FI68680C - Foerfarande foer hartshaltsminskning vid framstaellning av cellulosamassor ur lignocellulosamaterial - Google Patents

Description

Γβϋ5^71 rm KUULUTUSJULKAISU Q £ α Γ\ B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 6 86 80 C (45) Pc ten Ui ByCnncIty 10 10 1933 Patent recdelat (51) Kv.lk.*/lnt.CI.4 D 21 C 9/08 (21) Patenttlh»kemus— Patentansöknlng 8 027*12 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 01 .09.80 (FO (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 01 .09.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 13.03.81

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväkaipanon ja kuul.julkaisun pvm.—

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 28 .Ο6.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 12.09.79 Ruot s i-Sver i ge(SE) 7907557-8 (71) Mo och Domsjö Aktiebolag, Box 500, S-891 01 örnsköldsvik, Ruotsi-Sver ige(SE) (72) Jonas Arne Ingvar Lindahl, Domsjö, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Koister Ab (54) Menetelmä hartsipitoisuuden vähentämiseksi valmistettaessa sellu-massoja 1ignosel1u1oosa-aineksista - Förfarande för hartshalts-minskning vid framställning av cellulosamassor ur Iignosellulosa-material

Keksinnön kohteena on menetelmä hartsipitoisuuden vähentämiseksi sellumassoissa valmistettaessa näitä lignoselluloosa-aineksista. Sellumassoilla tarkoitetaan edullisesti kemiallisia massoja, ts. massoja, jotka on valmistettu jonkun mukaan kemiallisista sellutus-menetelmistä. Pääasiallisesti on keksintö käyttökelpoinen valmistettaessa sulfittimassaa, mutta myös sulfaattimassa, joka on valmistettu lehtipuusta, esimerkiksi koivuista,muodostaa tärkeän käyttöalueen keksinnölle.

Valmistettaessa sellua sisältää lähtöaine, ts. lignoselluloosa, esimerkiksi puun muodossa, aina suurempia tai pienempiä määriä hartsia. Pyrkimyksenä on massan valmistusprosessin aikana poistaa hartsia niin suuressa määrässä kuin mahdollista, niin että valmiiksi-käsitelty massa saa alhaisen hartsipitoisuuden. Suuret hartsipitoi- 2 68680 suudet valmiiksikäsitellyssä massassa voivat aiheuttaa ongelmia massan käytössä (esimerkiksi paperinvalmistuksessa) ja huonontavat lopullisen tuotteen laatua. Tämän lisäksi hartsi vaikeuttaa itse massanvalmistusprosessia.

Valmistettaessa massaa sulfiittimenetelmän mukaisesti varastoidaan pauta sentähden aina tietty aika ennen sen viemistä keittimeen ja selluttamista selluksi. Varastoinnin aikana tapahtuu ns. hartsi-kypsyminen, mikä osaksi johtaa siihen, että hartsin määrä puussa jonkinverran alenee ja osittain siihen, että hartsi muuttuu niin, että se liukenee helpommin sellun valmistusprosessin aikana. Puun varastointi voi tapahtua eri tavoilla, puuta voidaan esimerkiksi ensin varastoida pöllien muodossa vedessä (uitto ja hinaus), minkä jälkeen pöllit nippujen muodossa varastoidaan maihin paperipuuvarastoon. Lähes vuoden varastointiajan jälkeen otetaan pöllit massabehtaalle hakattaviksi hakkeeksi ja edelleen käsiteltäviksi massaksi. Toinen tapa on hakata pöllit hakkeeksi jo näiden tullessa massatehtaalle ja sitten varastoida hake kasaan. Puun tällaisella käsittelyllä voidaan varastointiaika lyhentää n. 3 kuukaudeksi. Riippumatta varas-tointitavasta aiheutuu käsittelystä aina kustannuksia ja tämän lisäksi tapahtuu tiettyä puuhäviötä samanaikaisesti kun lukitaan huomattavia rahasummia. Varastoinnista huolimatta sisältää puu huomattavia määriä hartsia, joskin jonkinverran muuttuneessa muodossa verrattuna hartsiin tuoreessa puussa. Suurin osa jäijelläolevasta hartsimäärästä poistetaan eri vaiheissa massan valmistusprosessin aikana. Kaiken hartsin poistaminen massasta on vaikeata ja ennenkaikkea kallista, minkä takia valmiiksikäsitelty massa miltei poikkeuksetta sisältää tietyn määrän hartsia. Itse puun sellutuksen aikana liukenee osa hartsista ja poistuu massasta tämän pesussa ja lajittelussa. Valkaisimossa tapahtuu massan hartsipitoisuuden lopullinen säätäminen. Hartsi poistuu etupäässä valkaisusarjän alkalivaiheessa. Kuitenkin on mahdollista eikä epätavallista, että lopullinen säätäiri.-nen tapahtuu klooridioksidi-vaiheessa. Sulf iittitehtaissa on tavallista, että käytetään valkaisusarjaa kloori (C), alkali (E), hypokloriitti (H) ja klooridioksidi (D), ts. sarjaa C-E-H-D. Vaihtelemalla alkalin, tavallisesti natriumhydroksidin, määrää E-vaiheessa voidaan liuottaa pois suurempia tai pienempiä määriä hartsia. Yhdessä natriumhydroksidin kanssa lisätSi E-vaiheessa usein dispergoimisainet-ta hartsin pysyttämiseksi dispergoidussa muodossa (eikä paakkuunnu)

II

3 68680 niin, että se mahdollisimman suuressa määrässä voidaan pestä massasta E-vaihetta seuraavassa pesuvaiheessa. Hartsipitoisuuden lopullinen säästäminen tapahtuu tavallisesti D-vaiheessa, ts. vaihtelemalla lisättyä klooridioksidi-määrää. Hartsi erotetaan massasta D-vaihet-ta seuraavassa pesuvaiheessa. Kun tehtaalla ilmenee hartsiongelmia (esim. vaahtoamista ja tukkeamista) saattaa olla tarpeen vähentää kloori-panosta C-vaiheessa ja vastaavassa määrässä lisätä klooridi-oksidi-panosta. Kuten on tunnettua, liittyy hartsin klooraukseen sen käsittelyn vaikeutuminen.Suurena haittana merkittävien kloori-dioksidi-määrien käytössä hartsiongelman ratkaisemiseksi on tämän emikaalien korkea hinta.

Valmistettaessa massaa sulfaattimenetelmän mukaisesti ei puuta mainittavassa määrässä varastoida. Hartsiongelmien hillitsemiseksi esimerkiksi koivusulfaattimassan valmistuksessa on firkeätä, että pöllit kuoritaan tarkasti, koska kuori ja ennenkaikkea jälsikerros kuoren ja puun välissä sisältää suuria määriä hartsia. Samoin kuin sulfittisellutuksessa tapahtuu sulfaattisellutuksessa hartsin liukenemista. Jotta hartsi olisi dispergoituneena sellutuksen aikana (eikä paakkuuntuisi) lisätään keittimeen mäntyöljyä. Sellutuksen aikana liuennut hartsipoistetaan massasta jälkeentulevassa pesussa ja menee siten yhdessä mustalipeän kanssa haihdutukseen ja sitä seuraavaan polttoon soodakattilassa.

Sulfaattimassan valmistuksessa ei ole mahdollista säätää hart-sipitoisuutta lisäämällä erilaisia alkalimääriä valkaisusarjän alkali-vaiheessa, vaan on kokonaan turvauduttava kalliiseen valkaisu-kemiakaaliin klooridoksidi hartsipitoisuuden lopullista säätämistä varten.

Valmistettaessa koivusulfaattimassaa ollaan siten hartsiongelmien selvittämiseksi pakotettuja tekemään kalliita investointeja korkealaatuiseen kuorimalaitteistoon ja/tai käyttämään suuria määriä kallista klooridioksidi-kemikaalia valkaisimossa. Vaikka näitä kalliita toimenpiteitä käytetäänkin, on vaikeata päästä niihin alhaisiin hartsipitoisuuksiin,joihin pyritään valmiissa selluloosamassassa. Massa, jolla on alhainen hartsipitoisuus, on kuten tunnettua hyvin haluttua markkinoilla.

Edellä esitetyn lisäksi on mahdollista osaksi vähentää sellun hartsipitoisuutta lisäämällä erilaisia pinta-aktiivisia aineita, ns.

4 68680 kostutusaineita, eri tilaisuuksissa valmistusprosessin aikana.

Edellä esitetyt tavat ovat käytännössä tavallisimmin esiintyviä hartsiongelmien hillitsemiseksi sellun valmistuksessa.

Kirjallisuudesta tunnetaan muita menetelmiä. Ruotsalaisessa patentissa 150 651 esitetään esimerkiksi,että määrätyillä massatyy-peillä, joista hartsin poisto on erityisen vaikeata, saattaa olla sopivaa alkali-käsittelyn yhteydessä sinänsä tunnetulla tavalla mekaanisesti muokata massaa. Kuitenkaan ei selvästi käy ilmi, mitä mekaanisella muokkaamisella tarkoitetaan, eikä liioin ole olemassa mitään yksityiskohtaista selostusta siitä, miten tulee menetellä. Sensijaan ehdotetaan, että alkalikäsittely suoritetaan ei-ioniaktii-visen kostutusaineen läsnäollessa tarkoituksena vähentää massan hartsipitoisuutta.

Suomalaisessa patentissa 28 621 on esitetty menetelmä kuorimattoman lehtipuun ja sahajätteen käyttämiseksi sellun valmistuksessa. Menetelmä käsittää yhdistetyn mekaanis-kemiallisen menetelmän sellun käsittelemiseksi sellutuksen, pesun ja lajittelun jälkeen. Menetelmä on tunnettu siitä, että valkaisematonta massaa lämpötiloissa väliltä 10-60°C mekaanisesti nuovataan alkalisessa suspensiossa tunnetuissa jauhatuslaitteissa, minkä jälkeen massaa lämpötiloissa väliltä 10-80°C käsitelläänalkalisilla ja hapettavilla kemikaaleilla ja lopuksi jälleen muokataan mekaanisesti edellä esitetyllä tavalla.

Suoritusesimerkin mukaan suomalaisessa patentissa massaa jauhetaan pH-arvossa n.8 vesiraffinöörissä tai vastaavassa jauhinlait-teessa. Tämä tarkoittaa, että jauhaminen tapahtuu alhaisessa massa-sakeudessa (ei ylitä 6 %), koska vesiraffinööri ja vastaavat jauhin-laitteet voivat toimia ainoastaan alhaisilla massasakeuksilla.

On kuitenkin käynyt ilmi, että massan tällainen käsittely ei ole menestyksellinen ratkaisuna hartsinpoisto-ongelmaan, ts. massan hartsipitoisuuden selvästi alentamiseen. Eräs syistä lienee, että mekaaninen käsittely, ts. jauhaminen, tapahtuu suhteellisen alhaisessa massasakeudessa.Alhaiseen massasakeuteen liittyy myös se haitta, että menetelmästä tulee runsaasti energiaa kuluttava. Lisäksi tulee vielä se haitta, että jauhatukseen liittyy massakuitujen poikkileik-kautuminen,mikä useissa tapauksissa ei ole toivottavaa.

Sellun saattaminen mekaaniseen käsittelyyn sellutuksen, pesun ja mahdollisen lajittelun jälkeen, on tunnettua myös ruotsalaisesta 5 68680 patentista 341 323. Ominaista siinä esitetylle menetelmälle on, että massa ennen valkaisukäsittelyä saatetaan vaivaavaan tai leikkaavaan muokkaukseen sitä seuraavine lämpötilan nostoineen 10-50 %:n, edyllisesti 25-35 %:n sakeudessa, jolloin kuitujen tavoiteltu rakennemuutos saavutetaan mahdollisella jauhatusasteen nostolla enintään 4°SR:een ja että näin käsitelty, valkaisun tai jatkuvaan valkaisuun tarkoitettu massa välittömästi laimennetaan korkeintaan 6 %:n sakeu-teen ja että massa senjälkeen valkaistaan ja kuivataan edullisesti 90-95 %:n kuiva-ainepitoisuuteen.

Menetelmän tarkoituksena on parantaa massan paperiteknillisiä ominaisuuksia. Tässä patentissa ei ole esitetty mitään siitä, että menetelmä muodostaisi ratkaisun hartsiongelmaan sellun valmistuksessa. Että asia myöskään ei ole näin, on käytännössä käynyt ilmi kokeissa, joita on annettu suorittaa ja joita käsitellään jäljempänä tässä selityksessä.

Korkealaatuisen lopputuotteen saamiseksi valmistettaessa sellua pyritään mahdollisimman suuressa määrässä poistamaan alkuperäisessä lignoselluloosa-aineksessa (esimerkiksi puussa) oleva hartsi. Hartsin poistamiseksi tähän asti esitetyt menetelmät ovat hyvin kalliita ja osassa tapauksia ne eivät ole riittäviä, ts. hartsipitoisuutta ei onnistuta alentamaan sille alhaiselle tasolle, jota toivotaan.

Tämä keksintö ratkaisee nämä ongelmat ja sen kohteena on menetelmä hartsipitoisuuden vähentämiseksi valmistettaessa valkaistuja tai valkaisemattomia sellumassoja lignoselluloosa-aineksesta, jolloin lignoselluloosa-aine saatetaan kuidutukseen, pesuun, mahdolliseen lajitteluun ja mahdolliseen ligniiniä poistavaan valkaisuun, menetelmän ollessa tunnettu siitä, että lignoselluloosa-aines sellun muodossa senjälkeen yhdessä tai useammassa sakauttamislaitteessa saatetaan 15-35, edullisesti 19-29 %:n massasakeuteen ja siihen lisätään alkalia sellaisessa määrässä, että alkalimäärä , laskettuna NaOHrna, nousee 2-17 g:ksi/kg läsnäolevaa vettä, minkä jälkeen se saatetaan lievään mekaaniseen muokkaukseen suursakeuskäsittelyä varten tarkoitetussa laitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh/t massaa, ja että sellu tämän lievän mekaanisen muokkauksen jälkeen pääasiallisesti muuttumattomassa massasakeudessa saatetaan erillisessä säiliössä reagoimaan lisätyn alkalin kanssa 0,1-5 tunnin ajaksi .

Keksinnön mukaiset toimenpiteet suoritetaan edullisesti valkai- 6 68680 semattomalla sellumassalla, ts. sen jälkeen kun lignoselluloosa-aines on sellutettu selluksi keittimessä keittokemikaalien avulla ja vapautettu keittojätelipeästä pesemössä. Kun massa poistuu pese-möstä, sen sakeus on tavallisesti 4-6 %. Tavallisesti massa myös lajitellaan ennen sen saattamista keksinnön mukaisiin toimenpiteisiin. Ennen lajittelua massa laimennetaan niin, että sillä lajittelun aikana on sakeus väliltä 0,5-3 %. Erikoistapauksissa saattaa olla sopivaa saattaa massa lievään ligniiniä poistavaan valkaisuun jollakin valkaisuaineella, esimerkiksi kloorilla ja/tai klooridioksidillä ennen sen saattamista keksinnön mukaisiin toimenpiteisiin.

Keksinnön mukaisesti poistetaan lähtömassasta vettä yhdessä tai useamnassa vaiheessa niin, että saavutetaan sakeus väliltä 15-35, edullisesti 19-29 %. Tavallisesti massan sakeuttaminen tapahtuu yhdessä vaiheessa ja sopivia vedenpoistolaitteita ovat rumpu-suodatin, nauhasuodatin, telapuristimet ja ruuvipuristimet. Tapahtuuko massan sakeuttaminen yhdessä tai useammassa (esimerkiksi kahdessa) vaiheessa riippuu osaksi siitä toteutetaanko keksinnön mukainen menetelmä jo olemassaolevassa tehtaassa tai jos menetelmä sovitetaan jonkun tehtaan uudisrakennukseen tai uudelleen rakentamiseen. Jos olemassaolevissa tehtaissa on tavallisesti rumpusuodattimia asennettuina lajitteluosaston jälkeen, joilla massasakeus nostetaan lajitteluosastolla tavalliselta väliltä 0,5-3 % välille 10-13 %.

Ei kuitenkaan ole välttämätöntä, että rumpusuodattimella on tälläi-nen vedenpoistokapasiteetti, vaan hyvin yksinkertainen rumpusuoda-tin, joka nostaa massasakeuden 4 %:iin ja ylöspäin, riittää. Rumpu-suodattimelta massa viedäänlaitteeseen, jossa lopullinen sakeuttaminen, ts. 15-35 %:n massasakeuteen, tapahtuu. Eräs edullinen tälläi-nen laite on ruuvipuristin. Veden poiston helpottamiseksi massasta voidaan massan pH-arvo asettaa välille 7-9 lisäämällä alkalia.

Sakeutusvaiheen jälkeen massaan lisätään alkalia sellaisessa määrässä, että sen pH-arvo ylittää arvon 11. Tämän pH-arvon saavuttamiseksi täytyy alkalilisäyksen nousta 0,5-5 %:iin laskettuna absoluuttisen kuivasta massasta. Alkalina on edullisesti natriumhydroksi-di, mutta on kuitenkin mahdollista lisätä jotakin muuta alkalia, kuten kaliumhydroksidia, hapetettua valkolipeää, viherlipeää ja nat-triumkarbonaattia sekoitettuna natriumhydroksidin kanssa. Keksinnön mukaisesti tulee alkalimäärän, laskettuna Na0H:na, nousta välille 2-17 g/kg läsnäolevaa vettä.

Il 7 68680

Senjälkeen massa saatetaan lievään mekaaniseen muokkaukseen suursakeuskäsittelyä varten tarkoitetussa laitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh/t massaa. Sopiva laite tällaista käsittelyä varten on ruuviraffinoija ja erikoisen sopiva on ruuvi-raffinoija-tyyppi, jota myy MoDoMekan Ab, kauppanimellä FROTAPULPE 0. Tämä ruuviraffinoija käsittää periaatteessa kaksi pyörivää ruuvia, jotka on järjestetty yhdensuuntaisiksi toistensa kanssa sisääntulolla ja ulosmenolla varustettuun pesään ja ne tarttuvat toisiinsa aineksen muokkaamiseksi ja niiden ruuvisiivissä on syvennyksiä kehällä ainakin muutamalla ruuvikierroksella hampaiden muodostamiseksi syvennysten väliin. Samankaltainen ruuviraffinoija kuvataan lähemmin amerikkalaisessa patentissa 3 064 908. Kemikaalien kanssa sekoitettu massa saatetaan ruuviraffinoijassa alttiiksi leikkaaville ja vaivaaville voimille sykkivien painekuormitusten muodossa. Tämän käsittelyn seurauksena saavutetaan lisättyjen kemikaalien äärimmäisen tehokas imeytyminen massaan. Mitä massakuituihin tulee, on käsittely lievä, koska nämä eivät lyhene (kuten tapahtuu jahatuksessa) tai niihin muulla tavalla vaikuteta vahingollisesti. Käsittely ruuviraffinoijassa tapahtuu tavallisesti ilmakehän paineessa, mutta voidaai suorittaa myös ylipaineessa aine 500 kPa:han asti. Massan mekaanisen muokkauksen aikana sen lämpötila nousee, koska vähintään 60 % käytetystä energiasta muuttuu lämmöksi. Mitä suurempi energiapanos, sitä suuremmaksi tulee lämpötilan nousu muokkausvaiheen aikana.

Käsittelyn jälkeen mekaanisessa muokkausvaiheessa massa viedään sopivan laitteen, kuten pumpun, ruuviku1jettimen tai hihnakuljetti-men avulla torniin tai samankaltaiseen säiliöön jatkoreaktiota varten lisättyjen kemikaalien (pääasiallisesti alkalin) kanssa halutussa lämpötilassa. Massan pidätysaika tässä vaiheessa voi vaihdella 6 minuutista 5 tuntiin.

Senjälkeen massa pestään tunnetussa pesu laitteessa niin, että sellumassasta liuotettu hartsi poistuu massasta. Senjälkeen ei ole tarpeen saattaa massaa jatkokäsittelyyn vaan se voidaan viedä suoraan kuivattavaksi tai lopullisesti jalostettavaksi. Tavallisinta on kuitenkin, että massa, senjälkeen kun se on käsitelty keksinnön mukaisesti, viedään valkaisimoon edelleen jalostettavaksi.

8 68680

Mitä prosessin lämpötalouteen tulee, voidaan hyvään talouteen päästä eristämällä mekaaninen muokkausyksikkö, kuljetusjohto torniin ja itse torni. Tämä lämpö voidaan käyttää hyväksi jälkeentulevissa valkaisuvaiheissa, ts. energian tarve massan lämmittämiseksi valkaisua varten sopivaan lämpötilaan vähenee. Kun tehon käyttö mekaanisessa muokkausvaiheessa on suuri tai kun mekaaninen käsittely suoritetaan ylipaineessa, on sopivaa, että massa poistetaan tästä vaiheesta syklonin kautta höyryn erottamiseksi massasta. Siinä tapauksessa, että mekaaninen muokkaus tapahtuu ylipaineessa, on myös mahdollista, että myös jatkokäsittely tapahtuu ylipaineessa, ts. massa kuljetetaan pidätystorniin ja säilytetään siinä ylipaineen alaisena.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti on sakeutus-vaiheen ja lievän mekaanisen muokkauksen välissä pieni pidätysaika. Tämä lyhyt pidätysaika aikaansaadaan sopivasti kuljettamalla massa ruvikuljettimen läpi. Pidätysajan tulee olla väliltä 2-10 sekuntia. Ruuvikuljettimen lisäksi on myös mahdollista antaa massan kulkea ns. kemikaalisekoittimen, ts. laitteen läpi, jota käytetään kemikaalien sekoittamiseksi massaan. Mitä alkapipanostukseen tulee, on edullista, että ainakin osa alkalista lisätään massaan lyhyen pidätysajan aikana, esimerkiksi ruuvikuljettimessa. Ruuvikuljettimessa lisäämisen lisäksi alkalia lisätään massan sakeuttamisen jälkeen, ts. kun massa poistuu ruuvipuristimesta. On kuitenkin täysin mahdollista lisätä koko alkalimäärä yhdellä kerralla, ts. joko massan poistuessa ruuvipuristimesta tai ruuvikuljettimessa. Tietyissä tapauksissa on edullista alkalin lisäksi lisätä muita kemikaaleja massaan, kuten pinta-aktiivisia aineita (ns. kostutusaineita) ja kompleksinmuodostajia. Näiden kemikaalien lisääminen tapahtuu samankaltaisella tavalla kuin alkalilisäys.

Käsiteltäessä tiettyjä massoja on tarkoitettuun hartsinpoistoon pääsemiseksi tarpeen nostaa reaktiolämpötilaa massan lievässä mekaanisessa muokkauksessa ja sitä seuraavassa reaktiossa alkalin kanssa pidätystornissa sen lämpötilan nousun lisäksi,joka aiheutuu värväävästä ja leikkaavasta muokkauksesta. Tällaisissa tapauksissa massaan johdetaan höyryä ja höyryn johtamisen tulee tapahtua lyhyen pidätysajan aikana.

Massasakeus alenee kemikaalien ja höyryn lisäämisen vaikutuksesta. Massanpitoisuus ei kuitenkaan koskaa saa alittaa 15 %, kun tämä saatetaan lievään mekaaniseen käsittelyyn.

Il 9 68680

Saattamalla sellu keksinnön mukaiseen käsittelyyn ja säätämällä lisätyn alkalin määrää, lämpötilaa ja energiapanosta on mahdollista säätää hartsipitoisuus valmiiksikäsitellyssä massassa toivotulle tasolle. Käytetyn alkalimäärän lisääminen, korotettu lämpötila ja lisätty energiapanos johtavat jokainen sinänsä ja ennenkaikkea yhdistelmänä hartsin lisääntyneeseen liukenemiseen massasta, mikä tarkoittaa, että massan hartsisältö pienenee vastaavassa määrässä.

Keksintöä voidaan käyttää hyväksi eri tavoin. Sulfiittitehtaas-sa on keksinnön ansiosta tullut mahdolliseksi jättää puun varastointi pois ja tuoda tuoretta puuta suoraan tehtaaseen. Myös jättämällä laskuista pois kustannukset, jotka tarvitaan laitteistoon keksinnön mukaista menetelmää varten, alenevat valmistuskustannukset sulfiitti-massalle huomattavasti. Vaikka puun varastointia sulfiittitehtaas-sa ei hylätäkään on keksinnön mukaisella menetelmällä suuri arvo, koska hartsipitoisuutta valmiiksikäsitellyssä massassa voidaan säätää aivan toisella tavalla kuin aikaisemmin on ollut mahdollista. Esimerkiksi klooria sisältävien valkaisuaineiden tarve vähenee huomattavasti, mikä on tavoitellun arvoista ympäristön suojelun kannalta.

Sulfaattimassatehtaassa tulee keksinnön avulla mahdolliseksi esimerkiksi valmistaa koivusulfaattimassaa,jolla on tasainen ja alhainen hartsipitoituus, mikä ei aikaisemmin aina ollut mahdollista. Edelleen voidaan valmistettaessa tällaista massaa alentaa vaatimuksia koivupuun kuorinnan suhteen ja vähentää kalliin kemikaalin, klooridioksidin, lisäystä, mikä myös on edullista ympäristön suojelun kannalta.

Keksinnön mukaisen menetelmän edut käyvät ilmi myös jäljempänä selityksessä seuraavista suoritusesimerkeistä.

Kuviossa 1 esitetään sopiva laitteisto keksinnön mukaisen menetelmän erääksi edulliseksi suoritusmuodoksi.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on suoritettu lukuisia kokeita ja niiden toteutustapa sekä saavutetut tulokset käyvät ilmi seuraavista suoritusesimerkeistä.

Esimerkki 1

Kokeissa käytettiin lajiteltua, kemialliseen käsittelyyn menevää kuusisulfiittimassaa, jolla oli seuraavat ominaisuudet: 10 6 8 6 8 0 kappaluku mitattu SCAN-C l:59:n mukaan = 7,5 R 18, % mitattu SCAN-C 2:61:n mukaan = 89,7 3 viskositeetti dm /kg mitattu SCAN-C 15:62:n mukaan =700 uutepitoisuus DKM, % mitattu SCAN-C 7:62:n mukaan = 1,70 jauhatusaste, °SR mitattu SCAN-C 19:65:n mukaan = 13,0

Keksinnön mukaisessa kokeessa käytettiin kuviossa 1 esitettyä laitteistoa.

Lajiteltu massa, jonka sakeus oli 10 % ja lämpötila 23°C, vietiin johdon 1 kautta ruuvipuristimelle 2, jossa massasta poistettiin vettä 28 %:n sakeuteen. Poistopuristettu vesi poistettiin johdon 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 ulosmenossa massaan lisättiin alkalia natriumhydroksidin (NaOH) muodossa 3 %:n määrä laskettuna absoluuttisen kuivasta massasta, niin että massan pH-arvo nousi 12,8:aan. Alkali, jota säilytettiin säiliössä 4, kuljetettiin putkien 5 ja 6 kautta ruuvipuristimelle 2. Ruuvipuristimelta massa vietiin johdon 7 kautta ruuvikuljettimelle 8. Johdon 9 kautta tuotiin ruuvikuljetti-mella 8 olevaan massaan höyryä sellaisessa määrässä, että massan lämpötila nousi 85°C:seen. Höyryn tuonti vastaa energiamäärää 260 kWh/t massaa. Ruuvikuljettimella 8 massa kuljetettiin ruuvi-raffinoijaan 10, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä FROTAPULPER^ myymää tyyppiä. Tässä ruuviraffinoijassa massa altistettiin vaivaa-valle ja leikkaavalle muokkaukselle, joka vastasi energiapanosta 23 kWh/t massaa. Tällöin massan lämpötila nousi 90°C:seen. Senjälkeen massa sai oman painonsa avulla pudota syöksyn ja johdon 11 läpi torniin 12. Tässä tornissa massaa pidettiin 2 tunnin ajan edellä mainitussa lämpötilassa, ts. 90°C:ssa. Tornissa 12 saatettiin reaktio natriumhydroksidin ja massan välillä loppuun. 2 tunnin kuluttua massasta otettiin näyte ja tämä näyte pestiin, kuivattiin ja analysoitiin edellä esitettyjen mittausmenetelmien mukaisesti.

Vertailua varten tehtiin koe ruotsalaisen patentin 341 323 menetelmän mukaisesti. Tässä kokeessa käytettiin kuviossa 1 esitetyn laitteiston tiettyjä osia. Lajiteltu lähtömassa, jonka sakeus oli 10 % ja lämpötila 23°C, vietiin johdon 1 kautta ruuvipuristimelle 2, jossa massasta poistettiin vettä 30 %:n sakeuteen. Massa vietiin senjälkeen suoraan ruuviraffinoijalle 10, jossa se altistettiin vaivaavalle ja leikkaavalle muokkaukselle, joka vastasi sähköenergian li 68680 kulutusta 100 kWh/t massaa. Tässä käsittelyssä massan lämpötila nousi 7i3°C:seen. Massa vietiin senjälkeen torniin 12, jossa se laimennettiin 6 %:n sakeuteen prosessivedellä, jonka lämpötila oli 58°Cr massalietteen lämpötila oli silloin 61°C. Tornissa otettiin tietty määrä massaaa, joka pantiin lasipurkkiin ja kuumennettiin höyryllä 90°C:n lämpötilaan. Senjälkeen lisättiin natriumhydroksi-dia 3 %:n määrä laskettuna massasta. Massanäytteen annettiin seistä vesihauteella 90°C.ssa 2 tunnin ajan. Energian kulutuksen massan kuumentamiseksi höyryllä 61°C:sta 90°C:seen laskettiin vastaavan 560 kWh/t massaa. Näiden kahden tunnin kuluttua käsittely keskeytettiin pesemällä massa puhtaalla vedellä. Senjälkeen kun massa oli kuivattu se analysoitiin edellä esitettyjen mittausmenetelmien mukaisesti.

Tulokset näistä kahdesta kokeesta käyvät ilmi seuraavasta taulukosta.

Taulukko 1

Massan tunnusluvut Ruotsalaisen paten- Keksimin tin 341 323 mukai- mukaisesti sesti kappaluku 7,0 5,6 R 18, % 91,5 92,8 uute DKM, % 0,35 0,12 jauhatusaste, °SR 13,0 12,5 nuppuja 100 g:aa kohti näytettä 500 100 kokonaisenergian kulutus kWh/t massaa 660 283

Kuten taulukosta 1 käy ilmi ovat kaikki ominaisuudet parantuneet massalle, jota käsiteltiin keksinnön mukaisesti verrattuna massaan, jota käsiteltiin ruotsalaisen patentin 341 323 mukaisesti.

Eniten huomiota herättävä ero on hartsipitoisuudessa, 0,12 % verrattuna 0,35 %:iin. Myös nuppujen lukumäärä massassa on hämmästyttävän paljon alempi keksinnön mukaisessa massassa verrattuna vertailumassaaan. Tällä massaominaisuudelle ei ole olemassa yleisesti hyväksyttyä analyysimenetelmää vaan nuppujen lukumäärä i2 6 868 0 massassa on mitattu menetelmän mukaisesti/ joka on kuvattu eräässä artikkelissa julkaisussa Svensk Papperstidning, 71, 15.3.1968, nro 5, s. 189-194.

Jos vertailu tehdään lähtömassan ominaisuuksien ja käsitellyn massan ominaisuuksien välillä kokeiden mukaisesti, havaitaan, dttä käsittelyt ovat johtaneet massan jalostumiseen. Kappaluku, tsm massan ligniinipitoisuus, on alentunut ja R 18-arvo on noussut. Massan jalostuminen käy selvemmin ilmi keksinnön mukaisella menetelmällä verrattuna ruotsalaisen patentin 341 323 menetelmään. Massan viskositeetin nousu käsittelyn jälkeen saattaa näyttää hänmästyttävältä mutta selittyy sillä, että tietty määrä hemiselluloosaa (joka en rakentunut suhteellisen lyhyistä molekyyliketjuista) liukenee alkalin vaikutuksesta. Jauhatusaste on periaatteessa muuttumaton, mikä osoittaa, että vaivaava ja leikkaava muokkaus ei johda massakuitujen lyhentymiseen.

Taulukosa 1 käy myös ilmi, että huolimatta siitä, että keksinnön mukaisen massai aninaisuudet ovat parempia kuin vertailumassan, niin käytettiin keksinnön mukaisessa käsittelyssä vähemmän kuin puolet siitä energiasta, joka käytettiin vertailumenetelmän mukaisesti .

Vaikka mitään varmaa selitystä havaitulle vaikutukselle ei toistaiseksi voida antaa, on mahdollista, että eräs syistä voi olla, että alkali, ts. natriumhydroksidi, sekoittuu massaaan sellaisella tavalla, että kosketus alkalin ja jokaisen yksittäisen massa-kuidun välillä tulee suurimmaksi mahdolliseksi. Keksinnön muakisesti alkali sekoitetaan massan kanssa ennen vaivaavaa ja leikkaavaa muokkausta. Alkalin tunkeutumista massaan voidaan helpottaa siten, että höyryä johdetaan kuljetusruuviin ja lämmitetään sekä massan vesi että alkaliliuos, mikä laskee vastaavasti nesteen viskositeettia.

Eräs tärkeä syy siihen, että kosketus alkalin ja mssakuitujen välillä tulee voimakkaaksi voi myös olla vaivaava ja leikkaava muokkaus sinänsä, ts. sykkivät painekuormitukset, joille massa altistetaan.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 mukaiset kokeet toistettiin sillä erolla, että kuusisulfiittimassa vaihdettiin koivusulfaattimassaan . Tämän massan uutepitoisuus, DKM, oli 0,44 % ja viskositeetti 900 dm^/kg.

Massaa käsiteltiin tavoilla, jotka käyvät ilmi esimerkistä 1 osittain keksinnön mukaisesti ja osittain ruotsalaisen patentin 341 323 mukaisesti ja koetulokset käyvät ilmi seuraavasta taulukosta.

Il i3 68 68 0

Taulukko 2

Massan tunnusarvot Ruotsalaisen paten- Keksinnön tin 341 323 mukai- mukaisesti sesti uutepitoisuus, DKM, % 0,33 0,14 viskositeetti, dm^/kg 915 910

Taulukosta käy ilmi, että keksinnön mukainen menetelmä johtaa massaan, jolla on yllättäväi alhainen hartsipitoisuus.Vertailumassan hartsipitoisuus on melkein kolme kertaa niin suuri.

Esimerkki 3

Esimerkissä 1 kuvattu keksinnön mukaisesti suoritettu koe toistettiin sillä ainoalla erolla, erttä su lf iittimassaan natriumhyd-roksidin lisäksi lisättiin myös pinta-aktiivista ainetta ja kompleksinmuodostajaa. Tässä kokeessa syötettiin johtojen 5 ja 6 kautta 0,05 % Na^PO^ ja säiliöstä 14 johdon 15 kautta natriumhydroksidia 3 %:n määrä ja 0,05 %:n määrä pinta-aktiivista ainetta, jota myy BerolKemi Ab kauppanimellä Berocell 25.

Seuraavassa taulukossa esitetään tulos edellä kuvatusta kokeesta sekä esimerkin 1 mukaisesta kokeesta.

Taulukko 3

Massan ominaisarvot Lisäämättä pinta- Lisäten pinta- aktiista ainetta + aktiivista ainet-kompleksinmuodosta- ta + kompleksin-jaa muodostajaa kappaluku 5,6 5,3 R 18, % 92,8 92,7 viskositeetti, dm^/kg 715 710 uute, DKM, % 0,12 0,08 Tämä koe osoittaa, että lisäämällä pinta-aktiivista ainetta ja kompleksinmuodostajaa on mahdollista edelleen jonkinverran alentaa massan hartsipitoisuutta keksinnön mukaisessa menetelmässä.

6 8 6 8 0

Esimerkki 4

Tarkoituksena osoittaa, että keksinnön mukainen menetelmä menestyksellisellä tavalla voidaan suoraan kytkeä yhteen happikaa-suvalkaisuvaiheen kanssa, suoritettiin seuraavassa esitetty koe.

Koe suoritettiin lajitellulla koivusulfaattimassalla. Kuviossa 1 esitettyä laitteistoa käytettiin tietyiltä osin. Massaliete, jonka sakeus oli 3 % ja lämpötila 50°C sakeutettiin ruuvipuristimessa 2 29 %:n sakeuteen. Ruuvipuristimen poistoaukolla, ts. johtojen 5 ja 6 kautta lisättiin massaan 0,20 % MgSO^ x 7 H^O ja 2 % natriumhydrok-sidia, niin, että pH-arvoksi mitattiin 11,2. Ruuvikuljettimessa 8 massaan johdettiin höyryä niin, että lämpötila nousi 95°C:seen. Ruuviraffinoijassa 10 massa altistettiin vaivaavalle ja leikkaaval-le muokkaukselle, joka vastasi energiapanosta 17 kWh/t. Tällöin massan lämpötila nousi 97°C:seen. Jatkossa ei käytetty kuviossa 1 esitettyä laitteistoa, vaan massa vietiin ruuvisyöttimellä torniin, jossa oli 1,0 MPa:n ylipaineessa olevaa happikaasua. Massa kuumennettiin edelleen höyryllä 115°C:n lämpötilaan ja sen annettiin reagoida alkalin ja happikaasun kanssa 45 minuutin ajan. Senjälkeen massa laskettiin happikaasureaktorista pesuvaiheeseen, minkä jälkeen massa kuivattiin. Näytteitä otettiin analyysiä varten ja saatiin seuraavat tulokset.

Taulukko 4

Massan ominaisarvot lähtömassa Massa, jota on käsitel ty keksinnön mukaisesti, jolloin viimeisessä vaiheessa läsnä 0^ kappaluku 21,0 8,5 viskositeetti, dm^/kg 998 890 uute, DKM, % 0,43 0,17 vaaleus, ISO % 32,0 43,8

Massan vaaleus on määritetty SCAN-C ll:75:n mukaisesti. Kuten käy ilmi johtaa keksinnön mukainen menetelmä muunnelmalla, että happikaasua on ollut läsnä viimeisessä käsittelyvaiheessa, voimakkaaseen massan ligniinipitoisuuden alenemiseen ja sitä seuraavaan vaaleuden lisääntymiseen. Myös massan hartsipitoisuus alenee voimakkaasti .

15 68680

Esimerkki 5 Pääasiallisesti kuusta olevaa hioketta käsiteltiin toisaalta keksinnön mukaisesti ja toisaalta SE-patenttijulkaisussa 341 323 kuvatulla tavalla. Hiokkeen ominaisuudet on esitetty taulukossa 5. Keksinnön mukaan suoritetussa kokeessa käytettiin kuviossa 1 esitettyä laitteistoa.

Lajiteltu massa, jonka sakeus oli 12 % ja lämpötila 58 °C johdettiin putken 1 kautta ruuvipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä 28 %:n sakeuteen. Poispuristettu vesi poistettiin putken 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 ulostulon kohdalla syötettiin alkalia natriumhydroksidin NaOH muodossa, jonka määrä oli 2 %, laskettuna absoluuttisen kuivasta massasta, niin, että massan pH-arvo oli 11,3. Panoksen alkalipitoisuus vastaa 7,7 NaOH/1 läsnäollessa vettä.

Alkali, joka vesiliuoksen muodossa säilytettiin säiliössä 4, kuljetettiin putkien 5 ja 6 kautta ruuvipuristimeen 2. Ruuvipuris-timelta 2 massa johdettiin putken 7 kautta ruuvikuljettimelle 8. Ruuvikuljettimella 8 massa kuljetettiin ruuvisulputtimeen 10, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä FROTAPULPER>ö/myymää tyyppiä.

Tässä muovisulputtimessa massalle suoritettiin hiertävä ja leikkaava käsittely, joka vastasi energiapanosta 79 kWh/t massaa. Tällöin massan lämpötila nousi 69°C:seen. Sen jälkeen massan annettiin oman painonsa avulla pudota kourun ja putken 11 läpi torniin 12. Tässä tornissa massa pidettiin 2 tunnin ajan edellä mainitussa lämpötilassa. Tornissa 12 saatettiin reaktio natriumhydroksidin ja massan välillä loppuun. 2 tunnin kuluttua otettiin massasta näyte ja tämä näyte pestiin, kuivattiin ja analysoitiin käyttäen taulukossa 6 mainittuja mittausmenetelmiä.

Vertailua varten suoritettiin koe SE-patenttijulkaisussa 341 321 kuvatun menetelmän mukaisesti. Tässä kokeessa käytettiin kuviossa 1 esitetyn laitteiston tiettyjä osia. Lajiteltu lähtö-massa, jonka sakeus oli 12 % ja lämpötila 58 °C johdettiin putken 1 kautta muovipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä 30 %:n sakeuteen. Massa johdettiin sen jälkeen suoraan ruuvisulputtimeen 10, jossa sille suoritettiin hiertävä ja leikkaava käsittely, joka vastasi energian kulutusta 100 kWh/t massaa. Tässä käsittelyssä massan lämpötila nousi 90°C:seen. Massa johdettiin sen jälkeen 16 68680 torniin 12, jossa se laimennettiin 6 %:n sakeuteen prosessivedellä, jonka lämpötila oli 58°C. Massasuspension lämpötila oli tällöin 76°C. Tornista otettiin tietty määrä massaa, joka pantiin lasipurkkiin. Sen jälkeen lisättiin natriumhydroksidia, jonka määrä oli 3 %, laskettuna absoluuttisen kuivasta massasta. Massanäytteen annettiin seistä vesihauteessa 75 °C:ssa 2 tunnin ajan. Näiden kahden tunnin jälkeen käsittely keskeytettiin pesemällä massa puhtaalla vedellä. Kun massa oli kuivattu, se analysoitiin taulukossa 5 mainittuja mittausmenetelmiä.

Molempien kokeiden tulokset ilmenevät seuraavasta taulukosta.

Taulukko 5

Massan ominais- Mittaus- Lähtö- SE-patentin Keksin- arvot menetelmä massa 341323 muk. nön muk.

Freenesluku, SCAN-M4:65 85 75 75 CSF, ml

Uute, DKM, % SCAN-C7:62 1,23 0,68 0,21

Tikkupitoisuus,

Sommerville, % 0,09 0,08 0,03

Vetoindeksi, Nm/g SCAN-P16:76 30,1 30,5 32,8

Ilman läpäisevyys SCAN-P26:68

Bendtsen, nm/Pas 403 220 188

Mitä tulee tikkupitoisuuteen, seulottiin massanäytteet Sommer-ville-seulassa ja mitattiin ainemäärä, joka j,äi jäljelle seulalevylle, jossa aukon koko oli 0,15 mm.

Kuten taulukosta 5 ilmenee, ovat keksinnön mukaan käsitellyn massan ominaisuudet kaikki paremmat kuin SE patenttijulkaisun 341 323 mukaan käsitellyn massan.

Huomattavin ero on hartsipitoisuudessa, 0,68 % verrattuna 0,21 %:iin. Myös tikkupitoisuus on yllättävän paljon alempi keksinnön mukaisesti käsitellyssä massassa kuin vertailumassassa.

Jos vertailu tehdään lähtömassan ja keksinnön mukaan käsitellyn massan ominaisuuksien välillä huomataan, että käsittely on johtanut massan jalostumiseen. Massasta valmistetun paperin veto-indeksi on noussut noin 10 %. Taulukosta 5 ilmenee myös, että keksinnön mukaisesti käsitelty massa on ylivoimainen vertailumassaan nähden mitä tulee ilmanläpäisevyyteen, joka on paperin karheuden mitta.

it

Claims (8)

17 68680

1. Menetelmä hartsipitoisuuden alentamiseksi valmistettaessa valkaistuja tai valkaisemattomia selluloosamassoja lignoselluloosa-materiaalista, jolloin lignoselluloosamateriaali saatetaan kuidutuk-seen, pesuun, mahdollisesti lajitteluun ja mahdollisesti ligniiniä poistavaan valkaisuun ja selluloosamassan muodossa oleva lignoselluloosamateriaali saatetaan sen jälkeen yhdessä tai useammassa sa-keuttamislaitteessa 15-35 %:n, edullisesti 19-29 %:n massasakeuteen ja siihen lisätään sellainen määrä alkalia, että alkalimäärä, laskettuna NaOH:na, on 2-17 g/kg läsnäolevaa vettä, minkä jälkeen se saatetaan lievään, mekaaniseen käsittelyyn, ja sen jälkeen selluloosa-massa saatetaan pääasiallisesti muuttumattomassa massasakeudessa erillisessä säiliössä reagoimaan lisätyn alkalin kanssa 0,1-5 tunnin ajaksi, tunnettu siitä, että selluloosamassa mekaaninen käsittely suoritetaan suursakeuskäsittelyyn tarkoitetussa laitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla, käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh/tonnia massaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sakeutusvaiheen ja lievän mekaanisen käsittelyn välillä on lyhyt viive ja että alkalilisäys tapahtuu selluloosamassan sa-keuttamisen yhteydessä tai sen jälkeen ja/tai ainakin jossakin vaiheessa lyhyen viiveen aikana.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyhyen viiveen aikana johdetaan höyryä.

4. Patenttivaatimusten 2-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyhyt viive sakeuttamisvaiheen jälkeen aikaansaadaan kuljettamalla selluloosamassa ruuvikuljettimen läpi.

5. Patenttivaatimusten 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viive on 2-10 sekuntia.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali on natriumhydroksidi.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalin lisäksi lisätään myös pinta-aktiivisia aineita ja kompleksinmuodostajia.

8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massa erillisessä säiliössä saatetaan alkalin lisäksi reagoimaan myös happikaasun kanssa. 18 68680