FI69656B - Foerfarande foer foerbaettrad tvaettning av ur lignocellulosamaterial framstaellda cellulosamassor - Google Patents

Description

1 69656

Lignoselluloosamateriaalista valmistettujen selluloosa-massojen parannettu pesumenetelmä Tämä keksintö koskee menetelmää lignoselluloosamate-5 riaalista valmistettujen selluloosamassojen pesemiseksi tehokkaammalla tavalla kuin aikaisemmin kemikaalien paremmaksi takaisinsaamiseksi ja palavan orgaanisen materiaalin paremmaksi talteenottamiseksi jätelipeistä. Selluloosamassoilla tarkoitetaan ensisijassa kemiallisia, puolikemiallisia ja ke-10 mimekaanisia massoja, jotka on valmistettu sekä havu- että lehtipuuhakkeesta.

Lignoselluloosamateriaalin ligniininpoistossa kemikaaleilla saadaan jäännös, joka koostuu epäorgaanisista kemikaaleista ja liuenneesta orgaanisesta aineesta, joka myö-15 hemmin muodostuu pääasiassa ligniinistä ja pienemmistä määristä selluloosaa sekä uuttoaineista, kuten hartsista. Ei-toi-votut jäännösmateriaalit pestään pois. Saatu jätelipeä ja pesuneste haihdutetaan ja poltetaan tavallisesti niin, että kemikaalit voidaan saada talteen. Takaisinsaamisen helpot-20 tamiseksi pyritään aina suurimpaan mahdolliseen kuiva- ainepitoisuuteen poistuvassa pesunesteessä, ts. yritetään käyttää mahdollisimman pientä määrää vettä pesussa.

Valmistettaessa selluloosamassoja yli n. 55 %:n puu-tuotolla kuidutetaan puuhake tavallisesti mekaanisesti yk-25 sittäisiksi kuiduiksi ennen massan pesua ja/tai seulontaa. Seulonnassa saadaan kuiduttamattomien puujäännösten, nk. hylyn rikaste, joka tavallisesti kuidutetaan erillisessä vaiheessa yksittäisiksi kuiduiksi, jotka sitten yhdistetään uudelleen massavirtauksen kanssa.

30 Ligniinipoiston jälkeen saadun massasuspension pesu voidaan suorittaa erilaisilla tunnetuilla tavoilla. Vanhin menetelmä on pesu nk. diffusööreissä, ts. panoksittaan suoritettu syrjäytyspesu suurissa säiliöissä. Nykyään tavallinen menetelmä on pesu rumpusuodattimella, tavallisesti 35 useammassa vaiheessa. Käytettyjen rumpusuodattimien lukumäärä voi vaihdella, mutta se kohoaa tavallisesti 3-4 2 69656 kappaleeseen. Toisessa uudemmassa massan pesumenetelmässä käytetään hyväksi puristimia, jolloin voidaan poistaa suurempia määriä nestettä kuin suodattimilla, mikä johtaa kemikaalien ja orgaanisten aineiden tehokkaampaan takaisin-5 saantiin.

Yllä kuvattu pesutekniikka jättää kuitenkin huomattavia määriä jäännöskemikaaleja ja epämieluista orgaanista ainetta massaan, mikä johtaa tarpeettoman suureen valkaisu-kemikaalien käyttöön, jos massa myöhemmin valkaistaan sekä 10 aiheuttaa ympäristöä häiritsevien aineiden epämieluisan suuria päästöjä ympäristöön. Sekä taloudelliselta että ympäristön kannalta on edelleen toivottavaa nostaa selluloosapro-sesseissa käytettyjen kemikaalien takaisinsaamisastetta.

Tämä keksintö ratkaisee yllä mainitut ongelmat sekä 15 tekee mahdolliseksi kemikaalien takaisinsaamisasteen noston.

Tämän mukaisesti keksintö kohdistuu menetelmään valkaisemattoman selluloosamassan parannetuksi pesemiseksi, jossa massa on valmistettu lignoselluloosapitoisesta materiaalista, jossa menetelmässä lähtöaineelle suoritetaan ligniinin poisto 20 kemiallisella hajoituksella (keitto) ja mahdollisen mekaa nisen kuidutuksen jälkeen pestään tunnetulla tavalla useammassa vaiheessa syöttäen vettä. Menetelmälle on luonteenomaista, että massa sen jälkeen, kun se on osittain pesty, saatetaan lievään mekaaniseen käsittelyyn kahden tai 25 useamman pesuvaiheen välissä.

Keksinnön mukaisen tavan soveltamisessa on puhdistus-vaikutuksesta osoittautunut tulevan erityisen hyvä, jos osittaisessa pesussa, joka edeltää lievää mekaanista käsittelyä, vähintään 10 % massasuspensiossa alunperin olevista 30 epäpuhtauksista poistetaan. Vähintään 10 % jätelipeän kuiva-ainepitoisuudesta on toisin sanoen pestävä pois, ennen kuin massasuspensio saatetaan lievään mekaaniseen käsittelyyn.

Erityisen sopivaa on edelleen osoittautunut olevan nostaa ennen lievää mekaanista käsittelyä massakonsentraatio 35 välille 10 - 50 %, mieluummin välille 14 - 40 % ja sopivasti 11 3 69656 välille 20 - 35 %. Sen jälkeen kun lievä mekaaninen käsittely on suoritettu, laimennetaan massa väkevyyteen välille 0,5 - 13 % pesunesteen sekoituksen yhteydessä sitä seuraavassa pesuvaiheessa. Jos pesu suoritetaan suodatti-5 mella, on sopivin massakonsentraatio välillä 0,5 - 6 %, kun taas pesu-vedenpoisto esimerkiksi puristimessa suoritetaan sopivasti massan lähtöväkevyydellä välillä 2 - 13 S.

Keksinnön mukainen lievä mekaaninen käsittely voidaan suorittaa kaikissa käytännössä esiintyvissä lämpötiloissa.

1C Erityisen sopiva on kuitenkin lämpötila-alue 20 - 110 °C ja mieluummin alue 35 - 90 °C.

Lievällä mekaanisella käsittelyllä tarkoitetaan tässä tapauksessa massasuspension toistettua paine-, vatkaus- ja leikkauskäsittelyä yllä mainituilla massakonsentraatioilla. 15 jolloin sähköenergiapanos tämän työstön suorittamiseksi pidetään alueella 7 - 200 kWh tonnia kohti kuivaksi ajateltua massaa ja mieluummin alueella 10 - 100 kWh tonnia kohti kuivaksi ajateltua massaa.

Erityisen sopivaa on osoittautunut olevan suorittaa 20 keksinnön mukainen lievä mekaaninen käsittely sentyyppisessä, ruuvikuiduttimessa, joka käsittää kaksi pyörivää, lavoilla varustettua ruuvia, jotka on sijoitettu keskenään yhdensuuntaisesti syöttö- ja poistoaukolla varustettuun koteloon ja ovat säädeltävässä kosketuksessa toistensa kanssa materiaa-25 Iin yllä kuvatun lievän mekaanisen työstön aikaansaamiset .. Pyörivien ruuvien ruuvilavoissa on sopivasti myös mutkia ainakin joidenkin ruuvikierteiden ulkokehällä hampaiden muodostamiseksi mainittujen mutkien välille. Yllä kuvatun, tyyppisiä ruuvikuiduttimia markkinoi MoDoMekan Ab kauppako nimellä FROTAPULPEJ^.

Keksinnön mukainen uusi tapa käsitellä massa-suspensiota mekaanisesti kahden tai useamman vaiheen väiiJ J.ä pesusarjassa on täysin yllättäen osoittautunut antavan puhtaampaa massaa sekä johtavan suurempaan takaisinsaamis-35 asteeseen, pienempään epäpuhtauksien päästöön ja suurempaan 4 69656 kuiva-ainepitoisuuteen poistuvassa pesuvedessä kuin mitä on ollut asianlaita sovellettaessa tavanomaista pesutekniikkaa.

Keksintöä sovellettaessa voidaan näin ollen saada massa, jolla on parempi puhtaus, mikä on suuri etu. Tämä 5 tunnistetaan mm. massan uutepitoisuuden ja sen kappaluvun oleellisesta alenemisesta.

Etuihin kuuluu myös mahdollisuus nostaa kuiva-ainepitoisuutta, ts. orgaanisen materiaalin pitoisuutta sekä epäorgaanisten kemikaalien pitoisuutta massan pesusta pois-10 tuvassa nesteessä. Tällä nostetaan pesunesteen polttoarvoa, mikä tuottaa arvokasta energiansäästöä. Samassa määrin kuin suurempi määrä epäpuhtauksia menee haihdutukseen ja polttoon ja suurempi määrä kemikaaleja saadaan takaisin, pienenee luontoon päästettyjen, ympäristöä häiritsevien 15 aineiden määrä, mikä on oleellinen etu ja tavoittelemisen arvoista ympäristönsuojelun kannalta. Luontoon päästettyjen, ympäristöä häiritsevien aineiden käsittely- ja hajoitus-kustannuksia voidaan näin ollen pienentää keksintöä soveltamalla.

20 Edullinen ja yllättävä lisävaikutus, joka saavutetaan keksintöä sovellettaessa on, että valkaisukemikaalien, kuten kloorin, klooridioksidin, hypokloriitin, vetyperoksidin ja happikaasun kulutus pienenee merkittävästi valmiiksi pestyn massan mahdollisessa valkaisussa.

25 Toinen yllättävä vaikutus, joka on esiintynyt keksinnön mukaisen lievän mekaanisen käsittelyn käyttöönoton yhteydessä on, että saadun massasuspension vedenpoisto on merkittävästi parantunut - seikka, joka tuottaa ilmeisiä etuja massan jatkokäsittelyssä.

30 Keksinnön mukaisen menettelyn edut käyvät tarkemmin ilmi alla kuvatusta seuraavasta toteutusesimerkistä.

Kuva esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen menettelyn sopivaa toteutusmuotoa, jota on käytetty koivusulfaatti-massan ja kemimekaanisen kuusirnassan pesukokeissa kolmessa 35 vaiheessa, jotka kaikki on varustettu puristimella. Ensimmäisen ja toisen pesuvaiheen välille on näissä kokeissa

II

5 69656 asennettu ruuvikuidutin, loka on tyyppiä, jota markkinoidaan kauppanimellä FROTAPULPER".

Kokeita kuvatun menettelyn suositeltavan toteutusmuodon mukaisesti on suoritettu ja on löydettävissä alla olevista 5 toteutusesimerkeistä yhdessä niiden tulosten kanssa, jotka niissä on saavutettu.

Alla kuvatuissa rinnakkaiskokeissa pestiin koivusul-faattimassa ja kemimekaaninen kuusimassa kolmessa vaiheessa osittain keksinnön menettelyn mukaisesti käyttäen lievää me-10 kaanista käsittelyä ensimmäisen ja toisen pesuvaiheen välillä (esimerkit 1 ja 2), osittain tavanomaisen tekniikan mukaisesti (vertailukokeet 1 ja 2) ilman mitään massasuspension mekaanista käsittelyä pesusarjan eri vaiheiden välillä.

Kuvassa esitetty prosessikaavio oli käytössä kaikissa 15 kokeissa minkä vuoksi alla olevat numeromerkinnät viittaa-vat vastaaviin merkintöihin kuvassa.

Esimerkki 1

Valkaisematonta ja pesemätöntä koivusulfaattimassaa johdettiin johdon 1 kautta säiliöön 2, jossa massasuspensi-20 ota laimennettiin johdon 22 kautta syötetyllä puristinjäte-lipeällä, kunnes saatiin n. 8 %:n massakonsentraatio.

Säiliöstä 2 massasuspensio johdettiin johdon 3 kautta ensimmäiseen pesuvaiheeseen 4, joka koostui puristimesta, josta puristimessa käsitelty, 33,3 %:n massakonsentraatioon paksun-25 nettu massasuspensio johdettiin johdon 5 kautta ruuvikul- jettimeen, joka syötti massasuspension edelleen johdon 7 ja johdon 8 kautta ruuvikuiduttimeen 10, joka oli varustettu kahdella pyörivällä ruuvilla, joiden ruuvilavat oli varustettu mutkilla, joissa massasuspensio saatettiin lievään 30 mekaaniseen käsittelyyn, minkä jälkeen se johdettiin edelleen johdon 11 kautta toiseen ruuvikuljettimeen 12. Massasuspension lämpötila mitattiin ruuvikuiduttimen 10 syöttöaukossa 68 °C:ksi ja sen poistoaukossa 71 °C:ksi. Sähköenergian kulutus lievässä mekaanisessa käsittelyssä ruuvikuiduttimessa 35 10 mitattiin 16 kWh:ksi tonnia kohti kuivaksi ajateltua massaa. Tässä tapauksessa oli johto 9 suljettu.

69656 6

Ruuvikuljettimessa 13 laimennettiin käsitelty massa-supsensio 8 %:n massaväkevyyteen johdon 21 kautta syötetyllä puristinjätelipeällä, joka sekoitettiin tehokkaasti massa-supsension kanssa sen kulkiessa ruuvikuljettimen 12 läpi.

5 Laimennettu massasuspensio johdettiin sen jälkeen johdon 12 kautta toiseen pesuvaiheeseen 14, joka koostui samanlaisesta puristimesta kuin ensimmäisessä pesuvaiheessa käytetty. Puristimessa 14 pestiin ja paksunnettiin massasuspensio uudelleen 3,3 %:n massakonsentraatioon. Puristusjätelipeä puris-10 timesta 14 johdettiin johdon 22 kautta säiliöön 2, jossa sitä käytettiin sisääntulevan massasuspension laimentamiseen. Toisessa pesuvaiheessa pesty ja paksunnettu massa-suspensio johdettiin sen jälkeen johdon 15, ruuvikuljettimen 16 ja johdon 17 kautta kolmanteen pesuvaiheeseen, joka 15 oli varustettu samanlaisella puristimella 18, kuin molemmissa edellisissä pesuvaiheissa. Massasuspensio laimennettiin ja sekoitettiin ruuvikuljettimessa 16 samalla tavoin kuin edellisessä ruuvikuljettimessa 12, mutta kuitenkin puhtaalla vedellä, jota syötettiin johdon 20 kautta, 8 %:n 20 massakonsentraatioon. Pesun ja paksunnoksen jälkeen 33,3 %:n massakonsentraatioon puristimessa 18 otettiin valmiiksi pesty massasuspensio ulos johdon 19 kautta.

Analyysejä varten otettiin kokeen aikana puristusjäte-lipeitä johdoista 21 ja 22. Lisäksi otettiin näytteitä 25 valmiiksi pestystä massasta johdosta 19. Analyysitulokset on koottu taulukkoon 1. Puristusjätelipeää ensimmäisestä pesuvaiheesta puristimessa 4 otettiin johdon 23 kautta ja johdettiin talteenottoiaitokseen (ei esitetty kuvassa) haihdutusta ja polttoa varten. Tämä puristus jätelipeä sisälsi, 30 koska pesuneste oli johdettu vastavirtaan ja massasuspension mekaanisen käsittelyn läpi, korkean pitoisuuden orgaanista ainetta (n. 13 %) ja sillä oli samanaikaisesti suuri polttoarvo.

Vertailukoe 1 35 Tässä kokeessa pestiin koivusulfaattimassaa, joka oli 7 69656 otettu ulos samassa kohdassa ja käytettiin samaa laitteisto;; kuin esimerkissä 1, kuitenkin sillä erolla, että massasuspon - s.iota ei saatettu mihinkään lievään mekaaniseen käsittelyyn ensimmäisen ja toisen pesuvaiheen välillä. Näin ollen kat-5 kaistiin kaikki massasuspension virtaus johdon 8 kautta niin, että massasuspensio sensijaan johdettiin johdon 9 kautta suoraan toiseen ruuvikuljettimeen 12.

Massasuspension pesun ja paksunnoksen jälkeen toisen pesuvaiheen puristimessa 14 saatiin tässä tapauksessa 26 10 massakonsentraatio. Pesun ja paksunnoksen jälkeen kolmannen pesuvaiheen puristimessa 18 saatiin samoin 26 %:n massakonsentraatio. Tässä on huomattava, että massasuspension massakonsentraatio sen tullessa puristimiin 14 ja 18 oli myös tässä kokeessa 8 % sekä että puristimien asetusarvo 11 oli sama kuin esimerkin 1 kokeessa.

Analyysinäytteet otettiin tässä kokeessa samoista kohdista kuin esimerkin 1 kokeessa. Analyysitulokset on koottu taulukkoon 1 alla.

Taulukko 1 20 Massasuspension kuiva-ainepitoisuus Vertailu- Esimerkki (mk) :_______koe 1____1______ 2:n pesuvaiheen puristimen jälkeen, % 26,0 33,3 3:n pesuvaiheer. puristimen jälkeen, % 26,0 33,3 li Saatu puristusjätelipeän määrä: 3 2:ssa pesupuristimessa, m /'ton 8,65 9,50 3:ssa pesupuristimessa, m-3/ton 8,65 9,50

Puristusjätelipeän kuiva-ainepitoisuus: 30 2:sta pesupuristimesta, % 3,50 3,70 3:sta pesupuristimesta, % 1,62 1,89

Puristusjätelipeän natriurmäärä: 2:sta pesupuristimesta, g/i Na 6,55 7,02 35 3:sta pesupuristimesta, g/1 Na 2,83 3,38 8 69656

Vertailu- Esimerkki ____koe 1_1 _

Yhteensä pesty pois massasuspensjosta 2:ssa ja 3;ssa pesuvaiheessa: kuiva-aineena, kg/ton kuivaksi 450,0 532,0 5 ajateltua massaa

Na:na, kg/ton kuivaksi ajateltua massaa 80,9 98,5

Valmiiksi pestyn massan ominaisuudet:

Uutepitoisuus (SCAN-C7:62 multaan), DKM % 0,34 0,18 10 Viskositeetti (SCAN-Cl 5:62 mukaan), crn^/g 972 969

Kappaluku (SCAN-Cl:59 mukaan) 17,5 14,7

Kuten taulukoista ilmenee, on keksinnön mukaista menettelyä sovellettaessa täysin yllättäen saatu merkittävästi 15 parempi massasuspensio puhtaaksipesu kuin tunnetun teknii kan mukaisessa pesussa. Niinikään on esimerkiksi - huolimatta siitä, että lievä mekaaninen käsittely on suoritettu vain osittain pestylle massasuspensiolle - keksinnön mukainen menettely yllättävää kyllä johtanut siihen, että on saatu 20 uutepitoisuudeltaan huomattavasti pienempi massa kuin mitä voidaan saada tavanomaisessa pesussa ilman mekaanista käsittelyä pesuvaiheiden välillä.

Energian kannalta tärkeä etu orgaanisen aineen kasvaneessa puhtaaksipesussa on, että jätelipeän polttoarvo kas-25 vaa. Edelleen saadaan suurempi talteenottoaste keittokemi-kaaleille.

Esimerkki 2

Esimerkissä 1 kuvattu koe toistettiin kemimekaani-sella kuusimassalla, joka oli keitetty 73 %:n massasaantoon 30 laskettuna absoluuttisen kuivasta puusta. Massasuspension pesun ja paksunnoksen jälkeen toisen pesuvaiheen puristimessa 14 saatiin tässä kokeessa 34 %:n massakonsentraatio. Pesun ja paksunnoksen jälkeen kolmannen pesuvaiheen puristimessa 18 saatiin samoin 34 %:n massakonsentraatio. Tässä kokeessa 35 oli johto 9 suljettuna.

9 69656

Vertailukoe 2 Tässä kokeessa pestiin samaa kemimekaanisen kuusimas-san tyyppiä ja käytettiin hyväksi samaa laitteistoa kuin esimerkissä 2, kuitenkin sillä erolla, että massasuspensiota 5 ei saatettu mihinkään lievään mekaaniseen käsittelyyn minkään pesuvaiheiden välillä. Näin ollen suljettiin kaikki massasuspension virtaus johdon 8 läpi niin, että massasuspen-sio sen sijaan johdettiin johdon 9 kautta suoraan toiseen ruu-vikuljettimeen 12. Toisen pesuvaiheen puristimen 14 jälkeen 10 mitattiin tässä kokeessa 30 %:n massakonsentraatio. Sama massakonsentraatio mitattiin kolmannen pesuvaiheen puristimen 18 jälkeen.

Vertailu tunnetun tekniikan mukaisen pesun ja tämän keksinnön mukaisen pesun välillä osoittaa, että keksinnön me-15 nettely johtaa parempaan vedenpoistoon ja parempaan kemikaalien takaisinsaamiseen. Tämä johtopäätös on perustunut siihen tosiasiaan, että takaisinsaadun jätelipeän tilavuudesta keksintöä sovellettaessa tuli suurempi huolimatta siitä, että puristimiin menevät massakonsentraatiot pidettiin molemmissa 20 kokeissa muuttumatta 7 %:ssa. Mittausten mukaan sisälsivät pesuvedet edelleen esimerkissä 2 hieman suurempia määriä kuiva-ainetta kuin pesuvedet vertailukokeessa 2. Näin ollen voidaan todeta, että myös niiden Upeiden polttoarvosta, jotka saatiin keksinnön mukaista menettelyä sovellettaessa, muodos-25 tui suurempi kuin vastaavilla lipeillä kemimekaanisen massan pesussa tavanomaisen tekniikan mukaisesti.

Claims (5)

10 69656

1. Valkaisemattoman selluloosamassan parannettu pesu-menetelmä selluloosamassojen valmistukseksi lignoselluloosa- 5 pitoisesta materiaalista, jossa lähtömateriaalille suoritetaan ligniinin poisto kemiallisella keitolla ja mahdollisen mekaanisen kuidutuksen jälkeen pestään tunnetulla tavalla useassa vaiheessa syöttäen vettä, tunnettu siitä, että massa, sen jälkeen kun se en osittain pesty, saatetaan 10 lievään mekaaniseen käsittelyyn kahden tai useamman pesu-vaiheen välillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähintään 10 % keittojätelipeän kuiva-ainepitoisuudesta poistetaan osittaisessa pesussa, joka 15 edeltää lievää mekaanista käsittelyä.

3. Patenttivaatimuksien 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lievä mekaaninen käsittely suoritetaan massakonsentraatiolla välillä 10 - 50 %, mieluummin välillä 14 - 40 % ja sopivasti välillä 20 - 35 %.

4. Patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköenergian syöttö lievässä mekaanisessa käsittelyssä pidetään välillä 7- 2Q0 kWh/ton ja mieluummin välillä 10 - 100 kWh/ton.

5. Patenttivaatimuksien 1-4 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että lievä mekaaninen käsittely suoritetaan sen tyyppisessä ruuvikuiduttimessa, joka käsittää kaksi pyörivää, lavoilla varustettua ruuvia, jotka on sijoitettu yhdensuuntaisesti toistensa kanssa syöttö- ja pois-toaukolla varustettuun koteloon ja koskettavat, toisiaan 30 materiaalin lieväksi muokkaamiseksi ja joiden ruuviiavoissa on mutkia ainakin joidenkin ruuvikierteiden ulkokehällä hampaiden muodostamiseksi mainittujen mutkien välille.