FI68274C

FI68274C - Anordning och foerfarande foer delignifiering av massa av medelkonsistens med hjaelp av syre

Info

Publication number: FI68274C
Application number: FI803722A
Authority: FI
Inventors: Larry Derwood Markham; Henrik Jarl Eklund
Original assignee: Black Clawson Co
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1985-08-12
Also published as: FI68274B; BR8007893A; FI803722L; CA1167205A; JPS5691094A; DE3063633D1; ATE3656T1; AU6469480A; ES497355A0; EP0030158B1; ES8200158A1; EP0030158A1; US4363697A; AU537466B2

Description

1 68274

Laite ja menetelmä ligniinin poistamiseksi keskisa-keasta massasta hapen avulla Tämä keksintö kohdistuu menetelmään ligniinin poistamiseksi massasta hapen läsnäollessa ja erityisesti menetelmään ligniinin poistamiseksi hapettamalla keskisa-keaa massaa käyttäen putkimaisten reaktiovyöhykkeiden sarjaa.

Tavanomaisissa menetelmissä kuitumaisten raaka-aineiden kuiduttamiseksi kemiallisesti on aikaisemmin käytetty rikkipitoisia yhdisteitä, kun taas tavanomaisissa valkaisuprosesseissa on käytetty klooripitoisia yhdisteitä. Ympäristösuojelulliset näkökohdat ovat tänä päivänä johtaneet siihen, että pyritään löytämään saasteettomia prosesseja, joilla voidaan saada halutut massasaannot ja -laadut. Paljon huoniota on omistettu hapen käytölle yhdessä emäksisten kemikaalien kanssa ligniinin poistamiseksi massasta.

Useat keksinnöt kohdistuvat esimerkiksi ligniinin poistamiseen hapen avulla erittäin sakeista massoista (so. 20-30 %:n sakeus). Katso Eachus, TAPPI Volume 58, p. 151-154 (syyskuu 1975) sekä Hasvold, 1978 International Sulfide Conference, Montreal, Kanada (syyskuu 13, 1978) . Eräissä menetelmissä on ligniini poistettu hapen avulla laimeista massoista (so. 1-5 %:n sakeus) tai valkaisuprosesseissa. Katso Paper Trade Journal, p.

37-39 (heinäkuu 15, 1978).

Kummassakin menetelmässä on kuitenkin lukuisia epäkohtia. Alhaisessa sakeudessa tapahtuva toiminta edellyttää suurta reaktoritilavuutta hyväksyttävän viiveajan 2 68274 aikaansaamiseksi massalle. Alhaisessa sakeudessa toimiminen vaatii myös paljon energiaa suurten massatila-vuuksien pumppaukseen ja paljon höyryä kuluu reaktorissa olevan massan kuumennukseen. Jätelipeässä olevien liuenneiden kiintoaineiden alhainen pitoisuus korottaa lisäksi kemiallisten talteenottoprosessien haihdu-tuskustannuksia. Suuressa sakeudessa tapahtuva toiminta edellyttää toisaalta tavallisesti erityisen vedenpoisto-laitteiston korkeamman sakeuden aikaansaamiseksi. On myös tunnettua, että hapella toimivan ligniininpoistojärjestelmän käyttäminen sakeana voi johtaa massan ylikuumenemiseen eksotermisen ligniininpoistoreaktion johdosta, kuten myös massan hajoamiseen ja jopa massan palamiseen.

Ligniininpoisto massasta hapen avulla tavanomaisessa sakeudessa (so. 8-20 %:n sakeudessa) olisi edullista siinä suhteessa, että monet olemassa olevat tehdaslaitteet, massan pesu- ja sakeutuslaitteet mukaanluettuna, on suunniteltu toimimaan tällä sakeusalueella eikä mitään erityisiä laitteita tarvittaisi tämän alueen saavuttamiseen. US-patenttihakemuksessa 72 796 on käytetty sa-keudeltaan tavanomaista järjestelmää ligniinin poistamiseksi massatehtaan jätteistä. Eräissä töissä on saatu tyydyttäviä tuloksia toimittaessa tavanomaisella sakeu-della laboratoriomittakaavassa käyttäen pyöriviä autoklaaveja ilman mitään sisäpuolisia sekoituselimiä /katso esim. Annergren et ai., 1979 Pulp Bleaching Conference, Toronto, Kanada, kesäkuu 11-14, 1979j Saukkonen et ai., TAPPI Volume 58, p. 117 (1975); ja Chang et ai., TAPPI Volume 56, p. 97 (1973/7· Tällaiset laitteistot eivät kuitenkaan sovellu täysmittakaa-vaiseen teolliseen toimintaan, jossa käsitellään suuria määriä massaa. Joissakin töissä on kohdattu vakavia ongelmia jopa pienessä laboratoriomittakaavassa. Eachus, TAPPI Volume 58, p. 151 (1975) esimerkiksi ilmoittaa, 3 68274 että ligniininpoisto sakeudeltaan tavanomaisesta massasta hapen avulla ei ollut käytännöllistä, johtuen korkeasta emäskulutuksesta, hapen loppumisesta ja rajoitetusta ligniinin poistosta.

Chang et ai., TAPPI Voi. 57, p. 123 (1974), totesi, että toiminta tavanomaisessa sakeudessa antoi huomattavasti alhaisemman ligniininpoistonopeuden kuin toiminta suuressa sakeudessa ja johti myös epätasaiseen lig-niininpoistoon. Vaikka on ehdotettu, että nämä ongelmat voidaan voittaa käyttämällä korkeampia happipaineita reaktioastiassa, on tällaisten korkeampien paineiden käytöllä useita haittoja. Näihin kuuluu paksumpiseinäi-sen reaktioastian kalliimpi hinta, suuremmat vaikeudet syöttää massaa korkeampaan paineeseen ja lisääntynyt vaara kaasuvuotojen muodossa. Tavanomaisessa sakeudessa toimivia pystyputkihappireaktoreita on rakennettu koemielessä. /Katso Annergren et ai., 1979 Pulp Bleaching Conference, Toronto, Kanada, kesäkuu 11-14, 1979, ja Kleppe et ai., TAPPI Voi. 59, p. 77 (1976//. Pystyputkirakenteissa on kuitenkin vakavia puutteita, kuten kaasun ja massan kanavoituminen tornissa ja no-peampikäyntisen sekoittimen tarve hapen dispergoimisek-si massalietteeseen. Tällainen tehosekoitus voi johtaa massan hajoamiseen ja vaatii lisäksi huomattavan ener-giansyötön.

Voidaan näin ollen todeta, että alalla on tarve aikaansaada yksinkertainen ja tehokas prosessi sakeudeltaan tavanomaisen massan vapauttamiseksi ligniinistä hapen avulla, jolla vältetään ennestään tunnetuissa ratkaisuissa esiintyneet ongelmat.

Esillä oleva keksintö tyydyttää nämä tarpeet aikaansaamalla menetelmä, jossa käytetään putkimaisia reaktio-vyöhykkeitä, jotka aikaansaavat nopeita happi-ligniinin- 4 68274 poistonopeuksia alhaisilla alkalipanoksilla, tasaisen ligniininpoiston ja korkean massalujuuden. Säätöruuvien käyttö reaktiovyöhykkeissä mahdollistaa sekä hyvän sekoituksen hapen ja sakeudeltaan tavanomaisen massan välillä että massan viiveajan säätämisen ligniininpoisto-reaktion kussakin vaiheessa.

Keksinnön mukaisesti syötetään massaa ensimmäiseen putkimaiseen reaktiovyöhykkeeseen, jossa se saatetaan alttiiksi primääriselle hapetuskäsittelylle. Sakeamassa-pumppua käytetään massan syöttämiseksi reaktioastiaan. Sakeamassapumpun käytöllä vältetään kaasupainehäviö astiasta eikä se purista massaa vahingollisesti kokoon, niin että tasainen hapetus ja ligniininpoisto voi tapahtua .

Happea voidaan syöttää ligniininpoistojärjestelmään joko yhdestä syöttökohdasta tai monesta syöttökohdasta. Happikaasua syötetään tavallisesti reaktioastian alasi-vusta. Osittain kulutettua kaasua voidaan mahdollisesti poistaa ligniininpoistojärjestelmästä ilmakehään tai se voidaan ottaa talteen kierrätystä varten. Osittain käytetty kaasu voidaan lisäksi poistaa ja käyttää kalk-kiuunin rikastamiseen, jäteveden käsittelyyn tai muihin sopiviin tarkoituksiin. Mahdolliset orgaaniset yhdisteet tai ligniininpoistoreaktiossa muodostunut hiilimonoksidi voidaan poistaa johtamalla kaasu katalysaattori-patjan läpi ennen uudestaan käyttöä.

Emäksisiä keittokemikaaleja syötetään myös ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen ligniininpoiston edistämiseksi. Esimerkkejä sellaisista emäksisistä kemikaaleista, jotka soveltuvat käytettäväksi esillä olevaa keksintöä sovellettaessa, ovat natriumhydroksidi, natriumkarbonaatti, natriumboraattiyhdisteet, ammoniakki, hape- 68274 tettu sulfaattivalkolipeä ja näiden seokset. Ainakin osa emäksisten kemikaalien kokonaispanoksesta lisätään edullisesti massaan ennen sen johtamista sakeamassa-syöttöpumpun läpi ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen.

Tämä varmistaa sen, että massalla on emäksinen pH, kun massa saapuu ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen ja voitelee myös massaa helpottaen pumppausta. Kokonaispanoksen lisäosa lisätään ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen yhdestä tai useammasta syöttökohdasta pitkin astian yläosaa. Magnesiumsulfaattia tai muita tunnettuja suojakemikaaleja tai katalyyttejä massan viskositeetin ja lujuuden säilyttämiseksi voidaan syöttää massaan joko ennen sakeamassasyöttöpumppua tai sen jälkeen.

Höyryä lisätään myös massaan ennen sen saapumista sa-keamassasyöttöpumppuun. Höyry edistää ylimääräilman ajamista ulos massasta ennen ligniininpoistoa. Lisähöy-ryä voidaan syöttää reaktioastiaan tarpeen mukaan halutun reaktiolämpötilan ylläpitämiseksi, vaikka eksoterminen ligniinipoistoreaktio kehittää olennaisen osan lämmöntarpeesta.

Kun massaa syötetään ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen 8-20 %:n ja edullisesti 10-15 %:n sakeudessa sakeamassa-pumpun läpi, säätöruuvi sekoittaa massaa, happea ja emäksisisen kemikaalin seosta. On havaittu, että säätöruuvi, joka ulottuu reaktiovyöhykkeen koko pituudelle, aikaansaa tasaiselle ligniininpoistolle tarvittavan sekoituksen. Erilaisia muunnoksia voidaan ajatella säätöruuvin rakenteessa massan sekoituksen parantamiseksi. Ruuvira-kenteen muunnokset voivat käsittää leikattujen siipien, leikattujen ja poimutettujen siipien, taivutettujen siipien, nauhasiipien, melasiipien, meloilla varustettujen leikattujen siipien, meloilla varustettujen yhtenäisten siipien tai leikattujen ja poimutettujen siipien 6 68274 käytön yhdessä melojen kanssa.

Lisäksi on havaittu, säätöruuvin pyörimisnopeuden säätämistä voidaan käyttää vaihtoehtona tai ruuviraken-teen muuntamisen ohella tasaisen ligniininpoiston aikaansaamiseksi. Tyydyttävä sekoitus saadaan ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä 10-200 kierr/min pyörimisnopeuksilla. Mitä nopeampi ruuvin pyörimisnopeus on sitä lyhyempi on massan viiveaika tietenkin ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä. Siten voidaan tasainen ligniinin-poisto ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä aikaansaada esillä olevan keksinnön mukaisesti käyttämällä 10-200 kierr/min säätöruuvinopeuksia, muuntamalla ruuvin rakennetta tai näiden yhdistelmällä.

Olennainen osa ligniininpoistoa tapahtuu ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä, minkä jälkeen massan, hapen ja emäksisten kemikaalien seos johdetaan toiseen reaktio-vyöhykkeeseen. Siinä seosta sekoitetaan paljon vähemmän voimakkaasti, so. käyttäen 0,5-5 kierr/min sekoitusno-peutta ja lisää ligniiniä poistuu. Sekoittamatonta pystysuoraa astiaa voidaan mahdollisesti käyttää viimeisenä reaktiovyöhykkeenä.

Esillä olevan keksinnön mukaista happi-ligniininpoisto-järjestelmää voidaan käyttää ligniinin poistamiseen minkä tahansa tyyppisestä massasta mekaaniset massat, termomekaaniset massat, puolikemialliset- tai modifioidut mekaaniset massat, kemialliset massat ja hylkykui-dut mukaanluettuna. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan ligniiniä poistaa myös ei-puukuiduista, kuten oljista, pellavasta ja bagassista. Reaktiolämpötila, emäspanos, emäksisen kemikaalin tyyppi, hapen osapaine ja viiveaika riippuvat käsiteltävästä aineesta ja halutusta ligniininpoistoasteesta. Tavallisia lämpötiloja 7 68274 ovat 80-160°C, emäksisen kemikaalin panokset 1-60 % Na20:na laskettuna uunikuivasta aineesta ja hapen osa-paineet 2,1-13,8 bar. Sopiviksi viiveajoiksi on havaittu 5-120 min.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada tasainen ja nopea ligniininpoisto keskisa-keasta massasta samalla välttäen epätasaiseen lignii-ninpoistoon liittyvät onaelmat ja ennestään tunnetuissa ratkaisuissa epäkohtina koetut hitaat reaktionopeudet.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaista virtauskaaviota esillä olevan keksinnön kokonaisprosessista, ja kuviot 2a-2d esittävät erilaisia modifioituja ruuvisii-pirakenteita, jotka on todettu hyviksi esillä olevaa keksintöä sovellettaessa.

Kuten kuviosta 1 nähdään, syötetään sakeudeltaan 8-20 %:sta ja edullisesti 10-15 %:sta massaa ensimmäiseen vaakasuoraan reaktioputkeen 10 sakeamassapumpulla 12. Kaltevia reaktioputkia voidaan myös käyttää, mutta kaltevuuskulma ei saa ylittää noin 45° massan kokoonpuristumisen ja vectei poistumisen välttämiseksi massasta putken alapäässä, mikä häiritsisi hapen tasaista sekoittumista. Reaktioputkien tulee sen vuoksi olla olennaisesti vaakasuoria lukuunottamatta ensimmäistä reak-tiovyöhykettä, joka johtuen suhteellisen lyhyestä vii-veajasta, voi käsittää pystysuoran putken. Vaikka reak-tioastia on esitetty olennaisesti sylinterimäisten reaktioputkien sarjana, voidaan lisäksi käyttää yhtä ainoaa astiaa, jossa on useita reaktiovyöhykkeitä tai ei-sylinterimäisiä putkia, kuten kaksoisruuvijärjestel-mää.

8 68274

Pumppu 12 voi olla Moyno-syrjäytyspunppu (progressing cavity pump), jota toimittaa Robbins & Myers, Inc., Spring-field, Ohio. Pumppu 12 voi vaihtoehtoisesti olla Clove-rotor-pumppu, jota toimittaa Ingersoll-Rand Co:n Impco-jaosto, Nashua, New Hampshire, tai sakeamassapumppu, jota valmistaa Warren Pumps, Inc., Warren, Massashu-setts.

On todettu, että nämä pumput kykenevät syöttämään massan reaktioputkeen putkessa vallitsevaa painetta vastaan puristamatta kovasti kokoon massaa ja ilman kaasuhäviöi-tä putkesta. Muut syöttölaitteet, kuten pyörivät venttiilit tai ruuvisyöttökuljettimet eivät ole käyttökelpoisia tässä keksinnössä. Pyörivä venttiili sallii olennaisen kaasutappion reaktioputkesta venttiiliosien pyörimisen johdosta, jotka vuorotellen ovat alttiina reaktorissa vallitsevalle korkealle happipaineelle ja sen jälkeen reaktorin ulkopuoliselle ilmakehän paineelle. Ruuvikuljettimen käyttö johtaa voimakkaaseen massan kokoonpuristumiseen ja veden poistumiseen siitä, niin että tehokas hapettuminen oikeassa sakeudessa ei voi tapahtua.

Ennen massan syöttämistä sakeamassapumppuun 12, voidaan höyryä suihkuttaa massaan putkesta 14. Höyry edistää ylimääräilman syrjäyttämistä massasta ja kohottaa myös hieman massan lämpötilaa. Lisäksi on edullista lisätä ainakin osa emäksisen aineen panoksen kokonaismäärästä ennen massan syöttömistä sakeamassapumppuun 12. Tämä emäksisen aineen lisäys voidaan suorittaa putken 16 kautta. Emäksisen aineen tehtävänä on voidella massa ja helpottaa pumppausta sekä varmistaa, että massalla on emäksinen pH, kun se saapuu reaktioputkeen 10. Vaihtoehtoisesti voidaan koko panos lisätä tässä kohdassa.

Emäksisen aineen kokonaispanos nousee yleisesti ottaen 9 68274 noin 1-20 paino-%:iin Na20:na laskettuna raa'an kuitumateriaalin uunikuivasta painosta. Esimerkkejä esillä olevassa keksinnössä käyttökelpoisista emäksistä aineista ovat natriumhydroksidi, natriumkarbonaatti, natrium-boraattiyhdisteet, ammoniakki, hapettunut sulfaattival-kolipeä ja näiden seokset, joskin muita tunnettuja emäksisiä keittolipeitä voidaan myös käyttää.

Tultuaan syötetyksi reaktioputkeen 10 joutuu massa alttiiksi primääriselle hapetuskäsittelylle. Happikaasua syötetään reaktioputkeen 10 putkesta 18. Vaihtoehtoisesti voidaan happea syöttää useasta kohdasta putken 10 pituudelta. Tavallisesti järjestelmässä ylläpidetty hapen osapaine on noin 2,1 - 13,8 bar.

Käytettyä kaasua voidaan poistaa järjestelmästä ilmakehään. Vaihtoehtoisesti se voidaan ottaa talteen palautettavaksi reaktioputkiin tai voidaan se käyttää muihin tarkoituksiin, kuten kalkkiuunin rikastukseen tai jäteveden käsittelyyn. Mitkä tahansa ligniininpoistoreaktion aikana kehittyneet orgaaniset höyryt tai hiilimonoksidit voidaan poistaa johtamalla kaasu katalysaattoripatjän läpi.

Primäärinen hapetus suoritetaan sekoittamalla massa, happi ja emäksinen lipeä, jota syötetään putkesta 20 ja suihkutetaan massalle pitkin putken pituutta. Lisäämällä emäksistä lipeää asteettain putken pituudelta eikä kaikkea yhdellä kertaa, kuten on tavanomaista sa-keamassan (so. 20-30 %:n sakeus) happi-ligniininpois-tossa, saavutetaan parempi massan viskositeetti ja lujuus. Toinen emäksisen lipeän asteittaiseen lisäykseen liittyvä etu on, että eksoterminen ligniininpoistoreak-tio on helpommin säädettävissä ja paikallisen ylikuumenemisen vaara pienenee.

10 68274

Tyydyttävä sekoitus voidaan aikaansaada joko pyörittämällä säätöruuvia 22 käyttölaitteella 23 nopeudella, joka on yli 10 kierr/min (edullisesti 10-200 kierr/min), modifioimalla ruuvin siipiä tai näiden kahden yhdistelmällä. Primäärinen hapetus on tavallisesti saatettu loppuun 20 sekunnissa - 10 minuutissa ja edullisesti 1-5 minuutissa- Kuten kuviosta 1 nähdään, voi ruuvilla 22 olla yhtenäinen kierukkamainen siipimuoto 24. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää modifioutuja siipimuotoja, kuten leikattuja siipiä, leikattuja ja poimutettuja siipiä, taivutettuja siipiä, nauhasiipiä, melasiipiä, meloilla varustettuja leikattuja siipiä tai meloilla varustettuja yhtenäsiä siipiä. Yhtenäiset siipimuodot ovat edullisia, johtuen niiden paremmasta mekaanisesta lujuudesta verrattuna nauhasiipiin. Tyydyttävä sekoitus voidaan vaihtoehtoisesti aikaansaada modifioimalla ainoastaan osa ruuvisiivestä primäärisessä hapetusvyöhyk-keessä yhdessä ainoassa reaktioastiassa.

Kuten kuviosta 2a nähdään, voidaan leikatuilla siivillä 24a varustettua ruuvia 22a käyttää keksintöä sovellettaessa. Kuvio 2b esittää ruuvia 22b, jossa on leikatut ja taivutetut siivet 24b. Kuvio 2c esittää ruuvia 22c, jossa on leikatut siivet 24 yhdessä melojen 26c kanssa. Lopuksi kuvio 2d esittää ruuvia 22d, jossa on yhtenäiset siivet 24d yhdessä melojen 26d kanssa.

Nämä vaihtoehtoiset siipimuodot aikaansaavat suuremman sekoitusasteen, kun massa etenee reaktioputken pituutta pitkin, kuin tavanomainen yhtenäinen siipiruuvi. Joissakin tapauksissa tämä parannettu sekoitusvaikutus riittää näin ollen aikaansaamaan tasaisen, nopean lig-niininpoiston ilman että ruuvia tarvitsisi nopeasti pyörittää. Joissakin tapauksissa, joissa tarvitsee poistaa paljon ligniiniä, kuten esimerkiksi 50 kappalukuyk-sikön aleneminen, voidaan tarvita modifioidun ruuvisii- 68274 pimuodon yhdistelmää sekä ensimmäisessä että sitä seu-raavissa reaktioputkissa yhdessä suuren pyörimisnopeuden kanssa ensimmäisessä reaktioputkessa.

Kun primäärinen happikäsittely suoritetaan kuljetinruu-villa 22 ensimmäisessä reaktioputkessa 10, 10-200:11a kierroksella/min, voi olla tarpeen käyttää yhtä tai useampaa lisäreaktioputkea riittävän viiveajan aikaansaamiseksi järjestelmässä, niin että ligniininpoisto-reaktio voi edetä haluttuun kappa-lukuun. Kuten kuviosta 1 nähdään, ovat nämä jälkimmäiset reaktioputket 30 ja 40 rakenteellisesti samanlaisia ensimmäisen reaktio-putken kanssa. Sopivat käyttöelimet 33 ja 43 pyörittävät ruuveja 32 ja 42 siivillä 34 ja 44.

Ruuveja pyöritetään edullisesti nopeudella alle 5 kierr/ min pidempien viiveaikojen aikaansaamiseksi. Putkilla 30 ja 40 on lisäksi suuremmat halkaisijat kuin putkella 10 massan nopeammasta kulkemisesta putken 10 läpi johtuvan suuremman massatilavuuden vastaanottamiseksi. Kyseisten reaktioputkien suhteellinen koko on helposti laskettavissa niissä olevien ruuvien suhteellisten pyörimisnopeuksien perusteella. Järjestelmää käytetään edullisesti niin, että kutakin reaktioputkea käytetään noin 70 %:n kapasiteetilla. Happea voidaan lisätä reaktioputkiin 30 ja 40 putkien 18a ja 18b kautta. Loppureaktioastiana voidaan mahdollisesti käyttää sekoittamatonta pystysuoraa putkea (ei esitetty). Massan kokonaisviiveajät järjestelmässä vaihtelevat riippuen massan luonteesta ja tilasta ja siitä ligniininpoistoasteesta, joka halutaan saavuttaa. 5-120 minuutin viiveajat ovat osoittau-neet tyydyttäviksi.

Höyryä suihkutetaan yhdestä tai useammasta kohdasta järjestelmään lämpötilan pitämiseksi reaktioputkissa 80-160°C:n lämpötila-alueella. Kuten kuviosta 1 nähdään, 12 68274 suihkutetaan höyryä putkkista 46, 48 ja 50 putkiin 10, 30 ja 40.

Päätetyn ligniininpoi-toreaktion jälkeen johdetaan massa kylmäpuhallusalueeseen 54, jossa se saatetaan kosketukseen putkesta 56 tulevan laimennuslipeän kanssa.

Massa poistetaan käyttäen tavanomaista puhalluspyyhkais^ poistolaitetta (blow wiper discharger) .

Esillä olevan keksinnön mukaista happi-ligniininpoisto-järjestelmää voidaan käyttää minkä tahansa tyyppiseen massaan, kuten mekaaniseen massaan, termomekaaniseen massaan, puolikemialliseen tai modifioituun mekaaniseen massaan, kemialliseen massaan ja jätekuituun. Sitä voidaan myös käyttää muihin kuituihin kuin puukuituihin, kuten esimerkiksi olkeen, bagassiin tai pellavaan.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin esimerkkien avulla.

Esimerkki I

Valkaisemattoman havupuun sulfaattimassan näytettä, jonka kappa-luku oli 31,0, delignifioitiin käyttäen happea ja alkalia 3,0 paino-% NaOH uunikuivasta massasta laskettuna. Massa asetettiin vaakasuoraan putki-happireaktoriin samanlaisessa kokoonpuristetussa muodossa kuin massalla on, kun se poistetaan sakeamassapumpus-ta. Massan pitoisuus oli 10 % kiintoaineita, kokonais-reaktiopaine oli 7,7 ata ja massan kokonaisreaktioaika hapen kanssa oli 15 min 110°C:ssa. Kolme erillistä ajoa suoritettiin yllä olevissa olosuhteissa ja ilman sekoitusta ajossa 1-A. Ajossa 1-B massaa sekoitettiin esillä olevan keksinnön mukaisella modifioidulla ruuvi-rakenteella, nimittäin vaakasuoralla akselilla, jossa oli reaktorin läpi ulottuvia meloja ja joka kiertyi yhden kierroksen minuutissa. Ajossa 1-C sekoitettiin massaa ajon 1-B akselilla ja meloilla 20 kierr/min 68274 13 ensimmäisten 2 minuutin aikana ja kierroksen minuutissa reaktion jäljellä olevien 13 minuutin aikana. Tulokset on annettu alla olevassa taulukossa I.

Taulukko I

Kappa- Muutos kappa- Loppu-pH

luku luvussa_ ___ Lähtömassa 31,0

Ajo 1-A 25,7 5,3 12,0

Ajo 1-B 22,2 8,8 11,7

Ajo 1-C 21,0 10,0 11,6

Esillä olevan keksinnön mukaisella prosessilla saadaan, kuten nähdään, erinomaisia tuloksia jo suhteellisen lyhyillä reaktioajoilla ja suhteellisen pienillä lignii-ninpoistomenetelmillä.

Esimerkki II

Puhdistetun lehtipuusulfiittimassan näytettä, jonka sihdattu kappa-luku oli 70,5, delignifioitiin käyttäen happea ja 10,0 paino-%:n NaOH alkaliannosta uunikuivas-ta massasta laskettuna. Massa asetettiin vaakasuoraan putkihappireaktoriin yhtä kokoonpuristuneessa muodossa kuin massalla on, kun se poistetaan sakeamassapumpusta. Massan sakeus oli 15 % kiintoaineita. Ligniininpoisto-reaktio suoritettiin 20 min ajan lämpötilassa 120°C ja kokonaispaineessa 10,5 ata. Ajossa 2-A massaa ei sekoitettu. Ajossa 2-B irroteltiin massaa käsin ennen sen sovittamista reaktoriin. Ajossa 2-C irrotettiin massaa käsin ja sitä sekoitettiin koko reaktion aikana esillä olevan keksinnön mukaisella modifioidulla ruuvimuodolla, nimittäin vaakasuoralla akselilla varustettuna meloilla, joka pyöri kierroksen minuutissa. Tulokset on esitetty alla olevassa taulukossa II.

14 68274

Taulukko II

Kappa- Muutos kappa- luku luyu&sa Saanto (%) Lähtömassa 70,5

Ajo 2-A 43,0 27,5 76,3

Ajo 2-B 32,3 38,2 80,6

Ajo 2-C 20,5 50,0 76,6 Tämä esimerkki osoittaa miten tärkeää on irrotella massaa primäärisen hapetuksen antamiseksi ja osoittaa, että massan sekoitus käyttäen hidasta akselia varustettuna sekoituselimillä, lisää suuresti ligniininpoisto-nopeutta.

Esimerkki III

Esimerkin II massaa delignifioitiin samoissa reaktio-olosuhteissa (10 % NaOH, 120°C, 20 min, 10,5 ata) paitsi että massan sakeus oli 25 % eikä 15 %. Massaa eroteltiin ennen sen sovittamista reaktioon, mutta mitään sekoitusta ei käytetty ajon aikana. Tulokset on annettu alla olevassa taulukossa III.

Taulukko III

Kappa- Viskosi- luku Saanto (%) teetti (cps) Lähtömassa 70,5

Ajo 2-C 20,5 76,6 17,2

Ajo 3 17,6 76,2 11,4

Kuten nähdään, voidaan päinvastoin kuin aikaisemmin, aikaansaada hyvin korkea happi-ligniininpoistonopeus, mikä ilmenee vastaavista kappa-luvuista, tavanomaisella sakeudella käyttäen esillä olevan keksinnön mukaista prosessia. Lisäksi voidaan esillä olevan keksinnön mukaisella prosessilla aikaansaada delignifioitu massa, jolla on entistä parempi viskositeetti. Koska massan viskositeetti on karkea mitta massan lujuudesta, viittaa korkeampi viskositeetti korkeampaan massalujuuteen.

15 68274

Esimerkki IV

Aaltopahvileikkuujätteiden uudestaan lietettyä näytettä, jonka kappa-luku oli 87,3 ja Photovolt-kirkkaus 13, delignifioitiin käyttäen happea ja emästä seuraavis-sa reaktio-olosuhteissa: 12,0 % massasakeus, 15,0 % paino-% NaOH-annos uunikuivasta massasta laskettuna, 120°C, kokonaispaine 7,7 ata ja 15 min reaktioaika. Ensimmäisessä ajossa (ajo 4-A) massaa irroteltiin käsin ennen sen sovittamista reaktoriin, mutta massaa ei sekoitettu reaktion aikana. Ajo 4-B suoritettiin samoissa reaktio-olosuhteissa, paitsi että massaa sekoitettiin käyttäen keksinnön mukaista modifioitua ruuvirakennet-ta, nimittäin vaakasuoraa akselia varustettuna meloilla, joka kääntyi 3 kierr/min koko reaktion aikana. Ajo 4-C suoritettiin samoissa reaktio-olosuhteissa, paitsi että massaa sekoitettiin käyttäen vaakasuoraa akselia varustettuna meloilla, joka kääntyi 20 kierr/min ensimmäisten 2 minuutin aikana ja sen jälkeen 3 kierr/min reaktion jäljellä olevien 13 minuutin aikana. Tulokset on annettu alla olevassa taulukossa IV.

Taulukko IV

Kappa-luku Kirkkaus Lähtömassa 87,3 13

Ajo 4-A 69,1 13

Ajo 4-B 58,2 14

Ajo 4-C 54,6 17

Kuten nähdään, johtaa esillä olevan keksinnön käyttäminen suurempaan ligniininpoistoasteeseen ja kirkkaampaan massaan.

Claims

16 68274

1. Menetelmä ligniinin poistamiseksi jatkuvasti hapen avulla keskisakeasta massasta, tunnettu siitä, että massaa, jonka sakeus on 8-20 %, ja emäksisiä aineita syötetään ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen (10), että happea (18) lisätään ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen (10) massan delignifioimiseksi, että massan, hapen ja emäksisten aineiden seosta sekoitetaan ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä ruuvilla (22) , jota käytetään nopeudella 10-200 kierr/min ja että seos johdetaan yhteen tai useampaan seuraavaan, olennaisesti vaakasuoraan reaktiovyöhykkeeseen (30, 40) ja massaa pidetään mainituissa yhdessä tai useammassa reaktiovyöhykkeessä niin kauan, että lisää ligniiniä poistuu samalla kun massa sekoitetaan ruuvilla (32, 42) nopeudella 0,5-5 kierr/min.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruuvit (22, 32, 42) ulottuvat yli reaktiovyöhyk-keiden (10, 30, 40) koko pituuden ja että niissä on siivet (24, 34, 44), joita on modifioitu seoksen parantamiseksi vyöhykkeissä .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiovyöhykkeiden (10, 30, 40) lämpötila pidetään noin 80-160°C:ssa ja hapen osapaine ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä (10) on 2,1-13,8 baaria.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan sakeus on 10-15 %.

5. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että emäksiset aineet syötetään ensimmäisen reaktiovyöhykkeen (10) yläosaan, pitkin sen pituutta olevissa kohdissa.

6. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seos johdetaan lisävaiheessa sekoittamattomaan pystysuoraan pidätyskolonniin ligniininpoiston saattamiseksi loppuun. 17 68274

7. Laite ligniinin poistamiseksi jatkuvasti hapen avulla kes-kisakeasta massasta, tunnettu ensimmäisestä putkimaisesta reaktiovyöhykkeestä (10), jossa on astia tai pari astiaa, joissa on ruuvikuljetin massan (22, 23) sekoittamiseksi, elimiä (18) happikaasun syöttämiseksi reaktiovyöhykkeeseen, elimiä (20) emäksisten kemikaalien syöttämiseksi reaktiovyöhykkeeseen ja pumppuelimiä (12) massan syöttämiseksi 8-20 %:n sakeudessa reaktiovyöhykkeeseen, vähintään yksi seuraava olennaisesti vaakasuora putkimainen reaktiovyöhyke (30, 40), jossa on ruuvikuljetin (32, 42) massan sekoittamiseksi, ja elimiä osittain ligniinistä vapautetun massan siirtämiseksi ensimmäisestä reaktiovyöhykkeestä mainittuun vähintään yhteen seuraavaan reaktiovyöhykkeeseen.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäisessä reaktiovyöhykkeessä oleva ruuvikuljetin (22) ulottuu yli vyöhykkeen pituuden ja että ruuvikuljettimessa on ruuvisiipi (24a, 24b, 24c) jota on modifioitu vyöhykkeessä olevan sekoituksen parantamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu useista ruuvikuljettimen akseliin kiinnitetyistä meloista (26d), jotka ulottuvat säteettäisesti ulospäin ruuvikuljettimen akselista .

10. Menetelmä ligniinin poistamiseksi jatkuvasti hapen avulla keskisakeasta massasta, tunnettu siitä, että massaa syötetään 8-20 %:n sakeudessa yhdessä emäksisten aineiden kanssa ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen (10), happea lisätään (18) ensimmäiseen reaktiovyöhykkeeseen ligniinin poistamiseksi massasta, massan, hapen ja emäksisten aineiden seos sekoitetaan ruuvikul jettimella (22), joka ulottuu yli vyöhykkeen pituuden ja jossa on modifioituja siipiä (24a, 24b, 24c) ensimmäisessä reak-tiovyöhykkeessä (10) tapahtuvan sekoituksen parantamiseksi ja seos johdetaan yhteen tai useampaan seuraavaan sekoitettuun, olennaisesti vaakasuoraan reaktiovyöhykkeeseen (30, 40) riittävän pitkäksi aikaa jotta lisää ligniiniä poistuu. 18 68274