FI66215C - Saett vid kontinuerlig uppslutning av finfoerdelat cellulosahaltigt material - Google Patents

Description

1 66215 Sätt vid kontinuerlig uppslutning av finfördelat cellulosa-haltigt material FöreLiggande uppfinning avser ett sätt vid kontinuerlig uppslutning av finfördelat cellulosahaltigt material, t.ex. vedflis, genom att mata det finfördelade materialet i ett vätskefyllt behandlingskärl som en sammanhängande flispela-re genom en frammatningszon, en impregneringszon, en upp-slutningszon och en eventuell tvättzon där temperaturen i impregneringszonen hälles lägre än i uppslutningszonen.

Ändamalet med föreliggande uppfinning är att kunna upp-rätthälla tillräckligt skarpa temperaturgränser och tili-räckligt Stora temperaturskillnader mellan inmatnings-zonen, impregneringszonen och uppslutningszonen vid kontinuerlig cellulosakokning i avsikt att fä det finfördelade cellulosahaltiga materialet effektivt impregnerat med kokkemikalier innan uppslutningsreaktionerna be-gynner samt att temperaturen pä vätskan som används för inmatning av det finfördelade materialet hälles lägre än dess kokpunkt vid normalt atmosfärtryck.

Vid framställning av cellulosa ur vedflis är det av stor vikt att flisen i tillräcklig utsträckning impregneras med kokkemikalier innan dess temperatur höjs tili en sädan nivä att uppslutningsreaktionernas hastighet blir betydande. Genom att diffusionshastigheten ökar med sti-gande temperatur bör temperaturen under impregneringen vara sä konstant och hög som möjligt men lägre än den temperatur vid vilken uppslutningsreaktionernas hastighet blir betydande. För att erhälla en cellulosaroassa av jämn och hög kvalitet med önskade egenskaper bör temperaturen pä flisen och den vätska med vilken den skall impregneras först höjas tili den lämpligaste impregneringstemperaturen 6621 5 och hällas pa denna nivä en känd och tillräckligt läng tid innan temperaturen höjs tili koktemperaturen.

Att upprätthälla en dylik temperaturprofil i en kontinuer-ligt arbetande cellulosakokare har värit ett stort problem. Speciellt i kokare till vilka flismatningen sker tili top-pen och i vilka man önskar upprätthälla en impregnerings-zon med lägre temperatur än koktemperaturen ovanför kok-zonen uppträder instabilitet i temperaturprofilen pä grund av att het vätska och eventuellt flis pä ett varierande och oförutsebart sätt tränger frän kokzonen upp tili im-pregneringszonen. Förutom att denna instabilitet i temperatur- och kemikalieprofiler medför variationer i impreg-nerings- och koktider för flisen förorsakar den även variationer i temperaturen pä vätskan som används vid inmatning med inmatningssvärigheter som följd.

Den finska utläggningsskriften 52366 beskriver ett sätt att minska dessa problem genom att vid den undre delen av impregneringszonen upprätthälles över flispelarens hela tvärsektion en väsentligen horisontell strömning av kyld vätska genom avdragning vid flispelarens periferi, kylning och äterföring till dennas mitt. Detta sätt har dock bl.a. den olägenheten att det medför ett ökat värmebehov för kokprocessen pä grund av att det värme som med vätska och flis stiger upp frän kokzonen och bortkyles mäste ersättas genom ytterligare värmning i kokzonen. Av bl.a. denna or-sak är det numera vanligt att ett separat impregnerings-kärl används, vilket dock medför ökade anläggningskost-nader.

En förutsättning för att en stabil temperatur- och kemikalieprof il skall kunna upprätthällas i en kontinuerlig kokare är att flisen ihoptryckes tili en sammanhängande pelare i sädan grad att de enskilda flisbitarnas rörelse-frihet i förhällande tili varandra är eliminerad och 3 66215 frammatas pä sädant sätt samt att en stabil vätskeströmning genom denna pelare föreligger.

Pä grund av att flisen i en kokare med flisinmatningen tili toppen normalt packas endast av den ovanom liggande flisens nettotyngd är det sammanhällande trycket pä Övre delen av flispelaren mycket lägt. Vidare är vätskans strömnings-hastighet sä läg att laminär strömning föreligger. Som känt är strömningsmotständet vid laminär strömning beroende av vätskans viskositet varför strömningsmotständet minskar när vätskans temperatur stiger. Vid turbulent vätskeströmning är strömningsmotständet däremot oberoende av vätskans viskositet. När het vätska ges möjlighet att förtränga kallare vätska genom en flispelare pä vilken ett lägt sammanhällande tryck föreligger och genom vilken den normals vätskeströmningen är läg uppstär mycket instabila strömningsförhällanden. Dessa förhällanden är den avgörande orsaken tili problemet att upprätthälla en väl avgränsad impregneringszon med lägre temperatur ovanför kokzonen i nuvarande kokare.

Enligt föreliggande uppfinning erhälles i en kokare med inmatning av vedflis till dess topp i avseende pä tempe-raturhöjning väl avgränsade zoner för inmatning, impreg-nering och uppslutning med stabila temperatur- och kemia-kalieprofiler pä följande sätt.

De huvudsakliga kännetecknen för uppfinningen framgär ur bifogade patentkrav 1.

Vätska avsedd för impregnering av flis uppvärms tili en temperatur nägot högre än önskad impregneringstemperatur innan den inmatas tili impregneringszonens utloppsända. Denna uppvärmning sker med värrne frän lut avdragen frän kokzonens utlopp genom indirekt motströmsvärmeväxling och genom eventuell inblandning. För att erhälla en jämn kemi-kaliekoncentration och temperatur över flispelarens hela ^ 66215 tvärsnitt cirkuleras impregneringsvätska vid impregnerings-zonens utlopp genom avdragning vid flispelarens periferi och äterföring till dess mitt. I impregneringszonen upp-rätthälles en ström av impregneringsvätska i motström genom en sammanhängande flispelare i en sadan mängd att impregneringsvätskans värmekapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitetsströmmen för frammatad flis. Detta uppnäs pä sä sätt att en sä stor vätskestrÖm avdras frän impregneringszonens inlopp att dess värmekapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitetsströmmen för tili kokaren inmatad flis och med den inmatad vätska. Stabil vätskeströmning upprätthälles i impregneringszonen genom att dess tvärsnitt är sä litet att turbulent strömning föreligger vid ifrägavarande flöde av impregneringsvätska. För att i impregneringszonen upprätthälla en sammanhängande flispelare i vilken de enskilda flisbitarnas rörel-sefrihet är eliminerad och vilken kontinuerligt mätäs genom denna zon mot strömmande impregneringsvätska och vidare genom kokzonen och tvättzonen fram tili utmatningszonen komprimeras flisen och pälägges en tillräcklig kraft i frammatningsriktningen före matningen tili impregneringszonen. Detta sker genom att bringa med flisen inmatad vätska att strömma i flisens frammatningsriktning genom en tillräckligt läng flispelare med tillräcklig hastighet innan den med flisen inmatade vätskan avdras vid flispelarens periferi intill impregneringszonens inlopp.

Impregneringsvätskan avdras i huvudsak separat frän in-matningsvätskan varför extraktivämnen som överförts tili impregneringsvätskan frän flisen under dess strömning genom impregneringszonen kan separeras frän en förhällan-devis litet vätskeflöde. Strömningstvärsnittet för inmatad flis och vätska ökar successivt fram tili avdraget för inmatad vätska varför tillräcklig frammatningskraft erhälles redan vid förhällandevis lägt flöde av inmatad vätska. Detta medför även en hög grad av självreglering 5 66215 av flispelarens nivä i kokaren genom att flödet av inmatad vätska automatiskt minskar när nivan tenderar att stiga.

FöreLiggande uppfinning beskrivs i det följande mera detal-jerat med hänvisning tili bifogade ritningar, i vilka figur 1 schematiskt illustrerar i tvärsnitt en kokare för tillämpning av uppfinningen när impregneringen sker med färsk kokkemikalievätska/ figur 2 visar en liknande vy av en kokare som modifierats sä att impregneringen sker med avdragen lut frän kokzonen med önskad inblandning av färsk kokkemikalievätska, figur 3 illustrerar ett diagram som visar hur det relativa komprimerande och frammatade trycket pä flispelaren i fram-matningszonens utlopp beror pä den med flisen inmatade vätskans relativa tryckfall i frammatningszonen, figur 4 illustrerar ett diagramm som visar hur flispelarens relativa niva i frammatningszonen beror pä den med flisen inmatade vätskans relativa tryckfall i frammatnings-zonen och figur 5 illustrerar ett diagramm som visar hur vätskeflö-det som inmatas med flisen beror pä flispelarens nivä i kokarens frammatningszon.

Den i figur 1 illustrerade kokaren bestär av ett läng-sträckt cylinderformigt tryckkärl 11 som medels avdrags-silar 21, 22, 23, 24, 25 och 26 är uppdelat i 6 zoner, nämligen en inmatningszon A, en frammatningszon B, en imp-regneringszon C, en uppslutningszon D, en tvättzon E och en utmatningszon F.

Flis 50 doseras tili den trycklösa inmatningsbehällaren 15 sä att en sä hög flispelare över vätskenivän i be-hällaren upprätthälls att flisen trycks ned tili en ut-matningsanordning (ej visad) för vidare transport genom ledningen (60) tili slussmataren (14) med vätska som in- 6621 5 matas till behällaren genom ledningen 70 av cirkulations-pumpen 53. I slussmataren som kan vara av känd typ över-förs flisen tili ledningen 61 för inmatning tili kokarens inmatningszon A genom anslutningen 38 med vätska som med cirkulationspumpen 51 matas tili slussmataren. Kokvätskan som inmatas genom ledningen 80 tili cirkulationen för mat-ning av flis tili slussmataren och den inmatningsvätska som överförs frän cirkulationsledningen 81 tili cirkula-tionsledningen 71 när flisen i slussmataren matas frän ledningen 60 tili ledningen 61, transporteras genom ledningen 72 med pumpen 52 tili pumpens 51 sugsida för inmatning av flis fran slussmataren tili kokaren. Denna vätsketransport regleras av vätskenivän i inmatningsbe-hällaren 15.

Vid transporten av flis genom ledningarna 60 och 61 är vätskeflödena i förhällande tili flisflödet sa Stora samt strömningshastigheterna sa höga att flisen kan framström-ma fritt tili slussmataren resp. tili kokarens inlopp och med i stort sätt samma hastighet som vätskan.

Pä detta sätt strömmar flis med inraatad vätska genom kokarens inmatningszon A fram tili flispelarens niva 29 vid vilken inmatad flis packas och frammatas genom att bringa inmatad vätska 41 under turbulenta strömningsförhällanden att strömma genom en pelare av inmatad flis i dess fram-matningsriktning innan den avdras vid flispelarens periferi genom silen 21 och genom ledningen 62 transporteras med pumpen 51 tillbaka tili slussmataren.

Med detta sätt för inmatning av flis kan ett högt kompri-merande och frammatande tryck som är lätt att bestämma och reglera anbringas pä flispelaren innan den matas genom impregneringszonen. Genom att detta tryck är jämnt fördelat pä flispelarens hela tvärsnitt och uppnär sitt 7 66215 största värde vid inloppet till impregneringszonen C kan mekanisk deformation av flisen undvikas.

För att redan vid ett relativt lägt flöde pä inmatad vätska erhälla ett högt frammatningstryck och underlätta regleringen av flispelarens nivä i kokaren ökar strömnings-tvärsnittet för inmatad flis och vätska successivt frän inmatningsstället 38 fram tili avdragssilen 21 för inmatad vätska 41.

Figur 3 visar hur frammatningstrycket pF pä flispelaren vid inloppet tili impregneringszonen beror pä inmatnings-vätskans tryckfall i frammatningszonen där Δρ är hela tryckfallet i frammatningszonen och Δρ1 är tryckfallet i en del av frammatningszonen intill avdragssilen 21.

Figur 4 visar hur flispelarens nivä H i frammatningszonen kan bestämmas med hjälp av dessa tryckfall. Denna nivä regleras antingen genom att ändra pä massauttaget 63 el-ler genom att variera flisinmatningen 60.

Flödet av impregneringsvätska 42 genom impregneringszonen C regleras genom ändring av vätskemängden avdragen frän silen 22 vid impregneringszonens inlopp och cirku-lation med pumpen 54 genom värmeväxlaren 12, där uppvärm-ning med het vätska 67 avdragen frän kokzonens utlopp sker, för inmatning tili impregneringszonens utlopp till-sammans med där avdragen vätska 65. Flödet av uppvärmd impregneringsvätska 75 inställes sä att dess värmekapa-citetsström blir nägot större än värmekapacitetsströmmen för inmatad flis 50 och kokvätska 80 men lika stor eller nägot mindre än värmekapacitetsströmmen för avdragen vätska 67 frän kokzonens utlopp.

Extraktivämnen 82 separeras 16 frän avdragen impregneringsvätska 69 innan den äterföres efter uppvärmning tili impregneringszonens utlopp.

8 66215

Impregnerad flis och vätska som matas frin impregnerings-zonen till kokzonen uppvärms till koktemperatur genom av-dragning av kokvätska 66, uppvärmning av densarama 13 och äterföring till kokzonens inlopp 34.

I den figur 2 illustrerade kokaren sker impregneringen med vätska 101 avdragen frän kokzonens utlopp varvid önskad koncentration av färska kokkemikalier erhälles genom regiering av detta vätskeflöde 101. Flödet av impreg-neringsvätska 42 genom impregneringszonen regleras i detta fall genom ändring av flödet pä förbrukad impregnerings-vätska 89.

Sättet enligt uppfinningen uppvisar flera fördelar: 1. Skarpa temperaturgränser kan upprätthällas mellan in-matningszonen och impregneringszonen samt mellan impregneringszonen och kokzonenäven när dessa föreligger i samma tryckkärl med inmatningen upptill.

2. Oberoende av temperaturen i impregneringszonen kan temperaturen pä inmatningsvätskan hällas sa läg att in-matningsanordningarna före slussmataren kan göras tryck-lösa.

3. För effektiv impregnering tillräckligt hög och kons-tant temperatur kan upprätth&llas i impregneringszonen utan att temperaturen stiger sä högt att för denna zon oönskad ligninutlösning begynner.

4. Processens behov av externt värme är lägt emedan enda behovet utgörs av de värme som erfordras för uppvärmning av det finfördelade materialet och kokvätskan frän imp-regneringstemperaturen tili koktemperaturen. 1 2

Ett högt sammanhällande tryck pä flispelaren kan upp- 2 rätthällas i impregneringszonen utan att detta medför ett 6621 5 för högt komprimerande tryck pä den kokta flisen, vilket är en förutsättning för att flisen kontinuerligt skall frammatas genom kokaren som en sammanhängande pelare och tillräckliga mängder vätska skall kunna mätäs i motström genom impregneringszonen respektive tvättzonen.

6. Genom att flisen vid dess inlopp tili kokaren snabbt komprimeras och uppnär maximal packning när den passerar avdragssilen för inmatningsvätskan reduceras transport av fint fast material (spän) tillifrägavarande avdragssil. Enligt föreliggande sätt kan en cirkulation av fint material i inmatningsanordningen därför minimeras. Förutom att detta ger en ökad kapacitet för inmatningen och mindre rengöringsbehov ökar det även utbytet pä grund av att oöns-kad nedbrytning av det fina materialet minskar. Flis av förhallandevis lag kvalitet kan därför utnyttjas utan att driftstörningar uppstär.

7. Under den trycksatta delen av kokprocessen är flisen hela tiden omsluten av vätska. Impregneringen av flisen blir därför effektiv och jämn genom att inträngning av gas är eliminerad och genom att impregneringsvätskan som omsluter flisen i impregneringszonen kontinuerligt och snabbt byts pä grund av hög relativ strömning mellan vätska och flis.

8. Kompressions- och frammatningskraften för flisen även-som flispelarens niva i kokarinloppet kan enkelt bestäm-mas och regleras. 1

Mekanisk deformation av flisen reduceras tili ett mininum genom att flisen under inget skede av inmatningen tili kokaren utsätts för högre mekaniskt tryck än vad som fordras för en kontinuerlig och jämn frammatning av densamma.

10 6621 5 10. I flisen ingäende extraktivämnen överförs till imp-regneringsvätskan och kan separeras fran denna vid för-hällandevis lag temperatur innan impregneringsvätskan mätäs tili kokzonen.

11. Även obasad flis kan effektivt impregneras och fäs att strömma som en sammahängande pelare genom kokaren.

12. Erforderlig utrustning är enkel emedan hela kokproces-sen kan utföras i ett enda tryckkärl.

Claims (8)

11 6621 5

1. Sätt vid kontinuerlig uppslutning av finfördelat cellulosahaltigt material, t.ex. vedflis, genom att mata det finfördelade materialet i ett vätskefyllt behandlings-kärl (11) som en sammahängande flispelare genom en fram-matningszon (B), en uppvärmnings- och impregneringszon (C), en uppslutningszon (D) och eventuellt en tvättzon (E), varvid temperaturen i uppvärmnings- och impregneringszonen (C) hälles lägre än i uppslutningszonen (D), kanne-tecknat av att den med flisen inmatade vätskan (41) bringas att strömma genom flispelaren i frammatningszonen (B) i flisens frammatningsriktning med en sädan hastighet innan den avdras (21) att flispelaren frammatas genom den efterföljande impregneringszonen (C), där en Ström av impregneringsvätska (42) i motström mot den frammatade flispelaren regleras sk, att impregneringsvätskans värme-kapacitetsström är minst lika stor som värmekapacitets-strömmen för den frammatade flispelaren.

2. Sätt enligt patentkrav 1, kännetecknat av att impregneringsvätskans (42) hastighet i förhällande tili flispelaren i impregneringszonen (C) hälles sä hög att turbulent vätskeströmning föreligger.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att impregneringsvätskan (85) som inmatas tili impregneringszonens utlopp uppvärms och eventuellt ut-späds med vätska (67) avdragen frän uppslutningszonens utlopp.

4. Sätt enligt patentkrav 1,2 eller 3, kännetecknat av att vätskan och det finfördelade materialet i frammatningszonen (B) strömmar genom ett successivt ökande strömningstvärsnitt fram tili avdragssilen (21) för in-matad vätska. 12 6621 5

5. Sätt enligt nägot föregäende patentkrav, kanne-tecknat av att impregneringsvätskan (42) avdras genom en sil (22) helt eller delvis separat frän inrnat-ningsvätskan (41).

6. Sätt enligt patentkrav 5, kännetecknat av att extraktivämnen i impregneringsvätskan avskiljes före den avdragna impregneringsvätskan (69) äteranvänds eller blandas med annan vätska.

7. Sätt enligt nägot föregäende patentkrav, kännetecknat av att frammatningstrycket pä det finför-delade materialet vid inloppet tili impregneringszonen, samt att nivän (29) pä den sammanhängande flispelaren, bestämmes genom att mätä tryckfallet pä inmatningsvätskan frän en punkt (92) 1 inmatningszonen (A) och frän en punkt (91) i frammatningszonen (B) tili en punkt (90) intill avdragssilen (21) för inmatningsvätskan.

8. Sätt enligt patentkrav 7, kännetecknat av att frammatningstrycket regleras genom strypreglering av inmatningsvätskan (81) eller varvtalsreglering av dess transportpump (51) eller genom regiering av den sammanhängande flispelarens nivä (29). 1 Sätt enligt patentkrav 7, kännetecknat av att den sammanhängande flispelarens nivä (29) regleras genom regiering av transportvätskan (70) för det finför-delade materialet tili slussmataren (14) och/eller varvtalsreglering av slussmataren. 13 6621 5