FI69657C - Foerfarande foer hartshaltsminskning vid framstaellning av cellulosamassor ur lignocellulosamaterial. - Google Patents

Description

1 69657

Menetelmä hartsipitoisuuden vähentämiseksi valmistettaessa seilumassoja 1ignoselluloosa-aineksista

Keksinnön kohteena on menetelmä hartsipitoisuuden 5 vähentämiseksi sellumassoista valmistettaessa niitä ligno- selluloosa-aineksista. Sellumassoilla tarkoitetaan lähinnä kemiallisia massoja, ts. massoja, jotka on valmistettu jonkun kemiallisen keittomenetelmän avulla. Ensisijaisesti keksintö sopii sulfiittimassan valmistukseen, mutta havu-10 puusta kuten koivusta valmistettu sulfaattimassakin muodos taa keksinnön tärkeän sovellutusalueen, On myös mahdollista soveltaa keksintöä kemialliseen massaan verrattuna parem-pisaantoisten massojen valmistukseen. Tällaisia massoja ovat neutraalisulfiitti-, kuumahierre- ja mekaaniset massat. 15 Valmistettaessa sellumassaa lähtöaines, ts. ligno- selluloosa esimerkiksi puun muodossa, sisältää aina suurempia tai pienempiä määriä hartsia. Pyrkimyksenä on massan valmistusprosessin aikana poistaa mahdollisimman paljon hartsia ja siten saada pienen hartsipitoisuuden omaava val-20 mismassa. Valmiin massan suuri hartsipitoisuus voi aiheuttaa ongelmia massan käytössä (esim. paperinvalmistuksessa) ja huonontaa lopullisen tuotteen laatua. Lisäksi hartsi vaikeuttaa itse massanvalmistusprosessia.

Niinpä sulfiittimassaa valmistettaessa puuta varas-25 toidaan aina tietty aika ennen keittimessä tapahtuvaa keit toa sellumassaksi. Varastoinnin aikana tapahtuu ns. hartsi-kypsyminen, mikä osaksi johtaa siihen, että hartsin määrä puussa alenee jonkin verran ja osaksi siihen, että hartsi muuttuu sellun valmistusprosessissa helpommin liukenevaan 30 muotoon. Puuta voidaan varastoida eri tavoin, esim. ensin pölleinä vedessä (uitto ja hinaus) ja sitten pöllinippuina maavarastossa. Lähes vuoden varastoinnin jälkeen pöllit otetaan massatehtaalle, jossa ne haketetaan ja käsitellään edelleen massaksi. Toinen tapa on hakettaa pöllit jo niiden 35 tullessa massatehtaalle ja sitten varastoida hake kasaan.

Puun tällaisella käsittelyllä varastointiaika voidaan lyhentää n. 3 kuukaudeksi. Varastointitävästä riippumatta käsit- 2 69657 telystä aiheutuu aina kustannuksia ja tämän lisäksi tapahtuu tiettyä puuhäviötä ja samalla lukitaan huomattavia rahamääriä. Varastoinnista huolimatta puu sisältää huomattavia määriä hartsia joskin hieman muuttuneessa muodossa tuo-5 repuun hartsiin verrattuna. Suurin osa jäljellä olevasta hartsista poistetaan massanvalmistusprosessin eri vaiheissa. Hartsin täydellinen poisto massasta on hankalaa ja ennen kaikkea kallista ja tästä syystä valmis massa sisältää lähes poikkeuksetta jossain määrin hartsia. Puun varsinaisessa 10 keitossa osa hartsista liukenee ja poistetaan massan pesun ja lajittelun yhteydessä. Hartsipitoisuuden lopullinen säätö tapahtuu valkaisimossa. Hartsinpoisto tapahtuu lähinnän val-kaisusarjan alkalivaiheessa. Massan hartsimäärän lopullinen alentaminen ja säätö tapahtuu tavallisesti klooridioksidilla. 15 Sulfiittitehtaissa tavallinen valkaisusarja on kloori (C), alkali (E), hypokloriitti (H) ja klooridioksidi (D) eli C-E-H-D. Vaihtelemalla E-vaiheessa älkalin, tavallisesti natriumhydroksidin, määrää voidaan hartsi liuottaa pois suuremmassa tai pienemmässä määrin. E-vaiheessa lisätään 20 usein natriumhydroksidin ohella dispergoimisaineita hartsin pysyttämiseksi dispergoidussa muodossa (eli paakkuuntumatta), jolloin hartsi on mahdollisimman tarkoin pestävissä massasta Epvaihetta seuraavassa pesuvaiheessa. Hartsipitoisuuden lopullinen säätö tapahtuu tavallisesti D-vaiheessa eli vaihtele-25 maila lisätyn klooridioksidin määrää. Harti erotetaan mas sasta D-vaihetta seuraavassa pesuvaiheessa. Kun tehtaalla ilmenee hartsiongelmia (esim. vaahtoamisen ja tukkeutumisen muodossa) saattaa olla tarpeen vähentää klooripanosta C-vaiheessa ja vastaavasti lisätä klooridioksidipanosta. Tun-30 netusti hartsin klooraus merkitsee sen käsittelyn hankaloi tumista. Huomattavien klooridioksidimäärien käyttöön hartsi-ongelmien ratkaisijana liittyy suurena varjopuolena tämän kemikaalin kalleus.

Valmistettaessa massaa sulfaattimenetelmän mukaan 35 puuta ei mainittavissa määrin varastoida. Hartsiongelmien hallitsemiseksi esim. valmistettaessa koivusulfaattimassaa

II

3 69657 on tärkeätä, että pöllit kuoritaan tarkasti, koska kuori ja ennen kaikkea kuoren ja puun välinen jälkikerros sisältää suuria määriä hartsia. Kuten sulfiittikeitossa tapahtuu sulfaattikeitossakin hartsin liukenemista. Jotta hartsi py-5 syisi dispergoituneena keiton aikana (eikä paakkuuntuisi) keittimeen lisätään mäntyöljyä. Keitossa liuennut hartsi poistetaan massasta seuraavassa pesuvaiheessa ja joutuu siten mustalipeän kanssa haihdutettavaksi ja sitten poltettavaksi soodakattilassa.

10 Sulfaattimassan valmistuksessa ei ole mahdollista sää tää hartsipitoisuutta vaihtelemalla alkalin lisäysmäärää valkaisusarjän alkalivaiheessa, vaan on kokonaan turvauduttava kalliiseen valkaisukemikaaliin klooridioksidiin hartsi-pitoisuuden lopullista säätöä varten.

15 Valmistettaessa koivusulfaattimassaa ollaan siten hartsiongelmien ratkaisemiseksi pakotettuja tekemään kalliita investointeja korkealaatuiseen kuormalaitteistoon ja/tai käyttämäään suuria määriä kallista klooridioksidikemikaalia valkaisimossa. Näistä kalliista toimenpiteistä huolimatta 20 on vaikeata saavuttaa valmiin sellumassan halutun pieniä hartsipitoisuuksia. Tunnetusti vähän hartsia sisältävä massa on hyvin haluttua markkinoilla.

On myös mahdollista jossain määrin alentaa sellumassan hartsipitoisuutta lisäämällä valmistusprosessin eri vai-25 heissä erilaisia pinta-aktiivisia aineita, ns. kostutusai- neita.

Sellumassan valmistukseen liittyvien hartsiongelmien hallitsemiseksi yllä mainitut toimenpiteet olivat käytännössä tavallisimmat. Hiljattain selluteollisuus on ottanut käyt-30 töön uuden menetelmän sellumassan hartsipitoisuuden vähentä miseksi. Lignoselluloosa-aines kuidutetaan, pestään, mahdollisesti lajitellaan ja mahdollisesti valkaistaan ligniiniä poistavasti. Menetelmässä on uutta ja tunnusomaista se, että tässä massavalmistusprcsessin vaiheessa sellumassaa käsitel-35 lään kemimekaanisesti. Sellumassa saatetaan massasakfeuteen 15-35 % ja siihen lisätään 2-17 g alkalia kiloa kohti läsnäolevaa vettä, jolloin aLkali on laskettu NaOH:ksi. Sitten 4 69657 sellumassaan kohdistetaan lievä mekaaninen muokkaus suursa-keuslaitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla, käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh massatonnia kohti. Lopuksi sellumassan annetaan 5 erillisessä säiliössä reagoida lisätyn alkalin kanssa 0,1- 5 tuntia massasakeuden pysyessä lähes muuttumattomana.

Tämän käsittelyn jälkeen, jossa pyritään vähentämään sellumassan hartsipitoisuutta, massa tavallisesti johdetaan lisäkäsittelyvaiheeseen valkaisimossa lopullisen vaaleuden 10 saavuttamiseksi, joka tavallisesti on yli 90 % ISO. On myös mahdollista päättää massanvalmistus yllä kuvatulla käsittelyllä, mikä merkitsee valkaisemattoman tai vähän valkaistun sellumassan valmistamista.

Yllä kuvattu menetelmä on käytännössä osoittautunut 15 erittäin menestykselliseksi halutun (ts. pienen) hartsipi- toisuuden omaavan massan valmistamiseksi siinäkin tapauksessa, että keittämössä keitto ja kuidutus tapahtuu tuorepuulla. Myös muut massanominaisuudet kuten massan puhtaus paranevat uuden menetelmän avulla. Menetelmää on yksityiskohtaisesti 20 kuvattu ruotsalaisessa hakemusjulkaisussa 79 07557-8.

Käytettäessä ruotsalaisen hakemusjulkaisun 79 07557-8 menetelmää lähinnä valkaisemattoman tai vähän valkaistun sellumassan valmistamiseksi on osoittautunut, että hartsipi-tcisuuden vuoksi vaaleus ei vastaa massan korkeaa laatua.

25 Käsiteltävänä oleva keksintö ratkaisee tämän ongelman ja koskee menetelmää hartsipitoisuuden vähentämiseksi valmistettaessa sellumassaa lignoselluloosa-aineksesta, jolloin lignoselluloosa-aines kuidutetaan, pestään, mahdollisesti lajitellaan ja mahdollisesti valkaistaan ligniiniä poista-30 vasti ja saatetaan sellumassan muodossa massasakeuteen 15- 35 %, edullisesti 19-29 % yhdessä tai useammassa sakeutuslait-teistossa ja lisätään kemikaaleja mukaanlukien alkali, jonka jälkeen siihen kohdistetaan lievä mekaaninen muokkaus suur-sakeuslaitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyö-35 rivillä ruuveilla käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh massatonnia kohti ja sitten annetaan sellumassan reagoida erillisessä säiliössä lisättyjen kemikaalien kanssa li 5 69657 0,1-5 tuntia massasakeuden pysyessä lähes muuttumattomana, tunnettu siitä, lisätyt kemikaalit muodostuvat hapettavista valkaisuaineista ja alkalista määränä, joka NaOH:ksi laskettuna on 0,5-17 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä.

5 Keksintöä sovelletaan vaiheessa, jossa lignoselluloo- sapaines on keittäneessä keitetty sellumassaksi keittokemi-kaalien avulla ja keittolipeä poistettu massasta pesimössä. Massan poistuessa pesimöstä sen sakeus on tavallisesti 4-6 %. Tavallisesti massa myös lajitellaan ennen keksinnönmukaisia 10 toimenpiteitä. Ennen lajittelua massaa laimennetaan siten, että sen sakeus lajittelun aikana on 0,5-3 %. Määrätyissä tapauksissa saattaa olla eduksi valkaista massaa jollakin ligniiniä poistavalla valkaisuaineella, esim. kloorilla ja/tai klooridioksidilla, ennen siihen kohdistuvia keksinnönmukaisia 15 toimenpiteitä.

Keksinnönmukaisesti lähtömassasta poistetaan vettä yksi- tai monivaiheisesti siten, että sakeudeksi tulee 15-35, edullisesti 19-29 %. Tavallisesti massa sakeutetaan yk-sivaiheisesti ja sopivia vedenpoistolaitteita ovat rumpusuo-20 dattimet, hihnasuodattimet, valssipuristimet ja ruuvipuris- timet. Tapahtuuko massan sakeuttaminen yhdessä tai useammassa (esim. kahdessa) vaiheessa riippuu osaksi siitä toteutetaanko keksinnön mukainen menetelmä jo olemassa olevassa tehtaassa vai sovitetaanko se uuteen tai uudistettavaan tehtaaseen.

25 Jo olemassaolevissa tehtaissa on lajitteluosaston jälkeen rumpusuodattimia, joilla massasakeus nostetaan lajitteluosas-tolla tavalliselta väliltä 0,5-3 % välille 10,13 %. Ei kuitenkaan ole välttämätöntä, että rumpusuodattimellä on tällainen vedenpoistokapasiteetti, vaan hyvin yksinkertainen rumpu-30 suodatin, joka nostaa massasakeuden 4 %:iin ja ylöspäin, on riittävä. Rumpusuodattimen jälkeen massa syötetään laitteeseen, jossa tapahtuu lopullinen sakeuttaminen massasakeuteen 15-35 %. Suositeltava laite tähän tarkoitukseen on ruuvipuris-tin. Veden massasta poistumisen helpottamiseksi voidaan syö-35 temassan pH säätää arvoon 7-9 lisäämällä alkalia.

Sakeutusvaiheen jälkeen massaan lisätään alkalia ja hapettavia valkaisuaineita. Massaan lisättävän alkalin määrä on erittäin tärkeä ja lisäysmäärä on sovitettava siten, että 6 69657 alkalipitoisuudeksi muodostuu NaOH:ksi laskettuna 0,5-17 g kiloa kohti massasuspensiossa olevaa vettä tai, jos suspen-siomuodosta ei ole varmuutta, massan mukana seuraavaa vettä. Suositeltava alkali on natriumhydroksidi, joskin on mahdol-5 lista lisätä muuta alkalia kuten kaiiumhydroksidia,hapetet tua valkolipeää, viherlipeää ja natriumkarbonaattia erikseen tai seoksena.

Suositeltava hapettava valkaisuaine on peroksidival-kaisuaine ja erityisen suositeltava on vetyperoksidi. Edul-10 lisesti voidaan myös käyttää hypokliriittivalkaisuaineita kuten natriumhypokloriittia. Myös muut hapettavat valkaisu-aineet voivat tulla kysymykseen. Hapettavan valkaisuaineen lisäysmäärä sovitetaan siten, että valkaisuaineen määräksi tulee 0,2-22, edullisesti 0,3-11 g kiloa kohti läsnäolevaa 15 vettä.

Eräissä tapauksissa on eduksi lisätä massaan alkalin ja hapettavien valkaisuaineiden lisäksi muita kemikaaleja kuten pinta-aktiivisia aineita (ns. kostutusaineita) ja kompleksinmuodostajia.

20 Sitten massaan kohdistetaan lievä mekaaninen muokkaus suursakeuslaitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla käyttäen energiapanosta 8-100, edullisesti 10-75 kWh massatonnia kohti. Sopiva laite tällaista käsittelyä varten on ruuviraffinoija ja erityisen sopiva on 25 ruuviraffinoijatyyppi, jota myy MoDoMekan Ab kauppanimellä FROTAPULPElP^i Tämä ruuviraf f inoi ja käsittää periaatteessa kaksi pyörivää ruuvia, jotka ovat samansuuntaisesti tuloja poistoaukolla varustetussa pesässä. Aineksen muokkaamiseksi ne hammastuvat toisiinsa. Ruuvisiipien kehällä on sy-30 vennyksiä ainakin muutaman ruuvikierroksen matkalla, jol loin syvennysten väliin muodostuu hampaita. Samankaltaista ruuviraffinoijaa kuvataan lähemmin amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 3 064 908. Ruuviraffinoijassa kemikaalien ja massan seokseen kohdistetaan leikkuu- ja hiertovoimia syk-35 kivän painekucrmituksen muodossa.

Tämän käsittelyn seurauksena lisätyt kemikaalit imeytyvät erittäin tehokkaasti massaan. Käsittely kohdistuu lie-

II

V 69657 vänä massan kuituihin, sillä ne eivät lyhene (kuten jauhettaessa) , eikä käsittely vaikuta muutenkaan negatiivisesti. Käsittely ruuviraffinoijassa tapahtuu tavallisesti normaalipaineessa, mutta voidaan myös käyttää ylipainetta 500 kPa:han 5 saakka. Mekaanisen muokkauksen aikana massan lämpötila ko hoaa, koska vähintään 60 % käytetystä energiasta muuttuu lämmöksi Mitä suurempi energiapanos on, sitä korkeammalle kohoaa lämpötila muokkausvaiheessa.

Mekaanisen muokkausvaiheen jälkeen massa syötetään sopi-10 van laitteen kuten pumpun, ruuvikuljettimen tai hihnakuljet- timen avulla torniin tai samankaltaiseen säiliöön jatkoreak-tiota varten lisättyjen kemikaalien kanssa halutussa lämpötilassa. Massan viipymisaika tässä vaiheessa voi vaihdella kuudesta minuutista viiteen tuntiin.

15 Sitten massaa pestään tunnetussa pesulaitteessa niin, että sellumassasta liuennut hartsi poistuu massasta.

Keksinnön suositeltavan toteuttamismuodon mukaan sa-keutusvaiheen ja lievän mekaanisen muokkauksen välissä on lyhyt viipymisaika. Tämä aikaansaadaan sopivasti syöttämällä 20 massa ruuvikuljettimen läpi. Viipymisajan on oltava 2-10 se kuntia. Ruuvikuljettimen lisäksi on myös mahdollista syöttää massa ns. kem-kaalimikserin läpi, joka on laite kemikaalien sekoittamiseksi massaan.

Määrättyjä massoja käsiteltäessä on halutun hartsin-25 poiston saavuttamiseksi välttämätöntä kohottaa reaktiolämpö- tiiaa massan lievän mekaanisen muokkauksen ja viipymistornis-sa lisättyjen kemikaalien kanssa tapahtuvien jatkoreaktioi-den aikana siten, että se ylittää hiertävän ja leikkaavan muokkauksen aiheuttaman lämpötilan kohoamisen. Tällaisissa 30 tapauksissa massaan syötetään höyryä ja tämän on tapahdutta va lyhyenä viipymisaikana. Kemikaalien ja höyryn lisäys vähentää massan sakeutta. Lievän mekaanisen muokkauksen aikana massan sakeus ei kuitenkaan koskaan saa alittaa 15 %.

Massan keksinnönmukaisen käsittelyn ja pesun jälkeen, 35 jossa liuennut hartsi poistetaan massasta, se syötetään suo raan kuivaukseen tai lopullisesti jalostettavaksi esim. erilaisiksi paperilaaduiksi. Keksinnönmukainen menetelmä sopii

___ - TT

8 69657 siis ensisijaisesti valkaisemattomalle tai vähän valkaistulle sellumassalle. Mutta on myös täysin mahdollista soveltaa keksinnönmukaista menetelmää massaan, joka valkaistaan vaih-televan pitkälle mukaanlukien valkaisu massanvaaleuteen, joka 5 ylittää 90 % ISO.

Käsittelemällä massaa keksinnönmukaisesti ja säätelemällä kemikaalien lisäystä, lämpötilaa ja energianpanosta on mahdollista tehokkaalla tavalla säätää sekä hartsipitoisuut-ta että massan vaaleutta halutulle tasolle. Massan hartsipi-10 toisuutta säädettäessä kohotettu lämpötila ja suurempi ener giapanos johtavat ensisijaisesti hartsin lisääntyneeseen liukenemiseen massasta. Alkalin lisääminen ei samassa määrin vaikuta hartsin liukenemiseen kuin yllä mainitut parametrit. Määrätylle massalle löytyy alkalin optimaalinen lisäysmäärä. 15 Tätä ylittävät määrät eivät vaikuta lainkaan tai vain vähän hartsin liukenemiseen. Tällainen alkalin yliannostus voi vaikuttaa negatiivisesti massan muihin ominaisuuksiin. Massan vaaleuden suhteen pätee, että hapettavien valkaisuaineiden lisäysmäärä ensisijaisesti määrää saavutettavan vaaleustason. 20 Keksintöä voidaan hyödyntää eri tavoin. Keksinnön an siosta on eräässä sulfiittitehtaassa voitu luopua puun varastoinnista ja sen sijaan suoraan käyttää tuorepuuta. Ottaen huomioon keksinnönmukaisen menetelmän laitteistokustannukset-kin sulfiittimassan kokonaisvalmistuskustannukset alenevat 25 huomattavasti. Vaikka sulfiittitehtaalla ei luovuttaisi puun varastoinnista, keksinnönmukaisella menetelmällä on huomattava arvo, koska valmiin massan hartsipitoisuutta voidaan säätää aivan eri tavalla kuin aikaisemmin oli mahdollista.

30 Sulfaattimassatehtaassa keksintö mahdollistaa tasai sen ja pienen hartsipitoisuuden omaavan koivusulfaattimassan valmistuksen, mikä aikaisemmin ei aina ollut mahdollista. Lisäksi tällaista massaa valmistettaessa voidaan tinkiä koivupuun kuorimiselle asetettavista vaatimuksista.

35 Keksinnönmukaisen menetelmän edut ilmenevät myös pa- tenttikuvauksen tuonnempana olevista toteuttamisesimerkeistä.

9 69657

Kuvio 1 esittää keksinnönmukaisen menetelmän suositeltavan toteuttamismuodon laitteistoa.

On suoritettu lukuisia keksinnönmukaisia ja vertailevia kokeita. Näiden suoritus ja saadut tulokset ilmenevät 5 alla olevista toteuttamisesimerkeistä.

Esimerkki 1

Lajiteltua, paperimassatyyppistä kuusisulfiittimassaa 10 käsiteltiin keksinnönmukaisesti kuvan 1 esittämässä laitteis tossa.

Lajitellun kuusisulfiittimassan ominaisuudet mitattuina SCAN-normien mukaisesti ilmenevät taulukosta 1.

15 Taulukko 1

Kappaluku SCAN-C 1:59 12,2 R 18, % SCAN-C 2:61 78,2

Viskositeetti, dm^/kg SCAN-C 15:62 1073 20 Uutepitoisuus DKM, % SCAN-C 7:62 1,93

Vaaleus ISO, % SCAN-C 11:62 69,2

Lajiteltu massa, lämpötila 62°C, syötettiin johdon 1 kautta ruuvipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä 25 sakeuteen 29,5 %. Massasta puristunut vesi poistettiin joh don 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 poistokohdassa massaan lisättiin alkalia NaOH:n muodossa määränä 1,0 % absoluuttikui-vasta massasta laskettuna. Tällä panoksella alkalimääräksi tuli 4,2 g NaOH:ta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Alkali oli 30 vesiliuoksena säiliössä 4 ja syötettiin ruuvipuristimeen 2 johtojen 5 ja 6 kautta. Ruuvipuristimesta 2 massa syötettiin johdon 7 kautta ruuvikuljettimeen 8. Ruuvikuljettimellä 8 massa siirrettiin ruuviraffinoijaan 9, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä FROTAPULPEIT^ myymää tyyppiä. Välittömästi 35 ennen ruuviraffinoijaa 9 massaan lisättiin vetyperoksidia H2O2 määränä 0,21 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna.

10 696 5 7 Tällä panoksella peroksidimääräksi tuli 0,9 g K202:ta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Vetyperoksidi oli vesiliuoksena säiliössä 10 ja syötettiin massaan johtojen 11 ja 12 kautta. Ruuviraffinoijassa 9 massaan kohdistettiin hiertävä ja leik-5 kaava muokkaus käyttäen energiapanosta 28 kWh massatonnia kohti. Tällöin massan lämpötila kohosi 69°c:een. Sitten massa sai oman painonsa avulla pudota syöksyn ja johdon 13 kautta torniin 14. Tornissa 14 tapahtuivat massan ja kemikaalien NaOII ja H202 lopulliset reaktiot. Massasta otettiin 120 mi-10 nuutin kuluttua näyte, joka sitten pestiin, kuivattiin ja analysoitiin. Analyysitulokset ilmenevät taulukosta 2.

Yllä kuvatut kokeet toistettiin ainoan eron ollessa se, että massaan ei lisätty vetyperoksidia (0-koe). Myös tämä massa pestiin, kuivattiin ja analysoitiin. Analyysitulok-15 set ilmenevät taulukosta 2.

Taulukko 2

Massan ominaisuudet 0-koe Keksinnönmukaisesti 20 Kappaluku 9,7 8,0 R 18, % 78,3 78,3

Viskositeeti, dm^/kg 1070 1066

Uutepitoisuus DKM, % 0,27 0,24

Vaaleus ISO, % 66,0 73,9 2 5

Kuten ylläolevasta taulukosta ilmenee keksinnönmukai-seila menetelmällä saavutettiin huomattavasti suurempi vaaleus kuin 0-kokeessa. Lisäksi massan kappaluku aleni keksin-nönmukaisesti enemmän kuin 0-kokeessa viskositeetin pysyessä 30 samana. Kummankin massan hartsipitoisuus oli hyvin pieni.

Esimerkki 2

Rinnan yllä kuvattujen täysmittaisten kokeiden kanssa 35 lajittelusta, paperimassatyyppisestä kuusisulfiittimassasta otettiin näytteitä laboratoriokokeita varten.

11 69657 Näissä kokeissa massaan lisättiin tavalliseen tapaan kemikaaleja NaOH ja NaOH + Kokeessa 1 määrätty määrä massaa lisättiin vesihauteessa 69°C:ssa olevaan käsittely-astiaan. Massaan sekoitettiin potkurisekoittinella vesiliuck-5 sen muodossa 1 % NaOH:ta absoluuttikuivasta massasta lasket tuna. Massan sakeus oli 12 %. Tällä panostuksella NaOH:n määrä oli 1,4 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Massan ja natriumhydroksidin annettiin leagoida 120 minuuttia ja sitten massa pestiin, kuivattiin ja analysoitiin.

10 Kokeessa 2 toimittiin samalla tavoin ainoan eron ollessa se, että NaOH:n mukana lisättiin myös vetyperoksidi H2O2. Vesiliuoksena olevan vetyperoksidin panosmäärä oli 0,21 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Tällä panostuksella H202:n määrä oli 0,3 g kiloa kohti läsnäolevaa vet-15 tä. Kokeen päätteeksi massa pestiin, kuivattiin ja analysoi tiin. Kokeiden 1 ja 2 sekä esimerkin 1 keskinnönmukaisen kokeen analyysitulokset ilmenevät taulukosta 3.

Taulukko 3 20

Massan ominaisuudet Koe 1 Koe 2 Keksinnönmukaisesti

NaOH Na0H+H202

Kappaluku 10,4 9,7 8,0 R 18, % 78,2 78,3 78,3 ‘ J Viskositeetti,dm"/kg 1066 1069 1066

Uutepitoisuus DKM, % 0,69 0,68 0,24

Vaaleus ISO. % 65,7 72,1 73,9

Taulukosta ilmenee, että keksinnönmukaisesti valmisko tettu massa on kappaluvultaan, uutepitoisuudeltaan ja vaaleudeltaan huomattavasti parempi kuin kokeiden 1 ja 2 massat. Uutepitoisuuserot ovat erityisen suuria. Kokeessa 2 molempia kemikaaleja, ts. NaOH +H2O2, oli lisätty yhtä paljon kuin keksinnönmuka.isessa menetelmässä. Tästä huolimatta keksinnön-3 5 mukaisella menetelmällä saadaan parempaa massaa ei vain yllä kommentoidulla tavalla hartsipitoisuuden suhteen, vaan myös 12 6 965 7 kappaluvun ja vaaleuden suhteen.

Nämä kokeet osoittavat, että lisätyt kemikaalit eivät yksinään selitä keksinnönmukaisesti käsitellyn massan hyviä ominaisuuksia.

5

Esimerkki 3

Keksinnönmukaisessa kokeessa ja vertailukokeessa (0-kokeessa) käytettiin lajiteltua koivusulfaattimassaa. Massan 10 analyysiarvot ilmenevät alla olevasta taulukosta 4.

Taulukko 4

Kappaluku 18,7 15 Viskositeetti, dm3/kg 1182

Uutepitoisuus DKM, % 0,88

Vaaleus ISO, % 31,7

Ennen keksinnönmukaista käsittelyä lajiteltu massa 20 valkaistiin ligniiniä poistavasti kloorilla ja klooridioksi- dilla. Klooria ja klooridioksidia syötettiin massaan samanaikaisesti 3,4 % ja vastaavasti 0,3 % laskettuna aktiivikloo-riksi absoluuttikuivasta massasta. Lämpötila oli 40°C ja aika 30 minuuttia. Sitten massa pestiin.

25 Yllä kuvatulla tavalla osittain delignifioitua massaa käsiteltiin keksinnönmukaisesti kuvan 1 esittämässä laitteistossa.

Massa, lämpötila 58°C, syötettiin johdon 1 kautta ruuvipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä sakeu-30 teen 27,8 %. Massasta puristunut vesi poistettiin johdon 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 poistokohdassa massaan lisättiin alkalia NaOH:n muodossa määränä 1,85 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Tällä panoksella alkalimääräksi tuli 7,1 g NaOH:ta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Alkali oli 35 vesiliuoksena säiliössä 4 ja syötettiin ruuvipuristimeen 2 johtojen 5 ja 6 kautta. Ruuvipuristimesta 2 massa syötettiin johdon 7 kautta ruuvikuljettimeen 8. Ruuvikuljettimella 8

II

13 69657 massa siirrettiin ruuviraffinoijaan 9, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä FROTAPULPEmyymää tyyppiä. Välittömästi ennen ruuviraffinoijaa 9 massaan lisättiin vetyperoksidia H2O2 määränä 0,33 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna.

5 Tällä panoksella peroksidimääräksi tuli 1,3 g I^C^ta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Vetyperoksidi oli vesiliuoksena säiliössä 10 ja syötettiin massaan johtojen 11 ja 12 kautta. Ruuviraffinoijassa 9 massaan kohdistettiin hiertävä ja leik-kaava muokkaus käyttäen energiapanosta 38 kWh massatonnia 10 kohti. Tällöin massan lämpötila kohosi 67°C:seen. Sitten massa sai oman painonsa avulla pudota syöksyn ja johdon 13 kautta torniin 14. Tornissa 14 tapahtuivat massan ja kemikaalien NaOH ja lopulliset reaktiot. Massasta otettiin näytteitä 10, 30 ja 120 minuutin tornissa 14 seisomisajan 15 jälkeen. Näytteet pestiin, kuivattiin ja analysoitiin. Ana lyysitulokset ilmenevät taulukosta 5.

Vertailun vuoksi osittain delignifioitua massaa käsiteltiin tavalliseen tapaan molemmilla kemikaaleilla NaOH ja H2O2. Määrätty määrä massaa lisättiin vesihauteessa 67°C:ssa 20 olevaan käsittelyastiaan. Massaan sekoitettiin potkurise- koittimella 1,85 % NaOHrta ja 0,33 % H202:ta absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Massan sakeus oli tällöin 12 %. Näillä kemikaalipanostuksilla NaOH:n määrä oli 2,5 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä ja Η2θ2:η määrä 0,5 g kiloa kohti 25 läsnäolevaa vettä. Massan ja kemikaalien annettin reagoida 120 minuuttia ja sitten massasta otetut näytteet pestiin, kuivattiin ja analysoitiin . Analyysitulokset ilmenevät taulukosta 5.

30 Taulukko 5

Massan ominaisuudet 0-koe Keksinnönmukaisesti, vii meisen vaiheen reaktioaika 10 min 30 min 120 min 35 Kappaluku 3,8 3,1 2,9 2,9

Viskositeetti, dm3/kg 1107 1110 1103 1106

Uutepitoisuus DKM, % 0,68 0,26 0,24 0,23

Vaaleus ISO, % 57.,2 58,0 58,8 60,1 14 69657

Yllä olevat analyysiarvot osoittavat, että lievää mekaanista muokkausta seuraavien lyhyidenkin viipymisaiko-jen jälkeen keksinnönmukaisella menetelmällä saavutetaan pienempi kappaluku, parempi vaaleus ja huomattavasti pienempi 5 uutepitoisuus tavanomaiseen menetelmään verrattuna. Lisäksi taulukosta käy ilmi, että pidentynyt viipymisaika keksinnön-mukaisessa loppuvaiheessa on eduksi ennen kaikkea massan vaaleudelle.

10 Esimerkki 4

Keksinnönmukaisessa kokeessa ja vertailukokeessa (0-kokeessa) käytettiin osittain lajiteltua sulfaattimassaa, johon käytetty sekalehtipuu muodostui pääasiassa Eucalyptus 15 salignasta ja Eucalyptus grandiksesta. Massan analyysiarvot ilmenevät alla olevasta taulukosta 6.

Taulukko 6 20 Kappaluku 22,2 3

Viskositeetti, dm /kg 1170 Uutepitoisuus DKM, % 0,91

Vaaleus ISO, % 34,9 25 Osittainen lajittelu merkitsee sitä, että massasta on poistettu oksanytimet ja suurehkot, keitossa liukenematta jääneet puunkappaleet, mutta normaalisti eikeittoainek-seksi luokiteltu aines ei ole poistettu.

Tätä massaa käsiteltiin keksinnönmukaisesti kuvan 1 30 esittämässä laitteistossa, r)

Massa, lämpötila 55"C, syötettiin johdon 1 kautta ruu-vipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä sakeuteen 31,0 %. Massasta puristunut vesi poistettiin johdon 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 poistokchdassa massaan lisättiin alkalia 35 NaOHrn muodossa määränä 0,95 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Tällä panoksella alkalimääräksi tuli 4,3 g NaOH:ta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Alkali oli vesiliuoksena säi-

II

15 69657 liössä 4 ja syötettiin ruuvipuristimeen 2 johtojen 5 ja 6 kautta. Ruuvipuristimesta 2 massa syötettiin johdon 7 kautta ruuvikuljettimeen 8. Ruuvikuljettimella 8 massa siirrettiin ruuviraffinoijaan 9, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä 5 FROTAPULPER^ myymää' tyyppiä. Välittömästi ennen ruuviraf- finoijaa 9 massaan lisättiin natriumhypokloriittimääräksi tuli 2,5 g NaClOrta kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Natriumhypokloriitti oli vesiliuoksena säiliössä 10 ja syötettiin massaan johtojen 11 ja 12 kautta., Ruuviraff inoi jassa 9 mas-10 saan kohdistettiin hiertävä ja leikkaava muokkaus käyttäen energiapanosta 26 kWh massatonnia kohti. Tällöin massan lämpötila kohosi 63°C:seen. Sitten massa sai oman painonsa avulla pudota syöksyn ja johdon 13 kautta torniin 14. Tornissa 14 tapahtuivat massan ja kemikaalien NaOK ja NaCIO lopuin i-15 set reaktiot. Massasta otettiin 120 minuutin seisomisajan jälkeen näyte, joka pestiin, kuivattiin ja analysoitiin. Analyysitulokset ilmenevät taulukosta 7.

Vertailun vuoksi osittain lajiteltua massaa käsiteltiin tavalliseen tapaan molemmilla kemikaaleilla NaOH ja NaCIO. 20 Määrätty määrä massaa lisättiin vesihauteessa 63°C:ssa ole-, vaan käsittelyastiaan. Massaan sekoitettiin potkurisekoit-timella 0,95 % NaOHrta absoluuttikuivasta massasta laskettuna ja 0,55 % NaClOrta laskettuna aktiiviklooriksi absoluut-tikuivasta massasta. Massan sakeus oli tällöin 12 %. Näillä 25 kemikae.l.i.panostuksilla NaOH: n määrä oli 1,3 g kiloa kohti.

läsnäolevaa vettä ja NaCIO:n määrä 0,8 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä. Massan ja kemikaalien annettiin reagoida 120 minuuttia ja sitten massasta otetut näytteet pestiin, kuivattiin ja analysoitiin. Analyysitulokset ilmenevät taulukosta 30 7.

Taulukko 7

Massan ominaisuudet 0-koe Keksinnönmukaisesti 35 Kappaluku 14,6 13,2

Viskositeetti, dm~Vkg 1091 1095

Uutepitoisuus DKM, % 0,57 0,21

Vaaleus ISO, % 43,9 45,7 16 69657

Yllä olevat analyysiarvot osoittavat, että keksinnön-mukaisella menetelmällä saadaan massa, jonka kappaluku on pienempi, vaaleus parempi ja uutepitoisuus huomattavasti pienempi tavanomaiseen menetelmään verrattuna myös silloin, 5 kun hapettavana valkaisuaineena on natriumhypokloriitti.

Näin saadusta kahdesta massasta määritettiin myös epäpuhtauksien määrä. Massanäytteitä lajiteltiin Sommerville-sihdillä ja mitattiin ainesmäärä, joka jäi sihtilevylle, ra-koleveys 0,15 mm. Testattiin myös käsittelemätöntä, ts.

10 osittain lajiteltua massaa. Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta 8.

Taulukko 8 15 Lähtömassa 0-koe Keksinnönmukaisesti

Eikeittopitoisuus, % 0,72 0,61 0,24 absoluuttikuivasta massasta 20 Yllä olevista arvoista ilmenee, että keksinnönmukai- nen menetelmä pystyy myös erittäin tehokkaasti poistamaan hiukkasia massasta.

Yllä kuvatuissa toteuttamisesimerkeissä natriumhydrok-sidin muodossa oleva alkali on kaikissa tapauksissa lisätty 25 massaan ruuvipuristimen 2 poistokohdassa johtojen 5 ja 6 kaut ta kuvan 1 osoittamalla tavalla. Hapettava valkaisuaine on kaikissa tapauksissa panostettu välittömästi ennen ruuviraf-finoijaa johtojen 11 ja 12 kautta.

Mutta keksinnönmukaisessa menetelmässä massaan voidaan 30 lisätä sekä alkalia että hapettavaa valkaisuainetta edullises ti monessa kohdassa. Esim. alkali voidaan lisätä ruuvikuljet-timessa 8 olevaan massaan -johdon 5 kautta. Lisäksi alkali voidaan lisätä ruuviraffinoijassa 9 olevaan massaan johdon 15 kautta. On myös mahdollista jakaa alkalipanos useiden ja mah-35 dollisesti kaikkien yllä mainittujen panostuskohtien osalle.

Hapettava valkaisuaine voidaan lisätä ruuviraffinoi-jassa 9 olevaan massaan pääjohdon 11 kautta. On myös mahdol-

II

17 69657 lista lisätä hapettava valkaisuaine massaan ruuvipuristim.es-sa 2 johtojen 11 ja 16 kautta ja ruuvkuljettimessa 8 johtojen 11, 16 ja 17 kautta. Kuten alkalipanoskin hapettava valkaisu-aine voidaan jakaa useiden ja mahdollisesti kaikkien yllä 5 mainittujen panostuskohtien osalle.

Mikäli lämpötilaa on huomattavasti kohotettava, ruuvi-kuljettimessa 8 olevaan massaan syötetään höyryä johdon 18 kautta.

10 Esimerkki 5

Kuusipuusta valmistetusta hiokemassasta käytettiin osa keksinnönmukaiseen kokeeseen ja osa vertailukokeeseen (0-koe). Raskasmetallien poistamiseksi massaa esikäsiteltiin 15 lisäämällä siihen 0,2 %:ista dietyleenitriamiinipentaetikka- happoa (absoluuttikuivasta massasta laskettuna). Massaa pidettiin kaksi tuntia lämpötilassa 65°C. Massan analyysiarvot ilmenevät taulukosta 9.

Keksinnönmukaisessa kokeessa käytettiin kuvan 1 esit-20 tämää laitteistoa.

Massa, lämpötila 50°C, syötettiin johdon 1 kautta ruu-vipuristimeen 2, jossa massasta poistettiin vettä sakeuteen 31 %. Massasta puristunut vesi poistettiin johdon 3 kautta. Ruuvipuristimen 2 poistokohdassa massaan lisättiin alkalin 25 ja vesilasin .seosta määrinä 1,8 % NaOH:ta ja 4,0 % Na^iO^a absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Tämä panos vastaisi 8,1 g NaOHrta ja 18 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä.

Natriumhydroksidin ja vesilasin muodostama kemikaaliseos oli vesiliuoksena säiliössä 4 ja syötettiin ruuvipuristimeen 2 30 johtojen 5 ja 6 kautta. Ruuvipuristimesta 2 massa syötettiin johdon 7 kautta ruuvikuljettimeen 8. Ruuvikuljettimella 8 massa siirrettiin ruuviraffinoijaan 9, joka oli MoDoMekan Ab:n kauppanimellä FROTAPULPEk^ myymää tyyppiä. Välittömästi ennen ruuviraffinoijaa 9 massaan lisättiin vetyperoksidia mää-35 ränä 3 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Tällä panok sella vetyperoksidimääräksi tuli 13,5 g H2°2:ta kiloa kohti 18 69657 läsnäolevaa vettä. Vetyperoksidi oli veisiuoksena säiliössä 10 ja syötettiin massaan johtojen 11 ja 1? kautta. Ruuviraf--inoijassa 9 massaan kohdistettiin hiertävä ja leikkaava muokkaus käyttäen energiapanosta 35 kWh massatonnia kohti. Tällöin massan lämpötila kohosi 58°C:seen. Sitten massa sai oman palansa avulla pudota syöksyn ja johdon 13 kautta torniin 14. Tornissa 14 tapahtuivat massan ja kemikaalien NaOH, Na2Si03 ja lopullisen reaktiot. Massasta otettiin 120 minuutin seisomisajan kuluttua näytteitä, jotka pestiin, kuivattiin ^-0 ja niistä analysoitiin vaaleus ja uutepitoisuus. Analyysitu-

Uvset ilmenevät taulukosta 9.

Vertailun vuoksi lajiteltua ja esikäsiteltyä massaa käsiteltiin tavalliseen tapaan kolmella kemikaalilla NaOH, Ha2SiO ja Määrätty määrä massaa lisättiin vesihautee 15 ua iiO°C: ssa olevaan käsittelyastiaan. Massaan sekoitettiin potkurisekoittimella 1,8 % NaQH:ta, 4,0 % Na2Si03:a ja 3 % absoluuttikuivasta massasta laskettuna. Massan sakeus 011 tällöin 12 %. Nämä kemikaalipanostukset vastasivat 2,5 g NaOII: ta , 5,5 g Ha2Si03:n ja 4,1 g H20:ta kiloa kohti läsnäole-vaa vettä. Massan ja kemikaalien annettiin reagoida 120 minuuttia ja sitten massasta otetut näytteet pestiin, kuivattiin ja niistä analysoitiin vaaleus ja uutepitoisuus. Analyysitulokset ilmenevät taulukosta 9.

Vaaleuden ja uutepitoisuuden lisäksi eri massoista (mu-:j k a an luk ien lähtömassa) määritettiin epäpuhtauksien määrä.

Mussanäytteitä lajiteltiin Sommerville-sihdillä ja mitattiin ainesmäärä, joka jäi sihtilevylle, rakoleveys 0,15 mm. Tulokset ilmenevät alla olevasta taulukosta 9.

30 Taulukko 9

Massan ominaisuudet Lähtömassa 0-koe Keksinnönnukainen massa

Vaaleus ISO, % 65,8 76,9 79,5 35 Uutepitoisuus DKM, % 1,18 0,71 0,25

Likeittopitoisuus, % 0,16 0,11 0,05

II

6 9 6 5 7 19

Yllä olevat anulyysiarvot osoittavat.. ouuä keksinnön-mukaisella menetelmällä saadaan massas jonka vaaleus on parempi ja uutepitoisuus huomattavasti pienempi verrattuna tavanomaisen menetelmän mukaan käsiteltyyn massaan. äisäk-5 si taulukosta käy ilmi, että keksinnönmukainen menetelmä pystyy myös erittäin tehokkaasti poistamaan hiukkasia massasta.

Claims (5)

20 69657 Patenttivaatimukset.

1. Menetelmä hartsipitoisuuden vähentämiseksi valmistettaessa sellumassaa lignoselluloosa-aineksesta, jol-5 loin lignoselluloosa-aines kuidutetaan, pestään, mahdolli sesti lajitellaan ja mahdollisesti valkaistaan ligniiniä poistavasti ja saatetaan seilumassan muodossa massasakeu-teen 15 - 35 %, edullisesti 19 - 29 %, yhdessä tai useammassa sakeutuslaitteessa ja lisätään kemikaaleja alkali mukaan-10 lukien, jonka jälkeen massaan kohdistetaan lievä mekaaninen muokkaus suursakeutuslaitteessa, joka on varustettu toistensa suhteen pyörivillä ruuveilla käyttäen energia-panosta 8 - 100, edullisesti 10-75 kWh massatonnia kohti ja annetaan sitten erillisessä säiliössä reagoida lisätty-15 jen kemikaalien kanssa 0,1 - 5 tuntia massasakeuden pysy essä lähes muuttumattomana, tunnettu siitä, että kemikaalilisäys muodostuu hapettavista valkaisuaineista ja alkalista määränä, joka NaOHrksi laskettuna on 0,5 - 17 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettavaa valkaisuainetta lisätään 0,2 - 22, edullisesti 0,3 - 11 g kiloa kohti läsnäolevaa vettä.

3. Patenttivaatimuksien 1-2 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että hapettava valkaisuaine on perioksidi.

4. Patenttivaatimuksien 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapettava valkaisuaine on hypokloriitti.

5. Patenttivaatimuksien 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkali on natriumhydroksidi. Il