FI62150C - Anordning vid en malapparat foer fibroest lignocellulosahaltigt material - Google Patents

Description

— -Tl .,, KUUIUTUSJULKAISU ,oun ™ ^UTLAeeNINOfSKRIFT 62150 c (4¾ Patent*! ryHnnetty 10 11 1932 ^ ^ ' (51) Kv.lk.3/1ncCI.3 D 21 B 1/14 SUOMI—FINLAND pi) νιμ»ιι^-ν«ιιμ^ 762U99 (22) Hakamltptlvt — Ana6fcnlng*d^ 31.08.76 (23) Alkupaivt—GlklglMtadag 31.08.76 (41) Tulta («ilktoksl — Uhrit offanttig θ6.03.77 PMmtti. )a rekisterihallitus N«MMk..p«on ktt.Mullula.n pvm.- ,0 07 «o

Patent- och refisterstyrelsen ' ' AnsMan uttafd och uti.tkr(ft«n pubticarad (32)(33)(31) Pyri·** ataolkau*—Bagtrd prtarltat 05.09.75

Ruotsi-Sverige (SE) 750990i*-U

(71)(72) Arne Asplund, Tykövägen 20, l8l 6l Lidingo 3, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Kuituisen lignoselluloosapitoisen aineen jauhinlaitteen sovitelma -

Anordning vid en malapparat för fibröst lignocellulosahaltigt material

Keksinnön kohteena on kuituisen lignoselluloosapitoisen aineen jauhinlaitteen sovitelma, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä jauhinlevyillä, joiden toisiaan kohti olevat jauhinpinnat on muodostettu keskenään yhdensuuntaisilla tai lähes yhdensuuntaisilla erillisinä yksiköinä tehdyillä säteittäisesti suuntautuvilla tangoilla ja niitä yhdistävillä periferisesti poikittain suuntautuvilla puomeilla, jolloin tankojen suuntaisesti ja niiden väleihin on molempiin jauhinlevyihin sovitettu poikittaispuomien toisistaan erottamien erillisten taskujen muodostamia rivejä, joiden taskujen muoto säteittäisleikkauksessa on käyrä kummassakin jauhinlevyssä ja jolloin toisessa levyssä olevat taskut on siirretty säteittäisesti suhteessa toisessa levyssä oleviin taskuihin.

2 62150

Valmistettu massa on tarkoitettu käytettäväksi sanomalehtipaperin, kartongin, pehmopaperin ja samantapaisten tuotteiden valmistamiseen ja raaka aineena voidaan käyttää kuituisia lignosellu-loosa-aineita, jotka on saatu puusta tai muista kasveista, esim. ba-gassista. Käytetty menetelmä voidaan luokitella mekaaniseksi menetelmäksi, joka voidaan suorittaa normaaleissa atmosfäärisissä olosuhteissa tai yli 100°C lämpötilassa ja aina 140°C:n lämpötilaan asti, jolloin se yleensä luokitetaan "termomekaaniseksi".

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parannusta massanvalmistukseen, jossa kuidut erotetaan toisistaan ja vapautetaan hiertävän vaikutuksen avulla, jotka aikaansaadaan veden avulla kostutettuun kasvimateriaaliin sovitettujen mekaanisesti toimivien kitkapintojen avulla. Kasvimateriaali saa prosessin aikana melkein taikinamaisen plastisen olomuodon, jolloin materiaalin elastisuus on vähäinen. Johtuen siitä, että erillisillä puukuiduilla on huomattavia joustavia ominaisuuksia voi materiaali tulla joustavaksi, joka vaikuttaa sen kykyyn sitoa kapillarikosteutta. Seuraavassa tullaan prosessissa käsiteltyä materiaalia kutsumaan "jauhatusai-nekseksi".

Kuidutus- ja jauhatusprosessin (hierreprosessin) aikana jau-hatusaines on kostea kasautuma käsiteltävää raaka-ainetta, joka -jos se on havuperäistä, esim. kuusta - koostuu pääasiassa 2-3 mm pituisista trakeideista, joiden pituus-leveys-suhde on suunnilleen 100:1. Trakeidit ovat vuorostaan muodostuneet kolmesta samankeskei-sestä lamellikerroksesta, joiden paksuus on n. 0,001 mm, ja kerroksesta fibrillejä, jotka ovat kierteisesti järjestyneet neljännen lamellin ympärille, joka ympäröi sisintä onteloa, luumenia. Fib-rillien paksuus on millimetrin kymmenestuhannesosan luokkaa, mutta kokonaisuutena katsoen arvioidaan niiden muodostavan n. 70-80 % trakeidin aineesta. Keksinnön yhtenä tavoitteena on suuritehoises-ti erottaa kuidut toisistaan ja vaikuttaa lamelleihin siinä määrin, että fibrillit osin vapautuvat. Tämä parantaa tuotetun massan paper invalmistusominaisuuksia .

Keksinnölle on tunnusomaista, että tangot on keskenään sovitettu niin, että molempien levyjen toistensa suhteen säteittäi-sesti limittäin olevat taskut ovat samanlevyisiä jauhinpinnan alueella, ja että tankojen vapaat reunat on molemmissa levyissä sovitettu niihin tasoihin, jotka määrittävät jauhinraon suuruuden ja 3 62150 että tangot lisäksi ovat olennaisesti kovempaa materiaalia kuin levy yleensä niin, että ylläpidetään korkea defibrointi- ja fib-rointiteho silloin kun jauhatusaines toisen ]evyn erillisiin taskuihin tapahtuvan kompakteihin pieniin kappaleisiin tapahtuvan jakamisen ja puristamisen jälkeen kulkee tässä muodossa hiertävän vaikutuksen alaisena toistensa suhteen pyörivien tankojen vapaiden reunojen välistä toisen levyn taskuihin.

Keksintöä selitetään oheisten piirustusten avulla, jotka selittävät keksinnön mukaisen laitteen eri sovellutusmuotoja, jolloin piirustusten kuvio 1 on osin pystyleikkauksessa esitetty sivukuva keksinnön mukaisesta jauhimesta, kuvio 2 esittää kuvion 1 osaa suuremmassa mittakaavassa, kuvio 3 esittää perspektiivisesti ja jauhimen keskiakselin suuntaisissa leikkauksissa keksinnön mukaisen jauhinlevyn osaa, kuvio 4 esittää aksiaalileikkauksen jauhimen levyistä, kuviot 5A-5C esittävät leikkauksen kuvion 3 linjalta V-V, ja kuvio 6 esittää pystyleikkauksen keksinnön modifioidun suoritusmuodon mukaisista jauhinlevyistä.

Piirustuksissa on numerolla 10 merkitty jauhimen runko 10, jonka varassa on kiinteä jauhinlevy 12. Tämä jauhinlevy toimii yhdessä pyörivään akseliin 14 kiinnitetyn jauhinlevyn 16 kanssa. Akseli 14 on jauhinlevyn 16 kummaltakin puolen tuettu laakereihin, joita ei ole esitetty piirustuksessa samoin kuin ei käyttömootto-riakaan. Kiinteään jauhinlevyyn 12 on samankeskeisesti järjestetty kolme jauhinelementtiä 18, 20 ja 50. Jauhinlevyssä 16 on myös kolme samankeskeisesti järjestettyä elementtiä 22, 24 ja 30. Näin on siis muodostettu kolme jauhatusvyöhykettä, nimittäin yksi elementtien 18 ja 22 väliin, missä tapahtuu sytetyn raaka-aineen, esim. hakkeen alustava murskaus. Jauhinelementtien 20 ja 24 muodostamassa toisessa vyöhykkeessä tapahtuu lisää karkeadefibrointia ennen kuin jauhatusaines menee kolmanteen jauhatusvyöhykkeeseen, joka muodostuu jauhinelementeistä 30 ja 50. Kaksi sisempää jauhatus-vyöhykettä voidaan varustaa aiemmin tunnettua rakennetta olevilla elementeillä ja rivoilla.

Raaka-aine, esim. puusta tai muusta kuituisesta lignosellu-loosa-aineesta muodostettu hake, syötetään rungossa 10 olevan aukon 4 62150 32 läpi ja kuljetetaan siitä siipikierteisellä 36 syöttöruuvilla 34 kiinteän ja pyörivän jauhinlevyn keskiosissa olevien aukkojen läpi. Siivillä 39 varustettu keskirengas 38 on kiinnitetty pyörivään levyyn 16 hakkeen kuljettamiseksi edelleen ensimmäistä jau-hatusvyöhykettä kohti.

Keksinnön mukaan kolmannessa vyöhykkeessä olevat jauhinele-mentit 30 ja 50, jotka on edullisesti tehty pyörörenkaiksi jau-hinpintojen ollessa vastakkain, on varustettu tangoilla (terillä), jotka muodostavat säteittäisesti järjestäytyneitä taskuja, 41-46 renkaassa 30 ja 61-66 renkaassa 50.

Pieni poikkeama näiden taskujen säteittäisyydestä voidaan hyväksyä. Pyörivän jauhinlevyn taskut tulisi muotoilla sellaisiksi, että ne auttavat taskuissa liikkuvan jauhatusaineksen kulkusuunnan muuttamisessa säteittäisestä aksiaaliseksi. Kiinteän jauhinlevyn taskujen kaarevalla pohjalla pitäisi edullisesti olla ympyräsegmentin muoto.

Jauhinlevyjen näihin kahteen pyörörenkaaseen 30 ja 50 on jyrsimällä työstetty säteittäisiä tai lähes säteittäisiä rakoja. Näillä raoilla tulisi edullisesti olla pystysuorat säteittäiset sivut suorakulmaisen poikkileikkauksen muodostamiseksi. Pyörivän jauhinlevyn renkaassa 30 on kuusi taskua merkitty numeroin 41-46. Tangot 47 ja renkaan 30 etupintaan sorvatut urat muodostavat nämä taskut. Tasku 41 toimii tällöin sisääntulotaskuna. Seuraavien taskujen lukumäärä voidaan haluttaessa muutella laajoissa rajoissa. Kiinteän levyn taskut on merkitty numeroin 61-66 ja erotustangot numerolla 67. Nämä litteät tangot 67 muodostavat taskujen sivu-seinät, kuten kuviosta 3 voidaan nähdä. Kiinteiden taskujen 61-66 pohjalla pitää olla ympyränsegmentin muoto. Näiden segmenttien geometrisen keskipisteen pitäisi sijaita hieman taskujen säteittäiset sivuseinät muodostavien tankojen syrjien ulkopuolella.

Muutoin jauhatusainekasauman liike estyy. Pyörivillä taskuilla 41-46 voi olla sama muoto, mutta leikkauksessa esitettynä näitä taskuja on jonkin verran laajennettu niiden poikkileikkauksen suurentamiseksi, mikä antaa niille suuremman tilavuuden kuin kiinteän levyn taskuilla. Tämä voidaan nähdä kuviosta 4. Näiden kahden jauhinlevyn taskusarjoja on säteittäisesti siirretty toistensa suhteen, esim puolet taskun pituudesta. Jauhatusaines johdetaan sisään aukon 40 läpi, joka muodostaa sisimmän taskun 41 tuloaukon. Kiinteän jauhinlevyn uloin tasku 66 on avoin 5 62150 muodostaakseen poistoaukon valmiille kuitumassalle (so. jauhinle-$ vyjen välistä poistuvalle hierteelle).

Taskujen väliset säteittäiset tangot 47, 67, jotka toimivat niiden sivuseininä, on valmistettava aineesta, jolla on melkoisesti suurempi kulumiskestävyys kuin renkaiden 30, 50 aineella. Tasku-urien väliset kehänsuuntaiset kannaksen 51, 52 (kuvio 4) ulottuvat tahkojen 47, 67 etusyrjäpintoihin asti. Renkaiden 30 ja 50 jauhinpintojen aksiaalista välystä säädetään siirtämällä aksiaalisesti jauhimen akselia. Tämä tehdään usein hydraulisella servomoottorilla, joka joissakin tapauksissa voidaan säätää 30 tonnin aksiaalisen kuormituksen kehittämiseksi jauhatusvälyksen pitämiseksi vakiona. Välystä voidaan muuttaa 0,5 millimetristä 0,05 millimetriin tai pienemmäksikin halutun jauhatusvaikutuksen saamiseksi. Erikoismassoihin on käytetty 0,8 mm välystä. Servo-moottorin tulisi kyetä pitämään tämä jauhatusvälys vakiona 0,01 mm toleranssilla.

Esimerkkinä keksinnön mukaisesti varustetun jauhimen varsinaisesta rakenteesta voidaan mainita, että pyörörenkaiden 30, 50 ulkohalkaisija voi olla 1270 mm ja sisähalkaisija 1016 mm. "Roottorin" 16 pyörivä jauhinlevy on rakennettu käytettäväksi nopeudella 1500 - 1800 r/min. Yksittäisten taskujen 41-46 leveys 2 voi olla 0,38 cm ja poikkileikkaus 1,5 cm , jolloin tilavuudeksi tulee 0,57 cm^. Tankojen paksuus voi olla 3 mm. leveys 15 mm ja pituus 127 mm. Tällaisen levyn kehässä voi olla 504 tankoa, jotka on järjestettu 72 ryhmään, joissa kussakin on 7 yhdensuuntaista tankoa, jolloin tangot suorittavat saksimaisia leikkauksia pitkien yhdensuuntaisten leikkausten asemesta, joita saadaan, kun kaikki tangot on järjestetty säteittäisesti. Kiinteän jauhinele-mentin 50 taskut ja tangot voidaan järjestää pääasiassa samalla tapaa kuin pyörivässä elementissä 30. Ryhmitys yhdensuuntaisiksi tangoiksi auttaa antamaan kulmavääntömomentin tasaisemman jakautuman käytön aikana. Tämä eri ryhmien tankojen yhdensuuntaistaminen yksinkertaistaa myös jauhinelementtien 30, 50 työstämistä (koneistamista) sallien useampien rakojen jyrsinnän yhdessä työvaiheessa.

Jauhin toimii seuraavasti. Raaka-aine, esimerkiksi hake, hienonnetaan elementtien 18 ja 22 muodostamassa ensimmäisessä vyöhykkeessä kohtuullisella energiankulutuksella. Aineen pienentämistä jatketaan toisessa jauhatusvyöhykkeessä elementtien 20 ja 24 välissä. Jauhatusaineksella voi tällöin olla 800 ml "freeness" (suotautuvuus) "Canadian Standard Freeness" -menetelmän 6 62150 (CSF) mukaisesti määritettynä. Sitten jauhatusaines menee aukon 40 läpi pyörivässä jauhinrenkaassa JO olevaan taskuun 41· Taskun 41 poisto-osa 48 suuntaa jauhatusaineksen sivusuunnassa kiinteän jauhinrenkaan 50 sisimpään taskua 61 kohti. Sen jälkeen jauhatusaines kulkee vuorottaieesti pyörivän ja kiinteän jauhinlevyn välillä kunnes se lopulta poistuu jauhatusvyöhykkeestä taskun 66 läpi. Tämä on osoitettu nuolella A kuviossa 4.

Kuviossa 4 esitetään miten molempien jauhinlevyjen taskut ovat avoimet toisiaan vastaan kuviossa 5A esitettyä asentoa vastaavasti. Kun pyörivä jau-hinlevy liikkuu nuolen 31 osoittamaan suuntaan, tangot 47 liikkuvat kuviossa 5A esitetystä asemasta, missä taskut ovat täysin avoimet toisiinsa nähden. Kuviossa taskujen välinen aukko on sulkeutumassa ja kuviossa 5C aukko on täysin sulkeutunut lukuun ottamatta jauhinlevyjen välistä kapeaa rakoa, joka on pyörivän akselin aksiaalista asemaa kontrolloivan hydraulisen servomoottorin säätämä. Tällä tavalla kiinteän jauhinlevyn kunkin erityisen taskun ohittaa joka sekunti pyörivän jauhinlevyn 10800 taskua, mikä vastaa taskujen keskinäistä ohitusta joka 0,1 millisekunti. Jauhatusaineen virtaus pyörivän levyn taskuista kiinteän levyn taskuihin ei kuitenkaan esty tästä hyvin lyhyestä ajasta huolimatta. Tämä voidaan havaita, jos jauhimeen syötetty hakevirta keskeytetään ja jauhimen pyörivä levy saatetaan pysähtymään. Kun jauhin avataan tarkastusta varten, pyörivän levyn taskut todetaan täysin tyhjiksi. Kun pyörivän levyn aikaansaama jauhatueainesta eteenpäinkuljettava vaikutus on lakannut, massa jää kiinteisiin taskuihin.

Taskusta 41 lähtevä jauhatusaines liikkuu hyvin suurella nopeudella, suunnilleen 82 m/s, ja on siis hankkinut melkoisen määrän liike-energiaa.

Kun jauhatusaines sinkoutuu kiinteään taskuun, se kohdistaa huomattavan mekaanisen paineen jo siinä olevaan jauhatusainekseen tiivistäen sen n.

0,79 g/cm^ tiheyteen. Sisäistä kitkaa syntyy, kun eeuraavana tulevan tangon särmä leikkautuu jauhatusaineskasaumaan, jolloin saadaan haluttu jauhatusval-kutus. Tätä vaikutusta voidaan muuntaa säätämällä jauhinlevyjen välistä etäisyyttä, välystä. Esim. valmistettaessa massaa sanomalehtipaperia varten voidaan käyttää 0,1 - 0,2 mm välystä. Kun valmistetaan pehmo- eli saniteetti-paperia, voidaan käyttää 0,5 - 0,5 mm välystä. Valmistettaessa massaa muna-kennoihin voidaan käyttää 0,7 mm asti nousevaa välystä.

Kun pyörivästä taskusta 41 lähtevä jauhatusaines puristaa kiinteässä taskussa 61 jo olevaa jauhatusaineskasaumaa, tämän kasauman kiilamainen yläosa "kieppautuu" taskuun 42. Tämä osa joutuu sitten tangon 67 "poiskaapimaksi" ja sen jälkeen keskipakovoiman kiihdyttämäksi ja lopuksi ohjatuksi taskuun 62.

Joka kerta kun jauhatueainesta pysäytetään pyörimisliikkeen kineettinen energia muuttuu lämmöksi, joka nostaa jauhatusaineksen lämpötilaa. Koska jauhatusaineksen lämpötila vaikuttaa massan laatuun, on jossain määrin tärkeätä 7 62150 vastustaa näitä heilahteluja. Yleensä jauhatusprosessi suoritetaan hyvin lähellä veden kiehumapistettä olevassa lämpötilassa, tapahtukoon se sitten atmosfäärisissä olosuhteissa tai höyryn paineen alaisena painejauhimeesa, tämä lämpö aiheuttaa myös veden haihtumista siinä määrin, että jauhatusai-neksen kosteus voi vähetä. Mitä tulee leikkausvoimien jauhatusaineskeräymään kehittämiin kitkapintoihin, näiden voimien vaikutus on paljolti riippuvainen läsnä olevan kosteuden määrästä, joten haihtunut vesi on kompensoitava. Tämä tapahtuu suihkuttamalla sopiva määrä vettä esim. johdosta 55· Taskusta 41 sivullekäännetyn jauhatusaineksen nopeus on n. 80 m/s, mikä antaa sille 1530 g keskipakokiihtyvyyden, jolloin se puristuu taskussa 61 olevaa jauha-tusainesta vasten ja pysähtyy tällöin äkkiä. Kiinteä tasku 61 täytyy sulloutuneella jauhatusaineksella kuitujen orientoituessa kohtisuorasta tankoja vastaan. Jauhatusaineksen kineettinen energia muuttuu lämmöksi, joka haihduttaa kosteutta. Jauhatusainekseen siirtyminen toistuu joka kerta kun näiden kahden jauhinlevyn taskut avautuvat toisilleen. Kun tangot 47 leikkaavat tiivistynyttä jauhatusainesta, kehittyy kitkapintoja, joiden välissä kuidut erottuvat toisistaan ja fibrilloituvat. Käyttömoottorin teho siirretään siis jauhatusainekseen tankojen 47 avulla ja pyörimisliikkeen kineettinen energia muuttuu jauhatusaineksen keekipakokiihtyvyydeksi, jonka suuruus on 1000 - 1300 g. Jauhatusainesvirtaa ohjaamalla on mahdollista kehittää sisäisiä kitkavoimia, jotka ovat tarpeellisia halutun kuitujen erotusvaikutukeen ja fibrilloitumisen kannalta.

On mainittu, että joka kerta kun pyörivän ja kiinteän jauhinlevyn taskut 41 ja 6l yhtyvät, kuten kuviossa 5Δ esitetään, uusi jauhatusainesmäärä siirtyy taskuun 61. On myös mainittu, että jauhatusaines, joka on sulloutunut kiinteään taskuun, kääntyy taskussa tämän geometrisen ympyränsegmentti-muodon ansiosta geometrisen keskipisteensä ympäri, kuten viiva 69 kuviossa 4 osoittaa. Tämä merkitsee, että jauhatusainesvirta jauhimen läpi ylläpidetään niin kauan kuin uutta ainesta syötetään aukon 40 läpi taskuun 41« Tämä vuorostaan merkitsee, että kun jauhatusainesta jatkuvasti syötetään kiinteän taskun 61 tulo-osaan ja tiivistetään tässä taskussa, vastaava määrä jauhatus-ainetta puristetaan ulos ja leikataan pois taskun 6l poisto-osasta pyörivän levyn jauhinelementin 30 taskuun 42· Jauhatusaineksen mennessä tähän taskuun uusia kitkapintoja kehittyy taskussa 61 olevaan jauhatusainekseen nopeasti liikkuvan tangon 47 leikatessa tiivistynyttä jauhatusaineskeräymää, Joka taskussa 61 pysyessään ei voi päästä siitä pois tangon 67 takia. Tällä tavalla jauhatusaines liikkuu vuorottaisesti liikkuvien ja kiinteiden taskujen välillä kunnes se lopulta lähtee kiinteältä elementiltä 50 yhden tämän ulkokehällä olevan poistoaukon 66 kautta.

Jauhinlevyjen välisen etäisyyden eli välyksen asetuksesta ja myös kiin- 62150 teissä taskuissa olevan jauhatusaineksen suhteellisesta määrästä riippuen osa jauhatusaineesta voi suoraan säteittäisesti lähteä taskusta 41 kulkien kuviossa 4 numerolla 51 merkityn kannaksen aikaansaamien kitkapintojen ohi.

Kuvioissa 5A-5C esitetään, että kun tangot 47 ohittavat tangot 67, jauhimen pyörivän ja kiinteän elementin taskujen välinen yhteys avataan ja suljetaan vuorottaisesti. 1270 mm jauhimessa, jota on tässä käytetty esimerkkinä, tämä toistuu kunkin tangon osalta taajuudella miltei 10,000 kertaa/s. Kiinteistä taskuista poistuviin jauhatusaineskeräymiin ovat vaikuttaneet voi-mat, jotka vaihtelevat muutamasta kilogrammasta/cm nollaan, mikä saa aikaan jauhatusaineksen siirtymisen taskujen kautta. Tämä värähtely vaikutus auttaa myös jauhatusaineksen tiivistymisessä tehden mahdolliseksi hyvin suurien kitkavoimien kehittymisen jauhatusaineksen siirtyessä kiinteästä taskusta pyörivään taskuun.

Kiinteän ja pyörivän jauhinelementin tankojen 47 ja 67 vastakkaisten syrjien välinen etäisyys, kuvio 5·^, vastaa jauhinlevyjen välystä (ns. terä-välystä), joka on tärkeä tekijä jauhimen toiminnan kannalta ja riippuu käyttöolosuhteista, raaka-ainelajista ja halutusta kuitumassan (hierteen) tyypistä. Joissakin tapauksissa, kun halutaan hyvin hienoksi jauhettua massaa, välys voidaan pienentää jopa 0,05 mm:iin, mutta tällöin jauhimen kapasiteetti pienenee. Silloin voidaan valmistaa massaa, jonka CSF-suotautuvuus on 2 millilitraa.

Jauhinlevyvälys on useimmissa tapauksissa useampien kasviraaka-aineiden kuidun halkaisija monikerta, joka halkaisija on esim. kuusen trakeidien kohdalla n. 0,02 ja 0,03 mm· Kuitujen suora leikkaaminen jauhimen tankojen etureunojen eli syrjien välissä ei siis ole mahdollista. Jauhatusaines jauhau-tuu tangon syrjän tai särmän ja tiivistyneen jauhatusaineskeräymfin yhteisvaikutuksesta. Mekaaninen vaikutus kuituun on sen vuoksi riippuvainen jauhatus-aineksessa kehittyneiden kitkavoimien tilasta. Tämä on vuorostaan riippuvainen jauhimen mekaanisesta vakavuudesta. Jauhimen täytyy olla tarpeeksi jäykkä suoran metallien keskinäisen kosketuksen estämiseksi jauhinlevyjen pintojen välillä.

Kuitujen toisistaan erottamiseksi ja esim. havupuiden trakeidien anatomisten osien saamiseksi toisistaan erilleen ja halutun jauhatusvaikutuksen kohdistamiseksi massaan (hierteeseen) jauhatusaines on puristettava siinä määrin kokoon, että sen sisässä kehittyy riittävän suuria jännityksiä.

Ensimmäisen edellytyksen tälle olotilalle saavat aikaan erikoisesti puristusjännitysalueet, joita kehittyy pyörivien taskujen 41 - 46 välisissä siirtymäkohdissa. Jauhinlevujen halkaisijasta riippuen liikkuvaa jauhatusai-nesta voi puristaa kokoon n. 500 g tai jopa 1500 g keskipakovoima, kun se äkillisesti pysähtyy jossakin kiinteässä taskussa 61 - 66.

9 62150

Siirtymiin kiinteästä jauhinelementistä 5° pyörivään jauhinelementtiin 30 kehittyneillä kitkavoimakentillä on toisaalta toinen luonne, enemmän "korvalle läpsäyksen" kaltainen. Kun tanko 47 ajaa jauhatusaineksen kiihtyvällä nopeudella taskuun 42, vaikutus on erilainen. Jännitykset muistuttavat silloin pikemminkin tylsän veitsen vaikutusta sen leikatessa juustonpalaa. Kiinteästä jauhinlevystä pois ajetussa tiivistyneessä jauhatusaineksesea saavat pyörivät tangot siten aikaan myös kitkapintoja. Sitten pyörivässä taskussa 42 jauhatusainesta viipaloidaan ja siitä irrotetaan osasia ja tangot 47 kiihdyttävät ne melkoiseen nopeuteen ja irrotettu aines ohjataan reunalta 49 taskuun 42. Tästä jauhatusaines siirretään kiinteään taskuun 62, jossa sen kulmanopeus laskee jälleen nollaan kineettisen energian hukkautuessa ja siten lämpötilan uudelleen kohotessa.

Lignoselluloosa-aine on hydrofiilistä ja kosteana lämpömuovautuvaa.

Kun sen lämpötila kohoaa veden kiehumapisteeseen (100°C), se alkaa pehmetä, ja kun lämpötila saavuttaa 140 - 150°C eri lignoselluloosa-aineilla, kuitujen välisen sidoksen lujuus on hyvin heikko.

Keksinnön mukainen jauhatusprosessi (ns. hierreprosessi) suoritetaan edullisesti suljetuissa jauhimissa, joita yleensä kutsutaan painejauhimikei, joissa jauhatusprosessi voidaan suorittaa höyryn paineen alaisena. Silloin voidaan haluttu lämpötila ylläpitää jauhatusprosessin aikana. Lämpötilan halutulle tasolle kohottamiseen tarvittava energia saadaan jauhatusprosessissa vapautuneesta lämmöstä. Jauhatusprosessin käytetyn mekaanisen energian määrä, yleensä n. Θ00 - 2000 kWh/tonni massaa (hierrettä), vapauttaa enemmän lämpöä kuin tarvitaan jauhatusaineen pitämiseksi sopivassa, esim. 130°C lämpötilassa. Tämä lämpö haihduttaa silloin osan jauhatusaineen sisältämästä kosteudesta. Niinpä jos keksinnön mukaisen jauhatus- eli hierreprosessin suorittamiseen tarvittu mekaaninen työ vastata Θ00 kWh/tonni kuivaa puuainesta, käytetty lämpö vastaa 688,000 koal/tonni kuivaa ainesta. Jos prosessi suoritetaan 120°C lämpötilassa (ja vastaavassa höyryn paineessa) puun termoplastisen pehmenemisen antaman edun hyväksikäyttämiseksi, tässä lämpötilassa haihtuu I309 kg vettä per tonni käsiteltyä puuta.

Otaksuen että esitetyssä esimerkissä jauhimeen syötetyn hakkeen kos-teussuhde oli 2*1, niin haihtuminen pienentäisi kosteussuhteen arvoon 0,7*1· Jos jauhatusaineksen 2*1 kosteussuhde prosessin aikana on välttämätön hyväksyttävän jauhatustuloksen saavuttamiseksi, vastaava vesimäärä olisi lisättävä jauhatusvyöhykkeessä olevaan jauhatusainekseen. Tähän lisäykseen tarvittuja johtoja on esitetty numerolla 55 kuvioissa 1-5· Keksinnön mukaisessa proseesiseavvoidaan lisättyä vesimäärää automaattisesti säätää.

Lisäysvesi jakautuu nopeasti jauhatusaineksen kuitujen pinnoille ja sen vuoksi vaikuttaa kuitujen väliseen kitkaan ja siten jauhatusprosessiin.

10 _ 62150

Kun jauhatusainekeen kosteussuhde kohoaa, nestekalvo paksuuntuu. Lilan paksu kalvo toimii kuin voiteluaine ja vähentää jauhatusprosessin tehokkuutta.

Kun kosteussuhde pienenee arvoon 1:1 tai pienemmäksi, syntyy melkoinen vaara mikroskooppisten myhkyjen tai kuitukimppujen muodostumisesta, joita on vaikea hajottaa jälkijauhatuksella. Suurempi vesimäärä lisää myös energiaa, joka kulutetaan jauhatusaineksen nopeuden suurentamiseksi pyörivän jauhinlevyn taskuissa.

Kun tarkastellaan mlkrovalokuvia 50 kertaa suurennettujen kuusipuun kuitujen (trakeidien) poikkileikkauksista, on helppo havaita yksityisten kuitujen poikkileikkaukset ja miten niiden koko vaihtelee vuosirenkaissa. Statistinen tutkimus osoittaa, että trakeidien poikkipinta-ala on yleensä 0,03 x 0,03 mm, mikä vastaa n. 100,000 kuitua/cm . Kuidunpituus on n. 2,5 mm, mikä merkitsee n. 400,000 trakeidia per cm^. Kuusen kuivapaino on n. 0,42 g/cm^, mikä osoittaa, että 1 g (- 2,4 cm^) kuusipuuta sisältää n.1,000,000 kuitua 2 ja että erotettujen kokonaisten kuitujen yhteenlaskettu pinta on n. 3 m /g puuta. Jauhetulla massalla (hierteellä) voi - sen CSF-arvosta riippuen -olla 10-kertainen yhteenlaskettu eli kokonaispinta. Hiukkasille jakautuneen nestekalvon paksuuden lasketaan olevan alle 0,001 mm. Vaikka jauhetulla massalla on suuri pinta ja ohut vesikalvo puuaineksen hydrofiilisten ominaisuuksien lisäksi, niin silti voidaan sallia rajoitettu vesiylimäärä ilman että se kovasti pienentää jauhatusainekseen haluttuja kitkavoimia.

Esillä olevan keksinnön mukaisilla jauhinlevyillä tai -kiekoilla varustettu jauhin saa aikaan enemmän tehokkaita kitkapintoja jauhatusainekseen kuin on ollut mahdollista saavuttaa millään ennestään tunnetulla jau-hintyypillä. Keksintöä soveltavassa jauhimessa on myös mahdollista käyttää tankoja (teriä), joilla suurempi kulumiskestävyys kuin aiemmin. Tämä on myös mahdollista sen uuden tavan johdosta, jolla tangot on upotettu levyn runkoon.

Jauhatusainekseen kehittyviä kitkapintoja voidaan myös "sovitella" pyörivien tankojen ja kiinteiden tankojen pintojen välistä etäisyyttä muuttamalla. Tehokas jauhatusvaikutus voidaan sen vuoksi saada silloin, kun käytetään suurempaa etäisyyttä eli välystä kuin on ollut mahdollista aiemmin tunnetuilla rakenteilla. Tämä merkitsee tankojen vastakkaisten pintojen pienempää kulumista. Tämä pidennetty etäisyys vastustaa myös kuitujen liiallista lyhentymistä leikkauksella.

Keksinnön mukaisissa jauhinlevyissä käytetyt tangot alkavat vähitellen kulua vastakkaisista pinnoistaan, mikä saattaa johtaa etusärmän tylsymiseen. Kuluneet tangot voidaan helposti vaihtaa uusiin.

Kiinteän jauhinelementin 50 kehän ulkopuolisella aksiaalisesti aseteltavalla renkaalla 56 on mahdollista säätää uloinna sijaitsevien kiinteiden 11 62150 taskujen 66 poistoaukkojen pinta-alaa jauhatusaineksen ulosvirtauksen haluttaessa hidastamiseksi jauhinelementtien 30 ja 30 välistä.

Tangot 47 ja 67 voidaan valmistaa kovista kulumiskestävistä aineista, kuten karborundumista, piikarbidista tai muista keraamisista aineista. Ympyrä- eli pyörörenkaat 30 ja 50 voidaan valmistaa pehmeämmästä, helpommin työstettävästä aineesta ja voidaan siksi tehdä täyspyörörenkaiksi jauhimen tyypistä riippuen. Tangot kiinnitetään koneistettuihin säteittäisiin rakoihin edullisesti suurilujuuksisilla synteettisillä orgaanisilla liimoilla tunnettujen menetelmien mukaisesti. Tangot voidaan myös valaa näihin komponentteihin. Urien 41 - 46 ja 61 - 66 käyrien ääriviivojen ansiosta tangot pysyvät hyvin vakaasti paikoillaan.

Toisiojauhatusvyöhykkeen kuviossa 1 numeroin 20 ja 24 esitetyt Jauhin-elementit voidaan vaihtoehtoisesti tehdä samanlaisiksi kuin saman kuvion elementit 30 ja 50* Jauhinlevyjen työpinnat on kokoonpanon jälkeen viimeisteltävä mahdollisimman suurella tarkkuudella parhaan suorituskyvyn saamiseksi, kun jauhin on toiminnassa.

Jauhinlevyn 30 ensimmäisen taskun 41 sisin säde on 526 mm. Kun jauha-tusaines, jonka kosteuesuhde on 3:1, kiihdytetään nopeuteen 83 m/s, vaadittu kineettinen tuloteho on 14*5 kVh/l tonni massaa, laskettuna uunikuivana. Kun jauhatusaines menee kiinteän jauhinlevyn 50 taskuun 61, se hidastuu nopeuteen nolla, mutta lähtiessään tästä taskusta sen nopeutta jälleen kiihdytetään taskussa 42. Jauhimen läpi kulkevaa jauhatusainesta siis kiihdytetään ja hidastetaan pysäyksiin perättäisesti kuusi kertaa, yhden kerran kunkin tasku-rivin kohdalla. Tämä vastaisi tehonkulutusta n. 95 kWh/l tonnia valmistettua massaa. Kuten yllä kuvattiin, niin tankojen särmät tai reunat synnyttävät kitkapintoja jauhatusainekseen tämän lähtiessä kokoonpuristuneessa muodossa kiinteistä taskuista* Tämän kitkan voimakkuutta voidaan muunnella muuttamalla jauhinlevyjen välistä etäisyyttä yllä kerrotusti. Jauhatusprosessiin käytettyä tehoa voidaan siis muuttaa muutamasta sadasta tuhanteen kWh asti per 1 tonni tavallisia masealajeja. Kun halutaan erikoisen alhaisia suotau-tuvuusarvoja massalle, voidaan käyttää 2000 kWh asti nousevia tehoja per massatonni. Jauhinlevyvälystä suurennettaessa voidaan saada aikaan lyhyt leikkautuma, mikä sallii osan jauhatusaineesta mennä suoraan kannasten 51 yli taskusta seuraavaan säteittäiseen taskuun. Tällöin menetetään melkoisesti jauhatustehokkuudessa, mutta tehonkulutus/tonni vähenee.

Kuviossa 6 paljastetussa suoritusmuodossa kiinteän jauhinelementin 50 taskut 61 - 66 ja 71 ovat aksiaalileikkauksessa ympyrämäiset samoin kuin edellisessäkin suoritusmuodossa, mutta mainitun segmentin säde, joka vastaa taskun täyttä syvyyttä, on jonkin verran suurempi. Myös jauhinelementin 30 yksittäiset taskut ovat käyriä elementin aksiaalileikkauksessa. Toisin kuin 12 621 50 kuvion 4 suoritusmuodossa yksittäisellä taskulla on kalteva seinäosa 72 säteensuuntaisesti ulommassa pinnassaan, jolloin tämä seinäosa on tasainen tai likipitäen tasainen ja taskun pohjassa tangentiaalisesti muuttuu seinä-osaksi 73» joka suuntautuu kohtisuorasti tai lähes kohtisuorasti tankojen 47 reunojen ja kannasten 51 muodostamaa jauhinpintaa vastaan. Kaarimaisella osalla 73 voi olla kaarevuussäde, joka likimäärin vastaa taskun täyttä syvyyttä. Pyörivät taskut muodostavat täten leikkauksessa ääriviivan, jossa on suhteellisen pitkä ja tasainen jauhatusainesta deflektoiva osa. Jauhinelementin 50 säteittäisesti sisemmässä sivussa jauhatusaines syötetään sisään aukon 41 kautta ja singotaan suurella nopeudella sisimpään kiinteään taskuun 6l, kuten nuoli 40 osoittaa, jossa jauhatusaines äkillisesti pysähtyy ja täyttää taskun tiiviinä tulppana tai kasaumana. Tämä viedään sitten sisimpään pyörivään taskuun 42 sen kulkiessa tällöin sekä tankojen 47, että välissä, jolloin muodostuu leikkaus- tai kitkapintoja, joissa jauhatusaineen erilliset kuidut tai fibrillit erottuvat toisistaan. Taskujen ympyränsegmenttileikkauk-sen johdosta niihin keräytyvä jauhatusaineskasauma kiertyy keskipisteen 49 ympäri, kuten viiva 69 osoittaa, aukon 41 läpi sisään sinkoutuvan uuden jau-hatusaineksen vaikutuksesta. Mainittu kasauma joutuu silloin pyörivien tankojen 47 kosketukseen, jotka hienontavat jauhatusainetta sitä irrottaessaan. Pyörivässä taskussa kiihdytetään jauhatusaines äkillisesti jauhinelementin suureen nopeuteen, jolloin se kuristuu kokoon ja sinkoutuu kaltevan, pitkän tason 72 ja voiman komponenttien suotuisan säteittäiseen ja aksiaaliseen suuntaan jakautumisen johdosta seuraavaan taskuun 62, jossa siitä jälleen kerran muodostuu ympuräneegmentin muotoinen kasauma. Jakso toistuu jauhatusai-neksen joka toisella ulospäinsiirtymisellä kiinteiden ja pyörivien taskujen välillä ja saatu lopputuote poistuu viimeisestä kiinteästä urasta 71*

Claims (5)

13 621 50

1. Kuituisen lignoselluloosapitoisen aineen jauhinlaitteen sovitelma, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä jauhin-levyillä (12, 16), joiden toisiaan kohti oleviin jauhinpintoihin on muodostettu keskenään yhdensuuntaisia tai lähes yhdensuuntaisia erillisiksi yksiköiksi tehtyjä säteittäisesti suuntautuvia tankoja (47, 67) ja niitä yhdistäviä periferisesti poikittain suuntautuvia puomeja (51, 52) jolloin tankojen' suuntaisesti ja niiden väleihin on molempiin jauhinlevyihin sovitettu poikittais-puomien toisistaan erottamien erillisten taskujen (41-46, 61-66) muodostamia rivejä, joiden taskujen muoto säteittäisleikkauksessa on käyrä kummassakin jauhinlevyssä ja jolloin toisessa levyssä olevat taskut on siirretty säteittäisesti suhteessa toisessa levyssä oleviin taskuihin, tunnettu siitä, että tangot on keskenään sovitettu niin, että molempien levyjen toistensa suhteen säteittäisesti limittäin olevat taskut ovat samanlevyisiä jauhinpinnan alueella, ja että tankojen vapaat reunat on molemmissa levyissä sovitettu niihin tasoihin, jotka määrittävät jauhinraon (h) suuruuden ja että tangot lisäksi ovat olennaisesti kovempaa materiaalia kuin levy yleensä niin, että ylläpidetään korkea defibrointi- ja fibroin-titeho silloin kun jauhatusaines toisen levyn erillisiin taskuihin tapahtuvan kompakteihin pieniin kappaleisiin tapahtuvan jakamisen ja puristamisen jälkeen kulkee tässä muodossa hiertävän vaikutuksen alaisena toistensa suhteen pyörivien tankojen vapaiden reunojen välistä toisen levyn taskuihin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että säteittäiset tangot (47, 67) on tehty hyvin kovasta materiaalista, kuten karborundumista tai piikarbidistä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että toisessa levyssä olevien tankojen (47, 67) leveys suhteessa toisen levyn taskuihin on sellainen, että eri tas-kurivit sulkeutuvat hetkellisesti lähes kokonaan tai kokonaan ja jotka taskut siten tulevat erotetuiksi viereisistä taskuista levyjen välisen suhteellisen pyörimisen aikana.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen sovitelma, jossa toinen levy on (12) paikallaan pysyvä, tunnettu siitä, että paikallaan olevassa levyssä olevat taskut (61-65) ovat ympyräseg-mentin muotoisia ja pyörivässä levyssä (16) olevien taskujen muoto 14 621 5 0 säteittäisleikkauksessa on sellainen, että sen säteittäisen sisemmän seinäpinnan kaltevuuskulma on suurempi kuin sen säteittäisen ulomman seinäpinnan kaltevuuskulma.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että kummassakin levyssä olevat tangot ja vastapäätä sijaitsevat taskut ovat samanlevyisiä tai lähes saman-levyisiä. is 62150