettiin lähtien 0,3 litran autoklaavista n. 10 m^ vetoiseen painesäiliöön saakka.

Yhteenvetona voidaan sanoa, että osoittautui hyvin vaikeaksi saada selluloosa syttymään pitoisuuden ollessa 30 % tai pienempi 2 . .

vieläpä puhtaassa hapessa ja paineessa 10 kp/cm . Palaminen voitiin kuitenkin saada alkuun asettamalla hehkulangan ympärille pieni määrä massaa, jonka pitoisuus oli 38-40 %. Kuvio 8 esittää tyypillistä paineen muuttumista ajan funktiona käytettäessä mainittua menettelyä 10 m^:n säiliössä.

Tässä kokeessa säiliöön vietiin 30 kg BD-selluloosamassaa, jonka pitoisuus oli 30 %, ja lisäksi hehkulangan ympärille 5,5 kg massaa, jonka pitoisuus oli 38 %, hehkulangan sijaitessa massakerrok- 2 sen pinnassa. Lähtöpaine oli 71 PSIG eli 5 kp/cm . Sytytys tapahtui kuvion hetkellä 0. Kuten nähdään, paine nousi hyvin hitaasti ensimmäisen 35 sekunnin aikana. Koska palamista ei yritetty estää, puh- 2 kaisulevy antoi lopulta perään paineessa 150 PSIG eli 10,5 kp/cm noin 3 minuutin kuluttua.

Kuvio 9 näyttää erään toisen kokeen tuloksen. Tässä kokeessa 15 kg BD-selluloosamassaa, jonka pitoisuus oli 39 %y sytytettiin samassa säiliössä kuin edellä. Myös tällöin paineen nousu oli suhteellisen vähäinen ensimmäisen 30 sekunnin aikana, nimittäin arvosta 2 71 PSIG arvoon 85 PSIG eli 6 kp/cm . Paineen ollessa 176 PSIG eli 2 n. 12 kp/cm läpimitaltaan n. 10 cm oleva päästöventtuli avattiin, jolloin paine aleni nollaan 17 sekunnissa ja tuli sammui.

Kaikissa kokeissa oli havaittu, että palaminen tapahtui vain massakerroksen pinnalla. Niinpä tehtiin se johtopäätös, että syttynyt tuli oli mahdollista sammuttaa paremmin sammutusainesuihkulla kuin avaamalla varoventtiili tai rikkomalla puhkaisulevy. Kuvio 10 kuvaa sammutussuihkun vaikutusta 10 m^:n säiliössä. Tässä kokeessa 20 kg BD-selluloosamassaa, jonka pitoisuus oli 42 %, sytytettiin lähtöpaineen ollessa 71 PSIG. 40 sekunnin kuluttua suihkuventtiili avattiin paineen ollessa 114 PSIG, ja paine pieneni arvoon 85 PSIG

10-15 sekunnissa tulen samalla sammuessa.

Turvallisuustutkimusten tuloksena reaktori varustettiin kolmella toisistaan riippumattomalla varmuusjärjestelmällä. Ensimmäiseen niistä vaikuttavat reaktorissa olevat paineenilmaisin ja/tai lämpötilanilmaisimet. Kumpikin näistä voi avata reaktorin yläpäässä 10 58522 sijaitsevien vesisuihkusuuttimien syöttöjohdossa olevan venttiilin, avata päästöventtiilin paineen alentamiseksi nopeasti ja sulkea ha-pensyöttöjohdossa olevan venttiilin siinä tapauksessa, että tuli syttyy. Toinen järjestelmä on yksinkertaisesti tavanmukainen mekaaninen varoventtiili, ja kolmannen järjestelmän muodostaa kaksi puhkai-sulevyä. Kukin järjestelmä näistä voi sammuttaa tulen sekä alentaa paineen ja lämpötilan ennen kuin ne läheskään ovat saavuttaneet vaarallisen tason.

Happivalkaisu ei sinänsä vähennä saastumista mitenkään huomattavassa määrässä, paitsi jos happivaiheessa liuenneet kiinteät aineet otetaan talteen jollakin sopivalla tavalla. Happivalkaisu on mahdollista suorittaa tietyn määrän mustanlipeän kiinteitä aineita ollessa läsnä selluloosamassassa.

Tämä tosiasia johtaa ajatukseen todellisesta vastavirta-talteenottojärjestelmästä, jossa happivaiheen talteenottonestettä käytetään pesuun viimeisessä ruskean massan pesulaitteessa.

Kuviossa 11 tällainen järjestelmä on esitetty kolmena eri vaihtoehtona. Yksinkertaisuuden vuoksi sisäisiä laimennuspiirejä ei ole esitetty. Virtauskaavio esittää kuitenkin talteenotto- ja palau-tusolosuhteet, jotka tekevät mahddlliseksi täysin tasapainoitetun nestejärjestelmän, ts. mitään nestevirtaa ei tarvitse johtaa viemäriin tai muualle. Vaihtoehdossa I seulontajärjestelmä on avoinna. Kaikki nesteylimäärä happireaktorin jälkeen sijaitsevasta pesulait-teesta käytetään pesunesteenä viimeisessä ruskean massan pesulaitteessa. Seulonta (joka ei käsitä oksainerottamista) suoritetaan happivaiheen jälkeen. Tällä tavalla happivaihe tulee olemaan osana ruskean massan pesujärjestelmästä, jossa viimeinen pesulaite on happireaktorin jälkeen sijaitseva pesulaite.

Vaihtoehdossa II seulontajärjestelmä on suljettu, mikä tarkoittaa sitä, että seulotun massan sakeuttimesta saatua suodosta käytetään paitsi seulontajärjestelmän sisäiseen laimennukseen myös pesuun happireaktorin jälkeen sijaitsevassa pesulaitteessa. Sen vuoksi raitista vettä käytetään pesuun seulotun massan sakeuttimessa, joka tällöin jää itse asiassa viimeiseksi pesulaitteeksi ruskean massan pesujärjestelmässä, happivaiheen ja seulontajärjestelmän ollessa siihen kuuluvina osina.

Lopuksi vaihtoehdossa III myös seulontajäännös säilytetään järjestelmässä puhdistamalla jäännös ja palauttamalla se ensimmäisiin seuloihin. Jäännösten käsittelyjärjestelmästä jäänyt ylimääräinen neste käytetään uudelleen seulontatilassa.

11 58522

Happivaiheesta talteenotettujen liuenneitten kiinteiden aineiden suhteellinen määrä on laskettu erikseen mainituille eri vaihtoehdoille. Laskelmat tehtiin pesulaitteen siirtosuhteille (displacement ratios) 0,70 ja 0,85 tämän muuttujan vaikutuksen osoittamiseksi. Kaikissa tapauksissa laskelmat perustuivat laimennuskertoimen arvoon 3. Tulokset olivat seuraavat: % talteenotettuja kiinteitä aineita laimennuskertoimen ollessa 3 Vaihtoehto I Vaihtoehto II Vaihtoehto ΙΠ Siirtosuhde 0,70 64 83 88

Siirtosuhde 0,85 77 90 95

Niinpä on mahdollista ottaa talteen 80-90 % happivaiheen liuenneista kiinteistä aineista haihduttimiin ilman mustanlipeän lisälai-mennusta, siis toisin kuin on nykyinen käytäntö useimmissa ruskean massan pesujärjestelmissä. Tämä merkitsee sitä, että valkaisulaitoksen poistonesteen B0D- ja COD-kuormitus vähenee vastaavasti. Samoin myös poistonesteen väri. Lisäksi se merkitsee, että natrium-hydroksidi, jonka määrä vastaa n. 39-43 kg glaubersuolaa selluloosa-tonnia kohti, saadaan talteen happivalkaisuvaiheesta.

Keksintö ei rajoitu kuvattuihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Niinpä selluloosamassia voidaan kuljettaa tornin läpi päinvastaiseen suuntaan, ts. alhaalta ylöspäin sopivien laitteiden avulla. Myöskään keksintö ei ole rajoitettu kuvattuihin laitteisiin selluloosamassan viemiseksi torniin ja poistamiseksi siitä, vaan myös muita sopivia laitteita voidaan käyttää massan syöttämiseksi sellaisella nopeudella, joka on tarpeen massan poistamiseksi määrätyin väliajoin, jotka varmistavat, että massapatsaan maksimikorkeus pysyy keksinnön sisällön mukaisella alueella.

Claims (13)

1. Menetelmä kuitupitoisen aineen, kuten selluloosamassan val-kaisemiseksi kaasufaasissa, erityisesti happikaasulla, sisäpuolelta sileässä tai pääasiallisesti sileässä reaktiotornissa, jonka tornin yläosassa on kaasutila, johon massa syötetään ja jossa se saa hienoksi jaetussa tilassa pudota tai pyörteillä mainitun kaasu-tilan alla ylläpidetyn katkeamattoman hyvin sakean massapatsaan pinnalle, tunnettu siitä, että mainitun katkeamattoman massa-patsaan pitoisuus on 18-40 paino-$, edullisesti 25-35 ja edullisimmin noin 30 % ja että mainitun katkeamattoman sakean massapatsaan korkeus on olennaisesti suurempi kuin massapatsaan halkaisija mutta että massapatsaan korkeus metreissä laskettuna ei ylitä 5/10 osaa ylläpidetystä pitoisuudeta painoprosentteina laskettuna mainitussa katkeamattomassa sakeassa massapatsaassa ja että valkaisukaasua syötetään massapatsaan alaosaan ja että kaasua, joka ei voi reagoida massan kanssa poistetaan kaasutilasta massapatsaan yläpuolelta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katkeamaton sakea massapatsas ulottuu tornin pohjalla olevaan laimennusvyöhykkeeseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katkeamaton sakea massapatsas ulottuu tornin pohjaan tai erityiseen torniin sovitettuun pohjaan.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumainen valkaisuaine on ylipaineista happikaasua.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaa syötetään tornin yläosaan ruuvin avulla, joka ylläpitää massatulppaa tornissa vallitsevaa ylipainetta vastaan.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaa hienonnetaan torniin vietäessä tai välittömästi tätä ennen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massaa hienonnetaan sen liikkuessa alaspäin tornissa katkeamattoman sakean massapatsaan pintaan.

8. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa on sisäpuolelta sileä tai pääasiallisesti sileä pystysuora reaktiotorni (1), tornin yläpäähän yhdistetty tulojohto (2, 7, 8) massaa varten, vähintään yksi kaasun tuloputki (29), massan hienonnuselin (4), yksi tai useampi veden syöttöjohto (22) massan i3 5 8 5 2 2 laimentamiseksi, tarvittaessa sekoittimia (23) sekä vähintään yksi poistoaukko (24) tornin alaosassa, tunnettu siitä, että tornin sen osan korkeus, joka sulkee sisäänsä katkeamattoman mas-sapatsaan, jonka pitoisuus on 18-40 %, edullisesti noin 30 %t on olennaisesti suurempi kuin tornin halkaisija, mutta että mainitun massapatsaan sisäänsä sulkevan torniosuuden korkeus, metreissä laskettuna, ei ylitä 0,5 kertaa massakonsentraatiota, painoprosentteina laskettuna, ja että kaasun tuloputki (29) on sovitettu tornin alaosaan ja että vähintään yksi johto (31) on sovitettu tornin yläosaan sellaisen kaasun poisjohtamiseksi, joka ei voi reagoida massan kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että tornin pohjalle on järjestetty laimennusvyöhyke (17), jolloin se tornin osa, jossa massapilari on, sijaitsee laimennusvyöhykkeen (17) yläpuolella.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että tornin pohjan yläpuolelle on järjestetty ympärikäännet-tävä irtopohja (19), jonka päällä massapilari lepää.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että hienonnuselin (4) on sovitettu välittömästi massan syöttöjohdon (2) aukon jälkeen tornissa.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että kaasun syöttöputket (29) on sovitettu sen torni-osan alaosaan, joka ympäröi katkeamatonta sakeaa massapatsasta.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että kaasun syöttöputket (29) on sovitettu katkeamattoman sakean massapatsaan pinnan yläpuolelle ja alapuolelle.